(57)【要約】【課題】ダイヤフラム部と歪抵抗素子との位置決め精度を高めるとともに、小型化を図ることができる物理量センサーおよびその製造方法を提供すること、また、この物理量センサーを備える圧力センサー、高度計、電子機器および移動体を提供すること。【解決手段】本発明の物理量センサー１は、受圧により撓み変形するダイヤフラム部６４を有する基板６０と、ダイヤフラム部６４の一方の面側に配置されているピエゾ抵抗素子７１と、ダイヤフラム部６４のピエゾ抵抗素子７１側に配置されていてダイヤフラム部６４とともに圧力基準室である空洞部Ｓを構成している積層構造体８と、を備え、積層構造体８がＣＭＯＳプロセスを用いて形成されている。【選択図】図１
2015184100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受圧により撓み変形するダイヤフラム部を有する基板と、
前記ダイヤフラム部に配置されていて、歪により信号を出力する素子と、
前記ダイヤフラム部とともに圧力基準室を構成している壁部と、
を備え、
前記壁部が、配線層を有することを特徴とする物理量センサー。
【請求項２】
前記素子と前記圧力基準室との間に配置されている絶縁膜を備える請求項１に記載の物
理量センサー。
【請求項３】
前記絶縁膜は、シリコン窒化膜を含む請求項２に記載の物理量センサー。
【請求項４】
前記絶縁膜は、前記シリコン窒化膜と前記歪検出素子との間に配置されているシリコン
酸化膜を含む請求項３に記載の物理量センサー。
【請求項５】
前記壁部は、前記ダイヤフラム部の厚さ方向から見た平面視において、前記素子と重な
る部分が導電性材料を含んでいる請求項２ないし４のいずれか１項に記載の物理量センサ
ー。
【請求項６】
前記素子と前記圧力基準室との間に配置されていて緩衝フッ酸に対する耐食性を有する
耐食膜を備える請求項１ないし５のいずれか１項に記載の物理量センサー。
【請求項７】
基板の一方の面側に、歪により信号を出力する素子を形成する工程と、
前記基板上で前記素子より上にシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜の前記基板とは反対側に、貫通孔を有する膜体を形成する工程と、
前記貫通孔を通じて前記シリコン酸化膜の一部をエッチングにより除去することにより
、圧力基準室を形成する工程と、
前記貫通孔を封止する工程と、
前記基板の前記圧力基準室とは反対側の面に凹部を形成することにより、前記素子が配
置されているダイヤフラム部を形成する工程と、
を含むことを特徴とする物理量センサーの製造方法。
【請求項８】
前記シリコン酸化膜を形成する工程よりも前に、前記基板上で前記素子より上にシリコ
ン窒化膜を形成する工程を含む請求項７に記載の物理量センサーの製造方法。
【請求項９】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の物理量センサーを有することを特徴とする圧
力センサー。
【請求項１０】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の物理量センサーを有することを特徴とする高
度計。
【請求項１１】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の物理量センサーを有することを特徴とする電
子機器。
【請求項１２】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の物理量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、物理量センサー、物理量センサーの製造方法、圧力センサー、高度計、電子
機器および移動体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
受圧により撓み変形するダイヤフラムを備えた圧力センサーが広く用いられている。こ
のような圧力センサーとして、ダイヤフラム上にピエゾ抵抗素子が配置され、ダイヤフラ
ムの撓みをセンサー素子で検出することにより、ダイヤフラムに加わった圧力を検出する
ものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の圧力センサーは、互いに接合されたシリコンウエハーおよ
び基板を有し、その基板のシリコンウエハー側の面に凹部が形成されていることにより、
シリコンウエハーと基板との間に空隙部（圧力基準室）が形成され、そして、シリコンウ
エハーが薄肉化されていることにより、シリコンウエハーの空隙部に対応する部分がダイ
ヤフラムを構成している。また、ダイヤフラムの空隙部側の面には、歪受感素子（ピエゾ
抵抗）が形成されている。
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の圧力センサーでは、その製造時において、シリコンウエハ
ーに歪受感素子を形成した後に、そのシリコンウエハーを、凹部を有する基板に接合しな
ければならず、その接合時の位置ずれにより、ダイヤフラムと歪受感素子との位置決め精
度が低くなってしまい、その結果、受圧感度にバラツキが生じるという問題があった。ま
た、小型化が難しいという問題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３３２７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、ダイヤフラム部と歪抵抗素子との位置決め精度を高めるとともに、小
型化を図ることができる物理量センサーおよびその製造方法を提供すること、また、この
物理量センサーを備える圧力センサー、高度計、電子機器および移動体を提供することに
