特許 6461566 内蔵較正機能を有する圧力センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6461566

(24)【登録日】2019年1月11日

(45)【発行日】2019年1月30日

(54)【発明の名称】内蔵較正機能を有する圧力センサ

(51)【国際特許分類】

   G01L 27/00 20060101AFI20190121BHJP

   G01L 9/00 20060101ALI20190121BHJP

   H01L 29/84 20060101ALI20190121BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20190121BHJP

   B81C 1/00 20060101ALI20190121BHJP

【ＦＩ】

   G01L27/00

   G01L9/00 305C

   H01L29/84 Z

   B81B3/00

   B81C1/00

【請求項の数】17

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2014-230684(P2014-230684)

(22)【出願日】2014年11月13日

(65)【公開番号】特開2015-114318(P2015-114318A)

(43)【公開日】2015年6月22日

【審査請求日】2017年11月10日

(31)【優先権主張番号】14/099,149

(32)【優先日】2013年12月6日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】504199127

【氏名又は名称】エヌエックスピー ユーエスエイ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＮＸＰ ＵＳＡ，Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100091214

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 進介

(72)【発明者】

【氏名】チャド エス ドーソン

(72)【発明者】

【氏名】ピーター ティー ジョーンズ

【審査官】 大森 努

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−２１４０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０３３３７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／００５０７７６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００１−２３５３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５３４３２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００１２９４９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０５−１４５０８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１５１５３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３１５１９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ ７／００−２３／３２，２７／００−２７／０２，

Ｈ０１Ｌ ２１／６４−２１／６６，２９／８４，

Ｂ８１Ｃ １／００−９９／００，

Ｂ８１Ｂ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）圧力センサであって、
センスセルと、
試験セルとを有し、前記センスセルおよび前記試験セルは共通の基板上に互いに近接して形成されており、前記試験セルは、試験キャビティと、前記試験キャビティと連通しているシール構造とを有し、前記センスセルおよび前記試験セルの各々は周囲圧力に対して感度を有し、前記試験キャビティは、前記シール構造が破られていないときは初期キャビティ圧力を呈し、前記シール構造が破られるときに前記初期キャビティ圧力が前記周囲圧力に変化し、
前記シール構造は、シール構造キャビティを生成するように、下に位置する前記基板から離間されているシール膜と、前記試験キャビティと前記シール構造キャビティとの間に置かれているチャネルとを有し、前記試験キャビティ内の前記初期キャビティ圧力を前記周囲圧力に変化させるために前記シール膜が破られる、
ＭＥＭＳ圧力センサ。

【請求項2】

前記周囲圧力は大気圧であり、前記試験セルは、前記大気圧よりも大きい圧力刺激を加えることなく前記センスセルの感度を推定するのに利用される、請求項１に記載のＭＥＭＳ圧力センサ。

【請求項3】

当該ＭＥＭＳ圧力センサは、前記試験セルと連通している信号線をさらに有し、
前記試験セルは、前記シール構造が破られる前に前記周囲圧力に応答して前記信号線を介して第１のセンス信号を生成するように構成されており、
前記試験セルは、前記シール構造が破られた後に前記信号線を介して第２のセンス信号を生成するように構成されている、
請求項１に記載のＭＥＭＳ圧力センサ。

【請求項4】

前記センスセルはセンスキャビティを含み、前記センスキャビティおよび前記試験キャビティの各々は、前記シール構造が破られる前に前記初期キャビティ圧力を呈する、請求項１に記載のＭＥＭＳ圧力センサ。

【請求項5】

前記初期キャビティ圧力はほぼ真空である、請求項４に記載のＭＥＭＳ圧力センサ。

【請求項6】

前記センスセルはセンスキャビティを含み、前記試験キャビティは、前記センスセルの前記センスキャビティから物理的に分離されている、請求項１に記載のＭＥＭＳ圧力センサ。

【請求項7】

前記センスセルは、センスキャビティを生成するように、前記基板の上に重なって前記基板から離間されているセンスダイヤフラムを含み、
前記試験セルは、前記試験キャビティを生成するように、前記基板の上に重なって前記基板から離間されている試験ダイヤフラムを含み、
前記センスダイヤフラム、前記試験ダイヤフラム、および前記シール膜は共通の構造層内に形成されている、
請求項１に記載のＭＥＭＳ圧力センサ。

【請求項8】

前記基板上に形成されているセンスセルのセットであって、前記センスセルのセットは前記センスセルを含む、センスセルのセットと、
前記基板上に形成されている試験セルのセットであって、前記試験セルのセットは前記試験セルを含む、試験セルのセットと、
をさらに有する請求項１に記載のＭＥＭＳ圧力センサ。

【請求項9】

前記試験セルのセットは前記センスセルのセットとインターリーブ構成で配置されている、請求項８に記載のＭＥＭＳ圧力センサ。

【請求項10】

前記試験セルのセット内の前記試験セルの各々は、前記試験キャビティを有し、前記シール構造は前記試験キャビティの各々と連通しており、それによって、前記シール構造が破られるとき、各前記試験キャビティ内の前記初期キャビティ圧力が前記周囲圧力に変化する、請求項８に記載のＭＥＭＳ圧力センサ。

【請求項11】

基板上に微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）圧力センサのセンスセルを形成するステップであって、前記センスセルはセンスキャビティを有する、センスセルを形成するステップと、
前記センスセルに近接して、前記基板上に前記ＭＥＭＳ圧力センサの試験セルを形成するステップであって、前記試験セルは試験キャビティを有し、前記センスキャビティおよび試験キャビティの各々は初期キャビティ圧力を呈し、前記試験キャビティは前記センスキャビティから物理的に分離され、前記センスセルおよび試験セルの各々は周囲圧力に対して感度を有する、試験セルを形成するステップと、
前記試験キャビティと連通するシール構造を形成するステップであって、前記シール構造は、前記センスキャビティは前記初期キャビティ圧力のままで、前記試験キャビティ内の前記初期キャビティ圧力を前記周囲圧力に変化させるために破られるように構成される、シール構造を形成するステップと、
を有し、
前記シール構造を形成するステップは、
シール構造キャビティを生成するように、前記基板の上に重なって前記基板から離間されるシール膜を形成するステップと、
前記試験キャビティと前記シール構造キャビティとの間に置かれるチャネルを形成するステップと
を有する、
方法。

【請求項12】

前記センスセルを形成するステップは、前記センスキャビティを生成するように、前記基板の上に重なって前記基板から離間されるセンスダイヤフラムを形成するステップを含み、
前記試験セルを形成するステップは、前記試験キャビティを生成するように、前記基板の上に重なって前記基板から離間される試験ダイヤフラムを形成するステップを含み、
前記センスダイヤフラム、前記試験ダイヤフラム、および前記シール膜は共通の構造層内に形成される、
請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記周囲圧力に応答して前記試験セルの電極と試験ダイヤフラムとの間で第１のセンス信号を取得するステップと、
前記シール膜を破って、前記試験キャビティ内の前記初期キャビティ圧力を前記周囲圧力に変化させるステップと、
前記破る処理の後に前記電極と前記試験ダイヤフラムとの間で第２のセンス信号を取得するステップと、
をさらに有する請求項１１に記載の方法。

【請求項14】

前記第１のセンス信号および前記第２のセンス信号を使用して前記試験セルの試験セル感度を計算するステップと、
前記試験セル感度を使用して前記センスセルの感度を推定するステップと、
をさらに有する請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

