JP2016095284A - 電子デバイス、物理量センサー、圧力センサー、高度計、電子機器および移動体 - Google Patents

電子デバイス、物理量センサー、圧力センサー、高度計、電子機器および移動体 Download PDF

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Abstract

【課題】優れた信頼性を有する電子デバイスおよび物理量センサーを提供すること、また、かかる電子デバイスを備える圧力センサー、高度計、電子機器および移動体を提供すること。【解決手段】本発明の物理量センサー１は、基板と、基板の一方の面側に配置されているピエゾ抵抗素子５と、基板の一方の面側に基板の平面視でピエゾ抵抗素子５を囲んで配置されている壁部と、壁部に対して基板とは反対側に配置されていて空洞部Ｓを壁部とともに構成している天井部と、を備え、壁部の基板とは反対側の端部の内周縁６４３は、平面視で湾曲している曲部６４３１を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、電子デバイス、物理量センサー、圧力センサー、高度計、電子機器および移動体に関するものである。
半導体製造プロセスを用いて形成された空洞部を有する電子デバイスが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような電子デバイスの一例としては、例えば、特許文献１に係るＭＥＭＳ素子が挙げられ、このＭＥＭＳ素子は、基板と、基板の主面に形成された共振子と、基板の主面上に形成されていて共振子を収容する空間を形成する空間壁部と、を有する。また、特許文献１に係るＭＥＭＳ素子は、基板の一部が薄肉されていてダイヤフラムとして機能する。そして、受圧によるダイヤフラムの撓みに伴う共振子の周波数特性の変化に基づいて、圧力を検出する。
しかし、特許文献１に係るＭＥＭＳ素子では、空間壁部（側壁）の内周が平面視でダイヤフラムの平面視形状に対応して矩形をなしているため、空間壁部の天井部の熱収縮等が生じたときに天井部の側壁の角部に対応する部分に応力が集中し、その結果、天井部に亀裂等の損傷が生じるという問題があった。
特開２０１４−１１５２０８号公報
本発明の目的は、優れた信頼性を有する電子デバイスおよび物理量センサーを提供すること、また、かかる電子デバイスを備える圧力センサー、高度計、電子機器および移動体を提供することにある。
このような目的は、下記の本発明により達成される。
［適用例１］
本発明の電子デバイスは、基板と、
前記基板に配置されている機能素子と、
前記基板の平面視で前記機能素子を囲んで前記基板の一方の面側に配置されている壁部と、
前記壁部に対して前記基板とは反対側に配置されていて、前記基板と前記壁部とともに内部空間を構成している天井部と、
を備え、
前記壁部の前記天井部側の端部の内周縁は、前記平面視で鈍角に屈曲または湾曲している曲部を有することを特徴とする。
このような電子デバイスによれば、壁部の基板とは反対側の端部の内周縁の平面視で直角または鋭角に屈曲した部分（天井部に応力集中を生じさせやすい部分）を実質的に無くすことにより、天井部の熱収縮等が生じたときに天井部の応力集中を低減することができる。そのため、天井部の熱収縮等に起因する損傷を低減することができる。よって、優れた信頼性を有する電子デバイスを提供することができる。
［適用例２］
本発明の電子デバイスでは、前記曲部の数が５つ以上であることが好ましい。
これにより、壁部の基板とは反対側の端部の内周縁が平面視で屈曲した部分を有していても、その部分の角度をすべて鈍角とすることができる。すなわち、壁部の基板とは反対側の端部の内周縁の平面視で直角または鋭角に屈曲した部分を全周にわたって無くすことができる。
［適用例３］
本発明の電子デバイスでは、前記曲部は、形状が前記平面視で円弧に沿っていることが好ましい。
これにより、天井部の熱収縮等が生じたときに天井部の応力集中を効果的に低減することができる。
［適用例４］
本発明の電子デバイスでは、前記内周縁は、形状が前記平面視で円形または楕円形であることが好ましい。
これにより、天井部の熱収縮等が生じたときに天井部の応力集中を効果的に低減することができる。
［適用例５］
本発明の電子デバイスでは、前記基板は、平面視で前記天井部と少なくとも一部が重なる位置に設けられていて受圧により撓み変形するダイヤフラム部を、有することが好ましい。
これにより、圧力を検出可能な電子デバイス（物理量センサー）を実現することができる。
［適用例６］
本発明の電子デバイスでは、前記機能素子は、歪みにより電気信号を出力するセンサー素子であることが好ましい。
これにより、圧力の検出感度を向上させることができる。
