CN104729545A - 物理量传感器、压力传感器、高度计、电子设备和移动体 - Google Patents

物理量传感器、压力传感器、高度计、电子设备和移动体 Download PDF

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Abstract

本发明提供物理量传感器、压力传感器、高度计、电子设备和移动体，物理量传感器能够实现低高度化和低成本化，压力传感器、高度计、电子设备和移动体具有该物理量传感器。本发明的物理量传感器具有：半导体基板(61)；隔膜部(64)，其配置在半导体基板(61)上，由于受压而发生挠曲变形；传感器元件(7)，其配置在隔膜部(64)上；元件周围构造体(8)，其配置于半导体基板(61)的一个面侧，与隔膜部(64)一起形成了空腔部(5)；以及半导体电路(9)，其设置于半导体基板(61)的与元件周围构造体(8)同一面侧。

Description

物理量传感器、压力传感器、高度计、电子设备和移动体
技术领域
本发明涉及物理量传感器、压力传感器、高度计、电子设备和移动体。
背景技术
具有由于受压而发生挠曲变形的隔膜的压力传感器被广泛采用。在这样的压力传感器中，在隔膜上配置有例如压阻元件、振动元件等传感器元件，通过由传感器元件检测隔膜的挠曲，能够检测施加到隔膜的压力。
例如，在专利文献1所记载的压力传感器中，在形成有隔膜的硅基板的一个面上，设置有压阻元件；以及包含压阻元件的驱动和检测等的电路的集成电路(IC)，在该硅基板的另一个面上设置有腔体。能够通过对该腔体进行密闭，实现绝对压力传感器。
但是，在专利文献1所记载的压力传感器中，将腔体相对于硅基板设置于集成电路的相反侧，因此具有在硅基板的厚度方向上尺寸变大的问题。此外，在专利文献1所记载的压力传感器中，在形成密闭的腔体的情况下，需要在硅基板上贴合另一基板的工序，因此还存在导致成本增大的问题。
【专利文献1】日本特开平8-97439号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够实现低高度化和低成本化的物理量传感器，并且提供一种具有该物理量传感器的压力传感器、高度计、电子设备和移动体。
利用下述的本发明来达成这种目的。
[应用例1]
本发明的物理量传感器的特征在于，该物理量传感器具有：
半导体基板；
隔膜部，其配置在所述半导体基板上，由于受压而发生挠曲变形；
传感器元件，其配置在所述隔膜部上；
壁部，其配置于所述半导体基板的一个面侧，与所述隔膜部一起构成了腔体；以及
电路部，其设置于所述半导体基板的与所述壁部同一面侧。
根据这样的物理量传感器，将腔体(或壁部)和电路部设置于半导体基板的相同面侧，因此形成有腔体的构造体不会从半导体基板的与电路部相反的一侧伸出，从而能够实现低高度化。此外，能够利用CMOS工艺(特别是形成层间绝缘膜或布线层的工序)，与电路部一并形成壁部。因此，能够简化物理量传感器的制造工序，其结果，能够实现物理量传感器的低成本化。此外，即使在将腔体密封的情况下，也能够使用成膜法对腔体进行密封，从而不需要如以往那样贴合基板来对腔体进行密封，在这点上，也能够简化物理量传感器的制造工序，其结果，能够实现物理量传感器的低成本化。
[应用例2]
在本发明的物理量传感器中，优选的是，所述传感器元件包含压阻元件。
由此，在压阻元件和电路部处于与半导体基板的相同面侧的情况下，能够利用CMOS工艺(特别是形成晶体管的工序)与电路部一并形成压阻元件。因此，能够进一步简化物理量传感器的制造工序。
[应用例3]
在本发明的物理量传感器中，优选的是，所述传感器元件配置于所述隔膜部的与所述壁部同一面侧。
由此，能够利用CMOS工艺(特别是形成晶体管的工序)，与电路部一并形成传感器元件。因此，能够进一步简化物理量传感器的制造工序。此外，能够将传感器元件收纳到腔体内，因此能够防止传感器元件的劣化，并且减少传感器元件的特性下降。
[应用例4]
在本发明的物理量传感器中，优选的是，所述电路部具有配置在所述半导体基板上的绝缘层、和贯通所述绝缘层的布线部，
所述壁部通过与所述绝缘层和所述布线部中的至少一方相同的成膜而形成。
由此，能够利用CMOS工艺(特别是形成层间绝缘膜或布线层的工序)，与电路部一并形成壁部。
[应用例5]
在本发明的物理量传感器中，优选的是，所述隔膜部包含由相对于酸性蚀刻液的蚀刻速率比所述绝缘层低的材料构成的层。
