JP2014211405A - Ｍｅｍｓ圧力センサー、電子デバイス、高度計、電子機器および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】薄肉のダイヤフラム部を基板に形成することが可能となり、低圧力であっても変形させることができ、正確な微小圧力を計測可能とする圧力センサーを構成することができるＭＥＭＳ圧力センサーを得る。
【解決手段】圧力に応じて変位するダイヤフラム部と、前記ダイヤフラム部の主面上に形成された共振子と、を備え、前記共振子は、前記主面上に設けられている第１固定電極と、前記主面上に設けられている第２固定電極と、前記第１固定電極と離間し、前記主面の法線方向からの平面視において前記第１固定電極と重なり、前記主面に交差する方向に駆動する可動電極と、前記可動電極を支持し、前記第２固定電極に接続される支持電極と、を備える駆動電極と、を備えているＭＥＭＳ圧力センサー。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＭＥＭＳ圧力センサー、電子デバイス、高度計、電子機器および移動体に関する。

従来、圧力を検出するデバイスとしては、特許文献１に示すような半導体圧力センサーが知られていた。特許文献１に示す半導体圧力センサーは、シリコンウエハーに歪受感素子を形成し、シリコンウエハーの歪受感素子形成面と反対側の面を研磨し、薄肉化することによってダイヤフラム部を形成し、圧力によって変位するダイヤフラム部に生じる歪を歪受感素子によって検出し、その検出結果を圧力に変換するものであった。

特開２００１−３３２７４６号公報

しかし、特許文献１に示す歪受感素子を備える圧力センサーでは、シリコンウエハーを薄肉化する必要があり、圧力センサーからの信号を処理する演算部となる半導体装置（ＩＣ）との一体化を困難にするものであった。

一方、半導体装置の製造方法、装置によって微小機械システムを製造する、いわゆるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）素子が注目されている。ＭＥＭＳ素子を用いることによって、極めて小型の各種センサー、あるいは発振器などを得ることができる。これらはＭＥＭＳ技術によって微細な振動素子を基板上に形成し、振動素子の振動特性を利用して、加速度の検出、基準信号の生成、などを行う素子を得ることができる。

このＭＥＭＳ技術を用いて振動素子を形成し、ＭＥＭＳ振動素子の振動周波数の変動によって圧力を検出する圧力センサーを構成することにより、ＩＣとの一体化された圧力センサーを実現することが可能となる。更に、薄肉のダイヤフラム部を基板に形成することが可能となり、低圧力であっても変形させることができ、正確な微小圧力を計測可能とする圧力センサーを構成することができるＭＥＭＳ圧力センサーを得る。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

〔適用例１〕本適用例のＭＥＭＳ圧力センサーは、圧力に応じて変位するダイヤフラム部と、前記ダイヤフラム部の主面上に形成された共振子と、を備え、前記共振子は、前記主面上に設けられている第１固定電極と、前記主面上に設けられている第２固定電極と、前記第１固定電極と離間し、前記主面の法線方向からの平面視において前記第１固定電極と重なり、前記主面に交差する方向に駆動する可動電極と、前記可動電極を支持し、前記第２固定電極に接続される支持電極と、を備える駆動電極と、を備えていることを特徴とする。

本適用例のＭＥＭＳ圧力センサーによれば、ダイヤフラム部に外部圧力が付加されることによりダイヤフラム部には撓みが生じ、共振子の振動特性、すなわち共振周波数に変化をもたらす。この外部圧力と、共振子の周波数特性の変化と、の関係を導き出すことによって、共振子の周波数特性の変化から外部圧力を検出するＭＥＭＳ圧力センサーを得ることができる。

〔適用例２〕上述の適用例において、前記ダイヤフラム部は、前記主面の裏面に形成された凹部と、前記凹部の底面と前記主面とで構成される薄肉部と、を備え、前記第１固定電極および前記第２固定電極の対向する端部間の距離をａとし、前記ダイヤフラム部の前記凹部の前記主面の法線方向からの平面視の平面形状における内接円の直径をｂ_Bとした場合、
０＜ａ≦０．３ｂ_B
であることを特徴とする。

上述の適用例によれば、信号強度を低下させることなく、付加される圧力によるダイヤフラム部の変形を第１固定電極と可動電極との間隙の変化に効率よく変換し、間隙部の変化に伴う共振周波数の変化を確実に検出することができる共振子を備えるＭＥＭＳ圧力センサーを得ることができる。

〔適用例３〕上述の適用例において、前記ダイヤフラム部の前記凹部の前記主面の法線方向からの平面視の平面形状における直径ｃを有する前記内接円の同心円の領域に前記第１固定電極が配置され、前記直径ｃは、
０＜ｃ≦０．９３ｂ_B
であることを特徴とする。

