(57)【要約】【課題】ダイアフラムと、感圧素子と、の相対位置を正確に配置させた圧力センサーと、その圧力センサーの製造方法を提供する。【解決手段】単結晶シリコンを主材料とする基板と、前記基板の一方の主面側に形成された圧力基準室の内壁面の一部を構成する基準室面を有し、受圧により撓み変形するダイアフラム部と、前記ダイアフラム部を支持し、前記基板と異なる材質のダイアフラム支持部と、を備え、前記ダイアフラム部にはピエゾ素子が形成され、前記ダイアフラム支持部は、前記ダイアフラム部の前記基準室面の反対の面の受圧面側にダイアフラム開口部を備え、前記基板は、前記ダイアフラム開口部に連通する基板開口部を備え、前記基板開口部側からの平面視において、前記ダイアフラム開口部は前記基板開口部の配置領域内に配置されている圧力センサー。【選択図】図２
2018116003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶シリコンを主材料とする基板と、
前記基板の一方の主面側に形成された圧力基準室の内壁面の一部を構成する基準室面を有し、受圧により撓み変形するダイアフラム部と、
前記ダイアフラム部を支持し、前記基板と異なる材質のダイアフラム支持部と、を備え、
前記ダイアフラム部にはピエゾ素子が形成され、
前記ダイアフラム支持部は、前記ダイアフラム部の前記基準室面の反対の面の受圧面側にダイアフラム開口部を備え、
前記基板は、前記ダイアフラム開口部に連通する基板開口部を備え、
前記基板開口部側からの平面視において、前記ダイアフラム開口部は前記基板開口部の配置領域内に配置されている、
ことを特徴とする圧力センサー。
【請求項２】
前記ダイアフラム開口部の深さをｈ、
前記基板開口部と、前記ダイアフラム開口部と、の平面視における段差幅をｗ、とした場合、
０＜ｗ＜ｈ
の関係である、
ことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサー。
【請求項３】
前記ダイアフラム支持部が酸化シリコンである、
ことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の圧力センサー。
【請求項４】
少なくとも前記段差幅ｗの領域表面は、金属酸化膜が被覆されている、
ことを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載の圧力センサー。
【請求項５】
単結晶シリコンを主材料とする基板を準備する基板準備工程と、
前記基板の一方の主面側に複数の歪検出素子を形成し、前記複数の歪検出素子を囲うように枠状の酸化シリコン層のダイアフラム支持部を形成し、前記ダイアフラム支持部の内側にダイアフラム部を構成するダイアフラム形成工程と、
前記一方の主面側に、少なくとも前記ダイアフラム部に平面視で重なるように密封空間の圧力基準室を形成する圧力基準室形成工程と、
前記基板の他方の主面側から前記ダイアフラム部に至る開口部を形成する受圧開口部形成工程と、を含む、
ことを特徴とする圧力センサーの製造方法。
【請求項６】
前記ダイアフラム形成工程は、
前記ダイアフラム支持部の前記開口部側の端面に金属酸化膜を形成する金属酸化膜成膜工程を含む、
ことを特徴とする請求項５に記載の圧力センサーの製造方法。
【請求項７】
請求項１から４のいずれか一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。
【請求項８】
請求項１から４のいずれか一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。
【請求項９】
請求項１から４のいずれか一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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
物理量センサーの一つである圧力センサーの従来例として、裏面側に凹部を形成することで、表面側の中央部に矩形形状に薄肉の撓み部（以下、ダイアフラム部という）を形成し、ダイアフラム部の変形を検出する感圧素子を備える圧力センサーチップと、圧力導入貫通孔が形成されたガラス台座と、が接合された半導体圧力センサーが知られている（特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に開示された半導体圧力センサーは、圧力センサーチップと、ガラス台座と、の接合面の圧力センサーチップの凹部短円形状が平面視で略円形であることから、圧力が印加された際にダイアフラム部への応力集中が緩和され、破壊耐圧レベルを向上させることができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３９８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された半導体圧力センサーは、圧力センサーチップの裏面側をエッチングによって凹部が形成することで、凹部の底部にダイアフラム部が形成される。そして、ダイアフラム部の変形を検出する感圧素子は、凹部形成のエッチング前に圧力センサーチップの表面側に形成されている。
