JP6293588B2 - 圧力センサおよび圧力センサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明の種々の側面及び実施形態は、圧力センサおよび圧力センサの製造方法に関する。

気体の圧力を測定する装置として、ピラニ真空計が知られている。ピラニ真空計は、例えば、細い金属線からなるフィラメント（電気抵抗体）を備え、フィラメントと気体との熱交換によって生じたフィラメントの熱損失量に基づいて気体の圧力を測定するものである。また、近年のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術の進歩により、ピラニ真空計の原理を利用した圧力センサの小型化も進んでいる。

特開２００８−１１１７７８号公報 特開２００９−３００３８１号公報

ピラニ真空計の原理を利用した圧力センサをＭＥＭＳ技術により製造する場合、基板上に金属膜を形成し、金属膜を所定のパターンにエッチングすることにより、気体との熱交換を行うための電気抵抗体となる金属細線が形成される。金属膜は、一般的に、常温スパッタリングにより基板上に形成される。

ところで、常温スパッタリングにより形成された金属膜は、成膜温度が低いために、基板上に到達した金属原子が結晶核に成長しにくい。そのため、常温スパッタリングにより形成された金属膜は、結晶が小さく、空隙が多い膜となる。そして、常温スパッタリングにより形成された金属膜をエッチングして形成された金属細線に電流を流すと、金属細線の中の空隙が成長し、抵抗値が変化する。

ピラニ真空計では、気体が奪った熱量に応じて電気抵抗体に生じた温度変化を、電気抵抗体の抵抗値の変化として検出し、電気抵抗体の抵抗値の変化から気体の圧力を求める。しかし、常温スパッタリングにより形成された金属膜から形成された金属細線を用いた場合には、金属配線に流す電流によって、金属細線の抵抗値が変化してしまう。そのため、気体が奪った熱量以外の要因でも電気抵抗体の抵抗値が変化してしまい、気体の圧力の測定精度が低下する。

本発明の一側面は、気体の圧力に応じて生じた電気抵抗体の温度変化を、前記電気抵抗体の抵抗値の変化として出力する圧力センサであって、凹部が形成されたベース基板と、前記凹部を跨ぐように前記ベース基板上に設けられた浮膜と、前記浮膜の表面に形成され、流れる電流によって前記浮膜を加熱するヒータと、前記浮膜の表面に形成された前記電気抵抗体であって、前記ヒータよりも少ない電流が流れ、流れる電流に対する電圧降下を、前記浮膜の温度に応じて変化させる温度センサとを備える。

本発明の種々の側面および実施形態によれば、気体の圧力を高い精度で測定可能な圧力センサおよびその製造方法が実現される。

図１は、第１の実施形態におけるセンサモジュールの一例を示す平面図である。 図２は、図１に示したセンサモジュールのＡ−Ａ断面図である。 図３は、図１に示したセンサモジュールのＢ−Ｂ断面図である。 図４は、圧力の測定方法の一例を示す回路図である。 図５は、第１の実施形態におけるセンサモジュールの製造手順の一例を示すフローチャートである。 図６は、製造過程における浮膜の一例を示す断面図である。 図７は、製造過程における浮膜の一例を示す断面図である。 図８は、導体層のパターンの一例を示す平面図である。 図９は、レジストパターンの一例を示す平面図である。 図１０は、第１の実施形態における浮膜の一例を示す平面図である。 図１１は、第１の実施形態におけるベース基板の一例を示す平面図である。 図１２は、図１１に示したベース基板のＣ−Ｃ断面図である。 図１３は、第２の実施形態におけるセンサモジュールの一例を示す平面図である。 図１４は、図１３に示したセンサモジュールのＤ−Ｄ断面図である。 図１５は、図１３に示したセンサモジュールのＥ−Ｅ断面図である。 図１６は、図１３に示したセンサモジュールのＦ−Ｆ断面図である。 図１７は、第２の実施形態におけるセンサモジュールの製造手順の一例を示すフローチャートである。 図１８は、製造過程における浮膜の一例を示す断面図である。 図１９は、製造過程における浮膜の一例を示す断面図である。 図２０は、製造過程における浮膜の一例を示す断面図である。 図２１は、製造過程における浮膜の一例を示す断面図である。 図２２は、製造過程における浮膜の一例を示す断面図である。 図２３は、第２の実施形態における浮膜の一例を示す平面図である。 図２４は、第２の実施形態における浮膜の一例を示す平面図である。 図２５は、第２の実施形態におけるベース基板の一例を示す平面図である。

