(57)【要約】【課題】優れた信頼性を有する電子デバイスおよび物理量センサーを提供すること、また、かかる電子デバイス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、基板２と、基板２の一方の面側に配置されているピエゾ抵抗素子５と、基板２の一方の面側に基板２の平面視でピエゾ抵抗素子５を囲んで配置されている壁部と、壁部に対して基板とは反対側に配置されていて空洞部Ｓを壁部とともに構成している天井部と、を備え、壁部は、壁部を横断する断面で見たときに、絶縁層６３１と、絶縁層６３１を互いに協働して囲んでいて、絶縁層６３１をエッチング可能なエッチング液に対する耐性が絶縁層６３１よりも高い配線層６２、６４と、を有する。【選択図】図１
2016099114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の一方の面側に配置されている機能素子と、
前記基板の前記一方の面側に前記基板の平面視で前記機能素子を囲んで配置されている
壁部と、
前記壁部に対して前記基板とは反対側に配置されていて、前記壁部とともに内部空間を
構成している天井部と、
を備え、
前記壁部は、絶縁層と、前記絶縁層をエッチング可能なエッチング液に対する耐性が前
記絶縁層よりも高い複数の耐蝕層と、を有し、
前記基板と交差する方向の断面視で、前記複数の耐蝕層が接続して前記絶縁層の周囲に
配置されていることを特徴とする電子デバイス。
【請求項２】
前記複数の耐蝕層は、前記断面視で、第１耐蝕層と、前記第１耐蝕層に対して２箇所で
接続していて前記第１耐蝕層とともに前記絶縁層を囲んでいる第２耐蝕層と、を有する請
求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
前記第１耐蝕層は、
前記基板に固定されている固定部と、
前記固定部から前記内部空間側に延びていて前記基板と離間している第１フランジ部と
、
前記固定部から前記内部空間とは反対側に延びていて前記基板と離間している第２フラ
ンジ部と、
を有し、
前記第２耐蝕層は、
前記第１フランジ部に接続している第１接続部と、
前記第２フランジ部に接続している第２接続部と、
を有する請求項２に記載の電子デバイス。
【請求項４】
前記耐蝕層は、金属を含んでいる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電子デバイ
ス。
【請求項５】
前記金属は、アルミニウムを含んでいる請求項４に記載の電子デバイス。
【請求項６】
前記絶縁層は、酸化シリコンを含んでいる請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電
子デバイス。
【請求項７】
前記基板は、平面視で前記天井部と重なる位置に設けられていて、受圧により撓み変形
するダイヤフラム部を有する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項８】
前記機能素子は、歪みにより電気信号を出力するセンサー素子である請求項７に記載の
電子デバイス。
【請求項９】
前記機能素子が前記ダイヤフラム部の一方の面側に配置されているセンサー素子である
請求項７に記載の電子デバイス、を備えることを特徴とする物理量センサー。
【請求項１０】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の電子デバイスを備えることを特徴とする圧力
センサー。
【請求項１１】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の電子デバイスを備えることを特徴とする高度
計。
【請求項１２】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の電子デバイスを備えることを特徴とする電子
機器。
【請求項１３】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の電子デバイスを備え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、電子デバイス、物理量センサー、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】
半導体製造プロセスを用いて形成された空洞部を有する電子デバイスが知られている（
例えば、特許文献１参照）。このような電子デバイスの一例としては、例えば、特許文献
１に係る電子装置が挙げられ、この電子装置は、基板と、基板に設けられたＭＥＭＳ構造
体と、被覆構造体と、を含み、被覆構造体が、包囲壁と、第１被覆層と、第２被覆層と、
を有し、包囲壁、第１被覆層、第２被覆層および基板によって、ＭＥＭＳ構造体が配置さ
れた空洞部が画成されている。
【０００３】
しかし、特許文献１に係る電子装置では、ウェットエッチングを用いて空洞部を形成す
る際に、レジストで構成されたマスクとの隙間からエッチング液が侵入し、それによって
不本意なエッチングが生じ、その結果、空洞部の気密性が低下するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−９６３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、優れた信頼性を有する電子デバイスおよび物理量センサーを提供する
こと、また、かかる電子デバイス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】
【０００６】
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］
