CN107238462A - 压力传感器、高度计、电子设备以及移动体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够提高压力的检测精度且能够降低隔膜的损坏的可能性的压力传感器、具备该压力传感器的可靠性高的高度计、电子设备以及移动体。所述压力传感器的特征在于，具有：基板，其具有通过受压而挠曲变形的隔膜；以及位移限制部，其对所述隔膜的变形进行限制，在所述隔膜受到可测量范围内的压力的第一状态下，所述隔膜与所述位移限制部分离，在所述隔膜受到与所述可测量范围相比较高的压力的第二状态下，所述隔膜与所述位移限制部接触。

Description

压力传感器、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、高度计、电子设备以及移动体。
背景技术
一直以来，作为能够检测压力的压力传感器，已知有专利文献1所记载的结构。专利文献1的压力传感器具有：SOI(Silicon On Insulator,绝缘体上硅)基板，其具有凹部，且凹部的底部成为通过受压而挠曲变形的隔膜；以及硅基板，其封堵凹部的开口，并且为了在该处形成压力基准室而与SOI基板接合。此外，在隔膜上配置有压电电阻元件，并且构成为，从该压电电阻元件取出与隔膜的挠曲相对应的检测信号，并且基于该检测信号而对所受到的压力进行检测。
在这样的压力传感器中，为了以更高的精度对压力进行检测，而谋求提高来自压力传感器的输出(检测信号)的SN比(信噪比)。作为用于提高SN比的手段，例如可以考虑通过减薄隔膜而使之容易挠曲，从而增大每单位压力的隔膜的变形量，由此提高灵敏度。但是，如果减薄隔膜，则隔膜的机械强度降低而容易损坏，伴随于此，耐压极限(隔膜机械耐受的极限的压力)降低，因此可检测压力的上限变低。
专利文献1：国际公开WO2009/041463号公报
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够提高压力的检测精度且能够降低隔膜损坏的可能性的压力传感器、具备该压力传感器的可靠性高的高度计、电子设备以及移动体。
这样的目的能够通过如下的本发明而实现。
本发明的压力传感器的特征在于，具有：隔膜，其通过受压而挠曲变形；以及位移限制部，其对所述隔膜的变形进行限制，在所述隔膜受到可测量范围内的压力的第一状态下，所述隔膜与所述位移限制部分离，在所述隔膜受到与所述可测量范围相比较高的压力的第二状态下，所述隔膜与所述位移限制部接触。
由此，获得能够提高压力的检测精度且能够降低隔膜损坏的可能性的压力传感器。
在本发明的压力传感器中，优选为，具有对置部，所述对置部以在其与所述隔膜之间形成压力基准室的方式与所述隔膜对置地配置，所述位移限制部相对于所述隔膜而被配置在所述对置部侧。
由此，在第二状态时，隔膜与位移限制部更切实地接触。
在本发明的压力传感器中，优选为，所述对置部兼作所述位移限制部。
由此，压力传感器的结构变得简单。
在本发明的压力传感器中，优选为，所述位移限制部被设置成从所述对置部向所述隔膜侧突出。
由此，能够对隔膜与对置部之间的分离距离(即，压力基准室的高度)自由地进行设计。
在本发明的压力传感器中，优选为，在所述第二状态下，所述隔膜的中央部与所述位移限制部接触。
由于在整个隔膜中其中央部的位移量最大，因此在第二状态时，能够使隔膜与位移限制部更切实地接触。
在本发明的压力传感器中，优选为，所述位移限制部位于所述隔膜与所述对置部之间。
由此，位移限制部的配置的自由度增加。
在本发明的压力传感器中，优选为，在所述第二状态下，所述隔膜的端部与所述位移限制部接触。
由于在隔膜变形时，会在隔膜的端部处施加有比较大的应力，因此，通过该端部与位移限制部接触，能够减少在端部处施加过度的应力的情况。
在本发明的压力传感器中，优选为，对于所述位移限制部的能够与所述隔膜接触的部分，实施使该部分与所述隔膜之间的接触面积减少的接触面积减少处理。
由此，能够减少隔膜与位移限制部保持接触而不分离的所谓“粘连”。
在本发明的压力传感器中，优选为，作为所述接触面积减少处理，在所述位移限制部的能够与所述隔膜接触的部分处形成有凹凸。
由此，能够简单地减少接触面积。
