CN108529549A - 压力传感器、压力传感器的制造方法、压力传感器模块、电子设备以及移动体 - Google Patents

压力传感器、压力传感器的制造方法、压力传感器模块、电子设备以及移动体 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够降低对于环境湿度的影响并能够发挥优异的压力检测精度的压力传感器、压力传感器的制造方法、压力传感器模块、电子设备以及移动体。压力传感器具有：基板，其具有通过受压而发生挠曲变形的隔膜；侧壁部，其被配置于所述基板的一面侧，并在俯视观察时包围所述隔膜；密封层，其以隔着被所述侧壁部包围的空间而与所述隔膜对置的方式被配置，并对所述空间进行密封，所述密封层具有：第一硅层；第二硅层，其相对于所述第一硅层而位于与所述基板相反的一侧；氧化硅层，其位于所述第一硅层与所述第二硅层之间，所述氧化硅层被所述第二硅层覆盖并相对于外部而被密封。

Description

压力传感器、压力传感器的制造方法、压力传感器模块、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、压力传感器模块、电子设备以及移动体。
背景技术
一直以来，作为压力传感器，已知一种专利文献1中记载的结构。专利文献1的压力传感器包括具有隔膜的基板和被配置于基板上的周围结构体，并在它们之间形成有压力基准室。另外，周围结构体具有包围压力基准室的框状的壁部和对壁部的开口进行覆盖的顶部。此外，顶部具有覆盖层和密封层，覆盖层具有脱模蚀刻用的贯穿孔，密封层被层叠于覆盖层上并对贯穿孔进行密封。
在这样的结构的压力传感器中，基板由SOI(Silicon on Insulator，绝缘体上硅)基板构成，密封层由Al、Ti等金属材料构成。因此，由于这些材料的热膨胀系数的差，从而通过环境温度会使隔膜的内部应力较大程度地变化。由此，会引起即使受到相同的压力但测量值也会因环境温度而有所不同这样的迟滞现象，从而可能使压力的检测精度降低。
为了解决上述问题，本申请的发明人考虑到将密封层设为第一硅层、氧化硅层以及第二硅层的层压结构。然而，在这样的结构中，当氧化硅层露出于密封层的外周时，氧化硅层会吸附水分，伴随于此会使密封层的内部应力发生变化。另外，由于氧化硅层吸附的水分量因环境湿度而不同，因此，密封层的内部应力会因环境湿度而发生变化。
如此，当密封层的内部应力因环境湿度而发生变化时，伴随于此隔膜的内部应力也会发生变化。因此，会引起即使受到相同的压力但测量值也会因环境温度而有所不同这样的迟滞现象，从而可能使压力的检测精度降低。
专利文献1：日本特开2016-102737号公报
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够降低环境湿度的影响并能够发挥优异的压力检测精度的压力传感器、压力传感器的制造方法、压力传感器模块、电子设备以及移动体。
这样的目的通过以下的本发明来实现。
本发明的压力传感器的特征在于，具有：基板，其具有通过受压而发生挠曲变形的隔膜；侧壁部，其被配置于所述基板的一面侧，并在俯视观察时包围所述隔膜；密封层，其以隔着被所述侧壁部包围的空间而与所述隔膜对置的方式被配置，并对所述空间进行密封，所述密封层具有：第一硅层；第二硅层，其相对于所述第一硅层而位于与所述基板相反的一侧；氧化硅层，其位于所述第一硅层与所述第二硅层之间，所述氧化硅层通过被所述第二硅层覆盖从而相对于外部而被密封。
由此，能够抑制氧化硅层对水分的吸附。因此，能够获得降低了对于环境湿度的影响并能够发挥优异的压力检测精度的压力传感器。
在本发明的压力传感器中，优选为，在所述氧化硅层中，所述第一硅层侧的主面被所述第一硅层覆盖，所述第二硅层侧的主面被所述第二硅层覆盖，侧面被所述第二硅层覆盖。
由此，能够以简单的结构而利用第一硅层以及第二硅层来对氧化硅层进行密封。
在本发明的压力传感器中，优选为，在俯视观察所述密封层时，所述氧化硅层的外缘位于所述第一硅层的外缘的内侧，在所述氧化硅层上以及所述第一硅层的从所述氧化硅层露出的区域上层叠有所述第二硅层。
由此，能够以简单的结构而利用第一硅层以及第二硅层来对氧化硅层进行密封。
在本发明的压力传感器中，优选为，所述基板包含硅。
由此，在制造上容易处理，并能够发挥优异的加工尺寸精度。另外，基板以及密封层的热膨胀系数之差变小，从而能够降低因环境温度而产生的隔膜的挠曲量的变化。由此，能够降低因环境温度而引起的检测压力值的偏差(温度迟滞现象)。其结果是，成为具有优异的压力检测精度的压力传感器。
本发明的压力传感器的制造方法的特征在于，包括：准备具有隔膜形成区域的基板的工序；在所述基板的一面侧形成俯视观察所述基板时包围所述隔膜形成区域的侧壁部、和以隔着被所述侧壁部包围的空间而与所述隔膜形成区域对置的方式被配置并对所述空间进行密封的密封层的工序；在所述隔膜形成区域形成通过受压而发生挠曲变形的隔膜的工序，在形成所述密封层的工序中，形成第一硅层、相对于所述第一硅层而位于与所述空间相反的一侧的第二硅层、以及位于所述第一硅层与所述第二硅层之间的氧化硅层，通过利用所述第二硅层来覆盖所述氧化硅层，从而将所述氧化硅层相对于外部进行密封。
由此，能够抑制氧化硅层的水分的吸附。因此，能够获得降低了对于环境湿度的影响并能够发挥优异的压力检测精度的压力传感器。