【０００６】
そのため、予め形成された感圧素子の形成位置に対して、エッチングにより形成される凹部の位置ずれや、圧力センサーチップが形成される材料基板のそりなどの変形に伴うエッチングの進行方向（進行角度）のずれなどによってダイアフラム部の平面視輪郭に対する感圧素子の相対位置にずれが生じる虞があった。そして、エッチングの進行方向のずれは、凹部の深さが深くなるほど大きくなり、ダイアフラム部の平面視輪郭に対する感圧素子の相対位置のずれは大きくなってしまっていた。このことにより、圧力印加時に生じるダイアフラム部の撓みによって発生応力の感圧素子による検出が不正確になってしまっていた。
【０００７】
そこで、ダイアフラム部と、感圧素子と、の相対位置を正確に配置させた圧力センサーと、その圧力センサーの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００９】
〔適用例１〕本適用例の圧力センサーは、単結晶シリコンを主材料とする基板と、前記基板の一方の主面側に形成された圧力基準室の内壁面の一部を構成する基準室面を有し、受圧により撓み変形するダイアフラム部と、前記ダイアフラム部を支持し、前記基板と異なる材質のダイアフラム支持部と、を備え、前記ダイアフラム部にはピエゾ素子が形成され、前記ダイアフラム支持部は、前記ダイアフラム部の前記基準室面の反対の面の受圧面側にダイアフラム開口部を備え、前記基板は、前記ダイアフラム開口部に連通する基板開口部を備え、前記基板開口部側からの平面視において、前記ダイアフラム開口部は前記基板開口部の配置領域内に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
本適用例の圧力センサーは、ダイアフラム部に形成されたピエゾ素子が、圧力を受けて撓み変形するダイアフラム部の撓み応力を検知し、印加された圧力を検出するものである。従って、ダイアフラム部の受圧面に対してピエゾ素子が正確に配置されることが、圧力の検出感度を高め、検出誤差を少なくすることに繋がるものである。
【００１１】
本適用例の圧力センサーによれば、ダイアフラム部は基板材料のシリコンとは異なる材料によって形成されるダイアフラム支持部に支持されることで、ダイアフラム部の受圧面を形成するダイアフラム開口部、および基板開口部の領域のシリコン除去のためのエッチングにおいて、ダイアフラム開口部では、シリコンとは異なる材料のダイアフラム支持部によって基板材料のシリコンを、ダイアフラム部との交接部まで除去することができる。
【００１２】
従って、ダイアフラム支持部のダイアフラム開口部をダイアフラム部の外周縁として、正確にピエゾ素子をダイアフラム部に形成することができる。よって、圧力の検出感度が高く、検出誤差の小さい圧力センサーを得ることができる。
【００１３】
〔適用例２〕上述の適用例において、前記ダイアフラム開口部の深さをｈ、前記基板開口部と、前記ダイアフラム開口部と、の平面視における段差幅をｗ、とした場合、
０＜ｗ＜ｈ
の関係であることを特徴とする。
【００１４】
上述の適用例によれば、
ｗ＜ｈ
とすることで、ダイアフラム部の受圧による撓み変形によるダイアフラム支持部の変形を防止することができる。従って、圧力の検出感度が高く、検出誤差の小さい圧力センサーを得ることができる。
【００１５】
また、
０＜ｗ
とすることで、ダイアフラム部の受圧面を形成するダイアフラム開口部、および基板開口部の領域のシリコン除去のためのエッチングにおいて、ダイアフラム開口部では、シリコンとは異なる材料のダイアフラム支持部によって基板材料のシリコンを、ダイアフラム部との交接部まで除去することができる。従って、圧力の検出感度が高く、検出誤差の小さい圧力センサーを得ることができる。
【００１６】
〔適用例３〕上述の適用例において、前記ダイアフラム支持部が酸化シリコンであることを特徴とする。
【００１７】
上述の適用例によれば、ダイアフラム開口部、および基板開口部の領域のシリコンを除去するエッチングにおいて、ダイアフラム支持部をエッチングされない酸化シリコンとすることで、ダイアフラム開口部を正確に形成することができる。従って、圧力の検出感度が高く、検出誤差の小さい圧力センサーを得ることができる。
【００１８】
〔適用例４〕上述の適用例において、少なくとも前記段差幅ｗの領域表面は、金属酸化膜が被覆されていることを特徴とする。
【００１９】
上述の適用例によれば、ダイアフラム開口部の深さｈを正確に形成することができる。従って、ダイアフラム部の受圧による撓み変形によるダイアフラム支持部の変形を防止することができ、圧力の検出感度が高く、検出誤差の小さい圧力センサーを得ることができる。
【００２０】
〔適用例５〕本適用例の圧力センサーの製造方法は、単結晶シリコンを主材料とする基板を準備する基板準備工程と、前記基板の一方の主面側に複数の歪検出素子を形成し、前記複数の歪検出素子を囲うように枠状の酸化シリコン層のダイアフラム支持部を形成し、前記ダイアフラム支持部の内側にダイアフラム部を構成するダイアフラム形成工程と、前記一方の主面側に、少なくとも前記ダイアフラム部に平面視で重なるように密封空間の圧力基準室を形成する圧力基準室形成工程と、前記基板の他方の主面側から前記ダイアフラム部に至る開口部を形成する受圧開口部形成工程と、を含むことを特徴とする。
