JP2015184046A - 物理量センサー、圧力センサー、高度計、電子機器および移動体 - Google Patents
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Abstract
Description
[適用例1]
本発明の物理量センサーは、受圧により撓み変形する複数のダイヤフラム部と、
互いに異なる前記ダイヤフラム部に配置されていて、電気的に直列に接続されている複数のピエゾ抵抗素子と、
を備えることを特徴とする。
本発明の物理量センサーでは、前記複数のピエゾ抵抗素子を含んで構成されているブリッジ回路を備えることが好ましい。
本発明の物理量センサーでは、前記ダイヤフラム部の数が2つであることが好ましい。
これにより、比較的簡単かつ小型な構成で、S/N比を向上させることができる。
本発明の物理量センサーでは、前記ダイヤフラム部の数が4つであることが好ましい。
これにより、比較的簡単かつ小型な構成で、S/N比を向上させることができる。
本発明の物理量センサーでは、複数の圧力基準室を備えることが好ましい。
これにより、ダイヤフラムごとに圧力基準室の壁部が形成されるため、物理量センサーの機械的強度を高めることができる。その結果、物理量センサーの信頼性を高めることができる。
本発明の物理量センサーでは、前記複数のダイヤフラム部に共通している圧力基準室を備えることが好ましい。
本発明の物理量センサーでは、前記圧力基準室は、半導体製造プロセスを用いて形成されていることが好ましい。
これにより、簡単かつ高精度に小型な物理量センサーを製造することができる。
本発明の物理量センサーでは、前記ピエゾ抵抗素子は、前記ダイヤフラム部の外周部とそれよりも中心側の部分とにそれぞれ配置されていることが好ましい。
本発明の圧力センサーは、本発明の物理量センサーを有することを特徴とする。
本発明の高度計は、本発明の物理量センサーを有することを特徴とする。
本発明の電子機器は、本発明の物理量センサーを有することを特徴とする。
本発明の移動体は、本発明の物理量センサーを有することを特徴とする。
1.物理量センサー
図1は、本発明の第1実施形態に係る物理量センサーを示す断面図、図2は、図1に示す物理量センサーのピエゾ抵抗素子の配置を示す拡大平面図である。また、図3は、図1に示す物理量センサーのピエゾ抵抗素子を接続する配線の配置を示す平面図、図4は、図1に示す物理量センサーが備えるピエゾ抵抗素子を含むブリッジ回路を示す図である。また、図5は、図1に示す物理量センサーの作用を説明するための図であって、図5(a)は加圧状態を示す断面図、図5(b)は加圧状態を示す平面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図1中の上側を「上」、下側を「下」という。
−基板6−
基板6は、単結晶シリコンで構成されているシリコン層61(ハンドル層)と、シリコン酸化膜で構成されている酸化シリコン層62(ボックス層)と、単結晶シリコンで構成されているシリコン層63(デバイス層)とがこの順で積層されたSOI基板である。なお、基板6は、SOI基板に限定されず、例えば、単結晶シリコン基板等の他の半導体基板であってもよい。
複数のピエゾ抵抗素子7は、図1示すように、それぞれ、ダイヤフラム部64の空洞部S側の面に形成されている。ここで、図示しないが、ピエゾ抵抗素子7上には、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜がこの順で積層されている。このシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜は、それぞれ、絶縁膜として機能する。また、シリコン窒化膜は、後述する物理量センサー1の製造工程において空洞部Sを形成する際に用いるエッチングのストップ層としても機能する。なお、このシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。