周囲圧力に応答して微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）圧力センサの試験セルのセンス電極と試験ダイヤフラムとの間で第１のセンス信号を取得するステップであって、前記試験セルは、前記センス電極が中に位置する試験キャビティを含み、前記試験キャビティは初期キャビティ圧力を呈する、取得するステップと、
前記試験キャビティ内の前記初期キャビティ圧力を前記周囲圧力に変化させるステップと、
前記変化させる処理の後に前記センス電極と前記試験ダイヤフラムとの間で第２のセンス信号を取得するステップと、
前記第１のセンス信号および前記第２のセンス信号を使用して前記試験セルの試験セル感度を計算するステップと、
前記試験セル感度を使用して前記ＭＥＭＳ圧力センサのセンスセルの感度を推定するステップであり、前記周囲圧力は大気圧であり、前記推定する処理は、前記大気圧よりも大きい圧力刺激を加えることなく実行される、ステップと、
を有する方法。

【請求項16】

前記ＭＥＭＳ圧力センサのセンスセルおよび前記試験セルは互いに近接して１つの基板上に形成され、前記変化させる処理は、前記センスセルのセンスキャビティ内の前記初期キャビティ圧力を前記周囲圧力に変化させない、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記変化させる処理は、前記試験ダイヤフラムを破られていないままにする、請求項１５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、概して微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスに関する。より具体的には、本発明は、プロセス変動から生じるＭＥＭＳ圧力センサの感度を推定することに関する。

【背景技術】

【0002】

微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスは、機械的構成要素を埋め込まれている半導体デバイスである。ＭＥＭＳデバイスは、自動車エアバッグシステム、自動車における制御用途、ナビゲーション、ディスプレイシステム、インクジェットカートリッジなどのような多種多様な製品に使用されている。ＭＥＭＳデバイスはたとえば、圧力センサ、加速度計、ジャイロスコープ、マイクロフォン、デジタルミラーディスプレイ、微小流体デバイスなどを含む。ＭＥＭＳ圧力センサは、一般的に、圧力キャビティと、圧力を受けてたわむ、ダイヤフラムと称される膜要素を使用する。いくつかの構成において、２つのプレート、ここで、２つのプレートのうちの一方は可動ダイヤフラムであるが、それらの間の距離の変化が、或る面積にわたって加えられている圧力に起因するひずみ（または、たわみ）を検出するための可変キャパシタを形成する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

一態様において、内蔵較正機能を有するＭＥＭＥＳ圧力センサを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0004】

一態様において、ＭＥＭＳ圧力センサは、センスセルと、試験セルとを含む。センスセルおよび試験セルは共通の基板上に互いに近接して形成されており、試験セルは、試験キャビティと、試験キャビティと連通しているシール構造とを含む。センスセルおよび試験セルの各々は周囲圧力に対して感度を有する。試験キャビティは、シール構造が破られていないときは初期キャビティ圧力を呈し、シール構造が破られるときに初期キャビティ圧力が周囲圧力に変化する。

【図面の簡単な説明】

【0005】

以下の図面と併せて考察して詳細な説明および請求項を参照することで、より完全に本発明を理解することができる。これらの図面では全般にわたり同様の参照符号は類似の項目を示しており、図面は必ずしも原寸に比例して描かれてはいない。

【図1】例示的な圧力センサの簡略上面図。

【図2】図１の切断線２−２に沿った圧力センサのセンス構造の側断面図。

【図3】図１の切断線３−３に沿った圧力センサの基準構造の側断面図。

【図4】一実施形態に応じた圧力センサの簡略上面図。

【図5】図４の切断線５−５に沿った圧力センサの側断面図。

【図6】処理の中間段階における図４の圧力センサの部分上面図。

【図7】別の実施形態に応じた製造プロセスのフローチャート。

【図8】図４の圧力センサの感度を推定するための試験構成の簡略ブロック図。

【図9】別の実施形態に応じた較正プロセスのフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0006】

医療用途、代替エネルギー、エンジン制御（たとえば、ガスおよび燃料吸入圧力）、および、タイヤ監視システムのような自動車セーフティ用途におけるクリティカルシステムは、動作の変化を、それらの変化が重大なものになる前に追跡するために、耐用年限にわたって正確で予測可能な出力を送達する圧力センサを必要とする。微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）圧力センサは、それらのサイズがコンパクトであることに起因して、および、高生産量におけるそれらの費用が相対的に安価であることに起因して、一般的に使用されている圧力センサ技術である。

【0007】

しかしながら、小型化が進行するにつれて、ＭＥＭＳ圧力センサについて問題が生じている。これらの問題は、感度の低さ、不正確性および信号ドリフトに関する。特に、すべてのＭＥＭＳデバイスが均一に配置されるか、または同一の幾何形状を有することを保証することは困難である。ＭＥＭＳ圧力センサダイヤフラムの幅のような、重要な設計パラメータに対するプロセス変動が、圧力センサの感度に影響を与える可能性がある。たとえば、ＭＥＭＳ圧力センサダイヤフラムの幅のわずかな差が結果として、圧力センサの所定の公称または設計上の感度と比較して、大きな感度の差をもたらす可能性がある。

【0008】

重要な設計パラメータに対するプロセス変動に起因して、いかなる２つのＭＥＭＳ圧力センサデバイスも、厳密に同じではない。従って、各ＭＥＭＳ圧力センサの感度は一般的に、プロセス変動に起因する何らかの信号不一致を相殺するために、工場試験中、基板取り付け前、および／または基板取り付け後に較正される。ＭＥＭＳ圧力センサは、産業製造環境においてハンドラ／テスタ機器を利用して較正され得る。ハンドラ／テスタ機器は、圧力センサに既知の物理的刺激較正信号を印加し得る。圧力センサの出力が測定され、既知の較正信号の値と比較され得る。その後、この較正情報が使用されて、後続の圧力センサ読み値が補正され得る。産業製造環境において個々のデバイスパラメータ、たとえば、外部から加えられる力に関係するたわみプロファイルを測定することは実際的ではない。すなわち、この従来の技術は、較正信号を課すためにハンドラ／テスタ機器が必要であることに起因して、費用および時間がかかる可能性がある。

【0009】

実施形態は、内蔵較正機能を含むＭＥＭＳ圧力センサ、ＭＥＭＳ圧力センサを製造する方法、および、ＭＥＭＳ圧力センサを較正する方法を含む。圧力センサは、同じ設計パラメータおよびプロセスによって製造される複数のセンスセルおよび試験セルを単一のダイ上に含む。それゆえ、センスセルおよび試験セルの各々は理想的には、課される圧力刺激に対して同じ感度を有する。シール構造が、１つ以上の試験セルの１つ以上の試験キャビティと連通している。シール構造は、試験キャビティ内の圧力を変化させるために破られるように構成されている。試験セルの感度は、シール構造を破る前および後に圧力読み値をとることによって計算することができる。試験セルおよびセンスセルは同じ感度を有すると仮定されるため、試験セルからのセンス信号が、センスセルの感度を推定するために利用され得る。そのような圧力センサおよび方法は、試験費用を低減することができ、物理的刺激較正信号を課すことなく感度推定および関連するセンサ較正を可能にする。

【0010】

図１〜図３を参照すると、図１は、例示的な従来技術の圧力センサ２０の簡略上面図を示しており、図２は、図１の切断線２−２に沿った圧力センサ２０のセンス構造２２の一部分の側断面図を示しており、図３は、図１の切断線３−３に沿った圧力センサ２０の基準構造２４の一部分の側断面図を示している。概して、センス構造２２は、図２において矢印２６によって表され且つＰ_Ａとラベリングされている周囲圧力に反応する。逆に、基準構造２４は周囲圧力２６に概して反応しない。センス構造２２は、従来の堆積、パターニング、およびエッチングの処理を使用して基板３２上の構造層３０内に形成された１つ以上のセンス電極２８を含む。