【００２１】
本適用例の圧力センサーの製造方法によれば、ダイアフラム形成工程において圧力基準室が形成される一方の主面とは反対の他方の主面側に受圧開口部を形成することで、平面視におけるダイアフラム部に形成される歪検出素子の配設位置と、受圧開口部形成工程によって形成される開口部と、の位置ずれを防止することができる。従って、圧力の検出感度が高く、検出誤差の小さい圧力センサーを得ることができる。
【００２２】
〔適用例６〕上述の適用例において、前記ダイアフラム形成工程は、前記ダイアフラム支持部の前記開口部側の端面に金属酸化膜を形成する金属酸化膜成膜工程を含むことを特徴とする。
【００２３】
上述の適用例によれば、受圧開口部形成工程において、ダイアフラム支持部のエッチング浸食が阻止され、開口部の深さを正確に形成することができる。従って、ダイアフラム部の受圧による撓み変形によるダイアフラム支持部の変形を防止することができ、圧力の検出感度が高く、検出誤差の小さい圧力センサーを得ることができる。
【００２４】
〔適用例７〕本適用例の高度計は、上述の適用例に記載の圧力センサーを有することを特徴とする。
【００２５】
本適用例の高度計によれば、上述の圧力センサー備えることで、高い圧力の検出感度、小さい検出誤差によって正確な高度検出ができる。
【００２６】
〔適用例８〕本適用例の電子機器は、上述の適用例に記載の圧力センサーを有することを特徴とする。
【００２７】
本適用例の電子機器によれば、上述の圧力センサー備えることで、高い圧力の検出感度、小さい検出誤差によって正確な動作ができる。
【００２８】
〔適用例９〕本適用例の移動体は、上述の適用例に記載の圧力センサーを有することを特徴とする。
【００２９】
本適用例の移動体によれば、上述の圧力センサー備えることで、高い圧力の検出感度、小さい検出誤差によって正確な駆動ができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１実施形態に係る圧力センサーを示す外観平面図。
【図２】図１に示すＡ−Ａ´部の断面図。
【図３】第１実施形態に係る圧力センサーに備えるピエゾ素子を含む回路図。
【図４】図２に示すＢ部拡大断面図。
【図５】第２実施形態に係る圧力センサーの製造方法を示すフローチャート。
【図６】第２実施形態に係る圧力センサーの製造工程を示す断面図。
【図７】第２実施形態に係る圧力センサーの製造工程を示す断面図。
【図８】第２実施形態に係る圧力センサーの製造工程を示す断面図。
【図９】第２実施形態に係る圧力センサーの製造工程を示す断面図。
【図１０】第２実施形態に係る圧力センサーの製造工程を示す断面図。
【図１１】第２実施形態に係る圧力センサーの製造工程を示す断面図。
【図１２】第２実施形態に係る圧力センサーの製造工程を示す断面図。
【図１３】第２実施形態に係る圧力センサーの製造工程を示す断面図。
【図１４】第２実施形態に係る圧力センサーの受圧開口部形成工程におけるばらつきを説明する拡大断面図。
【図１５】第２実施形態に係る圧力センサーの受圧開口部形成工程におけるばらつきを説明する拡大断面図。
【図１６】第３実施形態に係る高度計を示す外観斜視図。
【図１７】第４実施形態に係る電子機器の一例としてのナビゲーションシステムを示す正面図。
【図１８】第５実施形態に係る移動体を示す外観斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
【００３２】
（第１実施形態）
図１および図２に第１実施形態に係る圧力センサーの概略構成を示す。図１は、第１実施形態に係る圧力センサー１００の外観平面図、図２は図１に示すＡ−Ａ´部の断面図である。なお、本明細書に係る図面における各構成用の寸法比率は、説明の便宜上、実際の寸法比率とは異なる。
【００３３】
図１に示すように本実施形態に係る圧力センサー１００は、矩形の外形状を有している。圧力センサー１００の概略構成は、図２に示すように基板層１１０と、空洞部層１２０と、を備えている。
【００３４】
基板層１１０は、ダイアフラム部１０と、ダイアフラム支持部２０と、基板３０と、を備えている。ダイアフラム部１０の空洞部層１２０側の基準室面としての第１の面１０ａの反対の面の第２の面１０ｂは、第２の面１０ｂ側に設けられるダイアフラム支持部２０のダイアフラム開口部２０ａと、基板３０の基板開口部３０ａと、によって外部と連通して、外部圧力を受ける面となる。以下、第２の面１０ｂを受圧面１０ｂという。
【００３５】
空洞部層１２０は、内部に空間領域の圧力基準室Ｓが形成されている。圧力基準室Ｓは、略直方体の空間領域を有し、図１に示すように略矩形の平面形状の内側領域にダイアフラム部１０の形成領域となるダイアフラム開口部２０ａの形成領域が含まれるように圧力基準室Ｓの平面形状が形成されている。
【００３６】
圧力基準室Ｓは、その周囲が封止されて真空状態、例えば１０Ｐａ以下の真空度に維持される。圧力基準室Ｓ内の圧力は、圧力センサー１００が検出する圧力の基準となり、圧力センサー１００は絶対圧センサーとして用いることができる。なお、圧力基準室Ｓは、真空状態に維持されることに限定されず、不活性ガス、例えば窒素、アルゴン、ヘリウムなどを充填させて大気圧状態とすることでもよい。