本発明の電子デバイスは、基板と、
前記基板の一方の面側に配置されている機能素子と、
前記基板の前記一方の面側に前記基板の平面視で前記機能素子を囲んで配置されている
壁部と、
前記壁部に対して前記基板とは反対側に配置されていて、前記壁部とともに内部空間を
構成している天井部と、
を備え、
前記壁部は、絶縁層と、前記絶縁層をエッチング可能なエッチング液に対する耐性が前
記絶縁層よりも高い複数の耐蝕層と、を有し、
前記基板と交差する方向の断面視で、前記複数の耐蝕層が接続して前記絶縁層の周囲に
配置されていることを特徴とする。
【０００７】
このような電子デバイスによれば、複数の耐蝕層が互いに接続して絶縁層を囲んでいる
ことにより、内部空間を形成する際に用いるエッチング液により壁部（特に絶縁層）がエ
ッチングされてしまうのを低減することができる。よって、優れた信頼性を有する電子デ
バイスを提供することができる。
【０００８】
［適用例２］
本発明の電子デバイスでは、前記複数の耐蝕層は、前記断面視で、第１耐蝕層と、前記
第１耐蝕層に対して２箇所で接続していて前記第１耐蝕層とともに前記絶縁層を囲んでい
る第２耐蝕層と、を有することが好ましい。
これにより、第１耐蝕層および第２耐蝕層の２層により絶縁層を囲むことができる。
【０００９】
［適用例３］
本発明の電子デバイスでは、前記第１耐蝕層は、
前記基板に固定されている固定部と、
前記固定部から前記内部空間側に延びていて前記基板と離間している第１フランジ部と
、
前記固定部から前記内部空間とは反対側に延びていて前記基板と離間している第２フラ
ンジ部と、
を有し、
前記第２耐蝕層は、
前記第１フランジ部に接続している第１接続部と、
前記第２フランジ部に接続している第２接続部と、
を有することが好ましい。
【００１０】
これにより、壁部の基板とは反対側の段差を低減することができる。そのため、壁部お
よび天井部を構成する各層の密着性を高めて、内部空間の気密性の低下を効果的に低減す
ることができる。また、内部空間をエッチングにより形成する際に用いるマスクの密着性
を高めることができ、その結果、不本意なエッチングを低減することができる。
【００１１】
［適用例４］
本発明の電子デバイスでは、前記耐蝕層は、金属を含んでいることが好ましい。
金属は、高精度な成膜が可能であるとともに、シリコン酸化膜で構成された絶縁層のエ
ッチングに用いるエッチングに対して高い耐性を有する。したがって、耐蝕層が金属を含
んでいることにより、高精度な壁部を形成することができる。
【００１２】
［適用例５］
本発明の電子デバイスでは、前記金属は、アルミニウムを含んでいることが好ましい。
アルミニウムは、金属の中でも、半導体製造プロセスとの親和性が高い。したがって、
耐蝕層がアルミニウムを含んでいることにより、比較的簡単に、高精度な壁部を形成する
ことができる。
【００１３】
［適用例６］
本発明の電子デバイスでは、前記絶縁層は、酸化シリコンを含んでいることが好ましい
。
【００１４】
酸化シリコン（ＳｉＯ２）は、絶縁性を有し、犠牲層の材料として適している。そのた
め、比較的簡単に、高精度な壁部および内部空間を形成することができる。
【００１５】
［適用例７］
本発明の電子デバイスでは、前記基板は、平面視で前記天井部と重なる位置に設けられ
ていて、受圧により撓み変形するダイヤフラム部を有することが好ましい。
【００１６】
これにより、圧力を検出可能な電子デバイス（物理量センサー）を実現することができ
る。
【００１７】
［適用例８］
本発明の電子デバイスでは、前記機能素子は、歪みにより電気信号を出力するセンサー
素子であることが好ましい。
これにより、圧力の検出感度を向上させることができる。
【００１８】
［適用例９］
本発明の物理量センサーは、前記機能素子が前記ダイヤフラム部の一方の面側に配置さ
れているセンサー素子である本発明の電子デバイス、を備えることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有する物理量センサーを提供することができる。
【００１９】
［適用例１０］
本発明の圧力センサーは、本発明の電子デバイスを備えることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有する圧力センサーを提供することができる。
【００２０】
［適用例１１］
本発明の高度計は、本発明の電子デバイスを備えることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有する高度計を提供することができる。
【００２１】
［適用例１２］
本発明の電子機器は、本発明の電子デバイスを備えることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有する電子機器を提供することができる。
【００２２】
［適用例１３］
本発明の移動体は、本発明の電子デバイスを備えることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有する移動体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係る物理量センサー（電子デバイス）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（センサー素子）の配置を示す平面図である。
【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部分拡大断面図である。