在本发明的压力传感器中，优选为，在将所述隔膜与所述位移限制部之间的分离距离设为D，将所述第一状态下的所述隔膜的向所述位移限制部侧的位移量设为α1，将所述第二状态下的所述隔膜的向所述位移限制部侧的位移量设为α2时，满足α1＜D≤α2的关系。
由此，能够更切实地在第一状态下使隔膜与位移限制部分离并且在第二状态下使隔膜与位移限制部接触。
在本发明的压力传感器中，优选为，在所述隔膜中，中央部的厚度比端部的厚度薄。
由此，能够抑制隔膜的机械强度的降低，并且使隔膜更加容易挠曲。
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，能够获得可靠性高的高度计。
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，能够获得可靠性高的电子设备。
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，能够获得可靠性高的移动体。
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所示的压力传感器处于第一状态的情况下的剖视图。
图3为图1所示的压力传感器处于第二状态的情况下的剖视图。
图4为图1所示的压力传感器所具有的隔膜的放大剖视图。
图5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6为表示包含图5所示的传感器部的桥接电路的图。
图7为本发明的第二实施方式所涉及的压力传感器的剖视图。
图8为图7所示的压力传感器处于第一状态的情况下的剖视图。
图9为图7所示的压力传感器处于第二状态的情况下的剖视图。
图10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11为本发明的第四实施方式所涉及的压力传感器的剖视图。
图12为对图11所示的压力传感器的制造方法进行说明的剖视图。
图13为对图11所示的压力传感器的制造方法进行说明的剖视图。
图14为对图11所示的压力传感器的制造方法进行说明的剖视图。
图15为对图11所示的压力传感器的制造方法进行说明的剖视图。
图16为对图11所示的压力传感器的制造方法进行说明的剖视图。
图17为本发明的第五实施方式所涉及的压力传感器的剖视图。
图18为表示本发明的高度计的一个示例的立体图。
图19为表示本发明的电子设备的一个示例的主视图。
图20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，基于附图所示的实施方式来对本发明的压力传感器、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所示的压力传感器处于第一状态的情况下的剖视图。图3为图1所示的压力传感器处于第二状态的情况下的剖视图。图4为图1所示的压力传感器所具有的隔膜的放大剖视图。图5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6为表示包含图5所示的传感器部的桥接电路的图。另外，在以下的说明中，也将图1中的上侧称为“上”，下侧称为“下”。此外，也将基板2的俯视观察(从图1中的上侧进行观察的俯视观察)简称为“俯视观察”。
图1所示的压力传感器1具有：通过受压而挠曲变形的隔膜25；以及对隔膜25的变形进行限制的位移限制部5。而且，这样的压力传感器1被构成为，在隔膜25受到可测量范围内的压力的第一状态下，如图2所示，隔膜25与位移限制部5分离，在隔膜25受到与可测量范围相比较高的压力的第二状态下，如图3所示，隔膜25与位移限制部5接触。
根据这样的结构，在第一状态下，隔膜25的挠曲变形不被位移限制部5限制，从而隔膜25对应于所受到的压力而变形，由此能够高精度地对压力进行检测。此外，在第二状态下，由于隔膜25与位移限制部5接触，因此隔膜25的过度变形被抑制。因此，能够减少隔膜25损坏(断裂极限以上的变形)的可能性，并且能够在抑制耐压极限(隔膜25机械耐受的极限的压力)的降低的同时，减薄隔膜25而使之容易挠曲(即，能够增大每单位压力的隔膜的变形量)。其结果为，从压力传感器1输出的检测信号的SN比增高，从而压力传感器1的灵敏度提升。以下，对这样的压力传感器1进行详细说明。
