(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-06-23
(54)【発明の名称】ＭＥＭＳ環境センサ、およびその準備方法
(51)【国際特許分類】
G01D 5/12 20060101AFI20230616BHJP
B81B 3/00 20060101ALI20230616BHJP
【ＦＩ】
G01D5/12 H
B81B3/00
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022562742
(86)(22)【出願日】2021-04-15
(85)【翻訳文提出日】2022-11-24
(86)【国際出願番号】 CN2021087504
(87)【国際公開番号】W WO2021209004
(87)【国際公開日】2021-10-21
(31)【優先権主張番号】202010305608.0
(32)【優先日】2020-04-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】514116947
【氏名又は名称】江▲蘇▼多▲維▼科技有限公司
【氏名又は名称原語表記】ＭＵＬＴＩＤＩＭＥＮＳＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯ．， ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｄ ＆ Ｅ， Ｎｏ．２ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｒｏａｄ，Ｚｈａｎｇｊｉａｇａｎｇ Ｆｒｅｅ Ｔｒａｄｅ Ｚｏｎｅ，Ｚｈａｎｇｊｉａｇａｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ，２１５６３４ Ｃｈｉｎａ
(74)【代理人】
【識別番号】110000729
【氏名又は名称】弁理士法人ユニアス国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】チン、インシク
(72)【発明者】
【氏名】チー、ピン
(72)【発明者】
【氏名】シュエ、ソンション
【テーマコード（参考）】
2F077
3C081
【Ｆターム（参考）】
2F077AA36
2F077DD11
2F077JJ03
2F077JJ09
2F077JJ21
2F077VV02
3C081AA01
3C081AA09
3C081AA11
3C081BA04
3C081BA22
3C081BA32
3C081BA45
3C081BA48
3C081BA74
3C081CA13
3C081DA04
3C081EA01
3C081EA03
3C081EA04
3C081EA21
(57)【要約】
開示された本発明は、ＭＥＭＳ環境センサ、およびその準備方法である。伝達空洞は、ＭＥＭＳ環境センサの伝達基板の中央に作られ、伝達媒体は、伝達空洞の内部に位置する。入力ポートの表面積は、出力ポートの表面積よりも大きい。弾性伝達膜が、入力ポートの面上に設けられ、弾性圧膜が、出力ポートの面上に設けられる。荷重ベアリング空洞は、荷重ベアリング基板内に設けられ、磁気検出素子は、荷重ベアリング空洞の内部に配置され、荷重ベアリング空洞は、出力ポートと部分的に重なり合う。伝達空洞の入力ポートの表面積は、出力ポートの表面積よりも大きく、パスカルの原理に基づいて、伝達空洞の体積の差を使用して大きい体積の領域内の小さい変位を小さい体積の領域内の大きい変位に変換する。加えて、出力ポート、および出力ポートの端部が少なくとも部分的に重なり合い、磁気検出素子が荷重ベアリング空洞内に配置されるので、変位の変化がもたらされ、磁場の変化をもたらし、これは、電気抵抗の変化に変換され、これにより、高感度および低電力検出を提供する。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
伝達基板と、伝達媒体と、荷重ベアリング基板と、少なくとも１つの磁気検出素子と、を備えるＭＥＭＳ環境センサであって、伝達空洞が、該伝達基板の内部に設けられ、該伝達空洞は、該伝達基板を貫き、該伝達媒体は、該伝達空洞の内部に位置し、該伝達空洞は、少なくとも１つの入力ポートおよび少なくとも１つの出力ポートを備え、該入力ポートの表面積は、該出力ポートの表面積よりも大きく、弾性伝達膜が、該入力ポートの面上に設けられ、弾性圧膜が、該出力ポートの面上に設けられ、
荷重ベアリング空洞が、該荷重ベアリング基板内に設けられ、該荷重ベアリング空洞は、該荷重ベアリング基板を貫き、該磁気検出素子は、該荷重ベアリング空洞の内部に少なくとも配置され、該荷重ベアリング空洞は、該伝達空洞から離れている該弾性圧膜の片面に位置し、該弾性圧膜が位置する平面上の該荷重ベアリング空洞の垂直突出は、該弾性圧膜が位置する該平面上の該出力ポートの垂直突出と少なくとも部分的に重なり合う、ＭＥＭＳ環境センサ。
【請求項2】
前記伝達空洞は、互いに対向するように設けられている第１の面および第２の面を備え、前記入力ポートは、前記伝達空洞の該第１の面上に位置し、前記出力ポートは、前記伝達空洞の該第２の面上に位置し、代替として、前記入力ポートおよび前記出力ポートは共に、前記伝達空洞の該第２の面上に位置し、前記伝達空洞の該第１の面は、硬質の底面であり、前記荷重ベアリング空洞は、互いに対向するように設けられている第３の面および第４の面を備え、該第３の面は、前記弾性圧膜に取り付けられ、該第４の面は、硬質の底面である、請求項１記載のＭＥＭＳ環境センサ。
【請求項3】
前記磁気検出素子は、前記荷重ベアリング空洞の前記第４の面上に設けられ、前記磁気検出素子は、前記伝達空洞の前記第１の面上にも設けられ、前記弾性圧膜の片面の面は、前記荷重ベアリング空洞に向いている、または前記弾性圧膜の片面の面は、前記伝達空洞に向いている、請求項２記載のＭＥＭＳ環境センサ。
【請求項4】
前記磁気検出素子は、前記荷重ベアリング空洞の前記第４の面上に設けられ、前記弾性圧膜から離れている前記磁気検出素子の片面上に配設された接続線および接触電極をさらに備え、該接続線は、前記磁気検出素子と電気的に接続され、該接触電極は、該接続線と電気的に接続される、請求項３記載のＭＥＭＳ環境センサ。
【請求項5】
信号変換材料をさらに含み、該信号変換材料の少なくとも一部は、前記伝達媒体の内部に粒状の形態で均一に分散される、または該信号変換材料の少なくとも一部は、前記弾性圧膜の面上にフィルムの形態で配設される、請求項１記載のＭＥＭＳ環境センサ。
【請求項6】
前記信号変換材料は、磁性材料を含み、該磁性材料は、前記伝達媒体の内部に粒状の形態で均一に分散され、あるいは前記伝達空洞に向いている前記弾性圧膜の片面の面上におよび／または前記荷重ベアリング空洞に向いている前記弾性圧膜の片面の面上にフィルムの形態で配設され、代替として、前記信号変換材料は、非磁性金属材料、および励磁コイルを含み、該非磁性金属材料は、前記伝達媒体の内部に粒状の形態で均一に分散され、あるいは前記伝達空洞に向いている前記弾性圧膜の片面の面上におよび／または前記荷重ベアリング空洞に向いている前記弾性圧膜の片面の面上にフィルムの形態で配設され、該励磁コイルは、前記荷重ベアリング空洞の内部に設けられ、高周波交流電流が、該励磁コイルに印加され、該非磁性金属材料を駆動するために使用されて誘導渦電流を生成し、それによって誘導磁場を生成する、請求項５記載のＭＥＭＳ環境センサ。
【請求項7】
硬質カバー層が、前記伝達空洞から離れた前記弾性伝達膜の片面の面上に設けられる、請求項１から６のいずれか一項記載のＭＥＭＳ環境センサ。
【請求項8】
真空フードが、前記伝達空洞から離れた前記弾性伝達膜の片面に設けられ、該真空フードおよび前記弾性伝達膜は、シールされた空洞を形成し、該シールされた空洞は、真空でシールされた空洞、または知られている基準圧力を有するシールされた空洞であり、マス・ブロックが、該シールされた空洞の内部に設けられ、該マス・ブロックは、前記弾性伝達膜の面上に設けられ、代替として、該シールされた空洞は、カウンターウェイトの液体で満たされる、請求項１から６のいずれか一項記載のＭＥＭＳ環境センサ。
【請求項9】
前記第１の面および前記第２の面は、互いに平行であり、共に前記伝達基板の面が位置する平面に平行であり、前記第３の面および前記第４の面は、互いに平行であり、共に前記荷重ベアリング基板の面が位置する平面に平行である、請求項２記載のＭＥＭＳ環境センサ。
【請求項10】
前記磁気検出素子は、異方性磁気抵抗、巨大磁気抵抗、トンネル接合磁気抵抗、ホール素子、圧電材料、または誘電材料のうちの１つを含む、請求項１記載のＭＥＭＳ環境センサ。
【請求項11】