【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】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８】本発明の圧力センサーの一例を示す断面図である。
【図９】本発明の高度計の一例を示す斜視図である。
【図１０】本発明の電子機器の一例を示す正面図である。
【図１１】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】
【００２４】
以下、本発明の電子デバイス、物理量センサー、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。
【００２５】
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（センサー素子）の配置を示す平面図である。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。
【００２６】
図１に示す物理量センサー１は、ダイヤフラム部２０を有する基板２と、ダイヤフラム
部２０に配置されている機能素子である複数のピエゾ抵抗素子５（センサー素子）と、基
板２とともに空洞部Ｓ（内部空間）を形成している積層構造体６と、基板２と積層構造体
６との間に配置されている中間層３と、を備えている。
【００２７】
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２は、半導体基板２１と、半導体基板２１の一方の面上に設けられた絶縁膜２２と
、絶縁膜２２の半導体基板２１とは反対側の面上に設けられた絶縁膜２３と、を有してい
る。
【００２８】
半導体基板２１は、単結晶シリコンで構成されているシリコン層２１１（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２１２（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２１３（デバイス層）とがこの順で積層されたＳＯＩ
基板である。なお、半導体基板２１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。
【００２９】
絶縁膜２２は、例えば、シリコン酸化膜であり、絶縁性を有する。また、絶縁膜２３は
、例えば、シリコン窒化膜であり、絶縁性を有するとともに、フッ酸を含むエッチング液
に対する耐性をも有する。ここで、半導体基板２１（シリコン層２１３）と絶縁膜２３（
シリコン窒化膜）との間に絶縁膜２２（シリコン酸化膜）が介在していることにより、絶
縁膜２３の成膜時に生じた応力が半導体基板２１に伝わるのを絶縁膜２２により緩和する
ことができる。また、絶縁膜２２は、半導体基板２１およびその上方に半導体回路を形成
する場合、素子間分離膜として用いることもできる。なお、絶縁膜２２、２３は、前述し
た構成材料に限定されず、また、必要に応じて、絶縁膜２２、２３のうちのいずれか一方
を省略してもよい。
【００３０】
このような基板２の絶縁膜２３上には、パターニングされた中間層３が配置されている
。この中間層３は、平面視でダイヤフラム部２０の周囲を囲むように形成されており、中
間層３の上面と基板２の上面との間であって、ダイヤフラム部２０の中心側（内側）に中
間層３の厚さ分の段差部を形成する。これにより、ダイヤフラム部２０が受圧により撓み
変形したとき、ダイヤフラム部２０の段差部との間の境界部分に応力を集中させることが
できる。そのため、かかる境界部分（またはその付近）にピエゾ抵抗素子５を配置するこ
とにより、検出感度を向上させることができる。
【００３１】
この中間層３は、例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン（ポリシリコン）またはア
モルファスシリコンで構成されている。また、中間層３は、例えば、単結晶シリコン、多
結晶シリコン（ポリシリコン）またはアモルファスシリコンにリン、ボロン等の不純物を
ドープ（拡散または注入）して構成されていてもよい。この場合、中間層３は、導電性を
有するため、例えば、空洞部Ｓの外側において基板２上にＭＯＳトランジスタを形成する
場合、中間層３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。ま
た、中間層３の一部を配線として用いることもできる。
【００３２】
このような基板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
ヤフラム部２０が設けられている。ダイヤフラム部２０は、半導体基板２１の下面に有底
の凹部２４を設けることで形成されている。すなわち、ダイヤフラム部２０は、基板２の
一方の面に開口している凹部２４の底部を含んで構成されている。このダイヤフラム部２
０は、その下面が受圧面２５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２０は、正方形（矩形）の平面視形状である。
【００３３】
本実施形態の基板２では、凹部２４がシリコン層２１１を貫通しており、ダイヤフラム
部２０が酸化シリコン層２１２、シリコン層２１３、絶縁膜２２および絶縁膜２３の４層
で構成されている。ここで、酸化シリコン層２１２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２４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２０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。
【００３４】
