(57)【要約】【課題】ＭＥＭＳセンサにおいて、高精度で、かつ高い信頼性を得る。【解決手段】ＭＥＭＳセンサは、それぞれ空洞部１３を介して対向して配置された複数の第１電極１１および複数の第２電極１２を備えた複数の圧力検出部と、複数の第１電極１１同士および複数の第２電極１２同士をそれぞれ電気的に接続する共通配線部１０と、を有している。さらに、共通配線部１０は、第１共通配線１４および第２共通配線１５と、第１共通配線１４または第２共通配線１５のうちの少なくとも何れか一方と電気的に接続し、かつ第１共通配線１４および第２共通配線１５より腐食耐性が高い腐食防止配線１６と、を備えており、複数の空洞部１３のそれぞれの容量の変化を検出して圧力の計測を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ空洞部を介して対向して配置された複数の第１電極および複数の第２電極を備えた複数の圧力検出部と、
前記複数の第１電極同士または前記複数の第２電極同士のうちの少なくとも何れか一方と電気的に接続する共通配線部と、
を有し、
前記共通配線部は、第１導体部と、前記第１導体部と電気的に接続し、かつ前記第１導体部より腐食耐性が高い第２導体部と、を備え、
複数の前記空洞部のそれぞれの容量の変化を検出して圧力の計測を行う、ＭＥＭＳセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のＭＥＭＳセンサにおいて、
前記第１導体部は、複数の電極間を電気的に接続する共通配線であり、
前記第２導体部は、前記共通配線が形成された層とは異なる層に形成されている、ＭＥＭＳセンサ。
【請求項３】
請求項１に記載のＭＥＭＳセンサにおいて、
前記複数の圧力検出部を形成する前記複数の第１電極または前記複数の第２電極の何れか一方の電極は、１つの前記第２導体部と電気的に接続され、
前記第２導体部は、前記第１導体部同士を電気的に接続している、ＭＥＭＳセンサ。
【請求項４】
請求項１に記載のＭＥＭＳセンサにおいて、
前記第１導体部は、複数の電極間を電気的に接続する共通配線であり、
前記第２導体部は、前記共通配線と前記第１電極または前記第２電極のうちの何れか一方とを電気的に接続している、ＭＥＭＳセンサ。
【請求項５】
請求項２に記載のＭＥＭＳセンサにおいて、
前記複数の圧力検出部のそれぞれに設けられた前記複数の第１および第２電極は、それぞれ前記第２導体部によって前記共通配線と電気的に接続されている、ＭＥＭＳセンサ。
【請求項６】
請求項１に記載のＭＥＭＳセンサにおいて、
前記第２導体部は、前記複数の第１電極または前記複数の第２電極のうち、下段に配置された複数の電極が形成された層より上層に配置されている、ＭＥＭＳセンサ。
【請求項７】
請求項１に記載のＭＥＭＳセンサにおいて、
前記第２導体部は、前記複数の第１電極または前記複数の第２電極のうち、上段に配置された複数の電極が形成された層より上層に配置されている、ＭＥＭＳセンサ。
【請求項８】
請求項１に記載のＭＥＭＳセンサにおいて、
前記第２導体部は、ポリシリコン、シリコン化合物または白金によって形成されている、ＭＥＭＳセンサ。
【請求項９】
請求項１に記載のＭＥＭＳセンサにおいて、
前記複数の第１および第２電極は、アルミニウム、モリブデン、タングステンまたはチタンナイトライドによって形成されている、ＭＥＭＳセンサ。
【請求項１０】
請求項１に記載のＭＥＭＳセンサにおいて、
前記複数の圧力検出部のそれぞれを制御する制御回路を有し、前記複数の圧力検出部および前記制御回路は、同一の半導体基板上に形成されている、ＭＥＭＳセンサ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のＭＥＭＳセンサにおいて、
前記半導体基板上において、前記複数の圧力検出部のそれぞれは、前記制御回路が形成された層より上層に形成されている、ＭＥＭＳセンサ。
【請求項１２】
請求項２に記載のＭＥＭＳセンサにおいて、
前記共通配線の一部にトランジスタが形成されている、ＭＥＭＳセンサ。
【請求項１３】
それぞれ空洞部を介して対向して配置された複数の第１電極および複数の第２電極を備えた複数の圧力検出部と、
前記複数の第１電極同士または前記複数の第２電極同士のうちの少なくとも何れか一方と電気的に接続する共通配線部と、
を有し、
前記複数の第１電極または前記複数の第２電極のうち、少なくとも下段に配置された複数の電極のそれぞれは、表裏面が絶縁膜によって覆われており、
複数の前記空洞部のそれぞれの容量の変化を検出して圧力の計測を行う、ＭＥＭＳセンサ。
【請求項１４】
請求項１３に記載のＭＥＭＳセンサにおいて、
前記共通配線部は、第１導体部と、前記第１導体部と電気的に接続し、かつ前記第１導体部より腐食耐性が高い第２導体部と、を備えている、ＭＥＭＳセンサ。
【請求項１５】
それぞれ空洞部を介して対向して配置された複数の第１電極および複数の第２電極を備え、複数の前記空洞部のそれぞれの容量の変化に応じて圧力を計測する圧力検出部と、
前記複数の第１電極同士または前記複数の第２電極同士のうちの少なくとも何れか一方と電気的に接続する共通配線部と、
前記複数の第１電極および前記複数の第２電極のうちの少なくとも何れか一方の電極と同一層の金属膜によって形成されたヒータを備え、前記ヒータから出力される電圧の変化に応じて湿度を計測する湿度検出部と、
を有し、
前記共通配線部は、第１導体部と、前記第１導体部と電気的に接続し、かつ前記第１導体部より腐食耐性が高い第２導体部と、を備えている、ＭＥＭＳセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板などの基板上にセンサを形成する技術として、特許第４２５０３８７号公報（特許文献１）には、検出面を有する第１の基板と、この第１の基板の検出面に空隙を介して設けられ、かつ上記第１の基板に対して変位可能な可動電極と、上記第１の基板の検出面に設けられた固定電極と、上記可動電極に導通された第１の信号取出部とを備えた変換器（圧力センサ）が開示されている。この変換器は、圧力を静電容量の電気信号に変換するものであり、上記第１の信号取出部は、チタン、タングステン、モリブデン、クロム、タンタル、ニオブ、バナジウムのいずれかの金属で形成されていることが記載されている。これにより、腐食ガスが存在するような状況下でも、変換器としての機能を低下させることなく使用でき、かつ製造コストを低減できることが記載されている。
