JP2017227587A - 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】機械的強度を高め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】ダイアフラムを有する基板と、前記ダイアフラムの上側に配置された圧力基準室と、前記基板の上側に、前記圧力基準室の周囲を囲むように配置され、前記基板に接続された第１コンタクト部と、前記第１コンタクト部の周囲に配置された第１フランジ部と、を有する第１配線部と、前記第１配線部の上側に、前記圧力基準室の周囲を囲むように配置され、前記第１フランジ部と接続された第２コンタクト部を有する第２配線部と、前記第１フランジ部と前記基板との間に前記圧力基準室に臨んで位置し、前記第２コンタクト部と重なって配置された充填部と、を有することを特徴とする圧力センサー。
【選択図】図４

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基板と、基板上に配置された周囲構造体と、を有し、これらの間に圧力基準室が形成されている。また、圧力基準室の周囲には製造時のエッチングに対する耐性を有するガードリング（第１配線部および第２配線部）が設けられている。

特開２００８−１１４３５４号公報

このような構成の圧力センサーでは、ガードリングを構成する第１配線部（基板側の配線層）が基板に接続されたコンタクト部と、このコンタクト部の周囲に位置するフランジ部と、を有しており、フランジ部と基板との間に空隙が形成されている。このような空隙によって、周囲構造体の機械的強度が低下し、例えば、周囲構造体の天井部が潰れてダイアフラムに接触してしまったり、圧力基準室の真空破壊が起きてしまったりするおそれがある。

本発明の目的は、機械的強度を高め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、
前記基板の前記一方の面側に、前記基板の平面視で前記圧力基準室の周囲の少なくとも一部を囲むように配置され、前記基板に接続されている第１コンタクト部と、前記第１コンタクト部の周囲に配置されている第１フランジ部と、を有する第１配線部と、
前記第１配線部の前記基板と反対側に、前記基板の平面視で前記圧力基準室の周囲の少なくとも一部を囲むように配置され、前記第１フランジ部と接続される第２コンタクト部を有する第２配線部と、
前記第１フランジ部と前記基板との間に前記圧力基準室に臨んで位置し、前記基板の平面視で前記第２コンタクト部の少なくとも一部と重なって配置されている充填部と、を有することを特徴とする。
これにより、第１フランジ部および第２コンタクト部が充填部によって支えられるため、圧力センサーの機械的強度を高めることができる。

本発明の圧力センサーでは、前記充填部の前記圧力基準室に臨む面は、平面視で前記基板側が前記第１フランジ部側よりも前記ダイアフラムの中央部から遠位に位置するように、前記ダイアフラムの前記一方の面の法線方向に対して傾斜していることが好ましい。
これにより、ダイアフラムをより広く配置することができる。

本発明の圧力センサーでは、前記充填部は、前記基板の平面視で前記第２コンタクト部の一部と重なって配置されていることが好ましい。
これにより、ダイアフラムをより広く配置することができる。

本発明の圧力センサーでは、前記基板の平面視にて、前記ダイアフラムの外縁は、前記第１フランジ部の前記圧力基準室側の端部と、前記充填部の前記基板との接触部との間に位置していることが好ましい。
これにより、ダイアフラムをより広く配置することができる。

本発明の圧力センサーでは、前記充填部は、前記第１フランジ部の前記圧力基準室側の端部よりも前記圧力基準室の外側に位置していることが好ましい。
これにより、ダイアフラムをより広く配置することができる。

本発明の圧力センサーの製造方法は、基板の一方の面側に、犠牲層と、前記基板の平面視で前記犠牲層の周囲の少なくとも一部を囲むように配置され、前記基板に接続される第１コンタクト部および前記犠牲層上に位置し前記第１コンタクト部の周囲に配置される第１フランジ部を有する第１配線部と、前記第１配線部上に前記基板の平面視で前記犠牲層の周囲の少なくとも一部を囲むように配置され、前記第１フランジ部と接続される第２コンタクト部を有する第２配線部と、を配置する工程と、
前記犠牲層を、前記第１フランジ部と前記基板との間に位置し前記基板の平面視で前記第２コンタクト部と重なる部分の少なくとも一部を残してエッチングにより除去することで圧力基準室を形成すると共に、残った前記犠牲層で充填部を形成する工程と、を有し、
前記犠牲層を配置する工程では、前記犠牲層を、前記エッチング時に除去される部分のエッチングレートが前記エッチング時に残される部分のエッチングレートよりも高くなるように形成することを特徴とする。
これにより、高い機械的強度を有する圧力センサーを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、前記エッチングで除去される部分および前記エッチングで残される部分の少なくとも一方を改質することで、前記エッチングで除去される部分のエッチングレートを前記エッチングで残される部分のエッチングレートよりも高くすることが好ましい。
これにより、簡単に充填部を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では、前記エッチングで除去される部分および前記エッチングで残される部分をエッチングレートの異なる材料で形成することで、前記エッチングで除去される部分のエッチングレートを前記エッチングで残される部分のエッチングレートよりも高くすることが好ましい。
これにより、簡単に充填部を形成することができる。