上述の適用例によれば、ダイヤフラム部に付加される圧力が小さく、ダイヤフラム部の変位量、すなわち撓み量が小さくても、第１固定電極と可動電極との間隙を大きく生じさせることができ、微小な圧力を検出することができるＭＥＭＳ圧力センサーを得ることができる。

〔適用例４〕上述の適用例において、前記主面の法線方向からの平面視において、前記凹部の前記底面における平面形状の底面内接円の直径をｂ_Bとし、前記裏面における前記凹部の開口の平面形状の開口内接円の直径をｂ_Wとした場合、
ｂ_B＜ｂ_W
であることを特徴とする。

上述の適用例によれば、凹部の底面と、凹部の側壁とで構成される角部が鋭角とならず、ダイヤフラム部の撓み変形が繰り返されても角部での応力集中などによる基板を構成するウエハーの損傷を抑制することができる。更に、凹部を成形する際のエッチング性を向上させることができ、生産性を向上させることができる。

〔適用例５〕本適用例の電子デバイスは、上述の適用例に記載のＭＥＭＳ圧力センサーと、基板の前記裏面における前記凹部の前記開口および前記底面を圧力変動領域に露出させて保持する保持手段と、を備えることを特徴とする。

本適用例の電子デバイスによれば、ダイヤフラム部に外部圧力が付加されることによりダイヤフラム部には撓みが生じ、共振子の振動特性、すなわち共振周波数に変化をもたらす。この外部圧力と、共振子の周波数特性の変化と、の関係を導き出すことによって、共振子の周波数特性の変化から外部圧力を検出する電子デバイスとしての圧力センサーが得られる。

〔適用例６〕本適用例の高度計は、上述の適用例に記載のＭＥＭＳ圧力センサーと、前記裏面における前記凹部の前記開口および前記底面を圧力変動領域に露出させて保持する保持手段と、前記ＭＥＭＳ圧力センサーの測定データを処理するデータ処理部と、を備えていることを特徴とする。

本適用例の高度計によれば、ダイヤフラム部に外部圧力が付加されることによりダイヤフラム部には撓みが生じ、共振子の振動特性、すなわち共振周波数に変化をもたらす。この外部圧力と、共振子の周波数特性の変化と、の関係を導き出すことによって、共振子の周波数特性の変化から外部圧力を検出し、その圧力値から高度を算出することができる高度計を得られる。

〔適用例７〕本適用例の電子機器は、上述の適用例に記載のＭＥＭＳ圧力センサー、電子デバイスもしくは高度計を備えていることを特徴とする。

本適用例の電子機器によれば、極低圧の圧力値が得られ、その圧力値を基に動作させる電子機器を得ることができる。

〔適用例８〕本適用例の移動体は、上述の適用例に記載のＭＥＭＳ圧力センサー、電子デバイス、高度計もしくは電子機器を備えていることを特徴とする。

本適用例の移動体によれば、極低圧の圧力値が得られ、その圧力値を基に動作させる電子機器を備える移動体を得ることができる。

第１実施形態に係るＭＥＭＳ圧力センサーを示す、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ´部の断面図、（ｃ）は（ａ）にしめすＢ−Ｂ´部の断面図。 第１実施形態に係るＭＥＭＳ圧力センサーの、（ａ）は静的状態、（ｂ）は加圧状態の動作を説明するＭＥＭＳ振動子部の構成図。 第１実施形態に係るＭＥＭＳ圧力センサーを示し、（ａ）はダイヤフラム部が円形平面形状、（ｂ）はダイヤフラム部が六角形平面形状を備える平面図、（ｃ）は加圧状態を示す断面図。 第１実施形態に係るＭＥＭＳ圧力センサーにおける第１固定電極の配置を説明する平面図。 第１実施形態に係るＭＥＭＳ圧力センサーのその他の形態を示す、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＣ−Ｃ´部の断面図、（ｃ）はＭＥＭＳ振動子部の拡大断面図。 第１実施形態に係るＭＥＭＳ圧力センサーのその他の形態を示す断面図。 第２実施形態に係る高度計を示す、（ａ）は構成図、（ｂ）は（ａ）に示すＤ部拡大図。 その他の形態に係る高度計を示す部分断面図。 第３実施形態に係る移動体を示す外観図。

以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。

（第１実施形態）
図１に第１実施形態に係るＭＥＭＳ圧力センサーを示し、（ａ）は後述する被覆層を透過した状態での平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ´部の断面図、（ｃ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ´部の断面図である。図１（ｂ）に示すように、本実施形態に係るＭＥＭＳ圧力センサー１００は、ウエハー基板１１と、ウエハー基板１１の主面１１ａに形成された第１酸化膜１２と、第１酸化膜１２上に形成された窒化膜１３と、により構成される基板１０を備えている。ウエハー基板１１は、シリコン基板であり、後述する半導体装置、いわゆるＩＣを形成するウエハー基板１１としても用いられている。