［適用例７］
本発明の電子デバイスでは、前記平面視で前記ダイヤフラム部の輪郭が矩形であることが好ましい。
これにより、圧力の検出感度を向上させることができる。
［適用例８］
本発明の電子デバイスでは、前記内周縁は、前記平面視で矩形であることが好ましい。
これにより、平面視で矩形をなすダイヤフラム部の受圧による撓み変形を壁部が不本意に阻害するのを低減しつつ、効率的に壁部を配置することができる。
［適用例９］
本発明の物理量センサーは、本発明の電子デバイスを備え、前記機能素子がセンサー素子であることを特徴とする。
このような物理量センサーによれば、壁部の基板とは反対側の端部の内周縁の平面視で直角または鋭角に屈曲した部分（天井部に応力集中を生じさせやすい部分）を実質的に無くすことにより、天井部の熱収縮等が生じたときに天井部の応力集中を低減することができる。そのため、天井部の熱収縮等に起因する損傷を低減することができる。よって、優れた信頼性を有する物理量センサーを提供することができる。
［適用例１０］
本発明の圧力センサーは、本発明の電子デバイスを備えることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有する圧力センサーを提供することができる。
［適用例１１］
本発明の高度計は、本発明の電子デバイスを備えることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有する高度計を提供することができる。
［適用例１２］
本発明の電子機器は、本発明の電子デバイスを備えることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有する電子機器を提供することができる。
［適用例１３］
本発明の移動体は、本発明の電子デバイスを備えることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有する移動体を提供することができる。
本発明の第１実施形態に係る物理量センサーを示す断面図である。 図１に示す物理量センサーのピエゾ抵抗素子（センサー素子）および壁部の配置を示す平面図である。 図１に示す物理量センサーの作用を説明するための図であって、（ａ）は加圧状態を示す断面図、（ｂ）は加圧状態を示す平面図である。 図１に示す物理量センサーの製造工程を示す図である。 図１に示す物理量センサーの製造工程を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る物理量センサーのピエゾ抵抗素子（センサー素子）および壁部の配置を示す平面図である。 本発明の第３実施形態に係る物理量センサーのピエゾ抵抗素子（センサー素子）および壁部の配置を示す平面図である。 本発明の第４実施形態に係る物理量センサーのピエゾ抵抗素子（センサー素子）および壁部の配置を示す平面図である。 本発明の圧力センサーの一例を示す断面図である。 本発明の高度計の一例を示す斜視図である。 本発明の電子機器の一例を示す正面図である。 本発明の移動体の一例を示す斜視図である。
以下、本発明の電子デバイス、物理量センサー、圧力センサー、高度計、電子機器および移動体を添付図面に示す各実施形態に基づいて詳細に説明する。
１．物理量センサー
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る物理量センサーを示す断面図、図２は、図１に示す物理量センサーのピエゾ抵抗素子（センサー素子）および壁部の配置を示す平面図である。図３は、図１に示す物理量センサーの作用を説明するための図であって、図３（ａ）は加圧状態を示す断面図、図３（ｂ）は加圧状態を示す平面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の上側を「上」、下側を「下」という。
図１に示す物理量センサー１は、ダイヤフラム部２０を有する基板２と、ダイヤフラム部２０に配置されている機能素子である複数のピエゾ抵抗素子５（センサー素子）と、基板２とともに空洞部Ｓ（圧力基準室）を形成している積層構造体６と、基板２と積層構造体６との間に配置されている中間層３と、を備えている。
以下、物理量センサー１を構成する各部を順次説明する。
−基板−
基板２は、半導体基板２１と、半導体基板２１の一方の面上に設けられた絶縁膜２２と、絶縁膜２２の半導体基板２１とは反対側の面上に設けられた絶縁膜２３と、を有している。
半導体基板２１は、単結晶シリコンで構成されているシリコン層２１１（ハンドル層）と、シリコン酸化膜で構成されている酸化シリコン層２１２（ボックス層）と、単結晶シリコンで構成されているシリコン層２１３（デバイス層）とがこの順で積層されたＳＯＩ基板である。なお、半導体基板２１は、ＳＯＩ基板に限定されず、例えば、単結晶シリコン基板等の他の半導体基板であってもよい。