【００３７】
圧力基準室Ｓの形成方法の詳細は後述するが、例えば半導体製造プロセスを用いてダイアフラム部１０の第１の面１０ａ側に絶縁層４０を構成する第１酸化膜層としての第１酸化シリコン層４１を成膜し、圧力基準室Ｓに相当する第１酸化シリコン層４１の領域を金属層５１で覆うように形成する。そして、第２酸化膜層としての第２酸化シリコン層４２の内側の金属層５１に形成した複数の貫通孔５１ａから、第１酸化シリコン層４１の金属層５１によって覆われた領域をリリースエッチングによって選択的に除去する。すなわち、金属層５１によって覆われた第１酸化シリコン層４１の領域は、いわゆる犠牲層４１´と言われる領域である。そして、犠牲層４１´が除去された後、真空環境下で金属層である封止層５２を形成し、金属層５１の貫通孔５１ａを封止し、真空状態の圧力基準室Ｓが密封金属層５０と、ダイアフラム部１０の第１の面１０ａと、により形成される。
【００３８】
基板３０は、単結晶シリコンのシリコン基板層とシリコン層との間に、酸化シリコン層が挿入された、いわゆるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、あるいは単結晶シリコンを主材料とするシリコン基板などの半導体基板を基板材料Ｍ（図示しない）として形成される。ダイアフラム部１０は、基板材料Ｍにダイアフラム開口部２０ａを構成する金属酸化膜、例えば酸化アルミ（Ａｌ2Ｏ3）あるいはタンタルオキサイド（Ｔａ2Ｏ5）などの第１支持層２１と、酸化シリコン層である第２支持層２２と、を備えるダイアフラム支持部２０を、基板材料Ｍに埋め込むように形成し、ダイアフラム開口部２０ａと、基板開口部３０ａと、に形成される領域のシリコン層を除去することで構成される。
【００３９】
この時、ダイアフラム支持部２０の第２支持層２２は、基板３０のシリコン基板層とは異なる材質である酸化シリコン層により形成されていることにより、基板開口部３０ａに形成される領域のシリコン層を除去すると同時に、ダイアフラム開口部２０ａ部へ形成される領域のシリコン層が除去され、酸化シリコン層の第２支持層２２は残存し、ダイアフラム開口部２０ａが形成される。また、第１支持層２１の金属酸化膜によって、基板開口部３０ａを形成する際のエッチングによるダイアフラム支持部２０への浸食を防ぐことで、ダイアフラム支持部２０のＺ方向の厚みを確保し、ダイアフラム部１０の受圧による撓み変形に対して、ダイアフラム支持部２０の強度を高めることができる。
【００４０】
ダイアフラム部１０はＳＯＩ基板のシリコン層と酸化シリコン層と、で構成されていることから、ダイアフラム支持部２０を構成する酸化シリコン層は、ダイアフラム部１０との密着性、絶縁性が高い二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）であることが好ましい。
【００４１】
ピエゾ素子１１は、ダイアフラム部１０の圧力基準室Ｓ側の第１の面１０ａからリン、ボロンなどの不純物をドープ（拡散あるいは注入）することにより、平面形状は略長方形状に形成される。ピエゾ素子１１は、ダイアフラム部１０の撓みによる歪応力に応じて抵抗値が直線的に変化する性質を有している。そして図１に示すように、ダイアフラム部１０の矩形状の輪郭の４辺１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄのそれぞれに対応して直近に配設されるように形成されている。そして、図１に示すように、略長方形の平面形状を有するピエゾ素子１１は、長手方向が同じ方向、本例では図示するＹ軸方向に向けて配置されている。
【００４２】
図３は本実施形態に係る圧力センサー１００のピエゾ素子１１を含む回路図を示す。図３に示すように、ピエゾ素子１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）は、検出用回路１３０として、ブリッジ回路（ホイートストンブリッジ回路）を構成し、ピエゾ素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、それぞれ等しい抵抗値を有している。図示しない駆動回路からはピエゾ素子１１ｃと、ピエゾ素子１１ｂと、の接続部に駆動電圧（ＡＶＤＣ）が供給される。また、ピエゾ素子１１ａと、ピエゾ素子１１ｄと、の接続部は接地（アース）されている。これにより、圧力センサー１００は、ピエゾ素子１１ａと、ピエゾ素子１１ｃと、の接続部１３１、およびピエゾ素子１１ｂと、ピエゾ素子１１ｄと、の接続部１３２に、検出用回路１３０における中点電位が出力される。
【００４３】
圧力センサー１００の動作を説明する。図３に示すように、圧力センサー１００は、圧力が印加されることによって生じるダイアフラム部１０の撓み変形によるピエゾ素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの抵抗値の変化によって生じる接続部１３１と、接続部１３２と、の間の電位差から印加された圧力値を導き出す。なお、上述した略長方形の平面形状を有するピエゾ素子１１が、長手方向が同じ方向、本例では図１に図示するＹ軸方向に向けて配置されていることで、ダイアフラム部１０の撓みによって、ピエゾ素子１１ａと、ピエゾ素子１１ｂと、は長手方向に圧縮されて抵抗値が小さく、そして、ピエゾ素子１１ｃと、ピエゾ素子１１ｄと、は長手方向に伸長されて抵抗値が大きくなるように設定されている。
