JP2017173213A - 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

Abstract

【課題】圧力検出感度の低下を抑えつつ、小型化を図ることが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】受圧により撓み変形するダイアフラムを有する基板と、前記ダイアフラムの一方の面側に配置されている圧力基準室と、前記ダイアフラムの前記圧力基準室側の面に配置されているピエゾ抵抗素子と、を有し、前記基板の前記圧力基準室側の面が前記圧力基準室に臨んでいることを特徴とする圧力センサー。【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、凹部が形成され当該凹部と重なる部分がダイアフラムとなっているＳＯＩ基板と、凹部の開口を塞いでＳＯＩ基板に接合されたベース基板と、を有し、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。

国際公開ＷＯ２００９／０４１４６３号公報

ここで、圧力センサーの小型化を図ろうとするとダイアフラムも小型化しなければならず、その分、ダイアフラムが撓み変形し難くなり、圧力検出感度が低下してしまう。この圧力検出感度の低下を抑えるために、ダイアフラムを薄くし、撓み易くすることが効果的であるが、引用文献１の圧力センサーではダイアフラムが積層構造となっているため、ダイアフラムの薄肉化を図ることが困難である。そのため、引用文献１の圧力センサーでは、圧力検出感度の低下を抑えつつ、小型化を図ることができない。

本発明の目的は、圧力検出感度の低下を抑えつつ、小型化を図ることが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基板と、
前記ダイアフラムの一方の面側に配置されている圧力基準室と、
前記ダイアフラムの前記圧力基準室側の面に配置されているピエゾ抵抗素子と、を有し、
前記基板の前記圧力基準室側の面が前記圧力基準室に臨んでいることを特徴とする。
これにより、圧力検出感度の低下を抑えつつ、小型化を図ることが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基板と、
前記ダイアフラムの一方の面側に配置されている圧力基準室と、
前記ダイアフラムの前記圧力基準室側の面に配置されているピエゾ抵抗素子と、
前記ダイアフラムの前記圧力基準室側の面上に配置されている１つの層と、を有していることを特徴とする。
これにより、圧力検出感度の低下を抑えつつ、小型化を図ることが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、前記層の厚さは、２０Å以上、１０００Å以下であることが好ましい。
これにより、層の厚さが十分に薄いものとなり、ダイアフラムの撓み易さを阻害することが低減される。

本発明の圧力センサーでは、前記基板の前記圧力基準室側の面側に、前記基板の平面視で、前記圧力基準室を囲むように配置されている枠状の側壁部と、
前記側壁部と前記基板との間に位置し、前記側壁部と前記基板との間に空隙を形成している中間層と、を有していることが好ましい。
これにより、応力が側壁部からダイアフラムに伝わり難くなり、ヒステリシスを低減することができる。

本発明の圧力センサーでは、前記中間層は、第１中間層と、前記第１中間層の前記側壁部側の面に配置されている第２中間層と、を有し、
前記第１中間層の内縁が、前記第２中間層の内縁よりも外側に位置することで前記空隙が形成されており、
前記中間層の前記空隙と重なる部分に前記側壁部の内縁が位置していることが好ましい。
これにより、基板と側壁部との間の空隙を簡単に形成することができる。

本発明の圧力センサーでは、前記基板の平面視で、
前記中間層は、前記基板に支持されている枠状の支持部と、前記支持部の内側に位置し、前記基板と空隙を隔てて配置されている枠状の離間部と、前記支持部と前記離間部とを連結する連結部と、を有し、
前記離間部上に前記側壁部の内縁が位置していることが好ましい。
これにより、基板と側壁部との間の空隙を簡単に形成することができる。

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基板を準備する工程と、
前記基板の一方の面に、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、
前記基板の前記一方の面に、枠状の中間層をその内縁部が前記犠牲層の外縁部と重なるように配置する工程と、
前記中間層の前記内縁部上に枠状の側壁部を配置する工程と、
前記犠牲層を除去して、前記基板と前記側壁部との間に空隙を形成する工程と、
前記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、圧力検出感度の低下を抑えつつ、小型化を図ることが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。

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。

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。

本発明の第１実施形態に係る圧力センサーの断面図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 本発明の第２実施形態に係る圧力センサーの断面図である。 図１３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。 図１３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。 図１３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。 図１３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。 図１３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。 図１３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。 本発明の第３実施形態に係る圧力センサーの断面図である。 本発明の高度計の一例を示す斜視図である。 本発明の電子機器の一例を示す正面図である。 本発明の移動体の一例を示す斜視図である。