絶縁膜２２は、例えば、シリコン酸化膜であり、絶縁性を有する。また、絶縁膜２３は、例えば、シリコン窒化膜であり、絶縁性を有するとともに、フッ酸を含むエッチング液に対する耐性をも有する。ここで、半導体基板２１（シリコン層２１３）と絶縁膜２３（シリコン窒化膜）との間に絶縁膜２２（シリコン酸化膜）が介在していることにより、絶縁膜２３の成膜時に生じた応力が半導体基板２１に伝わるのを絶縁膜２２により緩和することができる。また、絶縁膜２２は、半導体基板２１およびその上方に半導体回路を形成する場合、素子間分離膜として用いることもできる。なお、絶縁膜２２、２３は、前述した構成材料に限定されず、また、必要に応じて、絶縁膜２２、２３のうちのいずれか一方を省略してもよい。
このような基板２の絶縁膜２３上には、パターニングされた中間層３が配置されている。この中間層３は、平面視でダイヤフラム部２０の周囲を囲むように形成されており、中間層３の上面と基板２の上面との間であって、ダイヤフラム部２０の中心側（内側）に中間層３の厚さ分の段差部を形成する。これにより、ダイヤフラム部２０が受圧により撓み変形したとき、ダイヤフラム部２０の段差部との間の境界部分に応力を集中させることができる。そのため、かかる境界部分（またはその付近）にピエゾ抵抗素子５を配置することにより、検出感度を向上させることができる。
この中間層３は、例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン（ポリシリコン）またはアモルファスシリコンで構成されている。また、中間層３は、例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン（ポリシリコン）またはアモルファスシリコンにリン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）して構成されていてもよい。この場合、中間層３は、導電性を有するため、例えば、空洞部Ｓの外側において基板２上にＭＯＳトランジスタを形成する場合、中間層３の一部をＭＯＳトランジスタのゲート電極として用いることができる。また、中間層３の一部を配線として用いることもできる。
このような基板２には、周囲の部分よりも薄肉であり、受圧によって撓み変形するダイヤフラム部２０が設けられている。ダイヤフラム部２０は、半導体基板２１の下面に有底の凹部２４を設けることで形成されている。すなわち、ダイヤフラム部２０は、基板２の一方の面に開口している凹部２４の底部を含んで構成されている。このダイヤフラム部２０は、その下面が受圧面２５となっている。本実施形態では、図２に示すように、ダイヤフラム部２０は、正方形（矩形）の平面視形状である。
本実施形態の基板２では、凹部２４がシリコン層２１１を貫通しており、ダイヤフラム部２０が酸化シリコン層２１２、シリコン層２１３、絶縁膜２２および絶縁膜２３の４層で構成されている。ここで、酸化シリコン層２１２は、後述するように、物理量センサー１の製造工程において凹部２４をエッチングにより形成する際にエッチングストップ層として利用することができ、ダイヤフラム部２０の厚さの製品ごとのバラツキを少なくすることができる。
なお、凹部２４がシリコン層２１１を貫通せず、ダイヤフラム部２０がシリコン層２１１の薄肉部、酸化シリコン層２１２、シリコン層２１３、絶縁膜２２および絶縁膜２３の５層で構成されていてもよい。
−ピエゾ抵抗素子（機能素子）−
複数のピエゾ抵抗素子５は、図１に示すように、それぞれ、ダイヤフラム部２０の空洞部Ｓ側に形成されている。ここで、ピエゾ抵抗素子５は、半導体基板２１のシリコン層２１３に形成されている。
図２に示すように、複数のピエゾ抵抗素子５は、ダイヤフラム部２０の外周部に配置されている複数のピエゾ抵抗素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄで構成されている。
基板２の厚さ方向から見た平面視（以下、単に「平面視」という）で四角形をなすダイヤフラム部２０の４つの辺にそれぞれ対応して、ピエゾ抵抗素子５ａ、ピエゾ抵抗素子５ｂ、ピエゾ抵抗素子５ｃ、ピエゾ抵抗素子５ｄが配置されている。
ピエゾ抵抗素子５ａは、ダイヤフラム部２０の対応する辺に対して垂直な方向に沿って延びている。そして、ピエゾ抵抗素子５ａの両端部には、１対の配線２１４ａが電気的に接続されている。同様に、ピエゾ抵抗素子５ｂは、ダイヤフラム部２０の対応する辺に対して垂直な方向に沿って延びている。そして、ピエゾ抵抗素子５ｂの両端部には、１対の配線２１４ｂが電気的に接続されている。