前記磁気検出素子の面上に位置する第１のパッシベーション層と、前記磁気フィルムの面上に位置する第２のパッシベーション層とをさらに備える、請求項６記載のＭＥＭＳ環境センサ。
【請求項12】
請求項１から１１のいずれか一項記載の前記ＭＥＭＳ環境センサを準備するために使用されるＭＥＭＳ環境センサのための準備方法であって、伝達基板、荷重ベアリング基板、および該伝達基板と該荷重ベアリング基板との間に位置する弾性フィルムを備える半導体基板を選択するステップと、
該伝達基板の内部に伝達空洞を準備するステップであって、該伝達空洞は、該伝達基板を貫き、該伝達媒体は、該伝達空洞の内部に位置し、該伝達空洞は、少なくとも１つの入力ポートおよび少なくとも１つの出力ポートを備え、該入力ポートの表面積は、該出力ポートの表面積よりも大きい、伝達空洞を準備するステップ、該入力ポートの面上に弾性伝達膜を準備するステップ、および該出力ポートの面上に弾性圧膜を準備するステップであって、少なくとも該弾性圧膜が該弾性フィルムである、弾性圧膜を準備するステップと、
該荷重ベアリング基板内に荷重ベアリング空洞を準備するステップであって、該荷重ベアリング空洞は、該荷重ベアリング基板を貫き、該荷重ベアリング空洞は、該伝達空洞から離れている該弾性膜の片面に位置し、該弾性圧膜が位置する平面上の該荷重ベアリング空洞の垂直突出は、該弾性圧膜が位置する該平面上の該出力ポートの垂直突出と少なくとも部分的に重なり合う、荷重ベアリング空洞を準備するステップと、
少なくとも該荷重ベアリング空洞内に少なくとも１つの磁気検出素子を準備するステップと、を含む準備方法。
【請求項13】
前記伝達空洞は、互いに対向するように設けられている第１の面および第２の面を備え、前記入力ポートは、前記伝達空洞の該第１の面上に位置し、前記出力ポートは、前記伝達空洞の該第２の面上に位置し、前記入力ポートの前記面上に弾性伝達膜を前記準備するステップ、および前記出力ポートの前記面上に弾性圧膜を準備するステップは、少なくとも前記弾性圧膜が前記弾性フィルムであり、
前記面が弾性伝達膜で覆われている第１の副ウェハを選択するステップと、前記伝達空洞を形成するように前記弾性伝達膜が前記伝達基板を向いているやり方で該第１の副ウェハおよび前記伝達基板を接着するステップと、を含み、
前記弾性圧膜は、前記弾性フィルムであり、
前記準備方法は、
エッチングにより該第１の副ウェハを除去してＭＥＭＳ環境センサを得るステップをさらに含む、請求項１２記載の準備方法。
【請求項14】
前記伝達空洞は、互いに対向するように設けられている第１の面および第２の面を備え、前記入力ポートおよび前記出力ポートは共に、前記伝達空洞の該第２の面上に位置し、前記伝達空洞の該第１の面は、硬質の底面であり、前記入力ポートの前記面上に弾性伝達膜を前記準備するステップ、および前記出力ポートの前記面上に弾性圧膜を準備するステップは、少なくとも前記弾性圧膜が前記弾性フィルムであり、
前記弾性フィルムである前記弾性伝達膜、および前記弾性フィルムである前記弾性圧膜を含み、
前記荷重ベアリング基板内に荷重ベアリング空洞を準備する前に、前記準備方法は、
第２の副ウェハを選択するステップと、前記伝達空洞を形成するように該第２の副ウェハおよび前記伝達基板を接着するステップと、をさらに含み、
前記準備方法は、
エッチングにより伝達ポートに対応する位置で前記荷重ベアリング基板を除去して、ＭＥＭＳ環境センサを得るステップをさらに含む、請求項１２記載の準備方法。
【請求項15】
少なくとも前記荷重ベアリング空洞内に少なくとも１つの磁気検出素子を前記準備するステップは、第３の副ウェハを選択するステップ、該第３の副ウェハの面上に少なくとも１つの磁気検出素子を準備するステップ、および前記荷重ベアリング空洞、および前記荷重ベアリング空洞の内部に位置する少なくとも１つの磁気検出素子を形成するように前記磁気検出素子が前記荷重ベアリング基板に向いているやり方で該第３の副ウェハおよび前記荷重ベアリング基板を接着するステップを含む、請求項１２記載の準備方法。
【請求項16】
前記第３の副ウェハの前記面上に少なくとも１つの磁気検出素子を前記準備するステップは、前記第３の副ウェハの前記面上にセンシング材料フィルムを堆積させるステップと、フォトリソグラフィによって磁気検出素子および接続線を形成するステップと、を含み、
前記荷重ベアリング空洞、および前記荷重ベアリング空洞の内部に位置する少なくとも１つの磁気検出素子を形成した後に、前記準備方法は、
該接続線の一部が露出させられるまで前記荷重ベアリング基板から離れている前記第３の副ウェハの片面から前記第３の副ウェハを薄型化およびエッチングするステップと、接触電極を形成するように該接続線の露出部分に金属材料を堆積させるステップと、をさらに含む、請求項１５記載の準備方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の各実施形態は、環境パラメータ検出センサの技術分野に関し、より詳細には、ＭＥＭＳ環境センサ、およびその準備方法に関する。
【背景技術】
【0002】
今日では、環境センサは、温度センサ、圧力センサ、変位センサ、振動センサ、マイクロフォン等などの一連の区分を含み、様々な区分の間でチップ設計、材料、プロセス、および封止構造に比較的大きな違いが存在し、複数の異なるタイプの環境センサを統合することを難しくさせ、または複雑な統合プロセスをもたらす。加えて、圧力センサ、変位センサ、振動センサ、マイクロフォン等のための既存のセンサ・チップは、高信号対ノイズ比と低消費電力との両方の要求を同時に満たすことはできない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
これに鑑みて、本発明の各実施形態は、ＭＥＭＳ環境センサ、およびその準備方法を提供するものであり、パスカルの原理に基づいて、伝達空洞の入力ポートおよび出力ポートの寸法の差を使用して大きい体積の領域内の小さい変位を小さい体積の領域内の大きい変位に変換し、多成分高感度材料が、変位の変化を磁場の変化などの中間変数を介して電気抵抗の変化に変換する磁気検出素子として適合され、磁気検出素子の特徴、すなわち、高感度および低消費電力によって、環境温度、圧力、変位、振動および音波などの環境パラメータのためのセンサが、同じプロセスを用いて単一のチップ上に準備され、これにより、センサの高信号対ノイズ比および低消費電力を確実にしつつ、環境センサの統合および小型化を助ける。
【課題を解決するための手段】
【0004】
第１の態様によれば、本発明の各実施形態は、伝達基板と、伝達媒体と、荷重ベアリング基板と、少なくとも１つの磁気検出素子と、を備えるＭＥＭＳ環境センサであって、
伝達空洞が、伝達基板の内部に設けられ、伝達空洞は、伝達基板を貫き、伝達媒体は、伝達空洞の内部に位置し、伝達空洞は、少なくとも１つの入力ポートおよび少なくとも１つの出力ポートを備え、入力ポートの表面積は、出力ポートの表面積よりも大きく、弾性伝達膜が、入力ポートの面上に設けられ、弾性圧膜が、出力ポートの面上に設けられ、
荷重ベアリング空洞が、荷重ベアリング基板内に設けられ、荷重ベアリング空洞は、荷重ベアリング基板を貫き、磁気検出素子は、荷重ベアリング空洞の内部に少なくとも配置され、荷重ベアリング空洞は、伝達空洞から離れている弾性圧膜の片面に位置し、弾性圧膜が位置する平面上の荷重ベアリング空洞の垂直突出は、弾性圧膜が位置する平面上の出力ポートの垂直突出と少なくとも部分的に重なり合う、ＭＥＭＳ環境センサを提供する。
伝達空洞が、伝達基板の内部に設けられ、伝達空洞は、伝達基板を貫き、伝達媒体は、伝達空洞の内部に位置し、伝達空洞は、少なくとも１つの入力ポートおよび少なくとも１つの出力ポートを備え、入力ポートの表面積は、出力ポートの表面積よりも大きく、弾性伝達膜が、入力ポートの面上に設けられ、弾性圧膜が、出力ポートの面上に設けられ、
荷重ベアリング空洞が、荷重ベアリング基板内に設けられ、荷重ベアリング空洞は、荷重ベアリング基板を貫き、磁気検出素子は、荷重ベアリング空洞の内部に少なくとも配置され、荷重ベアリング空洞は、伝達空洞から離れている弾性圧膜の片面に位置し、弾性圧膜が位置する平面上の荷重ベアリング空洞の垂直突出は、弾性圧膜が位置する平面上の出力ポートの垂直突出と少なくとも部分的に重なり合う、ＭＥＭＳ環境センサを提供する。
【0005】
第２の態様によれば、本発明の各実施形態は、第１の態様によるＭＥＭＳ環境センサを準備するＭＥＭＳ環境センサのための準備方法であって、
伝達基板、荷重ベアリング基板、および伝達基板と荷重ベアリング基板との間に位置する弾性フィルムを備える半導体基板を選択するステップと、