【００４４】
圧力が印加されていない状態の圧力センサー１００では、ダイアフラム部１０には撓み変形が発生せず、ピエゾ素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの抵抗値に変化が無く、等しい抵抗値が維持される。従って、検出用回路１３０における接続部１３１と、接続部１３２と、の間の電位差は０となり、導き出される圧力値は０となる。
【００４５】
一方、圧力が印加された状態の圧力センサー１００では、ダイアフラム部１０が印加された圧力によって圧力基準室Ｓ側に撓むことで、ピエゾ素子１１ａと、ピエゾ素子１１ｂと、は長手方向に圧縮されて抵抗値が小さく、そして、ピエゾ素子１１ｃと、ピエゾ素子１１ｄと、は長手方向に伸長されて抵抗値が大きくなる。これにより、検出用回路１３０の接続部１３１，１３２の中点電位が変化し、接続部１３１と、接続部１３２と、の間に電位差が生じる。検出された電位差に応じて、印加された圧力値が導き出される。
【００４６】
ダイアフラム部１０における撓みによって生じる応力値は、いわゆる周辺固定平板をモデルとする材料力学上、固定端部、すなわち輪郭の辺１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに近いほど大きいことは公知である。従って、ピエゾ素子１１は、圧力の検出感度を向上させる、言い換えれば抵抗値の変化を大きくするためには、ダイアフラム部１０の輪郭の辺１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄにより近接させた位置に配設することが好ましい。
【００４７】
更に、圧力印加時のダイアフラム部１０の変形に対して、ピエゾ素子１１ａと、ピエゾ素子１１ｂと、の抵抗値の変化量の差、およびピエゾ素子１１ｃと、ピエゾ素子１１ｄと、の抵抗値の変化量の差、をより小さくすることで、圧力検出の誤差を小さくすることができる。すなわち、図１に示す輪郭の辺１２ａからピエゾ素子１１ａまでの距離をｄ１１、輪郭の辺１２ｂからピエゾ素子１１ｂまでの距離をｄ１２、輪郭の辺１２ｃからピエゾ素子１１ｃまでの距離をｄ２１、輪郭の辺１２ｄからピエゾ素子１１ｄまでの距離をｄ２２、とした場合、
ｄ１１＝ｄ１２，ｄ２１＝ｄ２２
の関係に近づけること、言い換えると、ピエゾ素子１１の配設位置ｄ１１，ｄ１２，ｄ２１，ｄ２２の狙い値に対するバラツキを極力小さくすることができる構成が好ましい。
【００４８】
本実施形態に係る圧力センサー１００は、図１に示すように、ダイアフラム支持部２０と、ピエゾ素子１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）と、は、詳細は後述するがダイアフラム部１０の第１の面１０ａ側から形成することを可能としている。従って、ダイアフラム部１０の輪郭の辺１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを構成するダイアフラム開口部２０ａを有するダイアフラム支持部２０へ形成される酸化シリコン層が基板３０に対して埋め込まれ、この酸化シリコン層、すなわちダイアフラム支持部２０を加工基準としてピエゾ素子１１の形成加工を行うことができる。
【００４９】
これにより、ダイアフラム部１０の輪郭の辺１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを構成するダイアフラム開口部２０ａに対するピエゾ素子１１の配設位置ｄ１１，ｄ１２，ｄ２１，ｄ２２のバラツキをより小さくすることができる。従って、ダイアフラム部１０の輪郭の辺１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを構成するダイアフラム開口部２０ａに対するピエゾ素子１１の配設位置ｄ１１，ｄ１２，ｄ２１，ｄ２２をより輪郭の辺１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに近接させることができ、高い検出力と、少ない誤差での圧力検出と、を備える圧力センサー１００を得ることができる。
【００５０】
上述したダイアフラム開口部２０ａ、および基板開口部３０ａの形成には、ダイアフラム開口部２０ａ、および基板開口部３０ａの形成領域に残存するＳＯＩ基板のシリコン層を、例えば公知のボッシュ法によって深堀エッチングする。この時、図２に示すＢ部詳細断面図の図４に示すように、エッチングのバラツキによってＣ形状にシリコン層が除去されると、図４に示す場合には輪郭の辺１２ｂと、ピエゾ素子１１ｂと、の距離ｄ１２は実質的にＣ形状に依存して、α分小さくなる。
【００５１】
そこで、Ｃ形状に残るエッチング残渣を避けるため、基板開口部３０ａ側からの平面視において、ダイアフラム開口部２０ａは基板開口部３０ａの配置領域内に配置され、ダイアフラム開口部２０ａと基板開口部３０ａとの平面視での段差幅をｗ、とすると、