一方、ピエゾ抵抗素子５ｃは、ダイヤフラム部２０の対応する辺に対して平行な方向に沿って延びている。そして、ピエゾ抵抗素子５ｃの両端部には、１対の配線２１４ｃが電気的に接続されている。同様に、ピエゾ抵抗素子５ｄは、ダイヤフラム部２０の対応する辺に対して平行な方向に沿って延びている。そして、ピエゾ抵抗素子５ｄの両端部には、１対の配線２１４ｄが電気的に接続されている。
なお、以下では、配線２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃ、２１４ｄをまとめて「配線２１４」ともいう。
このようなピエゾ抵抗素子５および配線２１４は、それぞれ、例えば、リン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）したシリコン（単結晶シリコン）で構成されている。ここで、配線２１４における不純物のドープ濃度は、ピエゾ抵抗素子５における不純物のドープ濃度よりも高い。なお、配線２１４は、金属で構成されていてもよい。
また、複数のピエゾ抵抗素子５は、例えば、自然状態における抵抗値が互いに等しくなるように構成されている。
以上説明したようなピエゾ抵抗素子５は、配線２１４等を介して、ブリッジ回路（ホイートストンブリッジ回路）を構成している。このブリッジ回路には、駆動電圧を供給する駆動回路（図示せず）が接続されている。そして、このブリッジ回路では、ピエゾ抵抗素子５の抵抗値に応じた信号（電圧）として出力される。
−積層構造体−
積層構造体６は、前述した基板２との間に空洞部Ｓを画成するように形成されている。ここで、積層構造体６は、ダイヤフラム部２０のピエゾ抵抗素子５側に配置されていてダイヤフラム部２０（または基板２）とともに空洞部Ｓ（内部空間）を区画形成（構成）している。
この積層構造体６は、基板２上に平面視でピエゾ抵抗素子５を取り囲むように形成された層間絶縁膜６１と、層間絶縁膜６１上に形成された配線層６２と、配線層６２および層間絶縁膜６１上に形成された層間絶縁膜６３と、層間絶縁膜６３上に形成され、複数の細孔６４２（開孔）を備えた被覆層６４１を有する配線層６４と、配線層６４および層間絶縁膜６３上に形成された表面保護膜６５と、被覆層６４１上に設けられた封止層６６とを有している。
層間絶縁膜６１、６３は、それぞれ、例えば、シリコン酸化膜で構成されている。また、配線層６２、６４および封止層６６は、それぞれ、アルミニウム等の金属で構成されている。また、封止層６６は、被覆層６４１が有する細孔６４２を封止している。また、表面保護膜６５は、例えば、シリコン窒化膜である。
このような積層構造体６において、被覆層６４１を除く配線層６２および配線層６４からなる構造体は、基板２の一方の面側に平面視でピエゾ抵抗素子５を囲んで配置されている「壁部」を構成している。また、被覆層６４１は、この壁部に対して基板２とは反対側に配置されていて空洞部Ｓ（内部空間）を壁部とともに構成している「天井部」を構成している。なお、側壁部、天井部およびこれらに関連する事項については、後に詳述する。
また、このような積層構造体６は、ＣＭＯＳプロセスのような半導体製造プロセスを用いて形成することができる。なお、シリコン層２１３上およびその上方には、半導体回路が作り込まれていてもよい。この半導体回路は、ＭＯＳトランジスタ等の能動素子、その他必要に応じて形成されたコンデンサ、インダクタ、抵抗、ダイオード、配線（ピエゾ抵抗素子５に接続されている配線を含む）等の回路要素を有している。
基板２と積層構造体６とによって画成された空洞部Ｓは、密閉された空間である。この空洞部Ｓは、物理量センサー１が検出する圧力の基準値となる圧力基準室として機能する。本実施形態では、空洞部Ｓが真空状態（３００Ｐａ以下）となっている。空洞部Ｓを真空状態とすることによって、物理量センサー１を、真空状態を基準として圧力を検出する「絶対圧センサー」として用いることができ、その利便性が向上する。
ただし、空洞部Ｓは、真空状態でなくてもよく、大気圧であってもよいし、大気圧よりも気圧が低い減圧状態であってもよいし、大気圧よりも気圧が高い加圧状態であってもよい。また、空洞部Ｓには、窒素ガス、希ガス等の不活性ガスが封入されていてもよい。空洞部Ｓが密閉空間であれば「絶対圧センサー」として用いることができる。
以上、物理量センサー１の構成について簡単に説明した。
このような構成の物理量センサー１は、図３（ａ）に示すように、ダイヤフラム部２０の受圧面２５が受ける圧力Ｐに応じて、ダイヤフラム部２０が変形し、これにより、図３（ｂ）に示すように、ピエゾ抵抗素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄが歪み、ピエゾ抵抗素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの抵抗値が変化する。それに伴って、ピエゾ抵抗素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄが構成するブリッジ回路の出力が変化し、その出力に基づいて、受圧面２５で受けた圧力の大きさを求めることができる。
