密閉型デバイス
【課題】一つ一つのデバイスに対する圧力測定が容易にできること。
【解決手段】基板１１と基板に対向する蓋部基板１４とによって密閉状態に形成された空間１５を有し、密閉空間内となる基板上に設けられたデバイス部１２と、密閉空間内となる蓋部基板１４に設けられ密閉空間内の圧力を測定する圧力測定部１３と、圧力測定手段に通電するとともに密閉空間外部と接続する出力配線１７と、出力配線に接続された出力パッド１８とを有する。
【解決手段】基板１１と基板に対向する蓋部基板１４とによって密閉状態に形成された空間１５を有し、密閉空間内となる基板上に設けられたデバイス部１２と、密閉空間内となる蓋部基板１４に設けられ密閉空間内の圧力を測定する圧力測定部１３と、圧力測定手段に通電するとともに密閉空間外部と接続する出力配線１７と、出力配線に接続された出力パッド１８とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉型デバイスに用いて好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子（デバイス）は電気的情報を変換するために利用されている。近年、半導体製造技術を始めとする微細加工技術を利用して機械要素部品、センサ、アクチュエータ、電子回路といった構造を組み込まれたＭＥＭＳ（Micro electro mechanical system）と呼ばれるデバイスが多く開発されている。このＭＥＭＳデバイスでは、電気以外の情報を検出、解析することが可能となるため、その応用範囲は多岐にわたる。
【０００３】
最も多く利用されているＭＥＭＳデバイスの一つであるピエゾ抵抗型の加速度センサでは、デバイス内に作りこまれたダイヤフラム構造の位置変化をピエゾ抵抗素子によって検出し、電気回路によって増幅、計測する。同様に、ジャイロセンサや圧力センサも機械的な変化を電気的に検出するようなデバイスであり、また電磁気力を利用して物理的に接点を切り替える、微小機械スイッチを有するＲＦスイッチもＭＥＭＳデバイスとして広く利用されている。この他にもインクジェットヘッドや生物学的な情報を解析するためのマイクロアレイもＭＥＭＳデバイスの一つである。
【０００４】
これらデバイスは、ウェーハ内に微細加工技術により多数のデバイスを作製する事が可能であり、高集積化する事が容易である。つまりは、機械要素部と電気要素部とを同一デバイス内に作りこむ事ができ、さらには微小な構造であるためにそのデバイスの精度（センサでは検出精度）の向上、信頼性の向上（高寿命）、そして省エネルギー化を図る事が可能となる。
【０００５】
一方で、上記したような機械的ならびに電気的な特性変化を利用するMEMSセンサの場合、周囲の影響を受けやすいという欠点がある。例えば、加速度センサ、ジャイロセンサ、圧力センサのように可動部（駆動部）の微小な変位量を電気的に検出するようなデバイスでは、可動部雰囲気である圧力ならびに温度に大きく影響されてしまう。また、電気的に検出するデバイスにおいては、温度変化によってその電気特性が変化してしまい、性能に影響を与える。
【０００６】
そこで多くのMEMSデバイスでは、一定の減圧下で密閉（パッケージ）することでこれを解決している。つまりは、デバイスの基本的な機能を担う要素部を有するデバイスウェハに加え、一定の空間を有するパッケージウェハを減圧下で接合、密閉することで、最終的なデバイス構造をなっている。また、上記したデバイスの他にも水晶振動子や弾性表面波フィルタ、ＬＳＩなどデバイスにおいても性能劣化を防止することを目的として減圧下でのパッケージが用いられている。つまり、密閉型デバイスにおいては、パッケージ内の圧力はデバイス性能を大きく左右するため、これを検知することは非常に重要である。
【０００７】
このような密閉型デバイスにおいて、パッケージ内の圧力を確認・検査するためによく使われている方法として、デバイスを加圧されたＨｅもしくは液体中に入れた後にデバイスを破壊してデバイス内に流入したＨｅや液体量を測定することでリークの有無を検査する方法がある。しかしこの方法ではデバイスそのものを破壊することが必要であるため、デバイス製造最終の検査工程などでは、任意に抽出した一部のデバイスしか検査できず、全数検査をおこなうことはできない。このため、不良品を見逃す可能性が高かった。
【０００８】
この問題に対応した非破壊検査として、Ｈｅで加圧されたチャンバにデバイスを保持し、その後に減圧したチャンバに入れた際のＨｅの漏れ量をリークディテクタで測定するボンビング法が考案され、広く用いられている。（特許文献１)。
【０００９】
その他の非破壊検査としては、デバイス内に圧力センサとして圧電振動子を入れた構造とし、Ｈｅで加圧されたチャンバに入れリークを促進し、圧電振動子の共振周波数の変化（Ｑ値）で圧力を読み取り、リークの有無を検査する方法が考案されている。（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−０５３１０６号公報
【特許文献２】特開２００９−２２２６９３号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】H. W. van Zeijl (Delft University, NL), "Electrical Overlay and linewidth measurements for through wafer interconnect", 21st IEEE International Conference on Microelectronic Test Structures (ICMTS), tutorial session 2, 25-28, Mar. Edinburgh, UK (2008).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、特許文献１に提案されているボンビング法では、少なくとも２つの圧力の異なるチャンバにデバイスを出し入れする必要がある。そのため、全数のデバイスを個々に検査するためには、サイズの小さいデバイスを扱う上では操作性に問題があると同時に、検査に時間がかかってしまう。さらに、デバイスの密閉されている空間は微少容積であるため、単一デバイスでの浸入したＨｅの漏れ量を検出するためには、高精度の検出方法が求められる。
したがって、このボンビング法においてはデバイスに切り出す前のウェーハ形態での検査が目的となっている場合が多く、どのデバイスで漏れが発生しているのかを特定するのは困難であった。さらに、この方法による検査は、加圧および減圧をおこなう真空チャンバが必要なことや極めて高精度のリークディテクタが必要であり、設備コストが高くなる。
【００１３】
そこで、ウェーハ全体での検査ではなく個々のデバイスにおいてパッケージ性能を検査するために、特許文献２、非特許文献１のような方法が提案されている。これら文献に記載の方法は、デバイス内に圧電振動子を組込み、Ｈｅで加圧されたチャンバに入れることでリークを促進した際の圧力変化を圧電振動子の共振周波数（Ｑ値）の変化から読み取ることで、パッケージ性能を検査する方法である。
【００１４】
しかしながら、この方法で用いられている圧電素子を用いた真空度の計測では、計測可能な圧力領域は１０００Ｐａ以上であり（非特許文献２参照）、それ以下の圧力でパッケージされて性能が保証されるようなデバイスでは用いることはできない。また、圧電振動子の共振周波数は温度に対して非常に敏感であり、その周波数変化を補償するために様々な工夫が必要である。さらに、デバイスのパッケージ内部に圧電振動子を作り込むには、複雑な構造が必要であり、適応可能なデバイス構造が限定されてしまうという問題が生じる。
【００１５】
このように、一定の減圧下で密閉されているデバイスの検査工程において不良品を確実に検出することでデバイス製造における歩留まりを向上するために、デバイスのサイズを小さく保ったまま、ウェーハ内にあるデバイスの全数に対して圧力測定を必要な感度で簡易におこなうことを低コストで実現することが必要とされている。
【００１６】
さらに、圧力を測定する部分（フィラメント）をデバイス側に形成すると、その分面積が増えてしまうため、1枚のウェーハから作成できるチップの数が少なくなりコスト増大を招くことや、従来デバイス側には面積の余裕がないため素子の大型化を来さないで圧力測定する部分（フィラメント）を組み込むことができないということを解決したいという要求があった。
【００１７】
また、デバイスと圧力を測定する部分（フィラメント）を同一基板に形成した際には、デバイスと圧力を測定する部分との形成工程において、すでに形成された部分が、後工程における製造プロセスに耐性を持たない可能性がある。例えば、デバイスを先に作った場合、フィラメントを作る際のドライエッチングやスパッタなどによる流熱に耐えられない、つまり、これらの処理によって当初の特性を維持できないなどという問題があった。
【００１８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、以下の目的を達成しようとするものである。
１．一定の減圧下でパッケージされたＭＥＭＳデバイスにおいて、密閉された空間の圧力をデバイス一つ一つに対して容易に測定する事ができること。
２．パッケージの密閉性での不良品を低減可能とし、歩留まりの向上を図ること。
３．デバイス動作の信頼性を向上すること。
４．デバイス製造プロセスに対して干渉しないこと。
５．製造コストの削減を図ること。
６．周囲の温度にかかわらず測定可能とすること。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の密閉型デバイスは、基板と該基板に対向する蓋部基板とによって内部に密閉空間を形成する密閉空間形成部と、前記密閉空間内となる前記基板上に設けられたデバイス部と、前記密閉空間内となる前記蓋部基板に設けられて前記密閉空間内の圧力を測定するための電気抵抗体を有する圧力測定部と、前記電気抵抗体に通電するとともに前記密閉空間外部と接続する出力配線と、該出力配線に接続された出力パッドとを有することにより上記課題を解決した。
本発明は、前記圧力測定部において、前記電気抵抗体が前記密閉空間内の気体と熱交換を行って、前記電気抵抗体の熱損失量から前記密閉空間内の気体の圧力測定可能とされてなることが可能である。
本発明の前記デバイス部と前記圧力測定部とが、平面視して少なくとも重複する部分を有する位置に設定されてなることができる。
本発明は、前記出力パッドが前記基板上に設けられるとともに、前記蓋部基板の周縁部分で前記基板側に突出した側壁部を貫通するように前記出力配線が設けられてなる手段か、または、前記出力パッドが前記蓋部基板外表面に設けられ、前記蓋部基板を貫通するように前記出力配線が設けられてなる手段を選択することができる。
前記圧力測定部が、前記電気抵抗体を表面に配置して前記蓋部基板の穴部を跨ぐように形成された浮膜と、
前記浮膜を囲むように前記蓋部基板の表面に形成された周辺膜と、
前記浮膜の中心を挟んで対称に配置され、前記浮膜の外周を前記周辺膜に連結する一対の連結膜と、を備え、
前記電気抵抗体の両端部が、前記一対の連結膜の表面を通って、前記周辺膜の表面に形成された電極に引き出されている手段を採用することができる。
本発明の前記圧力測定部が、所定の圧力閾値に対して前記密閉空間内部における圧力状態を二値化して外部に出力可能とされていることが好ましい。
本発明は、前記電気抵抗体の周辺温度の変化を補償する温度補償体が、前記周辺膜の表面に形成され、
前記電気抵抗体と前記温度補償体との間における前記周辺膜に、溝部が形成されていることができる。
【００２０】
本発明によれば、デバイス部の密閉される密閉空間内に電気抵抗体（ピラニセンサのフィラメント部分）のみを入れ、内部の圧力を測定する構造としたことにより、圧力を制御してリークさせるため制御の複雑な複数の密閉系を用いることなく、微少なリークが存在することを検知することが可能となる。これにより、多くは減圧状態となっているデバイスの密閉空間のリークが存在する、すなわち、デバイスの動作不良を精度良く判別することができる。
同時にまた、ウェーハ状の（ダイシングしていない）複数のデバイスであっても、個別に切断されたデバイスであっても、その状態に関係なく密閉空間の圧力を測定することが可能となる。
さらに、デバイス製造工程の最終段階である検査工程のみならず、出荷後等に一定期間使用したデバイスであっても、その時期にかかわらず、デバイスの密閉空間の圧力を測定し、内部状態の検知をおこなうことが可能となる。
【００２１】
本発明は、具体的には、減圧下にパッケージされたデバイス密閉空間内に位置する蓋部基板上に金属フィラメントを作り込み、この金属フィラメントの抵抗値の変化によってパッケージ内の密閉性検査する方法を提供する。原理としては、真空系として多く用いられているピラニセンサと同様の測定形式を用いることができる。これにより、前記デバイスが設けられた前記基板上のデバイス部と、前記圧力測定手段が設けられた前記蓋部基板上の圧力測定部とが、平面視して少なくとも重複する部分を有する位置に設定することなどにより、もともとのデバイスに必要な基板面積に対して余計な部分を追加する必要がないため、デバイスのサイズを小さく保ったまま内部圧力測定をおこなうことができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ウェーハ内に作られたデバイス全数に対して低コストで簡易に真空度が測定できるため不良品が低減でき、メンテナンス時いつでも測定できる上、デバイス内における真空度の経時変化も測定できるとともに、リークのみならずデバイス構造体からの放出ガスによる圧力上昇も測定できるという効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る密閉型デバイスの第１実施形態における平面位置関係を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線における側断面図である。
【図３】図１の圧力測定領域を示す拡大平面図である。
【図４】圧力測定用のブロック回路を示す回路図である。
【図５】本発明に係る密閉型デバイスの第１実施形態における実験例を示すグラフである。
【図６】本発明に係る密閉型デバイスの第２実施形態における平面位置関係を示す平面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ線における側断面図である。
【図８】図６の圧力測定領域を示す拡大平面図である。
【図９】図８のＢ−Ｂ線における側断面図である。
【図１０】本発明に係る密閉型デバイスの第２実施形態における製造工程を示す図である。
【図１１】本発明に係る密閉型デバイスの第２実施形態における実験例を示すグラフである。
【図１２】本発明に係る密閉型デバイスの第３実施形態を示す側断面図である。
【図１３】本発明に係る密閉型デバイスの第３実施形態における製造工程を示す側図である。
【図１４】本発明に係る密閉型デバイスの第３実施形態の他の例を示す側断面図である。
【図１５】本発明に係る密閉型デバイスの第４実施形態を示す側断面図である。
【図１６】本発明に係る密閉型デバイスの第４実施形態の他の例を示す側断面図である。
【図１７】本発明に係る密閉型デバイスの第５実施形態を示す拡大側断面図である。
【図１８】本発明に係る密閉型デバイスの第５実施形態における製造工程を示す図である。
【図１９】本発明に係る密閉型デバイスの第５実施形態における製造工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る第１実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
図１は、本実施形態における密閉型デバイスの平面位置関係を示す一部を透視した平面図であり、図２は、本実施形態における密閉型デバイスを示すもので図１のＡ−Ａ線における側断面図であり、図３は、本実施形態における密閉型デバイスの圧力測定領域を示す拡大平面図であり、図において、符号１０は、密閉型デバイスである。
【００２５】
本実施形態の密閉型デバイスは、基板（密閉空間形成部）１１表面にはデバイス領域（デバイス部）１２が設けられ、これを囲むように蓋部基板（密閉空間形成部）１４によって覆われて密閉されている。基板１１表面と対向する蓋部基板１４裏面には、圧力測定領域（圧力測定部）１３が設けられ、これらデバイス領域１２と圧力測定領域１３とは、平面視して重なる部分を有する位置となるように基板１１および蓋部基板１４表面上にそれぞれ配置されるとともに、基板１１と蓋部基板１４との間に形成された密閉空間１５の内部に位置されている。
密閉空間１５は、基板１１と対向して略平行状態となる蓋部基板１４の平板部分１４ａと、平板部分１４ａ縁部に周設されるように基板１１側に突出した側壁部１４ｂと、基板１１表面とで囲まれて形成され、側壁部１４ｂの下端部と基板１１表面とが密着されることで密閉状態が維持されている。
【００２６】
デバイス領域１２には、ジャイロセンサやＲＦスイッチなど可動構造を有して機械的な変化の検出および駆動を利用しているデバイスの可動部が設けられている。
具体的には、振動型ジャイロスコープは、一定方向に振動する物体に角速度が加わるとその物体の振動方向と回転軸のそれぞれに直交する方向にコリオリ力が働くことを利用し、そのコリオリ力を検出して角速度を測定している。振動子にはビーム型や音叉型などの種類があり、その動きを妨げないためや、温度依存性を減少させるために減圧雰囲気にしている。
【００２７】
圧力測定領域１３の表面、つまり、蓋部基板１４裏面の一部領域または密閉空間１５の境界となっている全領域には、電気絶縁膜１３Ａが形成され、この電気絶縁膜１３ＡはＳｉＯｘやＳｉＮｘ、ＳｉＯｘＮｙ、ＡｌＯｘ等からなるものとすることができる。
【００２８】
圧力測定領域１３の電気絶縁膜１３Ａ表面には、圧力測定手段としてのピラニセンサのうち、フィラメントに相当する電気抵抗体１６が形成され、この電気抵抗体１６が密閉空間１５内の気体と熱交換を行って電気抵抗体１６の熱損失量から密閉空間１５内の気体圧力を測定可能とされてなる。電気抵抗体１６は、Ｐｔからなるフィラメントとされるが、プラチナに限らず、Ａｕ，Ａｌ等からなるフィラメントとし、これらを形成する下地となる密着層としてＣｒ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｔａおよびこれら金属の酸化物、具体的にはＴｉＯｘ，ＴａＯｘ，ＮｉＯｘとの積層体としてもよい。
【００２９】
電気抵抗体１６は、上述した金属材料からなる細線を、蛇腹状等にパターニングして形成されている。蛇腹状とすることにより細線の長さが増加するので、電気抵抗体１６の抵抗値を調整することが可能になり、また被測定ガスとの熱交換をおこなう表面積を確保することが可能になる。
【００３０】
電気絶縁膜１３Ａは、厚さ５〜１０ｎｍ程度、電気抵抗体１６は、厚さ１６０〜１７０ｎｍ程度とし、電気抵抗体１６の長さを２〜３ｍｍとして１００〜２００Ω程度の抵抗体とすることができる。なお、図１および図２においては、電気絶縁膜１３Ａは省略してある。
【００３１】
圧力測定領域１３の周辺となる蓋部基板１４裏面には、電気抵抗体１６に通電する一対の出力配線１７が接続され、この出力配線１７は、密閉空間１５の外側となる基板１１表面上の外部位置に設けられた出力パッド１８にそれぞれ接続されている。