積層構造体8は、ピエゾ抵抗素子7が配置されている空洞部Sを画成するように形成されている。ここで、積層構造体8は、シリコン層61の一方の面側に配置されていてダイヤフラム部64とともに空洞部Sを形成している「壁部」を構成している。
基板6と積層構造体8とによって画成された空洞部Sは、ピエゾ抵抗素子7を収容する収容部として機能している。また、空洞部Sは、密閉された空間である。この空洞部Sは、物理量センサー1が検出する圧力の基準値となる圧力基準室として機能する。本実施形態では、空洞部Sが真空状態(300Pa以下)となっている。空洞部Sを真空状態とすることによって、物理量センサー1を、真空状態を基準として圧力を検出する「絶対圧センサー」として用いることができ、その利便性が向上する。
以上、物理量センサー1の構成について簡単に説明した。
図6〜図8は、図1に示す物理量センサーの製造工程を示す図である。以下、これらの図に基づいて説明する。なお、ユニット1a、1bは互いに同様の構成であるため、以下の説明では、1つのユニットについて代表的に説明し、各図では、1つのユニットのみを図示している。
まず、図6(a)に示すように、SOI基板である基板6Xを用意する。この基板6Xは、単結晶シリコンで構成されているシリコン層61X(ハンドル層)と、シリコン酸化膜で構成されている酸化シリコン層62(ボックス層)と、単結晶シリコンで構成されているシリコン層63Xとがこの順で積層されてなる。ここで、シリコン層61Xは、後の工程において、必要に応じて研磨等により薄肉化された後に、凹部65が形成されてシリコン層61となる。
次に、図6(c)に示すように、シリコン層63上に、層間絶縁膜81X、83X、配線層82、84および表面保護膜85を形成する。
次に、図7(a)に示すように、エッチングにより空洞部Sを形成する。これにより、層間絶縁膜81X、83Xの一部が除去されて、層間絶縁膜81、83が形成される。
次に、図7(b)に示すように、被覆層841上に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、AL、Cu、W、Ti、TiN等の金属膜等からなる封止層86をスパッタリング法、CVD法等により形成し、各細孔842を封止する。これより、空洞部Sが封止層86により封止され、積層構造体8を得る。
次に、シリコン層61Xの下面を必要に応じて研削した後、シリコン層61Xの下面の一部をエッチングにより除去することにより、図8に示すように、凹部65を形成する。これにより、周囲よりも薄肉なダイヤフラム部64が形成される。
以上のような工程により、物理量センサー1を製造することができる。
次に本発明の物理量センサーの第2実施形態について説明する。
次に本発明の物理量センサーの第3実施形態について説明する。
図11は、本発明の第3実施形態に係る物理量センサーを示す断面図である。
次に本発明の物理量センサーの第4実施形態について説明する。
このブリッジ回路70Cでは、ユニット1aのピエゾ抵抗素子7aとユニット1bのピエゾ抵抗素子7bが1対の電極84b1、84b2に対して直列に電気的に接続されている。
次に本発明の物理量センサーの第5実施形態について説明する。
このブリッジ回路70Dでは、ユニット1a、1b、1c、1dのピエゾ抵抗素子7aが1対の電極84b1、84b2に対して2つずつに分けて直列に電気的に接続されている。すなわち、直列に接続された2つのピエゾ抵抗素子7aが2組あり、これらの組が1対の電極84b1、84b2に対して並列に電気的に接続されている。
次に、本発明の物理量センサーを備える圧力センサー(本発明の圧力センサー)ついて説明する。図14は、本発明の圧力センサーの一例を示す断面図である。
次に、本発明の物理量センサーを備える高度計(本発明の高度計)の一例について説明する。図15は、本発明の高度計の一例を示す斜視図である。
