CN107238370A - 压力传感器及其制造方法、高度计、电子设备以及移动体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有优良的压力检测灵敏度的压力传感器、该压力传感器的制造方法、具备该压力传感器的可靠性较高的高度计、电子设备以及移动体。该压力传感器的特征在于，具有：隔膜，其通过受压而发生挠曲变形；覆盖层，其被配置在所述隔膜的一面侧且由单一层构成，所述覆盖层包含硅、氮以及氧。此外，所述覆盖层包含氮氧化硅。此外，所述覆盖层在厚度方向上具有所述氮的浓度分布。

Description

压力传感器及其制造方法、高度计、电子设备以及移动体
技术领域
本发明涉及一种压力传感器、压力传感器的制造方法、高度计、电子设备以及移动体。
背景技术
一直以来，作为压力传感器而已知专利文献1所记载的结构。专利文献1的压力传感器具有：SOI基板，其上形成有凹部且与该凹部重叠的部分成为隔膜；底基板，其堵塞凹部的开口且与SOI基板接合，通过利用配置在隔膜上的压电元件而对由受压而引起的隔膜的挠曲变形进行检测，从而进行测量。
在此，在这种结构的压力传感器中，为了提高压力检测灵敏度，采用如下方式较为有效，即，通过将隔膜设为较薄而易于发生挠曲，从而易于引起施加于压电元件的应力变化。然而，在引用文献1的压力传感器中，由于在隔膜上层压有氧化硅膜和氮化硅膜，因此隔膜增厚而变得不易发生挠曲。因此，无法发挥优异的压力检测灵敏度。
专利文献1：国际公开W02009/041463号公报
发明内容
本发明的目的在于，提供一种具有优良的压力检测灵敏度的压力传感器、该压力传感器的制造方法、具备该压力传感器的可靠性较高的高度计、电子设备以及移动体。
这样的目的通过下述的本发明来达成。
本发明的压力传感器的特征在于，具有：隔膜，其通过受压而发生挠曲变形；覆盖层，其被配置在所述隔膜的一面侧且由单一层构成，所述覆盖层包含硅、氮以及氧。
以此方式，通过将覆盖层设为单一层，从而能够将覆盖层设为较薄。因此，能够减少由覆盖层所造成的对隔膜的挠曲变形的阻碍。因此，可获得具有优良的压力检测灵敏度的压力传感器。此外，通过使覆盖层包含硅、氧以及氮，从而能够使该覆盖层发挥与现有发明这种将氧化硅膜和氮化硅膜层压而成的膜相同的功能。
在本发明的压力传感器中，优选为，所述覆盖层包含氮氧化硅。
由此，能够有效地保护隔膜的表面。
在本发明的压力传感器中，优选为，所述覆盖层在厚度方向上具有所述氮的浓度分布。
由此，能够使覆盖层具有不同的功能。
在本发明的压力传感器中，优选为，所述覆盖层具有从所述覆盖层的所述隔膜侧朝向与所述隔膜相反一侧所述氮的浓度逐渐增加的部分。
由此，能够以较简单的结构而使覆盖层具有不同的功能。
在本发明的压力传感器中，优选为，在将所述隔膜的厚度设为T1、将所述覆盖层的厚度设为T2时，满足T2≤T1/20的关系。
由此，能够将覆盖层设为足够薄。
本发明的压力传感器的制造方法的特征在于，具有：准备基板的工序；在所述基板的一面侧配置覆盖层的工序，所述覆盖层包含硅、氮以及氧且由单一层构成；在所述基板上形成隔膜的工序，所述隔膜通过受压而发生挠曲变形。
由此，能够将隔膜设为较薄，从而制造出具有优良的压力检测灵敏度的压力传感器。
在本发明的压力传感器的制造方法中，优选为，所述基板包含硅，在所述配置覆盖层的工序中，对所述基板的所述一个面在含有氮以及氧的气氛下进行加热。
由此，能够较简单地形成覆盖层。
在本发明的压力传感器的制造方法中，优选为，所述基板包含硅，在所述配置覆盖层的工序中，在对所述基板的所述一个面在含有氧的气氛下进行了加热之后在氮气氛下进行加热。
由此，能够较简单地形成在厚度方向上具有氮的浓度分布的覆盖层。
本发明的高度计的特征在于，具有本发明的压力传感器。