在本发明的压力传感器的制造方法中，优选为，形成所述密封层的工序包括：形成所述第一硅层的工序；在所述第一硅层上以在俯视观察所述第一硅层时使所述第一硅层从周围露出的方式而形成所述氧化硅层的工序；在所述氧化硅层上以及所述第一硅层的从所述氧化硅层露出的区域上形成所述第二硅层的工序。
由此，能够以简单的工序而形成密封层。
本发明的压力传感器模块的特征在于，具有：本发明的压力传感器；封装件，其收纳所述压力传感器。
由此，能够享有本发明的压力传感器的效果，从而能够获得可靠性较高的压力传感器模块。
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，能够享有本发明的压力传感器的效果，从而能够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，能够享有本发明的压力传感器的效果，从而能够获得可靠性较高的移动体。
附图说明
图1是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是表示图1所示的压力传感器所具有的压力传感器部的俯视图。
图3是表示包括图2所示的压力传感器部在内的电桥电路的图。
图4是图1所示的压力传感器所具有的密封层的放大剖视图。
图5是表示图1所示的压力传感器的改变例的剖视图。
图6是表示图1所示的压力传感器的改变例的剖视图。
图7是表示因吸附水分而产生的氧化硅膜的应力变化的坐标图。
图8是表示图1所示的压力传感器的制造工序的流程图。
图9是用于对图1所示的压力传感器的制造方法进行说明的剖视图。
图10是用于对图1所示的压力传感器的制造方法进行说明的剖视图。
图11是用于对图1所示的压力传感器的制造方法进行说明的剖视图。
图12是用于对图1所示的压力传感器的制造方法进行说明的剖视图。
图13是用于对图1所示的压力传感器的制造方法进行说明的剖视图。
图14是用于对图1所示的压力传感器的制造方法进行说明的剖视图。
图15是用于对图1所示的压力传感器的制造方法进行说明的剖视图。
图16是用于对图1所示的压力传感器的制造方法进行说明的剖视图。
图17是用于对图1所示的压力传感器的制造方法进行说明的剖视图。
图18是本发明的第二实施方式所涉及的压力传感器模块的剖视图。
图19是图18所示的压力传感器模块所具有的支承基板的俯视图。
图20是表示作为本发明的第三实施方式所涉及的电子设备的高度计的立体图。
图21是表示作为本发明的第四实施方式所涉及的电子设备的导航系统的主视图。
图22是表示作为本发明的第五实施方式所涉及的移动体的汽车的立体图。
具体实施方式
以下，根据说明书附图所示的实施方式，对本发明的压力传感器、压力传感器的制造方法、压力传感器模块、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是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是表示图1所示的压力传感器所具有的压力传感器部的俯视图。图3是表示包括图2所示的压力传感器部在内的电桥电路的图。图4是图1所示的压力传感器所具有的密封层的放大剖视图。图5以及图6分别是表示图1所示的压力传感器的改变例的剖视图。图7是表示因吸附水分而产生的氧化硅膜的应力变化的坐标图。图8是表示图1所示的压力传感器的制造工序的流程图。图9至图17分别是用于对图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、图4、图5、图6、图9至图17中的上侧称为“上”，将下侧称为“下”。另外，也将基板的俯视观察、即从图1中的上下方向观察的俯视观察简称为“俯视观察”。
如图1所示，压力传感器1具有：基板2，其具有通过受压而发生挠曲变形的隔膜25；压力基准室S(空洞部)，其被配置于隔膜25的上表面侧；周围结构体4，其与基板2一起形成压力基准室S；传感器部5，其被配置于隔膜25的上表面侧。
基板2由SOI基板构成，该SOI基板具有由硅构成的第一层21、被配置于第一层21的上侧且由硅构成的第三层23、被配置于第一层21以及第三层23之间且由氧化硅构成的第二层22。即，基板2包括硅(Si)。由此，在制造上容易处理，并能够发挥优异的加工尺寸精度。然而，作为基板2，并不限定于SOI基板，例如，也能够使用单层的硅基板。另外，基板2也可以是由硅以外的半导体材料、例如锗、砷化镓、磷砷化镓、氮化镓、碳化硅等构成的基板(半导体基板)。
另外，在基板2上设置有与周围部分相比为薄壁且通过受压而发生挠曲变形的隔膜25。在基板2上形成有向下方开放的有底的凹部24，该凹部24的上侧(因凹部24而使基板2变薄的部分)成为隔膜25。另外，隔膜25的下表面成为承受压力的受压面251。另外，在本实施方式中，虽然隔膜25的俯视观察形状为大致正方形，但作为隔膜25的俯视观察形状并未被特别限定，例如也可以是圆形。
此处，在本实施方式中，凹部24通过使用了硅深蚀刻装置的干蚀刻而形成。具体而言，通过从基板2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这样的工序从而对于第一层21进行挖掘，从而形成凹部24。在反复进行该工序而使蚀刻到达第二层22时，第二层22成为蚀刻阻挡物而使蚀刻结束，从而获得了凹部24。根据上述形成方法，由于凹部24的内壁侧面与基板2的主面大致垂直，因此，能够减小凹部24的开口面积。因此，能够抑制基板2的机械性强度的降低，另外，也能够抑制压力传感器1的大型化。