本発明の高度計は、本発明の圧力センサーを有す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有す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有す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センサー部を示す平面図である。 図２に示す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が有するガードリング付近の拡大断面図である。 図１に示す圧力センサーの変形例を示す拡大断面図である。 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断面図である。 図１に示す圧力センサーの別の製造方法を説明する断面図である。 図１に示す圧力センサーの別の製造方法を説明する断面図である。 図１に示す圧力センサーの別の製造方法を説明する断面図である。 図１に示す圧力センサーの別の製造方法を説明する断面図である。 図１に示す圧力センサーの別の製造方法を説明する断面図である。 本発明の第２実施形態に係る圧力センサーの拡大断面図である。 図２０に示す圧力センサーの製造方法を示す断面図である。 図２０に示す圧力センサーの製造方法を示す断面図である。 図２０に示す圧力センサーの製造方法を示す断面図である。 図２０に示す圧力センサーの製造方法を示す断面図である。 図２０に示す圧力センサーの製造方法を示す断面図である。 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センサー部を示す平面図である。図３は、図２に示す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が有するガードリング付近の拡大断面図である。図５は、図１に示す圧力センサーの変形例を示す拡大断面図である。図６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７ないし図１４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断面図である。図１５ないし図１９は、それぞれ、図１に示す圧力センサーの別の製造方法を説明する断面図である。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４に示すように、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の一方の面側（上側）に配置されている圧力基準室Ｓと、基板２の一方の面側（上側）に、基板２の平面視（基板２の一方の面の法線方向から見た平面視）で圧力基準室Ｓの周囲の少なくとも一部を囲むように配置され、基板２に接続されている第１コンタクト部４２２と、第１コンタクト部４２２の周囲に配置されている第１フランジ部４２３と、を有する第１配線部としてのガードリング４２１と、ガードリング４２１の基板２と反対側に、基板２の平面視で圧力基準室Ｓの周囲の少なくとも一部を囲むように配置され、第１フランジ部４２３と接続される第２コンタクト部４４２を有する第２配線部としてのガードリング４４１と、第１フランジ部４２３と基板２との間に圧力基準室Ｓに臨んで位置し、基板２の平面視で第２コンタクト部４４２の少なくとも一部と重なって配置されている充填部５と、を有している。このような構成の圧力センサー１によれば、充填部５によって第１フランジ部４２３および第２コンタクト部４４２を支えることができるため、圧力センサー１（特に周囲構造体４）の機械的強度を高めることができ、信頼性の向上に寄与する。

以下、このような特徴を有する圧力センサー１について詳細に説明する。図１に示すように、圧力センサー１は、主に、基板２と、センサー部３と、周囲構造体４と、圧力基準室Ｓと、充填部５と、を有している。

［基板］
図１に示すように、基板２は、半導体基板２１と、半導体基板２１上に配置された絶縁層２２と、を有している。半導体基板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、を有するＳＯＩ基板で構成されている。なお、半導体基板２１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もできる。

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。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の下面が圧力を受ける受圧面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、１．０μｍ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。

絶縁層２２は、半導体基板２１の上面に配置され、酸化シリコンで構成された第１絶縁層２２１と、第１絶縁層２２１の上面に配置され、窒化シリコンで構成された第２絶縁層２２２と、を有している。このように、酸化シリコンで構成された第１絶縁層２２１を配置することで、センサー部３が有する後述するピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４の界面準位を低減してノイズの発生を抑制することができ、その上に窒化シリコンで構成された第２絶縁層２２２を配置することで、センサー部３を水分の侵入や埃から保護することができる。なお、絶縁層２２の構成としては、特に限定されない。例えば、第１、第２絶縁層２２１、２２２の材料は、特に限定されないし、第１、第２絶縁層２２１、２２２の少なくとも１層を省略してもよいし、第２絶縁層２２２上に、少なくとも１つの層（例えば、ポリシリコンの膜）を追加してもよい。