伝達基板の内部に伝達空洞を準備するステップであって、伝達空洞は、伝達基板を貫き、伝達媒体は、伝達空洞の内部に位置し、伝達空洞は、少なくとも１つの入力ポートおよび少なくとも１つの出力ポートを備え、入力ポートの表面積は、出力ポートの表面積よりも大きい、伝達空洞を準備するステップ、入力ポートの面上に弾性伝達膜を準備するステップ、および出力ポートの面上に弾性圧膜を準備するステップであって、少なくとも弾性圧膜が弾性フィルムである、弾性圧膜を準備するステップと、
荷重ベアリング基板内に荷重ベアリング空洞を準備するステップであって、荷重ベアリング空洞は、荷重ベアリング基板を貫き、荷重ベアリング空洞は、伝達空洞から離れている弾性膜の片面に位置し、弾性圧膜が位置する平面上の荷重ベアリング空洞の垂直突出は、弾性圧膜が位置する平面上の出力ポートの垂直突出と少なくとも部分的に重なり合う、荷重ベアリング空洞を準備するステップと、
少なくとも荷重ベアリング空洞内に少なくとも１つの磁気検出素子を準備するステップと、を含む準備方法をさらに提供する。
伝達基板、荷重ベアリング基板、および伝達基板と荷重ベアリング基板との間に位置する弾性フィルムを備える半導体基板を選択するステップと、
伝達基板の内部に伝達空洞を準備するステップであって、伝達空洞は、伝達基板を貫き、伝達媒体は、伝達空洞の内部に位置し、伝達空洞は、少なくとも１つの入力ポートおよび少なくとも１つの出力ポートを備え、入力ポートの表面積は、出力ポートの表面積よりも大きい、伝達空洞を準備するステップ、入力ポートの面上に弾性伝達膜を準備するステップ、および出力ポートの面上に弾性圧膜を準備するステップであって、少なくとも弾性圧膜が弾性フィルムである、弾性圧膜を準備するステップと、
荷重ベアリング基板内に荷重ベアリング空洞を準備するステップであって、荷重ベアリング空洞は、荷重ベアリング基板を貫き、荷重ベアリング空洞は、伝達空洞から離れている弾性膜の片面に位置し、弾性圧膜が位置する平面上の荷重ベアリング空洞の垂直突出は、弾性圧膜が位置する平面上の出力ポートの垂直突出と少なくとも部分的に重なり合う、荷重ベアリング空洞を準備するステップと、
少なくとも荷重ベアリング空洞内に少なくとも１つの磁気検出素子を準備するステップと、を含む準備方法をさらに提供する。
【発明の効果】
【0006】
本発明の実施形態により与えられるＭＥＭＳ環境センサ、およびその準備方法によれば、伝達空洞は、伝達基板の内部に設けられ、伝達空洞内の入力ポートの表面積は、出力ポートの表面積よりも大きいようにさらに設定され、パスカルの原理に基づいて、伝達空洞の体積の差を使用して大きい体積の領域内の小さい変位を小さい体積の領域内の大きい変位に変換し、同時に、弾性圧膜が位置する平面上の荷重ベアリング空洞の垂直突出は、弾性圧膜が位置する平面上の出力ポートの垂直突出と少なくとも部分的に重なり合うように設定され、これにより、大きい変位を荷重ベアリング空洞に伝達し、多成分高感度材料が、荷重ベアリング空洞内の磁気検出素子として適合されるので、したがって、変位の変化は、磁場の変化などの中間変数を介して電気抵抗の変化に変換することができ、磁気検出素子の特徴、すなわち、高感度および低消費電力によって、環境温度、圧力、変位、振動、および音波などの環境パラメータのためのセンサは、同じプロセスを用いて単一のチップ上に準備され、センサの高信号対ノイズ比および低消費電力を確実にしつつ、環境センサの統合および小型化を助ける。
【0007】
本発明の他の特徴、目的、および利点は、以下添付図面を参照してなされる非限定の各実施形態の詳細な説明を読むことでより明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明の一実施形態によるＭＥＭＳ環境センサの断面構造の概略図である。
【図2】本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサの断面構造の概略図である。
【図3】本発明の一実施形態によるＭＥＭＳ環境センサの上面図構造の概略図である。
【図4】本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサの上面図構造の概略図である。
【図5】本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサの断面構造の概略図である。
【図6】本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサの断面構造の概略図である。
【図7】本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサの断面構造の概略図である。
【図8】本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサの断面構造の概略図である。
【図9】本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサの断面構造の概略図である。
【図10】本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサの断面構造の概略図である。
【図11】本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサの断面構造の概略図である。
【図12】本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサの断面構造の概略図である。
【図13】本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサの断面構造の概略図である。
【図14】本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサの断面構造の概略図である。
【図15】本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサの断面構造の概略図である。
【図16】本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサの断面構造の概略図である。
【図17】本発明の一実施形態によるＭＥＭＳ環境センサのための準備方法のフローチャートである。
【図18】本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサのための準備方法のフローチャートである。
【図29】本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサのための準備方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本発明の目的、技術的解決策、および利点をより明確にするために、本発明の技術的解決策は、本発明の実施形態において、実施のやり方を通じて、および添付図件を参照して、以下に完全に説明される。説明される各実施形態は、本発明の実施形態の一部であり、全部ではないことは明らかである。発明能力を伴わずに本発明の実施形態に基づいて当業者によって得られる他の各実施形態の全ては、本発明の保護範囲によって包含されるものとする。
【0010】
図１は、本発明の一実施形態によるＭＥＭＳ環境センサの断面構造の概略図であり、図２は、本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサの断面構造の概略図であり、図３は、本発明の一実施形態によるＭＥＭＳ環境センサの上面図構造の概略図であり、図４は、本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサの上面図構造の概略図である。図１から図４を参照すると、本発明の実施形態によって提供されるＭＥＭＳ環境センサ１０は、伝達基板１０２、伝達媒体、荷重ベアリング基板１０１、および少なくとも１つの磁気検出素子１０７を備え、伝達空洞１０３が、伝達基板１０２の内部に設けられ、伝達空洞１０３は、伝達基板１０２を貫き、伝達媒体は、伝達空洞１０３の内部に位置し、伝達空洞１０３は、少なくとも１つの入力ポート１０３１および少なくとも１つの出力ポート１０３２を備え、入力ポートの表面積１０３１は、出力ポートの表面積１０３２よりも大きく、弾性伝達膜１０５が、入力ポート１０３１の面上に設けられ、弾性圧膜１０４が、出力ポート１０３２の面上に設けられ、荷重ベアリング空洞１０６は、荷重ベアリング基板１０１内に設けられ、荷重ベアリング空洞１０６は、荷重ベアリング基板１０１を貫き、磁気検出素子１０７は、荷重ベアリング空洞１０６の内部に少なくとも配置され、荷重ベアリング空洞１０３は、伝達空洞１０３から離れている弾性圧膜１０４の片面に位置し、弾性圧膜１０４が位置する平面上の荷重ベアリング空洞１０６の垂直突出は、弾性圧膜１０４が位置する平面上の出力ポート１０３２の垂直突出と少なくとも部分的に重なり合う。
