JP2018100882A - Pressure sensor, method for manufacturing pressure sensor, pressure sensor module, electronic apparatus, and mobile body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、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に関するものである。 The present invention relates to a pressure sensor, a pressure sensor manufacturing method, a pressure sensor module, an electronic device, and a moving body.
従来から、圧力センサーとして、例えば、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と、ダイアフラム上に形成されたピエゾ抵抗素子と、を有し、ダイアフラムの撓みに基づいてピエゾ抵抗素子の抵抗値が変化することを利用して、圧力を検出するように構成されている。
Conventionally, for example, a configuration described in
また、特許文献1の圧力センサーでは、ピエゾ抵抗素子を含む回路部分を保護するために、ダイアフラムの上面にシリコン酸化膜(SiO2膜)からなる保護膜が成膜されている。しかしながら、シリコン酸化膜は、水分、ガス等が通過し易く、シリコン酸化膜を通過した成分(水分、ガス等)によって、回路部分等が反応劣化することで、圧力センサーの信頼性が低下してしまう。また、この劣化を抑制するため、保護膜をより厚くした場合には、ダイアフラムが撓み難くなり、圧力検出感度が低下してしまう。
In the pressure sensor disclosed in
本発明の目的は、圧力検出感度が高く、かつ、信頼性の低下を抑制することのできる圧力センサー、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を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a pressure sensor, a pressure sensor manufacturing method, a pressure sensor module, an electronic apparatus, and a moving body that have high pressure detection sensitivity and can suppress a decrease in reliability.
このような目的は、下記の本発明により達成される。 Such an object is achieved by the present invention described below.
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と、
前記ダイアフラムに設けられているセンサー部と、
前記ダイアフラムの一方の面側に設けられている第1シリコン窒化膜と、を有し、
前記第1シリコン窒化膜の水素含有量は、10原子%以下であることを特徴とする。
これにより、より緻密な第1シリコン窒化膜が得られる。そのため、ピンホールが生じ難く、第1シリコン窒化膜のバリア機能をより高めることができる。よって、センサー部を水分、ガス等からより効果的に保護することができ、信頼性の高い圧力センサーとなる(圧力センサーの信頼性の低下を抑制することができる)。また、第1シリコン窒化膜を薄くすることができるため、圧力検出感度を高めることができる。
The pressure sensor of the present invention includes a diaphragm that bends and deforms by receiving pressure,
A sensor provided in the diaphragm;
A first silicon nitride film provided on one surface side of the diaphragm,
The hydrogen content of the first silicon nitride film is 10 atomic% or less.
Thereby, a denser first silicon nitride film is obtained. Therefore, pinholes are hardly generated, and the barrier function of the first silicon nitride film can be further enhanced. Therefore, the sensor unit can be more effectively protected from moisture, gas, and the like, and the pressure sensor is highly reliable (deterioration of the pressure sensor reliability can be suppressed). Further, since the first silicon nitride film can be made thin, the pressure detection sensitivity can be increased.
本発明の圧力センサーでは、前記センサー部と電気的に接続されている配線と、
前記配線の少なくとも一部を覆う第2シリコン窒化膜と、を有することが好ましい。
これにより、第2シリコン窒化膜によって、配線を水分等から保護することができる。
In the pressure sensor of the present invention, wiring electrically connected to the sensor unit,
And a second silicon nitride film covering at least a part of the wiring.
Thereby, the wiring can be protected from moisture or the like by the second silicon nitride film.
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と、
前記ダイアフラムに設けられているセンサー部と、
前記ダイアフラムの一方の面側に設けられている第1シリコン窒化膜と、
前記センサー部と電気的に接続されている配線と、
前記配線の少なくとも一部を覆う第2シリコン窒化膜と、を有し、
前記第1シリコン窒化膜の水素含有量は、前記第2シリコン窒化膜の水素含有量よりも低いことを特徴とする。
これにより、より緻密な第1シリコン窒化膜が得られる。そのため、ピンホールが生じ難く、第1シリコン窒化膜のバリア機能をより高めることができる。よって、センサー部を水分、ガス等からより効果的に保護することができ、信頼性の高い圧力センサーとなる(圧力センサー1の信頼性の低下を抑制することができる)。また、第1シリコン窒化膜および第2シリコン窒化膜をそれぞれより容易に成膜することができる。
The pressure sensor of the present invention includes a diaphragm that bends and deforms by receiving pressure,
A sensor provided in the diaphragm;
A first silicon nitride film provided on one surface side of the diaphragm;
Wiring electrically connected to the sensor unit;
A second silicon nitride film covering at least a part of the wiring,
The hydrogen content of the first silicon nitride film is lower than the hydrogen content of the second silicon nitride film.
Thereby, a denser first silicon nitride film is obtained. Therefore, pinholes are hardly generated, and the barrier function of the first silicon nitride film can be further enhanced. Therefore, the sensor unit can be more effectively protected from moisture, gas, and the like, and the pressure sensor is highly reliable (deterioration of the reliability of the
本発明の圧力センサーでは、前記第1シリコン窒化膜の水素含有量は、10原子%以下であることが好ましい。
これにより、第1シリコン窒化膜のバリア機能をより高めることができる。よって、センサー部を水分、ガス等からより効果的に保護することができる。
In the pressure sensor of the present invention, the hydrogen content of the first silicon nitride film is preferably 10 atomic% or less.
Thereby, the barrier function of the first silicon nitride film can be further enhanced. Therefore, the sensor unit can be more effectively protected from moisture, gas, and the like.
本発明の圧力センサーでは、前記第1シリコン窒化膜と前記ダイアフラムとの間に設けられているシリコン酸化膜を有していることが好ましい。
これにより、より優れた圧力検出特性を発揮することができる。
The pressure sensor according to the present invention preferably includes a silicon oxide film provided between the first silicon nitride film and the diaphragm.
Thereby, more excellent pressure detection characteristics can be exhibited.
本発明の圧力センサーでは、前記第1シリコン窒化膜の厚さは、200nm以下であることが好ましい。
これにより、第1シリコン窒化膜を、バリア特性を十分に発揮させつつ、十分に薄くすることができる。よって、圧力センサーの圧力検出感度を向上させることができる。
In the pressure sensor of the present invention, it is preferable that the first silicon nitride film has a thickness of 200 nm or less.
Thereby, the first silicon nitride film can be made sufficiently thin while sufficiently exhibiting the barrier characteristics. Therefore, the pressure detection sensitivity of the pressure sensor can be improved.
本発明の圧力センサーでは、前記第2シリコン窒化膜の厚さは、前記第1シリコン窒化膜の厚さよりも厚いことが好ましい。
これにより、第1シリコン窒化膜を薄くすることができ、圧力センサーの圧力検出感度を向上させることができる。また、第2シリコン窒化膜を厚くすることができ、第2シリコン窒化膜のバリア機能を高めることができる。
In the pressure sensor of the present invention, it is preferable that the second silicon nitride film is thicker than the first silicon nitride film.
Thereby, the first silicon nitride film can be thinned, and the pressure detection sensitivity of the pressure sensor can be improved. Further, the second silicon nitride film can be thickened, and the barrier function of the second silicon nitride film can be enhanced.
本発明の圧力センサーでは、前記ダイアフラムの他方の面側に配置されている圧力基準室を有していることが好ましい。
これにより、圧力基準室の圧力を基準として、ダイアフラムが受けた圧力を検出することができる。そのため、比較的簡単な構成で、かつ精度よく圧力を検出することができる。
The pressure sensor according to the present invention preferably has a pressure reference chamber disposed on the other surface side of the diaphragm.