以上、基板２について説明した。なお、このような基板２では、半導体基板２１にセンサー部３と電気的に接続される半導体回路（ＭＯＳトランジスタ、キャパシタ、インダクタ、抵抗、ダイオードトランジスタ等の回路要素）が作り込まれていてもよい。

［センサー部］
図２に示すように、センサー部３は、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と、これらに電気的に接続された配線３５と、を有している。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。なお、ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４は、それぞれ、例えば、基板２（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、基板２（第２シリコン層２１３）に、ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、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。

［圧力基準室］
図１に示すように、圧力基準室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。このような圧力基準室Ｓは、密閉された空間（空洞）であり、圧力センサー１が検出する圧力の基準値となる。また、圧力基準室Ｓは、ダイアフラム２５の上方（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。圧力基準室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、圧力基準室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］
図１に示すように、基板２と共に圧力基準室Ｓを画成する周囲構造体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、基板２の平面視で、圧力基準室Ｓを囲んで配置された枠状のガードリング４２１と、ガードリング４２１の外側に位置し、センサー部３の配線３５と接続されている配線部４２９と、を有している。同様に、配線層４４は、基板２の平面視で、圧力基準室Ｓを囲んで配置された枠状のガードリング４４１と、ガードリング４４１の外側に位置し、配線部４２９と電気的に接続された配線部４４９と、を有している。ガードリング４２１、４４１は、後述する製造方法でも説明するように、圧力基準室Ｓを埋める犠牲層Ｘをエッチング除去する際のストッパーとして機能する。また、配線部４２９、４４９は、センサー部３を周囲構造体４の上面に引き出す機能を有する。

図４は、ガードリング４２１、４４１の拡大図である。同図に示すように、ガードリング４２１は、層間絶縁膜４１を貫通して設けられ、基板２と接続された凹状の第１コンタクト部４２２と、層間絶縁膜４１上に設けられ、第１コンタクト部４２２の周囲に配置された第１フランジ部４２３と、を有している。第１コンタクト部４２２は、基板２の平面視で、圧力基準室Ｓを囲む枠状をなしている（図２参照）。なお、以下では、第１フランジ部４２３の内側（圧力基準室Ｓ側）の部分を「内側部４２３ａ」とも言い、外側の部分を「外側部４２３ｂ」とも言う。

一方、ガードリング４４１は、層間絶縁膜４３を貫通して設けられ、ガードリング４２１と接続された凹状の２つの第２コンタクト部４４２と、層間絶縁膜４３上に設けられ、第２コンタクト部４４２の周囲に配置された第２フランジ部４４３と、を有している。２つの第２コンタクト部４４２は、基板２の平面視で、圧力基準室Ｓを囲む枠状をなし、圧力基準室Ｓから離間する方向に並んで同心的に設けられている。なお、以下では、内側（圧力基準室Ｓ側）に位置する第２コンタクト部４４２を「第２コンタクト部４４２’」とも言い、第２コンタクト部４４２’の外側に位置する第２コンタクト部４４２を「第２コンタクト部４４２”」とも言う。

第２コンタクト部４４２’は、第１フランジ部４２３の内側部４２３ａ上に位置し、内側部４２３ａと接続されている。一方、第２コンタクト部４４２”は、第１フランジ部４２３の外側部４２３ｂ上に位置し、外側部４２３ｂと接続されている。そのため、基板２の平面視にて、圧力基準室Ｓ側から、第２コンタクト部４４２’、第１コンタクト部４２２、第２コンタクト部４４２”がこの順に並んで配置されている。また、ガードリング４４１の２つの第２コンタクト部４４２’、４４２”の間の領域には層間絶縁膜４３が配置（充填）されている。この層間絶縁膜４３は、ガードリング４４１を補強する補強部４３０としても機能する。特に、補強部４３０の全域がガードリング４２１、４４１によって液密的に覆われているため、前述したリリースエッチング工程の際にエッチング液と触れることがなく、エッチングによるダメージを受けることがない。したがって、補強部４３０としての効果をより確実に発揮することができる。