より具体的に説明すると、前述したようなダイヤフラム部２０の変形が生じる前の自然状態では、例えば、ピエゾ抵抗素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの抵抗値が互いに等しい場合、ピエゾ抵抗素子５ａ、５ｂの抵抗値の積とピエゾ抵抗素子５ｃ、５ｄの抵抗値の積とが等しく、ブリッジ回路の出力（電位差）はゼロとなる。
一方、前述したようなダイヤフラム部２０の変形が生じると、図３（ｂ）に示すように、ピエゾ抵抗素子５ａ、５ｂにその長手方向に沿った圧縮歪みおよび幅方向に沿った引張歪みが生じるとともに、ピエゾ抵抗素子５ｃ、５ｄにその長手方向に沿った引張歪みおよびその幅方向に沿った圧縮歪みが生じる。したがって、前述したようなダイヤフラム部２０の変形が生じたとき、ピエゾ抵抗素子５ａ、５ｂの抵抗値とピエゾ抵抗素子５ｃ、５ｄの抵抗値とのうち、一方の抵抗値が増加し、他方の抵抗値が減少する。
このようなピエゾ抵抗素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの歪みにより、ピエゾ抵抗素子５ａ、５ｂの抵抗値の積とピエゾ抵抗素子５ｃ、５ｄの抵抗値の積との差が生じ、その差に応じた出力（電位差）がブリッジ回路から出力される。このブリッジ回路からの出力に基づいて、受圧面２５で受けた圧力の大きさ（絶対圧）を求めることができる。
ここで、前述したようなダイヤフラム部２０の変形が生じたとき、ピエゾ抵抗素子５ａ、５ｂの抵抗値とピエゾ抵抗素子５ｃ、５ｄの抵抗値とのうち、一方の抵抗値が増加し、他方の抵抗値が減少するため、ピエゾ抵抗素子５ａ、５ｂの抵抗値の積とピエゾ抵抗素子５ｃ、５ｄの抵抗値の積との差の変化を大きくすることができ、それに伴って、ブリッジ回路からの出力を大きくすることができる。その結果、圧力の検出感度を高めることができる。
（壁部および天井部）
以下、壁部および天井部について詳述する。
被覆層６４１（天井部）を除く配線層６２および配線層６４からなる構造体（壁部）の基板２とは反対側の端部の内周縁６４３は、平面視で湾曲している４つの曲部６４３１を有する。言い換えると、空洞部Ｓを挟んで基板２の主面と対向する被覆層６４１の面と壁部との接続部が、基板２の主面に沿った方向の断面において湾曲している４つの部分を有しているともいえる。このようにして、内周縁６４３の平面視で直角または鋭角に屈曲した部分（被覆層６４１に応力集中を生じさせやすい部分）を実質的に無くすことにより、被覆層６４１の熱収縮等が生じたときに被覆層６４１の応力集中を低減することができる。そのため、被覆層６４１の熱収縮等に起因する損傷を低減することができる。なお、内周縁６４３は、配線層６４の被覆層６４１を除く部分、すなわち、配線層６４の層間絶縁膜６３を貫通している部分に含まれている。
これに対し、仮に内周縁６４３が矩形である場合、内周縁６４３が平面視で直角または鋭角に屈曲した角部を有することとなり、被覆層６４１の当該角部に対応する部分の強度が他の部分に比べて極端に高くなるため、被覆層６４１が熱収縮等したとき、被覆層６４１の当該角部に対応する部分と他の部分との間に応力が集中しやすくなり、その結果、被覆層６４１の亀裂等の損傷が生じやすくなる。
本実施形態では、内周縁６４３は、平面視で四角形の各角部を丸めた形状をなしており、曲部６４３１が各角部に対応している。このように曲部６４３１が平面視で円弧に沿った形状をなしていることにより、被覆層６４１の熱収縮等が生じたときに被覆層６４１の応力集中を効果的に低減することができる。
また、本実施形態では、被覆層６４１を除く配線層６２および配線層６４からなる構造体（壁部）の基板２側の端部の内周縁６２１は、内周縁６４３に沿った形状をなしている。すなわち、内周縁６２１は、内周縁６４３と同様、平面視で四角形の各角部を丸めた形状をなしている。これにより、配線層６２がダイヤフラム部２０の受圧による撓み変形を不本意に阻害することを低減しつつ、空洞部Ｓ内に不要な段差が形成されるのを低減することができる。
また、内周縁６４３の幅（被覆層６４１の幅）をＷとし、曲部６４３１の幅方向での長さをＬとしたとき、Ｌ／Ｗは、０．１以上０．４以下であることが好ましく、０．２以上０．４以下であることがより好ましく、０．２以上０．３以下であることがさらに好ましい。これにより、前述したような被覆層６４１の応力集中を効果的に低減することができる。これに対し、Ｌ／Ｗが小さすぎたり大きすぎたりすると、被覆層６４１の厚さや幅等によっては、前述したような被覆層６４１の応力集中を十分に低減することができなかったり、ダイヤフラム部２０の平面視形状に合わせた効率的な配置や形状の配線層６２、６４を形成することが難しかったりする場合がある。
