JP2019124500A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】残留応力を低減し、優れた圧力検出特性を有する圧力センサー、圧力センサーモジュール、電子機器および移動体を提供する。【解決手段】圧力センサーは、ダイアフラムを有する基板と、前記基板の一方の面側に接続され、前記基板の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側壁部と、前記側壁部に囲まれた空間を介して前記ダイアフラムに対向して配置され、前記空間を封止する封止層と、を有する。また、前記封止層は、シリコンを含む第１層と、前記第１層よりも前記ダイアフラム側に位置し、アルミニウムを含む第２層と、前記第２層よりも前記ダイアフラム側に位置する第３層と、を有し、前記封止層の中央部は、前記第１層から形成され、前記封止層の縁部は、前記第１層、前記第２層および前記第３層から形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、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、周囲構造体は、圧力基準室を囲む枠状の壁部と、壁部の開口を覆う天井部とを有している。さらに、天井部は、リリースエッチング用の貫通孔を有する被覆層と、被覆層に積層され、貫通孔を封止する封止層とを有している。

特開２０１５−１８４１００号公報

このような構成の圧力センサーでは、封止層がＡｌ、Ｔｉ等の金属材料（他の部分と比べて熱膨張率の大きい材料）で構成されている。そのため、圧力センサー内に残留応力が生じ易く、この残留応力がダイアフラムに伝わることによりノイズとなってしまい、圧力の検出精度が悪化してしまう。

本発明の目的は、残留応力を低減し、優れた圧力検出特性を有する圧力センサー、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、
前記基板の一方の面側に接続され、前記基板の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側壁部と、
前記側壁部に囲まれた空間を介して前記ダイアフラムに対向して配置され、前記空間を封止する封止層と、を有し、
前記封止層は、シリコンを含む第１層と、
前記第１層よりも前記ダイアフラム側に位置し、アルミニウムを含む第２層と、
前記第２層よりも前記ダイアフラム側に位置する第３層と、を有し、
前記封止層の中央部は、前記第１層から形成され、
前記封止層の縁部は、前記第１層、前記第２層および前記第３層から形成されていることを特徴とする。
これにより、封止層の機械的強度を十分に維持しつつ、封止層に含まれるアルミニウムの量を効果的に減らすことができる。したがって、封止層の残留応力を効果的に低減することができ、優れた圧力検出特性を発揮でき、かつ、その特性を経時的に安定して維持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、前記封止層は、前記中央部が前記縁部よりも前記ダイアフラムと反対側に位置するように凸状に湾曲していることが好ましい。
これにより、封止層がダイアフラム側へ撓み難くなり、封止層とダイアフラムとの接触を効果的に抑制することができる。

本発明の圧力センサーでは、前記第３層は、チタンを含んでいることが好ましい。
これにより、第３層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、前記封止層の前記中央部と前記縁部との間に位置する中間部は、前記第１層および前記第２層から形成されていることが好ましい。
これにより、中央部と縁部との境界部に大きな段差（急峻な厚みの変化）が生じてしまうことを抑制することができる。そのため、中央部と縁部との境界部への局所的な応力集中を効果的に抑制することができ、封止層の機械的強度を高めることができると共に、封止層内の残留応力を減らすことができる。

本発明の圧力センサーでは、前記中間部において、前記第２層の厚さは、前記縁部側から前記中央部側に向けて漸減していることが好ましい。
これにより、封止層の厚みを中央部から縁部に向けて徐々に大きくすることができるため、中央部と縁部との境界部への局所的な応力集中を効果的に抑制することができる。そのため、封止層の機械的強度を高めることができ、封止層内の残留応力を減らすこともできる。

本発明の圧力センサーでは、前記封止層は、前記第１層と前記第２層との間に位置し、前記中央部、前記中間部および前記縁部に亘って配置されている第４層を有することが好ましい。
これにより、封止層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、前記第４層は、チタンを含んでいることが好ましい。
これにより、第４層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、前記第１層は、シリコンを含む第１シリコン層と、
前記第１シリコン層に対して前記ダイアフラムと反対側に位置し、シリコンを含む第２シリコン層と、
前記第１シリコン層と前記第２シリコン層との間に位置し、酸化シリコンを含む酸化シリコン層と、を有することが好ましい。
このように、第１層を積層体とすることにより、より確実に、圧力基準室を封止することができる。

本発明の圧力センサーでは、前記中央部には、前記第１シリコン層を貫通する貫通孔が設けられていることが好ましい。
これにより、中央部から第２層を排除し易くなる。また、貫通孔を縁部および中間部に設けないことにより、縁部および中間部の機械的強度の低下を抑制することができ、封止層の変形を効果的に抑制することができる。

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、本発明の圧力センサーの効果を享受でき、信頼性の高い圧力センサーモジュールが得られる。

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、本発明の圧力センサーの効果を享受でき、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、本発明の圧力センサーの効果を享受でき、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を示す断面図である。 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配線層を示す拡大断面図である。 図１に示す圧力センサーが有する封止層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工程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。 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を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る圧力センサーモジュールを示す断面図である。 図１８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。 本発明の第４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。 本発明の第５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。 本発明の第６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。

以下、本発明の圧力センサー、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配線層を示す拡大断面図である。図５は、図１に示す圧力センサーが有する封止層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工程を示すフローチャートである。図７ないし図１６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４、図５、図７ないし図１６中の上側を「上」、下側を「下」とも言う。また、基板の平面視、すなわち、図１中の上下方向から見た平面視を単に「平面視」とも言う。

図１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の上面側に配置された圧力基準室Ｓ（空洞部）と、基板２と共に圧力基準室Ｓを形成する周囲構造体４と、ダイアフラム２５に配置されたセンサー部５と、を有している。また、周囲構造体４は、側壁部４Ａと、封止層４６と、を有している。

図１に示すように、基板２は、シリコンで構成された第１層２１と、第１層２１の上側に配置され、シリコンで構成された第３層２３と、第１層２１および第３層２３の間に配置され、酸化シリコンで構成された第２層２２と、を有するＳＯＩ基板で構成されている。これにより、製造上取り扱い易く、優れた加工寸法精度を発揮することができる基板２となる。なお、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もできる。また、基板２は、シリコン以外の半導体材料、例えばゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガリウム砒素リン、窒化ガリウム、炭化珪素等で構成された基板（半導体基板）であってもよい。

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が形成されている。基板２には下方に開放する有底の凹部２４が形成され、この凹部２４によって基板２が薄くなっている部分がダイアフラム２５となっている。また、ダイアフラム２５は、その下面が圧力を受ける受圧面２５１となっている。