ある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
［適用例１］
本発明の物理量センサーは、受圧により撓み変形するダイヤフラム部を有する基板と、
前記ダイヤフラム部に配置されていて、歪により信号を出力する素子と、
前記ダイヤフラム部とともに圧力基準室を構成している壁部と、
を備え、
前記壁部が、配線層を有することを特徴とする。
【０００８】
このような物理量センサーによれば、圧力基準室（壁部）がＣＭＯＳプロセスを用いて
形成されているため、ダイヤフラム部と歪抵抗素子および圧力基準室との位置決め精度を
高めるとともに、小型化を図ることができる。
【０００９】
［適用例２］
本発明の物理量センサーでは、前記素子と前記圧力基準室との間に配置されている絶縁
膜を備えることが好ましい。
【００１０】
これにより、壁部のダイヤフラム部と対向する部分（天井部）が導電性を有していて内
側に撓んでダイヤフラム部と接触しても、歪抵抗素子やその配線の短絡を防止することが
できる。
【００１１】
［適用例３］
本発明の物理量センサーでは、前記絶縁膜は、シリコン窒化膜を含むことが好ましい。
【００１２】
シリコン窒化膜は、絶縁性を有するだけでなく、緩衝フッ酸等に対する耐性を有する。
そのため、緩衝フッ酸等を用いてシリコン酸化膜をエッチングすることにより圧力基準室
を形成する際、シリコン窒化膜をエッチングストップ層として利用することができる。
【００１３】
［適用例４］
本発明の物理量センサーでは、前記絶縁膜は、前記シリコン窒化膜と前記歪検出素子と
の間に配置されているシリコン酸化膜を含むことが好ましい。
【００１４】
シリコン酸化膜は、絶縁性を有する。また、シリコン窒化膜と歪検出素子との間にシリ
コン酸化膜を配置することにより、シリコン窒化膜と歪抵抗素子との間の応力を緩和する
ことができる。
【００１５】
［適用例５］
本発明の物理量センサーでは、前記壁部は、前記ダイヤフラム部の厚さ方向から見た平
面視において、前記素子と重なる部分が導電性材料を含んでいることが好ましい。
【００１６】
この場合、壁部のダイヤフラム部と対向する部分（天井部）が導電性を有することとな
る。そのため、歪検出素子と圧力基準室との間に絶縁膜を配置することによる効果が好適
に発揮される。
【００１７】
［適用例６］
本発明の物理量センサーでは、前記素子と前記圧力基準室との間に配置されていて緩衝
フッ酸に対する耐食性を有する耐食膜を備えることが好ましい。
【００１８】
これにより、緩衝フッ酸等を用いてシリコン酸化膜をエッチングすることにより圧力基
準室を形成する際、かかる耐食膜をエッチングストップ層として利用することができる。
【００１９】
［適用例７］
本発明の物理量センサーの製造方法は、基板の一方の面側に、歪により信号を出力する
素子を形成する工程と、
前記基板上で前記素子より上にシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜の前記基板とは反対側に、貫通孔を有する膜体を形成する工程と、
前記貫通孔を通じて前記シリコン酸化膜の一部をエッチングにより除去することにより
、圧力基準室を形成する工程と、
前記貫通孔を封止する工程と、
前記基板の前記圧力基準室とは反対側の面に凹部を形成することにより、前記素子が配
置されているダイヤフラム部を形成する工程と、
を含むことを特徴とする。
【００２０】
このような物理量センサーの製造方法によれば、圧力基準室がＣＭＯＳプロセスを用い
て形成されるため、ダイヤフラム部と歪抵抗素子および圧力基準室との位置決め精度を高
めるとともに、得られる物理量センサーの小型化を図ることができる。
【００２１】
［適用例８］
本発明の物理量センサーの製造方法では、前記シリコン酸化膜を形成する工程よりも前
に、前記基板上で前記素子より上にシリコン窒化膜を形成する工程を含むことが好ましい
。
【００２２】
シリコン窒化膜は、絶縁性を有するだけでなく、シリコン酸化膜のエッチングに用いる
緩衝フッ酸等に対する耐性を有する。そのため、シリコン酸化膜をエッチングする際、シ
リコン窒化膜をエッチングストップ層として利用することができる。
【００２３】
［適用例９］
本発明の圧力センサーは、本発明の物理量センサーを有することを特徴とする。
【００２４】
これにより、ダイヤフラム部と歪抵抗素子との位置決め精度を高めるとともに、小型化
を図ることができる物理量センサーを備える圧力センサーを提供することができる。
【００２５】
［適用例１０］
本発明の高度計は、本発明の物理量センサーを有することを特徴とする。
【００２６】
これにより、ダイヤフラム部と歪抵抗素子との位置決め精度を高めるとともに、小型化
を図ることができる物理量センサーを備える高度計を提供することができる。
【００２７】
［適用例１１］
本発明の電子機器は、本発明の物理量センサーを有することを特徴とする。
【００２８】
これにより、ダイヤフラム部と歪抵抗素子との位置決め精度を高めるとともに、小型化
を図ることができる物理量センサーを備える電子機器を提供することができる。
【００２９】
［適用例１２］
本発明の移動体は、本発明の物理量センサーを有することを特徴とする。
【００３０】
これにより、ダイヤフラム部と歪抵抗素子との位置決め精度を高めるとともに、小型化
を図ることができる物理量センサーを備える移動体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態に係る物理量センサーを示す断面図である。
【図２】図１に示す物理量センサーのピエゾ抵抗素子の配置を示す拡大平面図である。
【図３】図１に示す物理量センサーの作用を説明するための図であって、（ａ）は加圧状態を示す断面図、（ｂ）は加圧状態を示す平面図である。