由此，在通过酸性蚀刻液对与电路部具有的绝缘层一体形成的绝缘层进行蚀刻来形成腔体(壁部)时，能够将上述层用作蚀刻阻挡层。因此，能够有效地形成具有期望厚度的隔膜部。
[应用例6]
在本发明的物理量传感器中，优选的是，所述隔膜部包含由相对于碱性蚀刻液的蚀刻速率比所述半导体基板低的材料构成的层。
由此，在通过碱性蚀刻液从壁部的相反侧对半导体基板进行蚀刻来形成隔膜部时，能够将上述层用作蚀刻阻挡层。因此，能够有效地形成具有期望厚度的隔膜部。
[应用例7]
在本发明的物理量传感器中，优选的是，所述隔膜部包含二氧化硅膜、氮化硅膜和金属膜中的至少1种膜。
电路部具有的绝缘层通常由二氧化硅膜构成，而氮化硅膜的相对于酸性蚀刻液的蚀刻速率比二氧化硅膜低。因此，在通过酸性蚀刻液对与电路部具有的绝缘层一体形成的绝缘层进行蚀刻来形成腔体(壁部)时，能够将氮化硅膜用作蚀刻停止层。
此外，二氧化硅膜、氮化硅膜和金属膜的相对于碱性蚀刻液的蚀刻速率均比硅低。因此，在通过碱性蚀刻液从壁部的相反侧对硅基板(半导体基板)进行蚀刻来形成隔膜部时，能够将这些膜用作蚀刻阻挡层。
此外，二氧化硅膜和氮化硅膜具有比较高的绝缘性。因此，通过在这些膜上配置传感器元件，能够防止传感器元件的各部件和从传感器元件引出的布线发生短路。
[应用例8]
在本发明的物理量传感器中，优选的是，所述腔体内被减压至低于大气压。
由此，能够将物理量传感器用作所谓的绝对压力传感器。
[应用例9]
本发明的压力传感器的特征在于，该压力传感器具有本发明的物理量传感器。
由此，能够提供具有实现了低高度化和低成本化的物理量传感器的压力传感器。
[应用例10]
本发明的高度计的特征在于，该高度计具有本发明的物理量传感器。
由此，能够提供具有实现了低高度化和低成本化的物理量传感器的高度计。
[应用例11]
本发明的电子设备的特征在于，该电子设备具有本发明的物理量传感器。
由此，能够提供具有实现了低高度化和低成本化的物理量传感器的电子设备。
[应用例12]
本发明的移动体的特征在于，该移动体具有本发明的物理量传感器。
由此，能够提供具有实现了低高度化和低成本化的物理量传感器的移动体。
附图说明
图1是示出本发明的物理量传感器的第1实施方式的剖视图。
图2是图1所示的物理量传感器的隔膜部及其附近部分的放大俯视图。
图3是示出图1所示的物理量传感器具有的包含传感器元件(压阻元件)的桥式电路的图。
图4是用于说明图1所示的物理量传感器的作用的图，(a)是示出加压状态的剖视图，(b)是示出加压状态的俯视图。
图5是示出图1所示的物理量传感器的制造工序的图。
图6是示出图1所示的物理量传感器的制造工序的图。
图7是示出本发明的物理量传感器的第2实施方式的剖视图。
图8是示出本发明的物理量传感器的第3实施方式的剖视图。
图9是示出本发明的压力传感器的一例的剖视图。
图10是示出本发明的高度计的一例的立体图。
图11是示出本发明的电子设备的一例的主视图。
图12是示出本发明的移动体的一例的立体图。
标号说明
1：物理量传感器；1A：物理量传感器；1B：物理量传感器；5：空腔部；6：基板；6B：基板；7：传感器元件；7A：元件形成用膜；7a：压阻元件；7b：压阻元件；7c：压阻元件；7d：压阻元件；8：元件周围构造体；9：半导体电路；10：构造体；10A：构造体；10B：构造体；10C：构造体；10D：构造体；10E：构造体；20：光抗蚀剂膜；41a：布线；41b：布线；41c：布线；41d：布线；42：层；61：半导体基板；61A：半导体基板；61B：半导体基板；62：二氧化硅膜；63：氮化硅膜；64：隔膜部；64A：隔膜部；64B：隔膜部；65：凹部；65A：凹部；65B：凹部；67：金属膜；70：桥式电路；71a：压阻部；71b：压阻部；71c：压阻部；71d：压阻部；73c：连接部；73d：连接部；81：层间绝缘膜；81A：层间绝缘膜；82：布线层；82a：布线层；82b：布线层；83：层间绝缘膜；83A：层间绝缘膜；84：布线层；84a：布线层；84b：布线层；85：表面保护膜；86：密封层；87：晶体管；100：压力传感器；101：壳体；102：运算部；103：布线；104：贯通孔；200：高度计；201：显示部；300：导航系统；301：显示部；400：移动体；401：车体；402：车轮；641：受压面；641A：受压面；641B：受压面；841：覆盖层；842：细孔；871：栅电极。
具体实施方式
下面，根据附图所示的各实施方式，对本发明的物理量传感器、压力传感器、高度计、电子设备和移动体进行详细说明。