次に、本発明の物理量センサーを備える電子機器を適用したナビゲーションシステムについて説明する。図16は、本発明の電子機器の一例を示す正面図である。
次いで、本発明の物理量センサーを適用した移動体(本発明の移動体)について説明する。図17は、本発明の移動体の一例を示す斜視図である。
1A‥‥物理量センサー
1B‥‥物理量センサー
1a‥‥ユニット
1b‥‥ユニット
6‥‥基板
6X‥‥基板
7‥‥ピエゾ抵抗素子
7a‥‥ピエゾ抵抗素子
7b‥‥ピエゾ抵抗素子
7c‥‥ピエゾ抵抗素子
7d‥‥ピエゾ抵抗素子
8‥‥積層構造体
8B‥‥積層構造体
9‥‥配線
61‥‥シリコン層
61X‥‥シリコン層
62‥‥酸化シリコン層
63‥‥シリコン層
63X‥‥シリコン層
64‥‥ダイヤフラム部
65‥‥凹部
70‥‥ブリッジ回路
70A‥‥ブリッジ回路
70C‥‥ブリッジ回路
70D‥‥ブリッジ回路
71a‥‥ピエゾ抵抗素子
71b‥‥ピエゾ抵抗素子
71c‥‥ピエゾ抵抗素子
71d‥‥ピエゾ抵抗素子
72a‥‥ピエゾ抵抗素子
72b‥‥ピエゾ抵抗素子
72c‥‥ピエゾ抵抗素子
72d‥‥ピエゾ抵抗素子
81‥‥層間絶縁膜
81X‥‥層間絶縁膜
82‥‥配線層
82a‥‥配線層
82d1‥‥配線
82d2‥‥配線
82d3‥‥配線
82d4‥‥配線
82d5‥‥配線
82d6‥‥配線
82e1‥‥配線
82e2‥‥配線
82e3‥‥配線
82e4‥‥配線
82e5‥‥配線
82e6‥‥配線
82e7‥‥配線
83‥‥層間絶縁膜
83X‥‥層間絶縁膜
84‥‥配線層
84a‥‥配線層
84b1‥‥電極
84b2‥‥電極
84b3‥‥電極
84b4‥‥電極
84c1‥‥配線
84c2‥‥配線
84c3‥‥配線
84d1‥‥配線
84d2‥‥配線
84d3‥‥配線
84d4‥‥配線
84d5‥‥配線
84d6‥‥配線
84d7‥‥配線
85‥‥表面保護膜
86‥‥封止層
91a‥‥配線
91b‥‥配線
91c‥‥配線
91d‥‥配線
92a‥‥配線
92b‥‥配線
92c‥‥配線
92d‥‥配線
100‥‥圧力センサー
101‥‥筐体
102‥‥演算部
103‥‥配線
104‥‥貫通孔
200‥‥高度計
201‥‥表示部
300‥‥ナビゲーションシステム
301‥‥表示部
400‥‥移動体
401‥‥車体
402‥‥車輪
641‥‥受圧面
841‥‥被覆層
842‥‥細孔
S‥‥空洞部
S1‥‥空洞部
Claims (12)
- 受圧により撓み変形する複数のダイヤフラム部と、
互いに異なる前記ダイヤフラム部に配置されていて、電気的に直列に接続されている複数のピエゾ抵抗素子と、
を備えることを特徴とする物理量センサー。 - 前記複数のピエゾ抵抗素子を含んで構成されているブリッジ回路を備える請求項1に記載の物理量センサー。
- 前記ダイヤフラム部の数が2つである請求項1または2に記載の物理量センサー。
- 前記ダイヤフラム部の数が4つである請求項1または2に記載の物理量センサー。
- 複数の圧力基準室を備える請求項1ないし4のいずれか1項に記載の物理量センサー。
- 前記複数のダイヤフラム部に共通している圧力基準室を備える請求項1ないし4のいずれか1項に記載の物理量センサー。
- 前記圧力基準室は、半導体製造プロセスを用いて形成されている請求項5または6に記載の物理量センサー。
- 前記ピエゾ抵抗素子は、前記ダイヤフラム部の外周部とそれよりも中心側の部分とにそれぞれ配置されている請求項1ないし7のいずれか1項に記載の物理量センサー。
- 請求項1ないし8のいずれか1項に記載の物理量センサーを有することを特徴とする圧力センサー。
- 請求項1ないし8のいずれか1項に記載の物理量センサーを有することを特徴とする高度計。
- 請求項1ないし8のいずれか1項に記載の物理量センサーを有することを特徴とする電子機器。
- 請求項1ないし8のいずれか1項に記載の物理量センサーを有することを特徴とする移動体。
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