また、具体的な幅Ｗは、特に限定されないが、例えば、１５０μｍ以上２００μｍ以下程度である。ここで、被覆層６４１の厚さは、特に限定されないが、被覆層６４１が後述するように気相成膜法を用いて形成されるという製造上の制限から、極端に厚くすることが難しい。そのため、通常、幅Ｗを大きくすると、被覆層６４１が撓みやすくなるとともに、仮に内周縁６４３が矩形である場合、前述したように被覆層６４１に応力集中が生じたときに損傷しやすくなる傾向を示す。
また、曲部６４３１の曲率半径は、長さＬに対応して設定されており、長さＬと同等かまたはそれよりも大きいが、長さＬに対して、１倍以上１０倍以下程度であることが好ましい。これにより、曲部６４３１が湾曲していることによる効果が顕著に発揮される。
また、物理量センサー１では、基板２が有するダイヤフラム部２０が、平面視で被覆層６４１と重なる位置に設けられていて、受圧により撓み変形する。これにより、圧力を検出可能な物理量センサー１を実現することができる。また、ダイヤフラム部２０に配置されているピエゾ抵抗素子５が歪みにより電気信号を出力するセンサー素子であるため、圧力の検出感度を向上させることができる。また、前述したように平面視でダイヤフラム部２０の輪郭が矩形をなしているため、圧力の検出感度を向上させることができる。
なお、湾曲している曲部６４３１は、１つであってもよく、ダイヤフラム部２０の角部に平面視で対応する全ての位置にあればなおよい。
（物理量センサーの製造方法）
次に、物理量センサー１の製造方法を簡単に説明する。
図４および図５は、図１に示す物理量センサーの製造工程を示す図である。以下、物理量センサー１の製造方法を、これらの図に基づいて説明する。
［素子形成工程］
まず、図４（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板である半導体基板２１を用意する。
そして、半導体基板２１のシリコン層２１３にリン（ｎ型）またはボロン（ｐ型）等の不純物をドープ（イオン注入）することにより、図４（ｂ）に示すように、複数のピエゾ抵抗素子５および配線２１４を形成する。
例えば、ボロンを＋８０ｋｅＶでイオン注入を行う場合、ピエゾ抵抗素子５へのイオン注入濃度を１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２程度とする。また、配線２１４へのイオン注入濃度をピエゾ抵抗素子５よりも多くする。例えば、ボロンを１０ｋｅＶでイオン注入を行う場合、配線２１４へのイオン注入濃度を５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２程度とする。また、前述したようなイオン注入の後、例えば、１０００℃程度で２０分程度のアニールを行う。
［絶縁膜等形成工程］
次に、図４（ｃ）に示すように、シリコン層２１３上に絶縁膜２２、絶縁膜２３および中間層３をこの順で形成する。
絶縁膜２２、２３の形成は、それぞれ、例えば、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により行うことができる。中間層３は、例えば、多結晶シリコンをスパッタリング法、ＣＶＤ法等により成膜した後、その膜に必要に応じてリン、ボロン等の不純物をドープ（イオン注入）し、その後、エッチングによりパターニングすることで形成することができる。
［層間絶縁膜・配線層形成工程］
次に、図４（ｄ）に示すように、絶縁膜２３上に、犠牲層４１、配線層６２、犠牲層４２および配線層６４をこの順で形成する。
この犠牲層４１、４２は、それぞれ、後述する空洞部形成工程により一部が除去され、残部が層間絶縁膜６１、６３となるものである。犠牲層４１、４２の形成は、それぞれ、シリコン酸化膜をスパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成し、そのシリコン酸化膜をエッチングによりパターニングすることにより行う。
また、犠牲層４１、４２の厚さは、それぞれ、特に限定されないが、例えば、１０００ｎｍ以上５０００ｎｍ以下程度とされる。
また、配線層６２、６４の形成は、それぞれ、例えばアルミニウムよりなる層をスパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成した後、パターニング処理することにより行う。
ここで、配線層６２、６４の厚さは、それぞれ、特に限定されないが、例えば、３００ｎｍ以上９００ｎｍ以下程度とされる。