また、前述したように、基板２の平面視で、第１コンタクト部４２２を間に挟んで２つの第２コンタクト部４４２’、４４２”が配置されているため、第２コンタクト部４４２’、４４２”を十分に離間させて配置することができる。そのため、補強部４３０を比較的大きくすることができ、補強部４３０による補強効果を高めることができる。また、第２コンタクト部４４２”が第１フランジ部４２３に接続されているため、例えば、第２コンタクト部４４２”が第１コンタクト部４２２に接続されている場合と比較して、第２コンタクト部４４２”の深さを浅くすることができる。そのため、第２コンタクト部４４２”上に成膜される封止層４６のステップカバレッジ（段差被覆性）が良好となり、周囲構造体４の機械的強度や圧力基準室Ｓの気密性をより確実に維持することができる。

配線層４４は、さらに、圧力基準室Ｓの天井に位置し、ガードリング４４１から延出して設けられた被覆層４４４を有している。また、被覆層４４４には圧力基準室Ｓの内外を連通する複数の貫通孔４４５が設けられている。後述する製造方法でも説明するように、複数の貫通孔４４５は、圧力基準室Ｓにエッチング液を侵入させるためのリリースエッチング用の孔である。このような被覆層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、圧力基準室Ｓが気密的な空間となっている。

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。

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。

以上、周囲構造体４について説明した。なお、周囲構造体４の構成としては、本実施形態の構成に限定されず、例えば、配線層や層間絶縁膜を３層以上有する構成となっていてもよい。また、本実施形態では、ガードリング４２１、４４１が、基板２の平面視で圧力基準室Ｓを囲む枠状をなしているが、ガードリング４２１、４４１は、基板２の平面視で圧力基準室Ｓの少なくとも一部を囲むように配置されていればよい。

［充填部］
図４に示すように、充填部５は、第１フランジ部４２３と基板２との間に圧力基準室Ｓに臨んで位置している。本実施形態では、このような充填部５は、層間絶縁膜４１により構成され、層間絶縁膜４１と一括形成されている。このように、層間絶縁膜４１で充填部５を構成することで、充填部５の形成が容易となる。また、充填部５は、基板２の平面視で第２コンタクト部４４２’（特に、凹状の底部に当たる部位で、第１フランジ部４２３と接触している部分）と重なって配置されている。充填部５をこのように配置することで、充填部５によって第１フランジ部４２３および第２コンタクト部４４２’を下方から支えることができる。そのため、周囲構造体４の機械的強度を高めることができ、例えば、被覆層４４４が撓んでダイアフラム２５に接触してしまったり、周囲構造体４にクラック等が発生して圧力基準室Ｓの真空度が低下または真空崩壊が生じたり、ガードリング４２１、４４１にクラックが発生してエッチング液が周囲構造体４内に滲み出したりする可能性を低減することができ、信頼性の向上に寄与する。

特に、本実施形態では、充填部５は、基板２の平面視で第２コンタクト部４４２の一部（外側の部分）と重なって配置されており、第２コンタクト部４４２の内側の部分とは重なっていない。また、充填部５は、第１フランジ部４２３の内側（圧力基準室Ｓ側）の端部４２３１よりも圧力基準室Ｓの外側に位置している。充填部５をこのように配置することで、充填部５をなるべくダイアフラム２５の中心から遠ざけることができる。そのため、例えば、ガードリング４２１、４４１のサイズが同じ場合において、ダイアフラム２５をより広く形成することができる。ダイアフラム２５を広く形成することで、ダイアフラム２５がより撓み易くなるため、その分、圧力検知精度が向上する。ただし、充填部５は、基板２の平面視で第２コンタクト部４４２（凹状の底部に当たる部位であり、第１フランジ部４２３と接触している部分）の少なくとも一部と重なって配置されていればよいため、図５に示すように、第２コンタクト部４４２の全域と重なって配置されていてもよい。