【０００３】
また、特許第５２８０６０９号公報（特許文献２）には、半導体基板上に設けられるＭＯＳトランジスタと多層配線とを備える電子回路と、固定電極と上記固定電極の上方に設けられるダイヤフラムと、上記固定電極とダイヤフラムの間に空洞を設けたセンサが開示されている。そして、上記ダイヤフラムは、最上層配線よりも上方の引っ張り応力を有するタングステンシリサイド膜またはタングステン膜からなる導電層を用いて形成されることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４２５０３８７号公報
【特許文献２】特許第５２８０６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、自動車などの内燃機関の燃費向上のため、吸気管に排気の一部を取り入れる排気再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation ）技術などが導入され、吸気管に取り付けられる空気流量センサには、吸入空気量の検出の他、吸入空気の湿度や圧力などを検出することが必要とされている。
【０００６】
特に半導体を用いたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems：微小電気機械システム）技術により製造された流量センサ、湿度センサ、圧力センサなどの素子は、制御回路や他のセンサとの一体化によるノイズ低減など高精度化が可能であり、かつ、コストを低減できることから注目されている。
【０００７】
しかしながら、上述の特許文献に記載された技術においては、吸気管に露出して配置される検出部が自動車の腐食ガスに含まれている硝酸イオン、硫酸イオンなどの強酸ガスに暴露されることに関して考慮されていない。まず、上記特許文献１においては、信号取出部の金属膜が露出している構造となっており、強酸ガスでの金属腐食による断線の懸念がある。また、検出部は１つの可動電極で構成されているため、上記信号取出部が断線すると圧力検知の機能を果たせなくなるという課題が発生する。
【０００８】
また、上記特許文献２においては、固定電極が回路などの配線に直接接続されており、製造工程中に空洞部上の電極にクラックなどが発生した場合、下層の電極は露出しているため、腐食ガスにより電極が腐食し、さらに配線が下層の制御回路に直接接続されているため、腐食が下層の制御回路まで進行してしまう懸念がある。
【０００９】
本発明の目的は、ＭＥＭＳセンサにおいて、クラックが発生した場合でも検知の特性変化を抑制することができ、一体化した回路や他の素子への影響を抑えた高精度で、かつ高い信頼性を得ることができる技術を提供することにある。
【００１０】
本発明の前記の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１２】
一実施の形態におけるＭＥＭＳセンサは、それぞれ空洞部を介して対向して配置された複数の第１電極および複数の第２電極を備えた複数の圧力検出部と、上記複数の第１電極同士または上記複数の第２電極同士のうちの少なくとも何れか一方と電気的に接続する共通配線部と、を有する。さらに、上記共通配線部は、第１導体部と、上記第１導体部と電気的に接続し、かつ上記第１導体部より腐食耐性が高い第２導体部と、を備え、複数の上記空洞部のそれぞれの容量の変化を検出して圧力の計測を行う。
【００１３】
他の実施の形態におけるＭＥＭＳセンサは、それぞれ空洞部を介して対向して配置された複数の第１電極および複数の第２電極を備えた複数の圧力検出部と、上記複数の第１電極同士または上記複数の第２電極同士のうちの少なくとも何れか一方と電気的に接続する共通配線部と、を有する。さらに、上記複数の第１電極または上記複数の第２電極のうち、少なくとも下段に配置された複数の電極のそれぞれは、表裏面が絶縁膜によって覆われており、複数の上記空洞部のそれぞれの容量の変化を検出して圧力の計測を行う。
【００１４】
また、他の実施の形態におけるＭＥＭＳセンサは、それぞれ空洞部を介して対向して配置された複数の第１電極および複数の第２電極を備え、複数の上記空洞部のそれぞれの容量の変化に応じて圧力を計測する圧力検出部と、上記複数の第１電極同士または上記複数の第２電極同士のうちの少なくとも何れか一方と電気的に接続する共通配線部と、を有する。さらに、上記複数の第１電極および上記複数の第２電極のうちの少なくとも何れか一方の電極と同一層の金属膜によって形成されたヒータを備え、上記ヒータから出力される電圧の変化に応じて湿度を計測する湿度検出部を有し、上記共通配線部は、第１導体部と、上記第１導体部と電気的に接続し、かつ上記第１導体部より腐食耐性が高い第２導体部と、を備えている。
【発明の効果】
【００１５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１６】
複数の圧力検知部の電極同士を接続する共通配線の一部に腐食耐性が高い導体部が形成されていることにより、高精度で、かつ信頼性に優れたＭＥＭＳセンサを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１のＭＥＭＳセンサの一例である圧力センサの要部を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿って切断した圧力センサの要部の断面図である。
【図３】実施の形態１の圧力センサの圧力検出部の等価回路図である。