なお、凹部２４がシリコン層２１１を貫通せず、ダイヤフラム部２０がシリコン層２１
１の薄肉部、酸化シリコン層２１２、シリコン層２１３、絶縁膜２２および絶縁膜２３の
５層で構成されていてもよい。
【００３５】
−ピエゾ抵抗素子（機能素子）−
複数のピエゾ抵抗素子５は、図１に示すように、それぞれ、ダイヤフラム部２０の空洞
部Ｓ側に形成されている。ここで、ピエゾ抵抗素子５は、半導体基板２１のシリコン層２
１３に形成されている。
【００３６】
図２に示すように、複数のピエゾ抵抗素子５は、ダイヤフラム部２０の外周部に配置さ
れている複数のピエゾ抵抗素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄで構成されている。
【００３７】
基板２の厚さ方向から見た平面視（以下、単に「平面視」という）で四角形をなすダイ
ヤフラム部２０の４つの辺にそれぞれ対応して、ピエゾ抵抗素子５ａ、ピエゾ抵抗素子５
ｂ、ピエゾ抵抗素子５ｃ、ピエゾ抵抗素子５ｄが配置されている。
【００３８】
ピエゾ抵抗素子５ａは、ダイヤフラム部２０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５ａの両端部には、１対の配線２１４ａが電気的に
接続されている。同様に、ピエゾ抵抗素子５ｂは、ダイヤフラム部２０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５ｂの両端部には、１対の
配線２１４ｂが電気的に接続されている。
【００３９】
一方、ピエゾ抵抗素子５ｃは、ダイヤフラム部２０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５ｃの両端部には、１対の配線２１４ｃが電
気的に接続されている。同様に、ピエゾ抵抗素子５ｄは、ダイヤフラム部２０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５ｄの両端部には、
１対の配線２１４ｄが電気的に接続されている。
【００４０】
なお、以下では、配線２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃ、２１４ｄをまとめて「配線２１
４」ともいう。
【００４１】
このようなピエゾ抵抗素子５および配線２１４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２１４における不純物のドープ濃度は、ピエゾ抵抗素子５における不純物
のドープ濃度よりも高い。なお、配線２１４は、金属で構成されていてもよい。
【００４２】
また、複数のピエゾ抵抗素子５は、例えば、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。
【００４３】
以上説明したようなピエゾ抵抗素子５は、配線２１４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５の抵抗値に応じた信号（電圧）として出力される。
【００４４】
−積層構造体−
積層構造体６は、前述した基板２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６は、ダイヤフラム部２０のピエゾ抵抗素子５側に配置されていてダ
イヤフラム部２０（または基板２）とともに空洞部Ｓ（内部空間）を区画形成（構成）し
ている。
【００４５】
この積層構造体６は、基板２上に平面視でピエゾ抵抗素子５を取り囲むように形成され
た層間絶縁膜６１と、層間絶縁膜６１上に形成された配線層６２と、配線層６２および層
間絶縁膜６１上に形成された層間絶縁膜６３と、層間絶縁膜６３上に形成され、複数の細
孔６４２（開孔）を備えた被覆層６４１を有する配線層６４と、配線層６４および層間絶
縁膜６３上に形成された表面保護膜６５と、被覆層６４１上に設けられた封止層６６とを
有している。
【００４６】
層間絶縁膜６１、６３は、それぞれ、例えば、シリコン酸化膜で構成されている。また
、配線層６２、６４および封止層６６は、それぞれ、アルミニウム等の金属で構成されて
いる。また、封止層６６は、被覆層６４１が有する複数の細孔６４２を封止している。ま
た、表面保護膜６５は、シリコン酸化膜であるＳｉＯ２層６５１と、シリコン窒化膜であ
るＳｉＮ層６５２とがこの順で積層されて構成されている。ここで、主としてＳｉＮ層６
５２が表面保護の機能を有し、ＳｉＯ２層６５１は、ＳｉＮ層６５２との間の密着性や平
坦性を高める機能を有する。
【００４７】
このような積層構造体６において、被覆層６４１を除く配線層６２および配線層６４か
らなる構造体は、層間絶縁膜６３の一部である絶縁層６３１とともに、基板２の一方の面
側に平面視でピエゾ抵抗素子５を囲んで配置されている「壁部」（ガードリング）を構成
している。また、被覆層６４１は、この壁部に対して基板２とは反対側に配置されていて
空洞部Ｓ（内部空間）を壁部とともに構成している「天井部」を構成している。なお、壁
部およびこれに関連する事項については、後に詳述する。
【００４８】
また、このような積層構造体６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２１３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５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。
【００４９】
基板２と積層構造体６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。
【００５０】
