JP2017166884A - 圧力センサー、圧力センサーの製造方法、高度計、電子機器および移動体 - Google Patents
圧力センサー、圧力センサーの製造方法、高度計、電子機器および移動体 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017166884A JP2017166884A JP2016050558A JP2016050558A JP2017166884A JP 2017166884 A JP2017166884 A JP 2017166884A JP 2016050558 A JP2016050558 A JP 2016050558A JP 2016050558 A JP2016050558 A JP 2016050558A JP 2017166884 A JP2017166884 A JP 2017166884A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure sensor
- side wall
- silicon
- silicon material
- diaphragm
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
- B81B7/0032—Packages or encapsulation
- B81B7/0035—Packages or encapsulation for maintaining a controlled atmosphere inside of the chamber containing the MEMS
- B81B7/0038—Packages or encapsulation for maintaining a controlled atmosphere inside of the chamber containing the MEMS using materials for controlling the level of pressure, contaminants or moisture inside of the package, e.g. getters
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
- B81C1/00134—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems comprising flexible or deformable structures
- B81C1/00182—Arrangements of deformable or non-deformable structures, e.g. membrane and cavity for use in a transducer
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00642—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for improving the physical properties of a device
- B81C1/0065—Mechanical properties
- B81C1/00666—Treatments for controlling internal stress or strain in MEMS structures
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
- B81B2201/02—Sensors
- B81B2201/0264—Pressure sensors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
- B81B2201/02—Sensors
- B81B2201/0292—Sensors not provided for in B81B2201/0207 - B81B2201/0285
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
- B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
- B81B2203/0127—Diaphragms, i.e. structures separating two media that can control the passage from one medium to another; Membranes, i.e. diaphragms with filtering function
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C2203/00—Forming microstructural systems
- B81C2203/01—Packaging MEMS
- B81C2203/0172—Seals
- B81C2203/019—Seals characterised by the material or arrangement of seals between parts
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
【課題】ヒステリシスを低減することのできる圧力センサー、この圧力センサーの製造方法、この圧力センサーを備えた信頼性の高い高度計、電子機器および移動体を提供する。【解決手段】ダイアフラムを有するシリコン基板と、前記シリコン基板の一方の面に配置され、平面視で前記ダイアフラムを囲むように配置されている枠状の側壁部と、前記側壁部の開口を覆うように配置され、前記側壁部の内側と外側とを連通する貫通孔を有する蓋部と、前記蓋部上に配置され、前記貫通孔を封止する封止部と、前記シリコン基板、前記側壁部、前記蓋部および前記封止部で画成されている圧力基準室と、を有し、前記側壁部および前記蓋部の前記圧力基準室に臨む面は、それぞれ、シリコン材料を含んでいる。【選択図】図1
Description
本発明は、圧力センサー、圧力センサーの製造方法、高度計、電子機器および移動体に関するものである。
従来から、圧力センサーとして、特許文献1に記載の構成が知られている。特許文献1の圧力センサーは、受圧により撓み変形するダイアフラムを有するシリコン基板と、ダイアフラム上に配置され、アルミニウムで構成された構造体で画成されている圧力基準室と、を有している。このような圧力センサーは、受圧によるダイアフラムの撓み変形をダイアフラムに配置されたピエゾ素子によって検知することで圧力を測定するようになっている。
しかしながら、このような構成の圧力センサーでは、ダイアフラムがシリコンで構成され、構造体がアルミニウムで構成されているため、これら材料の熱膨張率(Si:2.6ppm/K、Al:23ppm/K)の差に起因して、環境温度によってダイアフラムの内部応力が大きく変化してしまう。そのため、同じ圧力を受けても環境温度によって測定値が異なってしまうというヒステリシスを引き起こしてしまう問題がある。さらに深刻な場合には、熱履歴によって温度特性曲線(温特カーブ)が変化してしまう場合もある。この場合には補正回路等によっても補正しきれなくなる。
本発明の目的は、ヒステリシスを低減することのできる圧力センサー、この圧力センサーの製造方法、この圧力センサーを備えた信頼性の高い高度計、電子機器および移動体を提供することにある。
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の圧力センサーは、受圧により撓み変形するダイアフラムを有するシリコン基板と、
前記シリコン基板の一方の面側に配置され、平面視で前記ダイアフラムを囲むように配置されている枠状の側壁部と、
前記側壁部の開口を覆うように配置され、前記側壁部の内側と外側とを連通する貫通孔を有する蓋部と、
前記蓋部の前記シリコン基板と反対側に配置され、前記貫通孔を封止する封止部と、
前記シリコン基板、前記側壁部、前記蓋部および前記封止部で画成されている圧力基準室と、を有し、
前記側壁部および前記蓋部の前記圧力基準室に臨む面側の部分は、それぞれ、シリコン材料を含んでいることを特徴とする。
これにより、ヒステリシスを低減することのできる圧力センサーが得られる。
本発明の圧力センサーは、受圧により撓み変形するダイアフラムを有するシリコン基板と、
前記シリコン基板の一方の面側に配置され、平面視で前記ダイアフラムを囲むように配置されている枠状の側壁部と、
前記側壁部の開口を覆うように配置され、前記側壁部の内側と外側とを連通する貫通孔を有する蓋部と、
前記蓋部の前記シリコン基板と反対側に配置され、前記貫通孔を封止する封止部と、
前記シリコン基板、前記側壁部、前記蓋部および前記封止部で画成されている圧力基準室と、を有し、
前記側壁部および前記蓋部の前記圧力基準室に臨む面側の部分は、それぞれ、シリコン材料を含んでいることを特徴とする。
これにより、ヒステリシスを低減することのできる圧力センサーが得られる。
本発明の圧力センサーでは、前記側壁部は、酸化シリコンを含んでいる基部と、
前記圧力基準室に臨むように前記基部の表面に配置され、シリコンを含んでいる被覆層と、を有していることが好ましい。
これにより、側壁部を製造し易くなる。
前記圧力基準室に臨むように前記基部の表面に配置され、シリコンを含んでいる被覆層と、を有していることが好ましい。
これにより、側壁部を製造し易くなる。
本発明の圧力センサーでは、前記被覆層および前記蓋部は、一体であることが好ましい。
これにより、被覆層および蓋部を同一工程において製造することができるため、圧力センサーの製造の簡易化を図ることができる。
これにより、被覆層および蓋部を同一工程において製造することができるため、圧力センサーの製造の簡易化を図ることができる。