Thereby, the pressure received by the diaphragm can be detected with reference to the pressure in the pressure reference chamber. Therefore, it is possible to detect the pressure with a relatively simple configuration and with high accuracy.
本発明の圧力センサーの製造方法は、基板にセンサー部を形成する工程と、
前記基板の一方の面側に、水素含有量が10原子%以下である第1シリコン窒化膜を配置する工程と、
前記基板の他方の面側に凹部を形成し、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、を含むことを特徴とする。
これにより、より緻密で、バリア特性に優れた第1シリコン窒化膜が得られ、センサー部を水分、ガス等からより効果的に保護することができる。したがって、信頼性の高い圧力センサーが得られる。
The method of manufacturing a pressure sensor of the present invention includes a step of forming a sensor portion on a substrate,
Disposing a first silicon nitride film having a hydrogen content of 10 atomic% or less on one surface side of the substrate;
Forming a concave portion on the other surface side of the substrate and forming a diaphragm that is bent and deformed by pressure reception.
As a result, a denser first silicon nitride film having excellent barrier properties can be obtained, and the sensor portion can be more effectively protected from moisture, gas, and the like. Therefore, a highly reliable pressure sensor can be obtained.
本発明の圧力センサーの製造方法は、基板にセンサー部を形成する工程と、
前記基板の一方の面側に第1シリコン窒化膜を配置する工程と、
前記基板の一方の面側に前記センサー部と電気的に接続される配線を配置する工程と、
前記配線の少なくとも一部を覆う第2シリコン窒化膜を配置する工程と、
前記基板の他方の面側に凹部を形成し、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、を含み、
前記第1シリコン窒化膜の水素含有量は、前記第2シリコン窒化膜の水素含有量よりも低いことを特徴とする。
これにより、より緻密で、バリア特性に優れた第1シリコン窒化膜が得られ、センサー部を水分、ガス等からより効果的に保護することができる。したがって、信頼性の高い圧力センサーが得られる。
The method of manufacturing a pressure sensor of the present invention includes a step of forming a sensor portion on a substrate,
Disposing a first silicon nitride film on one surface side of the substrate;
Arranging a wiring electrically connected to the sensor unit on one surface side of the substrate;
Disposing a second silicon nitride film covering at least part of the wiring;
Forming a recess on the other surface side of the substrate, and forming a diaphragm that bends and deforms under pressure.
The hydrogen content of the first silicon nitride film is lower than the hydrogen content of the second silicon nitride film.
As a result, a denser first silicon nitride film having excellent barrier properties can be obtained, and the sensor portion can be more effectively protected from moisture, gas, and the like. Therefore, a highly reliable pressure sensor can be obtained.
本発明の圧力センサーモジュールは、本発明の圧力センサーと、
前記圧力センサーを収納しているパッケージと、を有することを特徴とする。
これにより、感度が高く、かつ、信頼性の高い圧力センサーモジュールが得られる。
The pressure sensor module of the present invention includes the pressure sensor of the present invention,
And a package housing the pressure sensor.
Thereby, a pressure sensor module with high sensitivity and high reliability can be obtained.
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、高性能で、信頼性の高い電子機器が得られる。
The electronic device of the present invention includes the pressure sensor of the present invention.
Thereby, a high-performance and highly reliable electronic device can be obtained.
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、高性能で、信頼性の高い移動体が得られる。
The moving body of the present invention has the pressure sensor of the present invention.
As a result, a mobile body with high performance and high reliability can be obtained.
以下、本発明の圧力センサー、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を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, a pressure sensor, a pressure sensor manufacturing method, a pressure sensor module, an electronic device, and a moving body according to the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
<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。
<First Embodiment>
First, the pressure sensor according to the first embodiment of the present invention will be described.
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の製造方法を示すフローチャートである。図5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ための断面図である。なお、以下の説明では、図1、図5ないし図14中の上側を「上」、下側を「下」とも言う。 FIG. 1 is a cross-sectional view of a pressure sensor according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view showing a sensor unit included in the pressure sensor shown in FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating a bridge circuit including the sensor unit illustrated in FIG. 2. FIG. 4 is a flowchart showing a manufacturing method of the pressure sensor shown in FIG. 5 to 14 are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing the pressure sensor shown in FIG. In the following description, the upper side in FIGS. 1 and 5 to 14 is also referred to as “upper”, and the lower side is also referred to as “lower”.
図1に示すように、圧力センサー1は、基板2と、基板2に配置されているセンサー部3と、基板2に接合されているベース基板4と、基板2とベース基板4との間に形成されている圧力基準室Sと、を有している。
As shown in FIG. 1, the
