(57)【要約】【課題】蓋部とダイアフラムとの接触を低減することのできる圧力センサー、この圧力センサーの製造方法、この圧力センサーを備えた信頼性の高い高度計、電子機器および移動体を提供する。【解決手段】受圧により撓み変形するダイアフラムを有する基板と、前記ダイアフラムの一方の面側に配置されている圧力基準室と、前記基板との間に前記圧力基準室を挟んで配置されている蓋部と、を有し、前記蓋部は、前記圧力基準室と反対側へ凸となるように湾曲していることを特徴とする圧力センサー。また、前記蓋部は、前記ダイアフラム側に突出する突出部を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受圧により撓み変形するダイアフラムを有する基板と、
前記ダイアフラムの一方の面側に配置されている圧力基準室と、
前記基板との間に前記圧力基準室を挟んで配置されている蓋部と、を有し、
前記蓋部は、前記圧力基準室と反対側へ凸となるように湾曲している部分を有していることを特徴とする圧力センサー。
【請求項２】
前記蓋部は、シリコンを含んでいる請求項１に記載の圧力センサー。
【請求項３】
前記蓋部は、前記ダイアフラム側に突出する突出部を有している請求項１または２に記載の圧力センサー。
【請求項４】
前記蓋部は、前記圧力基準室の内外を連通する蓋部貫通孔を有し、
前記蓋部の前記圧力基準室と反対の面側には前記蓋部貫通孔を封止する封止層が配置されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の圧力センサー。
【請求項５】
前記封止層は、前記蓋部貫通孔と連通している封止層貫通孔を有する基部と、前記封止層貫通孔を封止する封止部と、を有している請求項４に記載の圧力センサー。
【請求項６】
前記基部は、シリコンを含んでおり、
前記封止部は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンの少なくとも１つを含んでいる請求項５に記載の圧力センサー。
【請求項７】
ダイアフラム形成領域を有する基板を準備する工程と、
前記基板の一方の面側に、平面視で前記ダイアフラム形成領域と重なるように第１犠牲層を配置する工程と、
前記第１犠牲層の前記基板と反対の面側に、前記第１犠牲層に臨む貫通孔を有する第２犠牲層を配置する工程と、
前記貫通孔を介して前記第１犠牲層を除去する工程と、
前記第２犠牲層の前記基板と反対の面側に、前記基板と反対側へ凸となるように湾曲し、前記貫通孔と連通する蓋部貫通孔を有している蓋部を配置する工程と、
前記蓋部貫通孔を介して前記第２犠牲層を除去する工程と、
前記蓋部の前記基板と反対の面側に、前記蓋部貫通孔を封止する封止層を配置する工程と、
前記基板の前記ダイアフラム形成領域に、受圧により撓み変形するダイアフラムを形成する工程と、を含んでいることを特徴とする圧力センサーの製造方法。
【請求項８】
前記蓋部の熱膨張率は、前記第２犠牲層の熱膨張率よりも小さい請求項７に記載の圧力センサーの製造方法。
【請求項９】
前記蓋部は、引張応力を有している請求項７または８に記載の圧力センサーの製造方法。
【請求項１０】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の圧力センサーを備え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項に記載の圧力センサーを備え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項に記載の圧力センサー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、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ものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧力センサーとして、特許文献１に記載の構成が知られている。特許文献１の圧力センサーは、ダイアフラムを有する基板と、基板上に配置された周囲構造体と、を有し、これらの間に圧力基準室が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００９／０４１４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような構成の圧力センサーでは、圧力基準室の幅および高さ、蓋部（圧力基準室を介してダイアフラムと対向している部分）の機械的強度等によっては、蓋部が撓んでダイアフラムと接触してしまったり、蓋部がそのままダイアフラムに付着して戻らなくなる「スティッキング」が発生したりするおそれがある。このような現象が生じると、ダイアフラムが正常に撓み変形できなくなり、圧力の検出精度が低下してしまう。
【０００５】
本発明の目的は、蓋部とダイアフラムとの接触の可能性を低減することのできる圧力センサー、この圧力センサーの製造方法、この圧力センサーを備えた信頼性の高い高度計、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。
本発明の圧力センサーは、受圧により撓み変形するダイアフラムを有する基板と、
前記ダイアフラムの一方の面側に配置されている圧力基準室と、
前記基板との間に前記圧力基準室を挟んで配置されている蓋部と、を有し、
前記蓋部は、前記圧力基準室と反対側へ凸となるように湾曲している部分を有していることを特徴とする圧力センサー。
これにより、蓋部とダイアフラムとの接触の可能性を低減することのできる圧力センサーが得られる。
【０００７】
本発明の圧力センサーでは、前記蓋部は、シリコンを含んでいることが好ましい。