また、充填部５の圧力基準室Ｓに臨む面５１は、基板２の平面視で、下側（基板２側）が上側（第１フランジ部４２３側）よりもダイアフラム２５の中央部から遠位に位置するように、ダイアフラム２５の上面（一方の面）の法線方向Ｚに対して傾斜している。充填部５をこのように配置することで、面５１の下端（基板２との接触部）をなるべくダイアフラム２５の中心から遠ざけることができる。そのため、例えば、ガードリング４２１、４４１のサイズが同じ場合において、ダイアフラム２５をより広く形成することができる。ダイアフラム２５を広く形成することで、ダイアフラム２５がより撓み易くなるため、その分、圧力検知精度が向上する。ただし、面５１は、法線方向Ｚとほぼ一致していてもよいし、本実施形態とは逆向きに傾斜していてもよい。

また、図４に示すように、基板２の平面視にて、ダイアフラム２５の外縁２５２は、第１フランジ部４２３の内側（圧力基準室Ｓ側）の端部４２３１と、充填部５の基板２との接触部（充填部５の下面）との間に位置している。このような構成とすることで、ダイアフラム２５をなるべく広くすることができ、ダイアフラム２５がより撓み易くなるため、その分、圧力検知精度が向上する。ただし、ダイアフラム２５の外縁２５２の位置としては、これに限定されず、例えば、第１フランジ部４２３の端部４２３１よりも内側に位置していてもよい。

以上、圧力センサー１の構成について詳細に説明した。次に、圧力センサー１の製造方法について説明する。図６に示すように、圧力センサー１の製造方法は、基板２の上側（一方の面側）に、犠牲層Ｘと、基板２の平面視で犠牲層Ｘの周囲の少なくとも一部を囲むように配置され、基板２に接続される第１コンタクト部４２２および犠牲層Ｘ上に位置し第１コンタクト部４２２の周囲に配置される第１フランジ部４２３を有する第１配線部としてのガードリング４２１と、ガードリング４２１上に基板２の平面視で犠牲層Ｘの周囲の少なくとも一部を囲むように配置され、第１フランジ部４２３と接続される第２コンタクト部４４２を有する第２配線部としてのガードリング４４１と、を配置する第１工程と、犠牲層Ｘを、第１フランジ部４２３と基板２との間に位置し基板２の平面視で第２コンタクト部４４２と重なる部分の少なくとも一部を残してエッチングにより除去することで圧力基準室Ｓを形成すると共に、残った犠牲層Ｘで充填部５を形成する第２工程と、を有し、第１工程（犠牲層Ｘを配置する工程）では、犠牲層Ｘを、エッチング時に除去される部分のエッチングレートがエッチング時に残される部分のエッチングレートよりも高くなるように形成するようになっている。このような製造方法によれば、上述したような機械的強度の高い圧力センサー１を比較的簡単に製造することができる。以下、このような製造方法について詳細に説明する。

［第１工程］
まず、図７に示すように、凹部２６が形成されていない半導体基板２１を用意し、半導体基板２１にセンサー部３を形成し、さらに、半導体基板２１上に第１、第２絶縁層２２１、２２２を成膜する。これにより、ダイアフラム２５が形成されていない基板２が得られる。

次に、図８に示すように、基板２上に、層間絶縁膜４１および配線層４２を順に配置する。次に、図９に示すように、層間絶縁膜４１の第１フランジ部４２３の端部４２３１よりも内側の部分を除去して貫通孔４１０を形成し、さらに、貫通孔４１０内にＳＯＧ（Ｓｐｉｎ ｏｎ Ｇｌａｓｓ：塗布ガラス）を塗布する。なお、ＳＯＧの側方、すなわち第１フランジ部４２３と基板２との間には層間絶縁膜４１が残っている。次に、図１０に示すように、これらの上に層間絶縁膜４３、配線層４４および表面保護膜４５を順に形成する。この状態では、ガードリング４２１、４４１に囲まれた部分（圧力基準室Ｓとなる部分）に犠牲層Ｘが配置されている。

［第２工程］
次に、図１１に示すように、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、ウェットエッチングによって貫通孔４４５を介して犠牲層Ｘの一部（層間絶縁膜４３）を除去する。次に、残りの犠牲層Ｘ（ＳＯＧ）を除去する。ここで、本工程において用いるエッチング液に対して、ＳＯＧは、層間絶縁膜４１（酸化シリコン）よりもエッチングレートが高くなっており、層間絶縁膜４１よりも速やかに除去される。そのため、図１２に示すように、層間絶縁膜４１の少なくとも一部を残存させることができ、この部分で充填部５を構成することができる。以上により、圧力基準室Ｓおよび充填部５が形成される。なお、この際、ガードリング４２１、４４１は、エッチングのストッパーとして機能する。