【0011】

絶縁層、たとえば、窒化物層３４が、センス電極２８の少なくとも一部および下層の基板３２の露出した領域の上に形成され得る。センス構造２２は、例えばリンシリケートガラス（ＰＳＧ）などの犠牲層３７を堆積、パターニング、およびエッチングする従来のプロセスによって形成され得るキャビティ３６を含む。犠牲層３７が適切に形成された後、別の構造層３８が、犠牲層３７、ならびに、下層の窒化物層３４および／または基板３２の露出した領域の上に形成される。構造層３８は、キャビティ３６によって下層のセンス電極２８から離間されているセンス構造２２の１つ以上のダイヤフラム４０を形成するように処理される。その後、キャビティ３６内の犠牲層３７が、従来のプロセスによってエッチ開口部４２を介して除去され得る。図２に示す製造後のセンス構造２２において、犠牲層３７はもはやキャビティ３６内に存在しない。それゆえ、犠牲層３７が除去される前に存在していた箇所を表すために、参照符号３７から点線がキャビティ３６の内部に向けられている。

【0012】

基準構造２４はセンス構造２２と同様である。従って、基準構造２４は、基板３２上の構造層３０内に形成された１つ以上の基準電極４４と、基準電極４４の少なくとも一部および下層の基板３２の露出した領域の上に形成された窒化物層３４と、キャビティ４６とを含む。構造層３８は上述のように処理され、キャビティ４６によって基準電極４４から離間されている１つ以上のダイヤフラム４８を形成するように、キャビティ４６内の犠牲層３７が除去される。ここでも、図３に示す製造後の基準構造２４において、犠牲層３７はもはやキャビティ４６内に存在しない。それゆえ、犠牲層３７が除去される前に存在していた箇所を表すために、参照符号３７から点線がキャビティ４６の内部に向けられている。ダイヤフラム４８と接触してキャップ層５０が形成される。キャップ層５０は、たとえば、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）から成る相対的に厚い層とすることができ、これによって、ダイヤフラム４８は圧力に概して反応しなくなる。そのため、ダイヤフラム４８を以下で基準電極４８と称する場合がある。

【0013】

ＭＥＭＳ圧力センサは一般的に、そのキャビティの各々の中の圧力が大気圧を下回るように、より詳細には真空に近くなるように製造される。従って、圧力センサ２０は、キャビティ３６および４６の各々の中の、図２および図３においてＰ_Ｃとラベリングされている初期キャビティ圧力５１が、周囲圧力２６を著しく下回るように製造される。たとえば、初期キャビティ圧力５１はおおよそ真空である。

【0014】

図１において、破線パターンを使用して示されている細長い楕円が、センス構造２２の電極２８を表している。破線の細長い楕円はまた、基準構造２４の電極４４をも表している。加えて、狭く細長い楕円、および、電極２８を囲む一般化された矩形形状を含む点線パターンは、たとえば、圧力キャビティ３６、４６の側壁５２などの、窒化物層３４に結合している構造層３８（図２〜図３も参照されたい）の部分を表す。すなわち、側壁５２（図２〜図３も参照されたい）は、窒化物層３４に結合してセンス構造２２および基準構造２４それぞれの個々のキャビティ３６、４６を形成する構造層３８の部分である。図１において一点鎖線パターンによって示されている四角形は、キャパシタプレート、すなわち、それぞれセンス構造２２および基準構造２４のダイヤフラム４０、４８（図２〜図３に最もよく見られる）を含む図２および図３の層３８の外縁を表している。ダイヤフラム４０の上にキャップ層５０は形成されておらず、それによって、ダイヤフラム４０は周囲圧力２６に反応することを留意されたい。従って、図１において実線パターンにて示されている四角形５３は窓（すなわち、キャップ層５０がないこと）を表し、それによって、ダイヤフラム４０は圧力２６に対して露出している。これらのさまざまなパターンの形状は、各要素または機構の互いに対するサイズを表しているのではなく、代わりに、要素または機構の各々の積層関係を表している。

【0015】

概して、センス構造２２は、ダイヤフラム４０およびセンス電極２８の各々の間にキャパシタを形成する。すなわち、周囲圧力２６に応答して変化するセンスキャパシタンス５４、Ｃ_Ｓが、ダイヤフラム４０とセンス電極２８との間に形成される（すなわちＣ_Ｓ^＋とＣ_Ｓ⁻との間の差）。基準構造２４も、基準電極４８および基準電極４４の各々の間にキャパシタを形成する。従って、キャップ層５０が存在することに起因して周囲圧力２６に応答して変化しない基準キャパシタンス５６、Ｃ_Ｒが、基準電極４８と４４との間に形成される（すなわちＣ_Ｒ^＋とＣ_Ｒ⁻との間の差）。ダイヤフラム４０および基準電極４８は、センス構造２２および基準構造２４の各々の間に共通ノード５８を形成するように相互接続され得る。制御回路６０は、センスキャパシタンス５４と基準キャパシタンス５６との間の比（すなわち、Ｃ_Ｓ／Ｃ_Ｒ）を測定するように構成されている。より高い圧力２６はセンスキャパシタンス５４、Ｃ_Ｓを増大させるが、基準キャパシタンス５６、Ｃ_Ｒにはほとんど影響を及ぼさない。それゆえ、圧力２６が増大すると、センスキャパシタンス５４と基準キャパシタンス５６との間の比（すなわち、Ｃ_Ｓ／Ｃ_Ｒ）は増大する。この値を、圧力２６を示す尺度に変換することができる。

【0016】

示されている実施形態において、センス構造２２の重要な寸法は、ダイヤフラム４０の幅６２（図２参照）である。所望の感度を得るために、幅６２に対して所定の設計値が確立されている。しかしながら、たとえば、犠牲層の堆積／パターニング／エッチングの間、および／または、キャビティ３６および４６内の犠牲材料が除去される解放プロセスの間のプロセス変動の結果として、側壁が斜めになること、および／または、ダイヤフラム４０の幅６２を所定の設計値よりも大きくもしくは小さくする他の寸法変動がもたらされる可能性がある。幅６２に生じる可能性のある変動によって、キャパシタンスのシフトとして反映される、圧力センサ２０の感度のシフトが生じる可能性がある。下記により詳細に説明するように、試験セルおよびシール構造が、圧力センサの中に形成され、すなわち内蔵され、何らかのプロセス変動に応じたセンスセルの感度を推定し、最終的に、推定感度に基づいて圧力センサを較正するのに使用される。

【0017】

幅６２の変動が、圧力センサの感度のシフトを発生させる可能性があるものとして説明される。しかしながら、圧力検知ダイヤフラムの厚さ、圧力キャビティの幾何形状などのような、他の幾何形状の変動も、圧力センサの感度のシフトを発生させる場合がある。それにもかかわらず、内蔵試験セルおよびシール構造は、特定のプロセス変動にかかわらず較正機能を提供するために圧力センサ内に実装することができる。