<第1实施方式>
1.物理量传感器
图1是示出本发明的物理量传感器的第1实施方式的剖视图，图2是图1所示的物理量传感器的隔膜部及其附近部分的放大俯视图。此外，图3是示出图1所示的物理量传感器具有的包含传感器元件(压阻元件)的桥式电路的图。此外，图4是用于说明图1所示的物理量传感器的作用的图，图4的(a)是示出加压状态的剖视图，图4的(b)是示出加压状态的俯视图。
图1所示的物理量传感器1具有：基板6、传感器元件7、元件周围构造体8、空腔部5(腔体)以及半导体电路9(电路部)。下面，依次对这各个部件进行说明。
－基板6－
基板6呈板状，由以下部分构成：由硅等半导体构成的半导体基板61；设置于半导体基板61的一个面的二氧化硅膜62；以及设置在二氧化硅膜62上的氮化硅膜63。这样的基板6的俯视形状没有特别限定，例如可以是大致正方形或大致长方形等矩形、圆形。这里，二氧化硅膜62和氮化硅膜63均能够用作绝缘膜。
并且，在基板6上设有比周围部分薄且由于受压而发生挠曲变形的隔膜部64。隔膜部64是通过在基板6的下表面设置有底的凹部65而形成的。这样的隔膜部64的下表面成为受压面641。如图2所示，隔膜部64是正方形的俯视形状。
隔膜部64配置在半导体基板61上。在本实施方式的基板6中，凹部65贯通半导体基板61，隔膜部64由二氧化硅膜62和氮化硅膜63这2层构成。这样的隔膜部64能够极薄地形成。因此，物理量传感器1的灵敏度变得极高。此外，如后所述，这些膜可用作制造物理量传感器1时所使用的蚀刻的蚀刻阻挡层，能够减少每个产品的隔膜部64的厚度的偏差。
另外，也可以是，凹部65不贯通半导体基板61，隔膜部64由半导体基板61的薄壁部、二氧化硅膜62和氮化硅膜63这3层构成。
－传感器元件7－
如图2所示，传感器元件7由设置在基板6的隔膜部64上的多个(在本实施方式中为4个)压阻元件7a、7b、7c、7d构成。
压阻元件7a、7b与在俯视时呈四边形的隔膜部64的相互对置(图2中的左右方向上排列的)的1对边(以下也称作“第1边”)对应地设置，压阻元件7c、7d与在俯视时呈四边形的隔膜部64的相互对置(图2中的上下方向上排列的)的另1对边(以下也称作“第2边”)对应地设置。
压阻元件7a具有设置于隔膜部64的外周部附近(更具体而言为图2中右侧的第1边附近)的压阻部71a。压阻部71a呈沿着与第1边平行的方向延伸的长条形状。在该压阻部71a的两端部分别连接有布线41a。
同样，压阻元件7b具有设置于隔膜部64的外周部附近(更具体而言为图2中左侧的第1边附近)的压阻部71b。在该压阻部71b的两端部分别连接有布线41b。
另一方面，压阻元件7c具有：设置于隔膜部64的外周部附近(更具体而言为图2中上侧的第2边附近)的1对压阻部71c；以及连接1对压阻部71c彼此的连接部73c。该1对压阻部71c相互平行，且呈沿着与第2边垂直的方向(即与第1边平行的方向)延伸的长条形状。该1对压阻部71c的一端部(隔膜部64的中心侧的端部)彼此经由连接部73c被连接，在1对压阻部71c的另一端部(隔膜部64的外周侧的端部)上分别连接有布线41c。
同样，压阻元件7d具有：设置于隔膜部64的外周部附近(更具体而言为图2中下侧的第2边附近)的1对压阻部71d；以及连接1对压阻部71d彼此的连接部73d。该1对压阻部71d的一端部(隔膜部64的中心侧的端部)彼此经由连接部73d被连接，在1对压阻部71d的另一端部(隔膜部64的外周侧的端部)上分别连接有布线41d。
这样的压阻元件7a、7b、7c、7d的压阻部71a、71b、71c、71d分别由例如掺入(扩散或注入)了磷、硼等杂质的多晶硅(polysilicon)构成。此外，压阻元件7c、7d的连接部73c、73d和布线41a、41b、41c、41d分别由例如以比压阻部71a、71b、71c、71d高的浓度掺入(扩散或注入)了磷、硼等杂质的多晶硅(polysilicon)构成。另外，连接部73c、73d和布线41a、41b、41c、41d可以分别由金属构成。
此外，压阻元件7a、7b、7c、7d构成为自然状态下的电阻值彼此相等。并且，这些压阻元件7a、7b、7c、7d经由布线41a、41b、41c、41d等彼此电连接，并如图4所示，构成了桥式电路70(惠斯通桥式电路)。在该桥式电路70上连接有提供驱动电压AVDC的驱动电路(未图示)。并且，桥式电路70输出与压阻元件7a、7b、7c、7d的电阻值对应的信号(电压)。