然而，作为凹部24的形成方法，并未限定于上述方法，例如，也可以通过湿蚀刻形成。另外，在本实施方式中，虽然在隔膜25的下表面侧残留有第二层22，但也可以将该第二层22去除。即，也可以由第三层123的单层而构成隔膜25。由此，能够使隔膜25变得更薄，从而能够获得更容易发生挠曲变形的隔膜25。
作为隔膜25的厚度，并未被特别限定，虽然会根据隔膜25的大小等而有所不同，但例如在隔膜25的宽度为100μm以上且150μm以下的情况下，优选为1μm以上且10μm以下，更为优选为1μm以上且3μm以下。通过采用这样的厚度，能够获得在充分地保持机械性强度的同时足够薄且容易通过受压而发生挠曲变形的隔膜25。
在隔膜25上设置有能够对作用于隔膜25上的压力进行检测的传感器部5。如图2所示，传感器部5具有被设置于隔膜25中的四个压电电阻元件51、52、53、54。此外，压电电阻元件51、52、53、54经由配线55而被相互电连接，并构成图3所示的电桥电路50(惠斯登电桥电路)。在电桥电路50上连接有供给(施加)驱动电压AVDC的驱动电路。此外，电桥电路50输出与基于隔膜25的挠曲而产生的压电电阻元件51、52、53、54的电阻值变化相对应的检测信号(电压)。因此，能够根据该输出的检测信号而对隔膜25受到的压力进行检测。
尤其是，压电电阻元件51、52、53、54被配置于隔膜25的外缘部处。当隔膜25通过受压而发生挠曲变形时，由于在隔膜25中特别是其外缘部被施加有较大的应力，因此，通过在外缘部处配置压电电阻元件51、52、53、54，从而能够增大上述检测信号，以使压力检测的灵敏度提高。另外，电压电阻元件51、52、53、54的配置并未被特别限定，例如电压电阻元件51、52、53、54也可以跨及隔膜25的外缘而配置。
电压电阻元件51、52、53、54分别通过例如向基板2的第三层23掺杂(扩散或注入)磷、硼等杂质而构成。另外，配线55通过例如以高于压电电阻元件51、52、53、54的浓度而向基板2的第三层23掺杂(扩散或注入)磷、硼等杂质而构成。
另外，作为传感器部5的结构，只要能够对隔膜25所受到的压力进行检测，则未被特别限定。例如，也可以采用未构成电桥电路50的至少一个压电电阻元件被配置于隔膜25中的结构。另外，作为传感器部，除了本实施方式这样的压电电阻型之外，也可以使用根据静电电容的变化来检测压力的静电电容型。
另外，如图1所示，在基板2的上表面上成膜有由氧化硅膜(SiO2膜)构成的第一绝缘膜31和由氮化硅膜(SiN膜)构成的第二绝缘膜32。能够利用第一绝缘膜31来降低压电电阻元件51、52、53、54的界面准位，以抑制噪声的产生。另外，能够利用第二绝缘膜32来保护传感器部5以免受到水分、气体等的影响。另外，第一绝缘膜31和第二绝缘膜32的至少一方既可以被省略，也可以由不同的材料构成。
另外，如图1所示，在隔膜25的上侧设置有压力基准室S。该压力基准室S通过被基板2和周围结构体4包围而形成。压力基准室S是被密闭的空间，压力基准室S内的压力成为由压力传感器1检测到的压力的基准值。尤其优选为，压力基准室S是真空状态(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检测压力的“绝对压力传感器”，从而成为便利性较高的压力传感器1。然而，只要压力基准室S被保持为固定的压力，则也可以不是真空状态。
周围结构体4在其与基板2之间形成了压力基准室S。这样的周围结构体4具有被配置于基板2上的层间绝缘膜41、被配置于层间绝缘膜41上的配线层42、被配置于配线层42以及层间绝缘膜41上的层间绝缘膜43、被配置于层间绝缘膜43上的配线层44、被配置于配线层44以及层间绝缘膜43上的表面保护膜45、被配置于配线层44以及表面保护膜45上的密封层46、被配置于表面保护膜45上的端子47。
层间绝缘膜41、43分别呈框状，并被配置成在俯视观察时包围隔膜25。此外，通过这些层间绝缘膜41、43而构成了侧壁部4A。另外，在侧壁部4A的内侧形成有空间、即压力基准室S。
配线层42具有框状的保护环421、和配线部429，框状的保护环421被配置成包围压力基准室S，配线部429与传感器部5的配线55连接。另外，配线层44具有框状的保护环441、和配线部449，框状的保护环441被配置成包围压力基准室S，配线部449与配线55连接。
另外，配线层44位于压力基准室S的顶部(被形成于侧壁部4A的内侧的空间的上端面)，并具有与保护环441一体形成的覆盖层444(盖部)。另外，在该覆盖层444中形成有将压力基准室S的内部和外部连通的多个贯穿孔445。多个贯穿孔445是将到制造中途为止填埋着压力基准室S的牺牲层去除时的用于脱模蚀刻的孔。另外，保护环421、441作为上述脱模蚀刻时的蚀刻阻挡物而发挥功能。
此外，在覆盖层444上配置有密封层46，通过该密封层46而使贯穿孔445被密封，从而形成了气密的压力基准室S。表面保护膜45具有保护周围结构体4免受到水分、气体、灰尘、损伤等的影响的功能。表面保护膜45以不堵塞覆盖层444的贯穿孔445的方式被配置于层间绝缘膜43以及配线层44上。另外，在表面保护膜45上设置有经由配线部429、449而与传感器部5电连接的多个端子47。
作为这样的周围结构体4中的层间绝缘膜41、43，例如能够使用氧化硅膜(SiO2膜)等绝缘膜。另外，作为配线层42、44以及端子47，例如能够使用铝膜等金属膜。另外，作为表面保护膜45，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。