出力配線１７は、図１、図２に示すように、蓋部基板１４の平板部分１４ａ内表面に沿って延在する出力配線１７ａと、側壁部１４ｂの内表面に沿って延在する出力配線１７ｂと、基板１１表面に沿って延在する出力配線１７ｃとからなり、この基板１１表面の出力配線１７ｃにおいては、側壁部１４ｂの下端部分を貫通するように設けられている。
出力配線１７は、出力配線１７ａ、出力配線１７ｂ、出力配線１７ｃが互いに接続されており、これらを介して密閉空間１５内の蓋部基板１４裏面に設けられた電気抵抗体１６と密閉空間１５外側の基板１１表面に設けられた出力パッド１８との間で通電可能とされ、密閉空間１５内から外への情報の出力が可能となっている。
これら電気抵抗体１６、出力配線１７、出力パッド１８は、圧力測定手段を構成している。
【００３２】
電気抵抗体１６の抵抗値Ｒに電流Ｉを流した際に発生する熱量Ｑは、電気抵抗体１６に被測定ガスが接触し熱交換によって奪う熱量Ｑｇ、フィラメントから構造を介した熱伝導量Ｑｗ、ならびに輻射によって奪われる熱量Ｑｒの和に相当し、次式が成り立つ。
Ｑ ＝ Ｑｇ ＋ Ｑｗ ＋ Ｑｒ ＝ Ｉ２Ｒ ・・・ （１）
ここで、Ｉは電気抵抗体１６を流れる電流、Ｒは電気抵抗体１６の抵抗値である。電気抵抗体１６において気体分子との熱交換によって奪われる熱量Ｑｇは、次式で表される。
【００３３】
Ｑｇ＝Ｋｃ（Ｔｆ−Ｔｗ）Ｐ ・・・ （２）
ここで、Ｋｃは被測定ガスにより輸送される熱量の熱伝導係数、Ｔｆは電気抵抗体１６の温度、Ｔｗは電気抵抗体４０の雰囲気温度（室温）、Ｐは被測定ガスの圧力である。
【００３４】
数式（１）において、電気抵抗体１６の温度Ｔｆと雰囲気温度（室温）Ｔｗの差（Ｔｆ―Ｔｗ）が一定に保たれている場合、構造に依存した熱流出量であるフィラメントから構造を介した熱伝導量Ｑｗならびに輻射によって奪われる熱量Ｑｒは一定となる。つまり、（Ｔｆ―Ｔｗ）が一定の状態では、数式（２）に示したように圧力Ｐは電気抵抗体１６における気体分子との熱交換によって奪われる熱量Ｑｇと比例関係にあり、圧力Ｐを算出することができる。
【００３５】
実際の圧力測定においては、電気抵抗体１６の温度Ｔｆとその雰囲気温度（室温）Ｔｗの差（Ｔｆ―Ｔｗ）を一定にするように電流Iを調整してことで、その際の出力電圧値から圧力換算する。具体的には、図４に示すブリッジ回路内のＲｆにデバイス１０の密閉空間１５内に作製された電気抵抗体１６を組み込むことで計測される。
【００３６】
このブリッジ回路において、図１〜図３に示した引き出し電極の出力パッド１８が電極ＴＣおよび電極ＴＤに相当する。本実施形態の場合、抵抗ＲＣは、図１〜図３に図示していないが、白金線の抵抗体とされて、密閉型デバイス１０の外に設け計測をおこなう。具体的には、出力パッド１８に接触させる測定用のプローブに接続するように設けることが可能である。
【００３７】
つまりは、図４の回路内における電極ＴＣと電極ＴＤとの間における電位差Ｖが０（ゼロ）となるように動作させることで、（Ｔｆ―Ｔｗ）が一定となるように電気抵抗体１６を流れる電流Ｉを調整でき、その際の出力電圧値から真空度が求められる。なお、図４の抵抗体Ｒｃの抵抗値は、電気抵抗体１６より充分大きいものが好ましい。これは、抵抗体ＲＣに流れる電流が微小となり、回路を動作させた際の自己発熱量を抑えることができるからである。
【００３８】
（製造方法）
次に、本実施形態に係る密閉型デバイス１０のピラニセンサ部分の製造方法について説明する。
【００３９】
ここでは、素子の数μｍレベルの微細化に有利な電気機械システム（Micro Electro Mechanical System；ＭＥＭＳ）技術を用いて、マイクロピラニセンサを形成する。ＭＥＭＳ技術とは、金属の蒸着やスパッタリング法などを用いる成膜技術や、基板上に数μｍレベルのパターンを作製することができるリソグラフィ技術、さらには金属や半導体、酸化物などの膜を酸性やアルカリ性のエッチング溶液や、気体の放電現象により発生するイオンの化学反応を用いて、部分的に取り除くエッチング技術などを用いて、３次元構造の素子を基板上に多数作製するものである。
【００４０】
以下には、ジャイロセンサやＲＦスイッチなど稼動部を持つＭＥＭＳデバイスで、減圧下でパッケージ（真空パッケージ）するデバイス内に気体が衝突することによって持っていく熱量を測定することで真空度を測定するためのフィラメント（電気抵抗体）１６を有する圧力測定領域１３部分（ピラニセンサ部分）を形成する方法のみを記載する。したがって、必要があれば蓋部基板１４に形成される他のデバイスなどの作製工程にあわせて次の各工程を組み合わせてもよい。
【００４１】
＜Ｓ０１．蓋部基板準備および蓋部基板作成工程＞
蓋部基板１４の材質はＳｉ、ガラス、石英、サファイア、Ａｌなどの金属板などが挙げられる。
まずは、デバイス側と貼り合わせて密閉空間１５を持たせるために、蓋部基板１４側を矩形にくりぬいて側壁部１４ｂを形成する。
所定の密閉空間１５および気体流路構造を形成可能とするために、レジストパターニング後に、ウェットおよびドライプラズマエッチング、もしくは、ブラスト処理によって図２に示すような蓋部基板１４を作成する加工をおこなう。具体的には、基板１１と対向して略平行状態となる平板部分１４ａと、平板部分１４ａ縁部に周設されるように基板１１側に突出した側壁部１４ｂとが形成されるようにする。
【００４２】
＜Ｓ０２．絶縁膜形成工程＞
次いで、蓋部基板１４裏面に電気絶縁膜１３Ａを形成する。具体的な電気絶縁膜１３Ａの材質としては、ＳｉＯｘやＳｉＮｘ、ＳｉＯｘＮｙ、ＡｌＯｘ等が挙げられ、ＣＶＤ，スパッタリング，真空蒸着法といった方法でなどで成膜することができる。また蓋部基板１４がＳｉからなる基体であれば熱酸化で形成されるＳｉＯｘや熱窒化で形成されるＳｉＮｘとすることもできる。また、蓋部基板１４がガラス，石英，サファイア，マイカなどの絶縁物の場合はこの絶縁膜形成工程は省略することができる。
【００４３】
＜Ｓ０３．配線形成工程＞
電気絶縁膜１３Ａ上に電気抵抗体１６としてのフィラメントと、出力配線１７ａ他の配線であるＰｔ薄膜細線をリフトオフ法やエッチング法によって形成する。
【００４４】
リフトオフ法で作製する場合は、あらかじめ蓋部基板１４の上にフォトレジストのパターニングをおこなう。フォトレジストは、液状の場合スピンコート、スプレーコートおよびディップコート等の手段によって塗布をおこなう。フィルム状レジストの場合は蓋部基板１４にラミネートしベークすることで蓋部基板１４にコートする。レジストコート基板は露光工程および現像工程によってパターニングをおこなう。また、レジストによっては特に化学増幅系のレジストにおいてはＰＥＢと呼ばれる露光後の過熱が必要となる。またパターニング後に、レジストの密着性を向上させるための加熱も必要に応じておこなう。
【００４５】
これによって、フィラメント（電気抵抗体）１６や電極引き出し用の出力配線１７のうち蓋部基板１４裏面に設ける出力配線１７ａ部分および側壁部１４ｂ内表面に設ける出力配線１７ｂ部分の金属配置部位を除く領域にレジストが設けられる。この上から真空蒸着法、スパッタリング法といった成膜手段によって１０ｎｍのＴａおよび１６０ｎｍのＰｔの成膜をおこなう。
最後に、レジストをアセトン、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）およびアルコール系等の有機溶媒によって剥離することで、レジスト上に成膜されたＰｔおよび密着層も剥離され、レジストのパターンと反転したＰｔ配線パターンが得られる。
【００４６】
エッチングを用いた方法ではではあらかじめ密着層であるＴａとＰｔを所定の膜厚で成膜、その上にレジストのパターニングをおこなう。その後、Ａｒ、Ｃｌ系（Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＣＣｌ４）、ＣＦ系（ＣＦ４，Ｃ３Ｆ８，Ｃ４Ｆ８，ＣＨＦ３，Ｃ２Ｆ６）、Ｆ系（ＳＦ６，ＳｉＦ４）のガスおよびこれらの混合ガスなどを用いたプラズマエッチング法をおこなうことで、レジストの備わっていない領域のＴａおよびＰｔ膜を選択的に除去し、所定のパターンを有する形状を得ることができる。
【００４７】
＜Ｓ０４．デバイス作成工程および基板配線形成工程＞
所定の機能を有するデバイスを基板１１表面のデバイス領域１２に形成する。基板１１表面に設ける出力配線１７ｃ部分および出力パッド１８となる部分を同時に形成する。これは、フォトレジスト工程等、デバイス製造における対応する工程において、同時に形成する。
【００４８】
＜Ｓ０５．貼り合わせ工程＞
電気抵抗体１６等の形成された基板１１および蓋部基板１４を減圧下でアライメントを取って貼り合わせる。または、減圧下で封止する。この貼り合わせの方法としては、従来からＭＥＭＳデバイス製造工程で多く用いられる陽極接合を適用することができる。
陽極接合の場合、基板１１にはガラスを用いる。さらに、接合前には蓋部基板１４との接合領域において電気絶縁膜（酸化膜）１３Ａを除去することが好ましい。この方法においては、基板１１および蓋部基板１４を約３００℃〜５００℃で加熱し、基板１１側、蓋部基板１４側に約１ｋＶ程度の電圧をかけ接合する。
【００４９】
この他にも、基板１１および蓋部基板１４が互いに接触する接合部分において、Ａｕ−Ａｕなどの金属接合、Ａｕ−Ｓｎなどの共晶接合も利用することができる。この場合、基板１１および蓋部基板１４が互いに接触する接合部分に、あらかじめ金属膜をスパッタリングや蒸着法およびメッキ方法にて形成を行い接合することになる。この場合、出力配線１７上もしくはその部分と接合される蓋側にＳｉＯ２等の絶縁膜を形成しておく。
さらに、基板１１および蓋部基板１４としてＳｉを用いて、あらかじめ接合領域としてＳｉを露出させた後に、Ｓｉ−Ｓｉの直接接合を利用する、あるいは、Ｓｉ上の接合領域に熱酸化膜、ＣＶＤおよびスパッタリングといった方法を用いて設けたＳｉＯ２を成膜し、これらのＳｉＯ２−ＳｉＯ２によるＳｉ基板どうしの接合をおこなうことも可能である。また、ポリイミドを始めとする樹脂を接合面に設けて接合する技術も用いることができる。
【００５０】
本実施形態においては、従来からある密閉型デバイスの蓋部基板１４裏面に電気抵抗体１６と出力配線１７ａ，１７ｂを、また、基板１１表面に、出力配線１７ｃ、出力パッド１８等の金属配線を追加することだけで、簡便に密閉型デバイス１０内部の圧力状態を測定し、内部状態を判別することが可能となる。
これにより、製造最終工程において、非破壊検査として、作業時間を短縮し、ハンドリング性を良好とし、不良品の検品率を向上し、デバイス製造工程を低減することが可能な密閉型デバイスを提供することができる。
【００５１】
また、デバイス領域１２に設けられるデバイスが自身の駆動により発熱するデバイスであった場合でもこのデバイス領域１２のある基板１１に対して密閉空間１５の対向する側である蓋部基板１４裏面に電気抵抗体１６が設けられているためこのデバイスからの熱伝導経路を長くしてデバイス発熱による圧力測定への影響を低減することができより正確な圧力測定が可能となる。
さらに、基板１１のデバイス製造工程とは別に圧力測定手段を形成することができるので、デバイスに対する設計自由度を阻害することがない。同時に、圧力測定手段を形成した蓋部基板１４のみで、性能検査をおこなって不良品を排除した後に、良品と判定された蓋部基板１４のみ基板１１と貼り合わせすることにより、より一層歩留まりを向上することが可能となる。
【００５２】
さらに、電気抵抗体１６などの圧力測定部を平板部分１４ａではなく密閉空間に面した側壁部１４ｂに形成することもできる。この場合、デバイス部と、前記圧力測定部とが、平面視して重複する部分はないが、同様にデバイス自体の小型化を図ることができる。
【００５３】
以下、本発明に係る第２実施形態を、図面に基づいて説明する。
図６は、本実施形態における密閉型デバイスの平面位置関係を示す一部を透視した平面図であり、図７は、本実施形態における密閉型デバイスの一部を示すもので図６のＢ−Ｂ線における側断面図であり、図８は、本実施形態における密閉型デバイスの圧力測定領域を示す拡大平面図であり、図９は、本実施形態における密閉型デバイスの圧力測定領域を示すもので図８のＣ−Ｃ線における側断面図であり、図において、符号２０は、密閉型デバイスである。
【００５４】
本実施形態の密閉型デバイス２０が、図１〜図３に示した第１実施形態と異なるのは、圧力測定手段である圧力測定領域２３、温度補償体２９、および、これに対応した出力配線２７、出力パッド２８にかかる部分であり、これ以外の同等の構成要素に関しては第１実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５５】
本実施形態において圧力測定領域２３は、図６〜図９に示すように、第１実施形態と同様、密閉空間１５の内部で基板１１表面と対向する蓋部基板１４裏面に、平面視してデバイス領域１２と重なる部分を有する位置となるように設けられるとともに、圧力測定領域２３に隣接する蓋部基板１４裏面には、密閉空間１５の内部に温度変化を補償するための抵抗体である温度補償体２９が設けられる。
電気抵抗体１６を有する圧力測定領域２３および温度補償体２９は蓋部基板１４裏面の近傍となるように設けられる。
温度補償体２９は、電気抵抗体１６と同様に平面状に蛇腹形に折りたたまれて設置面積を小さくし、かつ抵抗値を高くするように配置されている。
【００５６】
電気抵抗体１６は、出力配線２７Ａを介して密閉空間１５の外側に接続されており、出力配線２７Ａには密閉空間１５外に位置する出力パッド２８Ａ、出力パッド２８Ｂが接続されている。出力パッド２８Ｂには、出力配線２７Ａとは別に出力配線２７Ｂが接続され、この出力配線２７Ｂは密閉空間１５内側の温度補償体２９の一端に接続されている。温度補償体２９の他端には、もう一つの出力配線２７Ｂを介して密閉空間１５外側の出力パッド２８Ｃに接続されている。
出力パッド２８Ａ、出力パッド２８Ｂ、出力パッド２８Ｃはいずれも基板１１表面に設けられている。
【００５７】
出力配線２７Ａは、図６、図７に示すように、蓋部基板１４の平板部分１４ａ内表面に沿って延在する出力配線２７Ａａと、側壁部１４ｂの内表面に沿って延在する出力配線２７Ａｂと、基板１１表面に沿って延在する出力配線２７Ａｃとからなり、この基板１１表面の出力配線２７Ａｃにおいては、側壁部１４ｂの下端部分を貫通するように設けられている。
出力配線２７Ａは、出力配線２７Ａａ、出力配線２７Ａｂ、出力配線１２７Ａｃが互いに接続されており、これらを介して密閉空間１５内の蓋部基板１４裏面に設けられた電気抵抗体１６と、密閉空間１５外側の基板１１表面に設けられた出力パッド２８Ａまたは出力パッド２８Ｂとの間で通電可能とされる。
【００５８】
同様に、出力配線２７Ｂは、図６、図７に示すように、蓋部基板１４の平板部分１４ａ内表面に沿って延在する出力配線２７Ｂａと、側壁部１４ｂの内表面に沿って延在する出力配線２７Ｂｂと、基板１１表面に沿って延在する出力配線２７Ｂｃとからなり、この基板１１表面の出力配線２７Ｂｃにおいては、側壁部１４ｂの下端部分を貫通するように設けられている。
出力配線２７Ｂは、出力配線２７Ｂａ、出力配線２７Ｂｂ、出力配線１２７Ｂｃが互いに接続されており、これらを介して密閉空間１５内の蓋部基板１４裏面に設けられた温度補償体２９と、密閉空間１５外側の基板１１表面に設けられた出力パッド２８Ｂまたは出力パッド２８Ｃとの間で通電可能とされる。
【００５９】
圧力測定領域２３には、蓋部基板１４裏面にキャビティとなるキャビティ凹部２３Ａが密閉空間１５に開口状態として設けられ、このキャビティ凹部２３Ａの一部を含んで蓋部基板１４裏面に電気絶縁膜２３Ｂが設けられている。電気絶縁膜２３Ｂの構成材料として、酸化シリコンや窒化シリコン等の熱伝導率が低い材料を採用することが望ましい。
電気絶縁膜２３Ｂの厚さは、例えば１〜２μｍ程度に形成されている。蓋部基板１４のキャビティ凹部２３Ａの開口部分を跨ぐように電気絶縁膜２３Ｂが配置されて、略矩形の浮膜（メンブレン）２３Ｃが形成されている。その浮膜２３Ｃを囲むように、蓋部基板１４の裏面に電気絶縁膜２３Ｂが配置されて、周辺膜２３Ｄが形成されている。浮膜２３Ｃと周辺膜２３Ｄとの間には、蓋部基板１４のキャビティ凹部２３Ａに連通するスリット２３Ｅが設けられている。
【００６０】
図８、図９に示すように、浮膜２３Ｃは、キャビティ凹部２３Ａと相似の長方形状に形成され、キャビティ凹部２３Ａの中央部に配置されている。浮膜２３Ｃの大きさは、例えば短辺が３００μｍ以下、長辺が１５５０μｍ以下、短辺と長辺との比率が１：５程度に形成されている。その浮膜２３Ｃの外周を周辺膜２３Ｄに連結するため、スリット２３Ｅを横断するように電気絶縁膜が配置されて、連結膜３４，３５が形成されている。具体的には、浮膜３２の中心を挟んで一対の角部に、一対の第１連結膜２３Ｆが形成されている。第１連結膜２３Ｆの大きさは、例えば幅１００μｍ程度、長さ５００μｍ程度に形成されている。また、浮膜３２の中心を挟残りの一対の角部に、一対の第２連結膜２３Ｇが形成されている。第１連結膜２３Ｆおよび第２連結膜２３Ｇはいずれも、浮膜２３Ｃの４辺のいずれかと平行な方向に延在するように配置されている。
【００６１】
浮膜２３Ｃの表面には、電気抵抗体１６が形成されている。電気抵抗体１６は、通電によりジュール熱を発生する金属材料により、細線状に形成されている。特に、電気抵抗体１６の構成材料として、ＰｔやＮｉＣｒ、Ｗ等の温度係数（単位温度あたりの電気抵抗値の変化量）の高い材料を採用すれば、ピラニセンサの測定精度を向上させることができる。
電気抵抗体１６は、例えば膜厚が２００〜４００ｎｍ、線幅が１０〜２０μｍ、抵抗値が１００〜１５０Ωに形成されている。なお電気抵抗体１６と浮膜２３Ｃとの密着性を確保するため、両者間に密着層を形成することが望ましい。密着層は、Ｔａ、Ｃｒ、Ｔｉ等の金属材料で構成することが可能である。
【００６２】
電気抵抗体１６は、上述した金属材料からなる細線を、蛇腹状にパターニングして形成されている。蛇腹状とすることにより細線の長さが増加するので、電気抵抗体１６の抵抗値を調整することが可能になり、また被測定ガスとの熱交換をおこなう表面積を確保することが可能になる。なお蛇腹状とする代わりに、後述する温度補償体２９と同様のつづら折り状としてもよい。電気抵抗体１６は、蛇腹の延在方向を浮膜２３Ｃの一辺と平行な方向に略一致させて配置されている。また電気抵抗体１６の外形（輪郭）と同等の大きさに浮膜２３Ｃが形成され、電気抵抗体１６と物理的に接触している領域が最小限に抑えられていると同時に安定な構造を形成している。
【００６３】
電気抵抗体１６の両端部には、連結配線１６ａが形成されている。連結配線１６ａは、一対の第１連結膜２３Ｆの表面を通って、周辺膜２３Ｄの表面に形成された出力配線２７Ａに引き出されている。この出力配線２７Ａを介して、出力パッド２８Ａ、２８Ｂから電気抵抗体１６に通電しうるようになっている。
【００６４】
電気抵抗体４０に被測定ガスが接触すると、熱交換がおこなわれる。被測定ガスが電気抵抗体１６から奪う熱量Ｑｇは、上述した式（２）で表される。
圧力測定の原理は、第１実施形態で示したとおりである。電気抵抗体１６の温度Ｔｆと雰囲気温度（室温）Ｔｗの差（Ｔｆ―Ｔｗ）が一定に保たれている場合、フィラメントから構造を介した熱伝導量Ｑｗならびに輻射によって奪われる熱量Ｑｒは構造に依存した熱流出量であるため一定となる。よって、電気抵抗体１６に被測定ガスが接触し、熱交換によって奪われる熱量Ｑｇと圧力Ｐとは比例関係が成り立ち、圧力Ｐを計測する事ができる（数式（２））。