此外，这样的传感器元件7即便使用上述那样的极薄的隔膜部64，在使用谐振器那样的振动元件作为传感器元件的情况下，也不存在Q值由于向隔膜部64的振动泄漏而降低的问题。
－元件周围构造体8－
元件周围构造体8以限定空腔部5的方式形成，在空腔部5中配置有传感器元件7。这里，元件周围构造体8配置于半导体基板61的一个面侧，并与隔膜部64一起构成了形成空腔部5的“壁部”。
该元件周围构造体8具有：层间绝缘膜81，其以围起传感器元件7的方式形成在基板6上；布线层82，其形成在层间绝缘膜81上；层间绝缘膜83，其形成在布线层82和层间绝缘膜81上；布线层84，其形成在层间绝缘膜83上并具有覆盖层841，覆盖层841具备多个细孔(开孔)；表面保护膜85，其形成在布线层84和层间绝缘膜83上；以及密封层86，其设置在覆盖层841上。这里，布线层82、84包含：以包围空腔部5的方式形成的布线层82a、84a；以及构成半导体电路9的布线的布线层82b、84b。此外，在布线层82a与氮化硅膜63之间设置有层42。该层42如后述那样与传感器元件7一并形成，但也可以省略。此外，虽然未图示，但在布线层82a与氮化硅膜63之间夹设有层间绝缘膜81的一部分。
在半导体基板61上及其上方装入有半导体电路9。因此，半导体电路9设置于半导体基板61的与元件周围构造体8同一面侧。该半导体电路9具有MOS晶体管87等有源元件，此外，还具有根据需要而形成的电容器、电感器、电阻、二极管、布线(包含与传感器元件7连接的布线、布线层82b、84b)等电路要素。这里，MOS晶体管87具有：在半导体基板61的上表面掺入磷、硼等杂质而形成的源极和漏极(未图示)；在形成于该源极与漏极之间的沟道区域上形成的栅极绝缘膜(未图示)；以及形成在该栅极绝缘膜上的栅电极871。
－空腔部5－
由基板6和元件周围构造体8限定的空腔部5作为收纳传感器元件7的收纳部发挥功能。并且，空腔部5是密闭的空间。该空腔部5作为压力基准室发挥功能，该压力基准室产生物理量传感器1检测的压力的基准值。在本实施方式中，空腔部5成为真空状态(300Pa以下)。通过使空腔部5成为真空状态，能够将物理量传感器1用作以真空状态为基准来检测压力的“绝对压力传感器”，其便利性提高。
但是，空腔部5也可以不是真空状态，可以是大气压，也可以是气压低于大气压的减压状态，还可以是气压高于大气压的加压状态。此外，在空腔部5中封入有氮气、稀有气体等惰性气体。
以上，对物理量传感器1的结构进行了简单说明。
在这样的结构的物理量传感器1中，如图4的(a)所示，隔膜部64对应于隔膜部64的受压面641受到的压力而发生变形，由此，如图4的(b)所示，压阻元件7a、7b、7c、7d发生应变，压阻元件7a、7b、7c、7d的电阻值发生变化。伴随于此，压阻元件7a、7b、7c、7d构成的桥式电路70(图3参照)的输出发生变化，能够根据该输出求出受压面641受到的压力大小。
更具体说明的话，如上所述，压阻元件7a、7b、7c、7d的电阻值彼此相等，因此在产生上述那样的隔膜部64的变形之前的自然状态下，压阻元件7a、7b的电阻值之积与压阻元件7c、7d的电阻值之积相等，桥式电路70的输出(电位差)为零。
另一方面，在产生上述那样的隔膜部64的变形时，如图4的(b)所示，压阻元件7a、7b的压阻部71a、71b沿着其长度方向产生拉伸应变、沿着宽度方向产生压缩应变，压阻元件7c、7d的压阻部71c、71d沿着其长度方向产生压缩应变、沿着宽度方向产生拉伸应变。
这里，由于上述那样的隔膜部64的变形，压阻部71a、71b受到其宽度方向的压缩力，而对应于压阻部71a、71b的泊松比，压阻部71a、71b沿着其长度方向产生拉伸应变。此外，由于上述隔膜部64的变形，压阻部71c、71d受到其长度方向的压缩力，对应于该压缩力，压阻部71c、71d沿着其长度方向产生压缩应变。
由于这样的压阻部71a、71b、71c、71d的应变，产生压阻元件7a、7b的电阻值之积与压阻元件7c、7d的电阻值之积的差，从桥式电路70输出与该差对应的输出(电位差)。能够根据来自该桥式电路70的输出，求出受压面641受到的压力的大小(绝对压力)。
这里，在产生了上述那样的隔膜部64的变形时，压阻元件7a、7b的电阻值增加，压阻元件7c、7d的电阻值减少，因此能够增大压阻元件7a、7b的电阻值之积与压阻元件7c、7d的电阻值之积的差的变化，伴随于此，能够增大来自桥式电路70的输出。其结果，能够提高压力的检测灵敏度。此外，构成桥式电路70的压阻元件7a、7b、7c、7d的全部温度灵敏度大致相同，因此能够减少相对于外部温度变化的特性变化。