【0011】
例示として、図１から図４に示されるように、伝達基板１０２を貫く伝達空洞１０３が、伝達基板１０２の内部に形成され、伝達空洞１０３は、伝達媒体（図示せず）で覆われ、伝達媒体は、本明細書中では空気であり得る力の伝達を可能にする液体または気体である。伝達ポート１０３１および出力ポート１０３２は、伝達空洞１０３の面上に形成され、入力ポートの表面積１０３１は、出力ポートの表面積１０３２よりも大きく、弾性伝達膜１０５が、入力ポート１０３１の面上に設けられ、弾性圧膜１０４が、出力ポート１０３２の面上に設けられる。外部環境の圧力または振動が、比較的大きい表面積を有する弾性伝達膜１０５の外面に作用するとき、作用する力は、伝達媒体を介して比較的小さい表面積を有する弾性圧膜１０４へ伝達される。パスカルの原理に従って、比較的小さい表面積を有する弾性圧膜１０４の変形振幅は、比較的大きい表面積を有する弾性伝達膜１０５の変形よりも大きく、それによって、外部環境の変化は、増幅される。
【0012】
さらに、荷重ベアリング基板１０１を貫く荷重ベアリング空洞１０６が、荷重ベアリング基板１０１内に設けられ、荷重ベアリング空洞１０３は、伝達空洞１０３から離れている弾性圧膜１０４の片面に位置し、弾性圧膜１０４が位置する平面上の荷重ベアリング空洞１０６の垂直突出は、弾性圧膜１０４が位置する平面上の出力ポート１０３２の垂直突出と少なくとも部分的に重なり合い、磁気検出素子１０７は、荷重ベアリング空洞１０６の内部に少なくとも配置される。このようにして、対応する変位が弾性圧膜１０４に生じるとき、磁気検出素子１０７の位置における磁場が、変化するようになされる。磁気検出素子１０７は、高感度磁気抵抗素子とすることができ、したがって、変位の変化は、磁場の変化などの中間変数を介して電気抵抗の変化に変換され、結果として、外部圧力、振動、または音波信号は、正確に測定することができ、同時に、磁気検出素子の特徴、すなわち、高感度および低消費電力によって、圧力、変位、振動、および音波などの環境パラメータのためのセンサは、同じプロセスを用いて単一のチップ上に準備され、これは、ＭＥＭＳ環境センサの統合および小型化設計を助け、ＭＥＭＳ環境センサの開発の傾向に適合する。
【0013】
さらに、図３と図４の組合せにおいて、本発明の実施形態により与えられる伝達空洞１０３は、１つまたは複数の伝達ポートおよび１つまたは複数の出力ポートを備えることができる。図３は、説明のための一例として、１つの伝達ポートおよび１つの出力ポートを備える伝達空洞１０３を取り上げ、図４は、説明のための一例として、２つの伝達ポートおよび１つの出力ポートを備える伝達空洞１０３を取り上げ、伝達空洞１０３内に具体的に備えられる伝達ポートおよび出力ポートの個数は、本発明の実施形態に限定されない。
【0014】
伝達空洞１０３は、互いに対向するように設けられている第１の面および第２の面を備えることができ、入力ポート１０３１は、伝達空洞１０３の第１の面上に位置し、出力ポート１０３２は、伝達空洞１０３の第２の面上に位置し、代替として、入力ポート１０３１および出力ポート１０３２は、共に伝達空洞１０３の第２の面上に位置し、伝達空洞１０３の第１の面は、硬質の底面であり、荷重ベアリング空洞１０２は、互いに対向するように設けられている第３の面および第４の面を備え、第３の面は、弾性圧膜１０４に取り付けられ、第４の面は、硬質の底面であることに留意されたい。すなわち、伝達空洞１０３内の入力ポート１０３１および出力ポート１０３２について、２つの異なる設定のやり方がある。設定のやり方の１つは、図１に示されるようなものであり、入力ポート１０３１および出力ポート１０３２は、伝達空洞１０３の異なる面上に位置し、入力ポート１０３１および出力ポート１０３２は積み重ねられており、入力ポート１０３１は、伝達空洞１０３の第１の面上に位置し、出力ポート１０３２は、伝達空洞１０３の第２の面上に位置する。他の設定のやり方では、図２から図４に示されるように、入力ポート１０３１および出力ポート１０３２は、伝達空洞１０３の同じ面上に位置し、入力ポート１０３１および出力ポート１０３２は、平行に設けられ、入力ポート１０３１および出力ポート１０３２は、共に伝達空洞１０３の第２の面上に位置し、伝達空洞１０３の第１の面は、硬質の底面である。加えて、入力ポート１０３１および出力ポート１０３２の設定のやり方に関わらず、荷重ベアリング空洞１０２は、互いに対向するように設けられている第３の面および第４の面を常に備え、第３の面は、図１および図２に示されるように、弾性圧膜１０４に取り付けられ、第４の面は、硬質の底面である。入力ポート１０３１および出力ポート１０３２の設定のやり方は、本発明の実施形態に限定されず２つの異なる実施は、本発明の実施形態においてそれぞれ詳細に説明される。
【0015】
図３および図４において、荷重ベアリング空洞１０６の内部構造を詳細に例示するために、荷重ベアリング空洞１０６の硬質の底面が、図３および図４に示されていないが、荷重ベアリング空洞１０６の内部構造が、直接示されることにさらに留意されたい。
【0016】
要するに、本発明の実施形態により与えられるＭＥＭＳ環境センサによれば、伝達空洞は、伝達基板の内部に設けられ、伝達空洞内の入力ポートの表面積は、出力ポートの表面積よりも大きくなるようにさらに設定され、パスカルの原理に基づいて、伝達空洞の体積の差を使用して大きい体積の領域内の小さい変位を小さい体積の領域内の大きい変位に変換し、同時に、弾性圧膜が位置する平面上の荷重ベアリング空洞の垂直突出は、弾性圧膜が位置する平面上の出力ポートの垂直突出と少なくとも部分的に重なり合うように設定され、これにより、大きい変位を荷重ベアリング空洞に伝達し、多成分高感度材料が、荷重ベアリング空洞内の磁気検出素子として適合されるので、したがって、変位の変化は、磁場の変化などの中間変数を介して電気抵抗の変化に変換することができ、磁気検出素子の特徴、すなわち、高感度および低消費電力によって、圧力、変位、振動、および音波などの環境パラメータのためのセンサは、同じプロセスを用いて単一のチップ上に準備され、これにより、センサの高信号対ノイズ比および低消費電力を確実にしつつ、環境センサの統合および小型化を助ける。
【0017】
実現可能な実施として、伝達空洞１０３の第１の面および第２の面は、互いに平行であり、共に伝達基板１０２の面が位置する平面に平行であり、荷重ベアリング空洞１０６の第３の面および第４の面、互いに平行であり、共に荷重ベアリング基板１０１の面が位置する平面に平行である。このようにして、本発明の実施形態により与えられるＭＥＭＳ環境センサが、ＭＥＭＳ環境センサの最小化設計を助け、ＭＥＭＳ環境センサのユニバーサリティを強化する規則的な構造を有することが確実にされ得る。
【0018】
実現可能な実施として、磁気検出素子１０７は、異方性磁気抵抗、巨大磁気抵抗、トンネル接合磁気抵抗、ホール素子、圧電材料、または誘電材料のうちの１つを含むことができ、磁気検出素子１０７を高感度磁気抵抗素子であるように設定することによって、ＭＥＭＳ環境センサは、外部環境温度、圧力、振動、または音波信号を正確に測定することができることが確実にされる。
【0019】
実現可能な実施として、図５は、本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサの断面構造の概略図である。図１、図２、および図５の組合せにおいて、（図１および図２に示されるように）磁気検出素子１０７は、荷重ベアリング空洞１０６の第４の面上に設けることができ、（図５に示されるように）磁気検出素子１０７は、伝達空洞１０３の第１の面上に設けることもでき、荷重ベアリング空洞１０６に向いている弾性圧膜１０４の片面の面、または弾性圧膜１０４の片面の面は、伝達空洞１０３（図示せず）に向いている。
【0020】
具体的には、本発明の一実施形態では、少なくとも１つの磁気検出素子１０７は、少なくとも荷重ベアリング空洞１０６内に設けられる。この時点で、（図１および図２に示されるように）磁気検出素子１０７は、荷重ベアリング空洞１０６の第４の面上に設けることができ、荷重ベアリング空洞１０６に向いている弾性圧膜１０４の片面の面上に設けることもできる（図示せず）。また、磁気検出素子１０７は、伝達空洞１０３内に設けることもでき、この時点で、（図５に示されるように）磁気検出素子１０７は、達空洞１０３の第１の面上に設けることができ、または伝達空洞１０３に向いている弾性圧膜１０４の片面の面上に設けることもできる（図示せず）。磁気検出素子１０７が設けられる特定の位置は、本発明の実施形態に限定されない。さらに、磁気検出素子１０７が、荷重ベアリング空洞１０６内と伝達空洞１０３内の両方に設けられるとき、したがって、磁場信号の差動出力が実現され、これは、外部干渉を減少させ、ＭＥＭＳ環境センサの感度も改善する。