【００６５】
圧力の測定下限は、数式（１）中のＱｗならびにＱｒで示される圧力に依存しない熱流量に大きく影響される。本実施形態では、電気抵抗体１６において発生した熱のうち浮膜２３等の構造部分を介した熱伝導量Ｑｗは、浮膜２３Ｃ、連結膜２３Ｆ，２３Ｇのみから電導するものであり、また微小な領域に電気抵抗体１６を設けていること、および、輻射によって奪われる熱量Ｑｒを大きく抑えていることから、圧力測定下限が向上する。
【００６６】
ところで、式（２）において電気抵抗体の周辺温度Ｔｗが変化すると、電気抵抗体１６の抵抗値が変化してしまい、圧力を正確に計測することが困難になる。そこで、電気抵抗体１６の雰囲気温度Ｔｗの変化を補償するため、電気抵抗体１６の抵抗値に比べ十分大きな抵抗値を有する温度補償体２９を設ける。
【００６７】
図６に示すように、温度補償体２９は、電気抵抗体１６に隣接して周辺膜２３Ｄの表面に形成されている。温度補償体２９は、電気抵抗体１６と同じ材料により細線状に形成され、電気抵抗体１６より十分高い抵抗値になるよう、細線の長さを長くするつづら折り状に形成されている。
【００６８】
実際の測定では、上述したように図４で示したブリッジ回路図を用いて、出力される電圧値から圧力Ｐを計測する。電気抵抗体１６は抵抗Ｒｆ、温度補償体２９が抵抗ＲＣとして示されるように並列接続されている。そして、それぞれの出力パッド２８Ａ，２８Ｃが点ＴＣ、ＴＢで示されるようにこれらの間の電極間の電位差Ｖが０（ゼロ）となるように、電気抵抗体１６を流れる電流Ｉを制御する。
【００６９】
抵抗ＲＣで表される温度補償体２９の抵抗値ＲＣは電気抵抗体１６（Ｒｆ）より非常に高く設定されているので、温度補償体２９（ＲＣ）を流れる電流は微小になり、回路動作による温度補償体２９の温度および抵抗値にはほとんど変化はない。しかし、雰囲気温度Ｔｗが変化すると、温度補償体２９（ＲＣ）の抵抗値が変化し、並列に配置されている電気抵抗体１６（Ｒｆ）に流れる電流Ｉが温度に依存して変化し、結果として（Ｔｆ−Ｔｗ）が一定という条件が補償され、圧力Ｐを高精度に測定することが可能となる。
【００７０】
本実施形態の密閉型デバイス２０は、上記した第１実施形態のものに比べ、真空度の測定下限の向上、雰囲気温度の変化による影響をキャンセル（補償）するという点において優位なセンサを提供できる。
【００７１】
数式（１）で示したとおり、電気抵抗体１６の発生する熱量は、圧力Ｐに依存する気体分子との熱交換によって奪われる熱量Ｑｇに加え、構造を介した熱伝導量Ｑｗならびに輻射によって奪われる熱量Ｑｒが測定下限に大きく寄与を与える。第１実施形態では、電気抵抗体１６が基板上に形成されるため、前記ＱｗならびにＱｒが大きくなる可能性がある。これに対し、本実施形態では、電気抵抗体１６が構造上安定かつ最小面積を有する浮膜２３上に設けられ、圧力Ｐに依存しない熱流量（ＱｗならびにＱｒ）を最小限に抑えることで、圧力測定下限を向上することができる。
【００７２】
さらに、温度補償体２９である抵抗体を同一デバイス平面内に形成することで、デバイス雰囲気温度の変化をキャンセルし、高精度に真空度を測定する事が可能となる。第１実施形態では、図４のブリッジ回路図中のＲＣで示される抵抗体をデバイス外に設け測定する。デバイス内の雰囲気温度が変化した場合、電気抵抗体１６（図４中のＲｆ）の抵抗値も変化する。これに対し本実施形態では、温度補償体２９を図４のブリッジ回路図中のＲＣとして使用することで、デバイス雰囲気内の温度変化の影響をキャンセルして測定することができる。恒温槽等の温度変化の少ない環境を用意することなく、高精度に圧力を計測することができる。
【００７３】
＜製造方法＞
次に、本実施形態に係る密閉型デバイス２０のピラニセンサ部分の製造方法について説明する。
【００７４】
以下には、ジャイロセンサやＲＦスイッチなど稼動部を持つＭＥＭＳデバイスで、減圧下でパッケージ（真空パッケージ）するデバイス内に気体が衝突することによって持っていく熱量を測定することで真空度を測定するためのフィラメント（電気抵抗体）１６を有する圧力測定領域２３部分（ピラニセンサ部分）を形成する方法のみを記載する。したがって、必要があればデバイス領域１２に形成されるデバイスの作製工程にあわせて次の各工程を組み合わせればよい。
【００７５】
＜Ｓ１１．蓋部基板準備および蓋部基板作成工程＞
まず蓋部基板１４に、密閉空間１５を形成可能なように側壁部１４ｂを形成する。
所定の密閉空間１５および気体流路構造を形成可能とするために、レジストパターニングとウェットおよびドライプラズマエッチング方法を組み合わせる方法、もしくはブラスト処理によって図６、図７に示すような蓋部基板１４を作成する加工をおこなう。具体的には、基板１１と対向して略平行状態となる平板部分１４ａと、平板部分１４ａ縁部に周設されるように基板１１側に突出した側壁部１４ｂとが形成されるようにする。
【００７６】
＜Ｓ１２．絶縁膜形成工程＞
まず蓋部基板１４裏面に電気絶縁膜２３Ｂを形成する。ここでは、図１０（ａ）に示すように、Ｓｉからなる蓋部基板１４に、熱酸化によって厚さ１μｍの酸化膜ＳｉＯｘを電気絶縁膜２３Ｂとして形成した。なお酸化膜は蓋部基板１４裏面にも形成される。
なお、図１０（ａ）〜（ｆ）においては、蓋部基板１４の圧力測定領域２３部分のみを拡大して示している。
【００７７】
＜Ｓ１３．配線形成工程＞
次いで、図１０（ｂ）に示すように、電気絶縁膜２３Ｂ表面に、抵抗体であるＰｔ／ＴａＯｘの電気抵抗体（フィラメント）１６を形成する。蓋部基板１４全面にＰｔ／ＴａＯｘを成膜後、フォトレジストでパターニング、これをマスクとしてＢＣｌ３とＡｒの混合ガスを用いたドライプラズマエッチングにより電気抵抗体１６の形成をおこなった。なお、同時に、図１０に図示していないが、蓋部基板１４裏面に設ける温度補償体２９、出力配線２７Ａａ、出力配線２７Ｂａ、蓋部基板１４の側壁部１４ｂに設ける出力配線２７Ａｂ、出力配線２７Ｂｂ、といった金属配線も同様の手段で形成することができる。
【００７８】
＜Ｓ１４．保護膜形成工程＞
続いて、図１０（ｃ）に示すように、ＳｉＨ４を用いたＣＶＤ（化学気相成膜法）によりＳｉＯｘからなる保護膜３１を電気絶縁膜２３Ｂ表面に成膜した。このＳｉＯｘからなる保護膜３１は、次のＴＭＡＨによるＳｉのウェットエッチングにおいて、電気抵抗体（フィラメント）１６ならびに電気絶縁膜２３Ｂを保護するために用いられる。
【００７９】
＜Ｓ１５．パターニング工程＞
次いで、図１０（ｄ）に示すように、保護膜３１表面にフォトレジスト３２のパターニングを行い、これをマスクとしてＣＦ４およびＣ３Ｆ８の混合ガスを用いたＳｉＯｘからなる保護膜３１および電気絶縁膜２３Ｂのドライエッチングをおこなった。これにより、電気絶縁膜２３Ｂには、スリット２３Ｅを有する電気絶縁膜２３Ｂに第１連結膜２３Ｆおよび第２連結膜２３Ｇ、浮膜２３Ｃ、および、周辺膜２３Ｄを形成する。
【００８０】
＜Ｓ１６．キャビティ形成工程＞
次いで、図１０（ｅ）に示すように、蓋部基板１４をＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）によってＳｉのウェットエッチングをおこなった。このウェットエッチングではパターニングされたＳｉＯｘからなる保護膜３１および電気絶縁膜２３Ｂがマスクとなり、キャビティ凹部２３Ａとなる空間が形成され、浮膜２３Ｃより内側がキャビティ空間となる。
【００８１】
＜Ｓ１７．保護膜除去工程＞
最後に、図１０（ｆ）に示すように、電気抵抗体（フィラメント）１６上のＳｉＯｘからなる保護膜３１をドライエッチングによって除去することで、所望の構造を有する圧力測定領域２３を形成する（フィラメント形成工程）。
【００８２】
＜Ｓ１８．デバイス作成工程および基板配線形成工程＞
所定の機能を有するデバイスを基板１１表面のデバイス領域１２に形成する。基板１１表面に設ける出力配線２７Ａｃ、出力配線２７Ｂｃ部分および出力パッド２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ他となる金属配線部分を同時に形成する。これは、フォトレジスト工程等、デバイス製造における対応する工程において、同時に形成する。
【００８３】
＜Ｓ１９．貼り合わせ工程＞
電気抵抗体１６等の形成された蓋部基板１４および基板１１を真空中でアライメントを取って貼り合わせる。または、減圧下で封止する。この貼り合わせの方法としては、第１実施形態と同様の方法として、ＭＥＭＳデバイス製造工程で多く用いられる陽極接合を適用することができる。
【００８４】
このようにして作製した基板１１と蓋部基板１４とを接合することで密閉型デバイス２０を得る。具体的には第１実施形態記載の方法と同等の手段を用いればよい。
【００８５】
なお、フォトリソグラフィーの条件、エッチング条件等は、上記のものに限定されることはなく、適宜、変更することができる。
【００８６】
本実施形態においては、密閉型デバイスの蓋部基板１４裏面において、熱伝導率が低い酸化シリコンまたは窒化シリコンからなる浮膜２３Ｃの表面に電気抵抗体１６を形成したので、電気抵抗体１６から浮膜２３Ｃへの熱流出を抑制することが可能になる。また蓋部基板１４に直接接触しない浮膜２３Ｃの表面に電気抵抗体１６を配置したので、電気抵抗体１６から蓋部基板１４への熱流出を抑制することが可能になる。また、デバイス領域１２に設けられるデバイスが自身の駆動により発熱するデバイスであった場合でもこのデバイス領域１２のある基板１１に対して密閉空間１５の対向する側である蓋部基板１４裏面に電気抵抗体１６が設けられているためこのデバイスからの熱伝導経路を長くしてデバイス発熱による圧力測定への影響を低減することができより正確な圧力測定が可能となる。同時にまた浮膜２３Ｃをスリット２３Ｅで囲み、浮膜２３Ｃの外周を連結膜２３Ｆ，２３Ｇにより周辺膜２３Ｄに連結することで、電気抵抗体１６から周辺膜２３Ｄへの熱流出を抑制することが可能になる。これにより、式（１）記載の圧力に依存しない流出熱量Ｑｃ，Ｑｒによる影響を抑制することが可能になり、測定可能な圧力範囲の下限を引き下げることができる。具体的には、従来１０−１Ｐａ程度であった測定範囲の下限を、本実施形態では１０−２Ｐａ程度に引き下げることができる。さらに、電気抵抗体１６と同一平面状に温度補償体抵抗体２９を設けることによってデバイスの雰囲気温度による影響を受けず、上述したＭＥＭＳ技術を用いることにより、精密測定可能な圧力範囲の広い密閉型デバイス２０得ることができる。
【００８７】
以下、本発明に係る第３実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１２は、本実施形態における密閉型デバイスの一部を示すもので上述した第1実施形態における図２に対応する側断面図であり、図において、符号３０は、密閉型デバイスである。
【００８８】
本実施形態の密閉型デバイス３０が、図１〜図３に示した第１実施形態と異なるのは、蓋部基板１４が平板状とされて、基板１１が平板部分１４ａに対応する平板部分１１ａと、側壁部１４ｂに対応して基板１１の蓋部基板１４側に位置する側壁部１１ｂとを有するとともに、出力配線１７と出力パッド１８が蓋部基板１４側に設けられている点であり、これ以外の同等の構成要素に関しては第１実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００８９】
本実施形態の基板１１において、密閉空間１５は、蓋部基板１４と対向して略平行状態となる基板１１の平板部分１１ａと、平板部分１１ａ縁部に周設されるように蓋部基板１４側に突出した側壁部１１ｂと、蓋部基板１４表面とで囲まれて形成され、側壁部１１ｂの上端部と蓋部基板１４表面とが密着されることで密閉状態が維持されている。
なお、側壁部１１ｂの平面視した形状はデバイス領域１２を囲んで、密閉空間１５を形成可能であればどのような形状でもよい。
出力配線１７は、図１２に示すように、平板状の蓋部基板１４表面で密閉空間１５内に延在する出力配線１７ａと、側壁部１１ｂの上側位置で蓋部基板１４表面に沿って延在する出力配線１７ｃとからなり、この蓋部基板１４表面の出力配線１７ｃにおいては、側壁部１１ｂの蓋部基板１４側端部を貫通するように設けられている。
【００９０】
本実施形態における製造方法は、
＜Ｓ３１．デバイス側基板の準備工程＞
デバイス側の基板１１の材質はＳｉ、ガラス、石英、サファイア、Ａｌなどの金属板などが挙げられる。矩形に凹部を形成する（くり抜く）方法としては、ウェットエッチング、ドライエッチング、サンドブラスト、機械加工などがある。例えばウェットエッチングやドライエッチングでは、図１３（ａ）に示すように、準備した加工前のデバイス側基板Ｗ０に、図１３（ｂ）に示すように、あらかじめ対象となる部分以外にレジストやＣＶＤ，スパッタリング，真空蒸着法といった方法で成膜されたＳｉＯｘや、ＳｉＮｘをからなるマスクＷＭを形成しておき、エッチングすることで、平板部分１１ａとその周囲の側壁部１１ｂとなる矩形の凹部を形成する。
その後、矩形の凹部の底面となる平板部分１１ａに実デバイス１２を作りこむ。
【００９１】
＜Ｓ３２．蓋部基板準備および絶縁膜形成工程＞
第１実施形態と同様に蓋部基板１４の材質はＳｉ、ガラス、石英、サファイア、Ａｌなどの金属板などが挙げられる。
まず蓋部基板１４の表面に電気絶縁膜１３Ａを形成する。具体的な電気絶縁膜１３Ａの材質としては、ＳｉＯｘやＳｉＮｘ、ＳｉＯｘＮｙ、ＡｌＯｘ等が挙げられ、ＣＶＤ，スパッタリング，真空蒸着法といった方法で成膜できる。材質がＳｉであれば熱酸化で形成されるＳｉＯｘや、熱窒化で形成されるＳｉＮｘとすることもできるが、材質がガラスなどの絶縁物の場合には、この絶縁膜形成工程は省略できる。
＜Ｓ３３．配線形成工程＞
第１実施形態と同様に電気絶縁膜１４Ａ上に電気抵抗体１６としてのフィラメントと、配線１７、出力パッド１８など必要な配線となるＰｔ薄膜細線を形成する。
【００９２】
＜Ｓ３４．貼り合わせ工程＞
第１実施形態と同様に電気抵抗体１６等の形成された蓋部基板１４および、デバイスが形成され、矩形にくり抜かれたデバイス側基板１１を減圧下でアライメントを取って貼り合わせる。または、減圧下で封止する。この貼り合わせの方法としては、従来からＭＥＭＳデバイス製造工程で多く用いられる陽極接合を適用することができる。
ここで、陽極接合の場合、蓋部基板１４とデバイス側基板１１とは、Ｓｉとガラスを用いる。この場合、どちらがＳｉでどちらがガラスでもよい。さらに、蓋部基板１４とデバイス側基板１１との接合前には、蓋部基板１４の接合領域となる部分において、出力配線部１７以外の部分で電気絶縁膜１３Ａを除去することが好ましい。
この方法においては、蓋部基板１４およびデバイス側基板１１を約３００℃〜５００℃で加熱し、材質がガラスである基板側に約１ｋＶ程度の電圧をかけ接合する。
【００９３】
この他にも、蓋部基板１４およびデバイス側基板１１が互いに接触する接合部分において、Ａｕ−Ａｕなどの金属接合、Ａｕ−Ｓｎなどの共晶接合も利用することができる。この場合、双方の基板が接触する接合部分にあらかじめ金属膜をスパッタリングや蒸着法およびメッキ方法にて形成を行い、接合することになる。
さらに、蓋部基板１４およびデバイス側基板１１としてＳｉを用いて、出力配線部以外の接合領域においてＳｉを露出させた後に、Ｓｉ−Ｓｉの直接接合を利用する、あるいは、Ｓｉ上の接合領域に熱酸化膜、ＣＶＤおよびスパッタリングといった方法を用いて設けたＳｉＯ２を成膜し、これらのＳｉＯ２−ＳｉＯ２によるＳｉ基板どうしの接合をおこなうことも可能である。また、ポリイミドを始めとする樹脂を接合面に設けて接合する技術も用いることができる。
【００９４】
なお、本実施形態の密閉型デバイス３０においては、図１４に示すように、デバイス１２の出力配線３７の一部および出力パッド３８を、蓋部基板１４の表面、つまり、圧力測定手段である圧力測定領域１３に対応する出力配線１７および出力パッド１８と同じ面に設けることができる。
【００９５】
この際、出力配線３７および出力パッド３８は、平面視して、デバイス１２に対して出力配線１７および出力パッド１８が延伸する方向と同じ向きにならないように、具体的には、ほぼ矩形とされるデバイス１２の異なる辺に対応する方向になるように設けられる。これにより、デバイス１２の出力配線３７および出力パッド３８と、圧力測定フィラメント１６の出力配線１７および出力パッド１８を、デバイス１２の同じ辺から取りださないことで、より確実に絶縁がとれるようになる。
【００９６】
また、本実施形態の密閉型デバイス３０においては、上述した第２実施形態と同様に、圧力測定手段である圧力測定領域２３、温度補償体２９、および、これに対応した出力配線２７、出力パッド２８を有する構成とすることが可能である。
【００９７】
以下、本発明に係る第４実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１５は、本実施形態における密閉型デバイスの一部を示すもので上述した第1実施形態における図２に対応する側断面図であり、図において、符号４０は、密閉型デバイスである。
【００９８】
本実施形態の密閉型デバイス４０が、図１〜図３に示した第１実施形態および図１２に示した第３実施形態と異なるのは、蓋部基板１４に代えて、平板部分１４ａに対応して基板１１と対向して略平行状態となる蓋部基板（蓋部平基板）１４Ａと、側壁部１４ｂに対応して蓋部基板１４Ａの基板１１側に位置し該蓋部基板１４Ａ縁部に周設されるように設けられた中間基板（側壁基板）１４Ｂと、平板状の基板１１とからなる点と、出力配線１７と出力パッド１８が蓋部基板１４側に設けられている点であり、これ以外の同等の構成要素に関しては第１実施形態および第３実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００９９】
中間基板（側壁基板）１４Ｂは、側壁部１４ｂに対応するように密閉空間１５を囲む側面を形成するように設けられている。
蓋部基板１４Ａと中間基板（側壁基板）１４Ｂと基板１１とが密着されることで密閉空間１５が形成されるとともに、密閉状態が維持されている。なお、中間基板１４Ｂの平面視した形状はデバイス領域１２を囲んで、密閉空間１５を形成可能であればどのような形状でもよい。
出力配線１７は、図１５に示すように、平板状の蓋部基板１４Ａ内表面に沿って延在する出力配線１７ａと出力配線１７ｃとからなり、この出力配線１７ｃにおいては、中間基板１４Ｂの蓋部基板１４Ａ側端部を貫通するように設けられている。
【０１００】
本実施形態における製造方法は、第３実施形態におけるデバイス側基板の作成工程Ｓ３１に代えて、
＜Ｓ４１．基板準備工程＞として、
第１実施形態に対応して、まず平板状の基板１１を準備し、実デバイス１２を作りこむ。
＜Ｓ４２．蓋部基板準備および絶縁膜形成工程＞
次いで、第３実施形態における蓋部基板準備および絶縁膜形成工程Ｓ３２と同様に、平板状の蓋部基板１４を準備し、電気絶縁膜１４Ａを形成する。
＜Ｓ４３．配線形成工程＞
第３実施形態における配線形成工程Ｓ３３と同様に、電気絶縁膜１４Ａ上に電気抵抗体１６としてのフィラメントと、配線１７、出力パッド１８など必要な配線となるＰｔ薄膜細線を形成する。
【０１０１】
＜Ｓ４４．中間基板作製工程＞
平板状の蓋部基板１４Ａとデバイス側基板１１を接合した際に密閉空間１５を形成可能な中間基板１４Ｂを準備する。中間基板１４Ｂは、デバイス領域１２を囲むように平面視して矩形あるいはリング状で、かつ、デバイス領域１２の高さ方向（基板１１厚さ方向）寸法と電気抵抗体１６の高さ方向寸法との和に対して充分な余裕を持ったスペーサとなるような高さ（厚み）寸法とされる。