これにより、蓋部を半導体プロセスによって形成し易くなる。
【０００８】
本発明の圧力センサーでは、前記蓋部は、前記ダイアフラム側に突出する突出部を有していることが好ましい。
これにより、蓋部が仮にダイアフラムに接触したとしても、その接触面積を小さくすることができるため、スティッキングを低減することができる。
【０００９】
本発明の圧力センサーでは、前記蓋部は、前記圧力基準室の内外を連通する蓋部貫通孔を有し、
前記蓋部の前記圧力基準室と反対の面側には前記蓋部貫通孔を封止する封止層が配置されていることが好ましい。
これにより、蓋部貫通孔を比較的簡単に封止することができる。
【００１０】
本発明の圧力センサーでは、前記封止層は、前記蓋部貫通孔と連通している封止層貫通孔を有する基部と、前記封止層貫通孔を封止する封止部と、を有していることが好ましい。
これにより、封止層の構成が比較的簡単なものとなる。
【００１１】
本発明の圧力センサーでは、前記基部は、シリコンを含んでおり、
前記封止部は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンの少なくとも１つを含んでいることが好ましい。
これにより、封止層を半導体プロセスによって形成し易くなる。
【００１２】
本発明の圧力センサーの製造方法は、ダイアフラム形成領域を有する基板を準備する工程と、
前記基板の一方の面側に、平面視で前記ダイアフラム形成領域と重なるように第１犠牲層を配置する工程と、
前記第１犠牲層の前記基板と反対の面側に、前記第１犠牲層に臨む貫通孔を有する第２犠牲層を配置する工程と、
前記貫通孔を介して前記第１犠牲層を除去する工程と、
前記第２犠牲層の前記基板と反対の面側に、前記基板と反対側へ凸となるように湾曲し、前記貫通孔と連通する蓋部貫通孔を有している蓋部を配置する工程と、
前記蓋部貫通孔を介して前記第２犠牲層を除去する工程と、
前記蓋部の前記基板と反対の面側に、前記蓋部貫通孔を封止する封止層を配置する工程と、
前記基板の前記ダイアフラム形成領域に、受圧により撓み変形するダイアフラムを形成する工程と、を含んでいることを特徴とする。
これにより、蓋部とダイアフラムとの接触を低減することのできる圧力センサーを容易に形成することができる。
【００１３】
本発明の圧力センサーの製造方法では、前記蓋部の熱膨張率は、前記第２犠牲層の熱膨張率よりも小さいことが好ましい。
これにより、より確実に、蓋部を基板と反対側へ凸となるように湾曲させることができる。
【００１４】
本発明の圧力センサーの製造方法では、前記蓋部は、引張応力を有していることが好ましい。
これにより、より確実に、蓋部を基板と反対側へ凸となるように湾曲させることができる。
【００１５】
本発明の高度計は、本発明の圧力センサーを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い高度計が得られる。
【００１６】
本発明の電子機器は、本発明の圧力センサーを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
【００１７】
本発明の移動体は、本発明の圧力センサーを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い移動体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧力センサーの断面図である。
【図２】図１に示す圧力センサーが有する圧力センサー部を示す平面図である。
【図３】図２に示す圧力センサー部を含むブリッジ回路を示す図である。
【図４】図１に示す圧力センサーの製造方法を示すフローチャートである。
【図５】図１に示す圧力センサーの製造方法を説明するための断面図である。
【図６】図１に示す圧力センサーの製造方法を説明するための断面図である。
【図７】図１に示す圧力センサーの製造方法を説明するための断面図である。
【図８】図１に示す圧力センサーの製造方法を説明するための断面図である。
【図９】図１に示す圧力センサーの製造方法を説明するための断面図である。
【図１０】図１に示す圧力センサーの製造方法を説明するための断面図である。
【図１１】図１に示す圧力センサーの製造方法を説明するための断面図である。
【図１２】図１に示す圧力センサーの製造方法を説明するための断面図である。
【図１３】図１に示す圧力センサーの製造方法を説明するための断面図である。
【図１４】図１に示す圧力センサーの製造方法を説明するための断面図である。
【図１５】本発明の第２実施形態に係る圧力センサーの断面図である。
【図１６】図１５に示す圧力センサーの部分拡大断面図である。
【図１７】図１５に示す圧力センサーの製造方法を説明するための断面図である。
【図１８】図１５に示す圧力センサーの製造方法を説明するための断面図である。
【図１９】本発明の高度計の一例を示す斜視図である。
【図２０】本発明の電子機器の一例を示す正面図である。
【図２１】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】
【００１９】
以下、本発明の圧力センサー、圧力センサーの製造方法、高度計、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係る圧力センサーについて説明する。
【００２１】
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサーの断面図である。図２は、図１に示す圧力センサーが有する圧力センサー部を示す平面図である。図３は、図２に示す圧力センサー部を含むブリッジ回路を示す図である。図４は、図１に示す圧力センサーの製造方法を示すフローチャートである。図５ないし図１４は、それぞれ、図１に示す圧力センサーの製造方法を説明するための断面図である。なお、以下の説明では、図１中の上側を「上」、下側を「下」とも言う。また、基板の平面視、すなわち、図１中の上下方向から見た平面視を単に「平面視」とも言う。