本発明の圧力センサーでは、前記封止部は、シリコン材料を含んでいることが好ましい。
これにより、ヒステリシスをより低減することができる。
これにより、ヒステリシスをより低減することができる。
本発明の圧力センサーでは、前記側壁部は、前記圧力基準室の幅が前記ダイアフラム側から前記蓋部側に向けて漸減するテーパー状となっていることが好ましい。
これにより、蓋部のサイズを小さくすることができ、蓋部の撓みを低減することができる。
これにより、蓋部のサイズを小さくすることができ、蓋部の撓みを低減することができる。
本発明の圧力センサーの製造方法は、ダイアフラム形成領域を有するシリコン基板を準備する工程と、
前記シリコン基板の一方の面側に、平面視で前記ダイアフラム形成領域と重なるように犠牲層を配置する工程と、
前記犠牲層の表面に、シリコン材料を含んでいる第1シリコン材料層を配置する工程と、
前記第1シリコン材料層を覆うように、シリコン材料を含んでいる第2シリコン材料層を配置する工程と、
前記第2シリコン材料層の一部を除去し、前記除去した部分から前記第1シリコン材料層を露出させる工程と、
前記第1シリコン材料層の前記第2シリコン材料層から露出した部分に、前記犠牲層に臨む貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔を介して前記犠牲層を除去し、圧力基準室を形成する工程と、
前記第1シリコン材料層の前記第2シリコン材料層から露出した部分に封止部を配置して前記貫通孔を封止する工程と、
前記シリコン基板の前記ダイアフラム形成領域に受圧により撓み変形するダイアフラムを形成する工程と、を含んでいることを特徴とする。
これにより、ヒステリシスを低減することのできる圧力センサーを比較的簡単に製造することができる。
前記シリコン基板の一方の面側に、平面視で前記ダイアフラム形成領域と重なるように犠牲層を配置する工程と、
前記犠牲層の表面に、シリコン材料を含んでいる第1シリコン材料層を配置する工程と、
前記第1シリコン材料層を覆うように、シリコン材料を含んでいる第2シリコン材料層を配置する工程と、
前記第2シリコン材料層の一部を除去し、前記除去した部分から前記第1シリコン材料層を露出させる工程と、
前記第1シリコン材料層の前記第2シリコン材料層から露出した部分に、前記犠牲層に臨む貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔を介して前記犠牲層を除去し、圧力基準室を形成する工程と、
前記第1シリコン材料層の前記第2シリコン材料層から露出した部分に封止部を配置して前記貫通孔を封止する工程と、
前記シリコン基板の前記ダイアフラム形成領域に受圧により撓み変形するダイアフラムを形成する工程と、を含んでいることを特徴とする。
これにより、ヒステリシスを低減することのできる圧力センサーを比較的簡単に製造することができる。
本発明の圧力センサーの製造方法では、前記犠牲層は、前記シリコン基板から離間する方向に沿って幅が漸減しているテーパー状となっていることが好ましい。
これにより、犠牲層の側面に第1シリコン材料層を配置し易くなる。
これにより、犠牲層の側面に第1シリコン材料層を配置し易くなる。
本発明の圧力センサーの製造方法は、ダイアフラム形成領域を有するシリコン基板を準備する工程と、
前記シリコン基板の一方の面側に、平面視で前記ダイアフラム形成領域を囲むようにシリコン材料を含んでいる枠状の側壁部を配置する工程と、
前記側壁部の内側に犠牲層を配置する工程と、
前記側壁部および前記犠牲層上に、前記側壁部の開口を覆うように、前記犠牲層に臨む貫通孔を有し、シリコン材料を含んでいる蓋部を配置する工程と、
前記貫通孔を介して前記犠牲層を除去し、圧力基準室を形成する工程と、
前記蓋部上に封止部を配置して前記貫通孔を封止する工程と、
前記シリコン基板の前記ダイアフラム形成領域に受圧により撓み変形するダイアフラムを形成する工程と、を含んでいることを特徴とする。
これにより、ヒステリシスを低減することのできる圧力センサーを比較的簡単に製造することができる。
前記シリコン基板の一方の面側に、平面視で前記ダイアフラム形成領域を囲むようにシリコン材料を含んでいる枠状の側壁部を配置する工程と、
前記側壁部の内側に犠牲層を配置する工程と、
前記側壁部および前記犠牲層上に、前記側壁部の開口を覆うように、前記犠牲層に臨む貫通孔を有し、シリコン材料を含んでいる蓋部を配置する工程と、
前記貫通孔を介して前記犠牲層を除去し、圧力基準室を形成する工程と、
前記蓋部上に封止部を配置して前記貫通孔を封止する工程と、
前記シリコン基板の前記ダイアフラム形成領域に受圧により撓み変形するダイアフラムを形成する工程と、を含んでいることを特徴とする。
これにより、ヒステリシスを低減することのできる圧力センサーを比較的簡単に製造することができる。
本発明の圧力センサーの製造方法では、前記犠牲層を配置する工程では、前記側壁部の内側を埋めると共に、前記側壁部の前記シリコン基板と反対側の面を覆うように前記犠牲層を配置し、
前記蓋部を配置する工程では、前記犠牲層の前記側壁部と重なっている部分に前記側壁部に臨む枠状の枠状貫通孔を形成し、前記枠状貫通孔内および前記犠牲層上に蓋部を配置することが好ましい。
これにより、側壁部のシリコン基板と反対側の面を保護することができる。
前記蓋部を配置する工程では、前記犠牲層の前記側壁部と重なっている部分に前記側壁部に臨む枠状の枠状貫通孔を形成し、前記枠状貫通孔内および前記犠牲層上に蓋部を配置することが好ましい。
これにより、側壁部のシリコン基板と反対側の面を保護することができる。
本発明の高度計は、本発明の圧力センサーを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い高度計が得られる。
これにより、信頼性の高い高度計が得られる。
本発明の電子機器は、本発明の圧力センサーを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
本発明の移動体は、本発明の圧力センサーを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い移動体が得られる。
これにより、信頼性の高い移動体が得られる。
以下、本発明の圧力センサー、圧力センサーの製造方法、高度計、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
<第1実施形態>
まず、本発明の第1実施形態に係る圧力センサーについて説明する。
まず、本発明の第1実施形態に係る圧力センサーについて説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る圧力センサーを示す断面図である。図2は、図1に示す圧力センサーが有する圧力センサー部を示す平面図である。図3は、図2に示す圧力センサー部を含むブリッジ回路を示す図である。図4は、図1に示す圧力センサーの製造方法を示すフローチャートである。図5ないし図18は、それぞれ、図1に示す圧力センサーの製造方法を説明するための断面図である。以下の説明では、図1中の上側を「上」、下側を「下」とも言う。
図1に示す圧力センサー1は、受圧により撓み変形するダイアフラム25を有するシリコン基板としてのSOI基板21と、SOI基板21の一方の面側に配置され、平面視でダイアフラム25を囲むように配置されている枠状の側壁部41と、側壁部41の開口を覆うように配置され、側壁部41の内側と外側とを連通する貫通孔421を有する蓋部42と、蓋部42のSOI基板21と反対側に配置され、貫通孔421を封止する封止部43と、SOI基板21、側壁部41、蓋部42および封止部43で画成されている圧力基準室としての空洞部Sと、を有し、側壁部41および蓋部42の空洞部Sに臨む面側の部分は、それぞれ、シリコン材料を含んでいる。これにより、ヒステリシスを低減することのできる圧力センサー1が得られる。以下、このような圧力センサー1について詳細に説明する。
図1に示す圧力センサー1は、ベース2と、圧力センサー部3と、周囲構造体4と、空洞部Sと、を有している。
[ベース]
ベース2は、図1に示すように、SOI基板21上に、シリコン酸化膜(SiO2膜)で構成された第1絶縁膜22と、ポリシリコンで構成された第2絶縁膜23と、この順に積層することで構成されている。SOI基板21は、第1シリコン層211と、第1シリコン層211の上側に配置された第2シリコン層213と、第1、第2シリコン層211、213の間に配置された酸化シリコン層212と、を有している。なお、シリコン基板としては、SOI基板に限定されない。また、第1絶縁膜22、第2絶縁膜23は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。
ベース2は、図1に示すように、SOI基板21上に、シリコン酸化膜(SiO2膜)で構成された第1絶縁膜22と、ポリシリコンで構成された第2絶縁膜23と、この順に積層することで構成されている。SOI基板21は、第1シリコン層211と、第1シリコン層211の上側に配置された第2シリコン層213と、第1、第2シリコン層211、213の間に配置された酸化シリコン層212と、を有している。なお、シリコン基板としては、SOI基板に限定されない。また、第1絶縁膜22、第2絶縁膜23は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。
また、SOI基板21には、周囲の部分よりも薄肉であり、受圧により撓み変形するダイアフラム25が設けられている。このダイアフラム25は、SOI基板21の下面に開放する有底の凹部26を設けることで、当該凹部26の底部として形成されている。そして、ダイアフラム25の下面が受圧面251となっている。ダイアフラム25の厚さとしては、特に限定されないが、例えば、1.5μm以上、2.0μm以下程度とすることが好ましい。これにより、機械的強度を十分に保ちつつ、撓み易いダイアフラム25となる。