这样的压力传感器1具有：基板2；被配置在基板2上的传感器部3；与基板2接合的底基板4；以及被形成于基板2与底基板4之间的压力基准室S(空洞部)。
基板
基板2具有：SOI基板21(即，第一硅层211、氧化硅层212以及第二硅层213依次层叠而成的基板)；被配置在SOI基板21的上表面上并由硅氧化膜(SiO2膜)构成的第一绝缘膜22；以及被配置在第一绝缘膜22的上表面上并由硅氮化膜(SiN膜)构成的第二绝缘膜23。第一绝缘膜22使传感器部3所具有的后文所述的压电电阻元件31、32、33、34的界面态稳定化，第二绝缘膜23从水分或尘埃中保护传感器部3。
另外，也可以使用例如硅基板来代替SOI基板21。此外，第一绝缘膜22、第二绝缘膜23只要能够发挥相同的效果，则可以由不同的材料(例如，SiON等)构成。此外，第一绝缘膜22以及第二绝缘膜23只要根据需求设置即可，也可以省略。
此外，在基板2上设置有与周围相比为薄壁，并且通过受压而挠曲变形的隔膜25。在SOI基板21上形成有在其下表面开放的有底的凹部26，并且在该凹部26的底部形成有隔膜25。而且，隔膜25的上表面成为受压面251。另外，虽然在本实施方式中隔膜25的俯视观察形状为大致正方形，但作为隔膜25的俯视观察形状，并不被特别地限定，例如也可以为圆形。
在本实施方式中，凹部26通过使用了深硅蚀刻装置的干式蚀刻而形成。具体而言，从SOI基板21的下表面侧反复进行各向同性蚀刻、保护膜成膜以及各向异性蚀刻的工序，以对第一硅层211进行挖掘，从而形成凹部26。重复该工序，当蚀刻到达至氧化硅层212时，氧化硅层212将成为蚀刻阻挡层，从而蚀刻结束，获得凹部26。通过重复上述的工序，如图4所示，在凹部26的内壁侧面上，沿挖掘方向而形成有周期性的凹凸。
因此，在隔膜25中，中央部的厚度比端部的厚度薄。具体而言，隔膜25的厚度从端部趋向中央部而逐渐减小。通过将隔膜25设为这样的形状，能够减薄隔膜25的平均厚度。因此，每单位压力的隔膜25的挠曲量增加，从而压力检测灵敏度相应地提升。此外，能够减少隔膜25的端部的机械强度的降低。当隔膜25通过受压而挠曲变形时，与隔膜25的中央部相比，在端部处施加有较大的应力，因此通过增厚隔膜25的端部，能够降低隔膜25损坏的可能性。
另外，作为隔膜25的形成方法，并不限定于上述的方法，也可以通过例如湿式蚀刻而形成。
作为这样的隔膜25的厚度(平均厚度)，虽然并不被特别地限定，但优选在1μm以上且10μm以下，更优选在0.2μm以上且10μm以下。进一步地，优选在1μm以上且5μm以下，更优选在0.5μm以上且5μm以下。进一步地，优选在1μm以上且3μm以下，更优选在0.5μm以上且3μm以下。通过满足这样的范围，能够获得在保持机械强度的同时，还足够薄从而容易通过受压而挠曲变形的隔膜25。
传感器部
如图5所示，传感器部3具有被设置在隔膜25上的4个压电电阻元件31、32、33、34。此外，压电电阻元件31、32、33、34经由配线35等而被相互电连接，从而构成图6所示的桥接电路30(惠斯通桥接电路)。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，能够基于该输出的检测信号而检测出隔膜25所受到的压力。
特别地，压电电阻元件31、32、33、34沿着隔膜25的外缘而被配置。如上所述，当隔膜25通过受压而挠曲变形时，在隔膜25的端部处施加有较大的应力，因此通过在该端部处配置压电电阻元件31、32、33、34，能够将上述的检测信号放大，从而压力检测灵敏度得到提升。另外，作为压电电阻元件31、32、33、34的配置，并不被特别地限定，例如压电电阻元件31、32、33、34也可以被配置成跨越隔膜25的外缘。
压电电阻元件31、32、33、34例如分别通过向SOI基板21的第二硅层213掺杂(扩散或者注入)磷、硼等杂质而被构成。此外，配线35例如通过以与压电电阻元件31、32、33、34相比较高的浓度向SOI基板21的第二硅层213掺杂(扩散或者注入)磷、硼等杂质而被构成。
底基板