【００２２】
図１に示す圧力センサー１は、受圧により撓み変形するダイアフラム２５を有する基板２と、ダイアフラム２５の上面（一方の面）側に配置されている圧力基準室としての空洞部Ｓと、基板２と共に空洞部Ｓを形成する周囲構造体４と、ダイアフラム２５の上面に配置されているピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４を備える圧力センサー部３と、を有している。また、周囲構造体４は、平面視で空洞部Ｓを囲むように配置されている枠状の側壁部４Ａと、基板２との間に空洞部Ｓを挟んで配置されている蓋部４Ｂと、を有し、蓋部４Ｂが、空洞部Ｓと反対側へ凸となるように湾曲している部分を有している。具体的には、蓋部４Ｂの空洞部Ｓを介してダイアフラム２５と対向している部分（蓋部４Ｂの空洞部Ｓに臨む部分）が空洞部Ｓと反対側へ凸となるように湾曲している。このような圧力センサー１によれば、同じ側壁部４Ａの高さでも、蓋部４Ｂが湾曲している分、蓋部４Ｂとダイアフラム２５との離間距離Ｄを大きく確保することができるため、蓋部４Ｂとダイアフラム２５との接触も可能性を低減することができる。また、蓋部４Ｂが空洞部Ｓと反対側へ凸となるように湾曲した形状であるため、平坦な形状と比べて強度が増し、空洞部Ｓ側への押圧力による変形が低減される。そのため、圧力検出精度に優れ、信頼性の高い圧力センサー１となる。以下、圧力センサー１の各部について順に詳細に説明する。
【００２３】
［基板］
図１に示すように、基板２は、第１シリコン層２１と、第１シリコン層２１の上側に配置されている第２シリコン層２３と、第１、第２シリコン層２１、２３の間に配置されている酸化シリコン層２２と、を有するＳＯＩ基板で構成されている。ただし、基板２としては、ＳＯＩ基板に限定されず、例えば、単層のシリコン基板を用いることもできる。
【００２４】
また、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アフラム２５が設けられている。このダイアフラム２５は、その下面に開放する有底の凹部２６を設けることで、凹部２６の底部として形成されている。そして、ダイアフラム２５の下面が受圧面２５１となっている。このようなダイアフラム２５の厚さとしては、特に限定されないが、例えば、１．５μｍ以上、２．０μｍ以下とすることが好ましい。これにより、機械的強度を十分に保ちつつ、薄く撓み易いダイアフラム２５となる。
【００２５】
ここで、本実施形態では、ダイアフラム２５が酸化シリコン層２２および第２シリコン層２３の積層体で構成されているが、ダイアフラム２５の構成としては、特に限定されず、例えば、第２シリコン層２３だけで構成されていてもよい。このように、ダイアフラム２５を単層構造とすることで、本実施形態と比較してダイアフラム２５の形成が煩雑化してしまうが、替りに、ダイアフラム２５の内部応力を低減することができる。すなわち、本実施形態のような積層構造のダイアフラム２５では、酸化シリコン層２２と第２シリコン層２３の熱膨張率の差に起因する内部応力が発生し、場合によっては圧力検出精度が低下するおそれがある。これに対して、単層構造のダイアフラム２５では、このような問題が生じない。
【００２６】
以上、基板２について説明した。なお、このような基板２の上面には圧力センサー部３と電気的に接続される半導体回路が作り込まれていてもよい。
【００２７】
このような基板２の上面には、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）で構成された第１絶縁膜５１と、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）で構成された第２絶縁膜５２と、ポリシリコンで構成された第３絶縁膜５３と、がこの順で積層されている。これら３つの絶縁膜５１、５２、５３は、ダイアフラム２５の上面を覆うことなく、ダイアフラムの２５の外縁を囲むように枠状に配置されている。ただし、例えば、第１、第２絶縁膜５１、５２は、ダイアフラム２５の上面を覆うように配置されていてもよい。また、これら３つの絶縁膜５１、５２、５３は、必要に応じて設ければよく、例えば、少なくとも１つの絶縁膜を省略してもよい。また、３つの絶縁膜５１、５２、５３の構成材料としても、それぞれ、特に限定されない。
【００２８】
［圧力センサー部］
圧力センサー部３は、図２に示すように、ダイアフラム２５の上面に配置されている４つのピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４を有している。そして、ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４は、配線３５等を介して、互いに電気的に接続され、図３に示すブリッジ回路３０（ホイートストンブリッジ回路）を構成している。
【００２９】
ブリッジ回路３０には駆動電圧ＡＶＤＣを供給する駆動回路（図示せず）が接続されている。そして、ブリッジ回路３０は、ダイアフラム２５の撓みに基づくピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４の抵抗値変化に応じた信号（電圧）を出力する。そのため、この出力された信号に基づいてダイアフラム２５が受けた圧力を検出することができる。
【００３０】
このようなピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４は、それぞれ、例えば、第２シリコン層２３にリン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）することで構成されている。また、配線３５は、例えば、第２シリコン層２３に、ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４よりも高濃度でリン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）することで構成されている。
【００３１】
［空洞部］
図１に示すように、空洞部Ｓは、ダイアフラム２５の上側に位置しており、基板２と周囲構造体４とに囲まれることで形成されている。このような空洞部Ｓは、密閉された空間であり、圧力センサー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。このような空洞部Ｓは、真空状態（例えば、１０Ｐａ以下）であることが好ましい。これにより、圧力センサー１を、真空を基準として圧力を検出する所謂「絶対圧センサー」として用いることができ、利便性の高い圧力センサー１となる。ただし、空洞部Ｓは、一定の圧力に保たれていれば、真空状態でなくてもよい。
【００３２】
［周囲構造体］
周囲構造体４は、図１に示すように、基板２の上面側に、基板２の平面視で空洞部Ｓを囲むように配置されている枠状の側壁部４Ａと、側壁部４Ａの開口を覆うように配置されている蓋部４Ｂと、を有している。このような周囲構造体４は、基板２上に配置されている層間絶縁膜４１と、層間絶縁膜４１上に配置されている配線層４２と、配線層４２および層間絶縁膜４１上に配置されている層間絶縁膜４３と、層間絶縁膜４３上に配置されている配線層４４と、配線層４４および層間絶縁膜４３上に配置されている表面保護膜４５と、表面保護膜４５上に配置されている被覆層４６と、被覆層４６上に配置されている封止層４７と、を有している。そして、主に、層間絶縁膜４１、４３によって側壁部４Ａが構成されており、被覆層４６によって蓋部４Ｂが構成されている。
【００３３】
層間絶縁膜４１、４３は、平面視で空洞部Ｓの周囲を囲むように枠状に配置されており、前述したように、側壁部４Ａを構成している。このような層間絶縁膜４１、４３としては、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）等の絶縁膜を用いることができる。
【００３４】
配線層４２、４４は、層間絶縁膜４１、４３を貫通して配置されており、圧力センサー部３の配線３５と電気的に接続されている。そのため、配線層４２、４４を介して配線３５が周囲構造体４の上面に引き出されている。このような配線層４２、４４としは、例えば、アルミニウム膜等の金属膜を用いることができる。
【００３５】
被覆層４６は、側壁部４Ａの上側開口を覆うように配置されている。そして、被覆層４６の基板２との間に空洞部Ｓを挟んで配置されている部分、言い換えると、空洞部Ｓの天井部分が蓋部４Ｂとなっている。このような蓋部４Ｂ（被覆層４６）は、空洞部Ｓの内外を連通する複数の貫通孔４６１（蓋部貫通孔）を有している。これら貫通孔４６１は、後述する製造方法でも説明するように、空洞部Ｓを埋めている犠牲層を除去するためのリリースエッチング用の孔である。
【００３６】
また、蓋部４Ｂ（被覆層４６）は、その下面からダイアフラム２５側に突出する複数の突出部４６２を有している。これら突出部４６２は、蓋部４Ｂと一体形成されている。また、突出部４６２は、それぞれ、環状（筒状）をなしており、１つの突出部４６２が１つの貫通孔４６１の下側開口の周囲を囲むように配置されている。言い換えると、各貫通孔４６１の下側開口の端面から環状の突出部４６２が突出している。このような突出部４６２を有することで、仮に、蓋部４Ｂが下方に撓んでダイアフラム２５に接触したとしても、その接触は、突出部４６２とダイアフラム２５との接触となるため、接触時の接触面積を小さくすることができる。そのため、スティッキングを効果的に低減することができる。なお、突出部４６２を本実施形態のような構成とすることで、後述する製造方法で説明するように、突出部４６２の形成が容易となる。
【００３７】
また、蓋部４Ｂは、上側（空洞部Ｓと反対側）へ凸となるように全体的に湾曲している。このように、蓋部４Ｂを上側へ湾曲させることで、同じ側壁部４Ａの高さでも、蓋部４Ｂが上側へ湾曲している分、蓋部４Ｂとダイアフラム２５との離間距離Ｄを大きく確保することができるため、圧力センサー１の大型化を伴うことなく、蓋部４Ｂとダイアフラム２５との接触を低減することができる。そのため、小型で、圧力検出精度に優れ、信頼性の高い圧力センサー１となる。
【００３８】
このような蓋部４Ｂは、シリコンを含んで構成されており、特に本実施形態ではシリコンで構成されている。このように、蓋部４Ｂがシリコンを含んでいることにより、後述する製造方法でも説明するように、蓋部４Ｂを半導体プロセスによって容易に形成することができる。
【００３９】
以上、蓋部４Ｂ（被覆層４６）について説明した。このような蓋部４Ｂの上側（空洞部Ｓと反対の面側）には封止層４７が配置されており、この封止層４７によって貫通孔４６１が封止されている。このような封止層４７を配置することで、貫通孔４６１を比較的簡単に封止することができる。
【００４０】
また、封止層４７は、被覆層４６の上面に配置されている第１封止層４７Ａと、第１封止層４７Ａの上面に配置されている第２封止層４７Ｂと、を有している。このように、封止層４７を積層構造とすることで、貫通孔４６１をより確実に封止することができる。また、第１封止層４７Ａおよび第２封止層４７Ｂは、それぞれ、シリコンを含んで構成されており、特に本実施形態では、第１封止層４７Ａがシリコンで構成され、第２封止層４７Ｂが酸化シリコンで構成されている。このように、第１封止層４７Ａおよび第２封止層４７Ｂがシリコンを含んでいることにより、後述する製造方法でも説明するように、第１封止層４７Ａおよび第２封止層４７Ｂを半導体プロセスによって容易に形成することができる。