[圧力センサー部]
圧力センサー部3は、図2に示すように、ダイアフラム25に設けられている4つのピエゾ抵抗素子31、32、33、34を有する。また、ピエゾ抵抗素子31、32、33、34は、配線35等を介して、互いに電気的に接続され、図3に示すブリッジ回路30(ホイートストンブリッジ回路)を構成している。
圧力センサー部3は、図2に示すように、ダイアフラム25に設けられている4つのピエゾ抵抗素子31、32、33、34を有する。また、ピエゾ抵抗素子31、32、33、34は、配線35等を介して、互いに電気的に接続され、図3に示すブリッジ回路30(ホイートストンブリッジ回路)を構成している。
ブリッジ回路30には駆動電圧AVDCを供給する駆動回路(図示せず)が接続されている。そして、ブリッジ回路30は、ダイアフラム25の撓みに基づくピエゾ抵抗素子31、32、33、34の抵抗値変化に応じた信号を出力する。そのため、この出力された信号に基づいてダイアフラム25が受けた圧力を検出することができる。
ピエゾ抵抗素子31、32、33、34は、それぞれ、例えば、第2シリコン層213にリン、ボロン等の不純物をドープ(拡散または注入)することで構成されている。また、配線35は、例えば、第2シリコン層213に、ピエゾ抵抗素子31〜34よりも高濃度でリン、ボロン等の不純物をドープ(拡散または注入)することで構成されている。
[空洞部]
空洞部Sは、図1に示すように、ベース2と周囲構造体4とに囲まることで画成されている。このような空洞部Sは、密閉された空間であり、圧力センサー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。また、空洞部Sは、ダイアフラム25の受圧面251とは反対側に位置し、ダイアフラム25と重なって配置されている。なお、空洞部Sは、真空状態(例えば、10Pa以下程度)であることが好ましい。これにより、圧力センサー1を、真空を基準として圧力を検出する所謂「絶対圧センサー」として用いることができ、利便性の高い圧力センサー1となる。ただし、空洞部Sは、一定の圧力に保たれていれば、真空状態でなくてもよい。
空洞部Sは、図1に示すように、ベース2と周囲構造体4とに囲まることで画成されている。このような空洞部Sは、密閉された空間であり、圧力センサー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。また、空洞部Sは、ダイアフラム25の受圧面251とは反対側に位置し、ダイアフラム25と重なって配置されている。なお、空洞部Sは、真空状態(例えば、10Pa以下程度)であることが好ましい。これにより、圧力センサー1を、真空を基準として圧力を検出する所謂「絶対圧センサー」として用いることができ、利便性の高い圧力センサー1となる。ただし、空洞部Sは、一定の圧力に保たれていれば、真空状態でなくてもよい。
[周囲構造体]
周囲構造体4は、ベース2との間に空洞部Sを形成している。このような周囲構造体4は、図1に示すように、ベース2の上面に設けられている。また、周囲構造体4は、ベース2の上面(一方の面)に配置され、平面視でダイアフラム25を囲むように配置されている枠状の側壁部41と、側壁部41の上側開口を覆うように配置され、空洞部Sの内外(すなわち、側壁部41の内側と外側)を連通する貫通孔421を有している蓋部42と、蓋部42上に配置され、貫通孔421を封止している封止部43と、圧力センサー部3の配線35と電気的に接続されている貫通電極44と、側壁部41および封止部43の表面に配置されている表面保護膜45と、を有している。そして、ベース2、側壁部41、蓋部42および封止部43によって囲まれることで空洞部Sが画成されている。
周囲構造体4は、ベース2との間に空洞部Sを形成している。このような周囲構造体4は、図1に示すように、ベース2の上面に設けられている。また、周囲構造体4は、ベース2の上面(一方の面)に配置され、平面視でダイアフラム25を囲むように配置されている枠状の側壁部41と、側壁部41の上側開口を覆うように配置され、空洞部Sの内外(すなわち、側壁部41の内側と外側)を連通する貫通孔421を有している蓋部42と、蓋部42上に配置され、貫通孔421を封止している封止部43と、圧力センサー部3の配線35と電気的に接続されている貫通電極44と、側壁部41および封止部43の表面に配置されている表面保護膜45と、を有している。そして、ベース2、側壁部41、蓋部42および封止部43によって囲まれることで空洞部Sが画成されている。
側壁部41の下端部の内周縁は、平面視で、ダイアフラム25よりも大きいサイズを有しており、その内側にダイアフラム25の全域を内包している。また、側壁部41は、空洞部Sの幅が下側(ダイアフラム25側)から上側(蓋部42側)に向けて漸減するテーパー状となっている。このように、側壁部41をテーパー状とすることで、蓋部42のサイズを小さくすることができ、蓋部42の撓みを低減することができる。そのため、例えば、蓋部42がダイアフラム25に接触してしまったり、接触したまま剥がれない、所謂「スティッキング」が生じてしまったりすることを低減することができる。特に、本実施形態では、側壁部41の内周面が空洞部Sに向けて凸の湾曲面であるため、空洞部Sの体積を減少させることができる。そのため、空洞部S内の雰囲気の置換を効率的に行うことができる。ただし、側壁部41の形状としては、本実施形態の形状に限定されない。
このような側壁部41は、枠状の基部411と、基部411の表面、具体的には基部411の内周面に配置されている被覆層412と、を有し、被覆層412が空洞部Sに臨んでいる。また、基部411は、酸化シリコンを含んでおり、特に本実施形態では酸化シリコンで構成されている。一方、被覆層412は、シリコンを含んでおり、特に本実施形態ではポリシリコンで構成されている。このように、基部411および被覆層412がシリコン材料を含んでいることにより、側壁部41とベース2の熱膨張率の差を小さくすることができる。そのため、後述するように圧力センサー1のヒステリシスをより低減することができる。また、側壁部41の構成が簡単なものとなり、側壁部41の製造が容易となる。なお、基部411および被覆層412の構成材料としては、特に限定されず、例えば、単結晶シリコン、アモルファルシリコン、窒化シリコン等であってもよい。
蓋部42は、空洞部Sの天井に位置しており、側壁部41の上部開口を覆うように配置されている。また、蓋部42には、空洞部Sの内外を連通する貫通孔421が設けられている。なお、貫通孔421は、後述するように、空洞部Sを形成する際に犠牲層を除去するためのリリースホールとして用いられる。このような蓋部42は、シリコン材料を含んでおり、特に本実施形態ではポリシリコンで構成されている。このように、蓋部42がシリコン材料を含んでいることにより、蓋部42とベース2の熱膨張率の差を小さくすることができる。そのため、後述するように圧力センサー1のヒステリシスをより低減することができる。なお、蓋部42の構成材料としては、特に限定されず、例えば、単結晶シリコン、アモルファルシリコン、窒化シリコン等であってもよい。
このように、圧力センサー1では、ベース2、側壁部41、蓋部42の空洞部Sに臨む面がそれぞれシリコン材料を含んでいるため、空洞部Sを画成する部分の熱膨張率の差を小さくすることができる。これにより、前述した「背景技術」のような空洞部Sを画成する部分の熱膨張率が大きく異なる場合に引き起こされるヒステリシスの問題(同じ圧力を受けても熱履歴によって測定値が異なってしまう現象等)が生じ難くなる。そのため、圧力センサー1によれば、ヒステリシスを低減することができ、圧力検出精度の低下を効果的に低減することができる。
特に、本実施形態では、蓋部42および被覆層412は、一体である。すなわち、蓋部42および被覆層412は、一体形成されている。これにより、後述する製造方法でも説明するように、蓋部42と被覆層412を同一工程において製造することができるため、圧力センサー1の製造の簡易化を図ることができる。また、蓋部42と被覆層412との境界部に接続部が形成されないため、当該箇所に隙間が生じるおそれが低減し、エッチング液の滲み出しを低減することができる。このことについては、後述する製造方法において説明する。
このような蓋部42上には封止部43が配置されており、封止部43によって貫通孔421が封止されている。また、封止部43は、シリコン材料を含んでおり、特に、本実施形態ではシリコンで構成された第1封止層431および酸化シリコンで構成された第2封止層432の積層構造となっている。このように、封止部43がシリコン材料を含んでいることにより、封止部43、側壁部41、蓋部42およびベース2の熱膨張率の差を小さくすることができる。そのため、圧力センサー1のヒステリシスをより効果的に低減することができる。なお、封止部43の構成としては、特に限定されず、本実施形態のような積層構造でなくてもよく、単層構造であってもよい。
貫通電極44は、側壁部41の基部411を貫通して配置されており、その下端部が圧力センサー部3の配線35と電気的に接続されており、その上端部が周囲構造体4の上面に露出する端子441となっている。そのため、貫通電極44を介して、圧力センサー部3と外部装置(例えばIC)とを電気的に接続することができる。このような貫通電極44の構成材料としては、アルミニウム等の金属材料を用いることができる。
表面保護膜45は、周囲構造体4を水分、ゴミ、傷などから保護する機能を有している。このような表面保護膜45は、側壁部41および封止部43の表面を覆うように配置されている。このような表面保護膜45の構成材料としては、特に限定されず、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン等のシリコン系材料、ポリイミド、エポキシ樹脂等の各種樹脂材料などを用いることができる。なお、表面保護膜45の構成材料としては、特に、シリコン系材料であることが好ましい。このように、表面保護膜45がシリコン材料を含んでいることにより、他の部材(すなわち、封止部43、側壁部41、蓋部42およびベース2)との熱膨張率の差を小さくすることができる。そのため、圧力センサー1のヒステリシスをより効果的に低減することができる。