０＜ｗ
とすることが好ましい。
【００５２】
また、ダイアフラム支持部２０は、ダイアフラム部１０に圧力が付加されることによって生じるダイアフラム部１０の撓み応力に耐える強度を備えなければならないことから、ダイアフラム開口部２０ａのＺ方向の深さをｈ、とすると、
ｈ＞ｗ
であることが好ましい。
【００５３】
以上のことから、本実施形態に係る圧力センサー１００では、
０＜ｗ＜ｈ
の条件によって設計、製造することが好ましい。これにより、輪郭の辺１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄからピエゾ素子１１までの距離ｄ１１，ｄ１２，ｄ２１，ｄ２２のバラツキが抑制され、圧力センサー１００の感度と精度を高めることができる。
【００５４】
（第２実施形態）
第２実施形態として第１実施形態に係る圧力センサー１００の製造方法について説明する。図５は第２実施形態に係る圧力センサーの製造方法を示すフローチャートである。また、図６〜図１３は第２実施形態に係る圧力センサーの製造工程を示す断面図である。なお、本実施形態に係る圧力センサーの製造方法は、ウエハー状の基板に半導体製造技術を用いて所望のデバイスを形成する方法である。以下の説明では、特段の説明が付されない基板はウエハー状の基板である。
【００５５】
（基板準備工程）
まず、基板準備工程（Ｓ１）として、図６に示すように、基板材料Ｍとなるシリコン層１と、酸化シリコン（ＳｉＯ2）層２と、シリコン層３と、が積層されたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板のシリコン層３の上面に犠牲層４が成膜される。なお、犠牲層４は、例えばシリコン層３側から、酸化シリコン（ＳｉＯ2）と、窒化シリコン（ＳｉＮ）と、の２層構造を有している。そして、ダイアフラム形成工程に移行される。
【００５６】
（ダイアフラム形成工程）
ダイアフラム形成工程（Ｓ２）は、まず図７に示すように犠牲層４をレジストパターニングとドライエッチングによって、略矩形の枠状を有するダイアフラム支持部２０の形成領域に対応する犠牲層４の領域４ａを除去する。そして、領域４ａの下層のシリコン層３と、酸化シリコン層２と、を除去し、更に下層のシリコン層１の一部を除去し、トレンチ部Ｍｔが形成される。
【００５７】
図８に示すように、形成されたトレンチ部Ｍｔ部分の底部に金属酸化膜、例えば酸化アルミ（Ａｌ2Ｏ3）の第１支持層２１を成膜する金属酸化膜成膜工程が実行され、次に酸化シリコン層の第２支持層２２が成膜される、いわゆる埋め込み層としてダイアフラム支持部２０が形成される。ダイアフラム支持部２０が形成されることにより、ダイアフラム支持部２０の内側に残存する基板材料Ｍを構成しているシリコン層３と、酸化シリコン層２と、はダイアフラム部１０を構成するダイアフラムシリコン層１０ｃと、ダイアフラム酸化シリコン層１０ｄと、なる。なお、本実施形態では第１支持層２１として金属酸化膜を成膜することを例示したが、第２支持層２２を形成する酸化シリコン層のみでダイアフラム支持部２０を形成してもよい。
【００５８】
次に、図８に示す犠牲層４を除去し、図９に示すように、ダイアフラムシリコン層１０ｃにダイアフラム部１０の第１の面１０ａ側から不純物、例えばリン、ボロンなどを拡散（ドープ）し、図１に示す配設位置に略長方形状の平面形状を有する歪検出素子としてのピエゾ素子１１を形成する。以上の工程によって、ピエゾ素子１１を備えるダイアフラム部１０と、ダイアフラム部１０を支持しダイアフラム部１０の輪郭の辺１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを構成する、後述する受圧開口部形成工程（Ｓ４）を経て、ダイアフラム開口部２０ａとして形成されるダイアフラム支持面２０ａを有するダイアフラム支持部２０が基板材料Ｍに形成される。
【００５９】
更に、材料基板Ｍのシリコン層１を、ダイアフラム部１０の形成側の反対面１ａを所定削除量Ｔｄ分、削る。これにより、完成品としての必要な強度を確保しながら、薄型、小型の圧力センサー１００を得ることができる。
【００６０】
（圧力基準室形成工程）
ダイアフラム形成工程（Ｓ２）が終了し、圧力基準室形成工程（Ｓ３）に移行される。圧力基準室形成工程（Ｓ３）は、図２に示す空洞部層１２０を形成し、空洞部層１２０に有する圧力基準室Ｓを形成する工程である。
【００６１】
圧力基準室形成工程（Ｓ３）では、まず図１０に示すようにダイアフラム部１０のダイアフラムシリコン層１０ｃの表面である第１の面１０ａ上に、第１金属層５１ｂをスパッタリングと、レジストパターニングと、ドライエッチングと、レジスト剥離と、により枠状に成膜する。そして、第１金属層５１ｂを覆い、第１の面１０ａ上に層間絶縁層と、犠牲層４１´と、を備える酸化シリコン層４１ａを、例えばＣＶＤ法などによって成膜する。
【００６２】