開示する圧力センサは、１つの実施形態において、気体の圧力に応じて生じた電気抵抗体の温度変化を、電気抵抗体の抵抗値の変化として出力する圧力センサであって、凹部が形成されたベース基板と、凹部を跨ぐようにベース基板上に設けられた浮膜と、浮膜の表面に形成され、流れる電流によって浮膜を加熱するヒータと、浮膜の表面に形成された電気抵抗体であって、ヒータよりも少ない電流が流れ、流れる電流に対する電圧降下を、浮膜の温度に応じて変化させる温度センサとを備える。

また、開示する圧力センサの１つの実施形態において、ヒータおよび温度センサは、いずれも、浮膜の同一の面に形成されてもよい。

また、開示する圧力センサの１つの実施形態において、ヒータは、浮膜の一方の面に形成され、温度センサは、浮膜においてヒータが形成された面の裏面に形成されてもよい。

また、開示する圧力センサの１つの実施形態において、温度センサに流れる電流は、ヒータに流れる電流の１／３０倍以上、かつ、１／５倍以下の範囲内であってもよい。

また、開示する圧力センサの１つの実施形態において、浮膜には、絶縁性の材料により形成された層が含まれていてもよい。

また、開示する圧力センサの１つの実施形態において、浮膜は、ヒータが発した熱を浮膜内で均一化する機能を有していてもよい。

また、開示する圧力センサの１つの実施形態において、浮膜には、シリコンを含有する材料により形成された層が含まれていてもよく、ヒータが発した熱を浮膜内で均一化する機能は、シリコンを含有する材料により形成された層によって実現されてもよい。

また、開示する圧力センサの１つの実施形態において、ヒータは、プラチナ、ニッケル、クロム、またはタングステンの少なくともいずれかを含む材料により形成されてもよい。

また、開示する圧力センサの製造方法は、１つの実施形態において、気体の圧力に応じて生じた電気抵抗体の温度変化を、電気抵抗体の抵抗値の変化として出力する圧力センサの製造方法であって、浮膜の一方の面に、浮膜を加熱するヒータを形成する工程と、浮膜の他方の面に、電気抵抗体であって、ヒータよりも少ない電流が流れ、流れる電流に対する電圧降下を、浮膜の温度に応じて変化させる温度センサを形成する工程と、凹部が形成されたベース基板上に、ヒータおよび温度センサが形成された浮膜を、凹部を跨ぐようにベース基板上に配置する工程とを含む。

以下に、開示する圧力センサおよびその製造方法の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態により開示される発明が限定されるものではない。また、各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。

（第１の実施形態）
［センサモジュール１０の構成］
図１は、第１の実施形態におけるセンサモジュール１０の一例を示す平面図である。図２は、図１に示したセンサモジュール１０のＡ−Ａ断面図である。図３は、図１に示したセンサモジュール１０のＢ−Ｂ断面図である。

センサモジュール１０は、凹部１３が形成されたベース基板１１を有する。ベース基板１１上には、電極パッド１２ａ、電極パッド１２ｂ、および温度補償体３０が形成されている。また、ベース基板１１上には、ベース基板１１の凹部１３を跨ぐように、ヒータ２１および温度センサ２２が形成された浮膜２０が設けられている。センサモジュール１０は、圧力センサの一例である。

ベース基板１１は、例えば図２および図３に示すように、保護層１１０、中間層１１１、および保護層１１２を有する。中間層１１１は、例えばシリコンにより形成される。保護層１１０および保護層１１２は、例えば窒化シリコンにより形成される。凹部１３は、保護層１１０が設けられた面側において、ベース基板１１の略中央付近に形成されている。