基板2は、SOI基板(すなわち、第1シリコン層2a、酸化シリコン層2bおよび第2シリコン層2cがこの順で積層されている基板)である。ただし、基板2としては、SOI基板に替えて、例えば、単層のシリコン基板を用いてもよい。また、シリコン基板以外の半導体基板を用いてもよい。
The
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21が設けられている。基板2には、下方に開放する有底の凹部22が形成されており、この凹部22の上側(凹部22によって基板2が薄くなっている部分)がダイアフラム21となっている。そして、ダイアフラム21の上面が、圧力を受ける受圧面となっている。凹部22は、ダイアフラム21の受圧面とは反対側に形成される後述の圧力基準室Sを形成するための空間(空洞部)である。なお、本実施形態では、ダイアフラム21の平面視形状は、略正方形であるが、ダイアフラム21の平面視形状としては、特に限定されず、例えば、円形であってもよい。
Further, the
ここで、本実施形態では、凹部22は、シリコンディープエッチング装置を用いたドライエッチングで形成されている。具体的には、基板2の下面側から等方性エッチング、保護膜成膜および異方向性エッチングという工程を繰り返して、第1シリコン層2aを掘ることで凹部22を形成する。この工程を繰り返し、エッチングが酸化シリコン層2bまで達すると酸化シリコン層2bがエッチングストッパーとなってエッチングが終了し、凹部22が得られる。このような形成方法によれば、凹部22の側面が基板2の主面に対して略垂直となるため、凹部22の開口面積を小さくすることができる。そのため、基板2の機械的強度の低下を抑制することができ、また、圧力センサー1の大型化を抑制することもできる。なお、図示しないが、前述した工程の繰り返しによって、凹部22の内壁側面には掘り方向に周期的な凹凸が形成される。
Here, in this embodiment, the
ただし、凹部22の形成方法としては、上記の方法に限定されず、例えば、ウェットエッチングによって形成してもよい。また、本実施形態では、ダイアフラム21に酸化シリコン層2bが残っているが、この酸化シリコン層2bをさらに除去してもよい。すなわち、ダイアフラム21を第2シリコン層2cの単層で構成してもよい。これにより、ダイアフラム21をより薄くすることができ、より撓み変形し易いダイアフラム21が得られる。
However, the method of forming the
ダイアフラム21の厚さとしては、特に限定されず、ダイアフラム21の大きさ等によっても異なるが、例えば、ダイアフラム21の幅が100μm以上150μm以下の場合には、1μm以上10μm以下であることが好ましく、1μm以上3μm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、機械的な強度を十分に保ちつつ、十分に薄く、受圧により撓み変形し易い、すなわち感度の高いダイアフラム21が得られる。
The thickness of the
以上のような基板2の上面には、シリコン酸化膜28(SiO2膜)と、第1シリコン窒化膜29(SiN膜)と、が成膜されている。より具体的には、基板2の上面にシリコン酸化膜28が成膜されており、シリコン酸化膜28の上面に第1シリコン窒化膜29が成膜されている。また、シリコン酸化膜28および第1シリコン窒化膜29は、それぞれ、基板2の平面視で、ダイアフラム21の全域と重なるように配置されている。
The silicon oxide film 28 (SiO 2 film) and the first silicon nitride film 29 (SiN film) are formed on the upper surface of the
シリコン酸化膜28によって、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る。また、第1シリコン窒化膜29によって、センサー部3を水分や埃から保護することができる。
With the
ここで、シリコン酸化膜28および第1シリコン窒化膜29の膜厚の合計(総厚さ)としては、特に限定されないが、ダイアフラム21の厚さの1/10以下であることが好ましく、1/100以下であることがより好ましい。これにより、シリコン酸化膜28および第1シリコン窒化膜29を十分に薄くすることができる。
Here, the total thickness (total thickness) of the
また、シリコン酸化膜28の厚さとしては、特に限定されないが、ダイアフラム21の厚さが1μm以上10μm以下程度の場合には、例えば、5nm以上100nm以下であることが好ましく、5nm以上50nm以下であることがより好ましい。これにより、シリコン酸化膜28を、上述した効果を十分に発揮させつつ、十分に薄くすることができる。
Further, the thickness of the
また、第1シリコン窒化膜29の厚さT1としては、特に限定されないが、ダイアフラム21の厚さが1μm以上10μm以下程度の場合には、例えば、10nm以上200nm以下であることが好ましく、10nm以上50nm以下であることがより好ましい。これにより、第1シリコン窒化膜29を、上述した効果を十分に発揮させつつ、十分に薄くすることができる。特に、第1シリコン窒化膜29については、後述するように、水素含有量が10原子%以下に抑えられた緻密な膜となっているため、上述のように薄くしても、その機能を十分に発揮することができる。
Further, the thickness T1 of the first
なお、シリコン酸化膜28は、省略してもよい。また、シリコン酸化膜28の替りに他の材料(例えば、SiNO)で構成されている膜を配置してもよい。
The
ダイアフラム21には、ダイアフラム21に作用する圧力を検出し得るセンサー部3が設けられている。このセンサー部3は、図2に示すように、ダイアフラム21に設けられた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21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検出信号(電圧)を出力する。そのため、この出力された検出信号に基づいてダイアフラム21が受けた圧力を検出することができる。
The
特に、ピエゾ抵抗素子31、32、33、34は、ダイアフラム21の外縁部に配置されている。受圧によりダイアフラム21が撓み変形すると、ダイアフラム21の中でも特にその外縁部に大きな応力が加わるため、外縁部にピエゾ抵抗素子31、32、33、34を配置することで、前述した検出信号を大きくすることができ、圧力検知の感度が向上する。なお、ピエゾ抵抗素子31、32、33、34の配置は、特に限定されず、例えば、ピエゾ抵抗素子31、32、33、34がダイアフラム21の外縁を跨いで配置されていてもよい。
In particular, the
また、前述したように、シリコン酸化膜28および第1シリコン窒化膜29を薄くすることで、次のような効果を発揮することもできる。本実施形態では、ダイアフラム21と、当該ダイアフラム21上のシリコン酸化膜28および第1シリコン窒化膜29と、の積層体が受圧により撓み変形する「ダイアフラム」として機能するとも言える。このダイアフラムについて、その厚さ方向で議論すれば、ダイアフラムの厚さ方向中央部から表面(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、ダイアフラムの上面または下面のより近くにピエゾ抵抗素子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る。この点に鑑みれば、上述したように、シリコン酸化膜28および第1シリコン窒化膜29を薄くすることで、ピエゾ抵抗素子31、32、33、34をダイアフラム(ダイアフラム21、シリコン酸化膜28および第1シリコン窒化膜29との積層体)の上面のより近くに配置することができるため、より大きな検出信号が得られ、圧力検出感度がさらに向上する。
Further, as described above, the following effects can be exhibited by thinning the
ピエゾ抵抗素子31、32、33、34は、それぞれ、例えば、基板2の第2シリコン層2c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の第2シリコン層2c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。
Each of the
また、基板2上には層間絶縁膜51が配置されており、この層間絶縁膜51上に配線52が設けられている。また、層間絶縁膜51には貫通孔が形成されており、この貫通孔を介して、配線52が配線35と電気的に接続されている。また、層間絶縁膜51および配線52上には層間絶縁膜53が設けられており、この層間絶縁膜53によって配線52が絶縁されると共に、保護されている。
An interlayer insulating
このような層間絶縁膜51、53は、例えば、シリコン酸化膜で構成されている。また、配線52は、例えば、アルミニウム膜等の金属膜で構成されている。ただし、これら各部の構成材料は、その機能を発揮することができれば、特に限定されない。
Such
また、層間絶縁膜53上には、第2シリコン窒化膜55が配置されている。基板2の平面視で、第2シリコン窒化膜55は、配線52の少なくとも一部と重なって(覆って)配置されている。このような第2シリコン窒化膜55は、センサー部3や配線52を水分や埃から保護する機能を有する。
A second
なお、層間絶縁膜51、53および第2シリコン窒化膜55は、それぞれ、ダイアフラム21と重ならないように設けられており、本実施形態では、平面視で、ダイアフラム21の周囲を囲む枠状をなしている。
The
また、層間絶縁膜53および第2シリコン窒化膜55を貫通する貫通孔が設けられており、第2シリコン窒化膜55上にはこの貫通孔を介して配線35と電気的に接続されている端子54が設けられている。
Further, a through hole penetrating the
ベース基板4は、ダイアフラム21との間に圧力基準室Sを形成するように、ダイアフラム21と対向して配置されている。具体的には、ベース基板4は、凹部22の開口を塞ぐように、基板2の下面に接合されている。このようなベース基板4としては、例えば、シリコン基板、ガラス基板、セラミックス基板等を用いることができる。
The