中間基板１４Ｂの材質はＳｉ、ガラス、石英、サファイア、Ａｌなどの金属板などが挙げられ、機械加工やサンドブラスト、ドライエッチング法やウェットエッチング法を用いて枠型形状を得る。
例えばウェットエッチングやドライエッチングでは、あらかじめ対象となる部分以外にレジストやＣＶＤ，スパッタリング，真空蒸着法といった方法で成膜されたＳｉＯｘや、ＳｉＮｘをマスクしておき、エッチングする。
【０１０２】
＜Ｓ４５．貼り合わせ工程＞
電気抵抗体１６等が形成された平板状の蓋部基板１４Ａと、枠型の中間基板１４Ｂを、アライメントをとって貼り合わせ、その後、デバイスが形成された基板１１と減圧下でアライメントを取って貼り合わせる。または減圧下で封止する。
貼り合わせの方法としては、第１，３実施形態と同様にして、互いの基板が接触する接合部分において、Ａｕ−Ａｕなどの金属接合、Ａｕ−Ｓｎなどの共晶接合も利用することができる。この場合、双方の基板が接触する接合部分にあらかじめ金属膜をスパッタリングや蒸着法およびメッキ方法にて形成を行い、接合することになる。
【０１０３】
また、貼り合わせ面がＳｉとガラスとからなる場合は、従来からＭＥＭＳデバイス製造工程で多く用いられる陽極接合を適用することができる。
さらに、蓋部基板１４Ａと中間基板１４Ｂと基板１１として、全ての基材にＳｉを用いて、出力配線部以外の接合領域においてＳｉを露出させた後に、Ｓｉ−Ｓｉの直接接合を利用すること、あるいは、Ｓｉ上の接合領域に熱酸化膜、ＣＶＤおよびスパッタリングといった方法を用いて設けたＳｉＯ２を成膜し、これらのＳｉＯ２−ＳｉＯ２によるＳｉ基板どうしの接合をおこなうことも可能である。
他にも、ポリイミドを始めとする樹脂を接合面に設けて接合する技術も用いることができる。
【０１０４】
本実施形態においては、平板状の蓋部平基板１４Ａと矩形あるいはリング状の側壁基板１４Ｂと基板１１とを貼り合わせる構成としたので、蓋部基板１４に凹部を形成する加工工程や、基板１１に凹部を形成する加工工程に比べて、より容易に製造することが可能となる。
さらに、蓋部基板１４または基板１１を矩形にくり抜いてからデバイスやフィラメントを作成する場合には、コンタクト露光装置を用いてレジストパターニングすることになり、マスクとの距離が離れることにより精度が悪くなる可能性があるが、両者とも平坦な基板につくりこみ、貼り合わせ用に別途中間基板１４Ｂをもたせることで、精度低下を防止することができる。
【０１０５】
さらに、本実施形態においては、Ａｕ−Ａｕなどの金属接合を利用する際に、図１６に示すように、中間基板１４Ｂの全表面をＡｕで覆い、これを配線１７ｂ，３７ｂとして利用することもできる。この場合には、第１実施形態と同様に、基板１１表面に出力パッド１８を設けることもできる。
この場合、中間基板作製工程Ａ４４において、中間基板１４Ｂの形状を所望の状態に形成した後、その表面に配線１７ｂ，３７ｂを形成しておく。
【０１０６】
また、本実施形態の密閉型デバイス４０においては、上述した第２実施形態と同様に、圧力測定手段である圧力測定領域２３、温度補償体２９、および、これに対応した出力配線２７、出力パッド２８を有する構成とすることが可能である。
【０１０７】
以下、本発明に係る第５実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１７は、本実施形態における密閉型デバイスの一部を示すもので上述した第１実施形態における図２に対応する側断面図であり、図において、符号１０Ｃは、密閉型デバイスである。
【０１０８】
本実施形態の密閉型デバイス１０Ｃが、図２に示した第１実施形態と異なるのは、出力配線および出力パッドに関する点であり、これ以外の対応する構成要素に関しては同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１０９】
出力配線１７は、図１７に示すように、蓋部基板１４内表面に沿って電気抵抗体１６付近に延在する出力配線１７ｆと、出力配線１７ｆに接続するとともに蓋部基板１４の厚さ方向に貫通する出力配線１７ｇとを有し、出力配線１７ｇは、蓋部基板１４外表面に設けられた出力パッド１８ｈに接続されている。
出力配線１７は、出力配線１７ｆ、出力配線１７ｇが互いに接続されており、これらを介して密閉空間１５内の蓋部基板１４裏面に設けられた電気抵抗体１６と密閉空間１５外側の蓋部基板１４表面に設けられた出力パッド１８ｈとの間で通電可能とされ、密閉空間１５内から外への情報の出力が可能となっている。
基板１１Ａは、平面視して蓋部基板１４と同等の形状とされ、上述の各実施形態の蓋部基板１４および基板１１に対して、出力パッド１８が設けられていた領域がなく、より小型化されている。また、基板１１Ａと蓋部基板１４とは平面視して略同等の輪郭形状を有するものとされることができる。
【０１１０】
本実施形態における製造方法は、
＜Ｓ０１Ｃ．蓋部基板準備および蓋部基板作成工程＞として、
まず平板状の蓋部平基板１４を準備する。蓋部基板１４の材質はＳｉ、ガラス、石英、サファイア、Ａｌなどの金属板などが挙げられる。
蓋部基板１４に矩形の凹部を形成する（くり抜く）方法としては、ウェットエッチング、ドライエッチング、サンドブラスト、機械加工などがある。例えばウェットエッチングやドライエッチングでは、図１８（ａ）に示すように、準備した加工前のデバイス側基板Ｗ０に、図１８（ｂ）に示すように、あらかじめ対象となる部分以外にレジストやＣＶＤ，スパッタリング，真空蒸着法といった方法で成膜されたＳｉＯｘや、ＳｉＮｘをからなるマスクＷＭを形成しておき、エッチングすることで、図１８（ｃ）に示すように、平板部分１４ａとその周囲の側壁部１４ｂとなる矩形の凹部を形成する。
【０１１１】
＜Ｓ０２Ｃ．絶縁膜形成工程＞として、
次いで、図１８（ｄ）に示すように、蓋部基板１４の表裏面に電気絶縁膜１３Ａを形成する。具体的な電気絶縁膜１３Ａの材質としては、ＳｉＯｘやＳｉＮｘ、ＳｉＯｘＮｙ、ＡｌＯｘ等が挙げられ、ＣＶＤ，スパッタリング，真空蒸着法といった方法で成膜できる。材質がＳｉであれば熱酸化で形成されるＳｉＯｘや、熱窒化で形成されるＳｉＮｘとすることもできるが、材質がガラスなどの絶縁物の場合には、この絶縁膜形成工程は省略できる。
【０１１２】
＜Ｓ０３Ｃ．配線形成工程＞として、
蓋部平基板ウェーハＷ１１に、図１８（ｅ）に示すように、電気絶縁膜１３Ａ上に電気抵抗体１６としてのフィラメントや出力配線１７ｆであるＰｔ薄膜細線をリフトオフ法やエッチング法によって形成する。第１実施形態の配線形成工程Ｓ０３と同様にすることができる。
【０１１３】
＜Ｓ０４Ｃ．貫通配線工程＞
さらに、蓋部基板１４を貫通してＶＩＡとなる出力配線１７ｇを形成する。
まず、図１９（ｆ）に示すように、蓋部基板１４においてフィラメント１６とは反対の面で、出力パッド１８ｈと平面視して重なる位置（垂直の位置）に開口（抜き穴）ＶＭ１を持つドライエッチング用のマスクＶＭを形成する。このマスクＶＭはレジストやＣＶＤ，スパッタリング，真空蒸着法といった方法で成膜されたＳｉＯｘや、ＳｉＮｘなどが使用できる。
【０１１４】
蓋部基板１４の基材がＳｉの場合、図１９（ｇ）に示すように、ＤＲＩＥ（深掘り反応性イオンエッチング）法によりドライエッチングをおこなう。
ＤＲＩＥ（深掘り反応性イオンエッチング）法とは、保護膜形成用ガス（例えば、ＣＦ系のガス等）のプラズマ下で、基板全体に保護膜をつけ、その後、反応ガス（例えば、ＳＦ系ガス等）のプラズマ下で基板をエッチングする方法である。上記保護膜をつける工程及び基板のエッチング工程を繰り返し、側壁面を保護しながら垂直やテーパー形状にエッチングをおこなう。
次いで、エッチングにより出力配線１７ｇまで貫通した部分にＣＶＤ，スパッタリング，真空蒸着法といった方法で金属のシード層を１０ｎｍ〜５μｍ程度成膜し、その後メッキによってＣｕなどの金属を埋めこみ、図１９（ｈ）に示すように、貫通電極（出力配線）１７ｇを形成する。
【０１１５】
最後に、図１９（ｊ）に示すように、蓋部基板１４の裏面まで埋め込んだＣｕなどの金属である貫通電極（出力配線）１７ｇの上にリフトオフ法やドライ・ウェットエッチング法などで出力パッド１８ｈを作成する。
【０１１６】
＜Ｓ０５Ｃ．デバイス作成工程＞
基板ウェーハＷ１１全面において、第３実施形態と同様にデバイス領域１２のデバイスを基板１１表面に形成し、基板１１Ａを準備する。
【０１１７】
＜Ｓ０６Ｃ．貼り合わせ工程＞
電気抵抗体１６等の形成された蓋部基板１４と、デバイス１２が形成された基板１１Ａとを減圧下でアライメントを取って貼り合わせ、または、減圧下で封止し、密閉空間１５を形成する。
このとき、貼り合わせにおいて、蓋部基板１４およびデバイス側基板１１Ａが互いに接触する接合部分において、Ａｕ−Ａｕなどの金属接合、Ａｕ−Ｓｎなどの共晶接合も利用することができる。この場合、双方の基板が接触する接合部分にあらかじめ金属膜をスパッタリングや蒸着法およびメッキ方法にて形成をおこない、接合することになる。
【０１１８】
蓋部基板１４にガラスを用いた場合は陽極接合を用いることができる。接合前にはデバイス側基板１１Ａの接合領域において、出力配線部と接する以外の部分において、電気絶縁膜（酸化膜）１３Ａを除去することが好ましい。この方法においては、蓋部基板１４およびデバイス側基板１１Ａを約３００℃〜５００℃で加熱し、蓋部基板１４側に約１ｋＶ程度の電圧をかけ接合する。
さらに、蓋部基板１４およびデバイス側基板１１ＡとしてＳｉを用いて、出力配線部以外の接合領域においてＳｉを露出させた後に、Ｓｉ−Ｓｉの直接接合を利用する、あるいは、Ｓｉ上の接合領域に熱酸化膜、ＣＶＤおよびスパッタリングといった方法を用いて設けたＳｉＯ２を成膜し、これらのＳｉＯ２−ＳｉＯ２によるＳｉ基板どうしの接合をおこなうことも可能である。また、ポリイミドを始めとする樹脂を接合面に設けて接合する技術も用いることができる。このように、蓋部基板１４、基板１１Ａを貼り合わせて密閉型デバイス１０Ｃを形成する。
【０１１９】
本実施形態によれば、フィラメントと出力パッドを基板に対して垂直方向に配置し、基板内部に貫通電極を設けることでお互いにつなげることにより、密閉空間の外側にある出力パッドが、フィラメントもしくは実デバイスと同じ平面上に配置していたため、少なくとも平行方向に広がりが出てしまっていた従来のデバイスと比較して、チップ面積を全く変える事なく、圧力測定フィラメントを入れこむことができ、小型化を図ることが可能となる。また、基板１１Ａとしてより小さなデバイスとした状態で内部圧力を測定可能とすることができる。また、貼り合わせに際して、圧力測定領域１３からの出力配線を接合する必要がないため、配線導通の確実性を向上することができる。
【０１２０】
また、本実施形態の密閉型デバイス３０においては、上述した第２実施形態と同様に、圧力測定手段である圧力測定領域２３、温度補償体２９、および、これに対応した出力配線２７、出力パッド２８を有する構成とすることが可能である。
【実施例】
【０１２１】
＜実験例１＞
まず、 図１〜図３に示す密閉型デバイス１０を製造した。この際、基板１１上に密着層１３Ａとしての７ｎｍのＴａ上に、１６５ｎｍのＰｔとされる電気抵抗体１６を、幅１０μｍ、長さが２．１ｍｍで、約１４０Ωの抵抗を有するフィラメントとして設けた。その後基板１１と蓋部基板１４とを５×１０１Ｐａの減圧下で接合して密閉空間１５を形成した。
同様に基板１１と蓋部基板１４とを５×１０−１Ｐａ〜１×１０５Ｐａとなるように圧力状態を変化させて封止し密閉空間１５を形成したものも作成した。
【０１２２】
次いで、これらの密閉型デバイス１０および出力パッド１８に接続した温度補償体ＲＣを２５℃の高温槽に入れ、図４に示した回路における出力電圧値（Ｏｕｔｐｕｔ／Ｖ）を測定した。
その結果を図５に示す。
【０１２３】
図５は、封止した圧力と、ブリッジ回路の出力電圧値との関係を示すものであり、本実験例で作成したデバイスの場合、５×１０１Ｐａ程度の圧力以上から出力値が増加した。すなわち、出力パッド１８に温度補償体ＲＣを接続したプローブを接触させることで、さらに、密閉空間１５の圧力が５×１０１Ｐａから大気圧までの圧力値を具体的に測定することが可能であるということがわかった。
【０１２４】
さらに、図１〜図３に示す密閉型デバイス１０のデバイス領域１２に、２×１０３Ｐａ以下の圧力状態で正常動作する加速度センサを設けるとともに封止圧力を変化させた。またこのデバイスにおいて、密閉型デバイス１０および出力パッド１８に接続した温度補償体ＲＣを２５℃の高温槽に入れ、図４に示した回路における出力電圧値（Ｏｕｔｐｕｔ／Ｖ）を測定するとともに、加速度センサの動作確認をおこなった。
この結果を表１に示す。
【０１２５】
【表１】
【０１２６】
この結果から、チップ１および２に関しては、出力電圧値が０．１０Ｖ以下で、２×１０３Ｐａ以下の圧力が保持されていることがわかるとともに、動作確認した加速度センサの性能も正常動作していることがわかる。これに対し、出力電圧が０．１７Ｖであるチップ３では、保持されている圧力が高く加速度センサとしての性能も満たされていないことがわかる。したがって、出力電圧値が一定値以上となったデバイスを再検査要として、検品工程ではじくことが可能となる。この場合は出力電圧値の閾値を０．１Ｖに設定して、この値より高いか低いかで、検査結果を二値化することができる。
【０１２７】
＜実験例２＞
次いで、図６〜図９に示す密閉型デバイス２０を製造した。この際、基板１１上に１μｍの厚みを有するＳｉＯｘからなる電気絶縁膜２３Ｂを形成して浮膜２３Ｃ他とし、電気絶縁膜２３Ｂ上に、圧力計測用の電気抵抗体１６を幅５μｍ、長さ２．１ｍｍとして形成するとともに、温度補償体２９を幅５μｍ、長さ３１５ｍｍとして形成した。電気抵抗体１６の材料は、１０ｎｍのＴａＯｘを密着層として、これに２００ｎｍの厚さのＰｔを積層し、Ｐｔ／ＴａＯｘの積層体でフィラメントを作製した。これにより、圧力計測用の電気抵抗体１６は１２０Ω、温度補償体２９は１８ｋΩの抵抗値を有するものとした。
次いで、実験例１と同様に、基板１１と蓋部基板１４とを接合して密閉空間１５を形成し密閉型デバイス２０とした。
【０１２８】
次いで、これらの密閉型デバイス２０を２５℃の高温槽に入れ、図４に示した回路における出力電圧値（Ｏｕｔｐｕｔ／Ｖ）を測定した。
その結果を図１１に示す。
【０１２９】
図１１は、封止した圧力と、ブリッジ回路の出力電圧値との関係を示すものであり、本実験例で作成した密閉型デバイス２０の場合、８×１００Ｐａ程度の圧力以上から出力値が増加する。すなわち密閉空間１５において、８×１００Ｐａから大気圧までの圧力値を具体的に測定することが可能であるということがわかった。
【０１３０】
さらに、図６〜図９に示す密閉型デバイス２０のデバイス領域１２に、５×１０−２Ｐａ以下の圧力状態で正常動作する加速度センサを設けるとともに５×１０−３Ｐａの雰囲気で封止をおこなって、密閉型デバイス２０を２５℃の高温槽に入れ、図４に示した回路における出力電圧値（Ｏｕｔｐｕｔ／Ｖ）を測定するとともに、加速度センサの動作確認をおこなった。
この結果を表１に示す。
【０１３１】
【表２】
【０１３２】
この結果から、チップ４に関しては、出力電圧値が０．０００１３Ｖで、２×１０−２Ｐａ以下の圧力が保持されていることがわかるとともに、動作確認した加速度センサの性能も正常動作していることがわかる。同様に、チップ５に関しては、出力電圧値が０．００００２Ｖで、１×１０−２Ｐａ以下の圧力が保持されていることがわかるとともに、動作確認した加速度センサの性能も正常動作していることがわかる。これに対し、出力電圧が０．０００５７Ｖであるチップ６では、保持されている圧力が５．６×１０−２Ｐａと高く加速度センサとしての性能も満たされていないことがわかる。したがって、出力電圧値が一定値以上となったデバイスを再検査要として、検品工程ではじくことが可能となる。この場合は出力電圧値の閾値を０．０００２０Ｖに設定して、この値より高いか低いかで、検査結果を二値化することができる。
このように、本発明で示したように、減圧下でパッケージングされることで性能が満たされるセンサを作成する際に、密閉空間内に圧力測定用の抵抗体を設けることで、パッケージ内の圧力をチップ毎に検査することが容易に可能となり、デバイスの歩留まりを向上させることが可能となる。
【符号の説明】
【０１３３】
１０，２０…密閉型デバイス、１１…基板、１２…デバイス領域、１３，２３…圧力測定領域、１４…蓋部基板、１５…密閉空間、１６…電気抵抗体、１７，２７Ａ，２７Ｂ…出力配線、１８，２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ…出力パッド、２９…温度補償体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉型デバイスに用いて好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子（デバイス）は電気的情報を変換するために利用されている。近年、半導体製造技術を始めとする微細加工技術を利用して機械要素部品、センサ、アクチュエータ、電子回路といった構造を組み込まれたＭＥＭＳ（Micro electro mechanical system）と呼ばれるデバイスが多く開発されている。このＭＥＭＳデバイスでは、電気以外の情報を検出、解析することが可能となるため、その応用範囲は多岐にわたる。
【０００３】
最も多く利用されているＭＥＭＳデバイスの一つであるピエゾ抵抗型の加速度センサでは、デバイス内に作りこまれたダイヤフラム構造の位置変化をピエゾ抵抗素子によって検出し、電気回路によって増幅、計測する。同様に、ジャイロセンサや圧力センサも機械的な変化を電気的に検出するようなデバイスであり、また電磁気力を利用して物理的に接点を切り替える、微小機械スイッチを有するＲＦスイッチもＭＥＭＳデバイスとして広く利用されている。この他にもインクジェットヘッドや生物学的な情報を解析するためのマイクロアレイもＭＥＭＳデバイスの一つである。
【０００４】
これらデバイスは、ウェーハ内に微細加工技術により多数のデバイスを作製する事が可能であり、高集積化する事が容易である。つまりは、機械要素部と電気要素部とを同一デバイス内に作りこむ事ができ、さらには微小な構造であるためにそのデバイスの精度（センサでは検出精度）の向上、信頼性の向上（高寿命）、そして省エネルギー化を図る事が可能となる。
【０００５】
一方で、上記したような機械的ならびに電気的な特性変化を利用するMEMSセンサの場合、周囲の影響を受けやすいという欠点がある。例えば、加速度センサ、ジャイロセンサ、圧力センサのように可動部（駆動部）の微小な変位量を電気的に検出するようなデバイスでは、可動部雰囲気である圧力ならびに温度に大きく影響されてしまう。また、電気的に検出するデバイスにおいては、温度変化によってその電気特性が変化してしまい、性能に影響を与える。
【０００６】
そこで多くのMEMSデバイスでは、一定の減圧下で密閉（パッケージ）することでこれを解決している。つまりは、デバイスの基本的な機能を担う要素部を有するデバイスウェハに加え、一定の空間を有するパッケージウェハを減圧下で接合、密閉することで、最終的なデバイス構造をなっている。また、上記したデバイスの他にも水晶振動子や弾性表面波フィルタ、ＬＳＩなどデバイスにおいても性能劣化を防止することを目的として減圧下でのパッケージが用いられている。つまり、密閉型デバイスにおいては、パッケージ内の圧力はデバイス性能を大きく左右するため、これを検知することは非常に重要である。