由此，可获得可靠性较高的高度计。
本发明的电子设备的特征在于，具有本发明的压力传感器。
由此，可获得可靠性较高的电子设备。
本发明的移动体的特征在于，具有本发明的压力传感器。
由此，可获得可靠性较高的移动体。
附图说明
图1为本发明的第一实施方式所涉及的压力传感器的剖视图。
图2为图1所示的压力传感器所具有的隔膜的放大剖视图。
图3为表示图1所示的压力传感器的改变例的剖视图。
图4为表示图1所示的压力传感器所具有的传感器部的俯视图。
图5为表示包括图4所示的传感器部在内的桥接电路的图。
图6为表示图1所示的压力传感器的制造方法的流程图。
图7为对图1所示的压力传感器的制造方法进行说明的剖视图。
图8为对图1所示的压力传感器的制造方法进行说明的剖视图。
图9为对图1所示的压力传感器的制造方法进行说明的剖视图。
图10为对图1所示的压力传感器的制造方法进行说明的剖视图。
图11为对图1所示的压力传感器的制造方法进行说明的剖视图。
图12为表示本发明的第二实施方式所涉及的压力传感器所具有的覆盖层的氮以及氧的浓度分布的图。
图13为表示图12所示的覆盖层的制造方法的剖视图。
图14为表示图12所示的覆盖层的制造方法的剖视图。
图15为本发明的第三实施方式所涉及的压力传感器的剖视图。
图16为表示本发明的高度计的一个示例的立体图。
图17为表示本发明的电子设备的一个示例的主视图。
图18为表示本发明的移动体的一个示例的立体图。
具体实施方式
以下，根据附图所示的实施方式而对本发明的压力传感器、压力传感器的制造方法、高度计、电子设备以及移动体进行详细说明。
第一实施方式
首先，对本发明的第一实施方式所涉及的压力传感器进行说明。
图1为本发明的第一实施方式所涉及的压力传感器的剖视图。图2为图1所示的压力传感器所具有的隔膜的放大剖视图。图3为表示图1所示的压力传感器的改变例的剖视图。图4为表示图1所示的压力传感器所具有的传感器部的俯视图。图5为表示包括图4所示的传感器部的桥接电路的图。图6为表示图1所示的压力传感器的制造方法的流程图。图7至图11为分别对图1所示的压力传感器的制造方法进行说明的剖视图。另外，在以下的说明中，也将图1中的上侧称为“上”，将下侧称为“下”。此外，也将俯视观察基板2时(从图1中的上侧进行的俯视观察)简称为“俯视观察时”。
如图1所示，压力传感器1具有：通过受压而发生挠曲变形的隔膜25、和被配置在隔膜25的一面侧且由单一层构成的覆盖层5，覆盖层包含硅(Si)、氮(N)以及氧(O)。以此方式，通过将覆盖层5设为单一层，从而能够将覆盖层5设为较薄。因此，能够减少由覆盖层5所造成的对隔膜25的挠曲变形的阻碍。因此，能够得到具有优异的压力检测灵敏度的压力传感器1(换言之为，压力检测灵敏度的降低受到了抑制的压力传感器1)。此外，通过使覆盖层5包含硅(Si)、氧(O)以及氮(Ni)，从而能够使该覆盖层5发挥与现有的压力传感器这种将氧化硅膜和氮化硅膜层压而成的层压膜相同的功能。以下，对这样的压力传感器1进行详细说明。
如图1所示，这样的压力传感器1具有：基板2；传感器部3，其被配置在基板2上；覆盖层5，其被配置在基板2的上表面上；底基板4，其被接合在与基板2的下表面上；压力基准室S(空洞部)，其被形成在基板2与底基板4之间。
基板
如图1所示，基板2由SOI基板21(即，由第一硅层211、氧化硅层212以及第二硅层213依次层压而成的基板)构成。另外，作为基板2并不限定于SOI基板，例如也可以使用硅基板。
此外，如图1所示，在基板2上设置有与周围的部分相比为薄壁且通过受压而挠曲变形的隔膜25。在SOI基板21上，设置有其下表面被开放的有底的凹部26，并在该凹部26的底部上形成有隔膜25。另外，虽然在本实施方式中，隔膜25的俯视观察时的形状为大致正方形，但作为隔膜25的俯视观察时的形状并不被特别限定，例如也可以为圆形。