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。

図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサーの断面図である。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１２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。なお、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を有する基板２と、ダイアフラム２５の上面（一方の面）側に配置されている圧力基準室としての空洞部Ｓと、基板２と共に空洞部Ｓを形成する周囲構造体４と、基板２と周囲構造体４との間に配置されている中間層５と、ダイアフラム２５の上面に配置されているピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４を備える圧力センサー部３と、を有している。以下、これら各部について順に説明する。

［基板］
図１に示すように、本実施形態の基板２は、第１シリコン層２１と、第１シリコン層２１の上側に配置された第２シリコン層２３と、第１、第２シリコン層２１、２３の間に配置された酸化シリコン層２２と、を有するＳＯＩ基板で構成されている。ただし、基板２としては、ＳＯＩ基板に限定されず、例えば、単層のシリコン基板を用いることができる。

また、基板２には、周囲の部分よりも薄肉であり、受圧によって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、基板２の下面に開放する有底の凹部２６を設けることで形成されている。そして、ダイアフラム２５の下面が圧力を受ける受圧面２５１となっている。このようなダイアフラム２５の厚さとしては、特に限定されないが、例えば、１．０μｍ以上、２．０μｍ以下程度とすることが好ましい。これにより、機械的強度を保ちつつ、十分に薄く撓み易いダイアフラム２５となる。

ここで、本実施形態の基板２では、凹部２６の底面に第２シリコン層２３が露出している。また、基板２のダイアフラム２５と重なる部分の上面（空洞部側の面）は、如何なる層にも覆われておらず、空洞部Ｓに臨んでいる。このような構成とすることで、ダイアフラム２５を第２シリコン層２３からなる単層構造とすることができ、ダイアフラム２５を薄肉化することができる。そのため、ダイアフラム２５の撓みの容易性を確保したまま、ダイアフラム２５を小型化することができる。よって、圧力検出感度の低下を抑えつつ、小型化を図ることができる圧力センサー１が得られる。

また、ダイアフラム２５を単一の層で構成することにより、次のような効果を発揮することもできる。すなわち、背景技術で挙げた特許文献１のように、ダイアフラム２５が材料の異なる複数の層で構成されている場合には、各層の線膨張係数の差に起因して、環境温度によってダイアフラム２５の内部応力が変化するおそれがある。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おそれがある。これに対して、本実施形態のようにダイアフラム２５を単一の層で構成することで、上述のようなヒステリシスの問題が生じ難くなり、圧力検出精度の低下を効果的に低減することができる。

なお、本実施形態では、ダイアフラム２５が単一の層で構成されている場合について説明したが、ダイアフラム２５の撓み容易性を損なうことが無い範囲であれば、ダイアフラム２５の上面や下面に別の層が配置されていてもよい（例えば、後述する第３実施形態を参照）。

以上、基板２について説明した。なお、このような基板２には圧力センサー部３と電気的に接続される半導体回路が作り込まれていてもよい。

［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の上面（すなわち、空洞部Ｓ側の面）に配置されている４つのピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４を有している。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（電圧）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。

このようなピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４は、それぞれ、例えば、第２シリコン層２３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２３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。

ここで、本実施形態では、図２に示すように、ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４は、ダイアフラム２５の外縁２５ａに沿って設けられている。ダイアフラム２５をその面方向で議論すれば、ダイアフラム２５の外縁部は、中央部と比較して応力が集中し易く、受圧により撓み変形したときに生じる応力が大きい。そのため、外縁部にピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４を配置することで、同じ圧力を受けた場合でも、より大きな検出信号が得られ、圧力センサー１の圧力検出精度が向上する。

また、本実施形態では、各ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４がダイアフラム２５の上面に位置しており、空洞部Ｓに臨んでいる。ダイアフラム２５をその厚さ方向で議論すれば、ダイアフラム２５の厚さ方向中央部から表面（すなわち、上面および下面）に向けて、受圧により撓み変形したときに生じる応力が大きくなる。そのため、ダイアフラム２５の上面にピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４を配置することで、同じ圧力を受けた場合でも、より大きな検出信号が得られ、圧力センサー１の圧力検出精度が向上する。

［空洞部］
図１に示すように、空洞部Ｓは、基板２と周囲構造体４とに囲まれ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の上面側（一方の面側）に配置されている。このような空洞部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、図１に示すように、基板２の上面側（空洞部Ｓ側の面側）に、基板２の平面視で空洞部Ｓを囲むように配置されている枠状の側壁部４Ａと、側壁部４Ａの開口を覆うように配置されている蓋部４Ｂと、を有している。そして、このような周囲構造体４と基板２とに囲まれることで空洞部Ｓが形成されている。