【００４１】
ただし、封止層４７の構成としては、特に限定されず、例えば、第２封止層４７Ｂを省略してもよい。また、第２封止層４７Ｂの構成材料としては、シリコン系材料に限定されず、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、ＴｉＮ等の各種金属材料を用いることもできる。
【００４２】
表面保護膜４５は、周囲構造体４を水分、ゴミ、傷などから保護する機能を有している。このような表面保護膜４５としては、特に限定されないが、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を用いることができるが、本実施形態ではシリコン窒化膜を用いている。
【００４３】
以上、圧力センサー１の構成について詳細に説明した。このような圧力センサー１では、前述したように周囲構造体４の空洞部Ｓの周囲に配置されている側壁部４Ａ、蓋部４Ｂおよび封止層４７がそれぞれシリコン系材料で構成されているため、温度ヒステリシス（同じ圧力を受けても環境温度によって測定値が異なってしまう現象）を効果的に低減することができ、高い圧力検出精度を発揮することができる。具体的には、周囲構造体４を本実施形態のような構成とすると、基板２と周囲構造体４との熱膨張率の差を小さくすることができるため、環境温度に関わらずダイアフラム２５の内部応力がほとんど変化しない。そのため、環境温度に関わらずに、所定圧力に対して所定の大きさの信号が圧力センサー部３から得られ、前述した温度ヒステリシスを効果的に低減することができる。
【００４４】
次に、圧力センサー１の製造方法について説明する。圧力センサー１の製造方法は、図４に示すように、ダイアフラム形成領域２５０を有する基板２を準備する準備工程と、基板２に圧力センサー部を形成する圧力センサー部形成工程と、基板２の一方の面側に、平面視でダイアフラム形成領域２５０と重なるように第１犠牲層６１を配置する第１犠牲層配置工程と、第１犠牲層６１の基板２と反対の面側に、第１犠牲層６１に臨む貫通孔６２１を有する第２犠牲層６２を配置する第２犠牲層配置工程と、貫通孔６２１を介して第１犠牲層６１を除去する第１犠牲層除去工程と、第２犠牲層６２の基板２と反対の面側に、基板２と反対側へ凸となるように湾曲し、貫通孔６２１と連通する貫通孔４６１（蓋部貫通孔）を有している蓋部４Ｂを配置する蓋部配置工程と、貫通孔４６１を介して第２犠牲層６２を除去する第２犠牲層除去工程と、蓋部４Ｂの基板２と反対の面側に、貫通孔４６１を封止する封止層４７を配置する封止工程と、基板２のダイアフラム形成領域２５０に、受圧により撓み変形するダイアフラム２５を形成するダイアフラム形成工程と、を含んでいる。
【００４５】
［準備工程］
まず、図５に示すように、第１シリコン層２１、酸化シリコン層２２および第２シリコン層２３が積層してなるＳＯＩ基板からなる基板２を準備する。なお、この段階では、基板２のダイアフラム形成領域２５０にダイアフラム２５は形成されていない。
【００４６】
［圧力センサー部形成工程］
次に、図６に示すように、基板２の上面に、リン、ボロン等の不純物を注入することで、圧力センサー部３を形成する。そして、図７に示すように、基板２上に第１絶縁膜５１、第２絶縁膜５２および第３絶縁膜５３をスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて順に成膜する。なお、本工程では、第１絶縁膜５１をダイアフラム形成領域２５０上にも配置することができる。
【００４７】
［第１犠牲層配置工程および第２犠牲層配置工程］
次に、図８に示すように、基板２上に、層間絶縁膜４１、配線層４２、層間絶縁膜４３および配線層４４および表面保護膜４５をスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて順に形成する。なお、本実施形態では、層間絶縁膜４１、４３を酸化シリコンで構成し、配線層４２、４４をアルミニウムで構成している。
【００４８】
本工程によって、側壁部４Ａが得られると共に、ダイアフラム形成領域２５０と重なるように配置され、後に空洞部Ｓとなる空洞部形成領域Ｓ’内に位置する第１犠牲層６１および第２犠牲層６２が得られる。第１犠牲層６１は、層間絶縁膜４１、４３から形成されており、第２犠牲層６２は、配線層４２、４４から形成されている。
【００４９】
ここで、第２犠牲層６２は、空洞部形成領域Ｓ’の輪郭に沿って配置され、第１犠牲層６１を囲んでいる。そして、配線層４２は、平面視で空洞部形成領域Ｓ’の輪郭に沿って配置された枠状の配線部４２１と、配線３５と電気的に接続されている配線部４２９と、を有している。一方、配線層４４は、平面視で空洞部形成領域Ｓ’の輪郭に沿って配置され、配線部４２１と接続されている枠状の配線部４４１と、第１犠牲層６１の上面を覆うように配置され、配線部４４１と一体形成されている天井部４４２と、配線３５と電気的に接続されている配線部４４９と、を有している。このような配線部４２１、４４１および天井部４４２から前述した第２犠牲層６２が構成されている。
【００５０】
また、天井部４４２には第１犠牲層６１に臨む貫通孔６２１が形成されている。このような天井部４４２の厚さとしては特に限定されないが、例えば、０．５μｍ以上、２．０μｍ以下であるのが好ましい。また、貫通孔６２１の径としては特に限定されないが、例えば、１．０μｍ以上、２．０μｍ以下とすることができる。
【００５１】
［第１犠牲層除去工程］