在本实施方式中，凹部26通过使用了硅深蚀刻装置的干蚀刻而形成。具体而言，通过从SOI基板21的下表面侧反复实施各向同性蚀刻、保护膜成膜以及各向异性蚀刻等工序而对第一硅层211进行挖掘，从而形成凹部26。反复实施该工序，并在蚀刻到达氧化硅层212时使氧化硅层212成为蚀刻终止层而结束蚀刻，由此得到凹部26。通过反复实施前述的工序，从而如图2所示，在凹部26的内壁侧面上于挖掘方向上形成有周期性的凹凸。
另外，作为隔膜25的形成方法，并不限定于上述的方法，例如也可以通过湿蚀刻而形成。此外，如图3所示，也可以从隔膜25的下表面将氧化硅层212去除。即，也可以由第二硅层213的单层来构成隔膜25。由此，能够将隔膜25设为更薄。
例如，在采用一边的大小为125μm的正方形的隔膜的情况下，虽然作为隔膜25的厚度(平均厚度)而并未被特别限定，但优选为1μm以上且10μm以下，更优选为1μm以上且5μm以下，进一步优选为1μm以上且3μm以下。通过满足这样的范围，从而可获得在确保隔膜25的机械性的强度的同时、足够薄且易于通过受压而发生挠曲变形、并且易于引起施加于传感器部3(后述的压电电阻元件31、32、33、34)上的应力变化的隔膜25。因此，能够提高压力传感器1的压力检测灵敏度。
传感器部
如图4所示，传感器部3具有被设置在隔膜25上的四个压电电阻元件31、32、33、34(另外，图中用斜线所示的部分为压电电阻部)。此外，四个压电电阻元件31、32、33、34经由配线35等而被相互电连接，从而形成了图5所示的桥接电路30(惠斯通桥接电路(Wheatstone Bridge))。在桥接电路30上连接有供给驱动电压AVDC的驱动电路(未图示)。而且，桥接电路30输出与基于隔膜25的挠曲而产生的压电电阻元件31、32、33、34的电阻值变化相对应的检测信号(电压)。因此，能够基于被输出的该检测信号而对隔膜25所受到的压力进行检测。以此方式，通过基于来自桥接电路30的输出，从而能够高精度地对压力进行检测。另外，桥接电路30既可以形成在压力传感器1内，也可以通过与IC等外部装置连接而被形成。
尤其是，压电电阻元件31、32、33、34沿着隔膜25的外边缘而配置。由于当隔膜25通过受压而发生挠曲变形时，在隔膜25的外边缘部上被施加有较大的应力，因此通过在外边缘部上配置压电电阻元件31、32、33、34，从而使检测信号增大，进而提高了压力检测灵敏度。另外，作为压电电阻元件31、32、33、34的配置而并未被特别限定，例如，也可以采用如下方式，即，使压电电阻元件31、32、33、34跨越隔膜25的外边缘而配置。
压电电阻元件31、32、33、34例如能够通过分别向SOI基板21的第二硅层213中掺杂(扩散或注入)磷、硼等杂质从而被构成。此外，配线35例如能够通过以与压电电阻元件31、32、33、34相比而较高的浓度向SOI基板21的第二硅层213中掺杂(扩散或注入)磷、硼等杂质从而被构成。
覆盖层5
如图1所示，覆盖层5被配置在基板2的上表面上，并对传感器部3进行覆盖。如前文所述，这种覆盖层5包含硅(Si)、氮(N)以及氧(O)。更具体而言，覆盖层5包含氮氧化硅(SiON)，尤其是在本实施方式中，其由氮氧化硅构成。以此方式，通过使覆盖层5包含氮氧化硅，从而能够有效地对处于隔膜25的表面上的传感器部3进行保护。更具体而言，通过覆盖层5，能够降低压电电阻元件31、32、33、34的界面基准位置，且抑制噪声的产生，并且能够保护传感器部3免受水分的侵入或灰尘的影响。以此方式，根据本实施方式，由于能够通过单一层而发挥在现有发明中由氧化硅膜和氮化硅膜的层压体所发挥的效果，因此能够在发挥相同效果的同时，将覆盖层5设为更薄。