次に、圧力センサー1の製造方法について説明する。圧力センサー1の製造方法は、図4に示すように、ダイアフラム形成領域250を有するシリコン基板としてのSOI基板21を準備する準備工程と、SOI基板21の一方の面側に、平面視でダイアフラム形成領域250と重なるように犠牲層50を配置する犠牲層配置工程と、犠牲層50の表面に、シリコン材料を含んでいる第1シリコン材料層51を配置する第1シリコン材料層配置工程と、第1シリコン材料層51を覆うように、シリコン材料を含んでいる第2シリコン材料層52を配置する第2シリコン材料層配置工程と、第2シリコン材料層52の一部を除去し、除去した部分から第1シリコン材料層51を露出させる露出工程と、第1シリコン材料層51の第2シリコン材料層52から露出した部分に、犠牲層50に臨む貫通孔421を形成する貫通孔形成工程と、貫通孔421を介して犠牲層50を除去し、圧力基準室としての空洞部Sを形成する空洞部形成工程と、第1シリコン材料層51の第2シリコン材料層52から露出した部分に封止部43を配置して貫通孔421を封止する封止工程と、貫通電極44を配置する貫通電極配置工程と、表面保護膜45を配置する表面保護膜配置工程と、SOI基板21のダイアフラム形成領域250に受圧により撓み変形するダイアフラム25を形成するダイアフラム形成工程と、を含んでいる。
[準備工程]
まず、図5に示すように、第1シリコン層211、酸化シリコン層212および第2シリコン層213が積層してなるSOI基板21を準備する。このSOI基板21にはダイアフラム25を形成するためのダイアフラム形成領域250が設定されている。次に、図6に示すように、SOI基板21の上面にリン、ボロン等の不純物を注入することで、圧力センサー部3を形成する。次に、図7に示すように、SOI基板21上に第1絶縁膜22、第2絶縁膜23をスパッタリング法、CVD法等を用いて順に成膜する。これにより、ダイアフラム25が形成されていない状態のベース2が得られる。
まず、図5に示すように、第1シリコン層211、酸化シリコン層212および第2シリコン層213が積層してなるSOI基板21を準備する。このSOI基板21にはダイアフラム25を形成するためのダイアフラム形成領域250が設定されている。次に、図6に示すように、SOI基板21の上面にリン、ボロン等の不純物を注入することで、圧力センサー部3を形成する。次に、図7に示すように、SOI基板21上に第1絶縁膜22、第2絶縁膜23をスパッタリング法、CVD法等を用いて順に成膜する。これにより、ダイアフラム25が形成されていない状態のベース2が得られる。
[犠牲層配置工程]
次に、図8に示すように、ベース2の上面に、平面視でダイアフラム形成領域250の全域を内包して重なるように犠牲層50を配置する。配置された犠牲層50は、上側に向かって(すなわち、SOI基板21から離間する方向に沿って)幅が漸減しているテーパー状となっている。このような犠牲層50としては、後の空洞部形成工程で除去することができれば特に限定されないが、本実施形態では、TEOS(テトラエトキシシラン)を用いたCVD法等で形成されたSiO2層で構成することができる。また、犠牲層50の厚さとしては、特に限定されないが、50μm程度とすることができる。
次に、図8に示すように、ベース2の上面に、平面視でダイアフラム形成領域250の全域を内包して重なるように犠牲層50を配置する。配置された犠牲層50は、上側に向かって(すなわち、SOI基板21から離間する方向に沿って)幅が漸減しているテーパー状となっている。このような犠牲層50としては、後の空洞部形成工程で除去することができれば特に限定されないが、本実施形態では、TEOS(テトラエトキシシラン)を用いたCVD法等で形成されたSiO2層で構成することができる。また、犠牲層50の厚さとしては、特に限定されないが、50μm程度とすることができる。
[第1シリコン材料層配置工程]
次に、図9に示すように、犠牲層50の表面(すなわち、上面および側面)に、シリコン材料を含んでいる第1シリコン材料層51をスパッタリング法、CVD法等を用いて成膜する。ここで、前述したように、犠牲層50が上側に向かって幅が漸減しているテーパー状となっているため、犠牲層50の側面にも第1シリコン材料層51を成膜し易くなる。
次に、図9に示すように、犠牲層50の表面(すなわち、上面および側面)に、シリコン材料を含んでいる第1シリコン材料層51をスパッタリング法、CVD法等を用いて成膜する。ここで、前述したように、犠牲層50が上側に向かって幅が漸減しているテーパー状となっているため、犠牲層50の側面にも第1シリコン材料層51を成膜し易くなる。
また、本工程では、第1シリコン材料層51は、犠牲層50の側面とベース2の上面とに跨って成膜され、第1シリコン材料層51と第2絶縁膜23とが接続される。これにより、第2絶縁膜23と第1シリコン材料層51とで犠牲層50の全周を覆った状態となる。
第1シリコン材料層51の構成材料としては、犠牲層50とのエッチング選択比が大きい材料を選択することが好ましく、本実施形態では、ポリシリコンが用いられている。第1シリコン材料層51としてポリシリコンを用いることで、第1シリコン材料層51および第2絶縁膜23の構成材料を同じにすることができるため、これらの接合性が向上し、後の空洞部形成工程において、エッチング液がこれらの境界部から滲み出してしまうことを効果的に低減することができる。
このような第1シリコン材料層51によって、蓋部42と被覆層412とを一体形成することができる。具体的には、第1シリコン材料層51の上面に位置する部分が蓋部42となり、側面に位置する部分が被覆層412となる。このような方法によれば、蓋部42と被覆層412を同一工程において製造することができるため、圧力センサー1の製造の簡易化を図ることができる。また、蓋部42と被覆層412との境界部に接続部が形成されないため、当該箇所に隙間が生じるおそれが低減する。そのため、後の空洞部形成工程において、エッチング液の滲み出しを効果的に低減することができる。
[第2シリコン材料層配置工程]
次に、図10に示すように、第1シリコン材料層51を覆うように、シリコン材料を含んでいる第2シリコン材料層52を配置し、その後、CMP(化学機械研磨)等によって上面を平坦化する。第2シリコン材料層52としては、特に限定されないが、本実施形態では、TEOS(テトラエトキシシラン)を用いたCVD法等で形成されたSiO2層で構成することができる。
次に、図10に示すように、第1シリコン材料層51を覆うように、シリコン材料を含んでいる第2シリコン材料層52を配置し、その後、CMP(化学機械研磨)等によって上面を平坦化する。第2シリコン材料層52としては、特に限定されないが、本実施形態では、TEOS(テトラエトキシシラン)を用いたCVD法等で形成されたSiO2層で構成することができる。
[露出工程]
次に、図11に示すように、第2シリコン材料層52の一部を除去して貫通孔521を形成し、貫通孔521から第1シリコン材料層51の上面である蓋部42を露出させる。これにより、第2シリコン材料層52で構成された基部411が得られる。なお、貫通孔521の形成方法としては、特に限定されず、例えば、各種エッチング技術(ウェットエッチング、ドライエッチング)を用いることができる。
次に、図11に示すように、第2シリコン材料層52の一部を除去して貫通孔521を形成し、貫通孔521から第1シリコン材料層51の上面である蓋部42を露出させる。これにより、第2シリコン材料層52で構成された基部411が得られる。なお、貫通孔521の形成方法としては、特に限定されず、例えば、各種エッチング技術(ウェットエッチング、ドライエッチング)を用いることができる。
[貫通孔形成工程]
次に、図12に示すように、蓋部42に少なくとも1つの貫通孔421を形成し、貫通孔421を介して、犠牲層50を露出させる。貫通孔421の形成方法としては、特に限定されず、例えば、各種エッチング技術(ウェットエッチング、ドライエッチング)を用いることができる。
次に、図12に示すように、蓋部42に少なくとも1つの貫通孔421を形成し、貫通孔421を介して、犠牲層50を露出させる。貫通孔421の形成方法としては、特に限定されず、例えば、各種エッチング技術(ウェットエッチング、ドライエッチング)を用いることができる。
次に、図13に示すように、第2シリコン材料層52の貫通孔521の内周面および貫通孔521の開口端面に、後の空洞部形成工程でのウェットエッチングから第2シリコン材料層52を保護する保護膜54をスパッタリング法、CVD法等を用いて成膜し、さらに、保護膜54で保護されていない領域に、エッチング保護層としてのレジストマスクMをスパッタリング法、CVD法等を用いて成膜する。なお、保護膜54は、貫通孔421や、第2シリコン材料層52の上面の貫通電極44を形成する領域440と重ならないように配置する。
[空洞部形成工程]
次に、例えばバッファードフッ酸等のエッチング液にベース2を晒す。これにより、貫通孔421を介して犠牲層50がリリースエッチングされ、図14に示すように、空洞部Sが形成される。この際、犠牲層50を囲んでいるポリシリコン製の第2絶縁膜23および第1シリコン材料層51がエッチングストッパーとして機能する。そして、本工程の終了後、レジストマスクMを除去する。
次に、例えばバッファードフッ酸等のエッチング液にベース2を晒す。これにより、貫通孔421を介して犠牲層50がリリースエッチングされ、図14に示すように、空洞部Sが形成される。この際、犠牲層50を囲んでいるポリシリコン製の第2絶縁膜23および第1シリコン材料層51がエッチングストッパーとして機能する。そして、本工程の終了後、レジストマスクMを除去する。