底基板4以在其与隔膜25之间形成压力基准室S的方式而与隔膜25对置地配置。具体而言，底基板4以对凹部26的开口进行封堵的方式而与基板2的下表面(第一硅层211的表面)接合。另外，在以下，也将底基板4的隔着压力基准室S而与隔膜25对置的部分称为对置部41。作为这样的底基板4，可以使用例如硅基板、玻璃基板、陶瓷基板等。此外，作为底基板4的厚度，并不被特别地限定，但优选在100μm以上且1000μm以下。由此，能够抑制对置部41的变形(特别是由压力基准室S内的压力与外压之间的差压引起的挠曲)。
如上述方式，通过利用底基板4而对凹部26进行气密性密封，从而形成压力基准室S。压力基准室S优选为真空(例如10Pa以下的程度)。由此，能够将压力传感器1作为以真空为基准而对压力进行检测的所谓“绝对压力传感器”而使用。因此，成为便利性较高的压力传感器1。但是，压力基准室S只要保持为固定的压力(但不考虑由温度变化导致的压力变动)，也可以不是真空状态。
位移限制部
位移限制部5相对于隔膜25而被配置在底基板4侧。通过这样的配置，如前文所述，在第二状态下能够使隔膜25与位移限制部5更切实地接触。尤其在本实施方式中，如图1所示，底基板4的对置部41兼作位移限制部5。因此，无需在底基板4之外另行设置位移限制部5，从而压力传感器1的结构变得简单。
此外，在本实施方式中，在第二状态下隔膜25的中央部与位移限制部5接触。由于在整个隔膜25中，中央部的位移量最大，因此根据这样的结构，在第二状态下，能够使隔膜25与位移限制部5更切实地接触。
这样的位移限制部5如上所述，在隔膜25受到可测量范围内的压力的第一状态下不与隔膜25接触，而在隔膜25受到与可测量范围相比较高的压力的第二状态下与隔膜25接触。此处，若对所述“可测量范围”进行说明则为，可测量范围是指，能够以固定的精度以上来检测压力的范围(换句话说，压力传感器1的制造者或提供者保证检测精度或者推荐使用的压力范围。例如被记载在压力传感器1的说明书中的检测压力的精度保证范围。此外，还可以包含作为最大额定值或绝对最大额定值且压力传感器1可重复进行正常工作的压力范围)，并且该范围针对每个压力传感器1进行设定。顺便说一下，近年来，能够检测到10个大气压程度(即，水深100m程度)的压力传感器的需求上升。因此，可以说作为这样的可测量范围，优选在0个大气压以上且5个大气压以下，更优选在0个大气压以上且8个大气压以下，进一步优选在0个大气压以上且10个大气压以下。
此处，虽然只要在第二状态下隔膜25与位移限制部5接触，则实际产生接触的压力并不被特别地限定，但优选为在尽量低的压力(即，超过可测量范围的上限且与上限接近的压力)下产生隔膜25与位移限制部5之间的接触。具体而言，优选为，当受到从可测量范围的上限起+1个大气压以内的压力时，产生隔膜25与位移限制部5之间的接触。由此，能够更有效地抑制隔膜25的过度变形，从而更有效地降低隔膜25的损坏的可能性。但是，当产生隔膜25与位移限制部5之间的接触的压力过度接近可测量范围的上限时，根据压力传感器1的使用环境温度或个体差异，可能会在可测量范围的上限以下的压力(即，第一状态)下产生隔膜25与位移限制部5之间的接触。因此，优选为，在从可测量范围的上限起至少+0.1个大气压以内的压力下，不会产生隔膜25与位移限制部5之间的接触。换句话说，优选为，将与产生隔膜25和位移限制部5之间的接触的压力相比低0.1个大气压以上的压力设定为可测量范围的上限。
此外，在将外压与压力基准室S的压力相等的状态下的隔膜25与位移限制部5之间的分离距离(即，压力基准室S的高度)设为D，将第一状态下的隔膜25的向位移限制部5侧的位移量设为α1，并将第二状态下的隔膜25的向位移限制部5侧的位移量设为α2时，压力传感器1满足α1＜D≤α2的关系。通过满足这样的关系，能够更切实地在第一状态下使隔膜25与位移限制部5分离，并在第二状态下使隔膜25与位移限制部5接触。
另外，在将压力传感器1受到的压力设为P，将隔膜25的宽度(由于在本实施方式中隔膜25为大致正方形，因此为一边的长度)设为a，将隔膜25的厚度设为t0，并将隔膜25的杨氏模量设为E0时，由压力P引起的隔膜25的向位移限制部5侧的变形量Z能够通过下式(1)来表示(但各个值的单位为SI单位)。因此，当将第一状态的压力代入压力P时，作为变形量Z而求得上述的α1，同样，当将第二状态的压力代入压力P时，作为变形量Z而求得上述的α2。
数学式1