另外，作为覆盖层5的厚度，只要能够发挥其功能，则优选为较薄。此外，虽然作为覆盖层5的厚度而并未被特别限定，但是在将隔膜的厚度设为T1、将覆盖层5的厚度设为T2时，优选为满足T2≤T1/20的关系，更优选为满足T2≤T1/50的关系，进一步优选为满足T2≤T1/100的关系。通过满足这样的范围，从而成为足够薄的覆盖层5，由此覆盖层5更难以阻碍隔膜25的挠曲变形。另外，虽然作为覆盖层5的厚度的下限值而并未被特别限定，并且根据覆盖层5的形成方法而有所不同，但是优选为例如0.005μm。
底基板
如图1所示，底基板4堵塞凹部26的开口并与基板2的下表面(第一硅层211的表面)相接合。以此方式，通过利用底基板4而气密性地对凹部26进行密封，从而形成了压力基准室S。优选为，压力基准室S为真空状态(例如，10Pa以下)。由此，能够将压力传感器1用作以真空为基准而对压力进行检测的所谓“绝对压传感器”。因此，成为便利性较高的压力传感器1。但是，压力基准室S的压力并未被特别限定。
作为这样的底基板4，例如能够使用硅基板、玻璃基板、陶瓷基板等。此外，底基板4相对于隔膜25而变为足够厚，以使隔着压力基准室S而与隔膜25对置的部分不会因差压(压力基准室S的压力与环境压力之差)而发生变形。
接下来，对压力传感器1的制造方法进行说明。如图6所示，压力传感器1的制造方法具有：准备基板2的准备工序；在基板2上形成传感器部3的传感器部形成工序；在基板2的一面侧配置包含硅、氮以及氧且由单一层构成的覆盖层5的覆盖层配置工序；在基板2上形成通过受压而发生挠曲变形的隔膜25的隔膜形成工序；将底基板4接合在基板2上从而形成压力基准室S的压力基准室形成工序。
准备工序
首先，如图7所示，准备由第一硅层211、氧化硅层212以及第二硅层213层压而成的SOI基板21，以作为基板2。
传感器部形成工序
接下来，如图8所示，通过向基板2的上表面(第二硅层213的表面)注入磷、硼等杂质，从而形成传感器部3(压电电阻元件31、32、33、34以及配线35)。
覆盖层配置工序
接下来，在包含氮以及氧的气氛下对基板2的上表面(一侧的面)进行加热。虽然作为加热温度而并未被特别限定，但优选为800℃以上且1000℃以下。由此，由于基板2的上表面(第二硅层213)包含硅，因此基板2的上表面直接被热氮氧化(被氧化以及氮化)，从而如图9所示，在基板2的上表面上形成了由氮氧化硅构成的覆盖层5。另外，作为气氛中的氮，例如能够使用NO、N2O、NO2以及NH3中的至少一种，并且作为氧能够使用例如O2或O2和H2O。根据这样的方法，能够较简单地形成由氮氧化硅构成的覆盖层5。此外，根据这样的方法，能够形成均质的覆盖层5。此外，与溅射法、CVD(chemical vapor deposition：化学气相沉积)相比，形成较薄的覆盖层5较为容易。另外，虽然在上述的方法中，加热温度为800℃以上且1000℃以下的程度，但是例如通过利用氧等离子，也能够将加热温度抑制为400℃的程度。由此，能够降低热履历。
隔膜形成工序
接下来，如图10所示，通过使用了硅深蚀刻装置的干蚀刻，来形成基板2的下表面开放的凹部26。由此，在凹部26的底部上获得了隔膜25。另外，作为凹部26的形成方法而并未被特别限定，也可以通过湿时刻而形成。
压力基准室形成工序
接下来，准备底基板4，并且如图11所示，在真空环境下将底基板4接合在基板2的下表面上。由此，在底基板4与基板2之间形成有真空的压力基准室S。
通过以上方式，从而获得了压力传感器1。根据这样的制造方法，能够将隔膜25设为较薄，从而能够制造出具有优异的压力检测灵敏度的压力传感器1。另外，虽然在前述的制造方法中，隔膜形成工序在覆盖层配置工序之后被实施，但作为隔膜形成工序的顺序并不限定于此，也可以在覆盖层配置工序之前(例如，准备工序与传感器部形成工序之间，或者，传感器部形成工序与覆盖层配置工序之间)被实施。