基板１０の第１の面としての主面１０ａ、すなわち窒化膜１３の表面１３ａ、に共振子としてのＭＥＭＳ振動子２０が形成されている。ＭＥＭＳ振動子２０は、図１（ｂ）に示す第１導電層２１に備える第１固定電極２１ａと、駆動電極としての第２導電層２２に備える可動電極２２ａと、により構成される。図１（ｂ）にも示すように、第１導電層２１は、第１固定電極２１ａと図示しない外部配線とに接続する第１配線部２１ｂとを備えている。また、第２導電層２２は、可動電極２２ａと、主面１０ａ上に形成された第２固定電極２２ｃと、可動電極２２ａを支持し、第２固定電極２２ｃとに接続される支持電極２２ｂと、を備え、第２固定電極２２ｃを図示しない外部配線とに接続する第２配線部２２ｄとを備えている。第１導電層２１および第２導電層２２は、導電性のポリシリコンをフォトリソグラフィーによりパターニングすることで形成される。なお、第１導電層２１および第２導電層２２は、本実施形態ではポリシリコンを用いる例を示すが、これに限定されるものではない。

ＭＥＭＳ振動子２０は、第１固定電極２１ａと可動電極２２ａと、の間に可動電極２２ａが可動可能な空間としての間隙部Ｇが形成されている。また、ＭＥＭＳ振動子２０は、基板１０の主面１０ａ上に形成された空間Ｓに収容されるように形成されている。空間Ｓは、次のように形成される。第１導電層２１および第２導電層２２が形成された後、第２酸化膜４０を形成する。第２酸化膜４０には、第２導電層２２の形成と同時にポリシリコンによる、後述する空間壁部３０の最下層３３と接続されるように最下層３３が露出される穴が形成され、第１配線層３１がフォトリソグラフィーによるパターニングにより形成される。

更に、第３酸化膜５０が第２酸化膜４０上に形成される。第３酸化膜５０には、第１配線層３１が露出する穴が形成され、第２配線層３２がフォトリソグラフィーによるパターニングにより形成される。第２配線層３２は、後述する空間壁部３０の最上層を構成する壁部３２ａと、ＭＥＭＳ振動子２０を収納する空間Ｓを構成する蓋部３２ｂと、を備えている。更に、第２配線層３２の蓋部３２ｂには、空間Ｓを形成するために製造過程で形成された空間Ｓの領域にある第２酸化膜４０および第３酸化膜５０をリリースエッチングするための開口３２ｃを備えている。

次に、第２配線層３２の開口３２ｃを露出させるように保護膜６０が形成され、開口３２ｃより第２酸化膜４０および第３酸化膜５０をエッチングするエッチング液が導入され、リリースエッチングより空間Ｓが形成される。空間Ｓは、最下層３３と、第１配線層３１と、第２配線層３２と、によって形成される空間壁部３０に囲まれた領域である。

ＭＥＭＳ振動子２０に設けられている間隙部Ｇは、上述した空間Ｓの形成時におけるリリースエッチングにより形成される。すなわち、第１導電層２１が形成された後、第１固定電極２１ａ上に図示しない第４酸化膜が形成され、第４酸化膜上に可動電極２２ａが形成される。そして、第４酸化膜がリリースエッチングによって、第２酸化膜４０および第３酸化膜５０とともに除去され、間隙部Ｇが形成される。なお、上述したリリースエッチングによって除去される空間Ｓに相当する領域の第２酸化膜４０および第３酸化膜５０、そして第４酸化膜は、犠牲層と呼ばれている。

リリースエッチングが終了し、空間Ｓが形成されると被覆層７０が形成され、保護膜６０に覆われていない第２配線層３２の蓋部３２ｂを覆い、開口３２ｃが封止される。これにより空間Ｓは密閉される。

こうしてＭＥＭＳ圧力センサー１００が形成される。本実施形態に係るＭＥＭＳ圧力センサー１００では、ＭＥＭＳ振動子２０に対応する基板１０の主面１０ａの反対面である第２の面としての基板１０の裏面１０ｃ側からウエハー基板１１に凹部１１ｂが形成されている。凹部１１ｂが形成されることにより、ＭＥＭＳ振動子２０が形成される主面１０ａの領域では薄肉部１１ｃが形成される。この薄肉部１１ｃと、薄肉部１１ｃ上に形成される第１酸化膜１２と、窒化膜１３と、によりダイヤフラム部１０ｂが構成される。言い換えると、ダイヤフラム部１０ｂの領域の主面１０ａ上にＭＥＭＳ振動子２０が形成されている。