【図４】図１に示す物理量センサーの製造工程を示す図である。
【図５】図１に示す物理量センサーの製造工程を示す図である。
【図６】図１に示す物理量センサーの製造工程を示す図である。
【図７】本発明の圧力センサーの一例を示す断面図である。
【図８】本発明の高度計の一例を示す斜視図である。
【図９】本発明の電子機器の一例を示す正面図である。
【図１０】本発明の移動体の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の物理量センサー、物理量センサーの製造方法、圧力センサー、高度計、
電子機器および移動体を添付図面に示す各実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００３３】
＜第１実施形態＞
１．物理量センサー
図１は、本発明の実施形態に係る物理量センサーを示す断面図、図２は、図１に示す物
理量センサーのピエゾ抵抗素子の配置を示す拡大平面図である。また、図３は、図１に示
す物理量センサーの作用を説明するための図であって、図３（ａ）は加圧状態を示す断面
図、図３（ｂ）は加圧状態を示す平面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１中
の上側を「上」、下側を「下」という。
【００３４】
図１に示す物理量センサー１は、基板６と、基板６の上面上にシリコン酸化膜９１、シ
リコン窒化膜９２およびポリシリコン膜９３を介して設けられている積層構造体８と、を
備えている。ここで、基板６、シリコン酸化膜９１、シリコン窒化膜９２およびポリシリ
コン膜９３かならなる積層体である基板６０は、ダイヤフラム部６４を有しており、ダイ
ヤフラム部６４には、複数のピエゾ抵抗素子７１（歪検出素子）が配置されている。また
、積層構造体８は、ダイヤフラム部６４に対応する部分が基板６０に対して離間しており
、これにより、かかる部分と基板６０との間には、空洞部Ｓ（圧力基準室）が形成されて
いる。
【００３５】
以下、物理量センサー１を構成する各部を順次説明する。
−基板−
基板６は、単結晶シリコンで構成されているシリコン層６１（ハンドル層）と、シリコ
ン酸化膜で構成されている酸化シリコン層６２（ボックス層）と、単結晶シリコンで構成
されているシリコン層６３（デバイス層）とがこの順で積層されたＳＯＩ基板である。な
お、基板６は、ＳＯＩ基板に限定されず、例えば、単結晶シリコン基板等の他の半導体基
板であってもよい。
【００３６】
また、基板６のシリコン層６３の上面上には、シリコン酸化膜９１、シリコン窒化膜９
２およびポリシリコン膜９３がこの順で積層されている。シリコン酸化膜９１およびシリ
コン窒化膜９２は、それぞれ、絶縁膜として機能する。また、シリコン窒化膜９２は、後
述する物理量センサー１の製造工程において空洞部Ｓを形成する際に用いるエッチングの
ストップ層としても機能する。また、シリコン酸化膜９１は、シリコン層６３とシリコン
窒化膜９２との間の応力を緩和する機能をも有する。
【００３７】
また、ポリシリコン膜９３は、リン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）し
たポリシリコン（多結晶シリコン）で構成されている。このポリシリコン膜９３は、導電
性を有する。そのため、例えば、空洞部Ｓの外側において基板６上にＭＯＳトランジスタ
を形成する場合、ポリシリコン膜９３の一部をＭＯＳトランジスタのゲート電極として用
いることができる。なお、本実施形態では、ポリシリコン膜９３の一部が空洞部Ｓ内に露
出しているが、ポリシリコン膜９３全体が空洞部Ｓの外側に位置していてもよい。また、
ポリシリコン膜９３は、省略してもよい。
【００３８】
このような基板６、シリコン酸化膜９１、シリコン窒化膜９２およびポリシリコン膜９
３からなる基板６０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
ヤフラム部６４が設けられている。ダイヤフラム部６４は、基板６の下面に有底の凹部６
５を設けることで形成されている。このようなダイヤフラム部６４は、その下面が受圧面
６４１となっている。本実施形態では、図２に示すように、ダイヤフラム部６４は、正方
形の平面視形状である。
【００３９】
本実施形態の基板６０では、凹部６５がシリコン層６１を貫通しているとともに、凹部
６５に対応する領域においてポリシリコン膜９３の一部が欠損しており、ダイヤフラム部
６４が酸化シリコン層６２、シリコン層６３、シリコン酸化膜９１およびシリコン窒化膜
９２の４層で構成されている。ここで、酸化シリコン層６２は、後述するように、物理量
センサー１の製造工程において凹部６５をエッチングにより形成する際にエッチングスト
ップ層として利用することができ、ダイヤフラム部６４の厚さの製品ごとのバラツキを少
なくすることができる。
【００４０】
なお、凹部６５がシリコン層６１を貫通せず、ダイヤフラム部６４がシリコン層６１の
薄肉部、酸化シリコン層６２、シリコン層６３、シリコン酸化膜９１およびシリコン窒化
膜９２の５層で構成されていてもよい。
【００４１】
−ピエゾ抵抗素子−
複数のピエゾ抵抗素子７１は、図１に示すように、それぞれ、ダイヤフラム部６４の空
洞部Ｓ側に形成されている。ここで、ピエゾ抵抗素子７１は、基板６のシリコン層６３に
形成されている。
【００４２】
図２に示すように、複数のピエゾ抵抗素子７１は、ダイヤフラム部６４の外周部に配置
されている複数のピエゾ抵抗素子７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄで構成されている。
【００４３】
平面視で四角形をなすダイヤフラム部６４の４つの辺にそれぞれ対応して、ピエゾ抵抗
素子７１ａ、ピエゾ抵抗素子７１ｂ、ピエゾ抵抗素子７１ｃ、ピエゾ抵抗素子７１ｄが配