[封止工程]
次に、図15に示すように、空洞部Sを真空状態とし、蓋部42上に封止部43を成膜して貫通孔421を封止する。具体的には、まず、蓋部42上にシリコンをスパッタリング法、CVD法等を用いて成膜して第1封止層431を形成し、さらに、第1封止層431上に、酸化シリコンをスパッタリング法、CVD法等を用いて成膜して第2封止層432を形成する。これにより、貫通孔421を封止する封止部43が得られ、空洞部Sが真空状態で気密封止される。このように、封止部43を第1封止層431と第2封止層432の積層構造とすることで、より確実に、貫通孔421を封止することができ、空洞部Sの気密性を担保することができる。
次に、図15に示すように、空洞部Sを真空状態とし、蓋部42上に封止部43を成膜して貫通孔421を封止する。具体的には、まず、蓋部42上にシリコンをスパッタリング法、CVD法等を用いて成膜して第1封止層431を形成し、さらに、第1封止層431上に、酸化シリコンをスパッタリング法、CVD法等を用いて成膜して第2封止層432を形成する。これにより、貫通孔421を封止する封止部43が得られ、空洞部Sが真空状態で気密封止される。このように、封止部43を第1封止層431と第2封止層432の積層構造とすることで、より確実に、貫通孔421を封止することができ、空洞部Sの気密性を担保することができる。
次に、空洞部Sを800℃〜1000℃程度に加熱し、空洞部Sの真空度を高める。ここで、前述したように、これまでの工程では、アルミニウム等の融点の低い材料を使用していないため、本工程では、空洞部Sを800℃〜1000℃程度という高温に加熱することができる。そのため、真空度をより高めることができる。
[貫通電極配置工程]
次に、図16に示すように、基部411の領域440に貫通孔411Aを形成し、形成した貫通孔411A内にアルミニウムをスパッタリング法、CVD法等を用いて成膜して貫通電極44を形成する。
次に、図16に示すように、基部411の領域440に貫通孔411Aを形成し、形成した貫通孔411A内にアルミニウムをスパッタリング法、CVD法等を用いて成膜して貫通電極44を形成する。
[表面保護膜配置工程]
次に、図17に示すように、第2シリコン材料層52および封止部43上に窒化シリコンをスパッタリング法、CVD法等を用いて成膜して表面保護膜45を形成する。
次に、図17に示すように、第2シリコン材料層52および封止部43上に窒化シリコンをスパッタリング法、CVD法等を用いて成膜して表面保護膜45を形成する。
[ダイアフラム形成工程]
次に、図18に示すように、ダイアフラム形成領域250に、SOI基板21の下面に開放する凹部26を形成してダイアフラム25を得る。凹部26の形成方法としては、特に限定されないが、本実施形態ではドライエッチング(シリコンディープエッチング)により形成している。
次に、図18に示すように、ダイアフラム形成領域250に、SOI基板21の下面に開放する凹部26を形成してダイアフラム25を得る。凹部26の形成方法としては、特に限定されないが、本実施形態ではドライエッチング(シリコンディープエッチング)により形成している。
以上により、圧力センサー1が得られる。このような製造方法によれば、ヒステリシスを低減することができ、圧力検出精度の低下を効果的に低減することのできる圧力センサー1を簡単に製造することができる。なお、本実施形態の製造方法では、ダイアフラム形成工程を最後に行っているが、ダイアフラム形成工程の順番としては特に限定されず、例えば、準備工程の次に行ってもよい。
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係る圧力センサーについて説明する。
次に、本発明の第2実施形態に係る圧力センサーについて説明する。
図19は、本発明の第2実施形態に係る圧力センサーを示す断面図である。図20は、図19に示す圧力センサーの製造方法を示すフローチャートである。図21ないし図29は、それぞれ、図19に示す圧力センサーの製造方法を説明するための断面図である。
以下、第2実施形態の圧力センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
本実施形態にかかる圧力センサーは、主に、周囲構造体の構成が異なること以外は、前述した第1実施形態の圧力センサーと同様である。
図19に示す圧力センサー1では、ベース2の第2絶縁膜23が窒化シリコンで構成されている。また、周囲構造体4は、ベース2の上面に配置され、平面視でダイアフラム25を囲むように配置されている枠状の側壁部41と、側壁部41の上側開口を覆うように配置され、空洞部Sの内外を連通する貫通孔421を有している蓋部42と、蓋部42上に配置され、貫通孔421を封止している封止部43と、側壁部41を貫通して設けられ、圧力センサー部3の配線35と電気的に接続されている貫通電極44と、側壁部41および封止部43の表面に配置されている表面保護膜45と、を有している。
側壁部41は、シリコンを含んでおり、特に本実施形態ではポリシリコンで構成されている。ただし、側壁部41の構成材料としては、犠牲層50とのエッチング選択比を十分に確保することができれば特に限定されず、例えば、単結晶シリコン、アモルファルシリコン、酸化シリコン、窒化シリコン等であってもよい。
蓋部42は、空洞部Sの天井に位置しており、側壁部41の上部開口を覆うように配置されている。また、蓋部42には、空洞部Sの内外を連通する貫通孔421が設けられている。このような蓋部42は、シリコン材料を含んでおり、特に本実施形態ではポリシリコンで構成されている。ただし、蓋部42の構成材料としては、犠牲層50とのエッチング選択比を十分に確保することができれば特に限定されず、例えば、単結晶シリコン、アモルファルシリコン、窒化シリコン等であってもよい。
このように、圧力センサー1では、ベース2、側壁部41、蓋部42がそれぞれシリコン材料を含んでいるため、これらの熱膨張率の差を小さくすることができる。これにより、前述した第1実施形態と同様に、ヒステリシスを低減することができ、圧力検出精度の低下を効果的に低減することができる。
次に、圧力センサー1の製造方法について説明する。圧力センサー1の製造方法は、図20に示すように、ダイアフラム形成領域250を有するシリコン基板としてのSOI基板21を準備する準備工程と、SOI基板21の一方の面側に、平面視でダイアフラム形成領域250を囲むようにシリコンを含んでいる枠状の側壁部41を配置する側壁部配置工程と、側壁部41の内側に犠牲層50を配置する犠牲層配置工程と、側壁部41および犠牲層50上に、側壁部41の開口を覆うように、犠牲層50に臨む貫通孔421を有しシリコン材料を含んでいる蓋部42を配置する蓋部配置工程と、貫通孔421を介して犠牲層50を除去し、圧力基準室としての空洞部Sを形成する空洞部形成工程と、蓋部42上に封止部43を配置して貫通孔421を封止する封止工程と、貫通電極44を配置する貫通電極配置工程と、SOI基板21のダイアフラム形成領域250に受圧により撓み変形するダイアフラム25を形成するダイアフラム形成工程と、を含んでいる。
[準備工程]
前述した第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
前述した第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
[側壁部配置工程]
まず、図21に示すように、ベース2の上面に、平面視でダイアフラム形成領域250を囲むようにシリコン材料を含んでいる枠状の側壁部41を配置する。側壁部41の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、まず、ベース2の上面にポリシリコンをスパッタリング法、CVD法等を用いて成膜して厚膜を形成し、次に、この厚膜をドライエッチングでパターニングすることで側壁部41を形成することができる。また、他の形成方法として、まず、スパッタリング法、CVD法等を用いてベース2の上面にポリシリコンの薄膜を成膜し、次に、薄膜を側壁部41の平面視形状にパターニングし、次に、パターニングした薄膜からポリシリコンをエピタキシャル成長させることでも側壁部41を形成することができる。
まず、図21に示すように、ベース2の上面に、平面視でダイアフラム形成領域250を囲むようにシリコン材料を含んでいる枠状の側壁部41を配置する。側壁部41の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、まず、ベース2の上面にポリシリコンをスパッタリング法、CVD法等を用いて成膜して厚膜を形成し、次に、この厚膜をドライエッチングでパターニングすることで側壁部41を形成することができる。また、他の形成方法として、まず、スパッタリング法、CVD法等を用いてベース2の上面にポリシリコンの薄膜を成膜し、次に、薄膜を側壁部41の平面視形状にパターニングし、次に、パターニングした薄膜からポリシリコンをエピタキシャル成長させることでも側壁部41を形成することができる。
[犠牲層配置工程]
次に、側壁部41の内側に犠牲層50を配置する。具体的には、まず、図22に示すように、ベース2の上側から酸化シリコンをスパッタリング法、CVD法等を用いて成膜することで犠牲層50を形成する。この犠牲層50は、側壁部41の内側の空間を埋めると共に、側壁部41上に積層されている。次に、例えば、CMP(化学機械研磨)等によって犠牲層50を上側から図中のラインLまで研磨し、当該研磨を側壁部41に到達させる。これにより、図23に示すように、側壁部41上の犠牲層50が除去されると共に、犠牲層50と側壁部41の上面の高さが揃って面一となる。なお、本工程において、側壁部41が削られてその高さが低くなるため、先の側壁部形成工程では、設計値よりも高い側壁部41を形成しておくことが好ましい。