このようなベース基板4によって凹部22を気密的に封止することで、圧力基準室Sが形成されている。そのため、圧力基準室Sは、ダイアフラム21の下側(受圧面と反対側)に位置していると言える。圧力基準室Sは、真空(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「絶対圧センサー」として用いることができる。そのため、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、真空状態でなくてもよい。また、本発明は、ベース基板4に圧力導入口を形成して、凹部22を外部と連通させた差圧センサー、ゲージ圧センサーにも適用することができる。
The pressure reference chamber S is formed by hermetically sealing the
以上、圧力センサー1の構成について簡単に説明した。次に、圧力センサー1の特徴的な部分について詳細に説明する。圧力センサー1では、第1シリコン窒化膜29は、高純度のものが好ましく、特に、水素(H)が不可避的に含まれたとしても、その量が極めて少ないものが好ましい。すなわち、第1シリコン窒化膜29の水素(H)含有量は、10原子%以下であるのが好ましい。このように、第1シリコン窒化膜29の水素含有量を10原子%以下とすることで、より緻密な第1シリコン窒化膜29が得られる。そのため、ピンホールが生じ難く、第1シリコン窒化膜29のバリア機能をより高めることができる。よって、センサー部3を水分、ガス等の成分からより効果的に保護することができる。また、膜が緻密な分、第1シリコン窒化膜29をより薄くすることができる。そのため、上述した理由から、センサー部3からより大きな検出信号が得られ、圧力検出感度がさらに向上する。
The configuration of the
なお、第1シリコン窒化膜29の水素含有量としては、さらに、6原子%以下であることが好ましく、4原子%以下であることがより好ましい。これにより、上述した効果がより顕著なものとなる。
The hydrogen content of the first
また、第1シリコン窒化膜29の厚さT1としては、特に限定されないが、前述したように、例えば、10nm以上200nm以下であることが好ましく、10nm以上50nm以下であることがより好ましい。これにより、第1シリコン窒化膜29を、バリア機能を十分に発揮させつつ十分に薄くすることができる。そのため、第1シリコン窒化膜29の内部応力を低減することができ、ダイアフラム21が検出対象である圧力以外の力によって撓み変形してしまうのを抑制することができる。そのため、より優れた圧力検出特性を発揮することができる。ここで、第1シリコン窒化膜29を上述のように薄くできるのは、水素含有量を10原子%以下に抑え、第1シリコン窒化膜29が緻密な膜で構成されているためである。
Further, the thickness T1 of the first
また、第1シリコン窒化膜29の成膜方法としては、水素含有量を10原子%以下とすることができれば特に限定されないが、例えば、減圧CVD(LP−CVD)を用いることができる。減圧CVDは、例えば、成長時の圧力を0.1Torr以上30Torr以下程度に減圧して行うCVDであり、水素含有量が少なく、良好で均質な膜質の第1シリコン窒化膜29を成膜することができる。なお、減圧CVDは、例えば、700℃以上(具体的には、アンモニアとジクロルシランガスとを用いた減圧CVDによれば780℃程度)の環境下で行われるが、後述する製造方法でも説明するように、第1シリコン窒化膜29の成膜時には、アルミニウム等の金属材料で構成されている配線52が形成されていないため、配線52にダメージ(例えば軟化、溶融による断線)を与えることがない。
The method for forming the first
また、第2シリコン窒化膜55の成膜方法としては、特に限定されないが、例えば、プラズマCVDを用いることができる。プラズマCVDによれば、前述した減圧CVDと比べて水素含有量が高くなるものの、比較的低温で第2シリコン窒化膜55を成膜することができる。そのため、後述する製造方法でも説明するように、アルミニウム等の金属配線で構成されている配線52が熱ダメージ(軟化、溶融等による断線等)を受けてしまうことを抑制することができる。なお、プラズマCVDは、例えば、チャンバーに高周波電力を与え、原料ガスをプラズマ化し、250℃以上400℃以下程度の比較的低温で、0.1Torr以上30Torr以下程度の減圧下で膜を成長させるCVDである。
Further, the method for forming the second
また、第1シリコン窒化膜29の水素含有量は、第2シリコン窒化膜55の水素含有量よりも低いことが好ましい。逆に言えば、第2シリコン窒化膜55の水素含有量は、第1シリコン窒化膜29の水素含有量よりも高いことが好ましい。このように、第2シリコン窒化膜55の水素含有量を第1シリコン窒化膜29の水素含有量よりも高くすることで、より低温で成膜することが可能となり、第2シリコン窒化膜55を他の部分にダメージを与えることなく(ダメージを小さく抑えつつ)、より容易に成膜することができる。
The hydrogen content of the first
また、第2シリコン窒化膜55の水素(H)含有量としては、特に限定されないが、10原子%超20原子%以下であることが好ましく、10原子%超15原子%以下であることがより好ましい。これにより、第1シリコン窒化膜29には及ばないものの、比較的緻密でピンホールが形成され難い第2シリコン窒化膜55となる。そのため、第2シリコン窒化膜55のバリア機能をより高めることができる。よって、センサー部3を水分、ガス等からより効果的に保護することができる。
Further, the hydrogen (H) content of the second
また、第2シリコン窒化膜55の厚さT2は、第1シリコン窒化膜29の厚さT1よりも厚いことが好ましい。前述したように、第2シリコン窒化膜55は、第1シリコン窒化膜29よりも水素含有量が高く、その分、水分、ガス等に対するバリア機能に劣っている。そのため、第2シリコン窒化膜55を第1シリコン窒化膜29よりも厚くすることで、第2シリコン窒化膜55の水分、ガス等に対するバリア機能を高めることができる。なお、第2シリコン窒化膜55は、ダイアフラム21上に配置されていないため、前述したような第1シリコン窒化膜29のように、センサー部3の出力を大きくするために膜厚を薄くする必要がない。言い換えると、第2シリコン窒化膜55を厚くしても、圧力センサー1の圧力検出感度にほとんど影響を与えない。
The thickness T2 of the second
なお、第2シリコン窒化膜55の厚さT2としては、特に限定されないが、例えば、0.3μm以上3μm以下とすることが好ましい。これにより、上述した効果がより顕著なものとなる。
The thickness T2 of the second
なお、第1シリコン窒化膜29および第2シリコン窒化膜55中の水素含有量は、例えば、ラザフォード後方散乱分析(Rutherford Backscattering Spectrometry:RBS)や、水素前方散乱分析(Hydrogen Forward Scattering:HFS)を用いて測定することができる。
The hydrogen content in the first
以上、圧力センサー1の構成について詳細に説明した。以上のような圧力センサー1は、受圧により撓み変形するダイアフラム21と、ダイアフラム21に設けられているセンサー部3と、ダイアフラム21の上面(一方の面)側に設けられている第1シリコン窒化膜29と、を有している。そして、第1シリコン窒化膜29の水素(H)含有量は、10原子%以下である。これにより、より緻密な第1シリコン窒化膜29が得られる。そのため、ピンホールが生じ難く、第1シリコン窒化膜29のバリア機能をより高めることができる。よって、センサー部3を水分、ガス等からより効果的に保護することができ、センサー部3の水分、ガス等との反応劣化を抑制することができる。そのため、信頼性の高い圧力センサー1となる。また、膜が緻密な分、第1シリコン窒化膜29をより薄くすることができる。そのため、センサー部3からより大きな検出信号が得られ、圧力検出精度がさらに向上する。
The configuration of the
さらに、圧力センサー1は、センサー部3と電気的に接続されている配線52と、配線52の少なくとも一部を覆う第2シリコン窒化膜55と、を有している。これにより、第2シリコン窒化膜55によって、水分等から配線52を保護することができる。また、第1シリコン窒化膜29の水素(H)含有量は、第2シリコン窒化膜55の水素含有量よりも低いことが好ましい。これにより、第1シリコン窒化膜29のバリア機能をより高めることができる。また、第1シリコン窒化膜29および第2シリコン窒化膜55をそれぞれより容易に成膜することができる。
Further, the
また、別の観点から観れば、前述したように、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21と、ダイアフラム21に設けられているセンサー部3と、ダイアフラム21の上面(一方の面)側に設けられている第1シリコン窒化膜29と、センサー部3と電気的に接続されている配線52と、配線52の少なくとも一部を覆う第2シリコン窒化膜55と、を有している。そして、第1シリコン窒化膜29の水素含有量は、第2シリコン窒化膜55の水素含有量よりも低い。これにより、より緻密な第1シリコン窒化膜29が得られる。そのため、ピンホールが生じ難く、第1シリコン窒化膜29のバリア機能をより高めることができる。よって、センサー部3を水分、ガス等からより効果的に保護することができ、信頼性の高い圧力センサー1となる。また、膜が緻密な分、第1シリコン窒化膜29をより薄くすることができる。そのため、センサー部3からより大きな検出信号が得られ、圧力検出精度がさらに向上する。また、第1シリコン窒化膜29および第2シリコン窒化膜55をそれぞれより容易に成膜することができる。
From another point of view, as described above, the
さらに、第1シリコン窒化膜29の水素含有量は、10原子%以下であることが好ましい。これにより、第1シリコン窒化膜29のバリア機能をより高めることができる。よって、センサー部3を水分、ガス等からより効果的に保護することができる。また、膜が緻密な分、第1シリコン窒化膜29をより薄くすることができる。そのため、センサー部3からより大きな検出信号が得られ、圧力検出精度がさらに向上する。
Further, the hydrogen content of the first