接着，对密封层46进行详细说明。如图1所示，密封层46构成三层结构，所述三层结构具有被配置于覆盖层444上的第一硅层461、被配置于第一硅层461的上侧的第二硅层463、和被配置于第一硅层461与第二硅层463之间的氧化硅层462。这样，通过将密封层46设为层叠结构，从而能够更可靠地密封贯穿孔445。
当更加具体地说明时，如图4所示，根据成膜方法，会在第一硅层461中形成有与贯穿孔445连通的贯穿孔461a，从而仅通过第一硅层461有可能无法密封贯穿孔445。另外，虽然通过将第一硅层461成膜得较厚而能够减小贯穿孔461a的直径，但当减小某种程度时，将难以再进一步减小直径，从而无论使第一硅层461变得多厚也存在贯穿孔461a无法被完全堵塞的情况。因此，在第一硅层461上配置氧化硅层462，并利用该氧化硅层462来堵塞贯穿孔445。
然而，当氧化硅层462露出于外部时，氧化硅层462将吸附水分，从而密封层46的内部应力会因环境湿度而发生变化。因此，通过在氧化硅层462上配置第二硅层463，并用第二硅层463覆盖氧化硅层462，从而相对于外部而将氧化硅层462气密地进行密封。由此，能够保护氧化硅层462免受水分的影响，从而能够抑制因环境湿度而产生的密封层46的内部应力变化。另外，密封层46并不限定于在上述第一硅层461中形成有贯穿孔461a的结构，既可以不具有贯穿孔461a，也可以使贯穿孔461a在第一硅层461的中途堵塞。
第一硅层461被构成为包含硅(Si)，尤其在本实施方式中，其由硅构成。另外，氧化硅层462被构成为包含氧化硅(SiO2)，尤其在本实施方式中，其由氧化硅构成。另外，第二硅层463被构成为包含硅(Si)，尤其在本实施方式中，其由硅构成。这样，由于各层461、462、463分别包括硅(Si)，因此，如在后述的制造方法中也会说明的那样，能够通过半导体工艺而容易地形成密封层46。
另外，第一硅层461以及第二硅层463也可以分别包含除硅以外的材料(例如在制造上不可避免地混入的材料)。同样，氧化硅层462也可以包含除氧化硅以外的材料(例如在制造上不可避免地混入的材料)。
在密封层46中，使用了氧化硅层462以作为配置于第一氧化硅461上的层。因此，能够将第一硅层461和氧化硅层462的蚀刻选择比确保为较大。由此，如在后述的压力传感器1的制造方法中也会说明的那样，在第一硅层461上，容易进行使用蚀刻技术的氧化硅层462的图案形成。
另外，在密封层46中，作为配置于氧化硅层462上的层，使用了由与第一硅层461相同的材料构成的第二硅层463。因此，如在后述的压力传感器1的制造方法中也会说明的那样，能够使用蚀刻技术来同时(以相同的工序)对第一硅层461以及第二硅层463进行图案形成。因此，能够实现压力传感器1的制造工序的削减，并使压力传感器1的制造变得容易。
此处，作为第一硅层461的厚度未被特别地限定，但例如优选为，设为0.1μm以上且10μm以下。由此，第一硅层461不会过度变厚，且能够抑制向第一硅层461的气孔的产生。因此，能够更加可靠地密封覆盖层444的贯穿孔445(或者能够充分地减小贯穿孔461a的直径，且能够利用其上的氧化硅层462而进一步可靠地进行密封)。
此处，作为氧化硅层462的厚度未被特别地限定，但例如优选为，设为0.5μm以上且2.0μm以下。由此，能够与第一硅层461一起更加可靠地密封贯穿孔445，且能够防止氧化硅层462的过度的厚壁化。
另外，作为第二硅层463的厚度未被特别地限定，但例如优选为，设为0.1μm以上且10μm以下。由此，能够抑制向第二硅层463的气孔的产生，并能够在第二硅层463与第一硅层461之间更加可靠地密封氧化硅层462。因此，能够更加有效地保护氧化硅层462免受到水分的影响。另外，能够防止第二硅层463的过度的厚壁化。
另外，根据这样的结构的密封层46，隔着压力基准室S而对置的基板2以及密封层46分别包括硅材料。因此，基板2以及密封层46的热膨胀系数的差较小，从而能够降低因环境温度而产生的隔膜25的挠曲量变化。由此，能够降低因环境温度而引起的测量值的偏差，其结果为，成为具有优异的压力检测精度的压力传感器1。
另外，如图1所示，氧化硅层462的可能露出至外部的面被第二硅层463覆盖，从而氧化硅层462相对于外部而被气密地密封。即，氧化硅层462的可能露出至外部的面的全部区域被第二硅层463覆盖，而并未露出至密封层46的表面。另外，氧化硅层462的全部区域被第一硅层461以及第二硅层463覆盖，从而氧化硅层462未露出至密封层46的表面(从贯穿孔461a露出至压力基准室S的部分除外)。由此，能够保护氧化硅层462免受外部的水分(湿气)的影响，并能够抑制氧化硅层462吸附水分的情况。另外，也能够抑制水分从第一硅层461与氧化硅层462的界面或从第二硅层463与氧化硅层462的界面而侵入的情况。因此，能够抑制因环境湿度而产生的密封层46的内部应力的变化、以及伴随着该密封层46的内部应力的变化而产生的隔膜的内部应力的变化。由此，成为能够降低因环境湿度而引起的测定值的偏差并具有优异的压力检测精度的压力传感器1。
另外，氧化硅层462的下表面(靠第一硅层461侧的主表面)被通过第一硅层461而被覆盖，上表面(靠第二硅层463侧的主表面)通过第二硅层463而被覆盖，侧面通过第二硅层463而被覆盖。由此，能够以简单的结构并利用第一硅层461以及第二硅层463来对氧化硅层462进行密封。另外，作为密封层46的结构，并不限定于此，例如，氧化硅层462的侧面既可以如图5所示被第一硅层461覆盖，也可以如图6所示被第一硅层461以及第二硅层463覆盖。