次に、側壁部41の内側に犠牲層50を配置する。具体的には、まず、図22に示すように、ベース2の上側から酸化シリコンをスパッタリング法、CVD法等を用いて成膜することで犠牲層50を形成する。この犠牲層50は、側壁部41の内側の空間を埋めると共に、側壁部41上に積層されている。次に、例えば、CMP(化学機械研磨)等によって犠牲層50を上側から図中のラインLまで研磨し、当該研磨を側壁部41に到達させる。これにより、図23に示すように、側壁部41上の犠牲層50が除去されると共に、犠牲層50と側壁部41の上面の高さが揃って面一となる。なお、本工程において、側壁部41が削られてその高さが低くなるため、先の側壁部形成工程では、設計値よりも高い側壁部41を形成しておくことが好ましい。
[蓋部配置工程]
次に、図24に示すように、側壁部41および犠牲層50上に、ポリシリコンをスパッタリング法、CVD法等を用いて成膜する。これにより、側壁部41の開口(言い換えると、犠牲層50の上面)を覆う蓋部42が得られる。次に、図25に示すように、この蓋部42に少なくとも1つの貫通孔421を形成し、貫通孔421を介して犠牲層50を露出させる。貫通孔421の形成方法としては、特に限定されず、例えば、各種エッチング技術(ウェットエッチング、ドライエッチング)を用いることができる。
次に、図24に示すように、側壁部41および犠牲層50上に、ポリシリコンをスパッタリング法、CVD法等を用いて成膜する。これにより、側壁部41の開口(言い換えると、犠牲層50の上面)を覆う蓋部42が得られる。次に、図25に示すように、この蓋部42に少なくとも1つの貫通孔421を形成し、貫通孔421を介して犠牲層50を露出させる。貫通孔421の形成方法としては、特に限定されず、例えば、各種エッチング技術(ウェットエッチング、ドライエッチング)を用いることができる。
[空洞部形成工程]
次に、例えばバッファードフッ酸等のエッチング液にベース2を晒す。これにより、貫通孔421を介して犠牲層50がリリースエッチングされ、図26に示すように、空洞部Sが形成される。
次に、例えばバッファードフッ酸等のエッチング液にベース2を晒す。これにより、貫通孔421を介して犠牲層50がリリースエッチングされ、図26に示すように、空洞部Sが形成される。
[封止工程]
次に、蓋部42の上面に、貫通孔421を塞がないように表面保護膜45を成膜した後、図27に示すように、空洞部Sを真空状態とし、蓋部42上に封止部43を成膜して貫通孔421を封止する。これにより、空洞部Sが真空状態で気密封止される。封止部43は、蓋部42上にシリコンをスパッタリング法、CVD法等を用いて成膜することで得られる。なお、封止部43の構成としては、特に限定されず、例えば、前述した第1実施形態と同様に積層構造としてもよい。
次に、蓋部42の上面に、貫通孔421を塞がないように表面保護膜45を成膜した後、図27に示すように、空洞部Sを真空状態とし、蓋部42上に封止部43を成膜して貫通孔421を封止する。これにより、空洞部Sが真空状態で気密封止される。封止部43は、蓋部42上にシリコンをスパッタリング法、CVD法等を用いて成膜することで得られる。なお、封止部43の構成としては、特に限定されず、例えば、前述した第1実施形態と同様に積層構造としてもよい。
次に、空洞部Sを800℃〜1000℃程度に加熱し、空洞部Sの真空度を高める。ここで、前述したように、これまでの工程では、アルミニウム等の融点の低い材料を使用していないため、本工程では、空洞部Sを800℃〜1000℃程度という高温に加熱することができる。そのため、真空度をより高めることができる。
[貫通電極配置工程]
次に、図28に示すように、側壁部41に貫通孔41Aを形成し、形成した貫通孔41A内にアルミニウムをスパッタリング法、CVD法等を用いて成膜して貫通電極44を形成する。
次に、図28に示すように、側壁部41に貫通孔41Aを形成し、形成した貫通孔41A内にアルミニウムをスパッタリング法、CVD法等を用いて成膜して貫通電極44を形成する。
[ダイアフラム形成工程]
次に、図29に示すように、ダイアフラム形成領域250に、SOI基板21の下面に開放する凹部26を形成してダイアフラム25を得る。凹部26の形成方法としては、特に限定されないが、本実施形態ではドライエッチング(シリコンディープエッチング)により形成している。
次に、図29に示すように、ダイアフラム形成領域250に、SOI基板21の下面に開放する凹部26を形成してダイアフラム25を得る。凹部26の形成方法としては、特に限定されないが、本実施形態ではドライエッチング(シリコンディープエッチング)により形成している。
以上により、圧力センサー1が得られる。このような製造方法によれば、ヒステリシスを低減することができ、圧力検出精度の低下を効果的に低減することのできる圧力センサー1を簡単に製造することができる。
このような第2実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態に係る圧力センサーについて説明する。
次に、本発明の第3実施形態に係る圧力センサーについて説明する。
図30は、本発明の第3実施形態に係る圧力センサーを示す断面図である。図31ないし図35は、それぞれ、図30に示す圧力センサーの製造方法を説明するための断面図である。
以下、第3実施形態の圧力センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
本実施形態にかかる圧力センサーは、主に、周囲構造体の構成が異なること以外は、前述した第2実施形態の圧力センサーと同様である。
図30に示す圧力センサー1の周囲構造体4では、蓋部42は、側壁部41の上部開口と対向して配置され、貫通孔421を有する基部422と、基部422と側壁部41との間に位置し、これらを連結する枠状の脚部423と、を有している。脚部423は、その下端部の全周において側壁部41と接続されており、その上端部の全周において基部422と接続されている。
このような圧力センサー1によっても、前述した第1実施形態と同様に、ヒステリシスを低減することができ、圧力検出精度の低下を効果的に低減することができる。
次に、圧力センサー1の製造方法について説明する。圧力センサー1の製造方法は、前述した第2実施形態と同様に、準備工程と、側壁部形成工程と、犠牲層配置工程と、蓋部配置工程と、空洞部形成工程と、封止工程と、貫通電極配置工程と、ダイアフラム形成工程と、を含んでいる。
[準備工程]
前述した第2実施形態と同様であるため、説明を省略する。
前述した第2実施形態と同様であるため、説明を省略する。
[側壁部形成工程]
前述した第2実施形態と同様であるため、説明を省略する。
前述した第2実施形態と同様であるため、説明を省略する。
[犠牲層配置工程]
次に、側壁部41の内側に犠牲層50を配置する。具体的には、まず、図31に示すように、ベース2上に、酸化シリコンをスパッタリング法、CVD法等を用いて成膜することで犠牲層50を形成する。この犠牲層50は、側壁部41の内側の空間を埋めると共に、側壁部41の上面(すなわち、SOI基板21と反対側の面)を覆うように配置される。次に、例えば、CMP(化学機械研磨)等によって犠牲層50を上側から研磨し、図32に示すように、犠牲層50の上面を平坦な面にする。この際、側壁部41の上面が犠牲層50から露出しないようにする。これにより、CMPによって側壁部41の上面が研磨されることがないため、側壁部41を保護でき、側壁部41の上面の荒れを低減することができる。
次に、側壁部41の内側に犠牲層50を配置する。具体的には、まず、図31に示すように、ベース2上に、酸化シリコンをスパッタリング法、CVD法等を用いて成膜することで犠牲層50を形成する。この犠牲層50は、側壁部41の内側の空間を埋めると共に、側壁部41の上面(すなわち、SOI基板21と反対側の面)を覆うように配置される。次に、例えば、CMP(化学機械研磨)等によって犠牲層50を上側から研磨し、図32に示すように、犠牲層50の上面を平坦な面にする。この際、側壁部41の上面が犠牲層50から露出しないようにする。これにより、CMPによって側壁部41の上面が研磨されることがないため、側壁部41を保護でき、側壁部41の上面の荒れを低減することができる。
[蓋部配置工程]
次に、図33に示すように、犠牲層50の側壁部41と重なっている部分に側壁部41の上面に臨む枠状の枠状貫通孔50Aを形成する。次に、図34に示すように、枠状貫通孔50A内および犠牲層50上に蓋部42を配置する。蓋部42は、ポリシリコンをスパッタリング法、CVD法等を用いて成膜することで得られ、枠状貫通孔50A内に位置する部分が脚部423となり、犠牲層50上に位置する部分が基部422となる。なお、前述したように側壁部41の上面がCMPによって荒らされていないため、側壁部41の上面と脚部423との密着性が高く、これらの間に隙間が生じ難い。そのため、次の空洞部形成工程において、当該箇所からのエッチング液の滲み出しを効果的に低減することができる。次に、図35に示すように、この蓋部42に少なくとも1つの貫通孔421を形成する。
次に、図33に示すように、犠牲層50の側壁部41と重なっている部分に側壁部41の上面に臨む枠状の枠状貫通孔50Aを形成する。次に、図34に示すように、枠状貫通孔50A内および犠牲層50上に蓋部42を配置する。蓋部42は、ポリシリコンをスパッタリング法、CVD法等を用いて成膜することで得られ、枠状貫通孔50A内に位置する部分が脚部423となり、犠牲層50上に位置する部分が基部422となる。なお、前述したように側壁部41の上面がCMPによって荒らされていないため、側壁部41の上面と脚部423との密着性が高く、これらの間に隙間が生じ難い。そのため、次の空洞部形成工程において、当該箇所からのエッチング液の滲み出しを効果的に低減することができる。次に、図35に示すように、この蓋部42に少なくとも1つの貫通孔421を形成する。