在以上那样的物理量传感器1中，空腔部5和半导体电路9设置于半导体基板61的相同面侧，因此形成了空腔部5的元件周围构造体8不会从半导体基板61的与半导体电路9的相反侧伸出，从而能够实现低高度化。而且，元件周围构造体8通过与层间绝缘膜81、83和布线层82、84中的至少一方相同的成膜而形成。由此，能够利用CMOS工艺(特别是形成层间绝缘膜81、83或布线层82、84的工序)，与半导体电路9一并形成元件周围构造体8。因此，能够简化物理量传感器1的制造工序，其结果，能够实现物理量传感器1的低成本化。此外，即使如本实施方式那样，在将空腔部5密封的情况下，也能够使用成膜法对空腔部5进行密封，从而不需要如以往那样贴合基板来对腔体进行密封，在这点上，也能够简化物理量传感器1的制造工序，其结果，能够实现物理量传感器1的低成本化。
此外，如上所述，传感器元件7包含压阻元件7a、7b、7c、7d，且传感器元件7和半导体电路9处于半导体基板61的相同面侧，因此能够利用CMOS工艺(特别是形成晶体管87的工序)与半导体电路9一并形成传感器元件7。因此，在这点上，也能够进一步简化物理量传感器1的制造工序。
此外，将传感器元件7配置在隔膜部64的元件周围构造体8侧，因此能够将传感器元件7收纳到空腔部5内，因此能够防止传感器元件7的劣化、并且减少传感器元件7的特性下降。
此外，隔膜部64包含氮化硅膜63，作为由相对于酸系蚀刻液的蚀刻速率比层间绝缘膜81、83低的材料构成的层。
半导体电路9具有的层间绝缘膜81、83通常由二氧化硅膜构成，而氮化硅膜的相对于酸系蚀刻液的蚀刻速率比二氧化硅膜低。因此，在通过酸系蚀刻液对与半导体电路9具有的层间绝缘膜81、83一体形成的绝缘层进行蚀刻来形成空腔部5(元件周围构造体8)时，能够利用上述层(氮化硅膜63)作为蚀刻阻挡层。因此，能够有效地形成具有期望厚度的隔膜部64。
此外，隔膜部64包含二氧化硅膜62和氮化硅膜63，作为由相对于碱性蚀刻液的蚀刻速率比半导体基板61低的材料构成的层。
由此，二氧化硅膜62和氮化硅膜63的相对于碱性蚀刻液的蚀刻速率均比硅低。因此，在通过碱性蚀刻液从元件周围构造体8的相反侧蚀刻半导体基板61来形成隔膜部64时，能够利用上述层(在本实施方式中为二氧化硅膜62)作为蚀刻阻挡层。因此，在这点上，也能够有效地形成具有期望厚度的隔膜部64。
此外，二氧化硅膜62和氮化硅膜63具有比较高的绝缘性。因此，通过在这些膜(在本实施方式中，为氮化硅膜63)上配置传感器元件7，能够防止传感器元件7的各部件和从传感器元件7引出的布线发生短路。
接着，对物理量传感器1的制造方法进行简单说明。
图5和图6是示出图1所示的物理量传感器的制造工序的图。下面，根据这些图进行说明。
[传感器元件/MOS晶体管形成工序]
首先，如图5的(a)所示，通过对硅基板等半导体基板61的上表面进行热氧化，形成二氧化硅膜62，进而，通过溅射法、CVD法等在二氧化硅膜62上形成氮化硅膜63。由此，得到构造体10。
二氧化硅膜62作为在半导体基板61及其上方形成半导体电路9时的元件间分离膜发挥功能。并且，氮化硅膜63针对在之后进行的空腔部形成工序中实施的蚀刻具有耐久性，作为所谓的蚀刻阻挡层发挥功能。另外，通过构图处理，限定在如下范围内形成氮化硅膜63，该范围包含形成传感器元件7的平面范围、以及半导体电路9内的一部分元件(电容器)等。由此，在半导体基板61及其上方形成半导体电路时不会造成妨碍。
此外，虽然未图示，但在半导体基板61A的上表面中的、未形成二氧化硅膜62和氮化硅膜63的部分，通过热氧化形成MOS晶体管87的栅极绝缘膜，并且通过掺入磷、硼等杂质来形成半导体电路9的MOS晶体管87的源极和漏极。
接着，在构造体10的上表面，通过溅射法、CVD法等形成多晶硅膜(或非晶硅膜)，通过蚀刻对该多晶硅膜进行构图，从而如图5的(b)所示，形成用于形成传感器元件7的元件形成用膜7A、层42、栅电极871。由此，得到具有元件形成用膜7A和MOS晶体管87的构造体10A。
这里，多晶硅膜的厚度没有特别限定，但例如被设为200nm以上400nm以下的程度。
接着，以元件形成用膜7A露出的方式，在构造体10A的上表面的一部分形成了光抗蚀剂膜20后，在元件形成用膜7A中掺入(离子注入)磷、硼等杂质，从而如图5的(c)所示，形成传感器元件7。由此，得到具有传感器元件7和MOS晶体管87的构造体10B。