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。
【００５１】
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２０
の受圧面２５が受ける圧力Ｐに応じて、ダイヤフラム部２０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５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄが歪み、ピエゾ抵抗素子５
ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの抵抗値が変化する。それに伴って、ピエゾ抵抗素子５ａ、５ｂ、
５ｃ、５ｄ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２５で
受けた圧力の大きさを求めることができる。
【００５２】
より具体的に説明すると、前述したようなダイヤフラム部２０の変形が生じる前の自然
状態では、例えば、ピエゾ抵抗素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの抵抗値が互いに等しい場合
、ピエゾ抵抗素子５ａ、５ｂの抵抗値の積とピエゾ抵抗素子５ｃ、５ｄ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。
【００５３】
一方、前述したようなダイヤフラム部２０の変形が生じると、図３（ｂ）に示すように
、ピエゾ抵抗素子５ａ、５ｂ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５ｃ、５ｄ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２０
の変形が生じたとき、ピエゾ抵抗素子５ａ、５ｂの抵抗値とピエゾ抵抗素子５ｃ、５ｄ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。
【００５４】
このようなピエゾ抵抗素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの歪みにより、ピエゾ抵抗素子５ａ
、５ｂの抵抗値の積とピエゾ抵抗素子５ｃ、５ｄ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２５で受けた圧力の大きさ（絶対圧）を求めることができる。
【００５５】
ここで、前述したようなダイヤフラム部２０の変形が生じたとき、ピエゾ抵抗素子５ａ
、５ｂの抵抗値とピエゾ抵抗素子５ｃ、５ｄ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５ａ、５ｂの抵抗値の積とピエゾ抵抗素子
５ｃ、５ｄ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。
【００５６】
このように、物理量センサー１では、基板２が有するダイヤフラム部２０が、平面視で
被覆層６４１と重なる位置に設けられていて、受圧により撓み変形する。これにより、圧
力を検出可能な物理量センサー１を実現することができる。また、ダイヤフラム部２０に
配置されているピエゾ抵抗素子５が歪みにより電気信号を出力するセンサー素子であるた
め、圧力の検出感度を向上させることができる。また、前述したように平面視でダイヤフ
ラム部２０の輪郭が矩形をなしているため、圧力の検出感度を向上させることができる。
【００５７】
（壁部）
以下、壁部について詳述する。
図４は、図１に示す物理量センサーの部分拡大断面図である。
【００５８】
前述したように、被覆層６４１を除く配線層６２および配線層６４からなる構造体は、
層間絶縁膜６３の一部である絶縁層６３１とともに、基板２の一方の面側に平面視でピエ
ゾ抵抗素子５を囲んで配置されている「壁部」を構成している。この壁部は、図４に示す
ように、この壁部を横断する断面で見たときに、絶縁層６３１と、絶縁層６３１を互いに
協働して囲んでいている配線層６２、６４と、を有する。
【００５９】
ここで、配線層６２、６４は、それぞれ、絶縁層６３１をエッチング可能なエッチング
液に対する耐性が絶縁層６３１よりも高い「耐蝕層」である。このような耐蝕性を有する
配線層６２、６４が互いに協働して絶縁層６３１を囲んでいるため、各配線層６２、６４
が絶縁層６３１により効果的に補強される。そのため、各配線層６２、６４にクラックが
生じ難く、空洞部Ｓの気密性の低下を低減することができる。しかも、複数の配線層６２
、６４が互いに協働して絶縁層６３１を囲んでいることにより、後述するように空洞部Ｓ
を形成する際に用いるエッチング液により壁部（特に絶縁層６３１）がエッチングされて
しまうのを低減することができる。また、仮に絶縁層６３１がエッチングされてしまった
としても、壁部の外形形状を安定的に維持することができる。
【００６０】
ここで、図４に示す断面で見たとき、配線層６４（第２耐蝕層）は、配線層６２（第１
耐蝕層）に対して２箇所で接続していて配線層６２との間に絶縁層６３１を挟んでいる。
これにより、配線層６２および配線層６４の２層により絶縁層６３１を囲むことができる
。
【００６１】
より具体的に説明すると、配線層６２は、基板２に中間層３を介して固定されている固
定部６２１と、固定部６２１から空洞部Ｓ側に延びていて基板２と離間している第１フラ
ンジ部６２２と、固定部６２１から空洞部Ｓとは反対側に延びていて基板２と離間してい
る第２フランジ部６２３と、を有する。
【００６２】
一方、配線層６４は、配線層６２の第１フランジ部６２２に接続している第１接続部６