図２は、ＭＥＭＳ圧力センサー１００の動作を説明する構成図である。図２（ａ）に示すＭＥＭＳ圧力センサー１００の動作状態は、ダイヤフラム部１０ｂには外力としての外部圧力が掛かっていない、いわゆる静的状態におけるＭＥＭＳ振動子２０の動作を示す。図２（ａ）に示すように、静的状態におけるＭＥＭＳ振動子２０は、第１固定電極２１ａに対して間隙部Ｇを離間して可動電極２２ａが配置されている。可動電極２２ａは、基板１０の主面１０ａと支持電極２２ｂの接合点Ｐｆを固定点として、第２固定電極２２ｃにより基板１０に固定される片持梁構造となっている。第１固定電極２１ａおよび可動電極２２ａに付加される電荷によって生じる静電力が、可動電極２２ａをＦ方向に振動させる。また、間隙部Ｇの静電容量の変化を検出することにより、ＭＥＭＳ振動子２０の振動周波数などの振動特性を取得することができる。

上述のように振動させることができるＭＥＭＳ振動子２０を備えるＭＥＭＳ圧力センサー１００に、図２（ｂ）に示すように基板１０のダイヤフラム部１０ｂに外力として圧力ｐが付加され、ダイヤフラム部１０ｂの底面１０ｄに掛かる圧力ｐによって、ダイヤフラム部１０ｂに応力が掛かり、基板１０の主面１０ａは変形して主面１０ａ´となって撓みδを生じる。このとき、接合点Ｐｆでの変形後のダイヤフラム部１０ｂ´の変形後の主面１０ａ´の接線Ｌｔ方向は、ダイヤフラム部１０ｂが形成されない基板１０の主面１０ａに対して角度θの傾きが生じる。

主面１０ａに対する変形後の主面１０ａ´の傾き角θによって、可動電極２２ａも主面１０ａに対する傾きが生じ、結果、変形後の間隙部Ｇ´は静的状態のＭＥＭＳ振動子２０の間隙部Ｇに対して拡大され、第１固定電極２１ａと可動電極２２ａとの間の静電力が変化し、共振周波数が変化する。この共振周波数の変化と、ダイヤフラム部１０ｂに付加される圧力ｐとの関係を得ることにより、ＭＥＭＳ圧力センサー１００を得ることができる。

上述した通り、ダイヤフラム部１０ｂが圧力ｐによって変形することにより、間隙部Ｇが間隙部Ｇ´へ変化し、共振周波数の変化として検出する。従って、変化後の間隙部Ｇ´への変化量を大きくするように第１固定電極２１ａと可動電極２２ａとを配置することが好ましい。第１固定電極２１ａと可動電極２２ａとの配置について図３を用いて説明する。図３（ａ）はＭＥＭＳ圧力センサー１００、および図３（ｂ）はＭＥＭＳ圧力センサー１１０の平面図を示し、図３（ａ）に示すＭＥＭＳ圧力センサー１００はダイヤフラム部１０ｂの平面視形状が円形の場合であり、図１（ａ）に示す形態と同じである。図３（ｂ）に示すＭＥＭＳ圧力センサー１１０は、ダイヤフラム部１０ｅの平面視形状が多角形の一例としての六角形の場合を示す。図３（ｃ）は、ダイヤフラム部１０ｂ，１０ｅに圧力ｐが付加された状態のＭＥＭＳ振動子２０を示す概略断面図である。

図３（ａ）に示すＭＥＭＳ圧力センサー１００では、ダイヤフラム部１０ｂの平面視形状が円形に形成されている。第１固定電極２１ａと可動電極２２ａとの位置関係は、図３（ａ）に示すように、第２固定電極２２ｃに対向する第１固定電極２１ａの第１固定電極端部２１ｃと、第１固定電極２１ａに対向する第２固定電極２２ｃの第２固定電極端部２２ｅとの距離、すなわち第１固定電極端部２１ｃト第２固定電極端部２２ｅとは対向する端部であり、第１固定電極端部２１ｃと第２固定電極端部２２ｅとは距離ａ、離間している。

また、ダイヤフラム部１０ｂの平面視形状の円形の直径はφｂ_Bで形成されている。この場合、
０＜ａ＜０．３ｂ_B （１）
の条件となるように、第１固定電極端部２１ｃと第２固定電極端部２２ｅとの距離ａを設定することが好ましい。図３（ｃ）に示すように接合点Ｐｆでの変形後のダイヤフラム部１０ｂ´の変形後の主面１０ａ´の接線Ｌｔ方向である、ダイヤフラム部１０ｂが形成されない基板１０の主面１０ａに対する傾き角度θによって、可動電極２２ａは第１固定電極２１ａから離間し、圧力ｐの付加による間隙部Ｇ´となる。従って、式（１）に示される条件で距離ａを設定することにより、可動電極２２ａの励振駆動を継続させながらも、付加される圧力ｐによるダイヤフラム部１０ｂの変形を間隙部Ｇ´への変化に効率よく変換し、間隙部Ｇの間隙部Ｇ´への変化に伴う共振周波数の変化を確実に検出することができるＭＥＭＳ振動子２０を備えるＭＥＭＳ圧力センサー１００を得ることができる。