置されている。
【００４４】
ピエゾ抵抗素子７１ａは、ダイヤフラム部６４の対応する辺に対して垂直な方向に沿っ
て延びている。そして、ピエゾ抵抗素子７１ａの両端部には、１対の配線７２ａが電気的
に接続されている。同様に、ピエゾ抵抗素子７１ｂは、ダイヤフラム部６４の対応する辺
に対して垂直な方向に沿って延びている。そして、ピエゾ抵抗素子７１ｂの両端部には、
１対の配線７２ｂが電気的に接続されている。
【００４５】
一方、ピエゾ抵抗素子７１ｃは、ダイヤフラム部６４の対応する辺に対して平行な方向
に沿って延びている。そして、ピエゾ抵抗素子７１ｃの両端部には、１対の配線７２ｃが
電気的に接続されている。同様に、ピエゾ抵抗素子７１ｄは、ダイヤフラム部６４の対応
する辺に対して平行な方向に沿って延びている。そして、ピエゾ抵抗素子７１ｄの両端部
には、１対の配線７２ｄが電気的に接続されている。
【００４６】
なお、以下では、配線７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄをまとめて「配線７２」ともい
う。
【００４７】
このようなピエゾ抵抗素子７１および配線７２は、それぞれ、例えば、リン、ボロン等
の不純物をドープ（拡散または注入）したシリコン（単結晶シリコン）で構成されている
。ここで、配線７２における不純物のドープ濃度は、ピエゾ抵抗素子７１における不純物
のドープ濃度よりも高い。なお、配線７２は、金属で構成されていてもよい。
【００４８】
また、複数のピエゾ抵抗素子７１は、自然状態における抵抗値が互いに等しくなるよう
に構成されている。
【００４９】
以上説明したようなピエゾ抵抗素子７１は、配線７２等を介して、ブリッジ回路（ホイ
ートストンブリッジ回路）を構成している。このブリッジ回路には、駆動電圧を供給する
駆動回路（図示せず）が接続されている。そして、このブリッジ回路では、ピエゾ抵抗素
子７１の抵抗値に応じた信号（電圧）として出力される。
【００５０】
−積層構造体−
積層構造体８は、前述した基板６０との間に空洞部Ｓを画成するように形成されている
。ここで、積層構造体８は、ダイヤフラム部６４のピエゾ抵抗素子７１側に配置されてい
てダイヤフラム部６４とともに空洞部Ｓ（圧力基準室）を構成している「壁部」である。
【００５１】
この積層構造体８は、基板６０上に平面視でピエゾ抵抗素子７１を取り囲むように形成
された層間絶縁膜８１と、層間絶縁膜８１上に形成された配線層８２と、配線層８２およ
び層間絶縁膜８１上に形成された層間絶縁膜８３と、層間絶縁膜８３上に形成され、複数
の細孔（開孔）を備えた被覆層８４１を有する配線層８４と、配線層８４および層間絶縁
膜８３上に形成された絶縁膜８５と、絶縁膜８５上に設けられた表面保護膜８６と、被覆
層８４１上に設けられた封止層８７とを有している。
層間絶縁膜８１、８３は、それぞれ、例えば、シリコン酸化膜で構成されている。
【００５２】
ここで、配線層８２は、空洞部Ｓを囲むように形成されている配線層８２ａを含んでい
る。また、配線層８４は、空洞部Ｓを囲むように形成されている配線層８４ａを含んでい
る。
【００５３】
このような積層構造体８は、ＣＭＯＳプロセスのような半導体製造プロセスを用いて形
成することができる。なお、シリコン層６３上およびその上方には、半導体回路が作り込
まれていてもよい。この半導体回路は、ＭＯＳトランジスタ等の能動素子、その他必要に
応じて形成されたコンデンサ、インダクタ、抵抗、ダイオード、配線（ピエゾ抵抗素子７
１に接続されている配線を含む）等の回路要素を有している。
【００５４】
−空洞部−
基板６０と積層構造体８とによって画成された空洞部Ｓは、密閉された空間である。こ
の空洞部Ｓは、物理量センサー１が検出する圧力の基準値となる圧力基準室として機能す
る。本実施形態では、空洞部Ｓが真空状態（３００Ｐａ以下）となっている。空洞部Ｓを
真空状態とすることによって、物理量センサー１を、真空状態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、その利便性が向上する。
【００５５】
ただし、空洞部Ｓは、真空状態でなくてもよく、大気圧であってもよいし、大気圧より
も気圧が低い減圧状態であってもよいし、大気圧よりも気圧が高い加圧状態であってもよ
い。また、空洞部Ｓには、窒素ガス、希ガス等の不活性ガスが封入されていてもよい。
以上、物理量センサー１の構成について簡単に説明した。
【００５６】
このような構成の物理量センサー１は、図３（ａ）に示すように、ダイヤフラム部６４
の受圧面６４１が受ける圧力に応じて、ダイヤフラム部６４が変形し、これにより、図３
（ｂ）に示すように、ピエゾ抵抗素子７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄが歪み、ピエゾ抵
抗素子７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄの抵抗値が変化する。それに伴って、ピエゾ抵抗
素子７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄが構成するブリッジ回路の出力が変化し、その出力
に基づいて、受圧面６４１で受けた圧力の大きさを求めることができる。
【００５７】
より具体的に説明すると、前述したように、ピエゾ抵抗素子７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、
７１ｄの抵抗値が互いに等しいため、前述したようなダイヤフラム部６４の変形が生じる
前の自然状態では、ピエゾ抵抗素子７１ａ、７１ｂの抵抗値の積とピエゾ抵抗素子７１ｃ
、７１ｄの抵抗値の積とが等しく、ブリッジ回路の出力（電位差）はゼロとなる。
【００５８】