なお、本実施形態では、ダイアフラム２５の平面視形状は、略正方形であるが、ダイアフラム２５の平面視形状としては、特に限定されず、例えば、四隅が面取りされていてもよいし、円形、三角形、正方形以外の四角形、五角形以上の多角形等であってもよい。また、本実施形態では、ダイアフラム２５の下面側に第２層２２が残っているが、この第２層２２を除去してもよい。すなわち、ダイアフラム２５を第３層２３の単層で構成してもよい。これにより、ダイアフラム２５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２５が得られる。また、凹部２４が第１層２１の途中まで形成されていてもよい。

ダイアフラム２５の幅としては、特に限定されないが、例えば、１００μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以上３００μｍ以下であることがより好ましい。これにより、過度な大型化を抑制しつつ、十分に撓み易いダイアフラム２５とすることができる。また、ダイアフラム２５の厚さとしては、特に限定されず、ダイアフラム２５の幅によっても異なるが、前述したように、ダイアフラム２５の幅が１００μｍ以上５００μｍ以下の場合には、例えば、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。これにより、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ダイアフラム２５が得られる。

ダイアフラム２５には、ダイアフラム２５に作用する圧力を検出し得るセンサー部５が設けられている。図２に示すように、センサー部５は、ダイアフラム２５に設けられた４つのピエゾ抵抗素子５１、５２、５３、５４を有している。そして、ピエゾ抵抗素子５１、５２、５３、５４は、配線５５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５０（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５０には駆動電圧ＡＶＤＣを供給（印加）する駆動回路が接続されている。そして、ブリッジ回路５０は、ダイアフラム２５の撓みに基づくピエゾ抵抗素子５１、５２、５３、５４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２５が受けた圧力を検出することができる。

特に、ピエゾ抵抗素子５１、５２、５３、５４は、ダイアフラム２５の外縁部に配置されている。受圧によりダイアフラム２５が撓み変形すると、ダイアフラム２５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５１、５２、５３、５４を配置することにより、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５１、５２、５３、５４の配置は、特に限定されず、例えば、ピエゾ抵抗素子５１、５２、５３、５４がダイアフラム２５の外縁を跨いで配置されていてもよいし、ダイアフラム２５の中央部に配置されていてもよい。

ピエゾ抵抗素子５１、５２、５３、５４は、例えば、基板２の第３層２３にリン、ボロン、砒素等の不純物をドープ（拡散または注入）することにより形成されている。また、配線５５は、例えば、基板２の第３層２３に、ピエゾ抵抗素子５１、５２、５３、５４よりも高濃度でリン、ボロン、砒素等の不純物をドープ（拡散または注入）することにより形成されている。

なお、センサー部５の構成としては、ダイアフラム２５が受けた圧力を検出することができれば、特に限定されない。例えば、ブリッジ回路５０を構成していない少なくとも１つのピエゾ抵抗素子がダイアフラム２５に配置されている構成であってもよい。また、センサー部５としては、本実施形態のようなピエゾ抵抗型の他にも、静電容量の変化に基づいて圧力を検出する静電容量型を用いてもよい。

また、図１に示すように、基板２の上面には、酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２膜）からなる第１絶縁膜３１が成膜されている。第１絶縁膜３１によって、ピエゾ抵抗素子５１、５２、５３、５４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。

第１絶縁膜３１上には窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）からなる第２絶縁膜３２が成膜されている。第２絶縁膜３２は、ダイアフラム２５と重ならないよう、ダイアフラム２５の周囲を囲む枠状をなしている。また、第１絶縁膜３１および第２絶縁膜３２上には、ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）からなる第３絶縁膜３３が成膜されている。これら第２、第３絶縁膜３２、３３によって、センサー部５を水分、ガス等から保護することができる。

本実施形態では、第２絶縁膜３２をダイアフラム２５と重ならないように配置し、第３絶縁膜３３をダイアフラム２５と重なるように配置している。これは、第３絶縁膜３３の方が第２絶縁膜３２よりも薄く成膜することができ、ダイアフラム２５の実質厚み（ダイアフラム２５の厚さに、ダイアフラム２５上に成膜された膜の厚さを加えた厚さ）をより薄くすることができるためである。

なお、第１絶縁膜３１、第２絶縁膜３２および第３絶縁膜３３の少なくとも１つは、省略してもよいし、異なる材料で構成されていてもよい。例えば、第３絶縁膜３３の代わりに、導電性を有する導電膜（例えば、ポリシリコンに不純物をドープした膜）を設け、この導電膜を基準電位（グランド）としたり、導電膜にセンサー部５の駆動電圧を印加したりすることにより、導電膜を外乱からセンサー部５を保護するシールド層として機能させることができる。そのため、センサー部５が外乱の影響を受け難くなり、圧力センサー１の圧力検出精度をより高めることができる。

図１に示すように、ダイアフラム２５の上側には、圧力基準室Ｓが設けられている。この圧力基準室Ｓは、基板２と周囲構造体４とに囲まれることにより形成されている。圧力基準室Ｓは、密閉された空間であり、圧力基準室Ｓ内の圧力が、圧力センサー１が検出する圧力の基準値となる。特に、圧力基準室Ｓは、減圧状態、特に真空状態または真空状態により近い状態（例えば、１０Ｐａ以下）であることが好ましい。なお、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４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４は、基板２上に配置された層間絶縁膜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。なお、本実施形態では、層間絶縁膜および配線層をそれぞれ２層有する構成となっているが、これらの数は、特に限定されない。

層間絶縁膜４１、４３は、それぞれ、枠状をなし、平面視でダイアフラム２５を囲むように配置されている。そして、これら層間絶縁膜４１、４３によって、側壁部４Ａが構成されている。また、側壁部４Ａの内側には空間（すなわち、圧力基準室Ｓ）が形成されている。

配線層４２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４２１と、センサー部５の配線５５と接続された配線部４２９とを有している。また、配線層４４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４４１と、配線５５と接続された配線部４４９とを有している。

ここで、ガードリング４２１、４４１の構成について詳細に説明する。図４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、第３絶縁膜３３と接続された凹状のコンタクト部４２１ａと、層間絶縁膜４１上に設けられ、コンタクト部４２１ａの周囲に配置されたフランジ部４２１ｂと、を有している。また、フランジ部４２１ｂは、コンタクト部４２１ａに対して圧力基準室Ｓ側に位置する内側部４２１ｂ’と、反対側に位置する外側部４２１ｂ”と、を有している。また、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のコンタクト部４２１ａと接続された凹状のコンタクト部４４１ａと、層間絶縁膜４３上に設けられ、コンタクト部４４１ａの周囲に配置されたフランジ部４４１ｂと、を有している。また、フランジ部４４１ｂは、コンタクト部４４１ａよりも圧力基準室Ｓ側に位置する内側部４４１ｂ’と、反対側に位置する外側部４４１ｂ”と、を有している。