また、上述したように、圧力センサー1は、第1シリコン窒化膜29とダイアフラム21との間に設けられているシリコン酸化膜28を有している。これにより、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る。また、特に第1シリコン窒化膜29が減圧CVDで成膜されている場合には、内部応力が比較的大きい第1シリコン窒化膜29となる場合がある。シリコン酸化膜28は、このような第1シリコン窒化膜29の内部応力を緩和し、第1シリコン窒化膜29の内部応力をダイアフラム21に伝わり難くする機能も有している。これにより、ダイアフラム21が検出対象である圧力以外の力によって撓み変形してしまうのを抑制することができる。そのため、より優れた圧力検出特性を発揮することができる。
Further, as described above, the
また、上述したように、第1シリコン窒化膜29の厚さT1は、200nm以下であることが好ましい。これにより、第1シリコン窒化膜29を、バリア特性を十分に発揮させつつ、十分に薄くすることができる。
As described above, the thickness T1 of the first
また、上述したように、第2シリコン窒化膜55の厚さT2は、第1シリコン窒化膜29の厚さT1よりも厚いことが好ましい。これにより、第1シリコン窒化膜29を薄くすることができ、圧力センサー1の圧力検出特性を向上させることができる。また、第2シリコン窒化膜55を厚くすることができ、第2シリコン窒化膜55のバリア機能を高めることができる。
Further, as described above, the thickness T2 of the second
また、上述したように、圧力センサー1は、ダイアフラム21の下面(他方の面)側に配置されている圧力基準室Sを有している。これにより、圧力基準室Sの圧力を基準として、ダイアフラム21の上面(受圧面)が受けた圧力を検出することができる。そのため、比較的簡単な構成で、かつ精度よく圧力を検出することができる。
Further, as described above, the
次に、圧力センサー1の製造方法について説明する。図4に示すように、圧力センサー1の製造方法は、センサー部形成工程と、第1シリコン窒化膜形成工程と、配線形成工程と、第2シリコン窒化膜形成工程と、ダイアフラム形成工程と、を有している。
Next, a manufacturing method of the
[センサー部形成工程]
まず、図5に示すように、第1シリコン層2a、酸化シリコン層2bおよび第2シリコン層2cが積層してなるSOI基板で構成された基板2を準備する。次に、例えば、第2シリコン層2cの表面を熱酸化することで、図6に示すように、基板2の上面にシリコン酸化膜28を成膜する。次に、図7に示すように、基板2の上面にセンサー部3を形成する。なお、センサー部3は、基板2の上面(第2シリコン層2c)にリン、ボロン等の不純物をドープ(拡散または注入)することで形成することができる。
[Sensor part formation process]
First, as shown in FIG. 5, a
[第1シリコン窒化膜形成工程]
次に、図8に示すように、シリコン酸化膜28上に水素含有量が10原子%以下の第1シリコン窒化膜29を成膜する。また、第1シリコン窒化膜29は、後に成膜される第2シリコン窒化膜55よりも水素含有量が低い。この第1シリコン窒化膜29は、例えば、減圧CVD(LP−CVD)によって形成することができる。これにより、水素含有量が少なく、良好で均質な膜質の第1シリコン窒化膜29を成膜することができる。なお、減圧CVDは、例えば、700℃以上の環境下で行われるが、この時点では、アルミニウム等の金属材料で構成されている配線52が形成されていない。そのため、減圧CVDによっては、配線52がダメージ(例えば軟化、溶融による断線)を受けることがない。
[First silicon nitride film forming step]
Next, as shown in FIG. 8, a first
[配線形成工程]
次に、シリコン酸化膜28および第1シリコン窒化膜29を、フォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いてパターニングした後、図9に示すように、基板2上に層間絶縁膜51、配線52および層間絶縁膜53をスパッタリング法、CVD法等を用いて順に形成する。層間絶縁膜51、53は、例えば、シリコン酸化膜で構成され、配線52は、例えば、アルミニウム膜等の金属膜で構成されている。また、配線52は、例えば、フォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いて所定の形状にパターニングされている。
[Wiring formation process]
Next, after patterning the
なお、この時点では、層間絶縁膜51、層間絶縁膜53が後にダイアフラム21となる部分21A上にも配置されている。
At this time, the
[第2シリコン窒化膜形成工程]
次に、図10に示すように、層間絶縁膜53上に第2シリコン窒化膜55を形成する。第2シリコン窒化膜55の製造方法としては、特に限定されないが、例えば、プラズマCVDを用いることができる。プラズマCVDによれば、比較的低温(例えば、400℃以下)で第2シリコン窒化膜55を成膜することができる。そのため、アルミニウム等の金属配線で構成されている配線52への熱ダメージ(軟化、溶融等による断線等)を抑制することができる。
[Second silicon nitride film forming step]
Next, as shown in FIG. 10, a second
次に、図11に示すように、後にダイアフラム21となる部分21A上にある第2シリコン窒化膜55をウェットエッチングにより除去する。ウェットエッチングによれば、比較的簡単に、第2シリコン窒化膜55と層間絶縁膜53とのエッチング選択比を大きくすることができる。そのため、層間絶縁膜53をエッチングストッパーとして用いることができ、本工程おいて、第2シリコン窒化膜55をより確実に除去することができる。ただし、ドライエッチングにより第2シリコン窒化膜55を除去してもよい。
Next, as shown in FIG. 11, the second
次に、図12に示すように、後にダイアフラム21となる部分21A上にある層間絶縁膜51、53をウェットエッチングにより除去する。ウェットエッチングによれば、比較的簡単に、層間絶縁膜51、53と第1シリコン窒化膜29とのエッチング選択比を大きくすることができる。そのため、本工程において、第1シリコン窒化膜29が層間絶縁膜51、53と共に除去されるのを効果的に抑制することができる。
Next, as shown in FIG. 12, the
ここで、前述したように、第1シリコン窒化膜29は、水素含有量が10原子%以下の緻密な膜であるため、例えば、水素含有量がそれよりも大きいものに対して高いエッチング耐性を発揮することができる。そのため、本工程での第1シリコン窒化膜29の除去をより効果的に抑制することができる。また、前述したように、第1シリコン窒化膜29は均質な膜質を有しているため、各部におけるエッチングレートにほとんど差がない。そのため、本工程において、第1シリコン窒化膜29の一部が除去されても、第1シリコン窒化膜29に膜厚ばらつきが生じ難い(すなわち、過度に除去されてしまう場所が生じ難い)。そのため、第1シリコン窒化膜29は、圧力センサー1の検出精度に悪影響を与えることはない。
Here, as described above, since the first
次に、第2シリコン窒化膜55上に端子54をスパッタリング法、CVD法等を用いて順に形成する。
Next, the
[ダイアフラム形成工程]
次に、図13に示すように、基板2の下面に開放する凹部22を形成し、ダイアフラム21を得る。凹部22の形成方法としては、特に限定されないが、前述したように、シリコンディープエッチング装置を用いたドライエッチングで形成することができる。なお、本工程は、当該順番に限定されず、第2シリコン窒化膜形成工程よりも前、具体的には、例えば、センサー部形成工程の前に行ってもよい。
[Diaphragm formation process]
Next, as shown in FIG. 13, a
次に、図14に示すように、凹部22内を真空にしつつ、ベース基板4を凹部22の開口を塞ぐように基板2の下面に接合する。これにより、真空状態の圧力基準室Sが得られる。以上により、絶対圧力を検出できる圧力センサー1が得られる。
Next, as shown in FIG. 14, the
このような圧力センサー1の製造方法は、基板2にセンサー部3を形成する工程と、基板2の上面(一方の面)側に、水素(H)含有量が10原子%以下である第1シリコン窒化膜29を配置する工程と、基板2の下面(他方の面)側に凹部22を形成し、受圧により撓み変形するダイアフラム21を形成する工程と、を含んでいると言える。これにより、より緻密で、バリア特性に優れた第1シリコン窒化膜29が得られ、センサー部3を水分、ガス等からより効果的に保護することができる。したがって、信頼性の高い圧力センサー1が得られる。
Such a method for manufacturing the
また、別の観点から観れば、上述した圧力センサー1の製造方法は、基板2にセンサー部3を形成する工程と、基板2の上面(一方の面)側に第1シリコン窒化膜29を配置する工程と、基板2の上面(一方の面)側にセンサー部3と電気的に接続される配線52を配置する工程と、配線52の少なくとも一部を覆う第2シリコン窒化膜55を配置する工程と、基板2の下面(他方の面)側に凹部22を形成し、受圧により撓み変形するダイアフラム21を形成する工程と、を含んでいる。そして、得られた第1シリコン窒化膜29の水素(H)含有量は、第2シリコン窒化膜55の水素含有量よりも低くなっている。これにより、より緻密で、バリア特性に優れた第1シリコン窒化膜29が得られ、センサー部3を水分、ガス等からより効果的に保護することができる。したがって、信頼性の高い圧力センサー1が得られる。
From another point of view, the manufacturing method of the
<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。
Second Embodiment
Next, a pressure sensor according to a second embodiment of the present invention will be described.