４３と、配線層６２の第２フランジ部に接続している第２接続部６４４と、第１接続部６
４３と第２接続部６４４とを連結していて固定部６２１と離間している連結部６４５と、
を有する。
【００６３】
このように構成された配線層６２、６４によれば、壁部の基板２とは反対側の段差を低
減して平坦性を高くすることができる。そのため、壁部および天井部を構成する各層の密
着性を高めて、空洞部Ｓの気密性の低下を効果的に低減することができる。また、空洞部
Ｓをエッチングにより形成する際に用いるマスクの密着性を高めることができ、その結果
、不本意なエッチングを低減することができる。
【００６４】
これに対し、仮に配線層６４が配線層６２の固定部６２１で接続されていたとすると、
配線層６４の接続部と他の部分との間に形成される段差は、配線層６２の固定部６２１と
第１フランジ部６２２または第２フランジ部６２３との間に形成される段差の影響を受け
て重畳的に大きく形成されてしまい、その結果、壁部の基板２とは反対側の段差が大きく
なって平坦性が低くなってしまう。そのため、例えば、表面保護膜６５と配線層６４との
密着性が低下し、配線層６４に亀裂が生じたときに、空洞部Ｓの気密性が低下したり、空
洞部Ｓをエッチングにより形成する際に用いるマスクの密着性が低下して、不本意なエッ
チングが生じる結果、空洞部Ｓの気密性の低下が生じやすくなったりする。
【００６５】
ここで、配線層６２、６４の構成材料としては、絶縁層６３１をエッチング可能なエッ
チング液に対する耐性が絶縁層６３１よりも高ければよいが、金属を用いることが好まし
く、アルミニウムを用いることがより好ましい。金属は、高精度な成膜が可能であるとと
もに、シリコン酸化膜で構成された絶縁層６３１のエッチングに用いるエッチングに対し
て高い耐性を有する。したがって、配線層６２、６４が金属を含んでいることにより、高
精度な壁部を形成することができる。特に、アルミニウムは、金属の中でも、半導体製造
プロセスとの親和性が高い。したがって、配線層６２、６４がアルミニウムを含んでいる
ことにより、比較的簡単に、高精度な壁部を形成することができる。
【００６６】
また、絶縁層６３１は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）を含んでいることが好ましい。酸化
シリコンは、絶縁性を有し、犠牲層の材料として適している。そのため、比較的簡単に、
高精度な壁部および空洞部Ｓを形成することができる。
【００６７】
また、壁部の厚さ（第１接続部６４３と第２接続部６４４との間の距離）は、特に限定
されないが、１５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。これにより、前述したよ
うな効果を発揮させつつ、壁部の占める容積を低減して物理量センサー１の小型化を図る
ことができる。
【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５〜図７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、物理量セ
ンサー１の製造方法を、これらの図に基づいて説明する。
【００７０】
［素子形成工程］
まず、図５（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板である半導体基板２１を用意する。
【００７１】
そして、半導体基板２１のシリコン層２１３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５（ｂ）に示すように、複数のピエゾ
抵抗素子５および配線２１４を形成する。
【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５へのイオン
注入濃度を１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２程度とする。また、配線２１４へのイオン注
入濃度をピエゾ抵抗素子５よりも多くする。例えば、ボロンを１０ｋｅＶでイオン注入を
行う場合、配線２１４へのイオン注入濃度を５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２程度とする
。また、前述したようなイオン注入の後、例えば、１０００℃程度で２０分程度のアニー
ルを行う。
【００７３】
［絶縁膜等形成工程］
次に、図５（ｃ）に示すように、シリコン層２１３上に絶縁膜２２、絶縁膜２３および
中間層３をこの順で形成する。
【００７４】
絶縁膜２２、２３の形成は、それぞれ、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。中間層３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、その膜に必要に応じてリン、ボロン等の不純物をドープ（イオン注
入）し、その後、エッチングによりパターニングすることで形成することができる。
【００７５】
［層間絶縁膜・配線層形成工程］
次に、図５（ｄ）に示すように、絶縁膜２３上に、犠牲層４１を形成する。
【００７６】
この犠牲層４１は、後述する空洞部形成工程により一部が除去され、残部が層間絶縁膜
６１となるものであり、配線層６２が貫通するための貫通孔４１１を有する。犠牲層４１
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ニングすることにより行う。
【００７７】
また、犠牲層４１の厚さは、特に限定されないが、例えば、１５００ｎｍ以上５０００
ｎｍ以下程度とされる。
【００７８】
次に、図６（ａ）に示すように、犠牲層４１に形成された貫通孔４１１を埋めるように