一方、前述したようなダイヤフラム部６４の変形が生じると、図３（ｂ）に示すように
、ピエゾ抵抗素子７１ａ、７１ｂにその長手方向に沿った圧縮歪みおよび幅方向に沿った
引張歪みが生じるとともに、ピエゾ抵抗素子７１ｃ、７１ｄその長手方向に沿った引張歪
みおよびその幅方向に沿った圧縮歪みが生じる。したがって、前述したようなダイヤフラ
ム部６４の変形が生じたとき、ピエゾ抵抗素子７１ａ、７１ｂの抵抗値とピエゾ抵抗素子
７１ｃ、７１ｄの抵抗値とのうち、一方の抵抗値が増加し、他方の抵抗値が減少する。
【００５９】
このようなピエゾ抵抗素子７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄの歪みにより、ピエゾ抵抗
素子７１ａ、７１ｂの抵抗値の積とピエゾ抵抗素子７１ｃ、７１ｄの抵抗値の積との差が
生じ、その差に応じた出力（電位差）がブリッジ回路から出力される。このブリッジ回路
からの出力に基づいて、受圧面６４１で受けた圧力の大きさ（絶対圧）を求めることがで
きる。
【００６０】
ここで、前述したようなダイヤフラム部６４の変形が生じたとき、ピエゾ抵抗素子７１
ａ、７１ｂの抵抗値とピエゾ抵抗素子７１ｃ、７１ｄの抵抗値とのうち、一方の抵抗値が
増加し、他方の抵抗値が減少するため、ピエゾ抵抗素子７１ａ、７１ｂの抵抗値の積とピ
エゾ抵抗素子７１ｃ、７１ｄの抵抗値の積との差の変化を大きくすることができ、それに
伴って、ブリッジ回路からの出力を大きくすることができる。その結果、圧力の検出感度
を高めることができる。また、ブリッジ回路を構成するピエゾ抵抗素子７１ａ、７１ｂ、
７１ｃ、７１ｄのすべて温度感度がほぼ同一であるため、外部の温度変化に対する特性変
化を低減することもできる。
【００６１】
以上のような物理量センサー１では、後に詳述するように、積層構造体８（壁部）がＣ
ＭＯＳプロセスを用いて形成されている。これにより、ダイヤフラム部６４とピエゾ抵抗
素子７１および空洞部Ｓとの位置決め精度を高めるとともに、小型化を図ることができる
。
【００６２】
ここで、後述するように、積層構造体８の配線層８２、８４は、アルミニウム等の導電
性材料で構成される。したがって、ダイヤフラム部６４の厚さ方向から見た平面視におい
て、積層構造体８のピエゾ抵抗素子７１に重なる部分（すなわち、被覆層８４１および封
止層８７を含む天井部）が導電性材料を含んでいる。そのため、積層構造体８のダイヤフ
ラム部６４と対向する部分（天井部）が導電性を有することとなる。
【００６３】
そこで、ピエゾ抵抗素子７１と空洞部Ｓとの間に絶縁膜であるシリコン酸化膜９１およ
びシリコン窒化膜９２が配置されている。これにより、積層構造体８のダイヤフラム部６
４と対向する部分（すなわち、被覆層８４１および封止層８７を含む天井部）が導電性を
有していて内側に撓んでダイヤフラム部６４と接触しても、ピエゾ抵抗素子７１やその配
線７２の短絡を防止することができる。
【００６４】
シリコン窒化膜９２は、絶縁性を有するだけでなく、緩衝フッ酸等に対する耐性を有す
る。そのため、緩衝フッ酸等を用いてシリコン酸化膜をエッチングすることにより空洞部
Ｓを形成する際、シリコン窒化膜９２をエッチングストップ層として利用することができ
る。
【００６５】
また、シリコン酸化膜９１は、絶縁性を有する。また、シリコン窒化膜９２とピエゾ抵
抗素子７１との間にシリコン酸化膜９１を配置することにより、シリコン窒化膜９２とピ
エゾ抵抗素子７１との間の応力を緩和することができる。
【００６６】
ここで、シリコン酸化膜９１で必要な絶縁性を確保し、シリコン窒化膜９２でエッチン
グ液に対する必要な耐性を確保すればよいため、シリコン窒化膜９２の厚さは、シリコン
酸化膜９１の厚さよりも薄いことが好ましい。これにより、シリコン窒化膜９２を薄くし
て、前述したようなシリコン窒化膜９２に生じる応力を低減することができる。また、シ
リコン酸化膜９１の厚さを厚くして、シリコン窒化膜９２とピエゾ抵抗素子７１との間に
生じる応力をシリコン酸化膜９１で効果的に緩和することができる。また、シリコン窒化
膜９２が極端に薄くなって絶縁性が低下したとしても、シリコン酸化膜９１の厚さを厚く
することにより、必要な絶縁性を確保することができる。また、シリコン窒化膜９２が極
端に薄くなって絶縁性が低下したとしても、シリコン窒化膜９２が前述したようなエッチ
ング液に対する必要な耐性を確保できる。
【００６７】
また、シリコン酸化膜９１の具体的な厚さは、特に限定されないが、０．０１μｍ以上
０．５μｍ以下程度とされる。また、シリコン窒化膜９２の具体的な厚さは、特に限定さ
れないが、０．０１μｍ以上０．５μｍ以下程度とされる。
【００６８】
（物理量センサーの製造方法）
次に、物理量センサー１の製造方法を簡単に説明する。
【００６９】
図４〜図６は、図１に示す物理量センサーの製造工程を示す図である。以下、これらの
図に基づいて説明する。
【００７０】
［歪検出素子形成工程］
まず、図４（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板である基板６Ｘを用意する。この基板６Ｘ
は、単結晶シリコンで構成されているシリコン層６１Ｘ（ハンドル層）と、シリコン酸化
膜で構成されている酸化シリコン層６２（ボックス層）と、単結晶シリコンで構成されて
いるシリコン層６３Ｘとがこの順で積層されてなる。ここで、シリコン層６１Ｘは、後の
工程において、必要に応じて研磨等により薄肉化された後に、凹部６５が形成されてシリ
コン層６１となる。
【００７１】
次に、シリコン層６３Ｘにリン（ｎ型）またはボロン（ｐ型）等の不純物をドープ（イ
オン注入）することにより、図４（ｂ）に示すように、ピエゾ抵抗素子７１を形成する。
これにより、ピエゾ抵抗素子７１が形成されたシリコン層６３Ｘ１を得る。