另外，当俯视观察密封层46时，氧化硅层462的外缘位于第一硅层461的外缘的内侧，在氧化硅层462上以及第一硅层461的从氧化硅层462露出的区域(外缘部)上层叠有第二硅层463。由此，能够以简单的结构并利用第一硅层461以及第二硅层463来对氧化硅层462进行密封。
但是，并不限定于此，例如，也可以在俯视观察密封层46时，氧化硅层462的外缘位于第一硅层461的外缘的外侧。在该情况下，虽然氧化硅层462的下表面也有时会从第一硅层461露出，但通过利用第二硅层463而从氧化硅层462的上侧对氧化硅层462进行覆盖，从而能够阻止氧化硅层462向外部露出。
以上，对压力传感器1进行了说明。如上所述，上述压力传感器1具有：基板2、侧壁部4A和密封层46，基板2具有通过受压而发生挠曲变形的隔膜25，侧壁部4A被配置于基板2的上表面(一面)侧并在俯视观察时包围隔膜25；密封层46以隔着被侧壁部4A包围的压力基准室S(空间)而与隔膜25对置的方式被配置，并密封压力基准室S。另外，密封层46具有第一硅层461、第二硅层463和氧化硅层462，第二硅层463相对于第一硅层461而位于与基板2相反的一侧(上侧)，氧化硅层462位于第一硅层461与第二硅层463之间。此外，氧化硅层462因被第二硅层463覆盖从而相对于外部而被密封。由此，能够保护氧化硅层462免受水分(湿气)的影响，并能够抑制氧化硅层462吸附水分的情况。另外，也能够抑制水分从第一硅层461与氧化硅层462的界面或从第二硅层463与氧化硅层462的界面侵入的情况。因此，能够抑制因环境湿度而产生的密封层46的内部应力的变化、以及伴随着该密封层46的内部应力的变化而产生的隔膜的内部应力的变化。因此，成为降低了环境湿度的影响并能够发挥优异的压力检测精度的压力传感器1。
图7中示出了表示因吸附水分而产生的氧化硅膜的应力变化的坐标图。如图7所示的坐标图是使用斯托尼公式(stoney formula)计算出成膜于硅晶片上的氧化硅膜的膜应力并将计算出的值标绘出的坐标图。另外，由于此处只要说明氧化硅膜的应力变化的倾向即可，因此，省略了斯托尼公式等实验的详细说明。
首先，将氧化硅膜在成膜后于大气中放置11天。其结果是，氧化硅膜逐渐吸附水分，氧化硅模的膜应力从拉伸应力逐渐变化为压缩应力。接着，将氧化硅膜在60℃的环境下放置72小时，然后，从第14天到第21天放置在大气中。第14天的膜应力相对于第11天的膜应力而向初始值侧变化，这是由于被放置在60℃这样的高温下而使氧化硅膜内的水分减少的原因。然而，由于再次被放置于大气中而使氧化硅膜吸附水分，从而在从第14天到第21天的期间，氧化硅膜的膜应力向压缩应力侧变化。接着，将氧化硅膜在60℃、湿度90％的环境下放置72小时，然后，从第25天到第34天放置在大气中。第25天的膜应力相对于第21天的膜应力而向压缩应力侧变化，这是由于被放置在湿度90℃这样的高温下而使氧化硅膜内的水分增加的原因。如上所述可知，氧化硅膜的内部应力容易相对于环境湿度而发生变化。
另外，作为压力传感器1的结构，并未被限定于上述结构。例如，在本实施方式中，密封层46成为层叠有第一硅层461、氧化硅层462以及第二硅层463这样三层的结构，但也还可以进一步具有其它层。具体而言，例如，也可以使至少一层以上的其它层存在于如下部位中的至少一方处，即：覆盖层444与第一硅层461之间、第一硅层461与氧化硅层462之间、氧化硅层462与第二硅层463之间、以及第二硅层463的上表面上。
接着，对压力传感器1的制造方法进行说明。如图8所示，压力传感器1的制造方法包括：准备具有隔膜形成区域250的基板2的准备工序；在基板2上形成传感器部5的传感器部形成工序；在基板2上形成侧壁部4a以及覆盖层444(盖部)的侧壁部或覆盖层形成工序；在覆盖层444上形成密封层46的密封层形成工序；在基板2的隔膜形成区域250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。
准备工序
首先，如图9所示，准备由SOI基板构成的基板2，该SOI基板通过将第一层21、第二层22以及第三层23层叠而形成。另外，在该阶段中，在基板2的隔膜形成区域250上并未形成有隔膜25。接着，例如，通过对第三层23的表面进行热氧化，从而在基板2的上表面上使由氧化硅膜构成的第一绝缘膜31成膜。
传感器部形成工序
接着，如图10所示，通过注入磷、硼等杂质而在基板2的上表面上形成传感器部5。接着，使用溅射法、CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)法等在第一绝缘膜31的上表面上使第二绝缘膜32成膜。
侧壁部或覆盖层形成工序
接着，如图11所示，使用溅射法、CVD法等依次以预定的图案在基板2上形成层间绝缘膜41、配线层42、层间绝缘膜43以及配线层44、表面保护膜45以及端子47。由此，能够获得俯视观察基板2时包围隔膜形成区域250的框状的侧壁部4A、和覆盖侧壁部4A的开口并具有将侧壁部4a的内侧和外侧连通的贯穿孔445的覆盖层444(盖部)。另外，在本实施方式中，由氧化硅构成层间绝缘膜41、43，由铝构成配线层42、44。