另外，设定为底基板4被形成得足够厚因此实质上不会发生变形，因此在上述的说明中不考虑由外压引起的位移限制部5(对置部41)的向隔膜25侧的挠曲。在假设位移限制部5因外压而向隔膜25侧挠曲的情况下，当将第一状态下的位移限制部5的向隔膜25侧的位移量设为β1，并将第二状态下的位移限制部5的向隔膜25侧的位移量设为β2时，只需满足α1+β1＜D≤α2+β2的关系即可。
此外，对于位移限制部5的能够与隔膜25接触的部分(即，位移限制部5的上表面)，实施了使该部分与隔膜25之间的接触面积减少的接触面积减少处理。因此，在第二状态下隔膜25与位移限制部5接触时，能够减少隔膜25与位移限制部5保持接触而不分离的所谓“粘连”的发生的可能性。尤其在本实施方式中，作为接触面积减少处理，在位移限制部5的能够与隔膜25接触的部分处形成有凹凸。由此，能够简单地减少接触面积。另外，所述凹凸能够通过在位移限制部5的下表面上形成多个凹部59而获得。
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7为本发明的第二实施方式所涉及的压力传感器的剖视图。图8为图7所示的压力传感器处于第一状态的情况下的剖视图。图9为图7所示的压力传感器处于第二状态的情况下的剖视图。
以下，对于第二实施方式的压力传感器，以与上述的实施方式的不同点为中心进行说明，而对于相同的事项，则省略其说明。
第二实施方式的压力传感器除了位移限制部的结构不同以外，与上述的第一实施方式相同。另外，对于与上述的实施方式相同的结构标记相同的符号。
如图7所示，在本实施方式的压力传感器1中，从隔膜25的下表面去除了氧化硅层212。通过设为这样的结构，从而与例如上述的第一实施方式的结构相比较，能够减薄隔膜25。因此，能够获得灵敏度更高的压力传感器1。
在本实施方式中，与上述的第一实施方式同样地通过使用了深硅蚀刻装置的干式蚀刻而形成凹部26，之后通过各向同性的湿式蚀刻，将处于凹部26的底部的氧化硅层212去除，从而形成隔膜25。由于通过该湿式蚀刻而对氧化硅层212进行侧蚀，因此氧化硅层212一直被去除至比第一硅层211靠外侧处。因此，在隔膜25与第一硅层211之间形成有间隙G。
在这样的结构中，第一硅层211的隔着间隙G而与隔膜25对置的部分构成了位移限制部5。因此，如图8所示，在第一状态下隔膜25与位移限制部5分离，并且如图9所示，在第二状态下隔膜25与位移限制部5接触。因此，通过本实施方式的压力传感器1，也与上述的第一实施方式相同地，能够提高压力的检测精度，且能够降低隔膜25的损坏的可能性。
在这样的本实施方式中，位移限制部5与作为对置部的底基板4分体设置，并位于隔膜25与底基板4之间。以上述方式，通过将位移限制部5配置于隔膜25与底基板4之间，从而位移限制部5的配置的自由度增加。此外，能够自由地对底基板4与隔膜25之间的分离距离(即，压力基准室的高度)进行设定。此外，如图9所示，在第二状态下，隔膜25的端部与位移限制部5接触。如上所述，在隔膜25变形时，在隔膜25的端部处施加有较大的应力，因此通过该端部与位移限制部5接触，能够减少在隔膜25端部处施加有过度的应力的情况。因此，能够更有效地降低隔膜25的损坏的可能性。
通过这样的第二实施方式也能够发挥与上述的第一实施方式相同的效果。另外，在本实施方式中，从底基板4中省去了如上述的第一实施方式中所说明的凹部59。
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10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，对于第三实施方式的压力传感器，以与上述的实施方式的不同点为中心进行说明，对于相同的事项，则省略其说明。
第三实施方式的压力传感器除了位移限制部的结构不同以外，与上述的第一实施方式相同。另外，对于与上述的实施方式相同的结构标记相同的符号。
如图10所示，在本实施方式的压力传感器1中，位移限制部5被设置成从作为对置部的底基板4向隔膜25侧(压力基准室S内)突出。由此，能够自由地对隔膜25与底基板4之间的分离距离(即，压力基准室S的高度)进行设计。