[空洞部形成工程]
前述した第2実施形態と同様であるため、説明を省略する。
前述した第2実施形態と同様であるため、説明を省略する。
[封止工程]
前述した第2実施形態と同様であるため、説明を省略する。
前述した第2実施形態と同様であるため、説明を省略する。
[貫通電極配置工程]
前述した第2実施形態と同様であるため、説明を省略する。
前述した第2実施形態と同様であるため、説明を省略する。
[ダイアフラム形成工程]
前述した第2実施形態と同様であるため、説明を省略する。
前述した第2実施形態と同様であるため、説明を省略する。
以上により、圧力センサー1が得られる。このような製造方法によれば、ヒステリシスを低減することができ、圧力検出精度の低下を効果的に低減することのできる圧力センサー1を簡単に製造することができる。
このような第3実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態に係る高度計について説明する。
図36は、本発明の高度計の一例を示す斜視図である。
次に、本発明の第4実施形態に係る高度計について説明する。
図36は、本発明の高度計の一例を示す斜視図である。
図36に示す高度計200は、腕時計のように手首に装着することができる。また、高度計200の内部には圧力センサー1が搭載されており、表示部201に現在地の海抜からの高度、現在地の気圧等を表示することができる。なお、この表示部201には、他にも現在時刻、使用者の心拍数、天候等、様々な情報を表示することができる。このような高度計200は、検出精度に優れる圧力センサー1を備えているため、高い信頼性を発揮することができる。
<第5実施形態>
次に、本発明の第5実施形態に係る電子機器について説明する。
図37は、本発明の電子機器の一例を示す正面図である。
次に、本発明の第5実施形態に係る電子機器について説明する。
図37は、本発明の電子機器の一例を示す正面図である。
図37に示す電子機器は、圧力センサー1を備えたナビゲーションシステム300である。ナビゲーションシステム300は、図示しない地図情報と、GPS(全地球測位システム:Global Positioning System)からの位置情報取得手段と、ジャイロセンサーおよび加速度センサーと車速データとによる自立航法手段と、圧力センサー1と、所定の位置情報または進路情報を表示する表示部301と、を備えている。
このナビゲーションシステム300によれば、取得した位置情報に加えて、圧力センサー1によって高度情報を取得することができる。そのため、一般道路から高架道路へ進入する(またはこの逆)ことによる高度変化を検出することで、一般道路を走行しているのか高架道路を走行しているのかを判断でき、実際の走行状態におけるナビゲーション情報を使用者に提供することができる。このようなナビゲーションシステム300は、検出精度に優れる圧力センサー1を備えているため、高い信頼性を発揮することができる。
なお、本発明の圧力センサーを備える電子機器は、上記のナビゲーションシステムに限定されず、例えば、パーソナルコンピューター、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、時計(スマートウォッチを含む)、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシミュレーター等に適用することができる。
<第6実施形態>
次に、本発明の第6実施形態に係る移動体について説明する。
図38は、本発明の移動体の一例を示す斜視図である。
次に、本発明の第6実施形態に係る移動体について説明する。
図38は、本発明の移動体の一例を示す斜視図である。
図38に示す移動体は、圧力センサー1を備えた自動車400である。自動車400は、車体401と、4つの車輪402とを有しており、車体401に設けられた図示しない動力源(エンジン)によって車輪402を回転させるように構成されている。このような自動車400は、検出精度に優れる圧力センサー1を内蔵するナビゲーションシステム300を備えているため、高い信頼性を発揮することができる。
以上、本発明の圧力センサー、圧力センサーの製造方法、高度計、電子機器および移動体を図示の各実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や、工程が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
また、前述した実施形態では、圧力センサー部としてピエゾ抵抗素子を用いたものについて説明したが、圧力センサーとしては、これに限定されず、例えば、フラップ型の振動子を用いた構成や、櫛歯電極等の他のMEMS振動子や、水晶振動子等の振動素子を用いることもできる。
1…圧力センサー、2…ベース、21…SOI基板、211…第1シリコン層、212…酸化シリコン層、213…第2シリコン層、22…第1絶縁膜、23…第2絶縁膜、25…ダイアフラム、250…ダイアフラム形成領域、251…受圧面、26…凹部、3…圧力センサー部、30…ブリッジ回路、31、32、33、34…ピエゾ抵抗素子、35…配線、4…周囲構造体、41…側壁部、41A…貫通孔、411…基部、411A…貫通孔、412…被覆層、42…蓋部、421…貫通孔、422…基部、423…脚部、43…封止部、431…第1封止層、432…第2封止層、44…貫通電極、440…領域、441…端子、45…表面保護膜、50…犠牲層、50A…枠状貫通孔、51…第1シリコン材料層、52…第2シリコン材料層、521…貫通孔、54…保護膜、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…自動車、401…車体、402…車輪、L…ライン、M…レジストマスク、S…空洞部
Claims (12)
- 受圧により撓み変形するダイアフラムを有するシリコン基板と、
前記シリコン基板の一方の面側に配置され、平面視で前記ダイアフラムを囲むように配置されている枠状の側壁部と、
前記側壁部の開口を覆うように配置され、前記側壁部の内側と外側とを連通する貫通孔を有する蓋部と、
前記蓋部の前記シリコン基板と反対側に配置され、前記貫通孔を封止する封止部と、
前記シリコン基板、前記側壁部、前記蓋部および前記封止部で画成されている圧力基準室と、を有し、
前記側壁部および前記蓋部の前記圧力基準室に臨む面側の部分は、それぞれ、シリコン材料を含んでいることを特徴とする圧力センサー。 - 前記側壁部は、酸化シリコンを含んでいる基部と、
前記圧力基準室に臨むように前記基部の表面に配置され、シリコンを含んでいる被覆層と、を有している請求項1に記載の圧力センサー。 - 前記被覆層および前記蓋部は、一体である請求項2に記載の圧力センサー。
- 前記封止部は、シリコン材料を含んでいる請求項1ないし3のいずれか1項に記載の圧力センサー。
- 前記側壁部は、前記圧力基準室の幅が前記ダイアフラム側から前記蓋部側に向けて漸減するテーパー状となっている請求項1ないし4のいずれか1項に記載の圧力センサー。
- ダイアフラム形成領域を有するシリコン基板を準備する工程と、
前記シリコン基板の一方の面側に、平面視で前記ダイアフラム形成領域と重なるように犠牲層を配置する工程と、
前記犠牲層の表面に、シリコン材料を含んでいる第1シリコン材料層を配置する工程と、
前記第1シリコン材料層を覆うように、シリコン材料を含んでいる第2シリコン材料層を配置する工程と、
前記第2シリコン材料層の一部を除去し、前記除去した部分から前記第1シリコン材料層を露出させる工程と、
前記第1シリコン材料層の前記第2シリコン材料層から露出した部分に、前記犠牲層に臨む貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔を介して前記犠牲層を除去し、圧力基準室を形成する工程と、
前記第1シリコン材料層の前記第2シリコン材料層から露出した部分に封止部を配置して前記貫通孔を封止する工程と、
前記シリコン基板の前記ダイアフラム形成領域に受圧により撓み変形するダイアフラムを形成する工程と、を含んでいることを特徴とする圧力センサーの製造方法。 - 前記犠牲層は、前記シリコン基板から離間する方向に沿って幅が漸減しているテーパー状となっている請求項6に記載の圧力センサーの製造方法。
- ダイアフラム形成領域を有するシリコン基板を準備する工程と、
前記シリコン基板の一方の面側に、平面視で前記ダイアフラム形成領域を囲むようにシリコン材料を含んでいる枠状の側壁部を配置する工程と、
前記側壁部の内側に犠牲層を配置する工程と、
前記側壁部および前記犠牲層上に、前記側壁部の開口を覆うように、前記犠牲層に臨む貫通孔を有し、シリコン材料を含んでいる蓋部を配置する工程と、
前記貫通孔を介して前記犠牲層を除去し、圧力基準室を形成する工程と、
前記蓋部上に封止部を配置して前記貫通孔を封止する工程と、
前記シリコン基板の前記ダイアフラム形成領域に受圧により撓み変形するダイアフラムを形成する工程と、を含んでいることを特徴とする圧力センサーの製造方法。 - 前記犠牲層を配置する工程では、前記側壁部の内側を埋めると共に、前記側壁部の前記シリコン基板と反対側の面を覆うように前記犠牲層を配置し、
前記蓋部を配置する工程では、前記犠牲層の前記側壁部と重なっている部分に前記側壁部に臨む枠状の枠状貫通孔を形成し、前記枠状貫通孔内および前記犠牲層上に蓋部を配置する請求項8に記載の圧力センサーの製造方法。 - 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の圧力センサーを備えることを特徴とする高度計。
- 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の圧力センサーを備えることを特徴とする電子機器。