このように、エッチングで除去される部分およびエッチングで残される部分をエッチングレートの異なる材料（ＳＯＧとＳｉＯ_２）で形成し、エッチングで除去される部分のエッチングレートをエッチングで残される部分のエッチングレートよりも高くすることで、より確実かつ簡単に、充填部５を形成することができる。なお、貫通孔４１０に充填する材料としては、層間絶縁膜４１よりも高いエッチングレートであればＳＯＧに限定されない。

次に、図１３に示すように、圧力基準室Ｓを真空状態とした状態で、封止層４６を成膜して圧力基準室Ｓを封止する。以上により、周囲構造体４が形成される。次に、図１４に示すように、基板２の下面に、ドライエッチングによって凹部２６を形成してダイアフラム２５を形成する。凹部２６は、例えば、シリコンディープエッチング装置を用いて形成することができる。

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、半導体プロセスを用いて圧力センサー１を製造することができるため、機械的強度の高い圧力センサー１を比較的簡単に製造することができる。

次に、圧力センサー１の別の製造方法について説明する。なお、以下では、上述した製造方法と異なる部分について主に説明し、同様の部分についてはその説明を省略または簡略化する。

［第１工程］
まず、前述の図８と同様に、センサー部３が形成された基板２上に層間絶縁膜４１および配線層４２を順に配置する。次に、図１５に示すように、層間絶縁膜４１の第１フランジ部４２３の端部４２３１よりも内側の部分にＡｒ^＋（アルゴンイオン）等のイオンを注入し、当該部分を改質（変質）して改質部４１’を形成する。なお、改質部４１’の側方、すなわち第１フランジ部４２３と基板２との間には改質されていない層間絶縁膜４１が残っている。次に、図１６に示すように、これらの上に層間絶縁膜４３、配線層４４および表面保護膜４５を順に形成する。この状態では、ガードリング４２１、４４１に囲まれた部分に犠牲層Ｘが配置されている。

［第２工程］
次に、図１７に示すように、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、ウェットエッチングによって貫通孔４４５を介して犠牲層Ｘの一部（層間絶縁膜４３）を除去する。次に、残りの犠牲層Ｘ（改質部４１’）を除去する。ここで、本工程において用いるエッチング液に対して、改質部４１’は、改質されていない層間絶縁膜４１（酸化シリコン）よりもエッチングレートが高くなっており、改質されていない層間絶縁膜４１よりも速やかに除去される。そのため、図１８に示すように、層間絶縁膜４１の少なくとも一部を残存させることができ、この部分で充填部５を構成することができる。以上により、圧力基準室Ｓおよび充填部５が形成される。

このように、エッチングで除去される部分およびエッチングで残される部分の少なくとも一方を改質し、エッチングで除去される部分のエッチングレートをエッチングで残される部分のエッチングレートよりも高くすることで、より確実かつ簡単に、充填部５を形成することができる。なお、本実施形態では、エッチングで除去される部分を改質しているが、反対に、エッチングで残す部分を改質することで、エッチングで除去される部分のエッチングレートをエッチングで残される部分のエッチングレートよりも高くしてもよいし、エッチングで除去される部分および残される部分の両方を改質することで、エッチングで除去される部分のエッチングレートをエッチングで残される部分のエッチングレートよりも高くしてもよい。ただし、本実施形態の構成では、改質時においてエッチングで除去される部分がガードリング４２１の内側に露出しているため、イオン注入し易く、当該部分を改質する方が製造的に容易である。

次に、図１９に示すように、圧力基準室Ｓを真空状態とした状態で、封止層４６を成膜して圧力基準室Ｓを封止し、その後、基板２にダイアフラム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、半導体プロセスを用いて圧力センサー１を製造することができるため、機械的強度の高い圧力センサー１を比較的簡単に製造することができる。

＜第２実施形態＞
図２０は、本発明の第２実施形態に係る圧力センサーの拡大断面図である。図２１ないし図２５は、それぞれ、図２０に示す圧力センサーの製造方法を示す断面図である。

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。

本発明の第２実施形態に係る圧力センサーは、充填部の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。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。