【0021】
実現可能な実施として、図６は、本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサの断面構造の概略図であり、図７は、本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサの断面構造の概略図である。図６および図７に示されるように、磁気検出素子１０７は、荷重ベアリング空洞１０６の第４の面上に設けられ、ＭＥＭＳ環境センサ１０は、弾性圧膜１０４から離れている磁気検出素子１０７の片面に配設された接続線１０９および接触電極１１４をさらに備えてもよく、接続線１０９は、磁気検出素子１０７と電気的に接続され、接触電極１１４は、接続線１０９と電気的に接続される。ここで、図６は、説明のための一例として、伝達空洞１０３の第１の面上に位置する入力ポート１０３１、および伝達空洞１０３の第２の面上に位置する出力ポート１０３２を取り上げ、図７は、説明のための一例として、伝達空洞１０３の第２の面上に共に位置する入力ポート１０３１および出力ポート１０３２を取り上げる。図６および図７に示されるように、本発明の実施形態によって提供されるＭＥＭＳ環境センサ１０は、弾性圧膜１０４から離れている磁気検出素子１０７の片面に配設された接続線１０９および接触電極１１４をさらに備えることができ、磁気検出素子１０７は、接続線１０９を介して接触電極１１４へ信号を伝達し、これにより磁気検出素子１０７によって検出される信号が即座におよび正常に外に送信でき、ＭＥＭＳ環境センサが外部圧力、変位、振動、および音波などの環境パラメータを検出し、ＭＥＭＳ環境センサが正常に動作することができることを確実にする。
【0022】
図６および図７は、説明のための一例として、荷重ベアリング空洞１０６の第４の面上に設けられた磁気検出素子１０７だけを取り上げており、磁気検出素子１０７が、荷重ベアリング空洞１０６に向いている弾性圧膜１０４の片面の面、伝達空洞１０３の第１の面、または伝達空洞１０３に向いている弾性圧膜１０４の片面の面上に設けられるとき、磁気検出素子１０７によって検出される信号が即座におよび正常に外に送信できることを確実にするために、接続線１０９および接触電極１１４を与えることが同様に必要であることが理解できることについて留意されたい。接続線１０９および接触電極１１４が設けられるやり方は、図６および図７に示された設定のやり方と同じであり得るが、設定位置が異なる。特定の設定位置は、本発明の実施形態において詳しく述べられない。
【0023】
実現可能な実施として、ＭＥＭＳ環境センサ１０は、信号変換材料をさらに備えることができ、信号変換材料の少なくとも一部は、伝達媒体の内部に粒状の形態で均一に分散され、または信号変換材料の少なくとも一部は、弾性圧膜１０４の面上にフィルムの形態で配設される。具体的には、本発明の実施形態において与えられる信号変換材料は、高透磁率または大きい残留磁気を有する磁性材料であり得、信号変換材料を加えることよって、中間変数への変化の振幅が増大し、ＭＥＭＳ環境センサの感度が改善する。
【0024】
本発明の実施形態における信号変換材料について様々な設定のやり方が存在し得、信号変換材料に特有の設定のやり方は、以下に説明される。
【0025】
図８は、本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサの断面構造の概略図であり、図９は、本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサの断面構造の概略図である。図１、図２、図５、図８、および図９の組合せにおいて、信号変換材料は、磁性材料１１０を含むことができ、磁性材料１１０は、図８および図９に示されるように、伝達媒体の内部に粒状の形態で均一に分散され、代替として、磁性材料は、図１、図２、および図５の磁気フィルム１０８によって示されるように、伝達空洞１０３に面している弾性圧膜１０４の片面の面上におよび／または荷重ベアリング空洞１０６に向いている弾性圧膜１０４の片面の面上にフィルムの形態で配設される。ここで、図８は、説明のための一例として、伝達空洞１０３の第１の面上に位置する入力ポート１０３１、および伝達空洞１０３の第２の面上に位置する出力ポート１０３２を取り上げ、図９は、説明のための一例として、伝達空洞１０３の第２の面上に共に位置する入力ポート１０３１および出力ポート１０３２を取り上げる。図８および図９に示されるように、磁性材料１１０は、弾性伝達膜１０５および弾性圧膜１０４の変形プロセスにおける変位を受けるようにされ、それによって磁気検出素子１０７の位置における磁場は、対応する変化を受け、それによって環境変化パラメータを得る。図１は、説明のための一例として、荷重ベアリング空洞１０６に向いている弾性圧膜１０４の片面の面上に位置する磁気フィルム１０８を取り上げ、図２および図５は、説明のための一例として、伝達空洞１０３に向いている弾性圧膜１０４の片面の面上に位置する磁気フィルム１０８を取り上げる。図１、図２、および図５に示されるように、外部環境の圧力または振動が比較的大きい表面積を有する弾性伝達膜１０５の外面に作用するとき、作用する力は、伝達媒体を介して比較的小さい表面積を有する弾性圧膜１０４へ伝達され、これにより、圧膜１０４の面上で磁気フィルム１０８に生じる対応する変位を引き起こし、それによって、磁気検出素子１０７の位置における磁場の変化を引き起こし、したがって、環境変化パラメータを得る。
【0026】
図１０は、本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサの断面構造の概略図であり、図１１は、本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサの断面構造の概略図である。図１０および図１１に示されるように、信号変換材料は、非磁性金属材料１１１および励磁コイル１１２を含み、非磁性金属材料１１１は、図１０および図１１に示されるように、伝達媒体の内部に粒状の形態で均一に分散され、代替として、非磁性金属材料１１１は、伝達空洞１０３に向いている弾性圧膜１０４の片面の面上に、および／または荷重ベアリング空洞１０６に向いている弾性圧膜１０４の片面の面上にフィルムの形態で配設され（図示せず）、励磁コイル１１２は、荷重ベアリング空洞１０６の内部に設けられ、高周波交流電流は、励磁コイル１０６に印加され、非磁性金属材料１１１を駆動するために使用されて誘導渦電流を生成し、それによって誘導磁場を生成する。ここで、図１０は、説明のための一例として、伝達空洞１０３の第１の面上に位置する入力ポート１０３１、および伝達空洞１０３の第２の面上に位置する出力ポート１０３２を取り上げ、図１１は、説明のための一例として、伝達空洞１０３の第２の面上に共に位置する入力ポート１０３１および出力ポート１０３２を取り上げる。図１０および図１１に示されるように、励磁コイル１１２に高周波交流電流を印加することによって、非磁性金属材料１１１は、誘導渦電流を生成させられ、それによって、誘導磁場を生成し、次いで、非磁性金属材料１１１の変位によって磁気検出素子１０７の位置における磁場を引き起こして対応する変化を受け、それによって環境変化パラメータを得る。
【0027】
信号変換材料の様々な異なる設定のやり方が、上に詳細に説明されており、信号変換材料に特有の設定のやり方は、信号変換材料を加えることによって、中間変数への変化の振幅が増加でき、そしてＭＥＭＳ環境センサの感度が改善できることが確実にされる限り、本発明の実施形態に限定されない。
【0028】
上記の各実施形態に基づいて、図１２は、本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサの断面構造の概略図であり、図１３は、本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサの断面構造の概略図である。図１２および図１３に示されるように、硬質カバー層１１３は、本発明の実施形態によるＭＥＭＳ環境センサ１０における伝達空洞１０３から離れた弾性伝達膜１０５の片面の面上に設けられる。ここで、図１２は、説明のための一例として、伝達空洞１０３の第１の面上に位置する入力ポート１０３１、および伝達空洞１０３の第２の面上に位置する出力ポート１０３２を取り上げ、図１３は、説明のための一例として、伝達空洞１０３の第２の面上に共に位置する入力ポート１０３１および出力ポート１０３２を取り上げる。図１２および図１３に示されるように、硬質カバー層１１３は、ＭＥＭＳ環境センサ１０の弾性伝達膜１０５と外部環境との間で完全に覆い、この時点で、弾性伝達膜１０５の変位は、温度によって引き起こされる伝達媒体の体積の変化によってのみ影響を受けるが、外部圧力、振動、または音波によって影響を受けない。この設計は、環境温度を測定するために使用され、ＭＥＭＳ環境センサが環境温度の測定を実現することができることを確実にし、ＭＥＭＳ環境センサ測定の使用の範囲を広くする。