在本实施方式中，由SOI基板40一体地形成了位移限制部5与底基板4。即，SOI基板40为将第一硅层40A、氧化硅层40B以及第二硅层40C进行层叠而成的基板，并且由这3个层中的第二硅层40C以及氧化硅层40B形成了位移限制部5，由第一硅层40A形成了底基板4。根据这样的结构，能够使用半导体工艺而比较简单地形成位移限制部5。另外，作为位移限制部5的结构，并不限定于上述的结构，例如，可以为将与底基板4分体准备的位移限制部5经由粘接剂等接合在底基板4上的结构。
通过这样的第三实施方式，也能够发挥与上述的第一实施方式相同的效果。另外，也可以对位移限制部5的上表面(能够与隔膜25接触的部分)实施如在第一实施方式中所说明的接触面积减少处理。
第四实施方式
接下来，对本发明的第四实施方式所涉及的压力传感器进行说明。
图11为本发明的第四实施方式所涉及的压力传感器的剖视图。图12至图16分别为对图11所示的压力传感器的制造方法进行说明的剖视图。
以下，对于第四实施方式的压力传感器，以与上述的实施方式的不同点为中心进行说明，对于相同的事项，则省略其说明。
图11所示的压力传感器1A具有基板2、传感器部3、周围结构体6以及压力基准室S(空洞部)。由于基板2、传感器部3以及压力基准室S的结构分别与上述的第一实施方式相同，因此在以下主要对周围结构体6进行说明。
周围结构体
周围结构体6在其与基板2之间形成压力基准室S。这样的周围结构体6具有：被配置在基板2上的层间绝缘膜61；被配置在层间绝缘膜61上的配线层62；被配置在配线层62以及层间绝缘膜61上的层间绝缘膜63；被配置在层间绝缘膜63上的配线层64；被配置在配线层64以及层间绝缘膜63上的表面保护膜65；以及被配置在配线层64以及表面保护膜65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；以及与传感器部3的配线35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；以及与配线35连接的配线部649。而且，传感器部3通过配线部629、649而被引出到周围结构体6的上表面。
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。这样的覆盖层644与配线部641一体形成，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如在后文所述的制造方法中所说明的那样，为使蚀刻液侵入到压力基准室S中的释放蚀刻用的孔。此外，在覆盖层644上配置有密封层66，并且通过该密封层66而将贯穿孔645密封。
在这样的结构中，覆盖层644以及密封层66的层叠体的隔着压力基准室S与隔膜25对置的部分构成了对置部69，而且，该对置部69兼作位移限制部5。因此，在第二状态下，向压力基准室S侧变形的隔膜25的中央部与对置部69(位移限制部5)接触。
表面保护膜65具有从水分、灰尘、损伤等中保护周围结构体6的功能。这样的表面保护膜65以封堵覆盖层644的贯穿孔645的方式被配置在层间绝缘膜63以及配线层64上。
在这样的周围结构体6中，作为层间绝缘膜61、63，可以使用例如硅氧化膜(SiO2膜)等绝缘膜。此外，作为配线层62、64，可以使用例如铝膜等金属膜。此外，作为密封层66，可以使用例如Al、Cu、W、Ti、TiN等金属膜、硅氧化膜等。此外，作为表面保护膜65，可以使用例如硅氧化膜、硅氮化膜、聚酰亚胺膜、环氧树脂膜等。
接下来，对压力传感器1A的制造方法进行说明。压力传感器1A的制造方法包括：将牺牲层68配置在基板2上的牺牲层配置工序；将牺牲层68去除而形成压力基准室S的压力基准室形成工序；以及形成隔膜25的隔膜形成工序。
牺牲层配置工序
首先，如图12所示，准备SOI基板21，并且将磷、硼等杂质注入到SOI基板21中，从而形成传感器部3。接下来，使用溅射法、CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)法等而将第一绝缘膜22以及第二绝缘膜23依次成膜在SOI基板21上。由此，获得未形成有隔膜25的基板2。
接下来，如图13所示，使用溅射法、CVD法等在基板2上依次形成层间绝缘膜61、配线层62、层间绝缘膜63以及配线层64、表面保护膜65。由此，形成被配线部621、641所包围的牺牲层68以及从上方覆盖牺牲层68的覆盖层644。