- 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の圧力センサーを備えることを特徴とする移動体。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016050558A JP2017166884A (ja) | 2016-03-15 | 2016-03-15 | 圧力センサー、圧力センサーの製造方法、高度計、電子機器および移動体 |
US15/443,320 US20170267518A1 (en) | 2016-03-15 | 2017-02-27 | Pressure sensor, production method for pressure sensor, altimeter, electronic apparatus, and moving object |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016050558A JP2017166884A (ja) | 2016-03-15 | 2016-03-15 | 圧力センサー、圧力センサーの製造方法、高度計、電子機器および移動体 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017166884A true JP2017166884A (ja) | 2017-09-21 |
Family
ID=59855267
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016050558A Pending JP2017166884A (ja) | 2016-03-15 | 2016-03-15 | 圧力センサー、圧力センサーの製造方法、高度計、電子機器および移動体 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20170267518A1 (ja) |
JP (1) | JP2017166884A (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018146278A (ja) * | 2017-03-02 | 2018-09-20 | セイコーエプソン株式会社 | 圧力センサー、圧力センサーの製造方法、圧力センサーモジュール、電子機器および移動体 |
JP2018151310A (ja) * | 2017-03-14 | 2018-09-27 | セイコーエプソン株式会社 | 圧力センサー、圧力センサーの製造方法、圧力センサーモジュール、電子機器および移動体 |
US11365117B2 (en) | 2019-12-23 | 2022-06-21 | Industrial Technology Research Institute | MEMS device and manufacturing method of the same |
US11939212B2 (en) | 2019-12-23 | 2024-03-26 | Industrial Technology Research Institute | MEMS device, manufacturing method of the same, and integrated MEMS module using the same |
US20210214212A1 (en) * | 2020-01-09 | 2021-07-15 | Texas Instruments Incorporated | Microelectromechanical system (mems) device with backside pinhole release and re-seal |
CN116045922B (zh) * | 2023-03-16 | 2023-06-23 | 湖南大学 | 一种用于深海测量的深度计 |
-
2016
- 2016-03-15 JP JP2016050558A patent/JP2017166884A/ja active Pending
-
2017
- 2017-02-27 US US15/443,320 patent/US20170267518A1/en not_active Abandoned
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20170267518A1 (en) | 2017-09-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2017166884A (ja) | 圧力センサー、圧力センサーの製造方法、高度計、電子機器および移動体 | |
US9683907B2 (en) | Physical quantity sensor, altimeter, electronic apparatus, and moving object | |
US20170284879A1 (en) | Pressure sensor, altimeter, electronic device, and moving object | |
US20180282148A1 (en) | Pressure sensor, manufacturing method of pressure sensor, pressure sensor module, electronic device, and vehicle | |
US20170276561A1 (en) | Pressure sensor, altimeter, electronic apparatus, and vehicle | |
US20160138990A1 (en) | Electronic Device, Physical Quantity Sensor, Pressure Sensor, Altimeter, Electronic Apparatus, And Moving Object | |
JP2015143635A (ja) | 物理量センサー、高度計、電子機器および移動体 | |
US20150268112A1 (en) | Physical quantity sensor, altimeter, electronic apparatus, and moving object | |
US20170248484A1 (en) | Pressure sensor, production method for pressure sensor, altimeter, electronic apparatus, and moving object | |
US20180266910A1 (en) | Pressure sensor, pressure sensor module, electronic apparatus, and vehicle | |
US20170276562A1 (en) | Pressure sensor, production method for pressure sensor, altimeter, electronic apparatus, and moving object | |
US20180252607A1 (en) | Pressure sensor, pressure sensor module, electronic apparatus, and vehicle | |
US9994439B2 (en) | Pressure sensor, manufacturing method of pressure sensor, altimeter, electronic apparatus, and moving object | |
US20180275004A1 (en) | Pressure sensor, manufacturing method of pressure sensor, pressure sensor module, electronic device, and vehicle | |
US20190017892A1 (en) | Pressure sensor, production method for pressure sensor, pressure sensor module, electronic apparatus, and vehicle | |
JP2017166857A (ja) | 圧力センサー、圧力センサーの製造方法、高度計、電子機器および移動体 | |
JP2017133944A (ja) | 圧力センサー、圧力センサーの製造方法、高度計、電子機器および移動体 | |
JP2019124500A (ja) | 圧力センサー、圧力センサーモジュール、電子機器および移動体 | |
JP2018048974A (ja) | 圧力センサー、圧力センサーモジュールおよび電子機器 | |
JP2018151309A (ja) | 圧力センサーの製造方法、圧力センサー、圧力センサーモジュール、電子機器および移動体 | |
JP2017173213A (ja) | 圧力センサー、圧力センサーの製造方法、高度計、電子機器および移動体 | |
JP2017129540A (ja) | 圧力センサー、高度計、電子機器および移動体 | |
JP2018105736A (ja) | 圧力センサー、圧力センサーモジュール、電子機器および移動体 | |
JP2015179000A (ja) | 物理量センサー、高度計、電子機器および移動体 | |
JP2017151039A (ja) | 圧力センサー、高度計、電子機器および移動体 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD05 | Notification of revocation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7425 Effective date: 20180906 |