また、図３（ｂ）に示すＭＥＭＳ圧力センサー１１０のように、ダイヤフラム部１０ｅの平面視形状が六角形を有している場合、六角形の平面形状に内接する仮想形状の内接円１０ｆの直径を直径ｂ_Bとして、式（１）の条件に適合させて第１固定電極端部２１ｃと第２固定電極端部２２ｅとの距離ａを設定すればよい。

図４は、図３（ａ），（ｂ）に示したＭＥＭＳ振動子２０のその他の配置を示す平面図であり、図４（ａ）は、ＭＥＭＳ圧力センサー１００に備えるダイヤフラム部１０ｂの平面視形状が円形の場合であり、図４（ｂ）は、ＭＥＭＳ圧力センサー１１０に備えるダイヤフラム部１０ｅの平面視形状が多角形の一例としての六角形の場合を示す。

図４（ａ）に示すように、第１固定電極２１ａの平面視形状（図示、網掛け部）の中心Ｃ_Eが、ダイヤフラム部１０ｂの平面視における直径ｂ_Bの円形と同心円である直径ｃの円形領域内となるように配置されている。中心Ｃ_Eが配置される円形領域の直径ｃは、
０＜ｃ≦０．９３ｂ_B （２）
であることが好ましい。

式（２）に示す条件により設定された領域内に第１固定電極２１ａの平面形状中心Ｃ_Eが配置されるように第１固定電極２１ａが配置され、更に、式（１）に示す条件により第１固定電極端部２１ｃと第２固定電極端部２２ｅとの距離ａを設定することにより、ダイヤフラム部１０ｂに付加される圧力ｐが小さく撓みδが小さくても、間隙部Ｇ´を大きく生じさせることができる。

図３（ｃ）に示すように、ダイヤフラム部１０ｂを構成する凹部１１ｂは、底面１０ｄにおける平面視形状の直径ｂ_Bに対して、基板１０の裏面１０ｃでの凹部１１ｂの開口の直径ｂ_Wは、
ｂ_B＜ｂ_W
の関係とする。このようにすることにより、凹部１１ｂの底面１０ｄとなるウエハー基板１１の凹部底面１１ｄと凹部壁面１１ｅとで構成される角部１１ｆが鋭角にならず、ダイヤフラム部１０ｂの撓み変形が繰り返されても角部１１ｆでの応力集中などによるウエハー基板１１の損傷を抑制することができる。更に、凹部１１ｂを成形するエッチング性を向上させることができる。

図４（ｂ）に示すＭＥＭＳ圧力センサー１１０の場合、第１固定電極２１ａの平面視形状（図示、網掛け部）の中心Ｃ_Eが、ダイヤフラム部１０ｅの平面視における仮想形状の内接円１０ｆと同心円である直径ｃの円形領域内となるように配置されている。中心Ｃ_Eが配置される円形領域の直径ｃは、式（２）で示す条件であることが好ましい。

図５にＭＥＭＳ圧力センサーのその他の形態を示す。図５は、ＭＥＭＳ圧力センサー２００を示し、（ａ）は被覆層７０を透過した状態での平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＣ−Ｃ´部の断面図である。なお、ＭＥＭＳ圧力センサー２００は、上述したＭＥＭＳ圧力センサー１００，１１０に備える第２導電層２２の構成が異なるのみであり、その他の構成は同じであるので、ＭＥＭＳセンサー１００，１１０と同じ構成には同じ符号を付し、説明は省略する。

図５（ｂ）に示すように、ＭＥＭＳ圧力センサー２００は、基板１０の第１の面としての主面１０ａ、すなわち窒化膜１３の表面１３ａ、に共振子としてのＭＥＭＳ振動子２０が形成されている。ＭＥＭＳ振動子２０は、第１導電層２１に備える第１固定電極２１ａと、第３導電層２４に備える可動電極２４ａと、により構成される。第３導電層２４には、可動電極２４ａから支持電極２４ｂが延設されている。そして、支持電極２４ｂから第２固定電極としての接続電極２４ｃが延設されている。また、基板１０の主面１０ａ上には第２導電層２３が配設されている。第２導電層２３は基板電極２３ａを備え、基板電極２３ａに第３導電層２４に備える接続電極２４ｃが接続されることにより、第３導電層２４は基板電極２３ａを介して基板１０に固定されている。また、第１導電層２１は、第１固定電極２１ａと図示しない外部配線とに接続する第１配線部２１ｂとを備えている。また、第２導電層２３は、基板電極２３ａと図示しない外部配線とに接続する第２配線部２３ｂとを備えている。