接着，将基板2暴露于例如氢氟酸缓冲液等蚀刻液中。由此，如图12所示，经由覆盖层444的贯穿孔445而将位于保护环421、441内的层间绝缘膜41、43去除，从而形成压力基准室S。此时，保护环421、441作为蚀刻阻挡物而发挥功能。
密封层形成工序
接着，如图13所示，使用溅射法、CVD法等依次在覆盖层444以及表面保护膜45的上表面上分别形成第一硅层461以及氧化硅层462。接着，如图14所示，使用光刻技术以及蚀刻技术对氧化硅层462进行图案形成。在该状态下，第一硅层461从氧化硅层462的周围露出。换言之，氧化硅层462的外缘位于第一硅层461的外缘的内侧。另外，作为氧化硅层462的图案形成方法，通过利用使用了氢氟酸缓冲液等的蚀刻液的湿蚀刻，从而能够将氧化硅层462与第一硅层461的蚀刻选择比确保为较大。因此，能够更加可靠地残留第一硅层461，同时仅对氧化硅层462进行图案形成。
接着，如图15所示，使用溅射法、CVD法等在氧化硅层462以及第一硅层461的上表面上形成第二硅层463。由此，形成了通过第二硅层463来覆盖氧化硅层462的上表面以及侧面的状态。其结果是，利用第二硅层463来从外部气密地对氧化硅层462进行密封。
接着，如图16所示，使用光刻技术以及蚀刻技术同时对第一硅层461以及第二硅层463进行图案形成。由此，能够获得密封层46。另外，通过由互为相同的材料而构成第一硅层461以及第二硅层463，从而能够如上所述同时对第一硅层461以及第二硅层463进行图案形成。因此，能够削减压力传感器1的制造工序，从而更加容易地制造压力传感器1。
隔膜形成工序
接着，如图17所示，例如，使用干蚀刻(特别是硅深蚀刻)法对第一层21进行蚀刻，在隔膜形成区域250中形成向下表面开放的凹部24，从而获得隔膜25。根据以上方式，获得压力传感器1。另外，隔膜形成工序的顺序未被特别限定，例如，既可以先于传感器部形成工序而进行，也可以在从传感器部形成工序至密封层形成工序为止的期间内进行。
以上，对压力传感器1的制造方法进行了说明。如上所述，压力传感器1的制造方法包括：准备具有隔膜形成区域250的基板2的工序；在基板2的上表面(一面)侧形成俯视观察基板2时包围隔膜形成区域250的侧壁部4A、和以隔着被侧壁部4A包围的压力基准室S(空间)而与隔膜形成区域250对置的方式被形成并对压力基准室S进行密封的密封层46的工序；在隔膜形成区域250上形成通过受压而发生挠曲变形的隔膜25的工序。此外，在形成密封层46的工序中，形成第一硅层461、相对于第一硅层461位于与压力基准室S相反的一侧(上侧)的第二硅层463、位于第一硅层461与第二硅层463之间的氧化硅层462，通过用第二硅层463对氧化硅层462进行覆盖，从而将氧化硅层462相对于外部进行密封。由此，能够保护氧化硅层462免受水分(湿气)的影响，并能够抑制氧化硅层462吸附水分的情况。另外，也能够抑制水分从第一硅层461与氧化硅层462的界面或从第二硅层463与氧化硅层462的界面侵入的情况。因此，能够抑制因环境湿度而产生的密封层46的内部应力的变化以及伴随着该密封层46的内部应力的变化而产生的隔膜的内部应力的变化。因此，能够获得降低了环境湿度的影响并发挥优异的压力检测精度的压力传感器1。
尤其，如上所述，形成密封层46的工序包括：形成第一硅层461的工序；在第一硅层461上以第一硅层461从周围露出的方式形成氧化硅层462的工序；在氧化硅层462上以及第一硅层461的从氧化硅层462露出的区域上形成第二硅层463的工序。根据上述制造方法，能够简单地利用第一硅层461与第二硅层463而对氧化硅层462进行密封。即，能够以简单的工序而形成密封层46。
第二实施方式
接着，对本发明的第二实施方式所涉及的压力传感器模块进行说明。
图18是本发明的第二实施方式所涉及的压力传感器模块的剖视图。图19是图18所示的压力传感器模块所具有的支承基板的俯视图。
以下，以与上述实施方式不同的不同点为中心对第二实施方式的压力传感器模块进行说明，并省略相同事项的说明。
如图18所示，压力传感器模块100具有封装件110、支承基板120、电路元件130以及压力传感器1、填充部140，其中，封装件110具有内部空间S1，支承基板120被配置成从内部空间S1被引出至封装件110的外侧，电路元件130以及压力传感器1在内部空间S1内被支承于支承基板120，填充部140通过向内部空间S1填充如后文所述的填充材料而被形成。根据这样的压力传感器模块100，能够利用封装件110以及填充部140而保护压力传感器1。另外，作为压力传感器1，例如能够使用上述第一实施方式的压力传感器。
封装件110具有基座111以及外壳112，基座111以及外壳112以夹持支承基板120的方式彼此通过粘合层被接合在一起。如此形成的封装件100具有形成于其上端部的开口110a和与开口110a连通的内部空间S1。
作为上述基座111以及外壳112的构成材料，未被特别限定，可列举出例如氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆等氧化物陶瓷、氮化硅、氮化铝、氮化钛等氮化物陶瓷这样的各种陶瓷、或聚乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯、丙烯类树脂、ABS(AcrylonitrileButadiene Styrene，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)树脂、环氧树脂这样的各种树脂材料等绝缘性材料，并能够将上述材料中的一种或两种以上组合使用。在上述材料中，尤其优选为使用各种陶瓷。