次に、図１１に示すように、酸化シリコン層４１ａに第１金属層５１ｂに到達する溝を形成し、酸化シリコン層４１ａ上と、第１金属層５１ｂに到達する第２金属層５１ｃと、を成膜する。そして、第２金属層５１ｃに酸化シリコン層４１ａの犠牲層４１´に到達する貫通孔５１ａが形成され、金属層５１が形成される。更に、少なくとも第２金属層５１ｃに形成された貫通孔５１ａを露出させる開口を有する第２酸化シリコン層４２が、酸化シリコン層４１ａ上に層間絶縁層としてＣＶＤ法により成膜される。
【００６３】
次に図１２に示すように、金属層５１に形成された貫通孔５１ａを介して、酸化シリコン層４１ａの金属層５１に囲われた領域、すなわち犠牲層４１´を構成する酸化シリコンをドライエッチングあるいはウエットエッチングによって選択的に除去する、いわゆるリリースエッチングを行い空洞部Ｓ´が形成される。そして、真空環境、例えば１０Ｐａ以下の真空度の環境で金属層がスパッタリング法などにより貫通孔５１ａを封止するように成膜され封止層５２が形成される。これにより空洞部Ｓ´が、密封空間の圧力基準室Ｓとして形成され、圧力基準室形成工程（Ｓ３）が終了する。
【００６４】
（受圧開口部形成工程）
圧力基準室形成工程（Ｓ３）が実行され、受圧開口部形成工程（Ｓ４）に移行される。受圧開口部形成工程（Ｓ４）では、図１３に示すように、基板材料Ｍのシリコン層１の反対面１ａ、すなわちダイアフラム部１０を介して圧力基準室Ｓの反対側に位置するシリコン層１の端面１ａを、レジストパターニングと、ドライエッチングと、レジスト剥離と、により基板開口部３０ａの形成と、ダイアフラム開口部２０ａ面とダイアフラム部１０の受圧面１０ｂと、が露出するように、シリコン層１を除去する。
【００６５】
受圧開口部形成工程（Ｓ４）における基板開口部３０ａの形成では、基板開口部３０ａ側からの平面視において、基板開口部３０ａはダイアフラム開口部２０ａの配置領域の外側に配置され、ダイアフラム開口部２０ａと基板開口部３０ａとの平面視での段差幅をｗ、ダイアフラム開口部２０ａの深さをｈ、とすると、
０＜ｗ＜ｈ
の条件を満足するように製造することが好ましい。
【００６６】
すなわち、ダイアフラム部１０のダイアフラム酸化シリコン層１０ｄと、ダイアフラム開口部２０ａと、の交接部にエッチング除去されるべきシリコン層を残存させないために、
ｗ＞０
とすることが好ましい。また、ダイアフラム部１０に圧力が付加されることによって生じるダイアフラム部１０の撓み応力にダイアフラム支持部２０が耐える強度が備えられるよう、
ｈ＞ｗ
とすることが好ましい。
【００６７】
これにより、基板開口部３０ａと、ダイアフラム開口部２０ａと、によって受圧面１０ｂまで開口されたダイアフラム部１０が形成され、圧力センサー１００の製造方法が終了する。なお、ダイアフラム支持部２０に備える金属酸化膜の第１支持層２１を備えることによって、基板開口部３０ａを形成するエッチングにおいて、ダイアフラム支持部２０を不用意に浸食させない、エッチングのストッパーとして第１支持層２１が酸化シリコン層の第２支持層２２へのエッチングの進行を阻止することができる。これにより、ダイアフラム支持部２０のダイアフラム開口部２０ａの深さｈが保持され、ダイアフラム部１０の受圧による撓み変形に対して、ダイアフラム支持部２０の強度を高めることができる。
【００６８】
なお、本実施形態に係る圧力センサーの製造方法は、ウエハープロセスによるものである場合には、ウエハーから圧力センサー１００の個片とするダイシング（切断）工程を行う。
【００６９】
本実施形態に係る圧力センサーの製造方法によって得られる圧力センサー１００は、ダイアフラム部１０に備えるピエゾ素子１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）の検出感度、あるいは検出誤差に影響する輪郭の辺１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと、ピエゾ素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄと、の距離ｄ１１，ｄ１２，ｄ２１，ｄ２２は、ダイアフラム形成工程（Ｓ２）において、ダイアフラム部１０を支持するダイアフラム支持部２０が、基板材料Ｍに埋め込むように形成される酸化シリコン層により形成され、同じダイアフラム形成工程（Ｓ２）の工程の中で、ピエゾ素子１１の形成が実行される。このことにより、ダイアフラム支持部２０に対するピエゾ素子１１の配設位置精度をより高めることを可能としている。
【００７０】
すなわち、輪郭の辺１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと、ピエゾ素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄと、の距離ｄ１１，ｄ１２，ｄ２１，ｄ２２のバラツキが押えられた圧力センサー１００を得ることができる。従って、高い検出感度と、検出誤差の少ない圧力センサー１００を得ることができる。
【００７１】
一方、特許文献１に開示されている従来の圧力センサーチップでは、上述したように、感圧素子の形成位置に対する圧力導入部の位置ずれや、圧力センサーチップが形成される材料基板のそりなどの変形に伴うエッチングの進行方向（進行角度）のずれなどによる感圧素子の相対位置にずれが生じる虞があった。
【００７２】