第二实施方式
接下来，对本发明的第二实施方式所涉及的压力传感器进行说明。
图12为表示本发明的第二实施方式所涉及的压力传感器所具有的覆盖层的氮以及氧的浓度分布的图。图13及图14分别为表示图12所示的覆盖层的制造方法的剖视图。
以下，对第二实施方式的压力传感器以与前述的实施方式的不同点为中心而进行说明，对于相同的事项则省略说明。
第二实施方式的压力传感器中，覆盖层的结构不同，除此以外，均与前述的第一实施方式相同。另外，对与前述的实施方式相同的结构标注相同符号。
本实施方式的覆盖层5在其厚度方向上具有氮(N)的浓度分布，并且在其厚度方向还具有氧(O)的浓度分布。即，覆盖层5具有在其厚度方向上氮的浓度(含有量)不同的部分，并且具有在其厚度方向上氧的浓度(含有量)不同的部分。以此方式，通过在覆盖层5内具有氮和氧的浓度分布，从而能够使覆盖层5的功能在其厚度方向上有所不同。
具体而言，如图12所示，覆盖层5具有从下表面侧(隔膜25侧)朝向上表面侧(与隔膜25相反一侧)氮的浓度(atm％)逐渐增加的部分，并且具有从下表面侧朝向上表面侧氧的浓度(atm％)逐渐减少的部分。即，覆盖层5具有中央区域52(氮氧化硅高含有区域)、下部区域51(氧化硅高含有区域)和上部区域53(氮化硅高含有区域)，其中，所述中央区域52位于覆盖层5的厚度方向的中央部处，并且与氧化硅或氮化硅相比而较多地含有氮氧化硅，所述下部区域51位于与中央区域52相比靠下侧处，并且与氮氧化硅或氮化硅相比而较多地含有氧化硅，所述上部区域53位于与中央区域52相比靠上侧处，并且与氮氧化硅或氧化硅相比而较多地含有氮化硅。根据这样的结构，能够用较简单的结构而使覆盖层5具有不同的功能。具体而言，在下部区域51内，主要发挥降低压电电阻元件31、32、33、34的界面基准位置而抑制噪声的产生的功能，在上部区域53内，主要发挥保护传感器部3免受水分的侵入或灰尘的影响的功能，在中央区域52内，可发挥这两个功能。
尤其是在本实施方式中，下部区域51内的下侧的部分(即，覆盖层5的下表面及其附近)由氧化硅构成，上部区域53内的上侧的部分(即，覆盖层5的上表面及其附近)由氮化硅构成。通过采用这种结构，进一步提高了下部区域51以及上部区域53的各自的功能。即，所谓单一层结构为，如本实施方式所示那样氧或氮的浓度连续地发生变化的层的一个示例，而层压有氧浓度或氮浓度不连续地发生变化的层的情况也可以为层压结构的一个示例。
接下来，对该压力传感器1的制造方法进行说明。压力传感器1的制造方法与前述的第一实施方式同样地具有：准备工序、传感器部形成工序、覆盖层配置工序、隔膜形成工序和压力基准室形成工序。另外，由于覆盖层配置工序以外的工序均与前述的第一实施方式相同，因此省略其说明。
覆盖层配置工序
在本工序中，在对基板2的上表面(一侧的面)在含有氧的气氛下进行了加热之后，在氮气氛下进行加热(直接热氧化)。具体而言，首先，例如在作为氧的原料而含有O2(也可以还含有H2O)的气氛下以800℃以上且1000℃以下程度对基板2的上表面(一侧的面)进行加热。由于基板2的上表面(第二硅层213)包含硅，因此通过该加热而如图13所示，在基板2的上表面上形成了氧化硅层5A。接下来，例如在包含作为氮的原料的NO、N2O、NO2及NH3中的至少一种的气氛下，以800℃以上且1000℃以下而对基板2的上表面(即，氧化硅层5A的表面)进行加热(直接热氮化)。由此，氧化硅层5A的上表面侧的部分被氮化，从而如图14所示，形成了含有硅、氧以及氮的覆盖层5。由于在这样的覆盖层5中，上表面侧易于被氮化，而下表面侧不易被氮化，因此形成了前文所述的较多地含有氧化硅的下部区域51、较多地含有氮氧化硅的中央区域52、和较多地含有氮化硅的上部区域53。根据这样的方法，能够较简单地形成在厚度方向上具有氮的浓度分布的覆盖层5。