浮膜２０は、例えば図２および図３に示すように、凹部１３を跨ぐようにベース基板１１上に設けられる。浮膜２０は、保護層２００、伝熱層２０１、絶縁層２０２、伝熱層２０３、および保護層２０４が積層されて形成されている。本実施形態において、保護層２００および保護層２０４は、例えば窒化シリコンにより形成される。また、本実施形態において、伝熱層２０１および伝熱層２０３は、例えばシリコンにより形成される。また、本実施形態において、絶縁層２０２は、例えば酸化シリコンにより形成される。

保護層２００の上面には、例えば図２および図３に示すように、導電性の部材により細線状に形成されたヒータ２１および温度センサ２２が設けられている。また、保護層２００の上面には、例えば図２および図３に示すように、導電性の部材により形成された電極パッド２３ａ、電極パッド２３ｂ、電極パッド２４ａ、および電極パッド２４ｂが設けられている。

本実施形態において、ヒータ２１は、例えば図１に示すように、温度センサ２２を囲むように、温度センサ２２が設けられた浮膜２０の面の外周に沿って配置されている。これにより、ヒータ２１は、浮膜２０全体をより均一に加熱することができる。なお、浮膜２０全体を均一に加熱することができれば、浮膜２０上のヒータ２１の配線パターンは、図１に示す配線パターンに限られず、ミアンダ状、渦巻き状、ジグザグ状など、他の配線パターンであってもよい。

また、本実施形態において、ヒータ２１は、例えばプラチナにより形成される。なお、ヒータ２１は、例えばプラチナ、ニッケル、クロム、またはタングステンの少なくともいずれかを含有する材料により形成されていればよい。

本実施形態において、温度センサ２２は、例えば図１に示すように、線状の温度センサ２２が電極パッド２３ａから電極パッド２４ａの方向へ進むに従って、電極パッド２３ａから電極パッド２４ａへの方向とは異なる方向に複数回折れ曲がるように、例えばミアンダ状に形成されている。これにより、温度センサ２２は、浮膜２０に接触する面を増やすことができ、気体との熱交換による浮膜２０の温度変化を精度よく検出することができる。なお、浮膜２０全体の温度変化を検出することができれば、浮膜２０上の温度センサ２２の配線パターンは、図１に示す配線パターンに限られず、他の配線パターンであってもよい。

本実施形態において、温度センサ２２は、例えばプラチナやニッケルなど、単位温度変化に対する電気抵抗の変化量である抵抗温度係数（ＴＣＲ：Temperature Coefficient of Resistance）が高い材料により形成される。温度センサ２２は、この他に、クロム、シリコン、モリブデン、ニッケル、チタン、タンタル、タングステン、もしくは導電合金、混合半導体材料、またはシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）単一結晶等の量子井戸材料により形成されてもよい。なお、温度センサ２２と保護層２００との間には、例えばクロムやチタン等により形成された接着層が設けられてもよい。

本実施形態において、ヒータ２１、温度センサ２２、電極パッド２３ａ、電極パッド２３ｂ、電極パッド２４ａ、および電極パッド２４ｂは、例えば５０度以下の温度条件下での常温スパッタリングにより、保護層２００上に積層され、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）やミリング等により、所定のパターンに成形される。

温度センサ２２の一端は、浮膜２０上の配線２２０を介して電極パッド２３ａに接続され、温度センサ２２の他端は、浮膜２０上の配線２２０を介して電極パッド２３ｂに接続されている。また、ヒータ２１の一端は、浮膜２０上の配線２１０を介して電極パッド２４ａに接続され、ヒータ２１の他端は、浮膜２０上の配線２１０を介して電極パッド２４ｂに接続されている。

浮膜２０は、例えば図１および図２に示すように、配線２１０が設けられた浮膜２０の部分と、配線２２０が設けられた浮膜２０の部分とによって、ベース基板１１上に支持される。ヒータ２１および温度センサ２２が設けられている浮膜２０の部分は、凹部１３上に配置されており、ベース基板１１から離間している。そのため、ヒータ２１および温度センサ２２が設けられている浮膜２０の部分とベース基板１１との間の熱の移動量を低く抑えることができる。また、ヒータ２１および温度センサ２２が設けられている浮膜２０の部分は気体に晒され、熱交換の大半が気体との間で行われる。