压力基准室形成工序
接下来，用未图示的抗蚀剂掩模对表面保护膜65进行保护，并且将基板2暴露在例如缓冲氢氟酸等蚀刻液中。由此，经由贯穿孔645而将牺牲层68去除，从而如图14所示，形成压力基准室S。接下来，将压力基准室S设为真空状态，并且如图15所示，使用溅射法、CVD法等而将密封层66成膜在覆盖层644上，从而对压力基准室S进行密封。由此，获得兼作位移限制部5的对置部69。
隔膜形成工序
接下来，如图16所示，在基板2的下表面上，通过使用了深硅蚀刻装置的干式蚀刻而形成凹部26,从而形成隔膜25。通过以上工序而获得压力传感器1A。
通过这样的第四实施方式，也能够发挥与上述的第一实施方式相同的效果。
第五实施方式
接下来，对本发明的第五实施方式所涉及的压力传感器进行说明。
图17为本发明的第五实施方式所涉及的压力传感器的剖视图。
以下，对于第五实施方式的压力传感器，以与上述的实施方式的不同点为中心进行说明，对于相同的事项，则省略其说明。
第五实施方式的压力传感器除了位移限制部的结构不同以外，与上述的第四实施方式相同。另外，对于与上述的实施方式相同的结构标记相同的符号。
在如图17所示的压力传感器1A中，第一绝缘膜22以及第二绝缘膜23未被设置在隔膜25上。即，第一绝缘膜22以及第二绝缘膜23以除隔膜25的上表面以外的方式而被配置。通过这样的结构，例如与上述的第四实施方式的结构相比，能够减薄隔膜25。因此，能够获得灵敏度更高的压力传感器1A。
此外，压力传感器1A具有被配置在第二绝缘膜23上并且向压力基准室S内突出地被设置的环状的位移限制部5。而且，位移限制部5的压力基准室S侧的端部51隔着由第一、第二绝缘膜22、23形成的间隙G而与隔膜25的端部对置。因此，在第二状态下，向压力基准室S侧变形的隔膜25的端部与位移限制部5的端部51接触。另外，作为位移限制部5的构成材料并不被特别地限定，例如可以使用多晶硅。通过使用多晶硅，能够利用如上述的第四实施方式那样的使用了半导体工艺的制造方法而简单地形成位移限制部5。
通过如上所述的第五实施方式，也能够发挥与上述的第一实施方式相同的效果。另外，作为本实施方式的改变例，例如也可以将配线部621的向压力基准室S内突出的部分作为位移限制部5。
第六实施方式
接下来，对本发明的第六实施方式所涉及的高度计进行说明。
图18为表示本发明的高度计的一个示例的立体图。
图18所示的高度计200能够如同手表一样戴在手腕上。此外，在高度计200的内部搭载有上述的压力传感器1，从而能够在显示部201上显示当前位置的海拔高度、当前位置的气压等。另外，该显示部201上还能够显示当前时刻、使用者的心搏数、天气等各种信息。这样的高度计200由于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还可以具备压力传感器1A以代替压力传感器1。
另外，这样的高度计200如果具备防水性，则也可以作为例如潜水、自由潜水用的水深计而利用。
第七实施方式
接下来，对本发明的第七实施方式所涉及的电子设备进行说明。
图19为本发明的电子设备的一个示例的主视图。
图19所示的电子设备为具备上述的压力传感器1的导航系统300。导航系统300具备：未图示的地图信息；从GPS(全球定位系统：Global Positioning System)取得位置信息的位置信息取得单元；基于陀螺仪传感器以及加速度传感器与车速数据的自主导航单元；压力传感器1；显示预定的位置信息或者行进路线信息的显示部301。
根据该导航系统300，除了所取得的位置信息之外，还能够通过压力传感器1而取得高度信息。因此，通过对因从一般道路进入高架道路(或者相反)而产生的高度变化进行检测，能够判断是在一般道路上行驶还是在高架道路上行驶，从而能够将实际的行驶状态下的导航信息提供给使用者。由于这样的导航系统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还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、平板终端、可穿戴式终端、钟表(包括智能手表)、医疗设备(例如电子体温计、血压仪、血糖仪、心电图测量装置、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。