在该离子注入中，以压阻部71a、71b、71c、71d中的杂质的掺入量比连接部73c、73d以及布线41a、41b、41c、41d多的方式，对光抗蚀剂膜20的形状和离子注入条件等进行调整。
例如，在以17keV的硼进行离子注入的情况下，将压阻部71a、71b、71c、71d中的离子注入浓度设为1×1013atoms/cm2以上1×1015atoms/cm2以下的程度，将连接部73c、73d和布线41a、41b、41c、41d中的离子注入浓度设为1×1015atoms/cm2以上5×1015atoms/cm2以下的程度。
[层间绝缘膜/布线层形成工序]
如图5的(d)所示，在通过上述工序得到的构造体10B的上表面，形成层间绝缘膜81A、83A和布线层82、84。由此，得到传感器元件7和MOS晶体管87被层间绝缘膜81A、83A和布线层82、84覆盖后的构造体10C。
层间绝缘膜81A、83A的形成如下那样进行：通过溅射法、CVD法等形成二氧化硅膜，通过蚀刻对该二氧化硅膜进行构图。
这里，层间绝缘膜81A、83A各自的厚度没有特别限定，但例如被设为1500nm以上5000nm以下的程度。
此外，布线层82、84的形成如下那样进行：通过溅射法、CVD法等在层间绝缘膜81A、83A上形成了例如由铝构成的层后，进行构图处理。
这里，布线层82、84各自的厚度没有特别限定，但例如被设为300nm以上900nm以下的程度。
此外，布线层82a、84a以俯视时包围多个传感器元件7的方式呈环状。此外，布线层82b、84b与形成在半导体基板61上及其上方的布线(例如构成半导体电路9的一部分的布线)电连接。
这样的层间绝缘膜和布线层的层叠构造利用通常的CMOS工艺形成，其层叠数可根据需要进行设定。即，根据需要，有时还隔着层间绝缘膜层叠更多的布线层。
[空腔部形成工序]
如图6的(a)所示，通过溅射、CVD法等，在利用上述工序得到的构造体10D的上表面形成了表面保护膜85后，通过蚀刻形成空腔部5。由此，得到具有空腔部5的构造体10D。
该表面保护膜85由包含一种以上的材料的多个膜层构成，构成为不密封覆盖层841的细孔842。另外，作为表面保护膜85的构成材料，由二氧化硅膜、氮化硅膜、聚酰亚胺膜、环氧树脂膜等材料形成，这些材料具有耐久性，用于保护元件以免受到水分、灰尘、损伤等的影响。
这里，表面保护膜85的厚度没有特别限定，但例如被设为500nm以上2000nm以下的程度。
此外，空腔部5的形成如下那样进行：利用通过形成于覆盖层841的多个细孔842的蚀刻，去除层间绝缘膜83A、85A的一部分。这里，作为上述蚀刻，在使用湿蚀刻的情况下，从多个细孔842供给氢氟酸、缓冲氢氟酸等蚀刻液，在使用干蚀刻的情况下，从多个细孔842提供氢氟酸气体等蚀刻气体。
[密封工序]
接着，如图6的(b)所示，通过溅射法、CVD法等，在覆盖层841上形成由二氧化硅膜、氮化硅膜、AL、Cu、W、Ti、TiN等金属膜等构成的密封层86，对各细孔842进行密封。由此，得到通过密封层86密封空腔部5而成的构造体10E。
这里，密封层86的厚度没有特别限定，但例如被设为1000nm以上5000nm以下的程度。
[隔膜形成工序]
最后，磨削半导体基板61A的下表面，如图6的(c)所示那样，得到整体被薄壁化的半导体基板61B后，进一步如图6的(d)所示，通过例如干蚀刻去除半导体基板61B的下表面的一部分。由此，得到形成有比周围薄的隔膜部64的物理量传感器1。
这里，通过磨削去除半导体基板61A的厚度没有特别限定，但例如被设为100μm以上400μm以下的程度。
此外，在去除半导体基板61B的下表面的一部分时，二氧化硅膜62作为蚀刻阻挡层发挥功能。由此，能够高精度地限定隔膜部64的厚度。
另外，作为去除半导体基板61B的下表面的一部分的方法，不限于干蚀刻，也可以是湿蚀刻等。此外，在隔膜部64包含半导体基板61的一部分的情况下，将该部分的半导体基板61的厚度设为80μm以下的程度即可。
能够通过以上那样的工序制造物理量传感器1。另外，可以在上述适当工序(例如振动元件形成工序、绝缘膜形成工序、覆盖层形成工序、密封层形成工序)的中途制成半导体电路9所具有的MOS晶体管87以外的有源元件、电容器、电感器、电阻、二极管、布线等电路要素。例如，可以与二氧化硅膜62一起形成电路元件间分离膜，与传感器元件7一起形成栅电极、电容电极、布线等，与层间绝缘膜81、83一起形成栅极绝缘膜、电容电介质层、层间绝缘膜，或者与布线层82、84一起形成电路内布线。