【0018】

図４および図５を参照すると、図４は一実施形態に応じたＭＥＭＳ圧力センサ７０の簡略上面図を示しており、図５は図４の切断線５−５に沿った圧力センサ７０の側断面図を示している。圧力センサ７０は概して、少なくともセンス構造７２と基準構造７４とを有する検知アセンブリ７１を含む。図５は、特に、圧力センサ７０のセンス構造７２の側断面図を示す。センス構造７２および基準構造７４は、基板７８の表面７６上に形成され得る。センス構造７２は、１つ以上のセンスセル８０と、１つ以上の試験セル８２およびシール構造８４の形態の内蔵較正機能とを含む。試験セル８２およびシール構造８４は、たとえばプロセス変動に起因して、センスセル８０に対する設計感度から変化している場合があるセンスセル８０の感度を推定するために実装される。

【0019】

センス構造７２のセンスセル８０および試験セル８２は、基板７８上で互いに近接して形成される。示されている実施形態において、センスセル８０および試験セル８２は、インターリーブ配置、すなわち、センスセル８０が試験セル８２と交互になった配列にて構成されている。センスセル８０および試験セル８２は、同じ幾何形状寸法を有するように同時に製造され、個々のセンスセル８０および試験セル８２は周囲圧力２６に反応する。それらの同じ幾何形状寸法に起因して、センスセル８０および試験セル８２の周囲圧力２６に対する感度はほぼ同一であると仮定される。

【0020】

基準構造７４は基準セル８６を含む。センスセル８０および試験セル８２とは異なり、基準構造７４の基準セル８６は、周囲圧力２６に対して概して反応しない。基準構造７４は、構造的に図１および図３に示す基準構造２４と同様である。従って、各基準セル８６は、基板７８上に形成されている基準電極８８と、キャビティ（図３に示すキャビティ４６など）と、真空キャビティによって基準電極４４から離間されている基準電極９０とを含むことができる。各基準電極９０と接触してキャップ層９２が形成される。ここでも、キャップ層９２は、たとえば、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）から成る相対的に厚い層とすることができ、これによって、基準電極９０は周囲圧力２６に概して反応しなくなる。基準構造７４のさらなる説明は、そのような基準構造７４の説明は基準構造２４に提供されたものに対応するため、ここでは簡潔にするために省略される。

【0021】

圧力センサ７０は、４つのセンスセル８０、４つの試験セル８２、および４つの基準セル８６を含むものとして図４および図５に示されている。しかしながら、圧力センサ７０は、如何なる適切な数量のセンスセル８０、試験セル８２、および基準セル８６を含んでもよい。加えて、基準構造７４は、図解を簡単にするために、センス構造７２から物理的に分離されているものとして示されている。代替的な実施形態において、基準構造７４の基準セル８６もまた、センスセル８０および試験セル８２と交互配置されてもよい。また他の実施形態において、センスセル８０および試験セル８２は交互配置される必要はなく、代わりに、他の構造的構成にて互いに近接して配列されてもよい。圧力センサ７０はまた、例えばシールド線及びガードリングなど、図解を簡単にするために図４および図５に含まれていない他の機構を基板７８上に含んでもよい。

【0022】

センス構造７２および基準構造７４は、基板７８の表面７６上に製造され得る。その後、基板７８の残りの露出した表面７６上に絶縁層９４（図５に最もよく見られる）が堆積され得る。絶縁層９４は、所与の圧力センサ実施態様の要件に応じて選択される例えば窒化物材料などの適切な絶縁または誘電体材料層を含むことができる。

【0023】

センスセル８０の各々は、基板７８上に形成された電極９６を含み、試験セル８２の各々は、基板７８上に形成された電極９８を含む。図４において、電極９６および９８は、それらが構造層１００の下に位置することに起因して、点線を使用して幻影として示されている。同様に、基準構造７４の基準電極８８も、それらが基準電極９０およびキャップ層９２の下に位置することに起因して、点線を使用して幻影として示されている。図５は、下記に説明するように、デバイスの構造層内に作製される種々の要素を区別するためにさまざまな陰影および／または網掛けを使用して示されている。構造層内のこれらの種々の要素は、堆積、パターニング、エッチングなどの、現行のおよび近い将来の表面マイクロマシニング技法を利用して生成されることができる。従って、図解において異なる陰影および／または網掛けが利用されている場合があるが、構造層内の異なる要素が、ポリシリコン、単結晶シリコンなどのような同じ材料から形成されることもある。

【0024】

電極９６は、センスセル８０のためのセンスキャパシタ下部平板電極のセットを表し、一方で電極９８は、試験セル８２のためのセンスキャパシタ下部平板電極の別のセットを表す。試験セル８２はセンスセル８０と交互配置されているため、電極９６は対応して電極９８と交互配置された配列にて構成されている。いくつかの実施形態において、個々の電極９６の幾何形状は、個々の電極９８の幾何形状に一致する、すなわち、それらの幾何形状は実質的に同一である。

【0025】

なおもセンス構造７２を参照するに、構造層１００は、センスセル８０および試験セル８２の各々のためのキャパシタ上部平板電極を表す。構造層１００は、センスセル８０のためのセンスキャビティ１０２および試験セル８２のための試験キャビティ１０４を生成するように、電極９６および９８の上に重なり、それらから離間され、それらと接続して構成されている（特に図５参照）。試験セル８２の試験キャビティ１０４はセンスセル８０のセンスキャビティ１０２から側方に離間されており、物理的に分離（アイソレート）されている。キャビティ１０２および１０４は、ほぼ真空の初期キャビティ圧力５１を有する真空室とし得る。他の例では、キャビティ１０２および１０４は最初に、所与の制御された圧力で製造中に適切な気体を充填されたチャンバであり、それゆえ、この圧力を本明細書においては初期キャビティ圧力５１と称する。

【0026】

構造層１００は、センスセル８０のためのセンスダイヤフラム１０６に対応する構造層１００の部分を画定し、且つ試験セル８２のための試験ダイヤフラム１０８に対応する構造層１００の他の部分を画定するように、絶縁層９４の表面に固定されている。たとえば、構造層１００は、キャビティ１０２および１０４を構築するように、また、センスダイヤフラム１０６を試験ダイヤフラム１０８から区別するように、構造層１００の周縁１１０付近と、参照符号１１２によって示されるような周縁の内部の所望の固定箇所とで絶縁層９４に固定されている。

【0027】

概して、センスダイヤフラム１０６の各々の領域は、試験ダイヤフラム１０８の各々の領域に幾何学的に等しくなるように形成される。たとえば、センスダイヤフラム１０６および試験ダイヤフラム１０８の各々は、幅１１４および長さ１１６によって特徴付けられ、各センスダイヤフラム１０６の幅１１４は各試験ダイヤフラム１０８の幅１１４に概して等しく、各センスダイヤフラム１０６の長さ１１６は各試験ダイヤフラム１０８の長さに概して等しい。センスダイヤフラム１０６および試験ダイヤフラム１０８の幾何学的特性（たとえば、幅１１４および長さ１１６）は等しいため、センスダイヤフラム１０６および試験ダイヤフラム１０８の面積は等しいということになり、それゆえ、各試験セル８２の感度は理想的には各センスセル８０の感度と同一である。従って、示されている実施形態において、幅１１４および長さ１１６は、それぞれセンスセル８０および試験セル８２の感度に直接影響を与える重要な寸法である。

【0028】

圧力センサ７０は、概して矩形のダイヤフラムを有して示されており、このダイヤフラムは、当該矩形ダイヤフラムの長さよりも小さい幅を有する。しかしながら、ダイヤフラムは矩形である必要はなく、センスダイヤフラム１０６および試験ダイヤフラム１０８の幾何学的特性が同じであり、それによって、センスセル８０および試験セル８２の感度が概して同じである限り、代わりに他の形状（たとえば、正方形、円、多辺形要素など）であってもよい。