表面保護膜４５は、周囲構造体４を水分、ガス、ゴミ、傷などから保護する機能を有している。表面保護膜４５は、層間絶縁膜４３および配線層４４上に配置されている。

封止層４６は、圧力基準室Ｓの天井（側壁部４Ａの内側に形成された空間の上端面）に位置し、側壁部４Ａの内側に形成された圧力基準室Ｓを覆うように配置されている。そして、この封止層４６によって、圧力基準室Ｓが封止されている。

このような周囲構造体４のうち、層間絶縁膜４１、４３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）等の絶縁膜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。

また、配線層４２としては、特に限定されないが、本実施形態では、図４に示すように、バリアメタル層４２Ａと、バリアメタル層４２Ａ上に積層された金属層４２Ｂと、の積層体で構成されている。バリアメタル層４２Ａは、金属層４２Ｂ内の金属材料の拡散を防止する機能を有しており、本実施形態では、第１バリアメタル層４２Ａ’と第２バリアメタル層４２Ａ”との積層体で構成されている。第１バリアメタル層４２Ａ’の構成材料としては、特に限定されず、例えば、チタン（Ｔｉ）を用いることができ、第２バリアメタル層４２Ａ”の構成材料としては、特に限定されず、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）を用いることができる。一方、金属層４２Ｂとしては、特に限定されず、例えば、アルミニウム（Ａｌ）等の金属材料を用いることができる。

また、配線層４４としては、特に限定されないが、本実施形態では、図４に示すように、配線層４２と同様に、バリアメタル層４４Ａと、バリアメタル層４４Ａ上に積層された金属層４４Ｂと、の積層体で構成されている。バリアメタル層４４Ａは、金属層４４Ｂ内の金属材料の拡散を防止する機能を有しており、本実施形態では、第１バリアメタル層４４Ａ’と第２バリアメタル層４４Ａ”との積層体で構成されている。

このようなバリアメタル層４４Ａは、チタン（Ｔｉ元素）を含む材料で構成されている。ここで、「チタンを含む」とは、金属チタンをそのまま含む場合と、チタン合金またはチタン化合物として含む場合とが挙げられる。本実施形態では、第１バリアメタル層４４Ａ’はチタン（Ｔｉ）で構成され、第２バリアメタル層４４Ａ”は、窒化チタン（ＴｉＮ）で構成されている。一方、金属層４４Ｂは、アルミニウム（Ａｌ）を含む材料で構成されている。ここで、「アルミニウムを含む」とは、金属アルミニウムをそのまま含む場合と、アルミニウム合金またはアルミニウム化合物として含む場合とが挙げられる。本実施形態では、金属層４４Ｂは、アルミニウムで構成されている。

なお、配線層４２、４４の構成としては、特に限定されない。例えば、第１バリアメタル層４２Ａ’、４４Ａ’は、それぞれ、チタン以外の材料（例えば、製造上、不可避的に混じってしまう材料）を含んでいてもよいし、チタン以外の材料で構成されていてもよい。同様に、第２バリアメタル層４２Ａ”、４４Ａ”は、それぞれ、窒化チタン以外の材料（例えば、製造上、不可避的に混じってしまう材料）を含んでいてもよいし、窒化チタン以外の材料で構成されていてもよい。また、バリアメタル層４２Ａ、４４Ａは、一層で構成されていてもよいし、３層以上の積層体で構成されていてもよい。また、金属層４２Ｂ、４４Ｂは、それぞれ、アルミニウム以外の材料（例えば、製造上、不可避的に混じってしまう材料）を含んでいてもよい。

次に、封止層４６について詳細に説明する。図１に示すように、封止層４６は、第１層４６１と、第１層４６１よりもダイアフラム２５側に位置する第２層４６２と、第２層４６２よりもダイアフラム２５側に位置する第３層４６３と、第１層４６１と第２層４６２との間に位置する第４層４６４と、を有している。

第３層４６３は、封止層４６に含まれる各層の中で最もダイアフラム２５側に位置している。そして、この第３層４６３上に第２層４６２が積層されている。第２層４６２および第３層４６３は、それぞれ、枠状をなし、その中央部に開口４６０を有している。そして、これら第２層４６２および第３層４６３は、図４に示すように、前述したガードリング４４１（特に、フランジ部４４１ｂの内側部４４１ｂ’）から構成されている。具体的には、第３層４６３は、内側部４４１ｂ’のバリアメタル層４４Ａから構成されており、第２層４６２は、内側部４４１ｂ’の金属層４４Ｂから形成されている。なお、前記「枠状」とは、周方向に連続し、環状をなしている枠状の他にも、周方向の一部に欠損部を有する枠状を含む意味である。

前述したように、バリアメタル層４４Ａは、チタン膜である第１バリアメタル層４４Ａ’と窒化チタン膜である第２バリアメタル層４４Ａ”との積層体で構成されている。このようなチタンを含むバリアメタル層４４Ａから第３層４６３を構成することで、第３層４６３の機械的強度を高めることができる。

第１層４６１は、図１に示すように、下面側が開口４６０を介して圧力基準室Ｓに臨む第１シリコン層４６１ａと、第１シリコン層４６１ａの上面に積層された酸化シリコン層４６１ｂと、酸化シリコン層４６１ｂの上面に積層された第２シリコン層４６１ｃと、を有する３層構造をなしている。このように、第１層４６１を積層構造とすることにより、圧力基準室Ｓをより確実に気密封止することができる。

第１シリコン層４６１ａは、シリコン（Ｓｉ）を含み、特に本実施形態ではシリコン（Ｓｉ）で構成されている。また、酸化シリコン層４６１ｂは、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を含み、特に本実施形態では酸化シリコン（ＳｉＯ_２）で構成されている。また、第２シリコン層４６１ｃは、シリコン（Ｓｉ）を含み、特に本実施形態ではシリコン（Ｓｉ）で構成されている。

このように、第１層４６１の各層がそれぞれシリコン（Ｓｉ）を含んでいることにより、後述する製造方法でも説明するように、第１層４６１を半導体プロセスによって容易に形成することができる。さらには、同じ材料（シリコン）で構成された第１シリコン層４６１ａおよび第２シリコン層４６１ｃで、これらと異なる材料（ＳｉＯ_２）で構成された酸化シリコン層４６１ｂを挟み込むことにより、第１層４６１の熱膨張率をその厚さ方向で平均化することができる。

また、前述したように、基板２がＳＯＩ基板で構成されているため、第１層４６１の各層がそれぞれシリコン（Ｓｉ）を含んでいることにより、圧力基準室Ｓを介して対向する基板２と第１層４６１との熱膨張率の差を小さくすることができる。そのため、ダイアフラム２５に加わる熱応力（熱膨張率の差に起因して生じる応力）を小さく抑えることができると共に、環境温度による熱応力の変化を抑制することができる。そのため、環境温度に起因した出力ドリフトが抑制され、優れた温度特性を有する圧力センサー１となる。