【０００７】
このような密閉型デバイスにおいて、パッケージ内の圧力を確認・検査するためによく使われている方法として、デバイスを加圧されたＨｅもしくは液体中に入れた後にデバイスを破壊してデバイス内に流入したＨｅや液体量を測定することでリークの有無を検査する方法がある。しかしこの方法ではデバイスそのものを破壊することが必要であるため、デバイス製造最終の検査工程などでは、任意に抽出した一部のデバイスしか検査できず、全数検査をおこなうことはできない。このため、不良品を見逃す可能性が高かった。
【０００８】
この問題に対応した非破壊検査として、Ｈｅで加圧されたチャンバにデバイスを保持し、その後に減圧したチャンバに入れた際のＨｅの漏れ量をリークディテクタで測定するボンビング法が考案され、広く用いられている。（特許文献１)。
【０００９】
その他の非破壊検査としては、デバイス内に圧力センサとして圧電振動子を入れた構造とし、Ｈｅで加圧されたチャンバに入れリークを促進し、圧電振動子の共振周波数の変化（Ｑ値）で圧力を読み取り、リークの有無を検査する方法が考案されている。（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−０５３１０６号公報
【特許文献２】特開２００９−２２２６９３号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】H. W. van Zeijl (Delft University, NL), "Electrical Overlay and linewidth measurements for through wafer interconnect", 21st IEEE International Conference on Microelectronic Test Structures (ICMTS), tutorial session 2, 25-28, Mar. Edinburgh, UK (2008).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、特許文献１に提案されているボンビング法では、少なくとも２つの圧力の異なるチャンバにデバイスを出し入れする必要がある。そのため、全数のデバイスを個々に検査するためには、サイズの小さいデバイスを扱う上では操作性に問題があると同時に、検査に時間がかかってしまう。さらに、デバイスの密閉されている空間は微少容積であるため、単一デバイスでの浸入したＨｅの漏れ量を検出するためには、高精度の検出方法が求められる。
したがって、このボンビング法においてはデバイスに切り出す前のウェーハ形態での検査が目的となっている場合が多く、どのデバイスで漏れが発生しているのかを特定するのは困難であった。さらに、この方法による検査は、加圧および減圧をおこなう真空チャンバが必要なことや極めて高精度のリークディテクタが必要であり、設備コストが高くなる。
【００１３】
そこで、ウェーハ全体での検査ではなく個々のデバイスにおいてパッケージ性能を検査するために、特許文献２、非特許文献１のような方法が提案されている。これら文献に記載の方法は、デバイス内に圧電振動子を組込み、Ｈｅで加圧されたチャンバに入れることでリークを促進した際の圧力変化を圧電振動子の共振周波数（Ｑ値）の変化から読み取ることで、パッケージ性能を検査する方法である。
【００１４】
しかしながら、この方法で用いられている圧電素子を用いた真空度の計測では、計測可能な圧力領域は１０００Ｐａ以上であり（非特許文献２参照）、それ以下の圧力でパッケージされて性能が保証されるようなデバイスでは用いることはできない。また、圧電振動子の共振周波数は温度に対して非常に敏感であり、その周波数変化を補償するために様々な工夫が必要である。さらに、デバイスのパッケージ内部に圧電振動子を作り込むには、複雑な構造が必要であり、適応可能なデバイス構造が限定されてしまうという問題が生じる。
【００１５】
このように、一定の減圧下で密閉されているデバイスの検査工程において不良品を確実に検出することでデバイス製造における歩留まりを向上するために、デバイスのサイズを小さく保ったまま、ウェーハ内にあるデバイスの全数に対して圧力測定を必要な感度で簡易におこなうことを低コストで実現することが必要とされている。
【００１６】
さらに、圧力を測定する部分（フィラメント）をデバイス側に形成すると、その分面積が増えてしまうため、1枚のウェーハから作成できるチップの数が少なくなりコスト増大を招くことや、従来デバイス側には面積の余裕がないため素子の大型化を来さないで圧力測定する部分（フィラメント）を組み込むことができないということを解決したいという要求があった。
【００１７】
また、デバイスと圧力を測定する部分（フィラメント）を同一基板に形成した際には、デバイスと圧力を測定する部分との形成工程において、すでに形成された部分が、後工程における製造プロセスに耐性を持たない可能性がある。例えば、デバイスを先に作った場合、フィラメントを作る際のドライエッチングやスパッタなどによる流熱に耐えられない、つまり、これらの処理によって当初の特性を維持できないなどという問題があった。
【００１８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、以下の目的を達成しようとするものである。
１．一定の減圧下でパッケージされたＭＥＭＳデバイスにおいて、密閉された空間の圧力をデバイス一つ一つに対して容易に測定する事ができること。
２．パッケージの密閉性での不良品を低減可能とし、歩留まりの向上を図ること。
３．デバイス動作の信頼性を向上すること。
４．デバイス製造プロセスに対して干渉しないこと。
５．製造コストの削減を図ること。
６．周囲の温度にかかわらず測定可能とすること。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の密閉型デバイスは、基板と該基板に対向する蓋部基板とによって内部に密閉空間を形成する密閉空間形成部と、前記密閉空間内となる前記基板上に設けられたデバイス部と、前記密閉空間内となる前記蓋部基板に設けられて前記密閉空間内の圧力を測定するための電気抵抗体を有する圧力測定部と、前記電気抵抗体に通電するとともに前記密閉空間外部と接続する出力配線と、該出力配線に接続された出力パッドとを有することにより上記課題を解決した。
本発明は、前記圧力測定部において、前記電気抵抗体が前記密閉空間内の気体と熱交換を行って、前記電気抵抗体の熱損失量から前記密閉空間内の気体の圧力測定可能とされてなることが可能である。
本発明の前記デバイス部と前記圧力測定部とが、平面視して少なくとも重複する部分を有する位置に設定されてなることができる。
本発明は、前記出力パッドが前記基板上に設けられるとともに、前記蓋部基板の周縁部分で前記基板側に突出した側壁部を貫通するように前記出力配線が設けられてなる手段か、または、前記出力パッドが前記蓋部基板外表面に設けられ、前記蓋部基板を貫通するように前記出力配線が設けられてなる手段を選択することができる。
前記圧力測定部が、前記電気抵抗体を表面に配置して前記蓋部基板の穴部を跨ぐように形成された浮膜と、
前記浮膜を囲むように前記蓋部基板の表面に形成された周辺膜と、
前記浮膜の中心を挟んで対称に配置され、前記浮膜の外周を前記周辺膜に連結する一対の連結膜と、を備え、
前記電気抵抗体の両端部が、前記一対の連結膜の表面を通って、前記周辺膜の表面に形成された電極に引き出されている手段を採用することができる。
本発明の前記圧力測定部が、所定の圧力閾値に対して前記密閉空間内部における圧力状態を二値化して外部に出力可能とされていることが好ましい。
本発明は、前記電気抵抗体の周辺温度の変化を補償する温度補償体が、前記周辺膜の表面に形成され、
前記電気抵抗体と前記温度補償体との間における前記周辺膜に、溝部が形成されていることができる。
【００２０】
本発明によれば、デバイス部の密閉される密閉空間内に電気抵抗体（ピラニセンサのフィラメント部分）のみを入れ、内部の圧力を測定する構造としたことにより、圧力を制御してリークさせるため制御の複雑な複数の密閉系を用いることなく、微少なリークが存在することを検知することが可能となる。これにより、多くは減圧状態となっているデバイスの密閉空間のリークが存在する、すなわち、デバイスの動作不良を精度良く判別することができる。
同時にまた、ウェーハ状の（ダイシングしていない）複数のデバイスであっても、個別に切断されたデバイスであっても、その状態に関係なく密閉空間の圧力を測定することが可能となる。
さらに、デバイス製造工程の最終段階である検査工程のみならず、出荷後等に一定期間使用したデバイスであっても、その時期にかかわらず、デバイスの密閉空間の圧力を測定し、内部状態の検知をおこなうことが可能となる。
【００２１】
本発明は、具体的には、減圧下にパッケージされたデバイス密閉空間内に位置する蓋部基板上に金属フィラメントを作り込み、この金属フィラメントの抵抗値の変化によってパッケージ内の密閉性検査する方法を提供する。原理としては、真空系として多く用いられているピラニセンサと同様の測定形式を用いることができる。これにより、前記デバイスが設けられた前記基板上のデバイス部と、前記圧力測定手段が設けられた前記蓋部基板上の圧力測定部とが、平面視して少なくとも重複する部分を有する位置に設定することなどにより、もともとのデバイスに必要な基板面積に対して余計な部分を追加する必要がないため、デバイスのサイズを小さく保ったまま内部圧力測定をおこなうことができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ウェーハ内に作られたデバイス全数に対して低コストで簡易に真空度が測定できるため不良品が低減でき、メンテナンス時いつでも測定できる上、デバイス内における真空度の経時変化も測定できるとともに、リークのみならずデバイス構造体からの放出ガスによる圧力上昇も測定できるという効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る密閉型デバイスの第１実施形態における平面位置関係を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線における側断面図である。
【図３】図１の圧力測定領域を示す拡大平面図である。
【図４】圧力測定用のブロック回路を示す回路図である。
【図５】本発明に係る密閉型デバイスの第１実施形態における実験例を示すグラフである。
【図６】本発明に係る密閉型デバイスの第２実施形態における平面位置関係を示す平面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ線における側断面図である。
【図８】図６の圧力測定領域を示す拡大平面図である。
【図９】図８のＢ−Ｂ線における側断面図である。
【図１０】本発明に係る密閉型デバイスの第２実施形態における製造工程を示す図である。
【図１１】本発明に係る密閉型デバイスの第２実施形態における実験例を示すグラフである。
【図１２】本発明に係る密閉型デバイスの第３実施形態を示す側断面図である。
【図１３】本発明に係る密閉型デバイスの第３実施形態における製造工程を示す側図である。
【図１４】本発明に係る密閉型デバイスの第３実施形態の他の例を示す側断面図である。
【図１５】本発明に係る密閉型デバイスの第４実施形態を示す側断面図である。
【図１６】本発明に係る密閉型デバイスの第４実施形態の他の例を示す側断面図である。
【図１７】本発明に係る密閉型デバイスの第５実施形態を示す拡大側断面図である。
【図１８】本発明に係る密閉型デバイスの第５実施形態における製造工程を示す図である。
【図１９】本発明に係る密閉型デバイスの第５実施形態における製造工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る第１実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
図１は、本実施形態における密閉型デバイスの平面位置関係を示す一部を透視した平面図であり、図２は、本実施形態における密閉型デバイスを示すもので図１のＡ−Ａ線における側断面図であり、図３は、本実施形態における密閉型デバイスの圧力測定領域を示す拡大平面図であり、図において、符号１０は、密閉型デバイスである。
【００２５】
本実施形態の密閉型デバイスは、基板（密閉空間形成部）１１表面にはデバイス領域（デバイス部）１２が設けられ、これを囲むように蓋部基板（密閉空間形成部）１４によって覆われて密閉されている。基板１１表面と対向する蓋部基板１４裏面には、圧力測定領域（圧力測定部）１３が設けられ、これらデバイス領域１２と圧力測定領域１３とは、平面視して重なる部分を有する位置となるように基板１１および蓋部基板１４表面上にそれぞれ配置されるとともに、基板１１と蓋部基板１４との間に形成された密閉空間１５の内部に位置されている。
密閉空間１５は、基板１１と対向して略平行状態となる蓋部基板１４の平板部分１４ａと、平板部分１４ａ縁部に周設されるように基板１１側に突出した側壁部１４ｂと、基板１１表面とで囲まれて形成され、側壁部１４ｂの下端部と基板１１表面とが密着されることで密閉状態が維持されている。
【００２６】
デバイス領域１２には、ジャイロセンサやＲＦスイッチなど可動構造を有して機械的な変化の検出および駆動を利用しているデバイスの可動部が設けられている。
具体的には、振動型ジャイロスコープは、一定方向に振動する物体に角速度が加わるとその物体の振動方向と回転軸のそれぞれに直交する方向にコリオリ力が働くことを利用し、そのコリオリ力を検出して角速度を測定している。振動子にはビーム型や音叉型などの種類があり、その動きを妨げないためや、温度依存性を減少させるために減圧雰囲気にしている。
【００２７】
圧力測定領域１３の表面、つまり、蓋部基板１４裏面の一部領域または密閉空間１５の境界となっている全領域には、電気絶縁膜１３Ａが形成され、この電気絶縁膜１３ＡはＳｉＯｘやＳｉＮｘ、ＳｉＯｘＮｙ、ＡｌＯｘ等からなるものとすることができる。
【００２８】
圧力測定領域１３の電気絶縁膜１３Ａ表面には、圧力測定手段としてのピラニセンサのうち、フィラメントに相当する電気抵抗体１６が形成され、この電気抵抗体１６が密閉空間１５内の気体と熱交換を行って電気抵抗体１６の熱損失量から密閉空間１５内の気体圧力を測定可能とされてなる。電気抵抗体１６は、Ｐｔからなるフィラメントとされるが、プラチナに限らず、Ａｕ，Ａｌ等からなるフィラメントとし、これらを形成する下地となる密着層としてＣｒ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｔａおよびこれら金属の酸化物、具体的にはＴｉＯｘ，ＴａＯｘ，ＮｉＯｘとの積層体としてもよい。
【００２９】
電気抵抗体１６は、上述した金属材料からなる細線を、蛇腹状等にパターニングして形成されている。蛇腹状とすることにより細線の長さが増加するので、電気抵抗体１６の抵抗値を調整することが可能になり、また被測定ガスとの熱交換をおこなう表面積を確保することが可能になる。
【００３０】
電気絶縁膜１３Ａは、厚さ５〜１０ｎｍ程度、電気抵抗体１６は、厚さ１６０〜１７０ｎｍ程度とし、電気抵抗体１６の長さを２〜３ｍｍとして１００〜２００Ω程度の抵抗体とすることができる。なお、図１および図２においては、電気絶縁膜１３Ａは省略してある。
【００３１】
圧力測定領域１３の周辺となる蓋部基板１４裏面には、電気抵抗体１６に通電する一対の出力配線１７が接続され、この出力配線１７は、密閉空間１５の外側となる基板１１表面上の外部位置に設けられた出力パッド１８にそれぞれ接続されている。
出力配線１７は、図１、図２に示すように、蓋部基板１４の平板部分１４ａ内表面に沿って延在する出力配線１７ａと、側壁部１４ｂの内表面に沿って延在する出力配線１７ｂと、基板１１表面に沿って延在する出力配線１７ｃとからなり、この基板１１表面の出力配線１７ｃにおいては、側壁部１４ｂの下端部分を貫通するように設けられている。
出力配線１７は、出力配線１７ａ、出力配線１７ｂ、出力配線１７ｃが互いに接続されており、これらを介して密閉空間１５内の蓋部基板１４裏面に設けられた電気抵抗体１６と密閉空間１５外側の基板１１表面に設けられた出力パッド１８との間で通電可能とされ、密閉空間１５内から外への情報の出力が可能となっている。
これら電気抵抗体１６、出力配線１７、出力パッド１８は、圧力測定手段を構成している。
【００３２】
電気抵抗体１６の抵抗値Ｒに電流Ｉを流した際に発生する熱量Ｑは、電気抵抗体１６に被測定ガスが接触し熱交換によって奪う熱量Ｑｇ、フィラメントから構造を介した熱伝導量Ｑｗ、ならびに輻射によって奪われる熱量Ｑｒの和に相当し、次式が成り立つ。
Ｑ ＝ Ｑｇ ＋ Ｑｗ ＋ Ｑｒ ＝ Ｉ２Ｒ ・・・ （１）
ここで、Ｉは電気抵抗体１６を流れる電流、Ｒは電気抵抗体１６の抵抗値である。電気抵抗体１６において気体分子との熱交換によって奪われる熱量Ｑｇは、次式で表される。
【００３３】
Ｑｇ＝Ｋｃ（Ｔｆ−Ｔｗ）Ｐ ・・・ （２）
ここで、Ｋｃは被測定ガスにより輸送される熱量の熱伝導係数、Ｔｆは電気抵抗体１６の温度、Ｔｗは電気抵抗体４０の雰囲気温度（室温）、Ｐは被測定ガスの圧力である。
【００３４】
数式（１）において、電気抵抗体１６の温度Ｔｆと雰囲気温度（室温）Ｔｗの差（Ｔｆ―Ｔｗ）が一定に保たれている場合、構造に依存した熱流出量であるフィラメントから構造を介した熱伝導量Ｑｗならびに輻射によって奪われる熱量Ｑｒは一定となる。つまり、（Ｔｆ―Ｔｗ）が一定の状態では、数式（２）に示したように圧力Ｐは電気抵抗体１６における気体分子との熱交換によって奪われる熱量Ｑｇと比例関係にあり、圧力Ｐを算出することができる。
【００３５】
実際の圧力測定においては、電気抵抗体１６の温度Ｔｆとその雰囲気温度（室温）Ｔｗの差（Ｔｆ―Ｔｗ）を一定にするように電流Iを調整してことで、その際の出力電圧値から圧力換算する。具体的には、図４に示すブリッジ回路内のＲｆにデバイス１０の密閉空間１５内に作製された電気抵抗体１６を組み込むことで計測される。
【００３６】
このブリッジ回路において、図１〜図３に示した引き出し電極の出力パッド１８が電極ＴＣおよび電極ＴＤに相当する。本実施形態の場合、抵抗ＲＣは、図１〜図３に図示していないが、白金線の抵抗体とされて、密閉型デバイス１０の外に設け計測をおこなう。具体的には、出力パッド１８に接触させる測定用のプローブに接続するように設けることが可能である。
【００３７】
つまりは、図４の回路内における電極ＴＣと電極ＴＤとの間における電位差Ｖが０（ゼロ）となるように動作させることで、（Ｔｆ―Ｔｗ）が一定となるように電気抵抗体１６を流れる電流Ｉを調整でき、その際の出力電圧値から真空度が求められる。なお、図４の抵抗体Ｒｃの抵抗値は、電気抵抗体１６より充分大きいものが好ましい。これは、抵抗体ＲＣに流れる電流が微小となり、回路を動作させた際の自己発熱量を抑えることができるからである。
【００３８】
（製造方法）
次に、本実施形態に係る密閉型デバイス１０のピラニセンサ部分の製造方法について説明する。
【００３９】