【0029】

ここでシール構造８４を参照すると、シール構造８４は、下層の基板７８から離間されているシール膜１１８を含み、それによって、シール膜１１８と基板７８との間にシールキャビティ１２０が生成される。一実施形態において、シール膜１１８は、シールキャビティ１２０の周縁の周りで基板７８に固定されている構造層１００の部分とし得る。シール構造８４は、試験キャビティ１０４の少なくとも１つとシールキャビティ１２０の間に置かれているチャネル１２２をさらに含む。図４において、チャネル１２２は、上に重なっている構造層１００、および、箇所によっては、キャップ層９２の一部分によって覆い隠されているため、右端の試験セル８２とシール構造８４との間の破線によって表されている。図５の断面図において、チャネル１２２は、右端の試験セル８２の試験キャビティ１０４とシール構造８４のシールキャビティ１２０とを相互接続して示されている。

【0030】

さらに、チャネル構造１２４が試験キャビティ１０４の各々を相互接続する。チャネル構造１２４は、上に重なっている構造層１００、および、箇所によっては、キャップ層９２の一部分によって覆い隠されているため、図４において破線によって表されている。従って、チャネル１２２およびチャネル構造１２４を含むシール構造８４は、結果として、試験キャビティ１０４の各々がシールキャビティ１２０と流体連通する構成をもたらす。

【0031】

図４および図５に関連して図６を参照すると、図６は、処理の中間段階における圧力センサ７０の部分上面図を示す。特に、図６は、製造の中間段階における圧力センサ７０のセンス構造７２の上面図を示す。ＭＥＭＳ製造方法に従って、センス電極９６、試験電極９８、および基準電極８８（いずれも見えていない）、ならびに絶縁層９４が、基板７８の表面７６上に形成され得る。そして、例えばリンシリケートガラス（ＰＳＧ）などの犠牲材料層１２６が、センス電極９６、試験電極９８、および基準電極８８、ならびに絶縁層９４の表面にわたって堆積され得る。明瞭にするために、絶縁層９４は点描パターンによって表されており、犠牲材料層１２６は右下がり方向の狭い網掛けによって表されている。

【0032】

犠牲層１２６は、結果もたらされるＭＥＭＳ圧力センサ７０において中空空間になる領域を形成するように、従来のプロセスによって適切にパターニングおよびエッチングされる。言い換えれば、犠牲層パターニングおよびエッチング後、構造層１００を、絶縁層９４上に残っている犠牲材料層１２６の上、および、絶縁層９４の露出した領域の上に堆積することができる。この残存している犠牲材料層１２６は、ＭＥＭＳ圧力センサ７０内の中空領域、すなわち、センスキャビティ１０２、試験キャビティ１０４、シールキャビティ１２０、チャネル１２２、およびチャネル構造１２４を生成するように、従来の慣例によって構造層１００の堆積後に除去することができる。

【0033】

センスキャビティ１０２、試験キャビティ１０４、シールキャビティ１２０、チャネル１２２、およびチャネル構造１２４は図６において説明を目的としてラベリングされている。構造層１００の堆積および犠牲材料層１２６の除去はまだ行われていないことを留意されたい。そうとはいえ、図６の犠牲材料層１２６の構成は、チャネル１２２およびチャネル構造１２４が、シールキャビティ１２０と試験キャビティ１０４の各々を相互接続することになることを明らかにしている。逆に、センスキャビティ１０２は、試験キャビティ１０４およびシールキャビティ１２０から物理的に分離されたままになる。

【0034】

下記により詳細に説明するように、センスキャビティ１０２、試験キャビティ１０４、シールキャビティ１２０、チャネル１２２、およびチャネル構造１２４の各々は、それらすべてが、例えばほぼ真空など、同じ初期キャビティ圧力５１を有することになるような環境内で製造される。しかしながら、シール膜１１８は破られるように構成されている。シール膜１１８が破られると、試験キャビティ１０４は、それらがチャネル１２２およびチャネル構造１２４を介してシールキャビティ１２０と相互接続されていることに起因して「開く」。従って、シール膜１１８が破られると、試験キャビティ１０４内部の圧力が、初期キャビティ圧力５１から周囲圧力２６へと変化する。この試験キャビティ１０４内の圧力の変化は、シール膜１１８が破られる前、および、試験キャビティ１０４内の圧力が周囲圧力２６に常態化した後に試験セル８２から圧力測定値をとることによって利用される。これらの圧力測定値は、試験セル８２の感度を計算するのに使用することができ、それらが近接しており、幾何学的特性が等しいことに起因して、試験セル８２の感度をセンスセル８０の感度を推定するのに使用することができる。

【0035】

特に図４を参照すると、ＭＥＭＳ圧力センサ７０は、センス構造７２のセンスセル８０の外部で電極９６に対する電気接続を提供するように電極９６に電気的に結合されている導電性ランナ１２８をさらに含む。別の導電性ランナ１３０が、試験セル８２の外部で電極９８に対する電気接続を提供するように電極９８に電気的に結合されている。加えて、導電性ランナ１３２が、センス構造７２の共通電極を形成するように、センス構造７２の構造層１００に電気的に結合されている。導電性ランナ１３４も、基準構造７４の基準セル８６の外部で基準電極８８に対する電気接続を提供するように基準電極８８に電気的に結合されている。別の導電性ランナ１３６が、基準構造７４の共通電極を形成するように、基準電極９０に電気的に結合されている。導電性ランナ１２８、１３０、および１３４の部分は、それらが構造層１００、基準電極９０、および／またはキャップ層９２の下に位置することに起因して、点線を使用して幻影として示されていることが、図４において観察されるはずである。一実施形態において、センス構造７２のための導電性ランナ１３２および基準構造７４のための導電性ランナ１３６は、センス構造７２と基準構造７４との間に共通ノード１３８を形成するように相互接続されている。

【0036】

概して、センスセル８０は、センスダイヤフラム１０６と電極９６との間にキャパシタを形成する。すなわち、本明細書においてセンスキャパシタンス信号１４０と称され且つ図４においてＣ_Ｓとラベリングされた、周囲圧力２６に応答して変化するセンス信号が、センスダイヤフラム１０６と電極９６との間に生成される（すなわち、Ｃ_Ｓ^＋とＣ_Ｓ⁻との間の差）。同様に、試験セル８２は、試験ダイヤフラム１０８と電極９８との間にキャパシタを形成する。すなわち、本明細書において試験キャパシタンス信号１４２と称され且つ図４においてＣ_ＴＥＳＴとラベリングされた、同じく周囲圧力２６に応答して変化する試験信号が、試験ダイヤフラム１０８と電極９８との間に生成される（すなわち、Ｃ_ＴＥＳＴ^＋とＣ_ＴＥＳＴ⁻との間の差）。基準セル８６も、基準電極９０および基準電極８８の各々の間にキャパシタを形成する。従って、図４においてＣ_Ｒとラベリングされた基準キャパシタンス信号１４４が、電極９０と基準電極８８との間に生成される（すなわち、Ｃ_Ｒ^＋とＣ_Ｒ⁻との間の差）。しかしながら、基準キャパシタンス信号１４４は、キャップ層９２が存在することに起因して、周囲圧力２６に応答して変化しない。