第１導電層２１および第２導電層２３が基板１０の主面１０ａ上に導電性のポリシリコンをフォトリソグラフィーによりパターニングし、第１固定電極２１ａおよび基板電極２３ａが形成される。形成された第１固定電極２１ａおよび基板電極２３ａ上に図示しない第４酸化膜が形成される。基板電極２３ａ上の第４酸化膜には、第３導電層２４の接続電極２４ｃを基板電極２３ａ上に形成させるための開口が設けられる。そして第４酸化膜上に第３導電層２４が形成される。そして、第４酸化膜がリリースエッチングによって、第２酸化膜４０および第３酸化膜５０とともに除去され、第１固定電極２１ａと可動電極２４ａとの間隙として、間隙部Ｇが形成される。

図５に示すＭＥＭＳ圧力センサー２００では、ダイヤフラム部１０ｂの平面視形状が円形に形成されている。第１固定電極２１ａと可動電極２４ａとの位置関係は、ＭＥＭＳ振動子２０部分の拡大図である図５（ｃ）に示すように、第１固定電極２１ａの基板電極２３ａに対向する第１固定電極端部２１ｃと、第３導電層２４の接続電極２４ｃの第１固定電極２１ａに対向する接続電極端部２４ｄとの距離、すなわち第１固定電極端部２１ｃと接続電極端部２４ｄとは対向する端部であり、第１固定電極端部２１ｃと接続電極端部２４ｄとは距離ｄ、離間している。

第１固定電極端部２１ｃと接続電極端部２４ｄとの距離ｄは、ダイヤフラム部１０ｂの平面視形状の円形の直径はφｂ_Bで形成されている場合、
０＜ｄ＜０．３ｂ_B （３）
の条件となるように設定することが好ましい。すなわち、距離ｄは上述したＭＥＭＳ圧力センサー１００，１１０における式（１）の距離ａに相当する。また、ＭＥＭＳ圧力センサー１１０における六角形の平面形状を有するダイヤフラム部１０ｅと同じダイヤフラムを構成した場合であっても、六角形の平面形状に内接する仮想形状の内接円１０ｆの直径を直径ｂとして（図３参照）、式（３）の条件に適合させて第１固定電極端部２１ｃと接続電極端部２４ｄとの距離ｄを設定すればよい。

また、図５（ａ）に示すように、第１固定電極２１ａの平面視形状（図示、網掛け部）の中心Ｃ_Eが、ダイヤフラム部１０ｂの平面視における直径ｂ_Bの円形と同心円である直径ｃの円形領域内となるように配置されている。中心Ｃ_Eが配置される円形領域の直径ｃは、ＭＥＭＳ圧力センサー２００の場合でも式（２）の条件で設定されることが好ましい。

上述したＭＥＭＳ圧力センサー１００，１１０，２００は、外部の圧力によって撓み変形を生じるダイヤフラム部１０ｂの主面１０ａ部上にＭＥＭＳ振動子２０が形成されることにより、ダイヤフラム部１０ｂの僅かな撓み変形、言い換えると、微小な外部圧力であっても、ＭＥＭＳ振動子２０の共振周波数に変化がもたらされ、検出可能な圧力センサーを得ることができる。更に、半導体プロセスと同じプロセスによって形成でき、小型の圧力センサーを得ることができる。

上述した通り、本実施形態に係るＭＥＭＳ圧力センサー１００，１１０，２００は半導体製造プロセスを用いて製造される。従って、半導体装置、いわゆるＩＣとの一体化を可能とするものである。図６に、上述したＭＥＭＳ圧力センサー１００と半導体装置を１チップに構成した形態を示す。図６に示すＭＥＭＳ圧力センサー３００は、ＭＥＭＳ圧力センサー１００と、半導体装置３１０と、を１チップに形成した構成を有する。ＭＥＭＳ圧力センサー１００は、半導体製造装置を用い、半導体製造方法によって製造することができる微細装置であることから、半導体装置３１０をＭＥＭＳ圧力センサー１００と同一のウエハー基板１１に容易に形成することができる。半導体装置３１０には、ＭＥＭＳ圧力センサー１００を駆動する発振回路、およびＭＥＭＳ圧力センサー１００の周波数変動を演算する演算回路、などを備えている。ＭＥＭＳ圧力センサー３００に示すように、半導体装置３１０を、ＭＥＭＳ圧力センサー１００と１チップに形成することにより、小型のセンサーデバイスとしてのＭＥＭＳ圧力センサーを得ることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態として、高度計を図面に基づいて説明する。第２実施形態に係る高度計は、第１実施形態に係るＭＥＭＳ圧力センサー１００，１１０，２００，３００を備える電子デバイスとしての圧力センサーを備える電子機器の１形態である。