ここでは、素子の数μｍレベルの微細化に有利な電気機械システム（Micro Electro Mechanical System；ＭＥＭＳ）技術を用いて、マイクロピラニセンサを形成する。ＭＥＭＳ技術とは、金属の蒸着やスパッタリング法などを用いる成膜技術や、基板上に数μｍレベルのパターンを作製することができるリソグラフィ技術、さらには金属や半導体、酸化物などの膜を酸性やアルカリ性のエッチング溶液や、気体の放電現象により発生するイオンの化学反応を用いて、部分的に取り除くエッチング技術などを用いて、３次元構造の素子を基板上に多数作製するものである。
【００４０】
以下には、ジャイロセンサやＲＦスイッチなど稼動部を持つＭＥＭＳデバイスで、減圧下でパッケージ（真空パッケージ）するデバイス内に気体が衝突することによって持っていく熱量を測定することで真空度を測定するためのフィラメント（電気抵抗体）１６を有する圧力測定領域１３部分（ピラニセンサ部分）を形成する方法のみを記載する。したがって、必要があれば蓋部基板１４に形成される他のデバイスなどの作製工程にあわせて次の各工程を組み合わせてもよい。
【００４１】
＜Ｓ０１．蓋部基板準備および蓋部基板作成工程＞
蓋部基板１４の材質はＳｉ、ガラス、石英、サファイア、Ａｌなどの金属板などが挙げられる。
まずは、デバイス側と貼り合わせて密閉空間１５を持たせるために、蓋部基板１４側を矩形にくりぬいて側壁部１４ｂを形成する。
所定の密閉空間１５および気体流路構造を形成可能とするために、レジストパターニング後に、ウェットおよびドライプラズマエッチング、もしくは、ブラスト処理によって図２に示すような蓋部基板１４を作成する加工をおこなう。具体的には、基板１１と対向して略平行状態となる平板部分１４ａと、平板部分１４ａ縁部に周設されるように基板１１側に突出した側壁部１４ｂとが形成されるようにする。
【００４２】
＜Ｓ０２．絶縁膜形成工程＞
次いで、蓋部基板１４裏面に電気絶縁膜１３Ａを形成する。具体的な電気絶縁膜１３Ａの材質としては、ＳｉＯｘやＳｉＮｘ、ＳｉＯｘＮｙ、ＡｌＯｘ等が挙げられ、ＣＶＤ，スパッタリング，真空蒸着法といった方法でなどで成膜することができる。また蓋部基板１４がＳｉからなる基体であれば熱酸化で形成されるＳｉＯｘや熱窒化で形成されるＳｉＮｘとすることもできる。また、蓋部基板１４がガラス，石英，サファイア，マイカなどの絶縁物の場合はこの絶縁膜形成工程は省略することができる。
【００４３】
＜Ｓ０３．配線形成工程＞
電気絶縁膜１３Ａ上に電気抵抗体１６としてのフィラメントと、出力配線１７ａ他の配線であるＰｔ薄膜細線をリフトオフ法やエッチング法によって形成する。
【００４４】
リフトオフ法で作製する場合は、あらかじめ蓋部基板１４の上にフォトレジストのパターニングをおこなう。フォトレジストは、液状の場合スピンコート、スプレーコートおよびディップコート等の手段によって塗布をおこなう。フィルム状レジストの場合は蓋部基板１４にラミネートしベークすることで蓋部基板１４にコートする。レジストコート基板は露光工程および現像工程によってパターニングをおこなう。また、レジストによっては特に化学増幅系のレジストにおいてはＰＥＢと呼ばれる露光後の過熱が必要となる。またパターニング後に、レジストの密着性を向上させるための加熱も必要に応じておこなう。
【００４５】
これによって、フィラメント（電気抵抗体）１６や電極引き出し用の出力配線１７のうち蓋部基板１４裏面に設ける出力配線１７ａ部分および側壁部１４ｂ内表面に設ける出力配線１７ｂ部分の金属配置部位を除く領域にレジストが設けられる。この上から真空蒸着法、スパッタリング法といった成膜手段によって１０ｎｍのＴａおよび１６０ｎｍのＰｔの成膜をおこなう。
最後に、レジストをアセトン、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）およびアルコール系等の有機溶媒によって剥離することで、レジスト上に成膜されたＰｔおよび密着層も剥離され、レジストのパターンと反転したＰｔ配線パターンが得られる。
【００４６】
エッチングを用いた方法ではではあらかじめ密着層であるＴａとＰｔを所定の膜厚で成膜、その上にレジストのパターニングをおこなう。その後、Ａｒ、Ｃｌ系（Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＣＣｌ４）、ＣＦ系（ＣＦ４，Ｃ３Ｆ８，Ｃ４Ｆ８，ＣＨＦ３，Ｃ２Ｆ６）、Ｆ系（ＳＦ６，ＳｉＦ４）のガスおよびこれらの混合ガスなどを用いたプラズマエッチング法をおこなうことで、レジストの備わっていない領域のＴａおよびＰｔ膜を選択的に除去し、所定のパターンを有する形状を得ることができる。
【００４７】
＜Ｓ０４．デバイス作成工程および基板配線形成工程＞
所定の機能を有するデバイスを基板１１表面のデバイス領域１２に形成する。基板１１表面に設ける出力配線１７ｃ部分および出力パッド１８となる部分を同時に形成する。これは、フォトレジスト工程等、デバイス製造における対応する工程において、同時に形成する。
【００４８】
＜Ｓ０５．貼り合わせ工程＞
電気抵抗体１６等の形成された基板１１および蓋部基板１４を減圧下でアライメントを取って貼り合わせる。または、減圧下で封止する。この貼り合わせの方法としては、従来からＭＥＭＳデバイス製造工程で多く用いられる陽極接合を適用することができる。
陽極接合の場合、基板１１にはガラスを用いる。さらに、接合前には蓋部基板１４との接合領域において電気絶縁膜（酸化膜）１３Ａを除去することが好ましい。この方法においては、基板１１および蓋部基板１４を約３００℃〜５００℃で加熱し、基板１１側、蓋部基板１４側に約１ｋＶ程度の電圧をかけ接合する。
【００４９】
この他にも、基板１１および蓋部基板１４が互いに接触する接合部分において、Ａｕ−Ａｕなどの金属接合、Ａｕ−Ｓｎなどの共晶接合も利用することができる。この場合、基板１１および蓋部基板１４が互いに接触する接合部分に、あらかじめ金属膜をスパッタリングや蒸着法およびメッキ方法にて形成を行い接合することになる。この場合、出力配線１７上もしくはその部分と接合される蓋側にＳｉＯ２等の絶縁膜を形成しておく。
さらに、基板１１および蓋部基板１４としてＳｉを用いて、あらかじめ接合領域としてＳｉを露出させた後に、Ｓｉ−Ｓｉの直接接合を利用する、あるいは、Ｓｉ上の接合領域に熱酸化膜、ＣＶＤおよびスパッタリングといった方法を用いて設けたＳｉＯ２を成膜し、これらのＳｉＯ２−ＳｉＯ２によるＳｉ基板どうしの接合をおこなうことも可能である。また、ポリイミドを始めとする樹脂を接合面に設けて接合する技術も用いることができる。
【００５０】
本実施形態においては、従来からある密閉型デバイスの蓋部基板１４裏面に電気抵抗体１６と出力配線１７ａ，１７ｂを、また、基板１１表面に、出力配線１７ｃ、出力パッド１８等の金属配線を追加することだけで、簡便に密閉型デバイス１０内部の圧力状態を測定し、内部状態を判別することが可能となる。
これにより、製造最終工程において、非破壊検査として、作業時間を短縮し、ハンドリング性を良好とし、不良品の検品率を向上し、デバイス製造工程を低減することが可能な密閉型デバイスを提供することができる。
【００５１】
また、デバイス領域１２に設けられるデバイスが自身の駆動により発熱するデバイスであった場合でもこのデバイス領域１２のある基板１１に対して密閉空間１５の対向する側である蓋部基板１４裏面に電気抵抗体１６が設けられているためこのデバイスからの熱伝導経路を長くしてデバイス発熱による圧力測定への影響を低減することができより正確な圧力測定が可能となる。
さらに、基板１１のデバイス製造工程とは別に圧力測定手段を形成することができるので、デバイスに対する設計自由度を阻害することがない。同時に、圧力測定手段を形成した蓋部基板１４のみで、性能検査をおこなって不良品を排除した後に、良品と判定された蓋部基板１４のみ基板１１と貼り合わせすることにより、より一層歩留まりを向上することが可能となる。
【００５２】
さらに、電気抵抗体１６などの圧力測定部を平板部分１４ａではなく密閉空間に面した側壁部１４ｂに形成することもできる。この場合、デバイス部と、前記圧力測定部とが、平面視して重複する部分はないが、同様にデバイス自体の小型化を図ることができる。
【００５３】
以下、本発明に係る第２実施形態を、図面に基づいて説明する。
図６は、本実施形態における密閉型デバイスの平面位置関係を示す一部を透視した平面図であり、図７は、本実施形態における密閉型デバイスの一部を示すもので図６のＢ−Ｂ線における側断面図であり、図８は、本実施形態における密閉型デバイスの圧力測定領域を示す拡大平面図であり、図９は、本実施形態における密閉型デバイスの圧力測定領域を示すもので図８のＣ−Ｃ線における側断面図であり、図において、符号２０は、密閉型デバイスである。
【００５４】
本実施形態の密閉型デバイス２０が、図１〜図３に示した第１実施形態と異なるのは、圧力測定手段である圧力測定領域２３、温度補償体２９、および、これに対応した出力配線２７、出力パッド２８にかかる部分であり、これ以外の同等の構成要素に関しては第１実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５５】
本実施形態において圧力測定領域２３は、図６〜図９に示すように、第１実施形態と同様、密閉空間１５の内部で基板１１表面と対向する蓋部基板１４裏面に、平面視してデバイス領域１２と重なる部分を有する位置となるように設けられるとともに、圧力測定領域２３に隣接する蓋部基板１４裏面には、密閉空間１５の内部に温度変化を補償するための抵抗体である温度補償体２９が設けられる。
電気抵抗体１６を有する圧力測定領域２３および温度補償体２９は蓋部基板１４裏面の近傍となるように設けられる。
温度補償体２９は、電気抵抗体１６と同様に平面状に蛇腹形に折りたたまれて設置面積を小さくし、かつ抵抗値を高くするように配置されている。
【００５６】
電気抵抗体１６は、出力配線２７Ａを介して密閉空間１５の外側に接続されており、出力配線２７Ａには密閉空間１５外に位置する出力パッド２８Ａ、出力パッド２８Ｂが接続されている。出力パッド２８Ｂには、出力配線２７Ａとは別に出力配線２７Ｂが接続され、この出力配線２７Ｂは密閉空間１５内側の温度補償体２９の一端に接続されている。温度補償体２９の他端には、もう一つの出力配線２７Ｂを介して密閉空間１５外側の出力パッド２８Ｃに接続されている。
出力パッド２８Ａ、出力パッド２８Ｂ、出力パッド２８Ｃはいずれも基板１１表面に設けられている。
【００５７】
出力配線２７Ａは、図６、図７に示すように、蓋部基板１４の平板部分１４ａ内表面に沿って延在する出力配線２７Ａａと、側壁部１４ｂの内表面に沿って延在する出力配線２７Ａｂと、基板１１表面に沿って延在する出力配線２７Ａｃとからなり、この基板１１表面の出力配線２７Ａｃにおいては、側壁部１４ｂの下端部分を貫通するように設けられている。
出力配線２７Ａは、出力配線２７Ａａ、出力配線２７Ａｂ、出力配線１２７Ａｃが互いに接続されており、これらを介して密閉空間１５内の蓋部基板１４裏面に設けられた電気抵抗体１６と、密閉空間１５外側の基板１１表面に設けられた出力パッド２８Ａまたは出力パッド２８Ｂとの間で通電可能とされる。
【００５８】
同様に、出力配線２７Ｂは、図６、図７に示すように、蓋部基板１４の平板部分１４ａ内表面に沿って延在する出力配線２７Ｂａと、側壁部１４ｂの内表面に沿って延在する出力配線２７Ｂｂと、基板１１表面に沿って延在する出力配線２７Ｂｃとからなり、この基板１１表面の出力配線２７Ｂｃにおいては、側壁部１４ｂの下端部分を貫通するように設けられている。
出力配線２７Ｂは、出力配線２７Ｂａ、出力配線２７Ｂｂ、出力配線１２７Ｂｃが互いに接続されており、これらを介して密閉空間１５内の蓋部基板１４裏面に設けられた温度補償体２９と、密閉空間１５外側の基板１１表面に設けられた出力パッド２８Ｂまたは出力パッド２８Ｃとの間で通電可能とされる。
【００５９】
圧力測定領域２３には、蓋部基板１４裏面にキャビティとなるキャビティ凹部２３Ａが密閉空間１５に開口状態として設けられ、このキャビティ凹部２３Ａの一部を含んで蓋部基板１４裏面に電気絶縁膜２３Ｂが設けられている。電気絶縁膜２３Ｂの構成材料として、酸化シリコンや窒化シリコン等の熱伝導率が低い材料を採用することが望ましい。
電気絶縁膜２３Ｂの厚さは、例えば１〜２μｍ程度に形成されている。蓋部基板１４のキャビティ凹部２３Ａの開口部分を跨ぐように電気絶縁膜２３Ｂが配置されて、略矩形の浮膜（メンブレン）２３Ｃが形成されている。その浮膜２３Ｃを囲むように、蓋部基板１４の裏面に電気絶縁膜２３Ｂが配置されて、周辺膜２３Ｄが形成されている。浮膜２３Ｃと周辺膜２３Ｄとの間には、蓋部基板１４のキャビティ凹部２３Ａに連通するスリット２３Ｅが設けられている。
【００６０】
図８、図９に示すように、浮膜２３Ｃは、キャビティ凹部２３Ａと相似の長方形状に形成され、キャビティ凹部２３Ａの中央部に配置されている。浮膜２３Ｃの大きさは、例えば短辺が３００μｍ以下、長辺が１５５０μｍ以下、短辺と長辺との比率が１：５程度に形成されている。その浮膜２３Ｃの外周を周辺膜２３Ｄに連結するため、スリット２３Ｅを横断するように電気絶縁膜が配置されて、連結膜３４，３５が形成されている。具体的には、浮膜３２の中心を挟んで一対の角部に、一対の第１連結膜２３Ｆが形成されている。第１連結膜２３Ｆの大きさは、例えば幅１００μｍ程度、長さ５００μｍ程度に形成されている。また、浮膜３２の中心を挟残りの一対の角部に、一対の第２連結膜２３Ｇが形成されている。第１連結膜２３Ｆおよび第２連結膜２３Ｇはいずれも、浮膜２３Ｃの４辺のいずれかと平行な方向に延在するように配置されている。
【００６１】
浮膜２３Ｃの表面には、電気抵抗体１６が形成されている。電気抵抗体１６は、通電によりジュール熱を発生する金属材料により、細線状に形成されている。特に、電気抵抗体１６の構成材料として、ＰｔやＮｉＣｒ、Ｗ等の温度係数（単位温度あたりの電気抵抗値の変化量）の高い材料を採用すれば、ピラニセンサの測定精度を向上させることができる。
電気抵抗体１６は、例えば膜厚が２００〜４００ｎｍ、線幅が１０〜２０μｍ、抵抗値が１００〜１５０Ωに形成されている。なお電気抵抗体１６と浮膜２３Ｃとの密着性を確保するため、両者間に密着層を形成することが望ましい。密着層は、Ｔａ、Ｃｒ、Ｔｉ等の金属材料で構成することが可能である。
【００６２】
電気抵抗体１６は、上述した金属材料からなる細線を、蛇腹状にパターニングして形成されている。蛇腹状とすることにより細線の長さが増加するので、電気抵抗体１６の抵抗値を調整することが可能になり、また被測定ガスとの熱交換をおこなう表面積を確保することが可能になる。なお蛇腹状とする代わりに、後述する温度補償体２９と同様のつづら折り状としてもよい。電気抵抗体１６は、蛇腹の延在方向を浮膜２３Ｃの一辺と平行な方向に略一致させて配置されている。また電気抵抗体１６の外形（輪郭）と同等の大きさに浮膜２３Ｃが形成され、電気抵抗体１６と物理的に接触している領域が最小限に抑えられていると同時に安定な構造を形成している。
【００６３】
電気抵抗体１６の両端部には、連結配線１６ａが形成されている。連結配線１６ａは、一対の第１連結膜２３Ｆの表面を通って、周辺膜２３Ｄの表面に形成された出力配線２７Ａに引き出されている。この出力配線２７Ａを介して、出力パッド２８Ａ、２８Ｂから電気抵抗体１６に通電しうるようになっている。
【００６４】
電気抵抗体４０に被測定ガスが接触すると、熱交換がおこなわれる。被測定ガスが電気抵抗体１６から奪う熱量Ｑｇは、上述した式（２）で表される。
圧力測定の原理は、第１実施形態で示したとおりである。電気抵抗体１６の温度Ｔｆと雰囲気温度（室温）Ｔｗの差（Ｔｆ―Ｔｗ）が一定に保たれている場合、フィラメントから構造を介した熱伝導量Ｑｗならびに輻射によって奪われる熱量Ｑｒは構造に依存した熱流出量であるため一定となる。よって、電気抵抗体１６に被測定ガスが接触し、熱交換によって奪われる熱量Ｑｇと圧力Ｐとは比例関係が成り立ち、圧力Ｐを計測する事ができる（数式（２））。
【００６５】
圧力の測定下限は、数式（１）中のＱｗならびにＱｒで示される圧力に依存しない熱流量に大きく影響される。本実施形態では、電気抵抗体１６において発生した熱のうち浮膜２３等の構造部分を介した熱伝導量Ｑｗは、浮膜２３Ｃ、連結膜２３Ｆ，２３Ｇのみから電導するものであり、また微小な領域に電気抵抗体１６を設けていること、および、輻射によって奪われる熱量Ｑｒを大きく抑えていることから、圧力測定下限が向上する。
【００６６】
ところで、式（２）において電気抵抗体の周辺温度Ｔｗが変化すると、電気抵抗体１６の抵抗値が変化してしまい、圧力を正確に計測することが困難になる。そこで、電気抵抗体１６の雰囲気温度Ｔｗの変化を補償するため、電気抵抗体１６の抵抗値に比べ十分大きな抵抗値を有する温度補償体２９を設ける。
【００６７】
図６に示すように、温度補償体２９は、電気抵抗体１６に隣接して周辺膜２３Ｄの表面に形成されている。温度補償体２９は、電気抵抗体１６と同じ材料により細線状に形成され、電気抵抗体１６より十分高い抵抗値になるよう、細線の長さを長くするつづら折り状に形成されている。
【００６８】
実際の測定では、上述したように図４で示したブリッジ回路図を用いて、出力される電圧値から圧力Ｐを計測する。電気抵抗体１６は抵抗Ｒｆ、温度補償体２９が抵抗ＲＣとして示されるように並列接続されている。そして、それぞれの出力パッド２８Ａ，２８Ｃが点ＴＣ、ＴＢで示されるようにこれらの間の電極間の電位差Ｖが０（ゼロ）となるように、電気抵抗体１６を流れる電流Ｉを制御する。
【００６９】
抵抗ＲＣで表される温度補償体２９の抵抗値ＲＣは電気抵抗体１６（Ｒｆ）より非常に高く設定されているので、温度補償体２９（ＲＣ）を流れる電流は微小になり、回路動作による温度補償体２９の温度および抵抗値にはほとんど変化はない。しかし、雰囲気温度Ｔｗが変化すると、温度補償体２９（ＲＣ）の抵抗値が変化し、並列に配置されている電気抵抗体１６（Ｒｆ）に流れる電流Ｉが温度に依存して変化し、結果として（Ｔｆ−Ｔｗ）が一定という条件が補償され、圧力Ｐを高精度に測定することが可能となる。
【００７０】
本実施形態の密閉型デバイス２０は、上記した第１実施形態のものに比べ、真空度の測定下限の向上、雰囲気温度の変化による影響をキャンセル（補償）するという点において優位なセンサを提供できる。
【００７１】
数式（１）で示したとおり、電気抵抗体１６の発生する熱量は、圧力Ｐに依存する気体分子との熱交換によって奪われる熱量Ｑｇに加え、構造を介した熱伝導量Ｑｗならびに輻射によって奪われる熱量Ｑｒが測定下限に大きく寄与を与える。第１実施形態では、電気抵抗体１６が基板上に形成されるため、前記ＱｗならびにＱｒが大きくなる可能性がある。これに対し、本実施形態では、電気抵抗体１６が構造上安定かつ最小面積を有する浮膜２３上に設けられ、圧力Ｐに依存しない熱流量（ＱｗならびにＱｒ）を最小限に抑えることで、圧力測定下限を向上することができる。
【００７２】
さらに、温度補償体２９である抵抗体を同一デバイス平面内に形成することで、デバイス雰囲気温度の変化をキャンセルし、高精度に真空度を測定する事が可能となる。第１実施形態では、図４のブリッジ回路図中のＲＣで示される抵抗体をデバイス外に設け測定する。デバイス内の雰囲気温度が変化した場合、電気抵抗体１６（図４中のＲｆ）の抵抗値も変化する。これに対し本実施形態では、温度補償体２９を図４のブリッジ回路図中のＲＣとして使用することで、デバイス雰囲気内の温度変化の影響をキャンセルして測定することができる。恒温槽等の温度変化の少ない環境を用意することなく、高精度に圧力を計測することができる。