以上，虽然对封装件110进行了说明，但作为封装件110的结构，只要能发挥其功能，则未被特别限定。
支承基板120被夹在基座111以及外壳112之间，并被配置成从内部空间S1内引出至封装件110的外侧。另外，支承基板120对电路元件130以及压力传感器1进行支承，并将电路元件130以及压力传感器1电连接。如图19所示，这样的支承基板120具有基材121和多个配线129，基材121具有挠性，多个配线129被配置于基材121上。
基材121具有框状的基部122和带状的带体123，框状的基部122具有开口122a，带状的带体123从基部122延伸出。此外，带体123在基部122的外缘部处被基座111和外壳112夹持，并向封装件110的外侧延伸出。作为这样的基材121，例如能够使用一般使用的柔性印刷基板。另外，在本实施方式中，基材121具有挠性，但基材121的全部或者一部分也可以是硬质。
在俯视观察基材121时，电路元件130以及压力传感器1被配置成并排地位于开口122a的内侧。另外，电路元件130以及压力传感器1分别经由接合引线BW而被悬吊于基材121上，并在从支承基板120悬浮的状态下而被支承基板120所支承。另外，电路元件130以及压力传感器1分别经由接合引线BW以及配线129而电连接。这样，通过以相对于支承基板120悬浮的状态而对电路元件130以及压力传感器1进行支承，从而使应力难以从支承基板120传递至电路元件130以及压力传感器1，进而提高了压力传感器1的压力检测精度。
电路元件130具有用于向电桥电路50供给电压的驱动电路、用于对来自电桥电路50的输出进行温度补偿的温度补偿电路、求取从来自温度补偿电路的输出中受到的压力的压力检测电路、将来自压力检测电路的输出转换为预定的输出形式(CMOS、LV-PECL、LVDS等)并输出的输出电路等。
填充部140以覆盖电路元件130以及压电传感器1的方式被配置于内部空间S1。利用这样的填充部140对电路元件130以及压力传感器1进行保护(防尘以及防水)，并且作用于压力传感器1的外部应力(例如落下冲击)难以传递至电路元件130以及压力传感器1。
另外，填充部140能够由液状或凝胶状的填充材料构成，在能够抑制电路元件130以及压力传感器1的过度位移这一点上，尤其优选为，由凝胶状的填充材料构成。根据这样的填充部140，能够有效地保护电路元件130以及压力传感器1免受水分的影响，并且能够有效地将压力传递至压力传感器1。作为构成这样的填充部140的填充材料，未被特别限定，例如能够使用硅油、氟类油、硅凝胶等。
以上，对压力传感器模块100进行了说明。这样的压力传感器模块100具有压力传感器1和收纳压力传感器1的封装件110。因此，能够利用封装件100来保护压力传感器1。另外，能够享有上述压力传感器1的效果，并能够发挥较高的可靠性。
另外，作为压力传感器模块100的结构，未被限定于上述结构，例如也可以省略填充部140。另外，虽然在本实施方式中，压力传感器1以及电路元件130通过接合线BW而以悬吊于支承基板120上的状态被支承，但例如也可以将压力传感器1以及电路元件130直接配置于支承基板120上。另外，虽然在本实施方式中，压力传感器1以及电路基板130横向并排配置，但例如也可以使压力传感器1以及电路元件130在高度方向上并排配置。
第三实施方式
接着，对本发明的第三实施方式所涉及的电子设备进行说明。
图20是表示作为本发明的第三实施方式所涉及的电子设备的高度计的立体图。
如图20所示，作为电子设备的高度计200能够如手表那样戴在手腕上。另外，在高度计200的内部搭载有压力传感器1(压力传感器模块100)，能够在显示部201中显示从当前位置的海拔起的高度或者当前位置的气压等。另外，在该显示部201中，能够显示当前时刻、使用者的心率、气候等各种信息。
作为这样电子设备的一例的高度计200具有压力传感器1。因此，高度计200能够享有上述压力传感器1的效果，并能够发挥较高的可靠性。
第四实施方式
接着，对本发明的第四实施方式所涉及的电子设备进行说明。
图21是表示作为本发明的第四实施方式所涉及的电子设备的导航系统的主视图。
如图21所示，作为电子设备的导航系统300具备未图示的地图信息、来自GPS(全球定位系统：Global Positioning System)的位置信息取得单元、基于陀螺仪传感器、加速度传感器和车速数据的自主导航单元(self-contained navigation unit)、压力传感器1(压力传感器模块100)、显示预定的位置信息或路线信息的显示部301。
根据该导航系统300，除了所取得的位置信息之外，还能够取得高度信息。例如，当行驶于在位置信息上表示与一般道路大致相同的位置的高架道路上的情况下，如果不具有高度信息，则不能利用导航系统来判断是在一般道路上行驶还是在高架道路上行驶，从而会将一般道路的信息作为优先信息而提供给使用者。因此，通过将压力传感器1搭载于导航系统300上，并由压力传感器1取得高度信息，从而能够检测出因从一般道路进入高架道路而产生的高度变化，并能够将高架道路的行驶状态下的导航信息提供给使用者。
作为上述电子设备的一例的导航系统300具有压力传感器1。因此，导航系统300能够享有上述压力传感器1的效果，并能够发挥较高的可靠性。