ヒータ２１は、電極パッド２４ａおよび電極パッド２４ｂを介して供給された電流に応じて発熱し、浮膜２０を加熱する。本実施形態では、ヒータ２１に数ｍＡ（例えば２．４ｍＡ）の電流を流してヒータ２１を発熱させることにより、浮膜２０を加熱する。本実施形態において、浮膜２０内に設けられた伝熱層２０１は、熱伝導率が高いシリコンで形成されており、ヒータ２１が浮膜２０に加えた熱を、浮膜２０全体に伝導させ、浮膜２０の温度を均一化する機能を有する。

温度センサ２２は、浮膜２０の温度に応じた抵抗値を温度センサ２２の電圧降下として出力する。本実施形態では、ヒータ２１に流れる電流よりも少ない電流を温度センサ２２に流し、温度センサ２２の電圧降下から温度センサ２２の抵抗値を求め、浮膜２０の温度を求める。本実施形態では、ヒータ２１に流れる電流の１／３０倍以上、かつ、１／５倍以下の範囲内の電流（例えば０．１ｍＡ）を温度センサ２２に流す。

ここで、ヒータ２１によって加熱された浮膜２０に気体が接触すると、気体との間で熱交換が行われ、浮膜２０の温度が下がる。浮膜２０の温度が下がると、浮膜２０上の温度センサ２２の温度も下がる。温度センサ２２の抵抗値は、温度依存性があるため、温度センサ２２の温度は、温度センサ２２の抵抗値として測定することができる。そして、例えば図４に示すような測定回路を用いて、電流源４０により温度センサ２２に所定の電流（例えば０．１ｍＡ）を流せば、温度センサ２２の抵抗値は、電圧計４１によって温度センサ２２の電圧降下として測定することができる。

気体の圧力が低い場合には、気体が浮膜２０から奪う熱量が減少し、浮膜２０および温度センサ２２の温度の低下量が少ない。一方、気体の圧力が高い場合には、気体が浮膜２０から奪う熱量が増加し、浮膜２０および温度センサ２２の温度の低下量が大きくなる。これにより、温度センサ２２の温度に応じた抵抗値を測定することにより、気体の圧力を測定することができる。

ここで、ピラニ真空計では、細い金属線からなる電気抵抗体を加熱し、電気抵抗体と気体との熱交換によって生じた電気抵抗体の温度変化を、電気抵抗体の抵抗値の変化として測定し、気体の圧力を求める。そして、小型のピラニ真空計を製造する場合、気体との熱交換を行う電気抵抗体は、一般的に、常温スパッタリングにより基板上に形成される。

常温スパッタリングにより形成された電気抵抗体は、成膜温度が低いために、基板上に到達した原子が結晶核に成長しにくい。そのため、常温スパッタリングにより形成された電気抵抗体は、結晶が小さく、空隙が多い膜となる。

そのため、常温スパッタにより形成された電気抵抗体に電流を流すと、電気抵抗体の中の空隙が成長し、抵抗値が変化する。ピラニ真空計では、電気抵抗体を加熱する必要があるため、比較的大きな電流を電気抵抗体に流すが、電気抵抗体に流れる電流が多くなると、電気抵抗体の中の空隙の成長も増加し、抵抗値の変化量も増大する。

ピラニ真空計では、電気抵抗体の温度に対応する抵抗値から気体の圧力を求める。そのため、電気抵抗体の抵抗値が、電気抵抗体の中の空隙の成長に伴って変化してしまうと、気体の圧力に応じた抜熱量の測定精度が低下してしまい、気体の圧力の測定精度が低下してしまう。

そこで、本実施形態では、ピラニ真空計における電気抵抗体の機能を、加熱と温度測定の２つに分け、加熱の機能をヒータ２１で実現し、温度測定の機能を温度センサ２２で実現する。そして、ヒータ２１には、加熱に必要な大きな電流（例えば２．４ｍＡ）を流し、温度センサ２２には、抵抗値の測定が可能な程度の微小な電流（例えば０．１ｍＡ）を流す。