【図４】比較例の圧力センサおいてクラックが発生した状態を示す平面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ線に沿って切断した圧力センサの要部の断面図である。
【図６】図４に示す圧力センサにおいて環境下試験を行った際の要部の断面図である。
【図７】図６に継続して環境下試験を行った際の要部の断面図である。
【図８】実施の形態１の圧力センサにおける効果を示す要部の断面図である。
【図９】実施の形態１の変形例の圧力センサの圧力検出部の等価回路図である。
【図１０】実施の形態１の圧力センサチップの構造の一例を示す平面図である。
【図１１】実施の形態１の圧力センサチップが搭載されたセンサモジュールの一部を破断して示す模式図である。
【図１２】本発明の実施の形態２のＭＥＭＳセンサの一例である圧力センサの要部を示す平面図である。
【図１３】本発明の実施の形態３のＭＥＭＳセンサの一例である圧力センサの要部を示す平面図である。
【図１４】図１３のＣ−Ｃ線に沿って切断した圧力センサの要部の断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態４の圧力検出部と熱式湿度検出部を有した複合ＭＥＭＳセンサの平面図である。
【図１６】図１５のＤ−Ｄ線に沿って切断した複合ＭＥＭＳセンサの要部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（実施の形態１）
本発明のＭＥＭＳセンサの一実施の形態である圧力センサの構造を、図面を参照して説明する。なお、本実施の形態１では、制御回路上に形成した複数の圧力検出部を有する圧力センサを一例として取り上げて説明する。
【００１９】
＜圧力センサの構造＞
図１は本発明の実施の形態１のＭＥＭＳセンサの一例である圧力センサの要部を示す平面図であり、ここでは、後述する制御回路上に形成した本実施の形態の圧力検出部１が２個の場合の圧力センサを説明する。
【００２０】
図１に示すように、圧力検出部１は、第１電極１１と、第２電極１２と、第１電極１１と第２電極１２の間に形成された空洞部１３と、によって形成されている。なお、圧力検出部１は、複数形成されている。そして、それぞれの圧力検出部１は、複数の第１電極１１のそれぞれを制御回路８（後述する図２参照）または外部出力と電気的に接続する第１共通配線１４と、複数の第２電極１２のそれぞれを制御回路８または外部出力と電気的に接続する第２共通配線１５と、に電気的に接続されている。さらに、それぞれの圧力検出部１は、複数の第１電極１１と第１共通配線１４とをそれぞれ電気的に接続し、かつ第２電極１２と第２共通配線１５とをそれぞれ電気的に接続する腐食防止配線１６とも電気的に接続されている。なお、腐食防止配線１６は、第１共通配線１４または第２共通配線１５と電気的にも機械的にも繋がっている導体部であるが、第１共通配線１４および第２共通配線１５とは材質が異なっている。また、複数の圧力検出部１のそれぞれは、絶縁膜１７や後述する図２の絶縁膜１７ａ、１７ｂによって覆われている。
【００２１】
図２は図１のＡ−Ａ線に沿って切断した圧力センサの要部の断面図である。
【００２２】
図１、図２を用いて圧力センサ９の詳細構造について説明する。圧力センサ９は、それぞれ空洞部１３を介して対向して配置された複数の第１電極１１および複数の第２電極１２を備えた複数の圧力検出部１を有している。それぞれの圧力検出部１において、空洞部１３は、下部電極である第１電極１１と、下部電極と対向して配置された上部電極である第２電極１２と、第１電極１１および第２電極１２の周囲に配置された絶縁膜１７ｂ（１７）とによって囲まれた空間であり、かつ密閉された空間である。そして、上部電極である第２電極１２に圧力が付与されると、第２電極１２が凹んで空洞部１３の容量（静電容量）が変化する。つまり、圧力センサ９は、複数の空洞部１３のそれぞれの容量（静電容量）の変化を検出して圧力の計測を行うものである。
【００２３】
なお、圧力センサ９は、複数の第１電極１１同士または複数の第２電極１２同士のうちの少なくとも何れか一方を電気的に接続する共通配線部１０を有している。本実施の形態１では、複数の第１電極１１同士および複数の第２電極１２同士の両方が、それぞれ共通配線部１０によって電気的に接続されている場合を説明する。
【００２４】
そして、圧力センサ９において、共通配線部１０は、それぞれ第１導体部である第１共通配線１４および第２共通配線１５と、上記第１導体部と電気的に接続するとともに上記第１導体部より腐食耐性が高い第２導体部である腐食防止配線１６と、を備えている。すなわち、共通配線部１０は、第１導体部である第１共通配線１４および第２共通配線１５と、第２導体部である腐食防止配線１６と、からなる。そして、腐食防止配線１６は、第１共通配線１４や第２共通配線１５よりも腐食耐性が高い材料からなる導体部である。
【００２５】
また、第１共通配線１４および第２共通配線１５は、それぞれ複数の電極間を電気的に接続する共通配線である。
【００２６】
ここで、図２に示すように、同一の半導体基板２上に、ゲート３と拡散層４からなる複数のＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor) 型のトランジスタ７や他の素子（例えば、ダイオード）などが配置され、コンタクト部５および配線６によって結線されている。言い換えると、第１共通配線１４や第２共通配線１５の一部にトランジスタ７が形成されている。さらに圧力センサ９が形成された層の下部には、制御回路８が形成されている。つまり、同一の半導体基板２上に、複数の制御回路８が形成され、さらに複数の制御回路８の上層に圧力センサ９が形成されている。
【００２７】
詳細には、図２に示す同一の半導体基板２上に、図１に示すような複数の圧力検出部１と、複数の圧力検出部１のそれぞれを制御する制御回路８とが形成されている。そして、半導体基板２上において、複数の圧力検出部１のそれぞれは、制御回路８が形成された層より上層に形成されている。