また、図１に示すように、第１シリコン層４６１ａの中央部Ｑ１（後述する）には複数の貫通孔４６１ａ’が形成されている。複数の貫通孔４６１ａ’は、後述する製造方法において説明するように、製造途中まで圧力基準室Ｓを埋めている犠牲層Ｇを除去するためのリリースエッチング用の孔として利用される。このような複数の貫通孔４６１ａ’は、第１シリコン層４６１ａ上に配置された酸化シリコン層４６１ｂおよび第２シリコン層４６１ｃによって封止されている。

各貫通孔４６１ａ’の横断面形状は、略円形状である。ただし、各貫通孔４６１ａ’の横断面形状は、特に限定されず、例えば、三角形、四角形等の多角形、楕円形、異形等であってもよい。また、図５に示すように、貫通孔４６１ａ’は、横断面積（径）が圧力基準室Ｓ側から酸化シリコン層４６１ｂ側に向けて漸減したテーパー状をなしている。貫通孔４６１ａ’をテーパー状にすることにより、貫通孔４６１ａ’内の空間が十分に確保されて犠牲層Ｇを除去し易くなると共に、貫通孔４６１ａ’の上側の開口を十分に小さくすることができ、貫通孔４６１ａ’を酸化シリコン層４６１ｂおよび第２シリコン層４６１ｃによってより確実に塞ぐことができる。なお、貫通孔４６１ａ’の形状としては、特に限定されず、前述したテーパー状以外の形状、例えば、ストレート状、逆テーパー状等であってもよい。

貫通孔４６１ａ’の下端側開口の径Ｒｍａｘ（幅）としては、特に限定されないが、例えば、０．６μｍ以上１．２μｍ以下であることが好ましく、０．８μｍ以上１．０μｍ以下であることがより好ましい。一方、貫通孔４６１ａ’の上端側開口の径Ｒｍｉｎ（幅）としては、特に限定されないが、例えば、１００Å以上９００Å以下であることが好ましく、３００Å以上７００Å以下であることがより好ましい。これにより、犠牲層Ｇを除去するのに十分な大きさであり、かつ、酸化シリコン層４６１ｂおよび第２シリコン層４６１ｃによってより確実に塞ぐことのできる貫通孔４６１ａ’となる。また、貫通孔４６１ａ’の過度な大型化を阻止することができ、例えば、第１シリコン層４６１ａの機械的強度が過度に低下してしまったり、あるいは、第１シリコン層４６１ａの機械的強度を確保するために第１シリコン層４６１ａが過度に厚くなってしまったりするのを抑制することができる。

また、貫通孔４６１ａ’は、横断面積（径）の変化率が圧力基準室Ｓ側から酸化シリコン層４６１ｂ側に向けて漸減している。すなわち、上側に向けて内周面の傾斜がきつくなっており、上端部では内周面がほぼ垂直に立った状態となっている。そのため、貫通孔４６１ａ’は、漏斗状の内部空間を有しているとも言える。このような構成とすれば、貫通孔４６１ａ’の径を下側から上側に向けて徐々に小さくすることができるため、径Ｒｍｉｎを高精度に制御することができる。そのため、径Ｒｍｉｎを目標値に合わせ込み易くなる。したがって、径Ｒｍｉｎが小さくなり過ぎて犠牲層Ｇを除去し難くなったり、反対に、径Ｒｍｉｎが大きくなり過ぎて貫通孔４６１ａ’を酸化シリコン層４６１ｂや第２シリコン層４６１ｃで封止することが困難となったりするのを抑制することができる。

また、第１シリコン層４６１ａは、各貫通孔４６１ａ’の下端側開口を囲む環状をなし、圧力基準室Ｓ側に突出する枠状の突出部４６１ａ”を有している。そのため、仮に封止層４６がダイアフラム２５側に撓んで、封止層４６がダイアフラム２５と接触したとしても、突出部４６１ａ”がダイアフラム２５に優先的に接触する。そのため、突出部４６１ａ”がない場合と比べて、封止層４６とダイアフラム２５との接触面積を小さくすることができ、封止層４６がダイアフラム２５に接触したまま貼り付いてしまう「スティッキング」の発生を効果的に抑制することができる。ただし、突出部４６１ａ”は、省略してもよい。

以上のような第１シリコン層４６１ａ上には酸化シリコン層４６１ｂが積層されている。酸化シリコン層４６１ｂは、主に、第１シリコン層４６１ａに形成された複数の貫通孔４６１ａ’を封止するための層である。このような酸化シリコン層４６１ｂ上には第２シリコン層４６１ｃが積層されている。第２シリコン層４６１ｃは、主に、材料が同じ第１シリコン層４６１ａとの間に、異なる材料で構成された酸化シリコン層４６１ｂを挟み込むための層である。また、第２シリコン層４６１ｃは、酸化シリコン層４６１ｂで貫通孔４６１ａ’を封止仕切れなかった場合に酸化シリコン層４６１ｂと共に貫通孔４６１ａ’を封止する機能も有している。

なお、酸化シリコンで構成された酸化シリコン層４６１ｂが外部に露出していると、酸化シリコン層４６１ｂが水分を吸着し、環境湿度によって第１層４６１の残留応力が変化するおそれがある。環境湿度によって第１層４６１の残留応力が変化してしまうと、それがダイアフラム２５に伝わって、ダイアフラム２５の残留応力も変化してしまう。そのため、環境湿度に起因する出力のドリフトが生じてしまい、圧力センサー１の圧力検出精度が低下するおそれがある。そこで、第２シリコン層４６１ｃで酸化シリコン層４６１ｂの外部に露出し得る面を覆い、酸化シリコン層４６１ｂの外部への露出を阻止している。これにより、酸化シリコン層４６１ｂを水分から保護することができ、環境湿度による第１層４６１の残留応力の変化を抑制することができる。

以上、第１層４６１について説明したが、第１層４６１の構成としては、特に限定されない。例えば、第１シリコン層４６１ａおよび第２シリコン層４６１ｃは、それぞれ、シリコン以外の材料（例えば、製造上、不可避的に混じってしまう材料）を含んでいてもよい。同様に、酸化シリコン層４６１ｂは、酸化シリコン以外の材料（例えば、製造上、不可避的に混じってしまう材料）を含んでいてもよい。また、例えば、第１シリコン層４６１ａと酸化シリコン層４６１ｂとの間や酸化シリコン層４６１ｂと第２シリコン層４６１ｃとの間に別の層が介在していてもよい。すなわち、第１層４６１は、４層以上の積層構造となっていてもよい。また、第２シリコン層４６１ｃを省略してもよい。また、第１シリコン層４６１ａが貫通孔４６１ａ’を有していなくてもよく、この場合、酸化シリコン層４６１ｂおよび第２シリコン層４６１ｃを省略してもよい。