本実施形態の圧力センサー１では、充填部５は、層間絶縁膜４１とは別の材料で構成されている。すなわち、充填部５は、層間絶縁膜４１から一括形成されていない。このような構成とすることで、充填部５の材料の選択肢が増え、例えば、充填部５をより硬質にすることができる。また、充填部の面５１は、法線方向Ｚにほぼ一致している。

また、本実施形態では、充填部５は、第１コンタクト部４２２の内側（圧力基準室Ｓ内）のみならず、第１コンタクト部４２２の外側（圧力基準室Ｓ外）にも配置され、充填部５によって第１コンタクト部４２２が挟まれている。また、外側の充填部５は、基板２の平面視で、第２コンタクト部４４２”の少なくとも一部と重なっている。

このような充填部５の材料としては特に限定されないが、例えば、層間絶縁膜４１が酸化シリコン（ＳｉＯ_２）で構成されている場合には、窒化シリコン（ＳｉＮ）で構成することができる。

次に、本実施形態の圧力センサー１の製造方法について説明する。なお、以下では、前述した第１実施形態で説明した製造方法（初めに説明した製造方法）と異なる部分について主に説明し、同様の部分についてはその説明を省略または簡略化する。

［第１工程］
まず、図２１に示すように、センサー部３が形成された基板２上に層間絶縁膜４１を配置し、層間絶縁膜４１のコンタクト部（ガードリング４２１および配線部４２９のコンタクト部）を配置する領域に貫通孔を形成する。この際、ガードリング４２１のコンタクト部（すなわち、第１コンタクト部４２２）に対応する貫通孔を第１コンタクト部４２２よりも大きく形成する。次に、図２２に示すように、第１コンタクト部４２２に対応する貫通孔内に、充填部５を充填（配置）する。なお、充填部５は、用いられるエッチング液に対して、層間絶縁膜４１よりも低いエッチングレートを有している。

次に、図２３に示すように、充填部５に貫通孔を形成した後、層間絶縁膜４１および充填部５上に配線層４２、層間絶縁膜４３、配線層４４および表面保護膜４５を順に形成する。この状態では、ガードリング４２１、４４１に囲まれた部分に犠牲層Ｘが配置されている。

［第２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、ウェットエッチングによって貫通孔４４５を介して犠牲層Ｘを除去する。ここで、前述したように、層間絶縁膜４１は、充填部５よりもエッチングレートが高くなっており、充填部５よりも速やかに除去される。そのため、図２４に示すように、充填部５の少なくとも一部を残存させることができる。以上により、圧力基準室Ｓおよび充填部５が形成される。

このように、エッチングで除去される部分およびエッチングで残される部分をエッチングレートの異なる材料で形成し、エッチングで除去される部分のエッチングレートをエッチングで残される部分のエッチングレートよりも高くすることで、より確実かつ簡単に、充填部５を形成することができる。なお、充填部５の材料は、層間絶縁膜４１よりも低いエッチングレートであれば、特に限定されない。

次に、図２５に示すように、圧力基準室Ｓを真空状態とした状態で、封止層４６を成膜して圧力基準室Ｓを封止し、その後、基板２にダイアフラム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、半導体プロセスを用いて圧力センサー１を製造することができるため、機械的強度の高い圧力センサー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実施形態に係る高度計について説明する。

図２６は、本発明の高度計の一例を示す斜視図である。図２６に示すように、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または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、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、上述した圧力センサー１の効果を享受でき、高い信頼性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実施形態に係る電子機器について説明する。

図２７は、本発明の電子機器の一例を示す正面図である。本実施形態の電子機器は、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。図２７に示すように、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によれば、取得した位置情報に加えて高度情報を取得することができる。例えば、一般道路と位置情報上は略同一の位置を示す高架道路を走行する場合、高度情報を持たない場合には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ナビゲーションシステムでは判断できず、優先情報として一般道路の情報を使用者に提供してしまっていた。

そこで、ナビゲーションシステム３００に圧力センサー１を搭載し、高度情報を圧力センサー１によって取得することで、一般道路から高架道路へ進入することによる高度変化を検出することができ、高架道路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、上述した圧力センサー１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。

なお、本発明の電子機器は、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５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係る移動体について説明する。

図２８は、本発明の移動体の一例を示す斜視図である。本実施形態の移動体は、圧力センサー１を備えた自動車４００である。図２８に示すように、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。

このような自動車４００は、圧力センサー１を備えているため、上述した圧力センサー１の効果を享受でき、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。