図15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16ないし図18は、それぞれ、図15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。 FIG. 15 is a sectional view of a pressure sensor according to the second embodiment of the present invention. 16 to 18 are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing the pressure sensor shown in FIG.
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。 Hereinafter, the pressure sensor according to the second embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted.
本発明の第2実施形態に係る圧力センサーは、第2シリコン窒化膜55の構成が異なること以外は、前述した第1実施形態とほぼ同様である。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。
The pressure sensor according to the second embodiment of the present invention is substantially the same as the first embodiment described above except that the configuration of the second
図15に示すように、本実施形態の圧力センサー1では、第2シリコン窒化膜55が層間絶縁膜51の上面だけでなく、層間絶縁膜51、53の内側面も覆うように配置されている。これにより、層間絶縁膜51、53への水分、ガス等の侵入をより効果的に抑制することができる。
As shown in FIG. 15, in the
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。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、センサー部形成工程と、第1シリコン窒化膜形成工程と、配線形成工程と、第2シリコン窒化膜形成工程と、ダイアフラム形成工程と、を有している。なお、本実施形態の製造方法では、第2シリコン窒化膜形成工程以外は、第1実施形態の製造方法と同様である。そのため、以下では、第2シリコン窒化膜形成工程のみを説明する。
Next, the manufacturing method of the
[第2シリコン窒化膜形成工程]
まず、図16に示すように、後にダイアフラム21となる部分21A上にある層間絶縁膜51、53をウェットエッチングにより除去する。この際、第1シリコン窒化膜29がエッチングストッパーとして機能する。
[Second silicon nitride film forming step]
First, as shown in FIG. 16, the
次に、図17に示すように、基板2および層間絶縁膜53上に第2シリコン窒化膜55を形成する。第2シリコン窒化膜55の製造方法としては、特に限定されないが、例えば、プラズマCVDを用いることができる。プラズマCVDによれば、優れたステップ・カバレッジを発揮することができるため、層間絶縁膜51、53を除去した部分にも第2シリコン窒化膜55をより確実に成膜することができる。
Next, as shown in FIG. 17, a second
次に、図18に示すように、後にダイアフラム21となる部分21A上にある第2シリコン窒化膜55をウェットエッチングにより除去する。なお、第2シリコン窒化膜55の直下には、第1シリコン窒化膜29が位置している。これら第1、第2シリコン窒化膜29、55は、構成材料が同じではあるが、その成膜方法が異なるため、エッチング選択比を十分に大きく確保することができる。そのため、本工程において、第1シリコン窒化膜29が過度に除去されてしまうのを抑制することができる。
Next, as shown in FIG. 18, the second
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。 Also according to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be exhibited.
<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。
<Third Embodiment>
Next, a pressure sensor according to a third embodiment of the present invention will be described.
図19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。
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。
FIG. 19 is a cross-sectional view of a pressure sensor according to a third embodiment of the present invention.
Hereinafter, the pressure sensor according to the third embodiment will be described focusing on the differences from the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted.
本発明の第3実施形態に係る圧力センサーは、圧力基準室Sの配置が異なること以外は、前述した第1実施形態とほぼ同様である。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。 The pressure sensor according to the third embodiment of the present invention is substantially the same as the first embodiment described above except that the arrangement of the pressure reference chamber S is different. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to embodiment mentioned above.
図19に示すように、本実施形態の圧力センサー1は、ダイアフラム21の上側に圧力基準室Sが形成されている。そのため、これに合わせて、本実施形態の圧力センサー1では、前述した第1実施形態の構成からベース基板4が省略されている替りに、基板2上に圧力基準室Sを形成するための周囲構造体6が設けられている。
As shown in FIG. 19, the
周囲構造体6は、基板2との間に圧力基準室Sを形成している。周囲構造体6は、基板2上に配置された層間絶縁膜61と、層間絶縁膜61上に配置された配線層62と、配線層62および層間絶縁膜61上に配置された層間絶縁膜63と、層間絶縁膜63上に配置された配線層64と、配線層64および層間絶縁膜63上に配置された第2シリコン窒化膜65と、配線層64および第2シリコン窒化膜65上に配置された封止層66と、を有している。
The surrounding structure 6 forms a pressure reference chamber S with the
配線層62は、圧力基準室Sを囲んで配置された枠状のガードリング621と、センサー部3の配線35と接続された配線622と、を有している。同様に、配線層64は、圧力基準室Sを囲んで配置された枠状のガードリング641と、配線622と接続された配線642と、を有している。そして、センサー部3は、これら配線622、642によって周囲構造体6の上面に引き出され、端子54に接続されている。
The
また、配線層64は、圧力基準室Sの天井に位置し、ガードリング641と一体形成された被覆層644を有している。また、この被覆層644には圧力基準室Sの内外を連通する複数の貫通孔645が配置されている。複数の貫通孔645は、製造途中まで圧力基準室Sを埋めている犠牲層を除去する際のリリースエッチング用の孔である。また、ガードリング621、641は、前記リリースエッチング時のエッチングストッパーとして機能する。
The
また、被覆層644上には封止層66が配置されており、この封止層66によって貫通孔645が封止され、気密的な圧力基準室Sが形成されている。
In addition, a
第2シリコン窒化膜65は、周囲構造体6を水分、ゴミ、傷などから保護する機能を有している。このような第2シリコン窒化膜65は、被覆層644の貫通孔645を塞がないように、層間絶縁膜63および配線層64上に配置されている。
The second
このような周囲構造体6のうち、層間絶縁膜61、63としては、例えば、シリコン酸化膜(SiO2膜)等の絶縁膜を用いることができる。また、配線層62、64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66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。
Among such surrounding structures 6, for example, an insulating film such as a silicon oxide film (SiO 2 film) can be used as the
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。 Also according to the third embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be exhibited.