第４層４６４は、第１層４６１と第２層４６２との間に位置している。第４層４６４は、直下の第２層４６２を形成する際のフォトリソグラフィーの反射防止膜としての機能を有している。また、後述する製造方法でも説明するように、第４層４６４は、封止層４６を凸状に湾曲させるために用いられる形状変形膜としての機能も有している。また、第４層４６４は、例えば、第２層４６２に比べて、十分に薄くなっている。

このような第４層４６４の構成材料としては、特に限定されず、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）のようなチタン（Ｔｉ元素）を含む材料で構成されている。ここで、「チタンを含む」とは、金属チタンをそのまま含む場合と、チタン合金またはチタン化合物として含む場合とが挙げられる。ただし、第４層４６４の構成としては、特に限定されず、例えば、窒化チタン以外の材料（例えば、製造上、不可避的に混じってしまう材料）を含んでいてもよいし、窒化チタン以外の材料で構成されていてもよいし、チタンを含まない材料で構成されていてもよい。また、第４層４６４は、２層以上の積層体で構成されていてもよい。具体的は、例えば、第４層４６４は、第３層４６３と同様に、チタン膜と窒化チタン膜との積層体で構成されていてもよい。

以上、封止層４６の各層について詳細に説明した。このような構成の封止層４６は、上側（圧力基準室Ｓと反対側）へ凸となるように湾曲している。このように、封止層４６を上側へ湾曲させることにより、封止層４６がダイアフラム２５側へ撓み難くなり、封止層４６とダイアフラム２５との接触を効果的に抑制することができる。また、同じ側壁部４Ａの高さでも封止層４６が上側へ湾曲している分、封止層４６とダイアフラム２５との離間距離Ｄを大きく確保することができる。そのため、圧力センサー１の大型化を伴うことなく、封止層４６とダイアフラム２５との接触を効果的に抑制することができる。したがって、小型で圧力検出精度に優れ、信頼性の高い圧力センサー１となる。

また、図１および図４に示すように、封止層４６は、基板２の法線方向からの平面視で、その中央部に位置し、圧力基準室Ｓの中央部（ダイアフラム２５の中央部）と重なる中央部Ｑ１と、圧力基準室Ｓの縁部と重なり、中央部Ｑ１を囲む枠状をなす縁部Ｑ３と、中央部Ｑ１と縁部Ｑ３との間に位置し、枠状をなす中間部Ｑ２と、を有している。そして、中央部Ｑ１は、封止層４６を構成する第１層４６１、第２層４６２、第３層４６３および第４層４６４のうちの第１層４６１および第４層４６４の積層体から形成され、中間部Ｑ２は、第１層４６１、第４層４６４および第２層４６２の積層体から形成され、縁部Ｑ３は、第１層４６１、第４層４６４、第２層４６２および第３層４６３の積層体から形成されている。

なお、図１では、説明の便宜上、バランスを崩して図示しているが、中央部Ｑ１の幅は、例えば、圧力基準室Ｓの幅の０．８以上０．９５以下程度であり、封止層４６（圧力基準室Ｓと重なる部分）の大半を中央部Ｑ１が占めている構成とすることが好ましい。これにより、後述する効果（アルミニウムの量を削減することによる効果）がより顕著に発揮される。

上述のように、中央部Ｑ１が第１層４６１および第４層４６４の積層体から形成されていることにより、例えば、中央部Ｑ１が、中間部Ｑ２と同様に第１層４６１、第４層４６４および第２層４６２の積層体から形成されている場合や、縁部Ｑ３と同様に第１層４６１、第４層４６４、第２層４６２および第３層４６３の積層体から形成されている場合と比べて、ダイアフラム２５との離間距離Ｄを大きくすることができる。そのため、封止層４６とダイアフラム２５との接触をより効果的に抑制することができる。

さらには、中央部Ｑ１に第２層４６２が含まれないことにより、封止層４６に含まれるアルミニウム（金属材料）の量を効果的に減らすことができる。アルミニウムは、圧力センサー１の多くを占めるシリコン系材料と比べて熱膨張率が大きい。そのため、アルミニウムが多く含まれると、それが残留応力を増加させる原因となる。そして、この残留応力がダイアフラム２５に伝わることによりノイズとなってしまい、圧力の検出精度が悪化してしまう。また、残留応力は、経時的に変化する（一般的には経時的に開放して小さくなる）。そのため、ノイズも安定せず回路を用いて補正することも困難である。そのため、残留応力の低減を図る観点から、アルミニウムの量を極力減らすことが望ましい。したがって、中央部Ｑ１に第２層４６２を含まない構成とすることにより、封止層４６に含まれるアルミニウムの量を効果的に削減でき、封止層４６の残留応力を効果的に減少させることができる。これにより、優れた圧力検出特性を発揮でき、かつ、その特性を経時的に安定して維持することのできる圧力センサー１となる。

また、上述のように、縁部Ｑ３は、第１層４６１、第４層４６４、第２層４６２および第３層４６３の積層体から形成されている。これにより、縁部Ｑ３を厚くすることができ、その分、縁部Ｑ３の剛性を高めることができる。したがって、縁部Ｑ３によって、それよりも内側の部分（中央部Ｑ１および中間部Ｑ２）を強固に支持することができ、封止層４６のダイアフラム２５側への変形をより効果的に抑制することができる。また、縁部Ｑ３には、貫通孔４６１ａ’が設けられていない。したがって、縁部Ｑ３の剛性の低下を抑制することができる。

また、上述のように、中間部Ｑ２は、第１層４６１、第４層４６４および第２層４６２の積層体から形成されている。すなわち、中間部Ｑ２は、第１層４６１および第４層４６４の積層体から形成されている中央部Ｑ１よりも厚く、第１層４６１、第４層４６４、第２層４６２および第３層４６３の積層体から形成されている縁部Ｑ３よりも薄い。このように、中央部Ｑ１と縁部Ｑ３との間に、これらの間の厚さを有する中間部Ｑ２を設けることにより、中央部Ｑ１と縁部Ｑ３との境界部に大きな段差（急峻な厚みの変化）が生じてしまうことを抑制することができる。すなわち、中央部Ｑ１から縁部Ｑ３に向けて徐々に厚みを大きくすることができる。これにより、中央部Ｑ１と縁部Ｑ３との境界部への局所的な応力集中を効果的に抑制することができる。そのため、封止層４６の機械的強度を高めることができ、封止層４６内の残留応力を減らすこともできる。