【００７３】
＜製造方法＞
次に、本実施形態に係る密閉型デバイス２０のピラニセンサ部分の製造方法について説明する。
【００７４】
以下には、ジャイロセンサやＲＦスイッチなど稼動部を持つＭＥＭＳデバイスで、減圧下でパッケージ（真空パッケージ）するデバイス内に気体が衝突することによって持っていく熱量を測定することで真空度を測定するためのフィラメント（電気抵抗体）１６を有する圧力測定領域２３部分（ピラニセンサ部分）を形成する方法のみを記載する。したがって、必要があればデバイス領域１２に形成されるデバイスの作製工程にあわせて次の各工程を組み合わせればよい。
【００７５】
＜Ｓ１１．蓋部基板準備および蓋部基板作成工程＞
まず蓋部基板１４に、密閉空間１５を形成可能なように側壁部１４ｂを形成する。
所定の密閉空間１５および気体流路構造を形成可能とするために、レジストパターニングとウェットおよびドライプラズマエッチング方法を組み合わせる方法、もしくはブラスト処理によって図６、図７に示すような蓋部基板１４を作成する加工をおこなう。具体的には、基板１１と対向して略平行状態となる平板部分１４ａと、平板部分１４ａ縁部に周設されるように基板１１側に突出した側壁部１４ｂとが形成されるようにする。
【００７６】
＜Ｓ１２．絶縁膜形成工程＞
まず蓋部基板１４裏面に電気絶縁膜２３Ｂを形成する。ここでは、図１０（ａ）に示すように、Ｓｉからなる蓋部基板１４に、熱酸化によって厚さ１μｍの酸化膜ＳｉＯｘを電気絶縁膜２３Ｂとして形成した。なお酸化膜は蓋部基板１４裏面にも形成される。
なお、図１０（ａ）〜（ｆ）においては、蓋部基板１４の圧力測定領域２３部分のみを拡大して示している。
【００７７】
＜Ｓ１３．配線形成工程＞
次いで、図１０（ｂ）に示すように、電気絶縁膜２３Ｂ表面に、抵抗体であるＰｔ／ＴａＯｘの電気抵抗体（フィラメント）１６を形成する。蓋部基板１４全面にＰｔ／ＴａＯｘを成膜後、フォトレジストでパターニング、これをマスクとしてＢＣｌ３とＡｒの混合ガスを用いたドライプラズマエッチングにより電気抵抗体１６の形成をおこなった。なお、同時に、図１０に図示していないが、蓋部基板１４裏面に設ける温度補償体２９、出力配線２７Ａａ、出力配線２７Ｂａ、蓋部基板１４の側壁部１４ｂに設ける出力配線２７Ａｂ、出力配線２７Ｂｂ、といった金属配線も同様の手段で形成することができる。
【００７８】
＜Ｓ１４．保護膜形成工程＞
続いて、図１０（ｃ）に示すように、ＳｉＨ４を用いたＣＶＤ（化学気相成膜法）によりＳｉＯｘからなる保護膜３１を電気絶縁膜２３Ｂ表面に成膜した。このＳｉＯｘからなる保護膜３１は、次のＴＭＡＨによるＳｉのウェットエッチングにおいて、電気抵抗体（フィラメント）１６ならびに電気絶縁膜２３Ｂを保護するために用いられる。
【００７９】
＜Ｓ１５．パターニング工程＞
次いで、図１０（ｄ）に示すように、保護膜３１表面にフォトレジスト３２のパターニングを行い、これをマスクとしてＣＦ４およびＣ３Ｆ８の混合ガスを用いたＳｉＯｘからなる保護膜３１および電気絶縁膜２３Ｂのドライエッチングをおこなった。これにより、電気絶縁膜２３Ｂには、スリット２３Ｅを有する電気絶縁膜２３Ｂに第１連結膜２３Ｆおよび第２連結膜２３Ｇ、浮膜２３Ｃ、および、周辺膜２３Ｄを形成する。
【００８０】
＜Ｓ１６．キャビティ形成工程＞
次いで、図１０（ｅ）に示すように、蓋部基板１４をＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）によってＳｉのウェットエッチングをおこなった。このウェットエッチングではパターニングされたＳｉＯｘからなる保護膜３１および電気絶縁膜２３Ｂがマスクとなり、キャビティ凹部２３Ａとなる空間が形成され、浮膜２３Ｃより内側がキャビティ空間となる。
【００８１】
＜Ｓ１７．保護膜除去工程＞
最後に、図１０（ｆ）に示すように、電気抵抗体（フィラメント）１６上のＳｉＯｘからなる保護膜３１をドライエッチングによって除去することで、所望の構造を有する圧力測定領域２３を形成する（フィラメント形成工程）。
【００８２】
＜Ｓ１８．デバイス作成工程および基板配線形成工程＞
所定の機能を有するデバイスを基板１１表面のデバイス領域１２に形成する。基板１１表面に設ける出力配線２７Ａｃ、出力配線２７Ｂｃ部分および出力パッド２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ他となる金属配線部分を同時に形成する。これは、フォトレジスト工程等、デバイス製造における対応する工程において、同時に形成する。
【００８３】
＜Ｓ１９．貼り合わせ工程＞
電気抵抗体１６等の形成された蓋部基板１４および基板１１を真空中でアライメントを取って貼り合わせる。または、減圧下で封止する。この貼り合わせの方法としては、第１実施形態と同様の方法として、ＭＥＭＳデバイス製造工程で多く用いられる陽極接合を適用することができる。
【００８４】
このようにして作製した基板１１と蓋部基板１４とを接合することで密閉型デバイス２０を得る。具体的には第１実施形態記載の方法と同等の手段を用いればよい。
【００８５】
なお、フォトリソグラフィーの条件、エッチング条件等は、上記のものに限定されることはなく、適宜、変更することができる。
【００８６】
本実施形態においては、密閉型デバイスの蓋部基板１４裏面において、熱伝導率が低い酸化シリコンまたは窒化シリコンからなる浮膜２３Ｃの表面に電気抵抗体１６を形成したので、電気抵抗体１６から浮膜２３Ｃへの熱流出を抑制することが可能になる。また蓋部基板１４に直接接触しない浮膜２３Ｃの表面に電気抵抗体１６を配置したので、電気抵抗体１６から蓋部基板１４への熱流出を抑制することが可能になる。また、デバイス領域１２に設けられるデバイスが自身の駆動により発熱するデバイスであった場合でもこのデバイス領域１２のある基板１１に対して密閉空間１５の対向する側である蓋部基板１４裏面に電気抵抗体１６が設けられているためこのデバイスからの熱伝導経路を長くしてデバイス発熱による圧力測定への影響を低減することができより正確な圧力測定が可能となる。同時にまた浮膜２３Ｃをスリット２３Ｅで囲み、浮膜２３Ｃの外周を連結膜２３Ｆ，２３Ｇにより周辺膜２３Ｄに連結することで、電気抵抗体１６から周辺膜２３Ｄへの熱流出を抑制することが可能になる。これにより、式（１）記載の圧力に依存しない流出熱量Ｑｃ，Ｑｒによる影響を抑制することが可能になり、測定可能な圧力範囲の下限を引き下げることができる。具体的には、従来１０−１Ｐａ程度であった測定範囲の下限を、本実施形態では１０−２Ｐａ程度に引き下げることができる。さらに、電気抵抗体１６と同一平面状に温度補償体抵抗体２９を設けることによってデバイスの雰囲気温度による影響を受けず、上述したＭＥＭＳ技術を用いることにより、精密測定可能な圧力範囲の広い密閉型デバイス２０得ることができる。
【００８７】
以下、本発明に係る第３実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１２は、本実施形態における密閉型デバイスの一部を示すもので上述した第1実施形態における図２に対応する側断面図であり、図において、符号３０は、密閉型デバイスである。
【００８８】
本実施形態の密閉型デバイス３０が、図１〜図３に示した第１実施形態と異なるのは、蓋部基板１４が平板状とされて、基板１１が平板部分１４ａに対応する平板部分１１ａと、側壁部１４ｂに対応して基板１１の蓋部基板１４側に位置する側壁部１１ｂとを有するとともに、出力配線１７と出力パッド１８が蓋部基板１４側に設けられている点であり、これ以外の同等の構成要素に関しては第１実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００８９】
本実施形態の基板１１において、密閉空間１５は、蓋部基板１４と対向して略平行状態となる基板１１の平板部分１１ａと、平板部分１１ａ縁部に周設されるように蓋部基板１４側に突出した側壁部１１ｂと、蓋部基板１４表面とで囲まれて形成され、側壁部１１ｂの上端部と蓋部基板１４表面とが密着されることで密閉状態が維持されている。
なお、側壁部１１ｂの平面視した形状はデバイス領域１２を囲んで、密閉空間１５を形成可能であればどのような形状でもよい。
出力配線１７は、図１２に示すように、平板状の蓋部基板１４表面で密閉空間１５内に延在する出力配線１７ａと、側壁部１１ｂの上側位置で蓋部基板１４表面に沿って延在する出力配線１７ｃとからなり、この蓋部基板１４表面の出力配線１７ｃにおいては、側壁部１１ｂの蓋部基板１４側端部を貫通するように設けられている。
【００９０】
本実施形態における製造方法は、
＜Ｓ３１．デバイス側基板の準備工程＞
デバイス側の基板１１の材質はＳｉ、ガラス、石英、サファイア、Ａｌなどの金属板などが挙げられる。矩形に凹部を形成する（くり抜く）方法としては、ウェットエッチング、ドライエッチング、サンドブラスト、機械加工などがある。例えばウェットエッチングやドライエッチングでは、図１３（ａ）に示すように、準備した加工前のデバイス側基板Ｗ０に、図１３（ｂ）に示すように、あらかじめ対象となる部分以外にレジストやＣＶＤ，スパッタリング，真空蒸着法といった方法で成膜されたＳｉＯｘや、ＳｉＮｘをからなるマスクＷＭを形成しておき、エッチングすることで、平板部分１１ａとその周囲の側壁部１１ｂとなる矩形の凹部を形成する。
その後、矩形の凹部の底面となる平板部分１１ａに実デバイス１２を作りこむ。
【００９１】
＜Ｓ３２．蓋部基板準備および絶縁膜形成工程＞
第１実施形態と同様に蓋部基板１４の材質はＳｉ、ガラス、石英、サファイア、Ａｌなどの金属板などが挙げられる。
まず蓋部基板１４の表面に電気絶縁膜１３Ａを形成する。具体的な電気絶縁膜１３Ａの材質としては、ＳｉＯｘやＳｉＮｘ、ＳｉＯｘＮｙ、ＡｌＯｘ等が挙げられ、ＣＶＤ，スパッタリング，真空蒸着法といった方法で成膜できる。材質がＳｉであれば熱酸化で形成されるＳｉＯｘや、熱窒化で形成されるＳｉＮｘとすることもできるが、材質がガラスなどの絶縁物の場合には、この絶縁膜形成工程は省略できる。
＜Ｓ３３．配線形成工程＞
第１実施形態と同様に電気絶縁膜１４Ａ上に電気抵抗体１６としてのフィラメントと、配線１７、出力パッド１８など必要な配線となるＰｔ薄膜細線を形成する。
【００９２】
＜Ｓ３４．貼り合わせ工程＞
第１実施形態と同様に電気抵抗体１６等の形成された蓋部基板１４および、デバイスが形成され、矩形にくり抜かれたデバイス側基板１１を減圧下でアライメントを取って貼り合わせる。または、減圧下で封止する。この貼り合わせの方法としては、従来からＭＥＭＳデバイス製造工程で多く用いられる陽極接合を適用することができる。
ここで、陽極接合の場合、蓋部基板１４とデバイス側基板１１とは、Ｓｉとガラスを用いる。この場合、どちらがＳｉでどちらがガラスでもよい。さらに、蓋部基板１４とデバイス側基板１１との接合前には、蓋部基板１４の接合領域となる部分において、出力配線部１７以外の部分で電気絶縁膜１３Ａを除去することが好ましい。
この方法においては、蓋部基板１４およびデバイス側基板１１を約３００℃〜５００℃で加熱し、材質がガラスである基板側に約１ｋＶ程度の電圧をかけ接合する。
【００９３】
この他にも、蓋部基板１４およびデバイス側基板１１が互いに接触する接合部分において、Ａｕ−Ａｕなどの金属接合、Ａｕ−Ｓｎなどの共晶接合も利用することができる。この場合、双方の基板が接触する接合部分にあらかじめ金属膜をスパッタリングや蒸着法およびメッキ方法にて形成を行い、接合することになる。
さらに、蓋部基板１４およびデバイス側基板１１としてＳｉを用いて、出力配線部以外の接合領域においてＳｉを露出させた後に、Ｓｉ−Ｓｉの直接接合を利用する、あるいは、Ｓｉ上の接合領域に熱酸化膜、ＣＶＤおよびスパッタリングといった方法を用いて設けたＳｉＯ２を成膜し、これらのＳｉＯ２−ＳｉＯ２によるＳｉ基板どうしの接合をおこなうことも可能である。また、ポリイミドを始めとする樹脂を接合面に設けて接合する技術も用いることができる。
【００９４】
なお、本実施形態の密閉型デバイス３０においては、図１４に示すように、デバイス１２の出力配線３７の一部および出力パッド３８を、蓋部基板１４の表面、つまり、圧力測定手段である圧力測定領域１３に対応する出力配線１７および出力パッド１８と同じ面に設けることができる。
【００９５】
この際、出力配線３７および出力パッド３８は、平面視して、デバイス１２に対して出力配線１７および出力パッド１８が延伸する方向と同じ向きにならないように、具体的には、ほぼ矩形とされるデバイス１２の異なる辺に対応する方向になるように設けられる。これにより、デバイス１２の出力配線３７および出力パッド３８と、圧力測定フィラメント１６の出力配線１７および出力パッド１８を、デバイス１２の同じ辺から取りださないことで、より確実に絶縁がとれるようになる。
【００９６】
また、本実施形態の密閉型デバイス３０においては、上述した第２実施形態と同様に、圧力測定手段である圧力測定領域２３、温度補償体２９、および、これに対応した出力配線２７、出力パッド２８を有する構成とすることが可能である。
【００９７】
以下、本発明に係る第４実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１５は、本実施形態における密閉型デバイスの一部を示すもので上述した第1実施形態における図２に対応する側断面図であり、図において、符号４０は、密閉型デバイスである。
【００９８】
本実施形態の密閉型デバイス４０が、図１〜図３に示した第１実施形態および図１２に示した第３実施形態と異なるのは、蓋部基板１４に代えて、平板部分１４ａに対応して基板１１と対向して略平行状態となる蓋部基板（蓋部平基板）１４Ａと、側壁部１４ｂに対応して蓋部基板１４Ａの基板１１側に位置し該蓋部基板１４Ａ縁部に周設されるように設けられた中間基板（側壁基板）１４Ｂと、平板状の基板１１とからなる点と、出力配線１７と出力パッド１８が蓋部基板１４側に設けられている点であり、これ以外の同等の構成要素に関しては第１実施形態および第３実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００９９】
中間基板（側壁基板）１４Ｂは、側壁部１４ｂに対応するように密閉空間１５を囲む側面を形成するように設けられている。
蓋部基板１４Ａと中間基板（側壁基板）１４Ｂと基板１１とが密着されることで密閉空間１５が形成されるとともに、密閉状態が維持されている。なお、中間基板１４Ｂの平面視した形状はデバイス領域１２を囲んで、密閉空間１５を形成可能であればどのような形状でもよい。
出力配線１７は、図１５に示すように、平板状の蓋部基板１４Ａ内表面に沿って延在する出力配線１７ａと出力配線１７ｃとからなり、この出力配線１７ｃにおいては、中間基板１４Ｂの蓋部基板１４Ａ側端部を貫通するように設けられている。
【０１００】
本実施形態における製造方法は、第３実施形態におけるデバイス側基板の作成工程Ｓ３１に代えて、
＜Ｓ４１．基板準備工程＞として、
第１実施形態に対応して、まず平板状の基板１１を準備し、実デバイス１２を作りこむ。
＜Ｓ４２．蓋部基板準備および絶縁膜形成工程＞
次いで、第３実施形態における蓋部基板準備および絶縁膜形成工程Ｓ３２と同様に、平板状の蓋部基板１４を準備し、電気絶縁膜１４Ａを形成する。
＜Ｓ４３．配線形成工程＞
第３実施形態における配線形成工程Ｓ３３と同様に、電気絶縁膜１４Ａ上に電気抵抗体１６としてのフィラメントと、配線１７、出力パッド１８など必要な配線となるＰｔ薄膜細線を形成する。
【０１０１】
＜Ｓ４４．中間基板作製工程＞
平板状の蓋部基板１４Ａとデバイス側基板１１を接合した際に密閉空間１５を形成可能な中間基板１４Ｂを準備する。中間基板１４Ｂは、デバイス領域１２を囲むように平面視して矩形あるいはリング状で、かつ、デバイス領域１２の高さ方向（基板１１厚さ方向）寸法と電気抵抗体１６の高さ方向寸法との和に対して充分な余裕を持ったスペーサとなるような高さ（厚み）寸法とされる。
中間基板１４Ｂの材質はＳｉ、ガラス、石英、サファイア、Ａｌなどの金属板などが挙げられ、機械加工やサンドブラスト、ドライエッチング法やウェットエッチング法を用いて枠型形状を得る。
例えばウェットエッチングやドライエッチングでは、あらかじめ対象となる部分以外にレジストやＣＶＤ，スパッタリング，真空蒸着法といった方法で成膜されたＳｉＯｘや、ＳｉＮｘをマスクしておき、エッチングする。
【０１０２】
＜Ｓ４５．貼り合わせ工程＞
電気抵抗体１６等が形成された平板状の蓋部基板１４Ａと、枠型の中間基板１４Ｂを、アライメントをとって貼り合わせ、その後、デバイスが形成された基板１１と減圧下でアライメントを取って貼り合わせる。または減圧下で封止する。
貼り合わせの方法としては、第１，３実施形態と同様にして、互いの基板が接触する接合部分において、Ａｕ−Ａｕなどの金属接合、Ａｕ−Ｓｎなどの共晶接合も利用することができる。この場合、双方の基板が接触する接合部分にあらかじめ金属膜をスパッタリングや蒸着法およびメッキ方法にて形成を行い、接合することになる。
【０１０３】
また、貼り合わせ面がＳｉとガラスとからなる場合は、従来からＭＥＭＳデバイス製造工程で多く用いられる陽極接合を適用することができる。
さらに、蓋部基板１４Ａと中間基板１４Ｂと基板１１として、全ての基材にＳｉを用いて、出力配線部以外の接合領域においてＳｉを露出させた後に、Ｓｉ−Ｓｉの直接接合を利用すること、あるいは、Ｓｉ上の接合領域に熱酸化膜、ＣＶＤおよびスパッタリングといった方法を用いて設けたＳｉＯ２を成膜し、これらのＳｉＯ２−ＳｉＯ２によるＳｉ基板どうしの接合をおこなうことも可能である。
他にも、ポリイミドを始めとする樹脂を接合面に設けて接合する技術も用いることができる。
【０１０４】
本実施形態においては、平板状の蓋部平基板１４Ａと矩形あるいはリング状の側壁基板１４Ｂと基板１１とを貼り合わせる構成としたので、蓋部基板１４に凹部を形成する加工工程や、基板１１に凹部を形成する加工工程に比べて、より容易に製造することが可能となる。
さらに、蓋部基板１４または基板１１を矩形にくり抜いてからデバイスやフィラメントを作成する場合には、コンタクト露光装置を用いてレジストパターニングすることになり、マスクとの距離が離れることにより精度が悪くなる可能性があるが、両者とも平坦な基板につくりこみ、貼り合わせ用に別途中間基板１４Ｂをもたせることで、精度低下を防止することができる。
【０１０５】
さらに、本実施形態においては、Ａｕ−Ａｕなどの金属接合を利用する際に、図１６に示すように、中間基板１４Ｂの全表面をＡｕで覆い、これを配線１７ｂ，３７ｂとして利用することもできる。この場合には、第１実施形態と同様に、基板１１表面に出力パッド１８を設けることもできる。
この場合、中間基板作製工程Ａ４４において、中間基板１４Ｂの形状を所望の状態に形成した後、その表面に配線１７ｂ，３７ｂを形成しておく。
【０１０６】
また、本実施形態の密閉型デバイス４０においては、上述した第２実施形態と同様に、圧力測定手段である圧力測定領域２３、温度補償体２９、および、これに対応した出力配線２７、出力パッド２８を有する構成とすることが可能である。
【０１０７】
以下、本発明に係る第５実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１７は、本実施形態における密閉型デバイスの一部を示すもので上述した第１実施形態における図２に対応する側断面図であり、図において、符号１０Ｃは、密閉型デバイスである。