これにより、温度センサ２２を常温スパッタにより形成した場合であっても、温度センサ２２に流れる電流が少ないため、温度センサ２２内の空隙の成長が少ない。そのため、温度センサ２２に流す電流による抵抗値の変化量も少なく、より精度よく浮膜２０の温度を測定することができる。これにより、小型でありながら、気体の圧力の測定精度が高いセンサモジュール１０を提供することができる。

なお、センサモジュール１０には、電極パッド１２ａと電極パッド１２ｂとの間のベース基板１１上に、例えば図１に示すように、温度補償体３０が設けられる。温度補償体３０は、ベース基板１１の温度変化による影響を打ち消すために設けられる。温度補償体３０は、浮膜２０の近傍のベース基板１１の表面に形成されている。温度補償体３０は、温度センサ２２と同じ材料により細線状に形成されている。温度補償体３０は、ベース基板１１の表面上に、例えばミアンダ状に形成されている。温度補償体３０は、その表面が気体に晒されないようにパッシベーション層により覆われている。

［センサモジュール１０の製造手順］
図５は、第１の実施形態におけるセンサモジュール１０の製造手順の一例を示すフローチャートである。図６および図７は、製造過程における浮膜２０の一例を示す断面図である。図８は、導体層２０５のパターンの一例を示す平面図である。図９は、レジストパターン２０９の一例を示す平面図である。

まず、伝熱層２０１と伝熱層２０３との間に絶縁層２０２が介在する基板の両面に、例えば図６に示すように、保護層２００および保護層２０４を形成する（Ｓ１００）。伝熱層２０１と伝熱層２０３との間に絶縁層２０２が介在する基板としては、例えばＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いることができる。また、本実施形態では、ＳＯＩ基板の両面に、例えばスパッタリングにより窒化シリコンの保護層２００および保護層２０４を形成する。

次に、保護層２００上に、例えば常温スパッタリングにより、導電性材料の導体層２０５を形成する（Ｓ１０１）。そして、導体層２０５上に、ヒータ２１、温度センサ２２、電極パッド２３ａ、電極パッド２３ｂ、電極パッド２４ａ、および電極パッド２４ｂの形状に対応するレジストパターンを形成する（Ｓ１０２）。

次に、レジストパターンに覆われていない導体層２０５の部分を、アルゴンイオン等の照射によるミリングにより除去する（Ｓ１０３）。これにより、保護層２００上には、例えば図７および図８に示すように、ヒータ２１、温度センサ２２、電極パッド２３ａ、電極パッド２３ｂ、電極パッド２４ａ、および電極パッド２４ｂの形状の導体層２０５が形成される。

次に、例えば図９に示すように、ヒータ２１および温度センサ２２が配置される浮膜２０の部分、電極パッド２３ａ、電極パッド２３ｂ、電極パッド２４ａ、および電極パッド２４ｂが配置される部分を残すように、浮膜２０上にレジストパターン２０９を形成する（Ｓ１０４）。

次に、レジストパターン２０９が形成された浮膜２０内の保護層２００、伝熱層２０１、絶縁層２０２、伝熱層２０３、および保護層２０４を、ＲＩＥ等によりエッチングする（Ｓ１０５）。これにより、レジストパターン２０９に覆われていない浮膜２０の部分が除去され、例えば図１０に示すような浮膜２０が形成される。図１０は、第１の実施形態における浮膜の一例を示す平面図である。

次に、例えば図１１に示すように、電極パッド１２ａ、電極パッド１２ｂ、凹部１３、および温度補償体３０が表面に形成されたベース基板１１を準備する。ベース基板１１は、例えば図１２の断面図に示すように、例えばシリコン等の中間層１１１の両面に、例えば窒化シリコン等の保護層１１０および保護層１１２が形成され、保護層１１０側に凹部１３が形成されている。