特に、本実施形態では、中間部Ｑ２において、第２層４６２の厚さが縁部Ｑ３側から中央部Ｑ１側に向けて漸減している。これにより、上述した効果をより顕著に発揮することができる。また、中間部Ｑ２には、貫通孔４６１ａ’が設けられていない。したがって、中間部Ｑ２の剛性の低下を抑制することができる。

以上、圧力センサー１について説明した。このような圧力センサー１は、前述したように、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、基板２の上面（一方の面）側に接続され、基板２の平面視でダイアフラム２５を囲むように配置されている側壁部４Ａと、側壁部４Ａに囲まれた圧力基準室Ｓ（空間）を介してダイアフラム２５に対向して配置され、圧力基準室Ｓを封止する封止層４６と、を有している。また、封止層４６は、シリコンを含む第１層４６１と、第１層４６１よりもダイアフラム２５側に位置し、アルミニウムを含む第２層４６２と、第２層４６２よりもダイアフラム２５側に位置する第３層４６３と、を有している。そして、封止層４６の中央部Ｑ１は、第１層４６１から形成され、封止層４６の縁部Ｑ３は、第１層４６１、第２層４６２および第３層４６３から形成されている。これにより、封止層４６に含まれるアルミニウムの量を効果的に減らすことができる。したがって、封止層４６の残留応力を効果的に低減することができ、優れた圧力検出特性を発揮でき、かつ、その特性を経時的に安定して維持することのできる圧力センサー１が得られる。

また、前述したように、封止層４６は、中央部Ｑ１が縁部Ｑ３よりも上側（ダイアフラム２５と反対側）に位置するように凸状に湾曲している。これにより、封止層４６がダイアフラム２５側へ撓み難くなり、封止層４６とダイアフラム２５との接触を効果的に抑制することができる。また、同じ側壁部４Ａの高さでも封止層４６が上側へ湾曲している分、封止層４６とダイアフラム２５との離間距離Ｄを大きく確保することができる。そのため、圧力センサー１の大型化を伴うことなく、封止層４６とダイアフラム２５との接触を効果的に抑制することができる。したがって、小型で圧力検出精度に優れ、信頼性の高い圧力センサー１となる。

また、前述したように、第３層４６３は、チタン膜である第１バリアメタル層４４Ａ’と、窒化チタン膜である第２バリアメタル層４４Ａ”と、の積層体で構成されている。すなわち、第３層４６３は、チタンを含んでいる。そのため、第３層４６３の機械的強度を高めることができる。

また、前述したように、封止層４６の中央部Ｑ１と縁部Ｑ３との間に位置する中間部Ｑ２は、第１層４６１および第２層４６２から形成されている。これにより、中央部Ｑ１と縁部Ｑ３との境界部に大きな段差（急峻な厚みの変化）が生じてしまうことを抑制することができる。そのため、中央部Ｑ１と縁部Ｑ３との境界部への局所的な応力集中を効果的に抑制することができ、封止層４６の機械的強度を高めることができると共に、封止層４６内の残留応力を減らすことができる。

また、前述したように、中間部Ｑ２において、第２層４６２の厚さは、縁部Ｑ３側から中央部Ｑ１側に向けて漸減している。これにより、封止層４６の厚みを中央部Ｑ１から縁部Ｑ３に向けて徐々に大きくすることができるため、中央部Ｑ１と縁部Ｑ３との境界部への局所的な応力集中を効果的に抑制することができる。そのため、封止層４６の機械的強度を高めることができ、封止層４６内の残留応力を減らすこともできる。

また、前述したように、封止層４６は、第１層４６１と第２層４６２との間に位置し、中央部Ｑ１、中間部Ｑ２および縁部Ｑ３に亘って配置されている第４層４６４を有している。このような第４層４６４を有することにより、封止層４６の機械的強度を高めることができる。後述する製造方法でも説明するように、より確実に、封止層４６を凸状に湾曲させることができる。

また、前述したように、第４層４６４は、チタンを含んでいる。これにより、第４層４６４の機械的強度を高めることができる。また、第４層４６４を、第２層４６２を形成する際のフォトリソグラフィーの反射防止膜としても利用することができる。

また、前述したように、第１層４６１は、シリコンを含む第１シリコン層４６１ａと、第１シリコン層４６１ａに対してダイアフラム２５と反対側に位置し、シリコンを含む第２シリコン層４６１ｃと、第１シリコン層４６１ａと第２シリコン層４６１ｃとの間に位置し、酸化シリコンを含む酸化シリコン層４６１ｂと、を有している。このように、第１層４６１を積層体とすることにより、より確実に、圧力基準室Ｓを封止することができる。

また、前述したように、中央部Ｑ１には、第１シリコン層４６１ａを貫通する貫通孔４６１ａ’が設けられている。これにより、後述する製造方法でも説明するように、中央部Ｑ１から第２層４６２を排除し易くなる。また、貫通孔４６１ａ’を縁部Ｑ３および中間部Ｑ２に設けないことにより、縁部Ｑ３および中間部Ｑ２の機械的強度の低下を抑制することができ、封止層４６の変形を効果的に抑制することができる。

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６に示すように、基板２を準備する準備工程と、基板２にセンサー部５を形成するセンサー部形成工程と、基板２の上面側に、犠牲層Ｇおよび犠牲層Ｇの周囲に位置する側壁部４Ａを形成する側壁部形成工程と、犠牲層Ｇを除去して圧力基準室Ｓを形成する圧力基準室形成工程と、圧力基準室Ｓを封止する封止工程と、基板２にダイアフラム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７に示すように、第１層２１、第２層２２および第３層２３が積層した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のダイアフラム形成領域２５０にはダイアフラム２５が形成されていない。次に、例えば、第３層２３の表面を熱酸化することにより、基板２の上面に酸化シリコン膜からなる第１絶縁膜３１を成膜する。

［センサー部形成工程］
次に、図８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により、センサー部５を形成する。次に、第１絶縁膜３１の上面に第２絶縁膜３２および第３絶縁膜３３をスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて成膜する。

［側壁部形成工程］
次に、図９に示すように、基板２上に、層間絶縁膜４１、配線層４２、層間絶縁膜４３、配線層４４（第２層４６２および第３層４６３）、第４層４６４および表面保護膜４５をスパッタリング法、ＣＶＤ法等の各種成膜法とエッチング法とを用いて順に所定のパターンで形成する。これにより、ダイアフラム形成領域２５０と重なり、層間絶縁膜４１、４３から構成された犠牲層Ｇと、犠牲層Ｇの周囲に位置し、犠牲層Ｇを囲む枠状の側壁部４Ａと、が得られる。犠牲層Ｇの上面は、配線層４４および第４層４６４で覆われており、配線層４４および第４層４６４の犠牲層Ｇと重なる部分には、犠牲層Ｇに臨む複数の貫通孔４９が形成されている。