しかし、本実施形態に係る圧力センサーの製造方法によって得られる圧力センサー１００では、図１４に示すように、設定（設計）された狙いの基板開口部３０ａにおいて、シリコン層１のエッチングにおいて平面ずれ（Ｘ−Ｙ面方向ずれ）δ１，δ２が製造バラツキとして発生して基板開口部３０ａ´に形成されても、輪郭の辺１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと、ピエゾ素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄと、の距離ｄ１１，ｄ１２，ｄ２１，ｄ２２には影響が及ぶことがなく、高い検出感度と、検出誤差の小さい圧力センサー１００を得ることができる。
【００７３】
また、図１５に示すように、シリコン層１のエッチングにおいてエッチング進行方向にθ１，θ２のずれが発生して基板開口部３０ａ″に形成されても、輪郭の辺１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと、ピエゾ素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄと、の距離ｄ１１，ｄ１２，ｄ２１，ｄ２２には影響が及ぶことがなく、高い検出感度と、検出誤差の小さい圧力センサー１００を得ることができる。
【００７４】
（第３実施形態）
図１６に、第３実施形態としての第１実施形態に係る圧力センサー１００を備える高度計の外観斜視図を示す。図１６に示す高度計１０００は、手首に装着可能な腕時計形状を有している。そして高度計１０００の内部には、圧力センサー１００が搭載され、現在地における海抜高度、あるいは現在地における気圧などを検出し、表示部１１００に表示することができる。
【００７５】
本実施形態に係る高度計１０００は、高い検出感度を有する第１実施形態に係る圧力センサー１００が搭載されていることにより、僅かな圧力をも検出することができることから、高い精度を実現することができる。
【００７６】
（第４実施形態）
図１７は、第４実施形態としての第１実施形態に係る圧力センサー１００を備える電子機器の一例であるナビゲーションシステムを示す外観平面図である。図１７に示すように、第４実施形態に係るナビゲーションシステム２０００は、図示しない地図情報格納手段と、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、加速度センサーおよび車速データと、による自立航法手段と、圧力センサー１００と、所定の位置情報あるいは進路情報を表示する、例えば液晶パネルディスプレイや、有機ＥＬ（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイなどの小型化、薄型化された表示手段で構成される表示部２１００と、を備えている。
【００７７】
ナビゲーションシステム２０００に備える圧力センサー１００によって検出される高度情報は、位置情報上では同一位置を示す一般道路に重なる高架道路を走行している場合、ナビゲーションシステムでは、走行している道路が一般道路であるのか高架道路であるのか判断できず、一般道路の情報を提供してしまう虞があった。そこで、本実施形態に係るナビゲーションシステム２０００では、高度情報を圧力センサー１００によって取得することができ、地表の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し、高架道路の走行に関わ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。
【００７８】
第１実施形態に係る圧力センサー１００を備える電子機器は、ナビゲーションシステム２０００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、医療機器、測定機器、計器類、フライトシミュレーターなどに適用することができる。
【００７９】
（第５実施形態）
図１８は、第５実施形態としての第１実施形態に係る圧力センサー１００を備える移動体の一例としての自動車を示す外観斜視図である。図１８に示すように、自動車３０００は、車体３１００と、車輪３２００と、車体３１００に備える図示しない動力源としてのエンジンと、を備えている。
【００８０】
自動車３０００には、第１実施形態に係る圧力センサー１００を備える制御装置３３００を備え、例えば高度変化に伴う気圧変化を検出し、エンジンの駆動を最適化したり、車輪３２００に備えるタイヤの空気圧を検出し、所定の警告を表示したりすることができる。
【符号の説明】
【００８１】
１０…ダイアフラム部、１１…ピエゾ素子、２０…ダイアフラム支持部、３０…基板、４０…絶縁層、５０…密封金属層、１００…圧力センサー、１１０…基板層、１２０…空洞部層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2018116003.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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