<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態に係る圧力センサーについて説明する。
<Fourth embodiment>
Next, a pressure sensor according to a fourth embodiment of the present invention will be described.
図20は、本発明の第4実施形態に係る圧力センサーの断面図である。
以下、第4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。
FIG. 20 is a cross-sectional view of a pressure sensor according to the fourth embodiment of the present invention.
Hereinafter, the pressure sensor according to the fourth embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted.
本発明の第4実施形態に係る圧力センサーは、圧力基準室Sがないこと以外は、前述した第1実施形態とほぼ同様である。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。 The pressure sensor according to the fourth embodiment of the present invention is substantially the same as the first embodiment described above except that the pressure reference chamber S is not provided. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to embodiment mentioned above.
図20に示すように、本実施形態の圧力センサー1では、ベース基板4に凹部22に連通する貫通孔41が形成されている。そして、本実施形態の圧力センサー1は、ダイアフラム21の上面と下面とが互いに異なる空間に位置するように配置されている。具体的には、ダイアフラム21の上面は、空間S2に位置しており、ダイアフラム21の下面は、空間S3に位置している。このような構成によれば、圧力センサー1によって、空間S2と空間S3の圧力差を検出することができる。すなわち、圧力センサー1を、差圧センサーとして用いることができる。
As shown in FIG. 20, in the
このような第4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。 According to the fourth embodiment, the same effect as that of the first embodiment described above can be exhibited.
<第5実施形態>
次に、本発明の第5実施形態に係る圧力センサーモジュールについて説明する。
<Fifth Embodiment>
Next, a pressure sensor module according to a fifth embodiment of the invention will be described.
図21は、本発明の第5実施形態に係る圧力センサーモジュールの断面図である。図22は、図21に示す圧力センサーモジュールが有する支持基板の平面図である。 FIG. 21 is a sectional view of a pressure sensor module according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 22 is a plan view of a support substrate included in the pressure sensor module shown in FIG.
以下、第4実施形態の圧力センサーモジュールについて、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。 Hereinafter, the pressure sensor module according to the fourth embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiments, and description of similar matters will be omitted.
図21に示すように、圧力センサーモジュール100は、内部空間S1を有するパッケージ110と、内部空間S1内からパッケージ110の外側に引き出されて配置された支持基板120と、内部空間S1内で支持基板120に支持されている回路素子130および圧力センサー1と、内部空間S1に配置されている充填部140と、を有している。このような圧力センサーモジュール100によれば、パッケージ110および充填部140によって圧力センサー1を保護することができる。なお、圧力センサー1としては、例えば、前述した第1、第2、第3実施形態のいずれかのものを用いることができる。
As shown in FIG. 21, the
パッケージ110は、ベース111およびハウジング112を有し、ベース111およびハウジング112が支持基板120を挟み込むようにして互いに接着層を介して接合されている。このようにして形成されているパッケージ110は、その上端部に形成された開口110aと、開口110aに連通する内部空間S1と、を有している。
The
これらベース111およびハウジング112の構成材料としては、特に限定されず、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等の酸化物セラミックス、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化チタン等の窒化物セラミックスのような各種セラミックスや、ポリエチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリル系樹脂、ABS樹脂、エポキシ樹脂のような各種樹脂材料等の絶縁性材料が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、各種セラミックスを用いることが特に好ましい。
The constituent materials of the
以上、パッケージ110について説明したが、パッケージ110の構成としては、その機能を発揮することができれば特に限定されない。
Although the
支持基板120は、ベース111およびハウジング112の間に挟まれており、内部空間S1内からパッケージ110の外側に引き出されて配置されている。また、支持基板120は、回路素子130および圧力センサー1を支持すると共に、回路素子130および圧力センサー1を電気的に接続している。このような支持基板120は、図22に示すように、可撓性を有する基材121と、基材121に配置された複数の配線129と、を有している。
The
基材121は、開口122aを有する枠状の基部122と、基部122から延出する帯状の帯体123と、を有している。そして、基部122の外縁部においてベース111とハウジング112とに挟まれ、帯体123がパッケージ110の外側に延出している。このような基材121としては、例えば、一般的に用いられているフレキシブルプリント基板を用いることができる。なお、本実施形態では基材121が可撓性を有しているが、基材121の全部または一部は、硬質であってもよい。
The
基材121の平面視で、回路素子130および圧力センサー1は、開口122aの内側に位置し、並んで配置されている。また、回路素子130および圧力センサー1は、それぞれ、ボンディングワイヤーBWを介して基材121に吊られ、支持基板120から浮遊した状態で支持基板120に支持されている。また、回路素子130および圧力センサー1は、それぞれ、ボンディングワイヤーBWおよび配線129を介して電気的に接続されている。このように、回路素子130および圧力センサー1を支持基板120に対して浮遊した状態で支持することで、支持基板120から回路素子130および圧力センサー1に応力が伝わり難くなり、圧力センサー1の圧力検知精度が向上する。
In a plan view of the
回路素子130は、ブリッジ回路30に電圧を供給するための駆動回路、ブリッジ回路30からの出力を温度補償するための温度補償回路、温度補償回路からの出力から受けた圧力を求める圧力検出回路、圧力検出回路からの出力を所定の出力形式(CMOS、LV−PECL、LVDS等)に変換して出力する出力回路等を有している。
The
充填部140は、回路素子130および圧力センサー1を覆うように内部空間S1に配置されている。このような充填部140により、回路素子130および圧力センサー1を保護(防塵および防水)すると共に、圧力センサー1に作用した外部応力(例えば、落下衝撃)が回路素子130および圧力センサー1に伝わり難くなる。
The filling
また、充填部140は、液状またはゲル状の充填材で構成することができ、回路素子130および圧力センサー1の過剰な変位を抑制することができる点で、特にゲル状の充填材で構成するのが好ましい。このような充填部140によれば、回路素子130および圧力センサー1を水分から効果的に保護することができると共に、圧力を効率的に圧力センサー1へ伝達することができる。このような充填部140を構成する充填材としては、特に限定されず、例えば、シリコーンオイル、フッ素系オイル、シリコーンゲル等を用いることができる。
Moreover, the filling
以上、圧力センサーモジュール100について説明した。このような圧力センサーモジュール100は、圧力センサー1と、圧力センサー1を収納しているパッケージ110と、を有している。そのため、パッケージ110によって、圧力センサー1を保護することができる。また、上述した圧力センサー1の効果を享受でき、高感度で、優れた信頼性を発揮することができる。
The
なお、圧力センサーモジュール100の構成としては、上述の構成に限定されず、例えば、充填部140は、省略してもよい。また、本実施形態では、圧力センサー1および回路素子130が、ボンディングワイヤーBWによって、支持基板120に吊られた状態で支持されているが、例えば、圧力センサー1および回路素子130が、直接、支持基板120上に配置されていてもよい。また、本実施形態では、圧力センサー1および回路素子130が横に並んで配置されているが、例えば、圧力センサー1および回路素子130が高さ方向に並んで配置されていてもよい。
In addition, as a structure of the
<第6実施形態>
次に、本発明の第6実施形態に係る電子機器について説明する。
<Sixth Embodiment>
Next, an electronic apparatus according to a sixth embodiment of the invention will be described.
図23は、本発明の第6実施形態に係る電子機器としての高度計を示す斜視図である。
図23に示すように、電子機器としての高度計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(圧力センサーモジュール100)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。
FIG. 23 is a perspective view showing an altimeter as an electronic apparatus according to the sixth embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 23, an
このような電子機器の一例である高度計200は、圧力センサー1を有している。そのため、高度計200は、上述した圧力センサー1の効果を享受でき、高性能で、高い信頼性を発揮することができる。
An
<第7実施形態>
次に、本発明の第7実施形態に係る電子機器について説明する。
<Seventh embodiment>
Next, an electronic apparatus according to a seventh embodiment of the invention will be described.