図７（ａ）に示すように、第２実施形態に係る高度計１０００は筐体１１００に、第１実施形態に係るＭＥＭＳ圧力センサー３００と、ＭＥＭＳ圧力センサー３００を保持し筐体１１００に装着される保持手段としてのセンサー固定枠１２００と、ＭＥＭＳ圧力センサー３００から得られるデータ信号を高度データへ演算するデータ処理部としての演算部１３００と、を備えている。筐体１１００には、ＭＥＭＳ圧力センサー３００に備えるＭＥＭＳ圧力センサー１００のダイヤフラム部１０ｂ（図１参照）が、大気と通気可能とする開口１１００ａが設けられている。

図７（ａ）に示すＤ部、すなわちＭＥＭＳ圧力センサー３００の装着部断面の詳細を図７（ｂ）に示す。図７（ｂ）に示すように、開口１１００ａ側にＭＥＭＳ圧力センサー１００のダイヤフラム部１０ｂが露出するように配置されている。また、センサー固定枠１２００も、貫通孔１２００ａを備え、貫通孔１２００ａもＭＥＭＳ圧力センサー１００のダイヤフラム部１０ｂが露出するように配置されている。センサー固定枠１２００とＭＥＭＳ圧力センサー３００とは、センサー固定枠１２００の接合面１２００ｂに接着などの手段により接合されている。ＭＥＭＳ圧力センサー３００が接合されたセンサー固定枠１２００は、ねじ１４００により筐体１１００に装着される。なお、センサー固定枠１２００の筐体への固定方法はねじ１４００に限定されず、接着などの固着手段であってもよい。

高度計１０００は、筐体１１００の開口１１００ａ、およびセンサー固定枠１２００の貫通孔１２００ａを介して通気されているＭＥＭＳ圧力センサー１００のダイヤフラム部１０ｂに付加される圧力変動領域としては大気中に通気され、大気の圧力（以下、大気圧という）を検出し、高度データを出力する。出力される高度データは、図７（ａ）に示す表示手段２１００を備えるパーソナルコンピューター２０００（以下、ＰＣ２０００という）に送信され、ＰＣ２０００の表示手段２１００に表示される。この際、ＰＣ２０００に備える処理ソフトによって、高度データの記憶、グラフ化、地図データへの表示、など様々なデータ処理を行うことができる。なお、ＰＣ２０００に代えて、高度計１０００にデータ処理装置、表示部、外部操作部、等を備えることもできる。

図８は、第２実施形態に係る高度計１０００に備えるＭＥＭＳ圧力センサー３００のその他の形態を示す。図８は、図７（ａ）に示す高度計１０００の図７（ａ）のＤ部を示す。図８に示すように、ＭＥＭＳ圧力センサー３００は、ＭＥＭＳ圧力センサー３００に可撓性と気密性とを備える可撓膜４００が固着されている。可撓膜４００としては、例えばフッ素樹脂、合成ゴムなどの弾力性を備え、気体透過率の小さい材料、あるいは金属薄膜が好ましい。

可撓膜４００は、ＭＥＭＳ圧力センサー１００のダイヤフラム部１０ｂを覆うように配置され、フランジ部４００ａで基板１０に固着されている。このとき、基板１０と可撓膜４００によって形成される空間Ｑ（図示点状ハッチング部）は、例えば空気、不活性ガスなどの気体が充填され、圧力変動領域として形成されている。可撓膜４００を備えたＭＥＭＳ圧力センサー３００は、センサー固定枠１２００に固着され、筐体１１００に装着される。

ＭＥＭＳ圧力センサー３００は、可撓膜４００を備えることにより、外部の異物、ごみなどがＭＥＭＳ圧力センサー１００に付着することを防止し、清浄に保つことができるため、安定した高度計の性能を得ることができる。また、可撓膜４００の外部環境が液体、腐食ガス、などであってもＭＥＭＳ圧力センサー３００の損傷を抑制することができる。

（第３実施形態）
第１実施形態に係るＭＥＭＳ圧力センサー１００，１１０，２００，３００、あるいは第２実施形態に係る高度計１０００を備える電子機器としてのナビゲーションシステムと、そのナビゲーションシステムを搭載する移動体としての一態様の自動車について説明する。