【0037】

制御回路１４５が、センスキャパシタンス信号１４０と基準キャパシタンス信号１４４との間の比（すなわち、Ｃ_Ｓ／Ｃ_Ｒ）を測定するように構成されている。周囲圧力２６が高くなると、センスダイヤフラム１０６のたわみが大きくなり、このようにたわみが大きくなることによって、センスキャパシタンス信号１４０、Ｃ_Ｓが増大するが、基準キャパシタンス信号１４４、Ｃ_Ｒにはほとんど影響がない。それゆえ、周囲圧力２６が増大すると、センスキャパシタンス信号１４０と基準キャパシタンス信号１４４との間の比（すなわち、Ｃ_Ｓ／Ｃ_Ｒ）は増大する。この値は、図４においてＰ_ＳＥＮＳとラベリングされているセンス信号１４６、すなわち、センスセル８０によって検知された周囲圧力２６を示す尺度に変換することができる。制御回路１４５はまた、試験キャパシタンス信号１４２と基準キャパシタンス信号１４４との比（すなわち、Ｃ_ＴＥＳＴ／Ｃ_Ｒ）を測定し、この値を図４においてＰ_ＴＥＳＴとラベリングされている試験信号１４８、すなわち、試験セル８２によって検知された周囲圧力２６を示す尺度に変換するように構成され得る。

【0038】

図７は、別の実施形態に応じた製造プロセス１５０のフローチャートを示す。一実施形態において、センス構造７２および基準構造７４は共通の基板上に同時に形成される。より重要なことには、センスセル８０および試験セル８２が同じ基板上に同時に形成されるとともに、センスセル８０および試験セル８２が同じ幾何学的特性を有して製造される。従って、センスセル８０に影響を与える任意のプロセス変動は、同様に試験セル８２に影響を与えるはずである。圧力センサ７０は、構造層内の要素と、構造層内の要素の間に間隙すなわちキャビティを画定するのに使用される犠牲層とを形成するために、薄膜堆積、パターニング、およびエッチングの表面マイクロマシニングプロセスを使用して製造され得る。

【0039】

製造プロセス１５０は、概して、同じ基板７８上に１つ以上の圧力センサ７０を形成することの一連の処理（サブプロセス１５２と総称する）によって開始する。より詳細には、サブプロセス１５２は、基板７８の各圧力センサ７０のセンスセル８０、試験セル８２、シール構造８４、および基準セル８６（図４）を形成することを含む。以下の製造方法は、簡潔にするために単一の圧力センサ７０の製造を説明する。無論、既知のバッチ加工技法に従って複数の圧力センサ７０が共通の基板上に同時に製造されてもよいことを当業者は容易に認識しよう。

【0040】

サブプロセス１５２の処理はタスク１５４を含み、ここで、構造層が、センスセル８０のセンス電極９６と、試験セル８２の試験電極９８と、基準セル８６の基準電極８８（図４）とを含むように基板７８上に形成される。これらの構造は、既知のおよび将来の堆積、パターニング、およびエッチングプロセスを利用して形成され得る。サブプロセス１５２はタスク１５６によって継続し、絶縁層９４（図５）が、たとえば、堆積、パターニング、およびエッチングプロセスを利用して基板７８の上に適切に形成される。

【0041】

タスク１５６に続いて、タスク１５８が実行される。タスク１５８において、犠牲層１２６（図６）が、既知の堆積、パターニング、およびエッチングプロセスに従って、絶縁層９４と、露出した、センスセル８０のセンス電極９６、試験セル８２の試験電極９８、および基準セルの基準電極８８との上に形成される。サブプロセス１５２はタスク１６０によって継続する。タスク１６０において、構造層１００（図５）が、センスダイヤフラム１０６、試験ダイヤフラム１０８、基準電極９０、およびシール構造８４のシール膜１１８（図４および図５参照）を含むように形成される。

【0042】

次に、タスク１６２において、犠牲層１２６が、当業者には既知であるようにエッチ開口（図１に示すエッチ開口４２など）を介して除去され得る。従って、タスク１６２の後、センスセル８０のセンスキャビティ１０２、試験セル８２の試験キャビティ１０４、シール構造８４のシールキャビティ１２０、基準セル８６の基準キャビティ、チャネル１２２、およびチャネル構造１２４が、図６に関連して上述されたように生成される。サブプロセス１５２はタスク１６４によって継続する。タスク１６４において、キャップ層９２（図４および図５）が、基準電極８８と接触し、且つセンスダイヤフラム１０６と試験ダイヤフラム１０８との間の領域において構造層１００と接触するように、たとえば、ＴＥＯＳを堆積することによって形成される。しかしながら、キャップ層９２はセンスダイヤフラム１０６および試験ダイヤフラム１０８ならびにシール膜１１８とは接触しない。

【0043】

ＭＥＭＳ圧力センサは一般的に、そのキャビティ内の圧力が大気圧を下回るように、より詳細には真空に近くなるように製造される。従って、サブプロセス１５２は、センスキャビティ１０２、試験キャビティ１０４、シールキャビティ１２０、基準セル８６の基準キャビティ、チャネル１２２、およびチャネル構造１２４の各々の中の初期キャビティ圧力５１（図５）が周囲圧力または大気圧よりも著しく小さくなるように、真空条件下で実行され得る。たとえば、犠牲材料層１２６が除去された後、センスキャビティ１０２、試験キャビティ１０４、シールキャビティ１２０、基準セル８６の基準キャビティ、チャネル１２２、およびチャネル構造１２４は、それらのエッチ開口（図１に示すエッチ開口４２など）を介して脱気され得る。従って、その後、キャップ層９２を堆積することによって、センスキャビティ１０２、試験キャビティ１０４、シールキャビティ１２０、基準セル８６の基準キャビティ、チャネル１２２、およびチャネル構造１２４の初期キャビティ圧力５１がほぼ真空のままになるように、エッチ開口がシールされ得る。

【0044】

記載の例示的なプロセスによって、初期キャビティ圧力５１がほぼ真空であるキャビティを生成することができる。ほぼ真空の初期キャビティ圧力を有するキャビティをもたらすことができるさまざまなＭＥＭＳ処理技法があることを当業者は認識しよう。さらに、初期キャビティ圧力５１が真空である必要はなく、代わりに、圧力センサ７０の特定の設計パラメータに応じて別の適切な圧力であってもよいことを当業者は認識しよう。

【0045】

タスク１６４の後、サブプロセス１５２に従った圧力センサ７０（図４）の製造は概して完了する。しかしながら、圧力センサ７０を製造するためにさまざまな追加の処理が実行されてもよいことを当業者は認識しよう。それらのさまざまな追加の処理は、説明を明瞭にするために本明細書においては省略する。

【0046】

サブプロセス１５２のタスク１６４の後、製造プロセス１５０はタスク１６６によって継続し得る。タスク１６６において、圧力センサ較正プロセスが実行され得る。較正プロセスは図９に関連して詳細に説明する。タスク１６６のタスクブロックは、サブプロセス１５２の実行直後に実行されてもよく、またはされなくてもよいことを示すために破線によって示されている。いくつかの実施形態において、タスク１６６は、サブプロセス１５２の直後で、かつ後続のダイシングすなわち個片化タスク１６８の前に実行されてもよい。タスク１６６がプローブ試験においてダイシングタスク１６８の前に実行される場合、求められた値は、データベース（図示せず）内に保存されて、その後、最終試験において取り出されることができる。

【0047】

従って、サブプロセス１５２またはタスク１６６の後、製造プロセス１５０はタスク１６８によって継続する。タスク１６８において、たとえば複数の圧力センサ７０を含むウェハの形態の基板７８が、個々の圧力センサ７０へとダイシングされる。