図24は、本発明の第7実施形態に係る電子機器としてのナビゲーションシステムを示す正面図である。 FIG. 24 is a front view showing a navigation system as an electronic apparatus according to the seventh embodiment of the present invention.
図24に示すように、電子機器としての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(圧力センサーモジュール100)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。
As shown in FIG. 24, a
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。
According to the
このような電子機器の一例としてのナビゲーションシステム300は、圧力センサー1を有している。そのため、ナビゲーションシステム300は、上述した圧力センサー1の効果を享受でき、高性能で、高い信頼性を発揮することができる。
A
なお、本発明の電子機器は、前述の高度計および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、デジタルスチールカメラ、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)、ドローン、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。 The electronic device of the present invention is not limited to the altimeter and the navigation system described above. For example, a personal computer, a digital still camera, a mobile phone, a smartphone, a tablet terminal, a watch (including a smart watch), a drone, a medical device ( For example, it is applied to electronic thermometers, blood pressure monitors, blood glucose meters, electrocardiogram measuring devices, ultrasonic diagnostic devices, electronic endoscopes), various measuring instruments, instruments (for example, vehicles, aircraft, ship instruments), flight simulators, etc. be able to.
<第8実施形態>
次に、本発明の第8実施形態に係る移動体について説明する。
<Eighth Embodiment>
Next, a moving object according to an eighth embodiment of the invention will be described.
図25は、本発明の第8実施形態に係る移動体としての自動車を示す斜視図である。
図25に示すように、移動体としての自動車400は、車体401と、4つの車輪402(タイヤ)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。また、自動車400は、車体401に搭載されている電子制御ユニット(ECU:electronic control unit)403を有しており、この電子制御ユニット403に圧力センサー1が内蔵されている。電子制御ユニット403は、圧力センサー1が車体401の加速度や傾斜等を検出することにより、移動状態や姿勢等を把握し、車輪402等の制御を的確に行うことができる。これにより、自動車400は、安全で安定した移動をすることができる。なお、圧力センサー1は、自動車400に備えられているナビゲーションシステム等に搭載されていてもよい。
FIG. 25 is a perspective view showing an automobile as a moving body according to the eighth embodiment of the invention.
As shown in FIG. 25, an
このような移動体の一例としての自動車400は、圧力センサー1を有している。そのため、自動車400は、上述した圧力センサー1の効果を享受でき、高性能で、高い信頼性を発揮することができる。
An
以上、本発明の圧力センサー、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、前述した実施形態では、ピエゾ抵抗型圧力センサーについて説明したが、静電容量型圧力センサーにも適用できる。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。 As described above, the pressure sensor, the pressure sensor manufacturing method, the pressure sensor module, the electronic device, and the moving body of the present invention have been described based on the illustrated embodiments, but the present invention is not limited to these, The configuration can be replaced with any configuration having a similar function. In the above-described embodiment, the piezoresistive pressure sensor has been described. However, the embodiment can also be applied to a capacitive pressure sensor. Moreover, other arbitrary structures and processes may be added. Moreover, you may combine each embodiment suitably.
1…圧力センサー、2…基板、2a…第1シリコン層、2b…酸化シリコン層、2c…第2シリコン層、21…ダイアフラム、21A…部分、22…凹部、28…シリコン酸化膜、29…第1シリコン窒化膜、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…ベース基板、41…貫通孔、51…層間絶縁膜、52…配線、53…層間絶縁膜、54…端子、55…第2シリコン窒化膜、6…周囲構造体、61…層間絶縁膜、62…配線層、621…ガードリング、622…配線、63…層間絶縁膜、64…配線層、641…ガードリング、642…配線、644…被覆層、645…貫通孔、65…第2シリコン窒化膜、66…封止層、100…圧力センサーモジュール、110…パッケージ、110a…開口、111…ベース、112…ハウジング、120…支持基板、121…基材、122…基部、122a…開口、123…帯体、129…配線、130…回路素子、140…充填部、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、403…電子制御ユニット、BW…ボンディングワイヤー、S…圧力基準室、S1…内部空間、S2、S3…空間
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記ダイアフラムに設けられているセンサー部と、
前記ダイアフラムの一方の面側に設けられている第1シリコン窒化膜と、を有し、
前記第1シリコン窒化膜の水素含有量は、10原子%以下であることを特徴とする圧力センサー。 A diaphragm that bends and deforms under pressure,
A sensor provided in the diaphragm;
A first silicon nitride film provided on one surface side of the diaphragm,
The pressure sensor according to claim 1, wherein a hydrogen content of the first silicon nitride film is 10 atomic% or less.
前記配線の少なくとも一部を覆う第2シリコン窒化膜と、を有する請求項1に記載の圧力センサー。 Wiring electrically connected to the sensor unit;
The pressure sensor according to claim 1, further comprising: a second silicon nitride film that covers at least a part of the wiring.
前記ダイアフラムに設けられているセンサー部と、
前記ダイアフラムの一方の面側に設けられている第1シリコン窒化膜と、
前記センサー部と電気的に接続されている配線と、
前記配線の少なくとも一部を覆う第2シリコン窒化膜と、を有し、
前記第1シリコン窒化膜の水素含有量は、前記第2シリコン窒化膜の水素含有量よりも低いことを特徴とする圧力センサー。 A diaphragm that bends and deforms under pressure,
A sensor provided in the diaphragm;
A first silicon nitride film provided on one surface side of the diaphragm;
Wiring electrically connected to the sensor unit;
A second silicon nitride film covering at least a part of the wiring,
The pressure sensor according to claim 1, wherein a hydrogen content of the first silicon nitride film is lower than a hydrogen content of the second silicon nitride film.
前記基板の一方の面側に、水素含有量が10原子%以下である第1シリコン窒化膜を配置する工程と、
前記基板の他方の面側に凹部を形成し、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、を含むことを特徴とする圧力センサーの製造方法。 Forming a sensor portion on the substrate;
Disposing a first silicon nitride film having a hydrogen content of 10 atomic% or less on one surface side of the substrate;
Forming a recess on the other surface side of the substrate, and forming a diaphragm that bends and deforms by receiving pressure.
前記基板の一方の面側に第1シリコン窒化膜を配置する工程と、
前記基板の一方の面側に前記センサー部と電気的に接続される配線を配置する工程と、
前記配線の少なくとも一部を覆う第2シリコン窒化膜を配置する工程と、
前記基板の他方の面側に凹部を形成し、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、を含み、
前記第1シリコン窒化膜の水素含有量は、前記第2シリコン窒化膜の水素含有量よりも低いことを特徴とする圧力センサーの製造方法。 Forming a sensor portion on the substrate;
Disposing a first silicon nitride film on one surface side of the substrate;
Arranging a wiring electrically connected to the sensor unit on one surface side of the substrate;
Disposing a second silicon nitride film covering at least part of the wiring;
Forming a recess on the other surface side of the substrate, and forming a diaphragm that bends and deforms under pressure.
The method of manufacturing a pressure sensor, wherein a hydrogen content of the first silicon nitride film is lower than a hydrogen content of the second silicon nitride film.
前記圧力センサーを収納しているパッケージと、を有することを特徴とする圧力センサーモジュール。 A pressure sensor according to any one of claims 1 to 8,
A pressure sensor module comprising: a package housing the pressure sensor.
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