【0029】
上記の各実施形態に基づいて、図１４は、本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサの断面構造の概略図であり、図１５は、本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサの断面構造の概略図であり、図１６は、本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサの断面構造の概略図である。図１４、図１５、および図１６に示されるように、本発明の実施形態によって提供されるＭＥＭＳ環境センサ１０において、真空フード２０１は、伝達空洞１０３から離れた弾性伝達膜１０５の片面の面上に設けられ、真空フード２０１および弾性伝達膜１０５は、シールされた空洞を形成し、シールされた空洞は、知られている基準圧力を有する真空でシールされた空洞またはシールされた空洞であり、マス・ブロック２００は、シールされた空洞の内部に設けられ、マス・ブロック２００は、弾性伝達膜２０５の面上に設けられ、代替として、シールされた空洞は、カウンターウェイトの液体２０２で満たされる。ここで、図１４は、説明のための一例として、伝達空洞１０３の第１の面上に位置する入力ポート１０３１、および伝達空洞１０３の第２の面上に位置する出力ポート１０３２を取り上げ、図１５および図１６は、説明のための一例として、伝達空洞１０３の第２の面上に共に位置する入力ポート１０３１および出力ポート１０３２を取り上げ、同時に、図１４および図１５は、説明のための一例として、シールされた空洞の内部に設けられるマス・ブロック２００を取り上げ、図１６は、説明のための一例として、カウンターウェイトの液体２０２で満たされたシールされた空洞を取り上げ、さらに、図１５および図１６は、説明のための一例として、圧電材料または誘電材料である磁気検出素子１０７を取り上げる。図１４、図１５、および図１６に示されるように、慣性パラメータへの弾性伝達膜１０５の応答を改善するために、マス・ブロック２００および真空フード２０１は、図１４および図１５に示されるように、弾性伝達膜１０５の上方に設けられてもよく、または、図１６に示されるように、シールされた空洞は、カウンターウェイトの液体２０２で覆われてもよい。真空フード２０１は、弾性伝達膜１０５上の伝達空洞１０３の突出領域と接触しておらず、同時に、真空フード２０１および弾性伝達膜１０５によって形成される空洞は、外部圧力の変化によって引き起こされる影響を無くすように真空でシールされるまたは知られている基準圧力に設定されるべきであり、これによって、ＭＥＭＳ環境センサが、慣性パラメータの測定を実現し、ＭＥＭＳ環境センサ測定の使用の範囲を広げることができることを確実にする。
【0030】
実現可能な実施として、ＭＥＭＳ環境センサ１０は、磁気検出素子１０７および磁気フィルム１０８の封止保護を強化するために、磁気検出素子１０７の面上に位置する第１のパッシベーション層と、磁気フィルム１０８の面上に位置する第２のパッシベーション層とをさらに備え（図示せず）、磁気検出素子１０７および磁気フィルム１０８の耐用年数を改善し、そしてＭＥＭＳ環境センサの耐用年数を改善することができる。
【0031】
同じ発明概念に基づいて、本発明の実施形態は、本発明の上述した各実施形態によるＭＥＭＳ環境センサを準備するために使用されるＭＥＭＳ環境センサのための準備方法をさらに与える。具体的には、図１７は、本発明の一実施形態によるＭＥＭＳ環境センサのための準備方法のフローチャートである。図１７に示されるように、本発明の一実施形態によるＭＥＭＳ環境センサのための準備方法は、以下のことを含む。
【0032】
Ｓ１１０．伝達基板、荷重ベアリング基板、および伝達基板と荷重ベアリング基板との間に位置する弾性フィルムを備える半導体基板を選択する。
【0033】
例示として、半導体基板は、ＳＯＩ半導体基板とすることができ、伝達基板はＳＯＩ半導体基板における上層シリコン基板であってもよく、荷重ベアリング基板はＳＯＩ半導体基板におけるバッキング基板であってもよく、弾性フィルムはＳＯＩ半導体基板における酸化層であってもよく、代替として、伝達基板はＳＯＩ半導体基板におけるバッキング基板であってもよく、荷重ベアリング基板はＳＯＩ半導体基板における上層シリコン基板であってもよく、弾性フィルムはＳＯＩ半導体基板における酸化層であってもよい。
【0034】
Ｓ１２０．伝達基板の内部に伝達空洞を準備し、伝達空洞は、伝達基板を貫き、伝達媒体は、伝達空洞の内部に位置し、伝達空洞は、少なくとも１つの入力ポートおよび少なくとも１つの出力ポートを備え、入力ポートの表面積は、出力ポートの表面積よりも大きく、入力ポートの面上に弾性伝達膜を準備し、出力ポートの面上に弾性圧膜を準備し、少なくとも弾性圧膜が弾性フィルムである。
【0035】
例示として、エッチング・プロセスを使用して、弾性フィルムの面に到達するまでエッチングすることによって伝達基板の内部に伝達空洞を準備し、伝達空洞は、伝達基板を貫く。伝達空洞は、少なくとも１つの入力ポートおよび少なくとも１つの出力ポートを備え、入力ポートの表面積は、出力ポートの表面積よりも大きく、パスカルの原理に基づいて、伝達空洞の体積の差を使用して大きい体積の領域内の小さい変位を小さい体積の領域内の大きい変位に変換する。
【0036】
さらに、弾性伝達膜が、入力ポートの面上に準備され、弾性圧膜が、出力ポートの面上に準備され、少なくとも弾性圧膜は、弾性フィルムである。異なる構造を有する伝達空洞のために、入力ポートおよび出力ポートは、異なるやり方で設定され、弾性伝達膜および弾性圧膜も、異なるやり方で設定され、このことは、後で説明される。
【0037】
Ｓ１３０．荷重ベアリング基板内に荷重ベアリング空洞を準備し、荷重ベアリング空洞は、荷重ベアリング基板を貫き、荷重ベアリング空洞は、伝達空洞から離れている弾性膜の片面に位置し、弾性圧膜が位置する平面上の荷重ベアリング空洞の垂直突出は、弾性圧膜が位置する平面上の出力ポートの垂直突出と少なくとも部分的に重なり合う。
【0038】
例示として、エッチング・プロセスを使用して、弾性フィルムの面に到達するまで同様にエッチングすることによって荷重ベアリング基板の内部に荷重ベアリング空洞を準備して、荷重ベアリング空洞を得、荷重ベアリング空洞は、伝達空洞から離れている弾性膜の片面に位置し、弾性圧膜が位置する平面上の荷重ベアリング空洞の垂直突出は、弾性圧膜が位置する平面上の出力ポートの垂直突出と少なくとも部分的に重なり合う。このようにして、大きい変位を荷重ベアリング空洞へ伝達することができる。
【0039】
Ｓ１４０．少なくとも荷重ベアリング空洞内に少なくとも１つの磁気検出素子を準備する。
【0040】
少なくとも荷重ベアリング空洞内に少なくとも１つの磁気検出素子を準備することによって、変位の変化が磁場の変化などの中間変数を介して電気抵抗の変化に変換されることが確実にされる。一方、磁気検出素子の特徴、すなわち、高感度および低消費電力によって、環境温度、圧力、変位、振動、および音波などの環境パラメータのためのセンサは、同じプロセスを用いて単一のチップ上に準備され、これにより、センサの高信号対ノイズ比および低消費電力を確実にしつつ、環境センサの統合および小型化を助ける。
【0041】
要するに、本発明の実施形態により与えられるＭＥＭＳ環境センサのための準備方法によれば、伝達空洞は、伝達基板の内部に準備され、伝達空洞内の入力ポートの表面積は、出力ポートの表面積よりも大きくなるようにさらに準備され、パスカルの原理に基づいて、伝達空洞の体積の差を使用して大きい体積の領域内の小さい変位を小さい体積の領域内の大きい変位に変換し、同時に、弾性圧膜が位置する平面上の荷重ベアリング空洞の垂直突出は、弾性圧膜が位置する平面上の出力ポートの垂直突出と少なくとも部分的に重なり合うように設定され、これにより、大きい変位を荷重ベアリング空洞に伝達し、多成分高感度材料が、荷重ベアリング空洞内の磁気検出素子として適合されるので、したがって、変位の変化は、磁場の変化などの中間変数を介して電気抵抗の変化に変換することができ、磁気検出素子の特徴、すなわち、高感度および低消費電力によって、圧力、変位、振動、および音波などの環境パラメータのためのセンサは、同じプロセスを用いて単一のチップ上に準備され、これにより、センサの高信号対ノイズ比および低消費電力を確実にしつつ、環境センサの統合および小型化を助ける。