、配線層６２を形成する。
【００７９】
配線層６２の形成は、例えば、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により一様な導体膜を形
成した後、この導体膜をパターニング処理することにより行うことができる。図示しない
が、アルミニウムを用いて配線層６２を形成する場合、アルミニウムの成膜に先立ち、貫
通孔４１１の壁面に、例えばＴｉ層およびＴｉＮ層からなるグルーレイヤーを形成しても
よい。また、アルミニウムを一様に成膜した後に、その膜上に、例えばＴｉＮ層からなる
反射防止層を形成してもよい。
【００８０】
また、配線層６２の厚さは、特に限定されないが、例えば、３００ｎｍ以上９００ｎｍ
以下程度とされる。
【００８１】
次に、図６（ｂ）に示すように、犠牲層４１上および配線層６２上に、犠牲層４２を形
成する。
【００８２】
この犠牲層４２は、後述する空洞部形成工程により一部が除去され、残部が層間絶縁膜
６３となるものであり、配線層６４が貫通するための貫通孔４２１、４２２を有する。犠
牲層４２の形成は、前述した犠牲層４１の形成と同様、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ニングする
ことにより行う。
【００８３】
また、犠牲層４２の厚さは、特に限定されないが、例えば、１５００ｎｍ以上５０００
ｎｍ以下程度とされる。
【００８４】
次に、図６（ｃ）に示すように、犠牲層４２に形成された貫通孔４２１、４２２を埋め
るように、配線層６４を形成する。これにより、犠牲層４２の一部が配線層６２、６４に
より囲まれて絶縁層６３１が形成される。
【００８５】
配線層６４の形成は、例えば、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により一様な導体膜を形
成した後、この導体膜をパターニング処理することにより行うことができる。図示しない
が、アルミニウムを用いて配線層６４を形成する場合、アルミニウムの成膜に先立ち、貫
通孔４２１、４２２の各壁面に、例えばＴｉ層およびＴｉＮ層からなるグルーレイヤーを
形成してもよい。また、アルミニウムを一様に成膜した後に、その膜上に、例えばＴｉＮ
層からなる反射防止層を形成してもよい。
【００８６】
また、配線層６４の厚さは、特に限定されないが、例えば、３００ｎｍ以上９００ｎｍ
以下程度とされる。
【００８７】
以上のようにして犠牲層４１、４２および配線層６２、６４が形成される。なお、この
ような犠牲層４１、４２および配線層６２、６４からなる積層構造は、通常のＣＭＯＳプ
ロセスを用いて形成され、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犠牲層や配線層が積層される場合もある。
【００８８】
その後、図６（ｄ）に示すように、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により表面保護膜６
５を形成する。これにより、後述する空洞部形成工程におけるエッチングの際、犠牲層４
１、４２の層間絶縁膜６１、６２となる部分を保護することができる。
【００８９】
ここで、前述したＳｉＯ２層６５１およびＳｉＮ層６５２を有する表面保護膜６５を形
成する際には、ＳｉＯ２層およびＳｉＮ層をこの順で一様に形成した後にこれらの層をパ
ターニングすることによりＳｉＯ２層６５１およびＳｉＮ層６５２を形成する。
【００９０】
なお、表面保護膜６５の構成は、前述したものに限定されない。表面保護膜６５の構成
材料としては、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、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ものが挙げられ、特
に、シリコン窒化膜が好適である。
【００９１】
表面保護膜６５の厚さは、特に限定されないが、例えば、５００ｎｍ以上２０００ｎｍ
以下程度とされる。
【００９２】
［空洞部形成工程］
次に、犠牲層４１、４２の一部を除去することにより、図７（ａ）に示すように、絶縁
膜２３と被覆層６４１との間に空洞部Ｓ（キャビティ）を形成する。これにより、層間絶
縁膜６１、６３が形成される。
【００９３】
空洞部Ｓの形成は、被覆層６４１に形成された複数の細孔６４２を通じたエッチングに
より、犠牲層４１、４２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６４２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６４２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、絶縁膜２３がエッチ
ングストップ層として機能する。また、絶縁膜２３は、エッチング液に対する耐性を有す
ることから、絶縁膜２３に対して下側の構成部（例えば、絶縁膜２２、ピエゾ抵抗素子５
、配線２１４等）をエッチング液から保護する機能をも有する。
【００９４】
［封止工程］
次に、図７（ｂ）に示すように、被覆層６４１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６６をスパッタリング法、
ＣＶＤ法等により形成し、各細孔６４２を封止する。これより、空洞部Ｓが封止層６６に
より封止され、積層構造体６を得る。
【００９５】
ここで、封止層６６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。
【００９６】
［ダイヤフラム形成工程］