【００２８】
なお、ゲート３の材料としては不純物をドープしたポリシリコン膜などが用いられ、拡散層４は、リンやボロンなどの不純物を必要に応じてドープし低抵抗にした領域となっている。また、拡散層４に接続されるコンタクト部５は、バリア金属膜であるチタン膜または窒化チタン膜と、タングステン膜とからなる積層膜で形成され、これらを結線する配線６は、チタン膜または窒化チタン膜などのバリア金属膜と、アルミニウム膜などの金属膜とからなる積層膜で形成されている。なお、図示されていないがゲート３もコンタクト部５を介して配線６に接続されている。
【００２９】
さらに、配線６上に絶縁膜１７ａ（１７）を介して図１で説明した第１電極１１と第１共通配線１４とが同一層に形成されている。なお、第１共通配線１４は、制御回路８を形成しているＭＯＳ型のトランジスタ７への給電という役割もあり、低抵抗にする必要がある。そのため、配線６と同様にバリア金属膜であるチタン膜または窒化チタン膜と、タングステン膜とからなる積層膜で形成する。したがって、第１電極１１も第１共通配線１４と同一の金属による積層膜で形成される。なお、配線６と第１共通配線１４の接続は、コンタクト部５を介して行われる。
【００３０】
第１共通配線１４の上には、絶縁膜１７ｂを介して第２電極１２と第２共通配線１５が形成され、第１電極１１と第２電極１２は平面視で重なっており、その間に空洞部１３が形成されている。別の表現をすると、第１電極１１と第２電極１２とは空洞部１３を介して対向して配置されている。
【００３１】
なお、第２電極１２および第２共通配線１５は、第１電極１１と同一のバリア金属膜であるチタン膜または窒化チタン膜と、タングステン膜とからなる積層膜で形成する。すなわち、第１電極１１、第２電極１２、第１共通配線１４および第２共通配線１５は、アルミニウム、モリブデン、タングステンまたはチタンナイトライドによって形成されている。
【００３２】
また、空洞部１３は、図示していないが第２電極１２に微細な孔を形成し、上記孔を通じて第１電極１１と第２電極１２との間の絶縁膜１７ｂをエッチングして形成する。
【００３３】
この第２電極１２上に、絶縁膜１７ｂを介して、第１電極１１と第１共通配線１４、および第２電極１２と第２共通配線１５を電気的に接続する腐食防止配線（第２導体部）１６が形成されている。ここで、腐食防止配線１６は、低圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)装置を用いて形成した不純物を含むポリシリコン膜やスパッタ装置を用いたシリコン化合物、例えばタングステンシリサイド膜、チタンシリサイド膜、モリブデンシリサイド膜などの金属、あるいは白金などを含むことで腐食耐性を向上させた膜で形成する。
【００３４】
さらに、腐食防止配線１６の上には絶縁膜１７（１７ｂ）が形成されており、図示されてないが、空洞部１３を形成する際に用いた第２電極１２の孔は、腐食防止配線１６の直下の絶縁膜１７ｂおよびその上層の絶縁膜１７によって塞がれ、空洞部１３内は一定の圧力を保っている。なお、空洞部１３内の圧力は、絶縁膜１７を形成する装置によりコントロールすることができる。
【００３５】
ここで、絶縁膜１７ａや絶縁膜１７ｂは、酸化シリコン膜、または窒化シリコン膜やその積層膜からなり、特に圧力検出部１を覆う絶縁膜１７は、空洞部１３の形状を維持するように絶縁膜１７の応力をコントロールして形成されている。
【００３６】
なお、図２に示す圧力センサ９の構造においては、第２共通配線１５を第２電極１２と同一層に形成した場合を記載しているが、第２共通配線１５は、第１共通配線１４および第１電極１１に接続されていなければ、第１電極１１および第１共通配線１４と同一層に形成してもよい。また、第１共通配線１４に関しても、同様に、第２電極１２および第２共通配線１５と同一層に形成してもよい。
【００３７】
つまり、腐食防止配線１６は、第１共通配線１４および第１電極１１と電気的に接続されているか、または第２共通配線１５および第２電極１２と電気的に接続されている。詳細には、複数の圧力検出部１のそれぞれに設けられた複数の第１電極１１は、腐食防止配線１６を介して第１共通配線１４と電気的に接続されており、一方、複数の圧力検出部１のそれぞれに設けられた複数の第２電極１２は、同様に腐食防止配線１６を介して第２共通配線１５と電気的に接続されている。
【００３８】
そして、図２に示す圧力センサ９においては、腐食防止配線１６は、第１共通配線１４や第２共通配線１５が形成された層とは異なる別の層に形成されている。具体的には、腐食防止配線１６は、複数の第１電極１１または複数の第２電極１２のうち、下段に配置された複数の第１電極１１が形成された層より上層に配置されている。さらに、腐食防止配線１６は、複数の第１電極１１または複数の第２電極１２のうち、上段に配置された複数の第２電極１２が形成された層より上層に配置されている。
【００３９】
つまり、本実施の形態１の腐食防止配線１６は、第１電極１１や第２電極１２よりも上層に配置されている。
【００４０】
次に、図３は実施の形態１の圧力センサの圧力検出部の等価回路図である。
【００４１】
図３に示すように複数の圧力検出部１は、共通配線部１０でもある腐食防止配線１６を介して第１共通配線１４、または、第２共通配線１５にそれぞれ電気的に接続され、第１共通配線１４による第１出力端子１８と第２共通配線１５による第２出力端子１９との間に所定の電圧を印加することで各圧力検出部１の電極間に電荷が蓄積され、一定の静電容量値が得られる。この静電容量値は、図２に示す配線６を介して制御回路８に接続されている。そして、圧力センサ９の外部の圧力が変動した場合、空洞部１３上の上部電極である第２電極１２が変形し、第１電極１１と第２電極１２間の距離が変化し静電容量値が変化する。この静電容量値の変化と外部圧力の相関関係を予め制御回路内に記録させ、対比させることにより圧力値に変換して外部に出力している。