このような周囲構造体４は、層間絶縁膜４１と、層間絶縁膜４１上に配置された配線層４２と、配線層４２および層間絶縁膜４１上に配置された層間絶縁膜４３と、層間絶縁膜４３上に配置された配線層４４と、配線層４４および層間絶縁膜４３上に配置された表面保護膜４５と、配線層４４および表面保護膜４５上に配置された封止層４６と、を有している。

配線層４２は、空洞部Ｓを囲んで配置された枠状の配線部４２１と、圧力センサー部３と電気的に接続された信号配線部４２９と、を有している。同様に、配線層４４は、空洞部Ｓを囲んで配置された枠状の配線部４４１と、圧力センサー部３と電気的に接続された信号配線部４４９と、を有している。そして、信号配線部４２９、４４９を介して圧力センサー部３の配線３５が周囲構造体４の上面に引き出されている。

また、配線層４４は、空洞部Ｓの天井に位置し、配線部４４１と一体形成されている被覆層４４４を有している。また、被覆層４４４には空洞部Ｓの内外を連通する複数の貫通孔４４５が設けられている。複数の貫通孔４４５は、後述する製造方法でも説明するように、空洞部Ｓを埋めている犠牲層を除去するためのリリースエッチング用の孔である。また、被覆層４４４上には封止層４６が配置されており、封止層４６によって貫通孔４４５が封止されている。

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は、被覆層４４４の貫通孔４４５を塞がないように、層間絶縁膜４３および配線層４４上に配置されている。

このような周囲構造体４では、主に、層間絶縁膜４１、配線層４２、層間絶縁膜４３および配線層４４（ただし、被覆層４４４を除く部分）で側壁部４Ａが構成されており、主に被覆層４４４および封止層４６で蓋部４Ｂが構成されている。

なお、層間絶縁膜４１、４３としては、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）等の絶縁膜を用いることができる。また、配線層４２、４４としては、例えば、アルミニウム膜等の金属膜を用いることができる。また、封止層４６としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、ＴｉＮ等の金属膜、シリコン酸化膜等を用いることができる。また、表面保護膜４５としては、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポリイミド膜、エポキシ樹脂膜などを用いることができる。

［中間層］
図１に示すように、中間層５は、枠状をなしており、側壁部４Ａと基板２との間に位置し、側壁部４Ａと基板２との間に空隙Ｇを形成している。具体的には、中間層５は、基板２の上面に配置され、酸化シリコンで構成された第１中間層５１と、第１中間層５１の上面（側壁部４Ａ側の面）に配置され、窒化シリコンで構成された第２中間層５２と、第２中間層５２の上面に配置され、ポリシリコンで構成された第３中間層５３と、を有している。また、基板２の平面視で、第１中間層５１の開口端である内縁５１ａは、第２中間層５２の開口端である内縁５２ａよりも外側に位置している。そのため、第１中間層５１がギャップ層として機能し、第２中間層５２の内縁部と基板２との間、すなわち、前述したように側壁部４Ａと基板２との間に空隙Ｇが形成されている。そして、側壁部４Ａの内縁、すなわち配線部４２１が、中間層５の空隙Ｇと重なる部分に位置している。

このような空隙Ｇを形成することで、ヒステリシスを低減することができる。具体的には、本実施形態の圧力センサー１では、ダイアフラム２５がシリコンで構成され、配線部４２１、４４１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変化し、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ヒステリシスを引き起こすおそれがある。そこで、本実施形態のように、側壁部４Ａ（特に、配線部４２１、４４１）と基板２との間に空隙Ｇを形成し、配線部４２１、４４１の熱膨張により生じる応力を基板２に伝わり難くすることで、環境温度によるダイアフラムの内部応力の変化を低減し、ヒステリシスを低減することができる。

特に、前述したように、中間層５が有する複数の層のうちの１つの層（本実施形態では第１中間層５１）をギャップ層として用いることで、基板２と側壁部４Ａとの間に空隙Ｇを簡単に形成することができる。

なお、空隙Ｇの厚さとしては、特に限定されないが、例えば、０．０１μｍ以上、１μｍ以下程度であることが好ましい。これにより、空隙Ｇが過度に厚くなってしまうことを防止しつつ、空隙Ｇの効果を十分に発揮することができる。