図９は、電子機器としてのナビゲーションシステム３０００を備える移動体としての自動車４０００の外観図である。ナビゲーションシステム３０００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、第２実施形態に係る高度計１０００と、を備え、運転者に視認可能な位置に配設された表示手段３１００に所定の位置情報あるいは進路情報を表示する。

図９に示す、自動車４０００では、ナビゲーションシステム３０００に高度計１０００を備えることにより、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運転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３０００では、高度情報を高度計１０００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運転者に提供することができる。

また、第１実施形態に係るＭＥＭＳ圧力センサー１００，１１０，２００，３００により小型の圧力検出機器を構成することが可能となり、自動車４０００に、油圧あるいは空気圧による駆動システムを容易に組み込むことができる。これにより、装置の圧力の監視、および制御データを容易に取得することができる。

１０…基板、２０…ＭＥＭＳ振動子、３０…空間壁部、４０…第２酸化膜、５０…第３酸化膜、６０…保護膜、７０…被覆層、１００…ＭＥＭＳ圧力センサー。

第１固定電極端部２１ｃと接続電極端部２４ｄとの距離ｄは、ダイヤフラム部１０ｂの
平面視形状の円形の直径はφｂ_Bで形成されている場合、
０＜ｄ＜０．３ｂ_B （３）
の条件となるように設定することが好ましい。すなわち、距離ｄは上述したＭＥＭＳ圧力
センサー１００，１１０における式（１）の距離ａに相当する。また、ＭＥＭＳ圧力セン
サー１１０における六角形の平面形状を有するダイヤフラム部１０ｅと同じダイヤフラム
を構成した場合であっても、六角形の平面形状に内接する仮想形状の内接円１０ｆの直径
を直径ｂ _B として（図３参照）、式（３）の条件に適合させて第１固定電極端部２１ｃと接続電極端部２４ｄとの距離ｄを設定すればよい。

図９に示す、自動車４０００では、ナビゲーションシステム３０００に高度計１０００
を備えることにより、取得した位置情報に加えて高度情報を取得することができる。例えば、一般道路と位置情報上は略同一の位置を示す高架道路を走行する場合、高度情報を持たない場合には、一般道路を走行しているのか高架道路を走行しているのかナビゲーションシステムでは判断できず、優先情報として一般道路の情報を運転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３０００では、高度情報を高度計１０００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運転者に提供することができる。

Claims (8)

1. 圧力に応じて変位するダイヤフラム部と、
   前記ダイヤフラム部の主面上に形成された共振子と、を備え、
   前記共振子は、
   前記主面上に設けられている第１固定電極と、
   前記主面上に設けられている第２固定電極と、前記第１固定電極と離間し、前記主面の法線方向からの平面視において前記第１固定電極と重なり、前記主面に交差する方向に駆動する可動電極と、前記可動電極を支持し、前記第２固定電極に接続される支持電極と、を備える駆動電極と、を備えている、
   ことを特徴とするＭＥＭＳ圧力センサー。
2. 前記ダイヤフラム部は、前記主面の裏面に形成された凹部と、前記凹部の底面と前記主面とで構成される薄肉部と、を備え、
   前記第１固定電極および前記第２固定電極の対向する端部間の距離をａとし、
   前記ダイヤフラム部の前記凹部の前記主面の法線方向からの平面視の平面形状における内接円の直径をｂとした場合、
   ０＜ａ≦０．３ｂ_B
   である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ圧力センサー。
3. 前記ダイヤフラム部の前記凹部の前記主面の法線方向からの平面視の平面形状における直径ｃを有する前記内接円の同心円の領域に前記第１固定電極が配置され、
   前記直径ｃは、
   ０＜ｃ≦０．９３ｂ_B
   である、
   ことを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳ圧力センサー。
4. 前記主面の法線方向からの平面視において、
   前記凹部の前記底面における平面形状の底面内接円の直径をｂ_Bとし、
   前記裏面における前記凹部の開口の平面形状の開口内接円の直径をｂ_Wとした場合、
   ｂ_B＜ｂ_W
   であることを特徴とする請求項２または３に記載のＭＥＭＳ圧力センサー。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ圧力センサーと、
   基板の前記裏面における前記凹部の前記開口および前記底面を圧力変動領域に露出させて保持する保持手段と、を備える、
   ことを特徴とする電子デバイス。
6. 請求項１から４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ圧力センサーと、
   前記裏面における前記凹部の前記開口および前記底面を圧力変動領域に露出させて保持する保持手段と、
   前記ＭＥＭＳ圧力センサーの測定データを処理するデータ処理部と、を備えている、
   ことを特徴とする高度計。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ圧力センサー、電子デバイスもしくは高度計を備えている、
   ことを特徴とする電子機器。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ圧力センサー、圧力センサーデバイス、高度計もしくは電子機器を備えている、
   ことを特徴とする移動体。

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