【００７２】
例えば、ボロンを＋８０ｋｅＶでイオン注入を行う場合、ピエゾ抵抗素子７１へのイオ
ン注入濃度を１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２程度とする。また、そのイオン注入の後、
例えば、１０００℃程度で２０分程度のアニールを行う。
【００７３】
次に、シリコン層６３Ｘ１にリンまたはボロン等の不純物をドープ（イオン注入）する
ことにより、図４（ｃ）に示すように、配線７２を形成する。これにより、ピエゾ抵抗素
子７１および配線７２が形成されたシリコン層６３を得る。
【００７４】
このイオン注入では、配線７２への不純物のドープ量がピエゾ抵抗素子７１よりも多く
なるようにイオン注入条件等を調整する。例えば、ボロンを１０ｋｅＶでイオン注入を行
う場合、配線７２へのイオン注入濃度を５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２程度とする。ま
た、そのイオン注入の後、例えば、１０００℃程度で２０分程度のアニールを行う。
【００７５】
［絶縁膜等形成工程］
次に、図４（ｄ）に示すように、シリコン層６３上にシリコン酸化膜９１を形成する。
シリコン酸化膜９１の形成は、例えば、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により行うことが
できる。
【００７６】
次に、図４（ｅ）に示すように、シリコン酸化膜９１上にシリコン窒化膜９２を形成す
る。シリコン窒化膜９２の形成は、例えば、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により行うこ
とができる。
【００７７】
次に、図５（ａ）に示すように、シリコン窒化膜９２上にポリシリコン膜９３Ｘを形成
する。
【００７８】
このポリシリコン膜９３Ｘは、例えば、多結晶シリコンをスパッタリング法、ＣＶＤ法
等により成膜した後、その膜にリン、ボロン等の不純物をドープ（イオン注入）すること
により形成される。
【００７９】
ここで、ポリシリコン膜９３Ｘの厚さは、特に限定されないが、例えば、２００ｎｍ以
上４００ｎｍ以下程度とされる。
【００８０】
次に、ポリシリコン膜９３Ｘをエッチングによりパターニングして、図５（ｂ）に示す
ように、ポリシリコン膜９３を得る。このとき、必要に応じて、ＭＯＳトランジスタのゲ
ート電極を形成することができる。
【００８１】
［層間絶縁膜・配線層形成工程］
次に、図５（ｃ）に示すように、シリコン窒化膜９２上およびポリシリコン膜９３上に
、層間絶縁膜８１Ｘ、８３Ｘ、配線層８２、８４、絶縁膜８５および表面保護膜８６を形
成する。
【００８２】
層間絶縁膜８１Ｘ、８３Ｘの形成は、シリコン酸化膜をスパッタリング法、ＣＶＤ法等
により形成し、そのシリコン酸化膜をエッチングによりパターンニングすることにより行
う。
【００８３】
ここで、層間絶縁膜８１Ｘ、８３Ｘのそれぞれの厚さは、特に限定されないが、例えば
、１５００ｎｍ以上５０００ｎｍ以下程度とされる。
【００８４】
また、配線層８２、８４の形成は、層間絶縁膜８１Ｘ、８３Ｘ上に、例えばアルミニウ
ムよりなる層をスパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成した後、パターニング処理する
ことにより行う。
【００８５】
ここで、配線層８２、８４のそれぞれの厚さは、特に限定されないが、例えば、３００
ｎｍ以上９００ｎｍ以下程度とされる。
【００８６】
このような層間絶縁膜８１Ｘ、８３Ｘと配線層８２、８４との積層構造は、通常のＣＭ
ＯＳプロセスにより形成され、その積層数は、必要に応じて適宜に設定される。すなわち
、必要に応じてさらに多くの配線層が層間絶縁膜を介して積層される場合もある。
【００８７】
このような層間絶縁膜８１Ｘ、８３Ｘおよび配線層８２、８４の形成後、スパッタリン
グ法、ＣＶＤ法等により絶縁膜８５および表面保護膜８６をこの順で形成する。絶縁膜８
５および表面保護膜８６の構成材料としては、それぞれ、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、素子を水分、ゴミ、傷などから保護す
るための耐性を有するが挙げられる。例えば、絶縁膜８５をシリコン酸化膜で構成し、表
面保護膜８６をシリコン窒化膜で構成する。
【００８８】
ここで、絶縁膜８５および表面保護膜８６の厚さは、それぞれ、特に限定されないが、
例えば、５００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下程度とされる。
【００８９】
［空洞部形成工程］
次に、層間絶縁膜８１Ｘ、８３Ｘの一部を除去することにより、図５（ｄ）に示すよう
に、空洞部Ｓを形成する。これにより、層間絶縁膜８１、８３が形成される。
【００９０】
空洞部Ｓの形成は、被覆層８４１に形成された複数の細孔８４２を通じたエッチングに
より、層間絶縁膜８３Ｘ、８５Ｘの一部を除去することにより行う。ここで、かかるエッ
チングとしてウェットエッチングを用いる場合、複数の細孔８４２からフッ酸、緩衝フッ
酸等のエッチング液を供給し、ドライエッチングを用いる場合、複数の細孔８４２からフ
ッ化水素酸ガス等のエッチングガスを供給する。このようなエッチングの際、シリコン窒
化膜９２がエッチングストップ層として機能する。また、シリコン窒化膜９２は、エッチ
ング液に対する耐性を有することから、シリコン窒化膜９２に対して下側の構成部（例え
ば、シリコン酸化膜９１、ピエゾ抵抗素子７１、配線７２等）をエッチング液から保護す
る機能をも有する。
【００９１】
［封止工程］
次に、図６（ａ）に示すように、被覆層８４１上に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜
、ＡＬ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、ＴｉＮ等の金属膜等からなる封止層８７をスパッタリング法、
ＣＶＤ法等により形成し、各細孔８４２を封止する。これより、空洞部Ｓが封止層８７に
より封止され、積層構造体８を得る。
【００９２】
ここで、封止層８７の厚さは、特に限定されないが、例えば、１０００ｎｍ以上５００
０ｎｍ以下程度とされる。
【００９３】
［ダイヤフラム形成工程］
次に、シリコン層６１Ｘの下面を必要に応じて研削した後、シリコン層６１Ｘの下面の
一部をエッチングにより除去することにより、図６（ｂ）に示すように、凹部６５を形成
する。これにより、周囲よりも薄肉なダイヤフラム部６４が形成される。
【００９４】
ここで、シリコン層６１Ｘの下面の一部を除去する際、酸化シリコン層６２がエッチン
グストップ層として機能する。これにより、ダイヤフラム部６４の厚さを高精度に規定す
ることができる。
【００９５】
なお、シリコン層６１Ｘの下面の一部を除去する方法としては、ドライエッチングであ
っても、ウェットエッチング等であってもよい。
以上のような工程により、物理量センサー１を製造することができる。
【００９６】
以上説明したような物理量センサー１の製造方法は、基板６Ｘ１の一方の面側にピエゾ
抵抗素子７１を形成する工程（図４（ｂ）参照）と、基板６Ｘ２に対してピエゾ抵抗素子
７１側に、ピエゾ抵抗素子７１を覆う層間絶縁膜８１Ｘ、８３Ｘ（シリコン酸化膜）を形
成する工程（図５（ｃ）参照）と、層間絶縁膜８１Ｘ、８３Ｘの基板６Ｘ２とは反対側に
、細孔８４２（貫通孔）を有する被覆層８４１（膜体）を形成する工程（図５（ｃ）参照
）と、細孔８４２を通じて層間絶縁膜８１Ｘ、８３Ｘの一部をエッチングにより除去する
ことにより、空洞部Ｓを形成する工程（図５（ｄ）参照）と、細孔８４２を封止する工程
（図６（ａ）参照）と、基板６の空洞部Ｓとは反対側の面に凹部６５を形成することによ
り、ピエゾ抵抗素子７１が配置されているダイヤフラム部６４を形成する工程（図６（ｂ
）参照）と、を有する。
【００９７】
このような物理量センサー１の製造方法によれば、空洞部Ｓ（積層構造体８）がＣＭＯ
Ｓプロセスを用いて形成されるため、ダイヤフラム部６４とピエゾ抵抗素子７１および空
洞部Ｓとの位置決め精度を高めるとともに、得られる物理量センサー１の小型化を図るこ
とができる。
【００９８】
また、前述した物理量センサー１の製造方法は、層間絶縁膜８１Ｘ、８３Ｘを形成する
前に、ピエゾ抵抗素子７１を覆うシリコン窒化膜９２を形成する工程を有する。シリコン
窒化膜９２は、絶縁性を有するだけでなく、層間絶縁膜８１Ｘ、８３Ｘのエッチングに用
いる緩衝フッ酸等に対する耐性を有する。そのため、層間絶縁膜８１Ｘ、８３Ｘをエッチ
ングする際、シリコン窒化膜９２をエッチングストップ層として利用することができる。
【００９９】
２．圧力センサー
次に、本発明の物理量センサーを備える圧力センサー（本発明の圧力センサー）ついて
説明する。図７は、本発明の圧力センサーの一例を示す断面図である。
【０１００】
図７に示すように、本発明の圧力センサー１００は、物理量センサー１と、物理量セン
サー１を収納する筐体１０１と、物理量センサー１から得た信号を圧力データに演算する
演算部１０２とを備えている。物理量センサー１は、配線１０３を介して演算部１０２と
電気的に接続されている。
【０１０１】
物理量センサー１は、筐体１０１の内側に、図示しない固定手段により固定されている
。また、筐体１０１には、物理量センサー１のダイヤフラム部６４が、例えば大気（筐体
１０１の外側）と連通するための貫通孔１０４を有している。
【０１０２】
このような圧力センサー１００によれば、貫通孔１０４を介してダイヤフラム部６４が
圧力を受ける。この受圧した信号を配線１０３を介して演算部に送信し、圧力データに演
算する。この演算された圧力データは、図示しない表示部（例えば、パーソナルコンピュ
ーターのモニター等）を介して表示することができる。
【０１０３】
３．高度計
次に、本発明の物理量センサーを備える高度計（本発明の高度計）の一例について説明
する。図８は、本発明の高度計の一例を示す斜視図である。
【０１０４】
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、物理量センサー１（圧力センサー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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
４．電子機器
次に、本発明の物理量センサーを備える電子機器を適用したナビゲーションシステムに
ついて説明する。図９は、本発明の電子機器の一例を示す正面図である。
【０１０７】
ナビゲーションシステム３００には、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、物理
量センサー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
。
【０１０８】
このナビゲーションシステムによれば、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。高度情報を得ることにより、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、本実施形態に係るナビゲ
ーションシステム３００では、高度情報を物理量センサー１によって取得することができ
、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。