このような犠牲層４１、４２および配線層６２、６４からなる積層構造は、通常のＣＭＯＳプロセスを用いて形成され、その積層数は、必要に応じて適宜に設定される。すなわち、必要に応じてさらに多くの犠牲層や配線層が積層される場合もある。
［空洞部形成工程］
次に、犠牲層４１、４２の一部を除去することにより、図５（ｅ）に示すように、絶縁膜２３と被覆層６４１との間に空洞部Ｓ（キャビティ）を形成する。これにより、層間絶縁膜６１、６３が形成される。
空洞部Ｓの形成は、被覆層６４１に形成された複数の細孔６４２を通じたエッチングにより、犠牲層４１、４２の一部を除去することにより行う。ここで、かかるエッチングとしてウェットエッチングを用いる場合、複数の細孔６４２からフッ酸、緩衝フッ酸等のエッチング液を供給し、ドライエッチングを用いる場合、複数の細孔６４２からフッ化水素酸ガス等のエッチングガスを供給する。このようなエッチングの際、絶縁膜２３がエッチングストップ層として機能する。また、絶縁膜２３は、エッチング液に対する耐性を有することから、絶縁膜２３に対して下側の構成部（例えば、絶縁膜２２、ピエゾ抵抗素子５、配線２１４等）をエッチング液から保護する機能をも有する。
ここで、かかるエッチングの前に、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により表面保護膜６５を形成する。これにより、かかるエッチングの際、犠牲層４１、４２の層間絶縁膜６１、６２となる部分を保護することができる。表面保護膜６５の構成材料としては、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポリイミド膜、エポキシ樹脂膜など、素子を水分、ゴミ、傷などから保護するための耐性を有するものが挙げられ、特に、シリコン窒化膜が好適である。表面保護膜６５の厚さは、特に限定されないが、例えば、５００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下程度とされる。
［封止工程］
次に、図５（ｆ）に示すように、被覆層６４１上に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、ＴｉＮ等の金属膜等からなる封止層６６をスパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成し、各細孔６４２を封止する。これより、空洞部Ｓが封止層６６により封止され、積層構造体６を得る。
ここで、封止層６６の厚さは、特に限定されないが、例えば、１０００ｎｍ以上５０００ｎｍ以下程度とされる。
［ダイヤフラム形成工程］
次に、シリコン層２１１の下面を必要に応じて研削した後、シリコン層２１１の下面の一部をエッチングにより除去（加工）することにより、図５（ｇ）に示すように、凹部２４を形成する。これにより、空洞部Ｓを介して被覆層６４１に対向するダイヤフラム部２０が形成される。
ここで、シリコン層２１１の下面の一部を除去する際、酸化シリコン層２１２がエッチングストップ層として機能する。これにより、ダイヤフラム部２０の厚さを高精度に規定することができる。
なお、シリコン層２１１の下面の一部を除去する方法としては、ドライエッチングであっても、ウェットエッチング等であってもよい。
以上のような工程により、物理量センサー１を製造することができる。
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図６は、本発明の第２実施形態に係る物理量センサーのピエゾ抵抗素子（センサー素子）および壁部の配置を示す平面図である。
以下、本発明の第２実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、壁部および天井部の形状が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。
図６に示す物理量センサー１Ａは、配線層６２Ａ、６４Ａを備えており、配線層６４Ａが有する被覆層（図示せず）が「天井部」を構成し、また、この天井部を除く配線層６２Ａおよび配線層６４Ａからなる構造体が「壁部」を構成している。
そして、この壁部の基板（図示せず）とは反対側の端部の内周縁６４３Ａは、平面視で屈曲している８つの曲部６４３２（角部）を有する。すなわち、内周縁６４３Ａは、平面視で八角形をなしている。
このように、角部となる部分の数が５つ以上であることにより、内周縁６４３Ａが平面視で屈曲した部分（角部）を有していても、その屈曲角度をすべて鈍角とすることができる。すなわち、内周縁６４３Ａの平面視で直角または鋭角に屈曲した部分を全周にわたって無くすことができる。