另外，虽然在上述的氧化工序或氮化工序中，将加热温度设为800℃以上且1000℃以下，但是例如通过利用氧等离子或氮化等离子，从而能够将加热温度抑制为400℃的程度。因此，能够降低热履历。
根据这种第二实施方式，也能够发挥与前述的第一实施方式相同的效果。
第三实施方式
接下来，对本发明的第三实施方式所涉及的压力传感器进行说明。
图15为本发明的第三实施方式所涉及的压力传感器的剖视图。
以下，对第三实施方式的压力传感器以与前述的实施方式的不同点为中心而进行说明，对于相同的事项则省略其说明。
图15所示的压力传感器1A具有基板2、传感器部3、覆盖层5、周围结构体6和压力基准室S(空洞部)。由于基板2、传感器部3、覆盖层5以及压力基准室S的结构分别与前述的第一实施方式相同，因此在下文中，主要对周围结构体6进行说明。
周围结构体
周围结构体6在其与基板2之间形成有压力基准室S。这样的周围结构体6具有：被配置在基板2之上的层间绝缘膜61、被配置在层间绝缘膜61之上的配线层62、被配置在配线层62及层间绝缘膜61之上的层间绝缘膜63、被配置在层间绝缘膜63之上的配线层64、被配置在配线层64及层间绝缘膜63之上的表面保护膜65、和被配置在配线层64及表面保护膜65之上的密封层66。
配线层62具有以包围压力基准室S的方式而被配置的框状的配线部621、和与传感器部3电连接的配线部629。同样地，配线层64具有以包围压力基准室S的方式而被配置的框状的配线部641、和与传感器部3电连接的配线部649。而且，传感器部3通过配线部629、649而被引出至周围结构体6的上表面上。
此外，配线层64具有位于压力基准室S的顶部的覆盖层644。此外，在覆盖层644上，配置有将压力基准室S的内外连通的多个贯穿孔645。这种覆盖层644与配线部641被一体地形成，并且隔着压力基准室S而与隔膜25对置配置。另外，多个贯穿孔645为，将至制造中途为止填埋有压力基准室S的牺牲层去除时的释放蚀刻用的孔。此外，在覆盖层644之上配置有密封层66，通过该密封层66而使贯穿孔645被密封。
表面保护膜65具有保护周围结构体6免受水分、灰尘、损伤等的影响的功能。这种表面保护膜65以不堵塞覆盖层644的贯穿孔645的方式而被配置在层压绝缘膜63以及配线层64之上。
作为这种周围结构体6中的层压绝缘膜61、63，例如能够使用氧化硅膜(SiO2膜)等的绝缘膜。此外，作为配线层62、64，例如能够使用铝膜等的金属膜。此外，作为密封层66，例如能够使用Al、Cu、W、Ti、TiN等的金属膜、氧化硅膜等。此外，作为表面保护膜65，例如能够使用氧化硅膜、氮化硅膜、聚酰亚胺膜、环氧树脂膜等。
根据这种第三实施方式，也能够发挥与前述的第一实施方式相同的效果。
第四实施方式
接下来，对本发明的第四实施方式所涉及的高度计进行说明。
图16为表示本发明的高度计的一个示例的立体图。
图16所示的高度计200能够如手表那样佩戴在手腕上。此外，在高度计200的内部搭载有压力传感器1，并能够在显示部201上显示当前位置的海拔高度、当前位置的气压等。另外，除此之外还能够在该显示部201上显示当前时刻、使用者的心率、天气等各种各样的信息。由于这种高度计200具有检测精度优异的压力传感器1，因此能够发挥较高的可靠性。另外，高度计200也可以具备压力传感器1A以代替压力传感器1。
另外，如果这种高度计200具备防水性，则也能够作为潜水、自由潜水用的水深计来使用。
第五实施方式
接下来，对本发明的第五实施方式所涉及的电子设备进行说明。