ここで、配線層４４（第２層４６２および第３層４６３）および第４層４６４の形成方法について詳細に説明すると、まず、層間絶縁膜４３上に第３層４６３を成膜し、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する。次に、パターニングした第３層４６３上に第２層４６２および第４層４６４を順に成膜し、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、第２層４６２および第４層４６４を共にパターニングする。これにより、図９に示す状態となる。なお、第４層４６４は、フォトリソグラフィーの際の反射防止膜として好適に用いることができる。

［圧力基準室形成工程］
次に、基板２を所定のバッファードフッ酸等に晒す。これにより、図１０に示すように、貫通孔４９を介して犠牲層Ｇがエッチング除去されて、圧力基準室Ｓが形成される。この際、ガードリング４２１、４４１がエッチングストッパーとして機能し、ガードリング４２１、４４１の外側にある側壁部４Ａの不本意な除去が抑制される。なお、本実施形態では、犠牲層Ｇの一部が残存しており、ガードリング４２１、４４１の一部が側壁部４Ａに埋設された状態となっている。ただし、犠牲層Ｇは、その全てが除去されてもよい。

［封止工程］
次に、図１１に示すように、第４層４６４および表面保護膜４５の上面に、貫通孔４６１ａ’を有する第１シリコン層４６１ａを成膜する。第１シリコン層４６１ａの成膜方法としては、特に限定されず、例えば、スパッタリング法、ＣＶＤ法等の各種成膜方法（気相成長法）を用いることができる。

本工程について詳しく説明すると、第４層４６４上に第１シリコン層４６１ａを成長させていくと、初めのうちは急峻に貫通孔４９を塞いでいくが、第１シリコン層４６１ａが厚くなると共にその勢いが低下し、第１シリコン層４６１ａがある厚みを超えたあたりから貫通孔４９がほとんど塞がらなくなる。そのため、容易かつより確実に、貫通孔４６１ａ’を形成することができる。また、第１シリコン層４６１ａの一部が貫通孔４９内に入り込むことにより、枠状の突出部４６１ａ”が形成される。このようなことから、貫通孔４９は、エッチングリリース孔としての機能と共に、第１シリコン層４６１ａに貫通孔４６１ａ’および突出部４６１ａ”を形成する機能を有しているとも言える。

また、第１シリコン層４６１ａの成膜中、基板２が高温に曝され、アルミニウムを含む第２層４６２が膨張する。そして、本工程の終了によって基板２が冷却される際に第２層４６２が収縮することにより、図１１に示すように、第２層４６２が第１シリコン層４６１ａと共に上側に凸となるように湾曲変形し、この形状が維持される。なお、上側に凸となるように湾曲変形するのは、次の理由による。第２層４６２の上面には、そのほぼ全域に亘って第４層４６４が配置されているのに対して、第２層４６２の下面には、その中央部Ｑ１を除くようにして第３層４６３が配置されている。したがって、第４層４６４による拘束力（第２層４６２の収縮を抑える力）よりも、第３層４６３による拘束力が弱くなり、冷却時に第２層４６２の下面側の方が上面側よりも大きく収縮するためである。

なお、第２層４６２を凸状に湾曲変形させる方法としては、特に限定されない。例えば、第１シリコン層４６１ａを成膜する際の高温化からの冷却によっては、第２層４６２が湾曲しない場合や湾曲が不十分である場合には、第１シリコン層４６１ａを成膜後、加熱によって第２層４６２および第１シリコン層４６１ａを熱膨張させてもよい。第２層４６２を構成するアルミニウムの熱膨張率は約２３ｐｐｍ／Ｋであり、第１シリコン層４６１ａを構成するシリコンの熱膨張率は約２．６ｐｐｍ／Ｋである。そのため、これら材料の熱膨張率の差に起因して、前記熱膨張によって第２層４６２および第１シリコン層４６１ａが上側に凸となるように湾曲変形する。このような方法によれば、例えば、第４層４６４が省略されている場合でも、簡単に、第２層４６２を凸状に湾曲変形させることができる。

次に、基板２を例えばリン酸、酢酸および硝酸の混酸等のエッチング液に晒し、貫通孔４６１ａ’を介して第２層４６２の一部（中央部Ｑ１に位置する部分）を除去する。これにより、図１２に示すように、第２層４６２および第３層４６３が共に枠状となり、その中央部に開口４６０が形成される。なお、第２層４６２の下面が圧力基準室Ｓに臨んでいるため、エッチング液に曝され易く、下面側が上面側よりも速いレートで除去される。したがって、第２層４６２は、その厚さが縁部Ｑ３から中央部Ｑ１に向けて漸減する形状となる。

次に、圧力基準室Ｓを真空状態とした状態で、図１３に示すように、第１シリコン層４６１ａの上面に酸化シリコン層４６１ｂを成膜し、貫通孔４６１ａ’を封止する。酸化シリコン層４６１ｂの成膜方法としては、特に限定されず、例えば、スパッタリング法、ＣＶＤ法等の各種成膜方法（気相成長法）を用いることができる。次に、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、酸化シリコン層４６１ｂをパターニングし、酸化シリコン層４６１ｂの外縁を第１シリコン層４６１ａの外縁よりも内側に位置させる。なお、酸化シリコン層４６１ｂのパターニング方法として、バッファードフッ酸等のエッチング液を用いたウェットエッチングを利用することが好ましい。これにより、酸化シリコン層４６１ｂと第１シリコン層４６１ａとのエッチング選択比を大きく確保することができ、実質的に酸化シリコン層４６１ｂのみをパターニングすることができる。

次に、図１４に示すように、第１シリコン層４６１ａおよび酸化シリコン層４６１ｂの上面に第２シリコン層４６１ｃを成膜する。これにより、第１シリコン層４６１ａおよび第２シリコン層４６１ｃによって酸化シリコン層４６１ｂが封止される。第２シリコン層４６１ｃの成膜方法としては、特に限定されず、例えば、スパッタリング法、ＣＶＤ法等の各種成膜方法（気相成長法）を用いることができる。

次に、図１５に示すように、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、第１シリコン層４６１ａおよび第２シリコン層４６１ｃを同時にパターニングする。これにより、封止層４６が得られる。なお、第１シリコン層４６１ａおよび第２シリコン層４６１ｃを互いに同じ材料で構成することにより、これらを同時にパターニングすることができる。そのため、圧力センサー１の製造工程を削減することができ、圧力センサー１の製造がより容易となる。