以上、中間層５について説明したが、第１、第２、第３中間層５１、５２、５３の材料としては、特に限定されない。また、例えば、第３中間層５３を省略してもよい。

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を有する基板２を準備する準備工程と、基板２に圧力センサー部３を配置する圧力センサー部配置工程と、基板２上に中間層５を配置する中間層配置工程と、中間層５上に周囲構造体４を配置する周囲構造体配置工程と、空洞部Ｓを形成する空洞部形成工程と、空洞部Ｓを封止する封止工程と、ダイアフラム２５を形成するダイアフラム形成工程と、を有している。

［準備工程］
まず、図５に示すように、第１シリコン層２１、酸化シリコン層２２および第２シリコン層２３が積層してなるＳＯＩ基板からなる基板２を準備する。なお、この段階では、基板２にダイアフラム２５は、形成されていない。

［圧力センサー部配置工程］
次に、図６に示すように、基板２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。

［中間層配置工程］
次に、図７に示すように、基板２上に第１中間層５１、第２中間層５２および第３中間層５３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、中間層５が得られる。ここで、本工程完了時の状態では、第１中間層５１の内縁５１ａが、第２中間層５２の内縁５２ａと重なっているか、内縁５２ａよりも内側に位置している。すなわち、この段階では、第２中間層５２と基板２との間に空隙Ｇが形成されていない。このように、空隙Ｇを形成しないことで、この後の半導体プロセスを容易にかつ精度よく行うことが可能となる。なお、本実施形態では、第１中間層５１が枠状をなしておらず、ベタで配置されている。

［周囲構造体配置工程］
次に、図８に示すように、中間層５上に、層間絶縁膜４１、配線層４２、層間絶縁膜４３および配線層４４、表面保護膜４５をスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて順に形成する。これにより、基板２と被覆層４４４との間に、層間絶縁膜４１、４３の一部で形成され、空洞部Ｓを埋める犠牲層６が形成される。

［空洞部形成工程］
次に、図示しないレジストマスクで表面保護膜４５を保護した上で、基板２を例えばバッファードフッ酸等のエッチング液に晒す。これにより、図９に示すように、貫通孔４４５を介して犠牲層６がリリースエッチングされ、空洞部Ｓが形成される。また、これと同時に、第１中間層５１がサイドエッチングされることで、第１中間層５１の内縁５１ａが外側に移動し、第２中間層５２と基板２との間に空隙Ｇが形成される。

［封止工程］
次に、図１０に示すように、空洞部Ｓを真空状態とし、被覆層４４４上に封止層４６をスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて成膜し、封止層４６で空洞部Ｓを封止する。これにより、真空状態の空洞部Ｓが得られる。

［ダイアフラム形成工程］
次に、図１１に示すように、例えば、ドライエッチング（特に、シリコンディープエッチング）を用いて第１シリコン層２１をエッチングし、ダイアフラム形成領域２５０に下面に開放する凹部２６を形成する。さらに、図１２に示すように、例えば、ウェットエッチングを用いて凹部２６の底面に露出している酸化シリコン層２２を除去し、ダイアフラム２５を形成する。

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、圧力検出感度の低下を抑えつつ、小型化を図ることができる圧力センサー１を比較的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。
図１３は、本発明の第２実施形態に係る圧力センサーの断面図である。図１４ないし図１９は、それぞれ、図１３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。

本実施形態にかかる圧力センサーでは、主に、中間層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。

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。

図１３に示すように、本実施形態の中間層５は、枠状をなし、第２中間層５２と、第３中間層５３と、を有している。すなわち、本実施形態の中間層５は、前述した第１実施形態から第１中間層５１を省略した構成となっている。このような中間層５は、基板２の平面視で、基板２に支持されている枠状の支持部５Ａと、支持部５Ａの内側に位置し、基板２と空隙Ｇを隔てて対向配置されている枠状の離間部５Ｂと、支持部５Ａと離間部５Ｂとを連結する連結部５Ｃと、を有している。そして、離間部５Ｂ上に側壁部４Ａの内縁、すなわち、配線部４２１が位置している。このような中間層５の構成であっても、基板２と側壁部４Ａとの間の空隙Ｇを簡単に形成することができる。特に、本実施形態では、第３中間層５３が支持部５Ａ、連結部５Ｃおよび離間部５Ｂに跨って配置されているため、離間部５Ｂおよび連結部５Ｃの機械的強度を高めることができ、空隙Ｇをより確実に維持することができる。