【0048】

タスク１６８の後、タスク１７０が実行されてもよく、ここで、較正プロセス（図９）が実行されてもよい。ここでも、タスク１７０のタスクブロックは、ダイシングタスク１６８の実行直後に実行されてもよく、またはされなくてもよいことを示すために破線によって示されている。いくつかの実施形態において、タスク１７０は、特定の試験要件および手順に応じて、タスク１６６の代わりに最終試験においてダイシングタスク１６８の後に実行されてもよい。タスク１７０の後、製造プロセス１５０は終了する。ここでも、ダイシングタスク１６８またはタスク１７０の後にさまざまな追加の処理が実行されてもよく、それらは説明を明瞭にするために本明細書においては省略されていることを当業者は認識しよう。

【0049】

図８は、図４の圧力センサの感度を推定するための試験構成１７２の簡略ブロック図を示す。試験構成１７２は、検知アセンブリ７１および制御回路１４５を有する少なくとも部分的にパッケージングされた圧力センサ７０を含む。圧力センサ７０は、測定回路１７４と電気的に結合されている。概して、測定回路１７４は、圧力センサ７０から出力信号を受信し、試験セル８２（図４）の感度を計算し、試験セル８２の計算された感度に基づいてセンスセル８０（図４）の感度を推定するように構成されている。そして、測定回路１７４は、センスセルの推定された感度に応答して圧力センサ７０の較正係数を計算し得る。これらの較正係数は、圧力センサ７０の制御回路１４５に通信されることができ、そこで、較正係数は圧力センサ７０を較正するのに利用されることができる。

【0050】

試験構成１７２は、多くの形態を有することができ、特定の産業試験環境に応じて測定回路１７４として機能するために多様なシステムを使用して実装されることができる。たとえば、測定回路１７４は、（たとえば、図７に示す製造プロセス１５０のタスク１６６において）デバイス個片化の前に圧力センサ７０の感度を測定して圧力センサを較正するためのウェハプローブシステムとして実装されてもよい。代替的に、測定回路１７４は、パッケージング後であるがゲル充填前に（たとえば、図７に示す製造プロセス１５０のタスク１７０において）圧力センサ７０の感度を測定して圧力センサを較正するための計測制御装置（ＭＣＵ）回路として実装されてもよい。さらに、そのような産業試験環境は、複数の圧力センサ７０を同時に試験および較正するように適応されてもよい。特定の試験環境にかかわらず、圧力センサ７０の感度を推定することができ、物理的刺激較正信号を課すことなく較正パラメータを計算することができる。

【0051】

図９は、別の実施形態に応じた圧力センサ較正プロセス１８０のフローチャートを示す。圧力センサ較正プロセス１８０は、試験セル８２（図４）を使用して圧力センサ７０のセンスセル８０の感度を推定するために実行される。そして、推定された感度は、試験されている圧力センサ７０に特有の較正係数を計算するのに利用され得る。較正プロセス１８０は測定回路１７４（図８）を使用して試験環境１７２（図８）内で実行されることができ、周囲圧力を上回る物理的圧力較正刺激を課すことなく、周囲圧力条件下で、たとえば、標準的な大気圧下で実行されることができる。

【0052】

較正プロセス１８０はタスク１８２によって開始する。タスク１８２において、測定回路１７４が、試験セル８２を測定するように、すなわち、試験セルから圧力読み値をとるように構成される。すなわち、測定回路１７４は、試験信号Ｐ_ＴＥＳＴ１４８（図４）を受信するように構成される。

【0053】

較正プロセス１８０はタスク１８４によって継続する。タスク１８４において、周囲圧力２６（図５）が圧力センサ７０の試験セル８２において検出され、測定回路１７４が周囲圧力２６を示す試験信号１４８（図４）を取得する。この初期試験信号１４８は、図９においては未加工（ロー）試験信号Ｐ_{ＴＥＳＴ−０}１８６によって表されている。試験セル８２は真空基準、すなわち、ほぼ真空の初期キャビティ圧力５１（図５）を有するため、試験セル８２の試験ダイヤフラム１０８（図５）に加えられる正味の圧力は周囲圧力２６、たとえば、約１００ｋＰａになる。

【0054】

タスク１８８がタスク１８４に関連して実行される。タスク１８８において、圧力センサ７０が試験されている位置における周囲圧力２６が測定される。周囲圧力２６は、如何なる適切な高精度の圧力測定デバイスを使用して測定されてもよい。この周囲圧力測定値は、図９においては周囲圧力測定値Ｐ_ＡＭＢ１９０として表されている。

【0055】

プロセス１８０はタスク１９２によって継続する。タスク１９２において、試験セル８２の試験キャビティ１０４内の初期キャビティ圧力５１（図５）が周囲圧力２６に変更される。一実施形態において、タスク１９２は、シール構造８４のシール膜１１８（図５）を破ることによって達成され得る。シール膜１１８を破るための技法は、シール膜１１８を機械的に割ること、レーザを使用してシール膜１１８内に開口を穿孔すること、または、シール膜１１８内の金属もしくはポリシリコンヒューズを焼くことを含むことができる。

【0056】

また別の技法は、各シール構造８４を物理的にウェハ基板のソーストリート上に位置付けて、ウェハ基板上に複数の圧力センサ７０を形成することであってもよい。従って、較正プロセス１８０のタスク１８２、１８４、および１８８は、製造プロセス１５０のダイシング処理１６８（図７）の前に実行されてもよい。タスク１９２は、ダイシング処理１６８と同時に実行されてもよい。そのため、シール膜１１８はウェハ基板がダイシングされるときに破られることができる。較正プロセス１８０の残りの処理は、ダイシング処理１６８後に実行され得る。

【0057】

使用される特定の技法にかかわらず、シール膜１１８がタスク１９２において破られると、周囲圧力２６にある空気または別の適切な気体がシール膜１１８内の破れ目を通じてシールキャビティ１２０内へと流れる（図５）。空気または他の適切な気体は、試験キャビティ１０４内の圧力が周囲圧力２６へと常態化すなわち変化するまで、シールキャビティ１２０からチャネル１２２およびチャネル構造１２４を通じて試験キャビティ１０４（図５）の各々の中へと流れる。しかしながら、センスキャビティ１０２は試験キャビティ１０４、シールキャビティ１２０、チャネル１２２およびチャネル構造１２４から物理的に分離されているため、センスキャビティ１０２内のキャビティ圧力は初期キャビティ圧力５１（図５）、たとえば真空のままである。

【0058】

タスク１９２の後、較正プロセス１８０はタスク１９４によって継続する。タスク１９４において、測定回路１７４が再び試験信号１４８（図４）を取得する。シール膜１１８（図５）が破られた後のこの試験信号１４８は、図９においては未加工試験信号Ｐ_{ＴＥＳＴ−１}１９６によって表されている。試験セル８２の試験キャビティ１０４はこの時点では周囲圧力２６に等しい圧力を有するため、試験セル８２の試験ダイヤフラム１０８（図５）に加えられる正味の圧力は約０ｋＰａになる。

【0059】

タスク１９４に続いて、タスク１９８が実行される。タスク１９８において、試験セル８２の周囲圧力２６に対する感度が、測定回路１７４によって、シール膜１１８が破られる前の未加工試験信号Ｐ_{ＴＥＳＴ−０}１８６と、シール膜１１８が破られた後の未加工試験信号Ｐ_{ＴＥＳＴ−１}１９６とを使用して計算され得る。試験セル８２の計算された感度は、図９においては試験セル感度値ＳＥＮＳ_ＴＥＳＴ２００によって表されている。試験セル８２の感度の計算は、次式：
ＳＥＮＳ_ＴＥＳＴ＝（Ｐ_{ＴＥＳＴ−０}−Ｐ_{ＴＥＳＴ−１}）／Ｐ_ＡＭＢ （１）
によって例示される。式中、Ｐ_{ＴＥＳＴ−０}はシール膜１１８が破られる前の未加工試験信号１８６であり、Ｐ_{ＴＥＳＴ−１}はシール膜１１８が破られた後の未加工試験信号１９６であり、Ｐ_ＡＭＢは周囲圧力測定値１９０であり、ＳＥＮＳ_ＴＥＳＴは試験セル感度２００である。