【００４２】
＜圧力センサによる効果＞
複数の圧力検出部１を有する圧力センサ９は、ピエゾ抵抗などを用いた空洞部が１つの圧力センサと比較し、製造工程中や使用中に可動電極部にクラックが入った場合、特性変化を最小限に留め長期的な信頼性を維持できることが特徴である。また、電極部に制御回路の配線と同一層を用いることでコスト低減を図ることができる。
【００４３】
ここで、図４は、本願発明者が検討した比較例の圧力センサおいてクラックが発生した状態を示す平面図であり、図１に示すような腐食防止配線１６を用いていない構造を示すものである。図４において、第１共通配線２４は、直接第１電極２１と電気的に接続されており、隣の第１電極２１との接続も同一層の配線で接続されている。また、第２電極２２と第２共通配線２５においても同一層で形成され、かつ直接接続がなされている。さらに、第１電極２１と第２電極２２との間には空洞部２３が形成され、これにより圧力検出部２０が構成されている。
【００４４】
図５は図４のＢ−Ｂ線に沿って切断した圧力センサの要部の断面図である。
【００４５】
図５に示すように、半導体基板２上に形成した制御回路８は、実施の形態１と同じく、ゲート３と拡散層４からなる複数のＭＯＳ型のトランジスタ７や他の素子（例えば、ダイオード）などが配置され、コンタクト部５および配線６が形成されている。
【００４６】
ただし、上述した通り、第１電極２１と第１共通配線２４は同一層で直接接続されており、一方、第２電極２２も第２共通配線２５と直接接続されている。そして、等価回路上では図３で示した腐食防止配線１６が各々第１共通配線２４と第２共通配線２５に置き換わった構造となっている。
【００４７】
なお、空洞部２３上の第２電極２２と絶縁膜２７の積層膜は、外部圧力の変化に耐えるように強度設計されているが、圧力センサ９のチップに分割するダイシングや他の素子と組み合わせてモジュールにする際、空洞部２３の上部の絶縁膜２７に異物などが接触し、クラック２６が入る懸念がある。
【００４８】
図６は図４に示す圧力センサにおいて環境下試験を行った際の要部の断面図であり、図５に示す圧力センサ９をモジュールに組み付け、自動車の排気環境下で試験を行った場合の断面図である。図６に示すように、試験においては外部圧力も変化させることから空洞部２３上の第２電極２２は上下に変動し、これに伴い絶縁膜２７も上下に変動するため、クラック２６は徐々に進行し、クラック２６から腐食ガスが進入して第２電極２２および第１電極２１ではそれぞれ金属腐食２８、２９が発生する。
【００４９】
図７は図６に継続して環境下試験を行った際の要部の断面図であり、さらに排気環境下での試験を継続した場合の断面図である。金属腐食２８は、さらに進行し、第２電極２２の金属腐食２８は、隣接する圧力検出部２０（図４参照）にまで進行する。そして、第１電極２１においては、第１共通配線２４、および制御回路８とのコンタクト部５まで腐食が進行する。このため、圧力検知の出力だけではなく、制御回路８も動作困難となる。
【００５０】
次に図８は実施の形態１の圧力センサにおける効果を示す要部の断面図であり、図２の圧力検出部にクラックが発生し、継続して排気環境下での試験を行った場合の断面図を示す。図８に示すように、クラック２６から腐食ガスが進入し、クラック２６が発生した圧力検出部１（図１参照）の第２電極１２で金属腐食２８が発生し、さらに第１電極１１で金属腐食２９が発生するが、本実施の形態１の圧力センサ９には、腐食防止配線１６が各圧力検出部に配置されているため、第１共通配線１４および第２共通配線１５に上記金属腐食が進行することを抑制することができる。
【００５１】
したがって、クラック２６が発生した圧力検出部１のみ検出が不可能になるが、他の複数箇所に配置された圧力検出部１は正常に機能する。また、複数の圧力検出部１を有しているため、一部の圧力検出部１に異常が発生しても圧力換算特性に影響が出ない範囲に設計することができる。
【００５２】
また、図９は実施の形態１の変形例の圧力センサの圧力検出部の等価回路図であり、予備の圧力検出部を備えた圧力センサの等価回路を示す図である。図９に示すように、通常は制御回路に組み込んだトランジスタなどで構成されたスイッチ１０１により第１出力端子１８と電気的に切り離された予備圧力検出部１００を備えている。そして、組み立て時の検査において規定の外部圧力を加え、所定の圧力換算値に達していない場合、スイッチ１０１をＯＮにして、予備圧力検出部１００を稼動させ、圧力検出の補正を行う。
【００５３】
なお、本機能は自動車などに搭載した後でも、上述と同様の検査を行った場合や初期値からの変動を調べることにより、圧力検出の補正が可能である。
【００５４】
また、腐食防止配線１６は、共通配線部１０に含まれる導体部ではあるが、第１共通配線１４や第２共通配線１５とは異なる別の層に設けられていてもよいし、第１共通配線１４および第２共通配線１５それぞれの一部として同層に設けられていてもよい。
【００５５】
本実施の形態１の圧力センサ（ＭＥＭＳセンサ）９によって得られる効果について説明すると、圧力センサ９における複数の圧力検出部１それぞれの第１電極１１同士または第２電極１２同士を電気的に接続する共通配線部１０の一部に、腐食耐性を持たせた腐食防止配線１６を有している。これにより、自動車など強酸性の腐食ガスに暴露される場所に圧力センサ９が搭載された場合においても、素子の一部にクラック２６が発生した際に、上記共通配線に設けられた腐食防止配線１６により、強酸性の腐食ガスによる電極および共通配線における腐食の進行を抑制することができる。つまり、腐食防止配線１６によって腐食の進行を阻止することができる。
【００５６】
その結果、クラック２６による腐食進行の影響を、クラック２６が発生した箇所の圧力検出部１のみで終息させることができ、他の圧力検出部１や素子への腐食進行を抑制または阻止することができる。これにより、圧力センサ９における特性変動を軽微に抑えることができ、長期的に信頼性に優れた圧力センサ９を実現することができる。また、圧力センサ９における特性変動を軽微に抑えることができるため、高精度なＭＥＭＳセンサを実現することができる。