次に、基板２を例えばバッファードフッ酸等のエッチング液に晒す。これにより、図９に示すように、貫通孔６２１を介して第１犠牲層６１が除去される。この際、アルミニウムで構成されている第２犠牲層６２は、エッチングストッパーとして機能する。
【００５２】
［蓋部配置工程］
次に、図１０に示すように、第２犠牲層６２（天井部４４２）の上面に、被覆層４６をスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて形成する。なお、本実施形態では、被覆層４６をシリコンで構成している。ここで、本工程では、被覆層４６が貫通孔６２１の内周面に入り込むように成膜され、この部分によって突出部４６２が形成される。また、貫通孔６２１を完全に塞がないように被覆層４６が成膜され、これにより、貫通孔６２１と連通する貫通孔４６１を有している被覆層４６が得られる。
【００５３】
ここで、前述したように、貫通孔６２１の径を１．０μｍ以上、２．０μｍ以下とすることで、貫通孔６２１内に被覆層４６が入り込み易くなると共に、入り込んだ部分を比較的厚肉にすることができるため、突出部４６２をより確実に形成することができると共に、その機械的強度を高めることができる。さらには、被覆層４６によって貫通孔６２１が塞がれ難くなるため、被覆層４６に貫通孔４６１をより確実に形成することができる。また、前述したように、天井部４４２の厚さを０．５μｍ以上、２．０μｍ以下とすることで、突出部４６２を十分に突出させることができる。
【００５４】
このような被覆層４６の厚さとしては、特に限定されないが、０．３μｍ以上、２．０μｍ以下であることが好ましい。これにより、被覆層４６に十分な機械的強度を持たせつつ、被覆層４６の過度な厚肉化を防止することができる。また、被覆層４６を過度に厚くすると、貫通孔４６１が塞がれてしまうおそれがあるため、塞がれてない貫通孔４６１を形成するためにも上述の厚さが好ましい。
【００５５】
なお、成膜装置や成膜条件、貫通孔６２１の径によっては、被覆層４６に貫通孔４６１が形成されない場合があるが、この場合は、被覆層４６を形成した後、例えば、エッチング法を用いて貫通孔４６１を形成すればよい。
【００５６】
次に、加熱によって天井部４４２および被覆層４６を熱膨張させる。ここで、天井部４４２（第２犠牲層６２）を構成しているアルミニウムの熱膨張率は２３ｐｐｍ／Ｋであり、被覆層４６を構成しているシリコンの熱膨張率は２．６ｐｐｍ／Ｋである。すなわち、被覆層４６の熱膨張率は、天井部４４２（第２犠牲層６２）の熱膨張率よりも小さい。そのため、これら材料の熱膨張率の差に起因して、前記熱膨張によって天井部４４２および被覆層４６が上側に凸となるように湾曲変形する。これにより、図１１に示すように、上側へ凸となるように湾曲している蓋部４Ｂが得られる。なお、このような変形状態は、降温させても維持される。
【００５７】
ここで、スパッタリング法やＣＶＤ法の成膜条件を工夫することで、引張応力を有している蓋部４Ｂ（被覆層４６）を成膜することが好ましい。このように、蓋部４Ｂが引張応力を有していることで、前記加熱時に、熱膨張との相乗効果によって、より確実に天井部４４２および被覆層４６を上側に凸となるように湾曲変形させることができる。
【００５８】
［第２犠牲層除去工程］
次に、基板２を例えばリン酸、酢酸および硝酸の混酸等のエッチング液に晒す。これにより、貫通孔４６１を介して第２犠牲層６２（すなわち、配線部４２１、４４１および天井部４４２）が除去される。これにより、図１２に示すように、空洞部Ｓが形成される。なお、第２犠牲層６２が除去されても、蓋部４Ｂの湾曲形状は維持される。
【００５９】
［封止工程］
次に、図１３に示すように、空洞部Ｓを真空状態とし、被覆層４６上に第１封止層４７Ａおよび第２封止層４７Ｂをスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて成膜して封止層４７を形成し、貫通孔４６１を封止する。これにより、真空状態で封止された空洞部Ｓが得られる。
【００６０】
なお、第１封止層４７Ａの厚さとしては特に限定されないが、例えば、０．５μｍ以上、２．０μｍ以下であることが好ましい。また、第２封止層４７Ｂの厚さとしては、特に限定されないが、０．１μｍ以上、１．０μｍ以下であることが好ましい。第１封止層４７Ａおよび第２封止層４７Ｂをこのような厚さとすることで、貫通孔４６１をより確実に封止することができると共に、封止層４７の過度な厚肉化を防止することができる。また、蓋部４Ｂを十分に補強することができ、蓋部４Ｂの撓みを低減することができる。
【００６１】
［ダイアフラム形成工程］
次に、図１４に示すように、例えば、ドライエッチング（特に、シリコンディープエッチング）法を用いて第１シリコン層２１をエッチングし、ダイアフラム形成領域２５０に下面に開放する凹部２６を形成してダイアフラム２５を得る。
【００６２】
以上により、圧力センサー１が得られる。このような製造方法によれば、蓋部４Ｂとダイアフラム２５との接触を低減することのできる圧力センサー１を容易に形成することができる。
【００６３】
また、前述したように周囲構造体４の空洞部Ｓの周囲に配置されている側壁部４Ａ、蓋部４Ｂおよび封止層４７がそれぞれシリコン系材料で構成されているため、温度ヒステリシスを効果的に低減することができ、高い圧力検出精度を発揮することができる。ここで、最終的に得られる圧力センサー１では、空洞部Ｓの周囲にアルミニウム等のシリコン系材料とは熱膨張率が大きく異なる材料が配置されていないが、圧力センサー１の製造中は、例えば第２犠牲層６２を形成する際などにアルミニウムを多用している。そのため、例えば、圧力センサー１内に前記半導体回路（トランジスタ、抵抗等）を同時に作り込み易くなり、半導体回路を内蔵する圧力センサー１の製造が容易となる。
【００６４】