【0060】

タスク１９８の後、較正プロセス１８０はタスク２０２によって継続する。タスク２０２において、測定回路１７４は、試験セル感度２００を使用してセンスセル８０（図５）の感度を推定する。一実施形態において、センスセルおよび試験セルの幾何形状パラメータが等しく、それらが同じ半導体製造プロセスを使用して同時に製造されることに起因して、センスセル８０の感度は試験セル感度２００にほぼ等しい。センスセル８０の推定感度は、図９においては、センスセル感度ＳＥＮＳ_{ＳＥＮＳＥ}２０４によって表されている。このようにほぼ等しいことは、次式：
ＳＥＮＳ_{ＳＥＮＳＥ}≒ＳＥＮＳ_ＴＥＳＴ （２）
によって例示することができる。しかしながら、実際には、この理想からの逸脱が存在することがあり、これによって、１つ以上のスケーリング係数Ｃ_０および／または他の項を含めることが必要になる場合がある。その結果として、推定センスセル感度２０４を、例示的な次式：
ＳＥＮＳ_{ＳＥＮＳＥ}＝Ｃ_０＊ＳＥＮＳ_ＴＥＳＴ （３）
によって、より正確に推定することができる。 推定タスク２０２の後、推定センスセル感度２０４は、圧力センサ７０の較正係数を計算するのに利用される。従って、較正プロセス１８０はタスク２０６によって継続する。タスク２０６において、測定回路１７４（図８）が、センスセル８０を測定するように、すなわち、センスセル８０（図５）から圧力読み値をとるように構成される。すなわち、測定回路１７４は、センス信号１４６（図４）を受信するように構成される。

【0061】

プロセス１８０はタスク２０８によって継続する。タスク２０８において、周囲圧力２６（図５）が圧力センサ７０のセンスセル８０において検出され、測定回路１７４が周囲圧力２６を示すセンス信号１４６（図４）を取得する。このセンス信号１４６は、図９においては未加工センス信号Ｐ_{ＳＥＮＳＥ}２１０によって表されている。センスセル８０のセンスキャビティ１０２は真空基準、すなわち、ほぼ真空の初期キャビティ圧力５１（図５）を有するため、センスセル８０のセンスダイヤフラム１０６（図４）に加えられる正味の圧力は周囲圧力２６、たとえば、約１００ｋＰａになる。

【0062】

タスク２０８の後、較正プロセス１８０はタスク２１２によって継続する。タスク２１２において、測定回路１７４がセンスセル８０の較正係数を計算する。これらの較正係数は、未加工センス信号２１０、センスセル感度２０４、および周囲圧力測定値１９０の関数として既知のようにして計算され得る。較正係数は、図９においてはβ２１４によって表されている。較正係数２１４の計算は、例示的な次の関数：
β＝ｆ（Ｐ_{ＳＥＮＳＥ}，ＳＥＮＳ_{ＳＥＮＳＥ}，Ｐ_ＡＭＢ） （４）
によって特徴付けられることができる。 上記で提示された説明から、計算された試験セル感度２００（ＳＥＮＳ_ＴＥＳＴ）に応答してセンスセル感度２０４（ＳＥＮＳ_{ＳＥＮＳＥ}）が推定されることが観察されるはずである。それゆえ、センスセル８０の較正係数２１４が試験セル感度２００に応答して求められるということになる。

【0063】

タスク２１２において較正係数２１４が求められた後、較正プロセス１８０はタスク２１６によって継続する。タスク２１６において、較正係数２１４が圧力センサ７０を較正するのに利用される。たとえば、較正係数２１４は、制御回路１４５に関連付けて記憶されることができ、それによって、センスキャパシタンス１４０（図４）を処理するときに較正係数２１４を適用して、較正されたセンス信号１４６を生成することができる。タスク２１６の後、較正プロセス１８０は終了する。

【0064】

このように、シール構造８４および試験セル８２をセンス構造７２（図４）の一部として含め、関連して圧力センサ較正プロセス１８０を実行することによって、試験セル８２の計算された感度２００を利用して圧力センサ７０のセンスセル８０の感度２０４を容易に推定することができる。その後、試験されている圧力センサ７０に特有の較正係数２１４を適用して圧力センサ７０を較正し、プロセス変動から生じる不一致を相殺することができる。

【0065】

要約すると、実施形態は、内蔵較正機能を含むＭＥＭＳ圧力センサ、ＭＥＭＳ圧力センサを製造する方法、および、ＭＥＭＳ圧力センサの感度を推定してＭＥＭＳ圧力センサを較正する方法を含む。圧力センサは、同じ幾何学的特性およびプロセスによって製造される複数のセンスセルおよび試験セルを単一のダイ上に含む。それゆえ、センスセルおよび試験セルの各々は理想的には、課される圧力刺激に対して同じ感度を有する。シール構造が、１つ以上の試験セルの１つ以上の試験キャビティと連通している。シール構造は、試験キャビティ内の圧力を変化させるために破られるように構成されている。試験セルの感度は、シール構造を破る前および後に圧力読み値をとることによって測定することができる。試験セルおよびセンスセルは同じ感度を有すると仮定されるため、試験セルからのセンス信号が、センスセルの感度を推定するために利用され得る。センスセルの推定感度はその後、較正係数を計算し、最終的には圧力センサを較正するのに利用され得る。そのような圧力センサおよび方法は、物理的刺激較正信号を課すことなく感度推定および関連するセンサ較正を可能にし、それによって、試験および機器費用を低減することができる。

【0066】

図７および図９に示すプロセスブロックのうちの特定のものは互いに並行して、または他のプロセスの実行とともに実行されてもよいことは理解されたい。加えて、図７および図９に示すプロセスブロック特定の順序は、実質的に同じ結果を達成しながら変更され得ることは理解されたい。従って、そのような変更は本発明の主題の範囲内に含まれるものとして意図されている。加えて、上記で図４〜図６に関連して特定のシステム構成が説明されたが、実施形態は他のアーキテクチャを有するシステムにおいて実装されてもよい。これらのおよび他の変形形態は本発明の主題の範囲内に含まれるように意図されている。

【0067】

本発明の主題の原理が特定の装置および方法に関連して上記で説明されてきたが、この説明は例示のみを目的として為されており、本発明の主題の範囲に対する限定としてではないことは明瞭に理解されたい。本明細書において述べられ図面内に示されたさまざまな機能または処理ブロックは、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアまたはそれらの任意の組み合わせにおいて実装されることができる。さらに、本明細書において採用されている表現または専門用語は説明を目的としており、限定ではない。

【0068】

特定の実施形態の上記の記載は、他者が、現在の知識を適用することによって、一般的な概念から逸脱することなくさまざまな用途のためにそれを容易に改変および／または適応するのに十分に本発明の主題の一般的性質を公開している。従って、そのような適応および改変は開示されている実施形態の均等物の意図および範囲内にある。本発明の主題は、すべてのそのような代替形態、改変形態、均等物、および変形形態を、添付の特許請求の範囲の精神および広い範囲内に入るものとして包含する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】