【０１０８】
本実施形態の密閉型デバイス１０Ｃが、図２に示した第１実施形態と異なるのは、出力配線および出力パッドに関する点であり、これ以外の対応する構成要素に関しては同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１０９】
出力配線１７は、図１７に示すように、蓋部基板１４内表面に沿って電気抵抗体１６付近に延在する出力配線１７ｆと、出力配線１７ｆに接続するとともに蓋部基板１４の厚さ方向に貫通する出力配線１７ｇとを有し、出力配線１７ｇは、蓋部基板１４外表面に設けられた出力パッド１８ｈに接続されている。
出力配線１７は、出力配線１７ｆ、出力配線１７ｇが互いに接続されており、これらを介して密閉空間１５内の蓋部基板１４裏面に設けられた電気抵抗体１６と密閉空間１５外側の蓋部基板１４表面に設けられた出力パッド１８ｈとの間で通電可能とされ、密閉空間１５内から外への情報の出力が可能となっている。
基板１１Ａは、平面視して蓋部基板１４と同等の形状とされ、上述の各実施形態の蓋部基板１４および基板１１に対して、出力パッド１８が設けられていた領域がなく、より小型化されている。また、基板１１Ａと蓋部基板１４とは平面視して略同等の輪郭形状を有するものとされることができる。
【０１１０】
本実施形態における製造方法は、
＜Ｓ０１Ｃ．蓋部基板準備および蓋部基板作成工程＞として、
まず平板状の蓋部平基板１４を準備する。蓋部基板１４の材質はＳｉ、ガラス、石英、サファイア、Ａｌなどの金属板などが挙げられる。
蓋部基板１４に矩形の凹部を形成する（くり抜く）方法としては、ウェットエッチング、ドライエッチング、サンドブラスト、機械加工などがある。例えばウェットエッチングやドライエッチングでは、図１８（ａ）に示すように、準備した加工前のデバイス側基板Ｗ０に、図１８（ｂ）に示すように、あらかじめ対象となる部分以外にレジストやＣＶＤ，スパッタリング，真空蒸着法といった方法で成膜されたＳｉＯｘや、ＳｉＮｘをからなるマスクＷＭを形成しておき、エッチングすることで、図１８（ｃ）に示すように、平板部分１４ａとその周囲の側壁部１４ｂとなる矩形の凹部を形成する。
【０１１１】
＜Ｓ０２Ｃ．絶縁膜形成工程＞として、
次いで、図１８（ｄ）に示すように、蓋部基板１４の表裏面に電気絶縁膜１３Ａを形成する。具体的な電気絶縁膜１３Ａの材質としては、ＳｉＯｘやＳｉＮｘ、ＳｉＯｘＮｙ、ＡｌＯｘ等が挙げられ、ＣＶＤ，スパッタリング，真空蒸着法といった方法で成膜できる。材質がＳｉであれば熱酸化で形成されるＳｉＯｘや、熱窒化で形成されるＳｉＮｘとすることもできるが、材質がガラスなどの絶縁物の場合には、この絶縁膜形成工程は省略できる。
【０１１２】
＜Ｓ０３Ｃ．配線形成工程＞として、
蓋部平基板ウェーハＷ１１に、図１８（ｅ）に示すように、電気絶縁膜１３Ａ上に電気抵抗体１６としてのフィラメントや出力配線１７ｆであるＰｔ薄膜細線をリフトオフ法やエッチング法によって形成する。第１実施形態の配線形成工程Ｓ０３と同様にすることができる。
【０１１３】
＜Ｓ０４Ｃ．貫通配線工程＞
さらに、蓋部基板１４を貫通してＶＩＡとなる出力配線１７ｇを形成する。
まず、図１９（ｆ）に示すように、蓋部基板１４においてフィラメント１６とは反対の面で、出力パッド１８ｈと平面視して重なる位置（垂直の位置）に開口（抜き穴）ＶＭ１を持つドライエッチング用のマスクＶＭを形成する。このマスクＶＭはレジストやＣＶＤ，スパッタリング，真空蒸着法といった方法で成膜されたＳｉＯｘや、ＳｉＮｘなどが使用できる。
【０１１４】
蓋部基板１４の基材がＳｉの場合、図１９（ｇ）に示すように、ＤＲＩＥ（深掘り反応性イオンエッチング）法によりドライエッチングをおこなう。
ＤＲＩＥ（深掘り反応性イオンエッチング）法とは、保護膜形成用ガス（例えば、ＣＦ系のガス等）のプラズマ下で、基板全体に保護膜をつけ、その後、反応ガス（例えば、ＳＦ系ガス等）のプラズマ下で基板をエッチングする方法である。上記保護膜をつける工程及び基板のエッチング工程を繰り返し、側壁面を保護しながら垂直やテーパー形状にエッチングをおこなう。
次いで、エッチングにより出力配線１７ｇまで貫通した部分にＣＶＤ，スパッタリング，真空蒸着法といった方法で金属のシード層を１０ｎｍ〜５μｍ程度成膜し、その後メッキによってＣｕなどの金属を埋めこみ、図１９（ｈ）に示すように、貫通電極（出力配線）１７ｇを形成する。
【０１１５】
最後に、図１９（ｊ）に示すように、蓋部基板１４の裏面まで埋め込んだＣｕなどの金属である貫通電極（出力配線）１７ｇの上にリフトオフ法やドライ・ウェットエッチング法などで出力パッド１８ｈを作成する。
【０１１６】
＜Ｓ０５Ｃ．デバイス作成工程＞
基板ウェーハＷ１１全面において、第３実施形態と同様にデバイス領域１２のデバイスを基板１１表面に形成し、基板１１Ａを準備する。
【０１１７】
＜Ｓ０６Ｃ．貼り合わせ工程＞
電気抵抗体１６等の形成された蓋部基板１４と、デバイス１２が形成された基板１１Ａとを減圧下でアライメントを取って貼り合わせ、または、減圧下で封止し、密閉空間１５を形成する。
このとき、貼り合わせにおいて、蓋部基板１４およびデバイス側基板１１Ａが互いに接触する接合部分において、Ａｕ−Ａｕなどの金属接合、Ａｕ−Ｓｎなどの共晶接合も利用することができる。この場合、双方の基板が接触する接合部分にあらかじめ金属膜をスパッタリングや蒸着法およびメッキ方法にて形成をおこない、接合することになる。
【０１１８】
蓋部基板１４にガラスを用いた場合は陽極接合を用いることができる。接合前にはデバイス側基板１１Ａの接合領域において、出力配線部と接する以外の部分において、電気絶縁膜（酸化膜）１３Ａを除去することが好ましい。この方法においては、蓋部基板１４およびデバイス側基板１１Ａを約３００℃〜５００℃で加熱し、蓋部基板１４側に約１ｋＶ程度の電圧をかけ接合する。
さらに、蓋部基板１４およびデバイス側基板１１ＡとしてＳｉを用いて、出力配線部以外の接合領域においてＳｉを露出させた後に、Ｓｉ−Ｓｉの直接接合を利用する、あるいは、Ｓｉ上の接合領域に熱酸化膜、ＣＶＤおよびスパッタリングといった方法を用いて設けたＳｉＯ２を成膜し、これらのＳｉＯ２−ＳｉＯ２によるＳｉ基板どうしの接合をおこなうことも可能である。また、ポリイミドを始めとする樹脂を接合面に設けて接合する技術も用いることができる。このように、蓋部基板１４、基板１１Ａを貼り合わせて密閉型デバイス１０Ｃを形成する。
【０１１９】
本実施形態によれば、フィラメントと出力パッドを基板に対して垂直方向に配置し、基板内部に貫通電極を設けることでお互いにつなげることにより、密閉空間の外側にある出力パッドが、フィラメントもしくは実デバイスと同じ平面上に配置していたため、少なくとも平行方向に広がりが出てしまっていた従来のデバイスと比較して、チップ面積を全く変える事なく、圧力測定フィラメントを入れこむことができ、小型化を図ることが可能となる。また、基板１１Ａとしてより小さなデバイスとした状態で内部圧力を測定可能とすることができる。また、貼り合わせに際して、圧力測定領域１３からの出力配線を接合する必要がないため、配線導通の確実性を向上することができる。
【０１２０】
また、本実施形態の密閉型デバイス３０においては、上述した第２実施形態と同様に、圧力測定手段である圧力測定領域２３、温度補償体２９、および、これに対応した出力配線２７、出力パッド２８を有する構成とすることが可能である。
【実施例】
【０１２１】
＜実験例１＞
まず、 図１〜図３に示す密閉型デバイス１０を製造した。この際、基板１１上に密着層１３Ａとしての７ｎｍのＴａ上に、１６５ｎｍのＰｔとされる電気抵抗体１６を、幅１０μｍ、長さが２．１ｍｍで、約１４０Ωの抵抗を有するフィラメントとして設けた。その後基板１１と蓋部基板１４とを５×１０１Ｐａの減圧下で接合して密閉空間１５を形成した。
同様に基板１１と蓋部基板１４とを５×１０−１Ｐａ〜１×１０５Ｐａとなるように圧力状態を変化させて封止し密閉空間１５を形成したものも作成した。
【０１２２】
次いで、これらの密閉型デバイス１０および出力パッド１８に接続した温度補償体ＲＣを２５℃の高温槽に入れ、図４に示した回路における出力電圧値（Ｏｕｔｐｕｔ／Ｖ）を測定した。
その結果を図５に示す。
【０１２３】
図５は、封止した圧力と、ブリッジ回路の出力電圧値との関係を示すものであり、本実験例で作成したデバイスの場合、５×１０１Ｐａ程度の圧力以上から出力値が増加した。すなわち、出力パッド１８に温度補償体ＲＣを接続したプローブを接触させることで、さらに、密閉空間１５の圧力が５×１０１Ｐａから大気圧までの圧力値を具体的に測定することが可能であるということがわかった。
【０１２４】
さらに、図１〜図３に示す密閉型デバイス１０のデバイス領域１２に、２×１０３Ｐａ以下の圧力状態で正常動作する加速度センサを設けるとともに封止圧力を変化させた。またこのデバイスにおいて、密閉型デバイス１０および出力パッド１８に接続した温度補償体ＲＣを２５℃の高温槽に入れ、図４に示した回路における出力電圧値（Ｏｕｔｐｕｔ／Ｖ）を測定するとともに、加速度センサの動作確認をおこなった。
この結果を表１に示す。
【０１２５】
【表１】
【０１２６】
この結果から、チップ１および２に関しては、出力電圧値が０．１０Ｖ以下で、２×１０３Ｐａ以下の圧力が保持されていることがわかるとともに、動作確認した加速度センサの性能も正常動作していることがわかる。これに対し、出力電圧が０．１７Ｖであるチップ３では、保持されている圧力が高く加速度センサとしての性能も満たされていないことがわかる。したがって、出力電圧値が一定値以上となったデバイスを再検査要として、検品工程ではじくことが可能となる。この場合は出力電圧値の閾値を０．１Ｖに設定して、この値より高いか低いかで、検査結果を二値化することができる。
【０１２７】
＜実験例２＞
次いで、図６〜図９に示す密閉型デバイス２０を製造した。この際、基板１１上に１μｍの厚みを有するＳｉＯｘからなる電気絶縁膜２３Ｂを形成して浮膜２３Ｃ他とし、電気絶縁膜２３Ｂ上に、圧力計測用の電気抵抗体１６を幅５μｍ、長さ２．１ｍｍとして形成するとともに、温度補償体２９を幅５μｍ、長さ３１５ｍｍとして形成した。電気抵抗体１６の材料は、１０ｎｍのＴａＯｘを密着層として、これに２００ｎｍの厚さのＰｔを積層し、Ｐｔ／ＴａＯｘの積層体でフィラメントを作製した。これにより、圧力計測用の電気抵抗体１６は１２０Ω、温度補償体２９は１８ｋΩの抵抗値を有するものとした。
次いで、実験例１と同様に、基板１１と蓋部基板１４とを接合して密閉空間１５を形成し密閉型デバイス２０とした。
【０１２８】
次いで、これらの密閉型デバイス２０を２５℃の高温槽に入れ、図４に示した回路における出力電圧値（Ｏｕｔｐｕｔ／Ｖ）を測定した。
その結果を図１１に示す。
【０１２９】
図１１は、封止した圧力と、ブリッジ回路の出力電圧値との関係を示すものであり、本実験例で作成した密閉型デバイス２０の場合、８×１００Ｐａ程度の圧力以上から出力値が増加する。すなわち密閉空間１５において、８×１００Ｐａから大気圧までの圧力値を具体的に測定することが可能であるということがわかった。
【０１３０】
さらに、図６〜図９に示す密閉型デバイス２０のデバイス領域１２に、５×１０−２Ｐａ以下の圧力状態で正常動作する加速度センサを設けるとともに５×１０−３Ｐａの雰囲気で封止をおこなって、密閉型デバイス２０を２５℃の高温槽に入れ、図４に示した回路における出力電圧値（Ｏｕｔｐｕｔ／Ｖ）を測定するとともに、加速度センサの動作確認をおこなった。
この結果を表１に示す。
【０１３１】
【表２】
【０１３２】
この結果から、チップ４に関しては、出力電圧値が０．０００１３Ｖで、２×１０−２Ｐａ以下の圧力が保持されていることがわかるとともに、動作確認した加速度センサの性能も正常動作していることがわかる。同様に、チップ５に関しては、出力電圧値が０．００００２Ｖで、１×１０−２Ｐａ以下の圧力が保持されていることがわかるとともに、動作確認した加速度センサの性能も正常動作していることがわかる。これに対し、出力電圧が０．０００５７Ｖであるチップ６では、保持されている圧力が５．６×１０−２Ｐａと高く加速度センサとしての性能も満たされていないことがわかる。したがって、出力電圧値が一定値以上となったデバイスを再検査要として、検品工程ではじくことが可能となる。この場合は出力電圧値の閾値を０．０００２０Ｖに設定して、この値より高いか低いかで、検査結果を二値化することができる。
このように、本発明で示したように、減圧下でパッケージングされることで性能が満たされるセンサを作成する際に、密閉空間内に圧力測定用の抵抗体を設けることで、パッケージ内の圧力をチップ毎に検査することが容易に可能となり、デバイスの歩留まりを向上させることが可能となる。
【符号の説明】
【０１３３】
１０，２０…密閉型デバイス、１１…基板、１２…デバイス領域、１３，２３…圧力測定領域、１４…蓋部基板、１５…密閉空間、１６…電気抵抗体、１７，２７Ａ，２７Ｂ…出力配線、１８，２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ…出力パッド、２９…温度補償体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と該基板に対向する蓋部基板とによって内部に密閉空間を形成する密閉空間形成部と、前記密閉空間内となる前記基板上に設けられたデバイス部と、前記密閉空間内となる前記蓋部基板に設けられて前記密閉空間内の圧力を測定するための電気抵抗体を有する圧力測定部と、前記電気抵抗体に通電するとともに前記密閉空間外部と接続する出力配線と、該出力配線に接続された出力パッドとを有することを特徴とする密閉型デバイス。
【請求項２】
前記圧力測定部において、前記電気抵抗体が前記密閉空間内の気体と熱交換を行って、前記電気抵抗体の熱損失量から前記密閉空間内の気体の圧力測定可能とされてなることを特徴とする請求項１記載の密閉型デバイス。
【請求項３】
前記デバイス部と、前記圧力測定部とが、平面視して少なくとも重複する部分を有する位置に設定されてなることを特徴とする請求項１または２記載の密閉型デバイス。
【請求項４】
前記出力パッドが前記基板上に設けられるとともに、前記蓋部基板の周縁部分で前記基板側に突出した側壁部を貫通するように前記出力配線が設けられてなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の密閉型デバイス。
【請求項５】
前記出力パッドが前記蓋部基板外表面に設けられ、前記蓋部基板を貫通するように前記出力配線が設けられてなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の密閉型デバイス。
【請求項６】
前記圧力測定部が、前記電気抵抗体を表面に配置して前記蓋部基板の穴部を跨ぐように形成された浮膜と、
前記浮膜を囲むように前記蓋部基板の表面に形成された周辺膜と、
前記浮膜の中心を挟んで対称に配置され、前記浮膜の外周を前記周辺膜に連結する一対の連結膜と、を備え、
前記電気抵抗体の両端部が、前記一対の連結膜の表面を通って、前記周辺膜の表面に形成された電極に引き出されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の密閉型デバイス。
【請求項７】
前記圧力測定部が、所定の圧力閾値に対して前記密閉空間内部における圧力状態を二値化して外部に出力可能とされていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の密閉型デバイス。
【請求項８】
前記電気抵抗体の周辺温度の変化を補償する温度補償体が、前記周辺膜の表面に形成され、
前記電気抵抗体と前記温度補償体との間における前記周辺膜に、溝部が形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の密閉型デバイス。
【請求項１】
基板と該基板に対向する蓋部基板とによって内部に密閉空間を形成する密閉空間形成部と、前記密閉空間内となる前記基板上に設けられたデバイス部と、前記密閉空間内となる前記蓋部基板に設けられて前記密閉空間内の圧力を測定するための電気抵抗体を有する圧力測定部と、前記電気抵抗体に通電するとともに前記密閉空間外部と接続する出力配線と、該出力配線に接続された出力パッドとを有することを特徴とする密閉型デバイス。
【請求項２】
前記圧力測定部において、前記電気抵抗体が前記密閉空間内の気体と熱交換を行って、前記電気抵抗体の熱損失量から前記密閉空間内の気体の圧力測定可能とされてなることを特徴とする請求項１記載の密閉型デバイス。
【請求項３】
前記デバイス部と、前記圧力測定部とが、平面視して少なくとも重複する部分を有する位置に設定されてなることを特徴とする請求項１または２記載の密閉型デバイス。
【請求項４】
前記出力パッドが前記基板上に設けられるとともに、前記蓋部基板の周縁部分で前記基板側に突出した側壁部を貫通するように前記出力配線が設けられてなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の密閉型デバイス。
【請求項５】
前記出力パッドが前記蓋部基板外表面に設けられ、前記蓋部基板を貫通するように前記出力配線が設けられてなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の密閉型デバイス。
【請求項６】
前記圧力測定部が、前記電気抵抗体を表面に配置して前記蓋部基板の穴部を跨ぐように形成された浮膜と、
前記浮膜を囲むように前記蓋部基板の表面に形成された周辺膜と、
前記浮膜の中心を挟んで対称に配置され、前記浮膜の外周を前記周辺膜に連結する一対の連結膜と、を備え、
前記電気抵抗体の両端部が、前記一対の連結膜の表面を通って、前記周辺膜の表面に形成された電極に引き出されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の密閉型デバイス。
【請求項７】
前記圧力測定部が、所定の圧力閾値に対して前記密閉空間内部における圧力状態を二値化して外部に出力可能とされていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の密閉型デバイス。
【請求項８】
前記電気抵抗体の周辺温度の変化を補償する温度補償体が、前記周辺膜の表面に形成され、
前記電気抵抗体と前記温度補償体との間における前記周辺膜に、溝部が形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の密閉型デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１３−２９３５９（Ｐ２０１３−２９３５９Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６４３６９（Ｐ２０１１−１６４３６９）
【出願日】平成２３年７月２７日（２０１１．７．２７）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２７日（２０１１．７．２７）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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