［ダイアフラム形成工程］
次に、図１６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）法を用いて第１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２４を形成してダイアフラム２５を得る。以上により、圧力センサー１が得られる。なお、ダイアフラム形成工程の順番は、特に限定されず、例えば、センサー部配置工程に先立って行ってもよいし、センサー部配置工程から第３封止層配置工程までの間に行ってもよい。

＜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１７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。

本実施形態に係る圧力センサー１は、ガードリング４４１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１とほぼ同様である。以下、第２実施形態の圧力センサー１について、前述した第１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１７は、前述した第１実施形態の図４に対応する断面図であり、ガードリング４２１、４４１の断面を示している。同図に示すように、本実施形態では、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つのコンタクト部４４１ａと、層間絶縁膜４３上に設けられ、コンタクト部４４１ａの周囲に配置されたフランジ部４４１ｂと、を有している。２つのコンタクト部４４１ａは、基板２の平面視で、圧力基準室Ｓを囲む枠状をなし、同心的に配置されている。また、内側に位置するコンタクト部４４１ａを「コンタクト部４４１ａ’」とし、外側に位置するコンタクト部４４１ａを「コンタクト部４４１ａ”」としたとき、コンタクト部４４１ａ’は、フランジ部４２１ｂの内側部４２１ｂ’と接続され、コンタクト部４４１ａ”は、フランジ部４２１ｂの外側部４２１ｂ”と接続されている。

例えば、前述した第１実施形態のように、コンタクト部４４１ａをコンタクト部４２１ａに接続しようとすると、層間絶縁膜４１、４３の厚み等によっては、コンタクト部４４１ａがその後の成膜に支障を来たす程度に深くなってしまう場合がある。そのため、コンタクト部４４１ａ上に成膜される第１シリコン層４６１ａのステップカバレッジ（段差被覆性）が悪化し、例えば、周囲構造体４の機械的強度や圧力基準室Ｓの気密性が低下するおそれがある。これに対して、本実施形態では、コンタクト部４４１ａをフランジ部４２１ｂに接続しているため、第１実施形態と比較して、第１シリコン層４６１ａのステップカバレッジが良好となり、周囲構造体４の機械的強度や圧力基準室Ｓの気密性の低下をより確実に抑制することができる。

以上のような第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モジュールについて説明する。

図１８は、本発明の第３実施形態に係る圧力センサーモジュールを示す断面図である。図１９は、図１８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。

以下、第３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。

図１８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に後述するような充填材を充填することにより形成されている充填部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、前述した実施形態のものを用いることができる。

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。

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。

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。

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１９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。

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。

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により、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の圧力検出精度が向上する。

回路素子１３０は、ブリッジ回路５０に電圧を供給するための駆動回路、ブリッジ回路５０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。

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。

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。

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、前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、圧力センサーモジュール１００の構成としては、前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。

＜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２０は、本発明の第４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２０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、前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２１は、本発明の第５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。

図２１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により、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、前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、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。

＜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２２は、本発明の第６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２２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。

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、前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、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…第１層、２２…第２層、２３…第３層、２４…凹部、２５…ダイアフラム、２５０…ダイアフラム形成領域、２５１…受圧面、３１…第１絶縁膜、３２…第２絶縁膜、３３…第３絶縁膜、４…周囲構造体、４Ａ…側壁部、４１…層間絶縁膜、４２…配線層、４２Ａ…バリアメタル層、４２Ａ’…第１バリアメタル層、４２Ａ”…第２バリアメタル層、４２Ｂ…金属層、４２１…ガードリング、４２１ａ…コンタクト部、４２１ｂ…フランジ部、４２１ｂ’…内側部、４２１ｂ”…外側部、４２９…配線部、４３…層間絶縁膜、４４…配線層、４４Ａ…バリアメタル層、４４Ａ’…第１バリアメタル層、４４Ａ”…第２バリアメタル層、４４Ｂ…金属層、４４１…ガードリング、４４１ａ、４４１ａ’、４４１ａ”…コンタクト部、４４１ｂ…フランジ部、４４１ｂ’…内側部、４４１ｂ”…外側部、４４９…配線部、４５…表面保護膜、４６…封止層、４６０…開口、４６１…第１層、４６１ａ…第１シリコン層、４６１ａ’…貫通孔、４６１ａ”…突出部、４６１ｂ…酸化シリコン層、４６１ｃ…第２シリコン層、４６２…第２層、４６３…第３層、４６４…第４層、４９…貫通孔、５…センサー部、５０…ブリッジ回路、５１、５２、５３、５４…ピエゾ抵抗素子、５５…配線、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、Ｄ…離間距離、Ｇ…犠牲層、Ｑ１…中央部、Ｑ２…中間部、Ｑ３…縁部、Ｒｍａｘ…径、Ｒｍｉｎ…径、Ｓ…圧力基準室、Ｓ１…内部空間

Claims (12)

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、
   前記基板の一方の面側に接続され、前記基板の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側壁部と、
   前記側壁部に囲まれた空間を介して前記ダイアフラムに対向して配置され、前記空間を封止する封止層と、を有し、
   前記封止層は、シリコンを含む第１層と、
   前記第１層よりも前記ダイアフラム側に位置し、アルミニウムを含む第２層と、
   前記第２層よりも前記ダイアフラム側に位置する第３層と、を有し、
   前記封止層の中央部は、前記第１層から形成され、
   前記封止層の縁部は、前記第１層、前記第２層および前記第３層から形成されていることを特徴とする圧力センサー。
2. 前記封止層は、前記中央部が前記縁部よりも前記ダイアフラムと反対側に位置するように凸状に湾曲している請求項１に記載の圧力センサー。
3. 前記第３層は、チタンを含んでいる請求項１または２に記載の圧力センサー。
4. 前記封止層の前記中央部と前記縁部との間に位置する中間部は、前記第１層および前記第２層から形成されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の圧力センサー。
5. 前記中間部において、前記第２層の厚さは、前記縁部側から前記中央部側に向けて漸減している請求項４に記載の圧力センサー。
6. 前記封止層は、前記第１層と前記第２層との間に位置し、前記中央部、前記中間部および前記縁部に亘って配置されている第４層を有する請求項４または５に記載の圧力センサー。
7. 前記第４層は、チタンを含んでいる請求項６に記載の圧力センサー。
8. 前記第１層は、シリコンを含む第１シリコン層と、
   前記第１シリコン層に対して前記ダイアフラムと反対側に位置し、シリコンを含む第２シリコン層と、
   前記第１シリコン層と前記第２シリコン層との間に位置し、酸化シリコンを含む酸化シリコン層と、を有する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の圧力センサー。
9. 前記中央部には、前記第１シリコン層を貫通する貫通孔が設けられている請求項８に記載の圧力センサー。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の圧力センサーと、
    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圧力センサーモジュール。
11. 請求項１ないし９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。
12. 請求項１ないし９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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