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１実施形態と同様に、準備工程と、圧力センサー部配置工程と、中間層配置工程と、周囲構造体配置工程と、空洞部形成工程と、封止工程と、ダイアフラム形成工程と、を有している。

［準備工程］
本工程は、前述した第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

［圧力センサー部配置工程］
本工程は、前述した第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

［中間層配置工程］
まず、図１４に示すように、基板２の上面（一方の面）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６１を配置する。この犠牲層６１は、平面視でダイアフラム形成領域２５０の全域を内包し、かつ、ダイアフラム形成領域２５０よりも大きいサイズとする。この犠牲層６１は、スパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて成膜したシリコン酸化膜で構成することができる。

次に、図１５に示すように、基板２の上面に、枠状の中間層５をその内縁部５ａが犠牲層６１の外縁部６１ａと重なるように配置する。すなわち、中間層５を、基板２の上面と犠牲層６１の上面とに跨って配置する。これにより、中間層５の、基板２の上面に配置された部分で支持部５Ａが構成され、犠牲層６１上に配置された部分で離間部５Ｂが構成され、犠牲層６１の側面を跨ぐ部分で連結部５Ｃが構成される。このような中間層５は、例えば、基板２および犠牲層６１上に第２中間層５２および第３中間層５３をスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて順に成膜し、この膜をエッチングによりパターニングすることで形成することができる。

［周囲構造体配置工程］
次に、図１６に示すように、基板２および中間層５の内縁部上に、層間絶縁膜４１、配線層４２、層間絶縁膜４３および配線層４４、表面保護膜４５をスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて順に形成する。これにより、基板２および中間層５の内縁部上に、側壁部４Ａが配置されると共に、基板２と被覆層４４４との間に、空洞部Ｓを埋める犠牲層６２が形成される。

［空洞部形成工程］
次に、図示しないレジストマスクで表面保護膜４５を保護した上で、基板２を例えばバッファードフッ酸等のエッチング液に晒す。これにより、図１７に示すように、貫通孔４４５を介して犠牲層６２が除去され、空洞部Ｓが形成されると共に、犠牲層６１が除去されて、側壁部４Ａと基板２との間に空隙Ｇが形成される。

［封止工程］
次に、図１８に示すように、空洞部Ｓを真空状態とし、被覆層４４４上に封止層４６をスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて成膜し、封止層４６で空洞部Ｓを封止する。これにより、真空状態の空洞部Ｓが得られる。

［ダイアフラム形成工程］
次に、図１９に示すように、例えば、ドライエッチング（特に、シリコンディープエッチング）を用いて第１シリコン層２１をエッチングし、ダイアフラム形成領域２５０に下面に開放する凹部２６を形成する。さらに、例えば、ウェットエッチングを用いて凹部２６の底面に露出している酸化シリコン層２２を除去し、受圧により撓み変形するダイアフラム２５を形成する。

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、圧力検出感度の低下を抑えつつ、小型化を図ることができる圧力センサー１を比較的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。
図２０は、本発明の第３実施形態に係る圧力センサーの断面図である。

本実施形態にかかる圧力センサーでは、主に、基板と側壁部との間に空隙が形成されていないことと、ダイアフラム上に薄膜が配置されていること以外は、前述した第１実施形態の圧力センサーと同様である。

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。

図２０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を有する基板２と、ダイアフラム２５の上面（一方の面）側に配置されている圧力基準室としての空洞部Ｓと、基板２と共に空洞部Ｓを形成する周囲構造体４と、基板２と周囲構造体４との間に配置された中間層５と、ダイアフラム２５の上面に配置されているピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４を備える圧力センサー部３と、を有している。このような圧力センサー１では、前述した第１、第２実施形態とは異なり、側壁部４Ａと基板２との間に空隙Ｇが形成されていない。

また、中間層５に含まれる第１中間層５１は、ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４を覆うように、ダイアフラム２５上にも配置されている。すなわち、本実施形態の圧力センサー１では、ダイアフラム２５の上面（空洞部Ｓ側の面）上に第１中間層５１からなる１つの層が配置されている。このように、ダイアフラム２５上に配置される層が１層であれば、当該層を十分に薄くすることが可能である。そのため、第１中間層５１がダイアフラム２５の撓み易さを阻害することが低減され、ダイアフラム２５の撓み容易性を確保したまま、ダイアフラム２５を小型化することができる。よって、圧力検出感度の低下を抑えつつ、小型化を図ることができる圧力センサー１が得られる。