【0042】
任意に、本発明の実施形態において与えられるＭＥＭＳ環境センサは、２つの異なる構造を含むことができ、伝達空洞は、互いに対向するように設けられている第１の面および第２の面を備えることができる。構造の１つにおいて、入力ポートは、伝達空洞の第１の面上に位置し、出力ポートは、伝達空洞の第２の面上に位置し、すなわち、入力ポートおよび出力ポートは、伝達空洞の異なる面上に位置し、入力ポートおよび出力ポートは、積み重ねられる。他の構造では、入力ポートおよび出力ポートは共に、伝達空洞の第２の面上に位置し、伝達空洞の第１の面は、硬質の底面である。準備方法はまた、異なる構造のために異なる。実際の準備プロセスの組合せにおいて、２つの異なる構造を有するＭＥＭＳ環境センサのための準備方法が、以下詳細に説明される。
【0043】
まず、伝達空洞は、互いに対向するように設けられている第１の面および第２の面を備え、入力ポートは、伝達空洞の第１の面上に位置し、出力ポートは、伝達空洞の第２の面上に位置し、すなわち、入力ポートおよび出力ポートは、伝達空洞の異なる面上に位置するということを、一例として取り上げることによって説明が与えられる。
【0044】
図１８は、本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサのための準備方法のフローチャートであり、図１８に示されるように、本発明の実施形態によるＭＥＭＳ環境センサのための準備方法は、以下のことを含むことができる。
【0045】
Ｓ２１０．伝達基板、荷重ベアリング基板、および伝達基板と荷重ベアリング基板との間に位置する弾性フィルムを備える半導体基板を選択する。
【0046】
図１９に示されるように、半導体基板は、伝達基板１０２、荷重ベアリング基板１０１、および伝達基板１０２と荷重ベアリング基板１０１との間に位置する弾性フィルム１０４’を備える。
【0047】
Ｓ２２０．伝達基板の内部に伝達空洞を準備し、伝達空洞は、伝達基板を貫き、伝達媒体は、伝達空洞の内部に位置し、伝達空洞は、少なくとも１つの入力ポートおよび少なくとも１つの出力ポートを備え、入力ポートの表面積は、出力ポートの表面積よりも大きい。
【0048】
図２０および図２１に示されるように、まず、伝達基板１０２は、比較的大きいポート面積を有する伝達ポート１０３１を得るように荷重ベアリング基板１０１から離れている伝達基板１０２の片面で部分的にエッチングされ、次いで、伝達基板１０２のエッチングは、エッチングが弾性フィルム０１４の面に到達するまで続けられ、比較的小さいポート面積を有する出力ポート１０３２、および完全な構造を有する伝達空洞１０３を得る。この時点で、弾性フィルム１０４’は、弾性圧力フィルム１０４である。
【0049】
Ｓ２３０．弾性伝達膜で覆われた面を有する第１の副ウェハを選択し、伝達空洞を形成するように弾性伝達膜が伝達基板に向いているやり方で第１の副ウェハおよび伝達基板を接着する。
【0050】
図２２および図２３に示されるように、まず、弾性伝達膜１０５で覆われた面を有する第１の副ウェハ３００が選択され、次いで、第１の副ウェハ３００および伝達基板１０２は、伝達空洞１０３、および伝達ポート１０３１の面上に位置する弾性伝達フィルム１０５を形成するように弾性伝達膜１０５が伝達基板１０２に向いているやり方で接着される。
【0051】
Ｓ２４０．荷重ベアリング基板内に荷重ベアリング空洞を準備し、荷重ベアリング空洞は、荷重ベアリング基板を貫き、荷重ベアリング空洞は、伝達空洞から離れている弾性膜の片面に位置し、弾性圧膜が位置する平面上の荷重ベアリング空洞の垂直突出は、弾性圧膜が位置する平面上の出力ポートの垂直突出と少なくとも部分的に重なり合う。
【0052】
図２４に示されるように、荷重ベアリング基板１０１は、エッチングが弾性圧力フィルム１０４に到達するまで伝達基板１０２から離れている荷重ベアリング基板１０１の片面からエッチングされて、荷重ベアリング基板１０１を貫く荷重ベアリング空洞１０６を得、荷重ベアリング空洞１０６は、伝達空洞１０３から離れている弾性圧膜１０４の片面に位置し、弾性圧膜１０４が位置する平面上の荷重ベアリング空洞１０６の垂直突出は、弾性圧膜１０４が位置する平面上の出力ポート１０３２垂直突出と少なくとも部分的に重なり合う。このようにして、大きい変位を荷重ベアリング空洞１０６へ伝達することができる。
【0053】
Ｓ２５０．第３の副ウェハを選択し、第３の副ウェハの面上に少なくとも１つの磁気検出素子を準備し、荷重ベアリング空洞、および荷重ベアリング空洞の内部に位置する少なくとも１つの磁気検出素子を形成するように磁気検出素子が荷重ベアリング基板に向いているやり方で第３の副ウェハおよび荷重ベアリング基板を接着する。
【0054】
図２５に示されるように、第３の副ウェハ４００が選択され、センシング材料フィルムが第３の副ウェハ４００の面上に堆積され、磁気検出素子１０７および接続線１０９がフォトリソグラフィによって形成される。
【0055】
図２６に示されるように、第３の副ウェハ４００および荷重ベアリング基板１０１は、荷重ベアリング空洞１０６、および荷重ベアリング空洞１０６の内部に位置する少なくとも１つの磁気検出素子１０７を形成するように磁気検出素子１０７が荷重ベアリング基板１０１に向いているやり方で接着される。
【0056】
Ｓ２６０．接続線の一部が露出させられるまで荷重ベアリング基板から離れている第３の副ウェハの片面から第３の副ウェハを薄型化およびエッチングし、接触電極を形成するように接続線の露出部分に金属材料を堆積させる。
【0057】
図２７に示されるように、第３の副ウェハ４００は、接続線１０９の一部が露出させられるまで、荷重ベアリング基板１０１から離れている第３の副ウェハ４００の片面から薄型化およびエッチングされ、金属材料が、接触電極１１４を形成するように接続線１０９の露出部分に堆積される。
【0058】
このようにして、環境温度を測定することができるＭＥＭＳ環境センサが得られる。
【0059】
Ｓ２７０．エッチングにより第１の副ウェハを除去して、ＭＥＭＳ環境センサを得る。
【0060】
図２８に示されるように、第１の副ウェハ３００は除去されてＭＥＭＳ環境センサを得、ＭＥＭＳ環境センサはこの時点で圧力、変位、振動、および音波などの環境パラメータの測定を実行することができる。
【0061】
続いて、伝達空洞は、互いに対向するように設けられている第１の面および第２の面を備え、入力ポートおよび出力ポートは共に、伝達空洞の第２の面上に位置し、伝達空洞の第１の面は、硬質の底面であり、すなわち、入力ポートおよび出力ポートは、伝達空洞の同じ面上に位置するということを、一例として取り上げることによって説明が与えられる。
【0062】
図２９は、本発明の一実施形態による別のＭＥＭＳ環境センサのための準備方法のフローチャートであり、図２９に示されるように、本発明の実施形態によるＭＥＭＳ環境センサのための準備方法は、以下のことを含むことができる。
【0063】
Ｓ３１０．伝達基板、荷重ベアリング基板、および伝達基板と荷重ベアリング基板との間に位置する弾性フィルムを備える半導体基板を選択する。
【0064】
図１９を続けて参照すると、半導体基板は、伝達基板１０２、荷重ベアリング基板１０１、および伝達基板１０２と荷重ベアリング基板１０１との間に位置する弾性フィルム１０４’を備える。
【0065】
Ｓ３２０．伝達基板の内部に伝達空洞を準備し、伝達空洞は、伝達基板を貫き、伝達媒体は、伝達空洞の内部に位置し、伝達空洞は、少なくとも１つの入力ポートおよび少なくとも１つの出力ポートを備え、入力ポートの表面積は、出力ポートの表面積よりも大きく、入力ポートの面上に弾性伝達膜を準備し、出力ポートの面上に弾性圧膜を準備し、少なくとも弾性圧膜は、弾性フィルムである。
【0066】
図３０に示されるように、伝達基板１０２は、伝達空洞１０３を得るように荷重ベアリング基板１０１から離れている伝達基板１０２の片面でエッチングされる。この時点で、弾性圧膜１０５は、弾性フィルム１０４’であり、弾性圧膜１０４は、弾性フィルム１０４’である。
【0067】
Ｓ３３０．第２の副ウェハを選択し、伝達空洞を形成するように第２の副ウェハおよび伝達基板を接着する。
【0068】
図３１に示されるように、第２の副ウェハ５００が選択され、第２の副ウェハ５００および伝達基板１０２は、伝達空洞１０３を形成するように接着される。
【0069】
図３２に示されるように、伝達空洞１０３は、伝達媒体で満たされる。
【0070】