なお、本実施形態の製造方法では、ダイアフラム形成工程を最後に行っているが、ダイアフラム形成工程の順番は、特に限定されず、例えば、準備工程の次に行ってもよい。
【００６５】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る圧力センサーについて説明する。
【００６６】
図１５は、本発明の第２実施形態に係る圧力センサーの断面図である。図１６は、図１５に示す圧力センサーの部分拡大断面図である。図１７および図１８は、それぞれ、図１５に示す圧力センサーの製造方法を説明するための断面図である。
【００６７】
本実施形態にかかる圧力センサーでは、主に、封止層の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の圧力センサーと同様である。
【００６８】
以下、第２実施形態の圧力センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
【００６９】
図１５および図１６に示すように、本実施形態の封止層４７は、貫通孔４６１（蓋部貫通孔）と連通している貫通孔４７２（封止層貫通孔）を有する基部４７１と、貫通孔４７２内に配置され、貫通孔４７２を封止する封止部４７３と、を有している。このような構成とすることで、封止層４７の構成が比較的簡単なものとなる。
【００７０】
また、基部４７１は、シリコンを含んでおり、特に本実施形態ではシリコンで構成されている。また、封止部４７３は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンの少なくとも１つを含んでおり、特に本実施形態では酸化シリコンで構成されている。これにより、封止層４７を半導体プロセスによって形成し易くなる。特に、封止部４７３を酸化シリコンで構成することで、基部４７１を酸化させることで封止部４７３を容易に形成することができる。
【００７１】
貫通孔４７２の形状は、特に限定されないが、円形が好ましい。このような貫通孔４７２の径（幅）としては特に限定されないが、例えば、５００Å以上、１５００Å以下であることが好ましく、９００Å以上、１１００Å以下であることがより好ましい。貫通孔４７２をこのような径とすることで、例えば、酸化によって貫通孔４７２内に形成した封止部４７３によって、より確実に貫通孔４７２を封止することができる。また、前記熱酸化にある程度の時間を要するため、この間にダイアフラム２５の上面に酸化シリコンの膜５４を成膜することができる。これにより、ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４の界面順位を安定化することができる。
【００７２】
なお、本実施形態とは異なり、封止部４７３を窒化シリコンで構成した場合には、例えば、空洞部Ｓを水分からより確実に保護することができ、封止部４７３を酸窒化シリコンで構成した場合には、上述した酸化シリコンで得られる効果および窒化シリコンで得られる効果を共に発揮することができる。
【００７３】
次に、圧力センサー１の製造方法について説明する。圧力センサー１の製造方法は、前述した第１実施形態と同様に、準備工程と、圧力センサー部形成工程と、第１犠牲層配置工程と、第２犠牲層配置工程と、第１犠牲層除去工程と、蓋部配置工程と、第２犠牲層除去工程と、封止工程と、ダイアフラム形成工程と、を含んでいる。なお、封止工程以外は、前述した第１実施形態の製造方法と同様であるため、以下では、封止工程のみを説明する。
【００７４】
［封止工程］
まず、図１７に示すように、被覆層４６上に基部４７１をスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて成膜する。この際、基部４７１によっては蓋部４Ｂの貫通孔４６１を完全に埋めることができずに、基部４７１に貫通孔４６１と連通する貫通孔４７２が形成される。ここで、成膜装置や成膜条件によっても異なるが、貫通孔４６１の径を０．５μｍ程度としておくと、１０００Å程度の径を有する貫通孔４７２が得られる。また、基部４７１の厚さとしては特に限定されないが、例えば、２μｍ以上、１０μｍ以下であることが好ましい。このような厚さとすることで、基部４７１が貫通孔４７２を形成するのに適した厚さとなると共に、基部４７１の過度な厚肉化を防止することができる。また、蓋部４Ｂを十分に補強することができ、蓋部４Ｂの撓みを低減することができる。
【００７５】
なお、成膜装置や成膜条件、貫通孔４６１の径や基部４７１の厚さによっては、基部４７１に貫通孔４７２が形成されない場合があるが、この場合は、基部４７１を形成した後、例えば、エッチング法を用いて貫通孔４７２を形成すればよい。
【００７６】
次に、空洞部Ｓを真空にした状態で、基部４７１を酸化する。これにより、図１８に示すように、貫通孔４７２の内周面に酸化シリコンからなる封止部４７３が形成され、この封止部４７３によって貫通孔４７２が封止される。また、これと共に、ダイアフラム２５の上面に酸化シリコンの膜５４が形成され、これにより、ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４の界面順位を安定化することができる。なお、酸化方法としては、特に限定されないが、特にオゾン酸化法を用いることが好ましい。オゾン酸化法によれば、加熱温度を５００℃程度に抑えることができるため、熱履歴を低減することができる。また、アルミニウムの溶融等を防止することができるため、圧力センサー１の製造に適している。
【００７７】
以上により封止層４７が得られ、これにより、真空状態で封止された空洞部Ｓが得られる。このような製造方法によれば、蓋部４Ｂとダイアフラム２５との接触を低減することのできる圧力センサー１を容易に形成することができる。
【００７８】
このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００７９】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る高度計について説明する。
【００８０】
図１９は、本発明の高度計の一例を示す斜視図である。同図に示す高度計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の内部には圧力センサー１が搭載されており、表示部２０１に現在地の海抜からの高度、現在地の気圧等を表示することができる。なお、この表示部２０１には、他にも現在時刻、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。
【００８１】
このような高度計２００は、検出精度に優れる圧力センサー１を備えているため、高い信頼性を発揮することができる。
【００８２】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る電子機器について説明する。
【００８３】
図２０は、本発明の電子機器の一例を示す正面図である。同図に示す電子機器は、圧力センサー１を備えたナビゲーションシステム３００である。ナビゲーションシステム３００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、圧力センサー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。
【００８４】
このナビゲーションシステム３００によれば、取得した位置情報に加えて、圧力センサー１によって高度情報を取得することができる。そのため、一般道路から高架道路へ進入する（またはこの逆）ことによる高度変化を検出することで、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を判断でき、実際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。
【００８５】
このようなナビゲーションシステム３００は、検出精度に優れる圧力センサー１を備えているため、高い信頼性を発揮することができる。
【００８６】
なお、本発明の圧力センサーを備える電子機器は、上記のナビゲーションシステムに限定されず、例えば、パーソナルコンピューター、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、時計（スマートウォッチを含む）、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。
【００８７】
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係る移動体について説明する。
【００８８】
図２１は、本発明の移動体の一例を示す斜視図である。同図に示す移動体は、ナビゲーションシステム３００を備えた自動車４００である。自動車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。
【００８９】
このような自動車４００は、検出精度に優れる圧力センサー１を内蔵するナビゲーションシステム３００を備えているため、高い信頼性を発揮することができる。
【００９０】
以上、本発明の圧力センサー、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。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【００９１】
また、前述した実施形態では、圧力センサー部としてピエゾ抵抗素子を用いたものについて説明したが、圧力センサーとしては、これに限定されず、例えば、フラップ型の振動子を用いた構成や、櫛歯電極等の他のＭＥＭＳ振動子や、水晶振動子等の振動素子を用いることもできる。
【符号の説明】
【００９２】
１…圧力センサー、２…基板、２１…第１シリコン層、２２…酸化シリコン層、２３…第２シリコン層、２５…ダイアフラム、２５０…ダイアフラム形成領域、２５１…受圧面、２６…凹部、３…圧力センサー部、３０…ブリッジ回路、３１、３２、３３、３４…ピエゾ抵抗素子、３５…配線、４…周囲構造体、４Ａ…側壁部、４Ｂ…蓋部、４１…層間絶縁膜、４２…配線層、４２１…配線部、４２９…配線部、４３…層間絶縁膜、４４…配線層、４４１…配線部、４４２…天井部、４４９…配線部、４５…表面保護膜、４６…被覆層、４６１…貫通孔、４６２…突出部、４７…封止層、４７Ａ…第１封止層、４７Ｂ…第２封止層、４７１…基部、４７２…貫通孔、４７３…封止部、５１…第１絶縁膜、５２…第２絶縁膜、５３…第３絶縁膜、５４…膜、６１…第１犠牲層、６２…第２犠牲層、６２１…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…自動車、４０１…車体、４０２…車輪、Ｄ…離間距離、Ｓ…空洞部、Ｓ'…空洞部形成領域
【図１】
2017166857.tif 000003
【図２】
2017166857.tif 000004
【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】
2017166857.tif 000017
【図１６】
2017166857.tif 000018
【図１７】
2017166857.tif 000019
【図１８】
2017166857.tif 000020
【図１９】
2017166857.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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