このような第１中間層５１としては、特に限定されないが、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）等を用いることが好ましい。シリコン酸化膜を用いれば、ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４の界面順位を安定化することができ、シリコン窒化膜を用いれば、ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４を水分から保護することができる。また、シリコン酸窒化膜を用いれば、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の双方の効果を共に発揮することができる。

また、第１中間層５１の厚さとしては、その構成材料等によっても異なるが、例えば、２０Å以上、１０００Å以下であることが好ましく、１００Å以上、５００Å以下であることがより好ましい。このような厚さとすることで、第１中間層５１の機能を十分に発揮させつつ、第１中間層５１を十分に薄くすることができ、第１中間層５１がダイアフラム２５の撓み易さを阻害することがより低減される。

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２１は、本発明の高度計の一例を示す斜視図である。同図に示す高度計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、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２２は、本発明の電子機器の一例を示す正面図である。同図に示す電子機器は、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、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２３は、本発明の移動体の一例を示す斜視図である。同図に示す移動体は、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には、ナビゲーションシステム３００（圧力センサー１）が内蔵されている。そのため、自動車４００は、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…基板、２１…第１シリコン層、２２…酸化シリコン層、２３…第２シリコン層、２５…ダイアフラム、２５ａ…外縁、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、４Ａ…側壁部、４Ｂ…蓋部、４１…層間絶縁膜、４２…配線層、４２１…配線部、４２９…信号配線部、４３…層間絶縁膜、４４…配線層、４４１…配線部、４４４…被覆層、４４５…貫通孔、４４９…信号配線部、４５…表面保護膜、４６…封止層、５…中間層、５Ａ…支持部、５Ｂ…離間部、５Ｃ…連結部、５ａ…内縁部、５１…第１中間層、５１ａ…内縁、５２…第２中間層、５２ａ…内縁、５３…第３中間層、６…犠牲層、６１…犠牲層、６１ａ…外縁部、６２…犠牲層、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、Ｇ…空隙、Ｓ…空洞部

Claims (10)

1. 受圧により撓み変形するダイアフラムを有する基板と、
   前記ダイアフラムの一方の面側に配置されている圧力基準室と、
   前記ダイアフラムの前記圧力基準室側の面に配置されているピエゾ抵抗素子と、を有し、
   前記基板の前記圧力基準室側の面が前記圧力基準室に臨んでいることを特徴とする圧力センサー。
2. 受圧により撓み変形するダイアフラムを有する基板と、
   前記ダイアフラムの一方の面側に配置されている圧力基準室と、
   前記ダイアフラムの前記圧力基準室側の面に配置されているピエゾ抵抗素子と、
   前記ダイアフラムの前記圧力基準室側の面上に配置されている１つの層と、を有していることを特徴とする圧力センサー。
3. 前記層の厚さは、２０Å以上、１０００Å以下である請求項２に記載の圧力センサー。
4. 前記基板の前記圧力基準室側の面側に、前記基板の平面視で、前記圧力基準室を囲むように配置されている枠状の側壁部と、
   前記側壁部と前記基板との間に位置し、前記側壁部と前記基板との間に空隙を形成している中間層と、を有している請求項１ないし３のいずれか１項に記載の圧力センサー。
5. 前記中間層は、第１中間層と、前記第１中間層の前記側壁部側の面に配置されている第２中間層と、を有し、
   前記第１中間層の内縁が、前記第２中間層の内縁よりも外側に位置することで前記空隙が形成されており、
   前記中間層の前記空隙と重なる部分に前記側壁部の内縁が位置している請求項４に記載の圧力センサー。
6. 前記基板の平面視で、
   前記中間層は、前記基板に支持されている枠状の支持部と、前記支持部の内側に位置し、前記基板と空隙を隔てて配置されている枠状の離間部と、前記支持部と前記離間部とを連結する連結部と、を有し、
   前記離間部上に前記側壁部の内縁が位置している請求項４に記載の圧力センサー。
7. ダイアフラム形成領域を有する基板を準備する工程と、
   前記基板の一方の面に、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、
   前記基板の前記一方の面に、枠状の中間層をその内縁部が前記犠牲層の外縁部と重なるように配置する工程と、
   前記中間層の前記内縁部上に枠状の側壁部を配置する工程と、
   前記犠牲層を除去して、前記基板と前記側壁部との間に空隙を形成する工程と、
   前記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。
8. 請求項１ないし６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。
9. 請求項１ないし６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。
10. 請求項１ないし６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。

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