そして、ステップＳ１００〜Ｓ１０５までの工程により形成された浮膜２０を、ベース基板１１の凹部１３を跨ぐように、ベース基板１１に配置し、接合する（Ｓ１０６）。このとき、浮膜２０において、ヒータ２１および温度センサ２２が形成されている面の裏面側が、ベース基板１１の凹部１３と対向する向きとなるように、浮膜２０をベース基板１１に接合する。これにより、図１〜図３に例示したセンサモジュール１０が製造される。

以上、第１の実施形態について説明した。本実施形態のセンサモジュール１０によれば、気体の圧力の測定精度を向上させることができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態におけるセンサモジュール１０では、ヒータ２１と温度センサ２２とを、浮膜２０の異なる面に形成する点が第１の実施形態におけるセンサモジュール１０とは異なる。なお、第２の実施形態のセンサモジュール１０において、第１の実施形態におけるセンサモジュール１０と同様の構成については、同一の符号を付し、以下に説明する点を除き、詳細な説明は省略する。

［センサモジュール１０の構成］
図１３は、第２の実施形態におけるセンサモジュール１０の一例を示す平面図である。図１４は、図１３に示したセンサモジュール１０のＤ−Ｄ断面図である。図１５は、図１３に示したセンサモジュール１０のＥ−Ｅ断面図である。図１６は、図１３に示したセンサモジュール１０のＦ−Ｆ断面図である。

センサモジュール１０は、凹部１３が形成されたベース基板１１を有する。ベース基板１１上には、複数の電極パッド１２ａ〜１２ｄおよび温度補償体３０が形成されている。また、ベース基板１１上には、ベース基板１１の凹部１３を跨ぐように、ヒータ２１および温度センサ２２が形成された浮膜２０が設けられている。

浮膜２０は、例えば図１４〜図１６に示すように、凹部１３を跨ぐようにベース基板１１上に設けられる。浮膜２０は、保護層２００、伝熱層２０１、絶縁層２０２、伝熱層２０３、および保護層２０４が積層されて形成されている。保護層２００の上面には、例えば図１４〜図１６に示すように、温度センサ２２、電極パッド２３ａ、および電極パッド２３ｂが設けられている。

本実施形態において、温度センサ２２は、例えば図１３〜図１６に示すように、浮膜２０の保護層２００上に、例えばミアンダ状に形成される。これにより、温度センサ２２は、浮膜２０に接触する面を増やすことができ、気体との熱交換による浮膜２０の温度変化を精度よく検出することができる。なお、本実施形態において、ヒータ２１は、後述する図２４に示すように、浮膜２０の保護層２０４側の面に、例えばミアンダ状に形成される。これにより、ヒータ２１は、浮膜２０全体をより均一に加熱することができる。

本実施形態において、温度センサ２２、電極パッド２３ａ、および電極パッド２３ｂは、例えば５０度以下の温度条件下での常温スパッタにより、保護層２００上に形成される。また、本実施形態において、ヒータ２１、電極パッド２４ａ、および電極パッド２４ｂは、例えば５０度以下の温度条件下での常温スパッタにより、保護層２０４上に形成される。

温度センサ２２の一端は、保護層２００上に形成された配線２２０を介して電極パッド２３ａに接続され、温度センサ２２の他端は、保護層２００上に形成された配線２２０を介して電極パッド２３ｂに接続されている。また、ヒータ２１の一端は、保護層２０４上に形成された配線２１０を介して電極パッド２４ａに接続され、ヒータ２１の他端は、保護層２０４上に形成された配線２１０を介して電極パッド２４ｂに接続されている。

電極パッド２４ａは、例えば図１６に示すように、導電性の接着剤等により電極パッド１２ｃに接合されている。電極パッド２４ｂは、例えば図１６に示すように、導電性の接着剤等により電極パッド１２ｄに接合されている。