【００５７】
＜圧力センサと流量センサを組み合わせた例＞
図１０は実施の形態１の圧力センサチップの構造の一例を示す平面図である。図１０に示すように、圧力検出部１は、圧力センサチップ３０の中央部付近に２５個程度配置されている。そして、複数の圧力検出部１は、上述したように腐食防止配線１６を介して第１共通配線１４や第２共通配線１５に接続され、さらに配線６により制御回路８を経て、検出のための外部出力用の複数のパッド３１や給電用の複数のパッド３１に電気的に接続されている。
【００５８】
また、図１１は、実施の形態１の圧力センサチップが搭載されたセンサモジュールの一部を破断して示す模式図であり、表面のカバーを透過して内部を示すセンサモジュールの図である。図１１に示すように、圧力センサチップ３０が搭載されたセンサモジュール３２は、吸気管３３に装着されており、配線部を有する支持基板３４と、圧力センサチップ３０と、空気流量センサ３５と、調整部品（例えば制御用回路チップやマイコン、コンデンサなど）３６と、を有したボディ３７を備えている。そして、センサモジュール３２は、上述のボディ３７と図示していないカバーとで構成されている。
【００５９】
なお、圧力センサチップ３０、空気流量センサ３５および調整部品３６は、支持基板３４上に搭載されており、空気流量センサ３５により空気流量を検出する副通路３８と、圧力などを検出する検出部３９と、調整部品３６やコネクタ４０が設けられた制御部４１とに分離されている。また、各素子は、ワイヤボンディングにより支持基板３４の上記配線部に電気的に接続されている。そして、圧力センサチップ３０および空気流量センサ３５は、調整部品３６を介し、コネクタ４０を通して外部へ検出信号を送っている。
【００６０】
また、圧力センサチップ３０には、吸気４６によって導入された検出部３９と吸気管３３内の空気が適度に入れ替わるように吸気入替口４２が設けられており、検出部３９には湿度センサも搭載できるようになっていてもよい。さらに、急激な空気の流れを防止するため、吸気入替口４２はクランク形状になっていてもよく、開口面積が副通路３８などと比較して小さくなるように設計してもよい。また、圧力センサチップ３０のパッド３１が腐食しないよう耐酸性のゲルで覆ってもよい。
【００６１】
（実施の形態２）
＜圧力センサの構造＞
本実施の形態２に係る圧力センサは、上記実施の形態１の圧力センサと比較して、複数の圧力検知部を１つのグループとし、このグループ内の複数の圧力検出部と共通配線とを腐食防止配線１６を介して接続するものである。
【００６２】
図１２は本発明の実施の形態２のＭＥＭＳセンサの一例である圧力センサの要部を示す平面図である。図１２に示すように、本実施の形態２では、第１電極１１と第２電極１２とからなる圧力検出部が１つではなく２つ（３つ以上でもよい）以上を１つのグループとしており、このグループ内の複数の圧力検出部と、共通配線とを腐食防止配線１６によって電気的に接続するものである。つまり、２つ以上の圧力検出部を１つのグループとしてこのグループ内の複数の圧力検出部と電気的に接続する第３共通配線（第１導体部）４５と、第１共通配線１４または第２共通配線１５とを、腐食防止配線１６を介して電気的に接続するものである。
【００６３】
図１２に示す構造では、圧力検出部１と圧力検出部４４の２つ（複数）の圧力検出部を１つのグループとし、このグループの圧力検出部１および圧力検出部４４と電気的に接続する第３共通配線４５と、第２共通配線１５とが腐食防止配線１６を介して電気的に接続されている。なお、１つのグループ化を図る圧力検知部の数は、２つ以上であれば何個であってもよい。また、第３共通配線４５を電気的に接続する電極は、第１電極１１であっても第２電極１２であってもどちらでもよい。
【００６４】
さらに、腐食防止配線１６とは別個に、腐食防止配線１６ａが、例えば第２共通配線１５などに単独で設けられていてもよい。すなわち、第２共通配線１５や第１共通配線１４に、単独で腐食防止配線１６ａが設けられていてもよい。
【００６５】
＜圧力センサによる効果＞
図１２に示す圧力センサにおいて、複数の圧力検知部をグループにしてこのグループ化された複数の圧力検知部と共通配線とを、腐食防止配線１６を介して電気的に接続することにより、腐食防止配線１６の配置箇所を減らすことができる。これにより、腐食防止配線１６の個数を減らすことができる。さらに、腐食防止配線１６の個数を減らすことができるため、第１共通配線１４や第２共通配線１５の配線の設計自由度を増やすことができる。また、腐食防止配線１６の個数を減らすことができるため、圧力検出の領域を縮小することができ、その結果、図１１に示す圧力センサチップ３０の縮小化が可能となる。さらに、圧力センサのコストの低減化を図ることができる。
【００６６】
また、第１共通配線１４や第２共通配線１５に、単独で腐食防止配線１６ａが設けられていることにより、他の素子や電極に対して腐食が進行することを抑制または阻止することができる。
【００６７】
（実施の形態３）
＜圧力センサの構造＞
本実施の形態３に係る圧力センサは、上記実施の形態１の圧力センサと比較して、空洞部１３の形状が異なり、第１電極１１と空洞部１３との間、および空洞部１３と第２電極１２との間にそれぞれ絶縁膜１７ｂａを有するものである。
【００６８】
図１３は本発明の実施の形態３のＭＥＭＳセンサの一例である圧力センサの要部を示す平面図である。図１３に示すように、平面視において、空洞部１３の一部が第１電極１１および第２電極１２から第１共通配線１４に向かって迫り出した構造となっている。
【００６９】
また、図１４は図１３のＣ−Ｃ線に沿って切断した圧力センサの要部の断面図である。図１３に示す圧力検出部１の製造手順としては、図１４に示すように、第１電極１１および第１共通配線１４を形成するまでは実施の形態１と同じである。