次に、シリコン層２１１の下面を必要に応じて研削した後、シリコン層２１１の下面の
一部をエッチングにより除去（加工）することにより、図７（ｃ）に示すように、凹部２
４を形成する。これにより、空洞部Ｓを介して被覆層６４１に対向するダイヤフラム部２
０が形成される。
【００９７】
ここで、シリコン層２１１の下面の一部を除去する際、酸化シリコン層２１２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２０の厚さを高精度に規定
することができる。
【００９８】
なお、シリコン層２１１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。
【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８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８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２０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２０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９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１０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）、フライトシミュ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１１は、本発明の移動体の一例を示す斜視図である。
【０１１２】
図１１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、本発明の電子デバイス、物理量センサー、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、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
【０１１４】
また、１つのダイヤフラム部に設けられるピエゾ抵抗素子（機能素子）の数は、前述し
た実施形態では４つである場合を例に説明したが、これに限定されず、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、ダイヤフラム部の中
央部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、ダイヤフラム部の撓みを検出するセンサー素子としてピ
エゾ抵抗素子を用いた場合を例に説明したが、かかる素子としては、これに限定されず、
例えば、共振子であってもよい。
【０１１６】
また、前述した実施形態では、本発明の電子デバイスを物理量センサーに適用した場合
を例に説明したが、これに限定されず、前述したように半導体製造プロセスを用いて基板
上に壁部および天井部を形成し、基板、壁部および天井部により内部空間を形成する各種
電子デバイスに本発明を適用することができ、その場合、ダイヤフラム部を省略すること
ができる。
【０１１７】
また、前述した実施形態では、壁部の耐蝕層の数が２つの場合を例に説明したが、耐蝕
層の数は、これに限定されず、３つ以上であってもよい。この場合、３つ以上の耐蝕層の
うちの任意の互いに隣り合う２つの耐蝕層により絶縁層を囲んでもよいし、また、３つ以
上の耐蝕層で絶縁層を囲んでもよいが、壁部の基板とは反対側の段差を低減する観点から
、最も天井部側の耐蝕層を含む複数の耐蝕層で絶縁層を囲むことが好ましい。
【符号の説明】
【０１１８】
１‥‥物理量センサー
２‥‥基板
３‥‥中間層
５‥‥ピエゾ抵抗素子
５ａ‥‥ピエゾ抵抗素子
５ｂ‥‥ピエゾ抵抗素子
５ｃ‥‥ピエゾ抵抗素子
５ｄ‥‥ピエゾ抵抗素子
６‥‥積層構造体
２０‥‥ダイヤフラム部
２１‥‥半導体基板
２２‥‥絶縁膜
２３‥‥絶縁膜
２４‥‥凹部
２５‥‥受圧面
４１‥‥犠牲層
４２‥‥犠牲層
６１‥‥層間絶縁膜
６２‥‥配線層
６３‥‥層間絶縁膜
６４‥‥配線層
６５‥‥表面保護膜
６６‥‥封止層
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
２１１‥‥シリコン層
２１２‥‥酸化シリコン層
２１３‥‥シリコン層
２１４‥‥配線
２１４ａ‥‥配線
２１４ｂ‥‥配線
２１４ｃ‥‥配線
２１４ｄ‥‥配線
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
４１１‥‥貫通孔
４２１‥‥貫通孔
６２１‥‥固定部
６２２‥‥第１フランジ部
６２３‥‥第２フランジ部
６３１‥‥絶縁層
６４１‥‥被覆層
６４２‥‥細孔
６４３‥‥第１接続部
６４４‥‥第２接続部
６４５‥‥連結部
６５１‥‥ＳｉＯ２層
６５２‥‥ＳｉＮ層
Ｐ‥‥圧力
Ｓ‥‥空洞部
【図１】
2016099114.tif 000003
【図２】
2016099114.tif 000004
【図３】
2016099114.tif 000005
【図４】
2016099114.tif 000006
【図５】
2016099114.tif 000007
【図６】
2016099114.tif 000008
【図７】
2016099114.tif 000009
【図８】
2016099114.tif 000010
【図９】
2016099114.tif 000011
【図１０】
2016099114.tif 000012
【図１１】
2016099114.tif 000013