图17为表示本发明的电子设备的一个示例的主视图。
图17所示的电子设备为具备压力传感器1的导航系统300。导航系统300具备：未图示的地图信息、取得来自GPS(全球定位系统：Global Positioning System)的信息的位置信息取得单元、由陀螺传感器以及加速度传感器和车速数据而实现的自主导航单元、压力传感器1、对预定的位置信息或者行进道路信息进行显示的显示部301。
根据该导航系统300，除了所取得的位置信息以外，还能够通过压力传感器1而取得高度信息。因此，通过对由从一般道路进入高架道路(或者与此相反)所产生的高度变化进行检测，从而能够判断出是在一般道路上行驶还是在高架道路上行驶，由此能够将实际的行驶状态下的导航信息提供给使用者。由于这种导航系统300具有检测精度优异的压力传感器1，因此能够发挥较高的可靠性。另外，导航系统300也可以具备压力传感器1A以代替压力传感器1。
另外，具备本发明的压力传感器的电子设备并不限定于上述的导航系统，例如能够应用于个人计算机、移动电话、智能手机、平板电脑终端、HMD(头戴显示器)等可佩戴终端、时钟(包括智能手表)、医疗设备(例如电子体温计、血压计、血糖仪、心电图计测装置、超声波诊断装置、电子内窥镜)、各种测量设备、计量仪器类(例如，车辆、航空器、船舶的计量仪器类)、飞行模拟器等。
第六实施方式
接下来，对本发明的第六实施方式所涉及的移动体进行说明。
图18为表示本发明的移动体的一个示例的立体图。
图18所示的移动体为具备压力传感器1的汽车400。汽车400具有车身401和四个车轮402，并且被构成为，通过设置于车身401上的未图示的动力源(发动机)而使车轮402旋转。由于这种汽车400具有检测精度优异的压力传感器1，因此能够发挥较高的可靠性。另外，汽车400也可以具备压力传感器1A以代替压力传感器1。
以上，虽然根据图示的各实施方式而对本发明的压力传感器、压力传感器的制造方法、高度计、电子设备以及移动体进行了说明，但是本发明并不限定于此，各部分的结构能够置换为具有相同的功能的任意的结构。此外，也可以附加其他的任意的结构物或工序。此外，也可以将各实施方式适当地进行组合。
此外，虽然在前述的实施方式中，对使用了压电电阻元件以作为传感器部的压力传感器进行了说明，但作为压力传感器并不限定于此，例如也能够使用利用了扁平(flap)型的振子的结构或梳齿电极等其他的MEMS振子或水晶振子等振动元件。
符号说明
1、1A…压力传感器；2…基板；21…SOI基板；211…第一硅层；212…氧化硅层；213…第二硅层；25…隔膜；26…凹部；3…传感器部；30…桥接电路；31、32、33、34…压电电阻元件；35…配线；4…底基板；5…覆盖层；5A…氧化硅层；51…下部区域；52…中央区域；53…上部区域；6…周围结构体；61…层间绝缘膜；62…配线层；621…配线部；629…配线部；63…层间绝缘膜；64…配线层；641…配线部；644…覆盖层；645…贯穿孔；649…配线部；65…表面保护膜；66…密封层；200…高度计；201…显示部；300…导航系统；301…显示部；400…汽车；401…车身；402…车轮；S…压力基准室。

Claims (11)

1.一种压力传感器，其特征在于，具有：
隔膜，其通过受压而发生挠曲变形；
覆盖层，其被配置在所述隔膜的一面侧且由单一层构成，
所述覆盖层包含硅、氮以及氧。
2.如权利要求1所述的压力传感器，其中，
所述覆盖层包含氮氧化硅。
3.如权利要求1或2所述的压力传感器，其中，
所述覆盖层在厚度方向上所述氮的浓度分布不同。
4.如权利要求3所述的压力传感器，其中，
所述覆盖层具有从所述覆盖层的所述隔膜侧朝向与所述隔膜相反一侧所述氮的浓度逐渐增加的部分。