【００７０】
次に第１電極１１上に、絶縁膜１７ｂａ（１７ｂ）として酸化シリコン膜を形成した後、空洞部１３を形成するための図示しない犠牲層金属膜、例えばチタンやタングステン、モリブデンなどを形成する。その後、上記犠牲層金属膜上に絶縁膜１７ｂａ（１７ｂ）を形成してから、第２電極１２、および第２共通配線１５を形成する。
【００７１】
次に、絶縁膜１７ｂを形成した後、第２導体部である腐食防止配線１６を形成する。次に第１電極１１と第２電極１２とが重ならない領域で、かつ空洞部１３の領域に貫通孔４３を形成し、この貫通孔４３を介して上記犠牲層金属膜を除去することで、空洞部１３を形成することができる。
【００７２】
その後、絶縁膜１７（１７ｂ）を形成することにより、空洞部１３を密閉し、圧力の検出をできるように形成する。
【００７３】
以上のように図１３および図１４に示す圧力センサを製造することで、本実施の形態３の圧力センサは、圧力検出部１における第１電極１１および第２電極１２のうちの少なくとも下段に配置された電極（図１４では第１電極１１）の表裏両面が絶縁膜１７ａ、１７ｂの何れかによって覆われている。図１３および図１４に示す圧力センサの構造では、下段に配置された第１電極１１と、上段に配置された第２電極１２との両方の表裏面が絶縁膜１７ａ、１７ｂの何れかもしくは両方によって覆われている。
【００７４】
また、図１３および図１４に示す圧力センサの構造においても、実施の形態１の圧力センサと同様に、共通配線部１０は、第１共通配線１４および第２共通配線１５などの第１導体部と、上記第１導体部と電気的に接続するとともに上記第１導体部より腐食耐性が高い第２導体部である腐食防止配線１６と、を備えている。つまり、実施の形態１の圧力センサと同様に、第１電極１１と第１共通配線１４とが腐食防止配線１６を介して電気的に接続され、一方、第２電極１２と第２共通配線１５とが腐食防止配線１６を介して電気的に接続されている。
【００７５】
＜圧力センサによる効果＞
図１４に示す圧力センサの製造において、製造工程は増加するが、上記犠牲層金属膜を形成することにより、第１電極１１の上に絶縁膜１７ｂ（１７ｂａ）を形成すること、および第２電極１２の下にも絶縁膜１７ｂ（１７ｂａ）を配置することができ、これにより、空洞部１３形成時のエッチングによる電極へのダメージを軽減することができる。
【００７６】
また、空洞部１３を形成する際に、絶縁膜１７ｂが水平方向へのエッチングのストッパとなるため、エッチングの制御を容易に行うことができる。
【００７７】
また、空洞部１３上にクラックが発生した場合においても、第１電極１１の腐食を低減することができ、より長期的に信頼性の高い圧力センサを実現することができる。
【００７８】
（実施の形態４）
＜複合ＭＥＭＳセンサの構造＞
本実施の形態４に係るＭＥＭＳセンサは、圧力検出部と熱式湿度検出部とを一体化した複合ＭＥＭＳセンサである。
【００７９】
図１５は本発明の実施の形態４の圧力検出部と熱式湿度検出部を有した複合ＭＥＭＳセンサの平面図である。
【００８０】
図１５に示すように、複合ＭＥＭＳセンサ（ＭＥＭＳセンサ）５０は、半導体基板６０が除去されたダイヤフラム５３の中に、湿度検出用ヒータ（ヒータ）５２と外部からの給電を行う第１パッド５８とを繋ぐ湿度検出ヒータ用配線５１からなる熱式湿度検出部（湿度検出部）６７を備えている。さらに、複合ＭＥＭＳセンサ５０は、熱式湿度検出部６７と、湿度検出ヒータ用配線５１を第１共通配線として兼用し、かつ湿度検出ヒータ用配線５１と同一層に形成した第１電極５４、およびその上に重なるように形成した第２電極５５と、を備えている。また、複合ＭＥＭＳセンサ５０は、第２電極５５と同一層で形成した第２共通配線５７と、第１電極５４と第１共通配線と兼用の湿度検出ヒータ用配線５１とを接続し、さらに第２電極５５と第２共通配線５７とを接続する腐食防止配線５６と、を有している。また、複合ＭＥＭＳセンサ５０は、第２共通配線５７から外部へ出力する第２パッド５９を有する圧力検出部を含んでいる。
【００８１】
ここで、図１６は図１５のＤ−Ｄ線に沿って切断した複合ＭＥＭＳセンサの要部の断面図である。上述の熱式湿度検出部６７のダイヤフラム５３は、半導体基板６０の両面に形成された絶縁膜６１、例えば高温の炉体で酸素または水蒸気中で形成したシリコン酸化膜であり、チップ裏面（下面）の絶縁膜６１をパターニングし、それをマスクとして半導体基板６０を除去して形成されている。
【００８２】
また、湿度検出用ヒータ５２は、半導体基板６０の一部を除去して形成されたダイヤフラム５３内に形成され、湿度検出用ヒータ５２の上面および下面は絶縁膜６１、６２で覆われており、第１共通配線と兼用の湿度検出ヒータ用配線５１を介して第１パッド５８と電気的に接続されている。
【００８３】
なお、湿度検出用ヒータ５２の材料としては、４００℃以上に加熱して使用されるため、耐熱性に優れた高融点金属膜、例えばタングステン、モリブデン、タンタル、ハフニウムまたは前記高融点金属膜を含む化合物として、チタンタングステン、タングステンナイトライド、チタンナイトライド、などが挙げられる。
【００８４】
次に、湿度検出ヒータ用配線５１は、ダイヤフラム内でコンタクト部を設けた場合、ダイヤフラム内の強度が低下する懸念があることなどから湿度検出用ヒータ５２と同一の金属であることが望ましい。また、湿度検出ヒータ用配線５１の配線幅は、ダイヤフラム上における余分な発熱を抑えるように湿度検出用ヒータ５２より太くなっており、かつ、半導体基板６０上では、低消費電力化のために、さらに配線幅を太くして低抵抗化を図っている。
【００８５】
以上により、熱式湿度検出部６７では、湿度検出用ヒータ５２から出力される電圧の変化に応じて湿度を計測することができる。
【００８６】