１…圧力センサー、２…基板、２１…半導体基板、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…絶縁層、２２１…第１絶縁層、２２２…第２絶縁層、２５…ダイアフラム、２５１…受圧面、２５２…外縁、２６…凹部、３…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…層間絶縁膜、４１’…改質部、４１０…貫通孔、４２…配線層、４２１…ガードリング、４２２…第１コンタクト部、４２３…第１フランジ部、４２３ａ…内側部、４２３ｂ…外側部、４２３１…端部、４２９…配線部、４３…層間絶縁膜、４３０…補強部、４４…配線層、４４１…ガードリング、４４２、４４２’、４４２”…第２コンタクト部、４４３…第２フランジ部、４４４…被覆層、４４５…貫通孔、４４９…配線部、４５…表面保護膜、４６…封止層、５…充填部、５１…面、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、Ｓ…圧力基準室、ＳＯＧ…塗布ガラス、Ｘ…犠牲層、Ｚ…法線方向

Claims (11)

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、
   前記基板の前記一方の面側に、前記基板の平面視で前記圧力基準室の周囲の少なくとも一部を囲むように配置され、前記基板に接続されている第１コンタクト部と、前記第１コンタクト部の周囲に配置されている第１フランジ部と、を有する第１配線部と、
   前記第１配線部の前記基板と反対側に、前記基板の平面視で前記圧力基準室の周囲の少なくとも一部を囲むように配置され、前記第１フランジ部と接続される第２コンタクト部を有する第２配線部と、
   前記第１フランジ部と前記基板との間に前記圧力基準室に臨んで位置し、前記基板の平面視で前記第２コンタクト部の少なくとも一部と重なって配置されている充填部と、を有することを特徴とする圧力センサー。
2. 前記充填部の前記圧力基準室に臨む面は、平面視で前記基板側が前記第１フランジ部側よりも前記ダイアフラムの中央部から遠位に位置するように、前記ダイアフラムの前記一方の面の法線方向に対して傾斜している請求項１に記載の圧力センサー。
3. 前記充填部は、前記基板の平面視で前記第２コンタクト部の一部と重なって配置されている請求項１に記載の圧力センサー。
4. 前記基板の平面視にて、前記ダイアフラムの外縁は、前記第１フランジ部の前記圧力基準室側の端部と、前記充填部の前記基板との接触部との間に位置している請求項１ないし３のいずれか１項に記載の圧力センサー。
5. 前記充填部は、前記第１フランジ部の前記圧力基準室側の端部よりも前記圧力基準室の外側に位置している請求項１ないし４のいずれか１項に記載の圧力センサー。
6. 基板の一方の面側に、犠牲層と、前記基板の平面視で前記犠牲層の周囲の少なくとも一部を囲むように配置され、前記基板に接続される第１コンタクト部および前記犠牲層上に位置し前記第１コンタクト部の周囲に配置される第１フランジ部を有する第１配線部と、前記第１配線部上に前記基板の平面視で前記犠牲層の周囲の少なくとも一部を囲むように配置され、前記第１フランジ部と接続される第２コンタクト部を有する第２配線部と、を配置する工程と、
   前記犠牲層を、前記第１フランジ部と前記基板との間に位置し前記基板の平面視で前記第２コンタクト部と重なる部分の少なくとも一部を残してエッチングにより除去することで圧力基準室を形成すると共に、残った前記犠牲層で充填部を形成する工程と、を有し、
   前記犠牲層を配置する工程では、前記犠牲層を、前記エッチング時に除去される部分のエッチングレートが前記エッチング時に残される部分のエッチングレートよりも高くなるように形成することを特徴とする圧力センサーの製造方法。
7. 前記エッチングで除去される部分および前記エッチングで残される部分の少なくとも一方を改質することで、前記エッチングで除去される部分のエッチングレートを前記エッチングで残される部分のエッチングレートよりも高くする請求項６に記載の圧力センサーの製造方法。
8. 前記エッチングで除去される部分および前記エッチングで残される部分をエッチングレートの異なる材料で形成することで、前記エッチングで除去される部分のエッチングレートを前記エッチングで残される部分のエッチングレートよりも高くする請求項６に記載の圧力センサーの製造方法。
9. 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有することを特徴とする高度計。
10. 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有することを特徴とする電子機器。
11. 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有することを特徴とする移動体。

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