<第2实施方式>
接着，说明本发明的物理量传感器的第2实施方式。
图7是示出本发明的物理量传感器的第2实施方式的剖视图。
以下，对本发明的物理量传感器的第2实施方式进行说明，但以与上述实施方式的不同点为中心进行说明，对于同样的事项，省略其说明。
第2实施方式除了隔膜部的结构不同以外，都与上述第1实施方式相同。
图7所示的物理量传感器1A具有的隔膜部64A由氮化硅膜63构成。隔膜部64A通过在基板6的下表面设置贯通半导体基板61和二氧化硅膜62的凹部65A而形成。在该隔膜部64A中，氮化硅膜63的下表面成为受压面641A。
氮化硅膜63的相对于碱性蚀刻液的蚀刻速率比硅低，因此在从元件周围构造体8的相反侧，通过碱性蚀刻液对半导体基板61进行蚀刻来形成隔膜部64A时，能够将氮化硅膜63用作蚀刻阻挡层。
此外，通过仅由氮化硅膜63构成隔膜部64A，能够实现极薄的隔膜部64A。
通过以上所说明的物理量传感器1A，也能够实现低高度化和低成本化。
<第3实施方式>
接着，说明本发明的物理量传感器的第3实施方式。
图8是示出本发明的物理量传感器的第3实施方式的剖视图。
以下，对本发明的物理量传感器的第3实施方式进行说明，但以与上述实施方式的不同点为中心进行说明，对于同样的事项，省略其说明。
第3实施方式除了隔膜部的结构不同以外，都与上述第1实施方式相同。
图8所示的物理量传感器1B具有的隔膜部64B由氮化硅膜63和金属膜67构成。
金属膜67配置于二氧化硅膜62与氮化硅膜63之间。另外，可以省略隔膜部64B的附近的二氧化硅膜62的一部分，该情况下，金属膜67配置于半导体基板61与氮化硅膜63之间。
隔膜部64B如下那样形成：在依次层叠有半导体基板61、二氧化硅膜62、金属膜67和氮化硅膜63而成的基板6B的下表面，设置贯通半导体基板61和二氧化硅膜62的凹部65B。在该隔膜部64B中，金属膜67的下表面成为受压面641B。
金属膜67的相对于碱性蚀刻液的蚀刻速率比硅低，因此在从元件周围构造体8的相反侧，通过碱性蚀刻液对半导体基板61B进行蚀刻来形成隔膜部64B时，能够将金属膜67用作蚀刻阻挡层。
此外，通过由氮化硅膜63和金属膜67构成隔膜部64B，能够实现极薄的隔膜部64B。
此外，金属膜67的导电性优异，因此能够将金属膜67用作例如接地布线。
作为这样的金属膜67的构成材料，没有特别限定，能够使用各种金属材料，但基于与CMOS工艺的亲和性的观点，优选使用铝、铜等的布线材料。此外，基于使得隔膜部64B的机械特性优异的观点，作为金属膜67的构成材料，还能够使用Ni－Ti合金、Cu－Zn合金、Ni－Al合金、Cu－Cd合金、Au－Cd合金、Au－Cd－Ag合金、Ti－Al－V合金等超弹性合金、形状记忆合金或弹性比较高的材料。
通过以上所说明的物理量传感器1B，也能够实现低高度化和低成本化。
2.压力传感器
接着，对具有本发明的物理量传感器的压力传感器(本发明的压力传感器)进行说明。图9是示出本发明的压力传感器的一例的剖视图。
如图9所示，本发明的压力传感器100具有：物理量传感器1、收纳物理量传感器1的壳体101、将从物理量传感器1得到的信号运算为压力数据的运算部102。物理量传感器1经由布线103与运算部102电连接。
物理量传感器1通过未图示的固定构件固定在壳体101的内侧。并且，在壳体101上具有用于使物理量传感器1的隔膜部64与例如大气(壳体101的外侧)连通的贯通孔104。
根据这样的压力传感器100，隔膜部64经由贯通孔104承受压力。经由布线103将该受压的信号发送到运算部，运算为压力数据。可以经由未图示的显示部(例如，个人计算机的监视器等)显示该运算出的压力数据。
3.高度计
接着，对具有本发明的物理量传感器的高度计(本发明的高度计)的一例进行说明。图10是示出本发明的高度计的一例的立体图。
高度计200可以如手表那样佩戴在手腕上。并且，在高度计200的内部搭载有物理量传感器1(压力传感器100)，可以在显示部201中显示当前地点的海拔高度或当前地点的气压等。
另外，可以在该显示部201中显示当前时刻、使用者的心跳次数、气候等各种信息。
4.电子设备
接着，对应用了具有本发明的物理量传感器的电子设备的导航系统进行说明。图11是示出本发明的电子设备的一例的主视图。