第八实施方式
接下来，对本发明的第八实施方式所涉及的移动体进行说明。
图20为表示本发明的移动体的一个示例的立体图。
图20所示的移动体为具备上述的压力传感器1的汽车400。汽车400具有车身401和四个车轮402，并被构成为利用被设置于车身401中的未图示的动力源(发动机)而使车轮402旋转。由于这样的汽车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，虽然基于图示的各个实施方式而对本发明的压力传感器、高度计、电子设备以及移动体进行了说明，但本发明并不限定于这些结构，各个部件的结构能够置换为具有相同功能的任意的结构。此外，还可以附加其他任意的构成物或工序。此外，也可以适当地对各个实施方式进行组合。
此外，虽然在上述的实施方式中，对作为传感器部而使用了压电电阻元件的情况进行了说明，但作为压力传感器并不限定于此，例如，也可以使用利用了扁平型的振子的结构、梳齿电极等其他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；212a…弯曲凹面；213…第二硅层；22…第一绝缘膜；23…第二绝缘膜；25…隔膜；251…受压面；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；40…SOI基板；40A…第一硅层；40B…氧化硅层；40C…第二硅层；5…位移限制部；51…端部；59…凹部；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；68…牺牲层；69…对置部；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；G…间隙；S…压力基准室。

Claims (14)

1.一种压力传感器，其特征在于，具有：
隔膜，其通过受压而挠曲变形；以及
位移限制部，其对所述隔膜的变形进行限制，
在所述隔膜受到可测量范围内的压力的第一状态下，所述隔膜与所述位移限制部分离，
在所述隔膜受到与所述可测量范围相比较高的压力的第二状态下，所述隔膜与所述位移限制部接触。
2.如权利要求1所述的压力传感器，其中，
具有对置部，所述对置部以在其与所述隔膜之间形成压力基准室的方式与所述隔膜对置地配置，
所述位移限制部相对于所述隔膜而被配置在所述对置部侧。
3.如权利要求2所述的压力传感器，其中，
所述对置部兼作所述位移限制部。
4.如权利要求3所述的压力传感器，其中，
所述位移限制部被设置成从所述对置部向所述隔膜侧突出。
5.如权利要求3或4所述的压力传感器，其中，
在所述第二状态下，所述隔膜的中央部与所述位移限制部接触。
6.如权利要求2所述的压力传感器，其中，
所述位移限制部位于所述隔膜与所述对置部之间。
7.如权利要求6所述的压力传感器，其中，
在所述第二状态下，所述隔膜的端部与所述位移限制部接触。
8.如权利要求1至4中任一项所述的压力传感器，其中，
对于所述位移限制部的能够与所述隔膜接触的部分，实施使该部分与所述隔膜之间的接触面积减少的接触面积减少处理。
9.如权利要求8所述的压力传感器，其中，
作为所述接触面积减少处理，在所述位移限制部的能够与所述隔膜接触的部分处形成有凹凸。
10.如权利要求5所述的压力传感器，其中，
在将所述隔膜与所述位移限制部之间的分离距离设为D，
将所述第一状态下的所述隔膜的向所述位移限制部侧的位移量设为α1，
将所述第二状态下的所述隔膜的向所述位移限制部侧的位移量设为α2时，
满足α1＜D≤α2的关系。
11.如权利要求1至4中任一项所述的压力传感器，其中，
在所述隔膜中，中央部的厚度比端部的厚度薄。
12.一种高度计，其特征在于，
具有权利要求1至11中任一项所述的压力传感器。
13.一种电子设备，其特征在于，
具有权利要求1至11中任一项所述的压力传感器。
14.一种移动体，其特征在于，
具有权利要求1至11中任一项所述的压力传感器。
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