浮膜２０は、図１３〜図１６に示すように、配線２１０が設けられた浮膜２０の部分と、配線２２０が設けられた浮膜２０の部分とによって、ベース基板１１上に支持される。ヒータ２１および温度センサ２２が設けられている浮膜２０の部分は、凹部１３上に配置されており、ベース基板１１から離間している。そのため、ヒータ２１および温度センサ２２が設けられている浮膜２０の部分とベース基板１１との間の熱の移動量を低く抑えることができる。また、ヒータ２１および温度センサ２２が設けられている浮膜２０の部分は気体に晒され、熱交換の大半が気体との間で行われる。

ヒータ２１は、浮膜２０の凹部１３側の表面に形成されており、電極パッド２４ａおよび電極パッド２４ｂを介して供給された電流に応じて発熱し、浮膜２０を加熱する。温度センサ２２は、浮膜２０の温度に応じた抵抗値を、温度センサ２２の電圧降下として出力する。

本実施形態のセンサモジュール１０においても、第１の実施形態におけるセンサモジュール１０と同様に、ヒータ２１には、加熱に必要な大きな電流（例えば２．４ｍＡ）を流し、温度センサ２２には、抵抗値の測定が可能な程度の微小な電流（例えば０．１ｍＡ）を流す。これにより、温度センサ２２を常温スパッタにより形成した場合であっても、温度センサ２２の抵抗値の変化量が少なく、より精度よく浮膜２０の温度を測定することができる。これにより、小型でありながら、気体の圧力の測定精度が高いセンサモジュール１０を提供することができる。

［センサモジュール１０の製造手順］
図１７は、第２の実施形態におけるセンサモジュール１０の製造手順の一例を示すフローチャートである。図１８〜図２２は、製造過程における浮膜２０の一例を示す断面図である。

なお、ステップＳ２００〜Ｓ２０３までの工程は、図５を用いて説明した第１の実施形態におけるセンサモジュール１０の製造手順と同様であるため、説明を省略する。ステップＳ２００〜Ｓ２０３までの工程が実行されることにより、例えば図７に示した浮膜２０が製造される。

次に、図７に示した浮膜２０を反転させ、反転させた浮膜２０を、例えば図１８に示すように、サポート基板２０７上に配置する（Ｓ２０４）。なお、サポート基板２０７上にワックス等を塗布し、浮膜２０をサポート基板２０７上に吸着させる等により、浮膜２０の製造過程で、浮膜２０がサポート基板２０７上で動かないようにすることが好ましい。

次に、ヒータ２１が形成される浮膜２０上の領域に対応する保護層２０４にレジストパターンを形成する（Ｓ２０５）。そして、レジストパターンで覆われていない保護層２０４の部分を、ＲＩＥ等により除去する（Ｓ２０６）。そして、レジストパターンに沿って露出した伝熱層２０３の部分を、ＫＯＨ（水酸化カリウム）等の薬液を用いたウエットエッチングにより除去する（Ｓ２０７）。これにより、レジストパターンで覆われていない保護層２０４の部分に沿って、保護層２０４および伝熱層２０３に開口が形成される。ステップＳ２０７の工程が終了した段階での浮膜２０の断面は、例えば図１９のようになる。

次に、ステップＳ２０７により形成された開口に、例えば常温スパッタリングにより、窒化シリコンの保護層２０４を形成する（Ｓ２０８）。そして、ステップＳ２０８において形成された保護層２０４上に、常温スパッタリングにより、導電性材料の導体層２０６を形成する（Ｓ２０９）。ステップＳ２０９の工程が終了した段階での浮膜２０の断面は、例えば図２０のようになる。

次に、ステップＳ２０９において形成された導体層２０６上に、ヒータ２１、電極パッド２４ａ、および電極パッド２４ｂの形状に対応するレジストパターンを形成する（Ｓ２１０）。そして、レジストパターンで覆われていない導体層２０６の部分を、アルゴンイオン等の照射によるミリングにより除去する（Ｓ２１１）。ステップＳ２１１の工程が終了した段階での浮膜２０の断面は、例えば図２１のようになる。