5.如权利要求1至4中任一项所述的压力传感器，其中，
在将所述隔膜的厚度设为T1、将所述覆盖层的厚度设为T2时，满足T2≤T1/20的关系。
6.一种压力传感器的制造方法，其特征在于，具有：
准备基板的工序；
在所述基板的一面侧配置覆盖层的工序，所述覆盖层包含硅、氮以及氧且由单一层构成；
在所述基板上形成隔膜的工序，所述隔膜通过受压而发生挠曲变形。
7.如权利要求6所述的压力传感器的制造方法，其中，
所述基板包含硅，
在所述配置覆盖层的工序中，对所述基板的所述一个面在含有氮以及氧的气氛下进行加热。
8.如权利要求6所述的压力传感器的制造方法，其中，
所述基板包含硅，
在所述配置覆盖层的工序中，在对所述基板的所述一个面在含有氧的气氛下进行了加热之后在氮气氛下进行加热。
9.一种高度计，其特征在于，
具有权利要求1至5中任一项所述的压力传感器。
10.一种电子设备，其特征在于，
具有权利要求1至5中任一项所述的压力传感器。
11.一种移动体，其特征在于，
具有权利要求1至5中任一项所述的压力传感器。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017173016A (ja) * 2016-03-22 2017-09-28 セイコーエプソン株式会社 圧力センサー付きデバイス
US10709889B2 (en) * 2018-02-28 2020-07-14 Palo Alto Research Center Incorporated Localized electromagnetic field control in implantable biomedical probes using smart polymers

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4801468A (en) * 1985-02-25 1989-01-31 Canon Kabushiki Kaisha Process for forming deposited film
US5583830A (en) * 1993-06-30 1996-12-10 Casio Computer Co., Ltd. Electronic appliance equipped with sensor capable of visually displaying sensed data
US6187640B1 (en) * 1998-11-17 2001-02-13 Fujitsu Limited Semiconductor device manufacturing method including various oxidation steps with different concentration of chlorine to form a field oxide
TWI270667B (en) * 2005-06-01 2007-01-11 Touch Micro System Tech Method of calibrating zero offset of a pressure sensor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113325199A (zh) * 2021-06-09 2021-08-31 东南大学 一种热电堆式高灵敏度柔性加速度传感器及其制备方法
CN113325199B (zh) * 2021-06-09 2022-04-29 东南大学 一种热电堆式高灵敏度柔性加速度传感器及其制备方法

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