导航系统300具有：未图示的地图信息、来自GPS(全球定位系统：GlobalPositioning System)的位置信息的取得单元、由陀螺仪传感器和加速度传感器以及车速数据实现的自动导航单元、物理量传感器1、显示规定位置信息或线路信息的显示部301。
根据该导航系统，除了所取得的位置信息以外，还能够取得高度信息。通过取得高度信息，能够区分高架道路和一般道路。例如，在位置信息上示出与一般道路大致相同位置的高架道路上行驶的情况下，当不具有高度信息时，在导航系统中无法判断是在一般道路上行驶还是在高架道路上行驶，作为优先信息，向使用者提供一般道路的信息。因此，在本实施方式的导航系统300中，能够通过物理量传感器1取得高度信息，检测由于从一般道路进入高架道路而引起的高度变化，能够向使用者提供高架道路的行驶状态下的导航信息。
另外，显示部301例如可以采用液晶面板显示器、有机EL(OrganicElectro-Luminescence：有机电致发光)显示器等能够实现小型且薄型化的结构。
另外，具有本发明的物理量传感器的电子设备不限于上述设备，例如还能够应用于个人计算机、移动电话、医疗设备(例如电子体温计、血压计、血糖计、心电图计测装置、超声波诊断装置、电子内窥镜)、各种测定设备、计量仪器类(例如车辆、飞机、船舶的计量仪器类)、飞行模拟器等。
5.移动体
接着，对应用了本发明的物理量传感器的移动体(本发明的移动体)进行说明。图12是示出本发明的移动体的一例的立体图。
如图12所示，移动体400构成为具有车体401和4个车轮402，通过设置于车体401的未图示的动力源(发动机)使车轮402旋转。在这样的移动体400中内置有导航系统300(物理量传感器1)。
以上根据图示的各实施方式说明了本发明的物理量传感器、压力传感器、高度计、电子设备和移动体，但是，本发明不限于此，各部分的结构能够置换为具有相同功能的任意结构。此外，可以附加其他任意的结构物或工序。
此外，在上述实施方式中，以使用压阻元件作为传感器元件的情况为例进行了说明，但本发明不限于此，例如还能够使用片(flap)型的振子、梳齿电极等其他MEMS振子、或石英振子等振动元件。
此外，在上述实施方式中，以使用4个传感器元件的情况为例进行了说明，但本发明不限于此，传感器元件的数也可以是1个以上3个以下、或者5个以上。
此外，在上述实施方式中，以在隔膜部的与受压面相反侧的面上配置了传感器元件的情况为例进行了说明，但本发明不限于此，例如也可以在隔膜部的受压面上配置传感器元件，还可以在隔膜部的两面上配置传感器元件。
此外，在上述实施方式中，以隔膜部的外周部侧配置传感器元件的情况为例进行了说明，但本发明不限于此，也可以在隔膜部的中央部配置传感器元件。

Claims (12)

1.一种物理量传感器，其特征在于，该物理量传感器具有：
半导体基板；
隔膜部，其配置在所述半导体基板上，由于受压而发生挠曲变形；
传感器元件，其配置在所述隔膜部上；
壁部，其配置于所述半导体基板的一个面侧，与所述隔膜部一起构成了腔体；以及
电路部，其设置于所述半导体基板的与所述壁部同一面侧。
2.根据权利要求1所述的物理量传感器，其中，
所述传感器元件包含压阻元件。
3.根据权利要求1所述的物理量传感器，其中，
所述传感器元件配置于所述隔膜部的与所述壁部同一面侧。
4.根据权利要求1所述的物理量传感器，其中，
所述电路部具有配置在所述半导体基板上的绝缘层、和贯通所述绝缘层的布线部，
所述壁部通过与所述绝缘层和所述布线部中的至少一方相同的成膜而形成。
5.根据权利要求4所述的物理量传感器，其中，
所述隔膜部包含由相对于酸性蚀刻液的蚀刻速率比所述绝缘层低的材料构成的层。
6.根据权利要求1所述的物理量传感器，其中，
所述隔膜部包含由相对于碱性蚀刻液的蚀刻速率比所述半导体基板低的材料构成的层。
7.根据权利要求1所述的物理量传感器，其中，
所述隔膜部包含二氧化硅膜、氮化硅膜和金属膜中的至少1种膜。
8.根据权利要求1所述的物理量传感器，其中，
所述腔体内被减压至低于大气压。
9.一种压力传感器，其特征在于，该压力传感器具有权利要求1所述的物理量传感器。
10.一种高度计，其特征在于，该高度计具有权利要求1所述的物理量传感器。
11.一种电子设备，其特征在于，该电子设备具有权利要求1所述的物理量传感器。
12.一种移动体，其特征在于，该移动体具有权利要求1所述的物理量传感器。
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