次に、保護層２０４および導体層２０６上に、浮膜２０の形状に対応するレジストパターン２０８を形成する（Ｓ２１２）。そして、レジストパターン２０８で覆われていない導体層２０６の部分の保護層２０４、伝熱層２０３、絶縁層２０２、伝熱層２０１、および保護層２００を、ＲＩＥ等により除去する（Ｓ２１３）。ステップＳ２１３の工程が終了した段階での浮膜２０の断面は、例えば図２２のようになる。図２２は、図１３のＥ−Ｅ断面に対応する浮膜２０の断面を示している。

ステップＳ２００〜Ｓ２１３までの工程が実行された後に、レジストパターン２０８およびサポート基板２０７が除去されると、例えば図２３および図２４に示すような浮膜２０が製造される。図２３は、温度センサ２２が形成された面側の浮膜２０の一例を示す平面図である。図２４は、ヒータ２１が形成された面側の浮膜２０の一例を示す平面図である。

次に、例えば図２５に示すように、電極パッド１２ａ〜１２ｄ、凹部１３、および温度補償体３０が形成されたベース基板１１を準備する。そして、ステップＳ２００〜Ｓ２１３までの工程により形成された浮膜２０を、ベース基板１１の凹部１３を跨ぐように、ベース基板１１に配置し、接合する（Ｓ２１４）。このとき、ヒータ２１が形成された面側が、ベース基板１１の凹部１３と対向する向きとなるように、浮膜２０をベース基板１１上に配置する。そして、電極パッド２４ａと電極パッド１２ｃとを導電性の接着剤等により接合し、電極パッド２４ｂと電極パッド１２ｄを導電性の接着剤等により接合する。これにより、図１３〜図１６に例示したセンサモジュール１０が製造される。

以上、第２の実施形態について説明した。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者には明らかである。また、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０ センサモジュール
１１ ベース基板
１２ 電極パッド
１３ 凹部
２０ 浮膜
２１ ヒータ
２１０ 配線
２２ 温度センサ
２２０ 配線
２３ 電極パッド
２４ 電極パッド
３０ 温度補償体

Claims (7)

1. 気体の圧力に応じて生じた電気抵抗体の温度変化を、前記電気抵抗体の抵抗値の変化として出力する圧力センサであって、
   凹部が形成されたベース基板と、
   前記凹部を跨ぐように前記ベース基板上に設けられた浮膜と、
   前記浮膜の表面に形成され、流れる電流によって前記浮膜を加熱するヒータと、
   前記浮膜の表面に形成された前記電気抵抗体であって、前記ヒータよりも少ない電流が流れ、流れる電流に対する電圧降下を、前記浮膜の温度に応じて変化させる温度センサと
   を備え、
   前記ヒータは、前記浮膜の一方の面に形成され、
   前記温度センサは、前記浮膜において前記ヒータが形成された面の裏面に形成されることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記温度センサに流れる電流は、前記ヒータに流れる電流の１／３０倍以上、かつ、１／５倍以下の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記浮膜には、絶縁性の材料により形成された層が含まれることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサ。
4. 前記浮膜は、前記ヒータが発した熱を前記浮膜内で均一化する機能を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の圧力センサ。
5. 前記浮膜には、シリコンを含有する材料により形成された層が含まれ、
   前記ヒータが発した熱を前記浮膜内で均一化する機能は、前記シリコンを含有する材料により形成された層によって実現されることを特徴とする請求項４に記載の圧力センサ。
6. 前記ヒータは、プラチナ、ニッケル、クロム、またはタングステンの少なくともいずれかを含む材料により形成されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の圧力センサ。
7. 気体の圧力に応じて生じた電気抵抗体の温度変化を、前記電気抵抗体の抵抗値の変化として出力する圧力センサの製造方法であって、
   浮膜の一方の面に、前記浮膜を加熱するヒータを形成する工程と、
   浮膜の他方の面に、前記電気抵抗体であって、前記ヒータよりも少ない電流が流れ、流れる電流に対する電圧降下を、前記浮膜の温度に応じて変化させる温度センサを形成する工程と、
   凹部が形成されたベース基板上に、前記ヒータおよび前記温度センサが形成された前記浮膜を、前記凹部を跨ぐようにベース基板上に配置する工程と
   を含むことを特徴とする圧力センサの製造方法。

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