另外，本发明的电子设备并未被限定于上述高度计以及导航系统，例如能够应用于个人计算机、数码照相机、移动电话、智能电话、平板电脑终端、时钟(包括智能手表)、无人机、医疗设备(例如电子体温计、血压计、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、仪器类(例如车辆、飞机、船舶的仪器类)、飞行模拟器等。
第五实施方式
接着，对本发明的第五实施方式所涉及的移动体进行说明。
图22是表示作为本发明的第五实施方式所涉及的移动体的汽车的立体图。
如图22所示，作为移动体的汽车400具有车身401和四个车轮402(轮胎)，并被构成为，利用被设于车体401的未图示的动力源(发动机)而使车轮402旋转。另外，汽车400具有被搭载于车身401的电子控制单元(ECU：electronic control unit)403，在该电子控制单元403中内置有压力传感器1。电子控制单元403能够通过压力传感器1而检测车身401的加速度和倾斜等，从而掌握移动状态和姿态等，并正确地对车轮402等进行控制。由此，汽车400能够进行安全稳定的移动。另外，压力传感器1也可以被搭载于汽车400所具备的导航系统等上。
作为这样的移动体的一例的汽车400具有压力传感器1。因此，汽车400能够享有上述压力传感器1的效果，并能够发挥较高的可靠性。
以上，根据图示的各实施方式，对本发明的压力传感器、压力传感器的制造方法、压力传感器模块、电子设备以及移动体进行了说明，但本发明并未被限定于此，各部分的结构能够置换为具有相同功能的任意结构。另外，也可以附加其它任意的结构物或工序。另外，也可以将各实施方式适当地进行组合。
符号说明
1…压力传感器；2…基板；21…第一层；22…第二层；23…第三层；24…凹部；25…隔膜；31…第一绝缘膜；32…第二绝缘膜；4…周围结构体；4A…侧壁部；41…层间绝缘膜；42…配线层；421…保护环；429…配线部；43…层间绝缘膜；44…配线层；441…保护环；444…覆盖层；445…贯穿孔；449…配线部；45…表面保护膜；46…密封层；461…第一硅层；461a…贯穿孔；462…氧化硅层；463…第二硅层；47…端子；5…传感器部；50…电桥电路；51、52、53、54…压电电阻元件；55…配线；100…压力传感器模块；110…封装件；110a…开口；111…基座；112…外壳；120…支承基板；121…基材；122…基部；122a…开口；123…带体；129…配线；130…电路元件；140…填充部；200…高度计；201…显示部；250…隔膜形成区域；251…受压面；300…导航系统；301…显示部；400…汽车；401…车身；402…车轮；403…电子控制单元；BW…接合引线；S…压力基准室；S1…内部空间。

Claims (9)

1.一种压力传感器，其特征在于，具有：
基板，其具有通过受压而发生挠曲变形的隔膜；
侧壁部，其被配置于所述基板的一面侧，并在俯视观察时包围所述隔膜；
密封层，其以隔着被所述侧壁部包围的空间而与所述隔膜对置的方式被配置，并对所述空间进行密封，
所述密封层具有：
第一硅层；
第二硅层，其相对于所述第一硅层而位于与所述基板相反的一侧；
氧化硅层，其位于所述第一硅层与所述第二硅层之间，
所述氧化硅层被所述第二硅层覆盖并相对于外部而被密封。
2.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，
在所述氧化硅层中，所述第一硅层侧的主面通过所述第一硅层而被覆盖，所述第二硅层侧的主面通过所述第二硅层而被覆盖，侧面通过所述第二硅层而被覆盖。
3.如权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，
在俯视观察所述密封层时，所述氧化硅层的外缘位于所述第一硅层的外缘的内侧，
在所述氧化硅层上以及所述第一硅层的从所述氧化硅层露出的区域上，层叠有所述第二硅层。
4.如权利要求1至3中任一项所述的压力传感器，其特征在于，
所述基板包含硅。
5.一种压力传感器的制造方法，其特征在于，包括：
准备具有隔膜形成区域的基板的工序；
在所述基板的一面侧形成俯视观察所述基板时包围所述隔膜形成区域的侧壁部、和以隔着被所述侧壁部包围的空间而与所述隔膜形成区域对置的方式被配置并对所述空间进行密封的密封层的工序；
在所述隔膜形成区域形成通过受压而发生挠曲变形的隔膜的工序，
在形成所述密封层的工序中，形成第一硅层、相对于所述第一硅层而位于与所述空间相反的一侧的第二硅层、以及位于所述第一硅层与所述第二硅层之间的氧化硅层，并通过利用所述第二硅层来覆盖所述氧化硅层，从而将所述氧化硅层相对于外部而进行密封。
6.如权利要求5所述的压力传感器的制造方法，其特征在于，
形成所述密封层的工序包括：
形成所述第一硅层的工序；
在所述第一硅层上以在俯视观察所述第一硅层时使所述第一硅层从周围露出的方式而形成所述氧化硅层的工序；
在所述氧化硅层上以及所述第一硅层的从所述氧化硅层露出的区域上形成所述第二硅层的工序。
7.一种压力传感器模块，其特征在于，具有：
权利要求1至4中任一项所述的压力传感器；
封装件，其收纳所述压力传感器。
8.一种电子设备，其特征在于，
具有权利要求1至4中任一项所述的压力传感器。
9.一种移动体，其特征在于，
具有权利要求1至4中任一项所述的压力传感器。
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