また、圧力検出部の第１電極５４は、湿度検出ヒータ用配線５１を第１共通配線として用いていることから、湿度検出用ヒータ５２や湿度検出ヒータ用配線５１と同一層の金属膜で形成されている。ただし、湿度検出ヒータ用配線５１と第１電極５４とは、図１５に示すように、平面視では絶縁膜（図１６に示す絶縁膜６２）で分離されており、コンタクト部６５と腐食防止配線（第２導体部）５６を介して電気的に接続されている。なお、第１電極５４は、腐食防止配線５６が複数個所で湿度検出ヒータ用配線５１と接続されることにより、並列の配線となり配線抵抗値を低く抑えることができる。
【００８７】
なお、複合ＭＥＭＳセンサ５０における圧力検出部においても、共通配線部は、第２共通配線５７などの第１導体部と、この第１導体部に電気的に接続するとともに上記第１導体部より腐食耐性が高い第２導体部である腐食防止配線５６と、を備えている。
【００８８】
次に、上記実施の形態３と同様の方法を用いて、図１５に示す複合ＭＥＭＳセンサ５０の製造手順について説明する。まず、図１６に示すように、第１電極５４上の絶縁膜６２中に空洞部６３を形成し、その上に第２電極５５と平面視では分離されている第２共通配線５７を形成する。なお、第２電極５５と第２共通配線５７とは、絶縁膜６４によって覆われ、かつコンタクト部６５と腐食防止配線５６を介して電気的に接続されている。
【００８９】
次に、腐食防止配線５６上には、絶縁膜６６が形成されており、湿度検出ヒータ用配線５１と第２共通配線５７は、コンタクト部６５を介して各々第１パッド５８、および第２パッド５９と電気的に接続され、外部からの給電と出力を行っている。
【００９０】
なお、本実施の形態４では、圧力検出部を、図１５に示すように、湿度検出ヒータ用配線５１の湿度検出用ヒータ５２を挟んでその両側（２箇所）に記載したが、片側の圧力検出部の空洞中に絶縁膜の柱を形成し、圧力が加わっても容量が変化しない基準容量計測部を設けてもよい。
【００９１】
また、湿度検出用ヒータ５２と同一層に温度検出用の抵抗体を設けてもよく、上記温度検出用の抵抗体は、室温にて湿度検出用ヒータ５２と同等の抵抗値に設計して比較することで湿度検出の精度向上を図ることができる。
【００９２】
また、絶縁膜６１は、シリコン酸化膜を用いた場合を説明したが、シリコン窒化膜、またはシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の積層膜でもよい。さらに、工程簡略化のため両面に絶縁膜６１を形成した例を示したが、表面と裏面を別々に形成してもよい。また、絶縁膜６２、６４、６６に関しても、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、またはその積層膜で形成されており、絶縁膜形成後に絶縁膜平坦化技術により配線等の段差を無くすことが望ましい。
【００９３】
＜複合ＭＥＭＳセンサによる効果＞
熱式湿度検出部６７を備えた複合ＭＥＭＳセンサ５０においては、同一チップに圧力検出部が設けられていることにより、湿度検出部の圧力値をフィードバックすることができるため、圧力補正による湿度検出の精度の向上を図ることができ、燃費を向上することができる。また、図１１で示したように圧力センサチップ３０は、検出部３９に湿度検出部と共に配置されることでセンサモジュール３２をコンパクトに設計することができ、コストの低減化を図ることができる。
【００９４】
また、本実施の形態４では、圧力検出部と湿度検出部を一体化した例に関して記載したが、温度検出部、流量検出部、ガス検出部、加速度検出部など他のＭＥＭＳ検出部との複合であっても同様の効果が得られる。さらに、同一基板にＣ−Ｖ変換回路などを混載することにより、別の半導体チップで掲載した場合と比較して寄生容量低減による検出精度の向上、およびワイヤボンディングなどの実装工程の削減によるコストの低減化を図ることができる。
【００９５】
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【００９６】
また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。なお、図面に記載した各部材や相対的なサイズは、本発明を分かりやすく説明するため簡素化・理想化しており、実装上はより複雑な形状となる。
【符号の説明】
【００９７】
１、２０、４４  圧力検出部
２、６０  半導体基板
３  ゲート
４  拡散層
５、６５  コンタクト部
６  配線
７  トランジスタ
８  制御回路
９  圧力センサ（ＭＥＭＳセンサ）
１０  共通配線部
１１、２１、５４  第１電極
１２、２２、５５  第２電極
１３、２３、６３  空洞部
１４  第１共通配線（第１導体部）
１５、５７  第２共通配線（第１導体部）
１６、１６ａ、５６  腐食防止配線（第２導体部）
１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｂａ、２７、６１、６２、６４、６６  絶縁膜
１８  第１出力端子
１９  第２出力端子
２４  第１共通配線
２５  第２共通配線
２６  クラック
２８、２９  金属腐食
３０  圧力センサチップ
３１  パッド
３２  センサモジュール
３３  吸気管
３４  支持基板
３５  空気流量センサ
３６  調整部品
３７  ボディ
３８  副通路
３９  検出部
４０  コネクタ
４１  制御部
４２  吸気入替口
４３  貫通孔
４５  第３共通配線（第１導体部）
４６  吸気
５０  複合ＭＥＭＳセンサ（ＭＥＭＳセンサ）
５１  湿度検出ヒータ用配線
５２  湿度検出用ヒータ（ヒータ）
５３  ダイヤフラム
５８  第１パッド
５９  第２パッド
６７  熱式湿度検出部（湿度検出部）
【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】
2018155526.tif 000013
【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】
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