Ｓ３４０．荷重ベアリング基板内に荷重ベアリング空洞を準備し、荷重ベアリング空洞は、荷重ベアリング基板を貫き、荷重ベアリング空洞は、伝達空洞から離れている弾性膜の片面に位置し、弾性圧膜が位置する平面上の荷重ベアリング空洞の垂直突出は、弾性圧膜が位置する平面上の出力ポートの垂直突出と少なくとも部分的に重なり合う。
【0071】
図３３に示されるように、荷重ベアリング基板１０１は、荷重ベアリング基板１０１を貫く荷重ベアリング空洞１０６を得るようにエッチングが弾性圧力フィルム１０４に到達するまで伝達基板１０２から離れている荷重ベアリング基板１０１の片面からエッチングされ、荷重ベアリング空洞１０６は、伝達空洞１０３から離れている弾性圧膜１０４の片面に位置し、弾性圧膜１０４が位置する平面上の荷重ベアリング空洞１０６の垂直突出は、弾性圧膜１０４が位置する平面上の出力ポート１０３２垂直突出と少なくとも部分的に重なり合う。このようにして、大きい変位を荷重ベアリング空洞１０６へ伝達することができる。
【0072】
Ｓ３５０．第３の副ウェハを選択し、第３の副ウェハの面上に少なくとも１つの磁気検出素子を準備し、荷重ベアリング空洞、および荷重ベアリング空洞の内部に位置する少なくとも１つの磁気検出素子を形成するように磁気検出素子が荷重ベアリング基板に向いているやり方で第３の副ウェハおよび荷重ベアリング基板を接着する。
【0073】
図２５を続けて参照すると、第３の副ウェハ４００が選択され、センシング材料フィルムが第３の副ウェハ４００の面上に堆積され、磁気検出素子１０７および接続線１０９がフォトリソグラフィによって形成される。
【0074】
図３４に示されるように、第３の副ウェハ４００および荷重ベアリング基板１０１は、荷重ベアリング空洞１０６、および荷重ベアリング空洞１０６の内部に位置する少なくとも１つの磁気検出素子１０７を形成するように磁気検出素子１０７が荷重ベアリング基板１０１に向いているやり方で接着される。
【0075】
Ｓ３６０．接続線の一部が露出させられるまで荷重ベアリング基板から離れている第３の副ウェハの片面から第３の副ウェハを薄型化およびエッチングし、接触電極を形成するように接続線の露出部分に金属材料を堆積させる。
【0076】
図３５に示されるように、第３の副ウェハ４００は、荷重ベアリング基板１０１から離れている第３の副ウェハ４００の片面から薄型化される。
【0077】
図３６に示されるように、第３の副ウェハ４００は、接続線１０９の一部が露出させられるまでエッチングされ、金属材料が、接触電極１１４を形成するように接続線１０９の露出部分に堆積される。
【0078】
このようにして、環境温度を測定することができるＭＥＭＳ環境センサが得られる。
【0079】
Ｓ３７０．エッチングにより伝達ポートに対応する位置で荷重ベアリング基板を除去してＭＥＭＳ環境センサを得る。
【0080】
図３７に示されるように、伝達ポートに対応する位置における荷重ベアリング基板１０１および第３の副ウェハ４００は除去されてＭＥＭＳ環境センサを得ることになり、ＭＥＭＳ環境センサはこの時点で圧力、変位、振動、および音波などの環境パラメータの測定を実行することができる。
【0081】
要するに、上記各実施形態は、実際の準備プロセスの角度から、２つの異なる構造を有するＭＥＭＳ環境センサのための準備方法を詳細に説明する。
【0082】
上記各実施形態に基づいて、本発明の実施形態において与えられるＭＥＭＳ環境センサのための準備方法は、信号変換材料を準備することをさらに含む。
【0083】
具体的には、信号変換材料は、磁性材料を含み、そして、
信号変換材料を準備することは、伝達空洞の内部にまたは弾性圧膜の面上に磁性材料を準備することを含んでもよく、磁性材料は、伝達媒体の内部に粒状の形態で均一に分散され、あるいは伝達空洞に向いている弾性圧膜の面上におよび／または荷重ベアリング空洞に向いている弾性圧膜の片面の面上にフィルムの形態で配設される。
信号変換材料を準備することは、伝達空洞の内部にまたは弾性圧膜の面上に磁性材料を準備することを含んでもよく、磁性材料は、伝達媒体の内部に粒状の形態で均一に分散され、あるいは伝達空洞に向いている弾性圧膜の面上におよび／または荷重ベアリング空洞に向いている弾性圧膜の片面の面上にフィルムの形態で配設される。
【0084】
代替として、信号変換材料は、非磁性金属材料、およびレーザ・コイルを含み、
信号変換材料を準備することは、伝達空洞の内部にまたは弾性圧膜の面上に非磁性金属材料を準備することを含むことができ、非磁性金属材料は、伝達媒体の内部に粒状の形態で均一に分散される、あるいは伝達空洞に向いている弾性圧膜の面上におよび／または荷重ベアリング空洞に向いている弾性圧膜の片面の面上にフィルムの形態で配設され、
荷重ベアリング空洞の内部に励磁コイルを準備し、高周波交流電流が、励磁コイルに印加され、誘導渦電流を生成するように非磁性金属材料を駆動するために使用され、それによって誘導磁場を生成する。
信号変換材料を準備することは、伝達空洞の内部にまたは弾性圧膜の面上に非磁性金属材料を準備することを含むことができ、非磁性金属材料は、伝達媒体の内部に粒状の形態で均一に分散される、あるいは伝達空洞に向いている弾性圧膜の面上におよび／または荷重ベアリング空洞に向いている弾性圧膜の片面の面上にフィルムの形態で配設され、
荷重ベアリング空洞の内部に励磁コイルを準備し、高周波交流電流が、励磁コイルに印加され、誘導渦電流を生成するように非磁性金属材料を駆動するために使用され、それによって誘導磁場を生成する。
【0085】
本発明の実施形態によるＭＥＭＳ環境センサでは、信号変換材料は、異なる形態を含むことができ、それに応じて、準備方法はまた、異なるプロセスに対応する。信号変換材料を加えることによって、中間変数への変化の振幅は増大し、ＭＥＭＳ環境センサの感度が改善する。
【0086】
上記各実施形態に基づいて、本発明の実施形態において与えられるＭＥＭＳ環境センサのための準備方法は、伝達空洞から離れた弾性伝達膜の片面上にマス・ブロックおよび真空フードを準備することをさらに含み、真空フードおよび弾性伝達膜は、シールされた空洞を形成し、シールされた空洞は、知られている基準圧力を有する真空でシールされた空洞またはシールされた空洞であり、マス・ブロックは、シールされた空洞の内部に設けられ、代替として、伝達空洞から離れた弾性伝達膜の片面上に真空フードを準備し、真空フードおよび弾性伝達膜は、シールされた空洞を形成し、シールされた空洞は、知られている基準圧力を有する真空でシールされた空洞またはシールされた空洞であり、シールされた空洞は、カウンターウェイトの液体で満たされる。設けられた真空フードによって、および真空フード内にマス・ブロックまたはカウンターウェイトの液体を設けることによって、ＭＥＭＳ環境センサは、慣性パラメータの測定を実現できることが確実にされ、ＭＥＭＳ環境センサ測定の使用範囲が広げられる。
【0087】
上記各実施形態に基づいて、少なくとも荷重ベアリング空洞内に少なくとも１つの磁気検出素子を準備した後に、本発明の実施形態において与えられるＭＥＭＳ環境センサのための準備方法は、磁気検出素子の上面に第１のパッシベーション層を準備することと、伝達空洞に向いている弾性圧膜の片面の面上に磁気フィルムを準備することとをさらに含むことができ、および／または荷重ベアリング空洞に向いている弾性圧膜の片面の面上に磁気フィルムを準備した後に、磁気フィルムの面上に第２のパッシベーション層を準備することをさらに含んでもよい。磁気検出素子の面上および磁気フィルムの面上にパッシベーション層をそれぞれ準備することによって、磁気検出素子および磁気フィルムの封止保護が、パッシベーション層によって強化され、これにより、磁気検出素子および磁気フィルムの耐用年数を改善し、次いで、ＭＥＭＳ環境センサの耐用年数を改善する。
【0088】
前述のものは、単に好ましい各実施形態、および本発明の用いられる技術的原理であることに留意されたい。本発明は、本明細書中に記載された特定の各実施形態に限定されず、本発明の様々な実施の特徴は、互いと部分的または全体的に結合されまたは組み合わされてもよく、様々なやり方で互いに協働することができ、互いによって技術的に駆動され得ることを、当業者は理解されたい。様々な明らかな変更、再調整、相互組合せ、および置換が、本発明の保護範囲から逸脱することなく当業者によってなされ得る。したがって、本発明は、上記各実施形態によって小足に説明されるが、本発明は、上記各実施形態だけに限定されない。より多くの他の均等な実施形態が、本発明の概念から逸脱することなくさらに包含され得、一方、本発明の範囲は、添付の請求の範囲によって決められるものとする。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【国際調査報告】