【０１０９】
なお、表示部３０１は、例えば液晶パネルディスプレイや、有機ＥＬ（Organic Electr
o-Luminescence）ディスプレイなど、小型かつ薄型化が可能な構成となっている。
【０１１０】
なお、本発明の物理量センサーを備える電子機器は、上記のものに限定されず、例えば
、パーソナルコンピューター、携帯電話、医療機器（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）、フライトシュミレーター等に適用することができる。
【０１１１】
５．移動体
次いで、本発明の物理量センサーを適用した移動体（本発明の移動体）について説明す
る。図１０は、本発明の移動体の一例を示す斜視図である。
【０１１２】
図１０に示すように、移動体４００は、車体４０１と、４つの車輪４０２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。このような移動体４００には、ナビゲーションシステム３０
０（物理量センサー１）が内蔵されている。
【０１１３】
以上、本発明の物理量センサー、物理量センサーの製造方法、圧力センサー、高度計、
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。
【０１１４】
また、前述した実施形態では、１つのダイヤフラム部に設けられるピエゾ抵抗素子の数
は、前述した実施形態に限定されず、例えば、１つ以上３つ以下、または、５つ以上であ
ってもよい。また、ピエゾ抵抗素子の配置や形状等も前述した実施形態に限定されず、例
えば、前述した実施形態において、ダイヤフラム部の内側にもピエゾ抵抗素子を配置して
もよい。
【０１１５】
また、前述した実施形態では、シリコン酸化膜の一部をエッチングにより除去して圧力
基準室を形成する際に、シリコン窒化膜をエッチングストップ層として利用する場合を例
に説明したが、シリコン窒化膜に代えて、ドープされていないポリシリコン膜やアモルフ
ァスシリコン膜を設け、ポリシリコン膜やアモルファスシリコン膜をエッチングストップ
層として用いてもよい。この場合、ポリシリコン膜やアモルファスシリコン膜と歪検出素
子との間には、シリコン酸化膜等の絶縁膜が設けられていることが好ましい。
【符号の説明】
【０１１６】
１‥‥物理量センサー
６‥‥基板
６Ｘ‥‥基板
６Ｘ１‥‥基板
６Ｘ２‥‥基板
８‥‥積層構造体
６０‥‥基板
６１‥‥シリコン層
６１Ｘ‥‥シリコン層
６２‥‥酸化シリコン層
６３‥‥シリコン層
６３Ｘ‥‥シリコン層
６３Ｘ１‥‥シリコン層
６４‥‥ダイヤフラム部
６５‥‥凹部
７１‥‥ピエゾ抵抗素子
７１ａ‥‥ピエゾ抵抗素子
７１ｂ‥‥ピエゾ抵抗素子
７１ｃ‥‥ピエゾ抵抗素子
７１ｄ‥‥ピエゾ抵抗素子
７２‥‥配線
７２ａ‥‥配線
７２ｂ‥‥配線
７２ｃ‥‥配線
７２ｄ‥‥配線
８１‥‥層間絶縁膜
８１Ｘ‥‥層間絶縁膜
８２‥‥配線層
８２ａ‥‥配線層
８３‥‥層間絶縁膜
８３Ｘ‥‥層間絶縁膜
８４‥‥配線層
８４ａ‥‥配線層
８５‥‥絶縁膜
８６‥‥表面保護膜
８７‥‥封止層
９１‥‥シリコン酸化膜
９２‥‥シリコン窒化膜
９２‥‥シリコン窒化膜
９３‥‥ポリシリコン膜
９３Ｘ‥‥ポリシリコン膜
１００‥‥圧力センサー
１０１‥‥筐体
１０２‥‥演算部
１０３‥‥配線
１０４‥‥貫通孔
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‥‥移動体
４０１‥‥車体
４０２‥‥車輪
６４１‥‥受圧面
８４１‥‥被覆層
８４２‥‥細孔
Ｓ‥‥空洞部
【図１】
2015184100.tif 000003
【図２】
2015184100.tif 000004
【図３】
2015184100.tif 000005
【図４】
2015184100.tif 000006
【図５】
2015184100.tif 000007
【図６】
2015184100.tif 000008
【図７】
2015184100.tif 000009
【図８】
2015184100.tif 000010
【図９】
2015184100.tif 000011
【図１０】
2015184100.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成27年4月2日(2015.4.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
空洞部Ｓの形成は、被覆層８４１に形成された複数の細孔８４２を通じたエッチングに
より、層間絶縁膜８１Ｘ、８３Ｘの一部を除去することにより行う。ここで、かかるエッ
チングとしてウェットエッチングを用いる場合、複数の細孔８４２からフッ酸、緩衝フッ
酸等のエッチング液を供給し、ドライエッチングを用いる場合、複数の細孔８４２からフ
ッ化水素酸ガス等のエッチングガスを供給する。このようなエッチングの際、シリコン窒
化膜９２がエッチングストップ層として機能する。また、シリコン窒化膜９２は、エッチ
ング液に対する耐性を有することから、シリコン窒化膜９２に対して下側の構成部（例え
ば、シリコン酸化膜９１、ピエゾ抵抗素子７１、配線７２等）をエッチング液から保護す
る機能をも有する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０８】
このナビゲーションシステムによれば、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、本実施形態に係るナビゲ
ーションシステム３００では、高度情報を物理量センサー１によって取得することができ
、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。