また、本実施形態では、壁部の基板側の端部の内周縁６２１Ａは、内周縁６４３Ａに沿った形状をなしている。すなわち、内周縁６２１Ａは、内周縁６４３Ａと同様、平面視で八角形をなしている。なお、内周縁６２１Ａの平面視形状は、特に限定されず、例えば、ダイヤフラム部２０と同様に矩形であってもよい。
ダイヤフラム部２０の角部と平面視で対応する４つの位置が、全て鈍角でなくとも鈍角と湾曲との組合せでもよい。すなわち、１つが鈍角、１つが湾曲、残り２つが直角であってもよく、鈍角と湾曲の位置において効果を得ることができる。
以上説明したような第２実施形態によっても、配線層６４Ａが有する天井部の損傷を低減することができる。
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図７は、本発明の第３実施形態に係る物理量センサーのピエゾ抵抗素子（センサー素子）および壁部の配置を示す平面図である。
以下、本発明の第３実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、壁部および天井部の形状が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。
図７に示す物理量センサー１Ｂは、配線層６２Ｂ、６４Ｂを備えており、配線層６４Ｂが有する被覆層（図示せず）が「天井部」を構成し、また、この天井部を除く配線層６２Ｂおよび配線層６４Ｂからなる構造体が「壁部」を構成している。
そして、この壁部の基板（図示せず）とは反対側の端部の内周縁６４３Ｂは、平面視で円形をなしている。ここで、内周縁６４３Ｂは、平面視で、湾曲している複数の部分を有していると言える。
このように、内周縁６４３Ｂが平面視にて円形をなしていることにより、天井部の熱収縮等が生じたときに天井部の応力集中を効果的に低減することができる。なお、内周縁６４３Ｂが平面視で楕円形をなしていてもよい。
また、本実施形態では、壁部の基板側の端部の内周縁６２１Ｂは、内周縁６４３Ｂに沿った形状をなしている。すなわち、内周縁６２１Ｂは、内周縁６４３Ｂと同様、平面視で円形をなしている。なお、内周縁６２１Ｂの平面視形状は、特に限定されず、例えば、ダイヤフラム部２０と同様に矩形であってもよい。
以上説明したような第３実施形態によっても、配線層６４Ｂが有する天井部の損傷を低減することができる。
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
図８は、本発明の第４実施形態に係る物理量センサーのピエゾ抵抗素子（センサー素子）および壁部の配置を示す平面図である。
以下、本発明の第４実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、壁部および天井部の形状が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。
図８に示す物理量センサー１Ｃは、配線層６２Ｃ、６４を備えており、配線層６４が有する被覆層（図示せず）が「天井部」を構成し、また、この天井部を除く配線層６２Ｃおよび配線層６４からなる構造体が「壁部」を構成している。
そして、壁部の基板（図示せず）側の端部の内周縁６２１Ｃは、平面視で矩形をなしている。これにより、平面視で矩形をなすダイヤフラム部２０の受圧による撓み変形を壁部が不本意に阻害するのを低減しつつ、効率的に壁部を配置することができる。
以上説明したような第４実施形態によっても、配線層６４が有する天井部の損傷を低減することができる。
２．圧力センサー
次に、本発明の物理量センサーを備える圧力センサー（本発明の圧力センサー）ついて説明する。図９は、本発明の圧力センサーの一例を示す断面図である。
図９に示すように、本発明の圧力センサー１００は、物理量センサー１と、物理量センサー１を収納する筐体１０１と、物理量センサー１から得た信号を圧力データに演算する演算部１０２とを備えている。物理量センサー１は、配線１０３を介して演算部１０２と電気的に接続されている。
物理量センサー１は、筐体１０１の内側に、図示しない固定手段により固定されている。また、筐体１０１には、物理量センサー１のダイヤフラム部２０が、例えば大気（筐体１０１の外側）と連通するための貫通孔１０４を有している。
このような圧力センサー１００によれば、貫通孔１０４を介してダイヤフラム部２０が圧力を受ける。この受圧した信号を配線１０３を介して演算部に送信し、圧力データに演算する。この演算された圧力データは、図示しない表示部（例えば、パーソナルコンピューターのモニター等）を介して表示することができる。
３．高度計
次に、本発明の物理量センサーを備える高度計（本発明の高度計）の一例について説明する。図１０は、本発明の高度計の一例を示す斜視図である。
高度計２００は、腕時計のように、手首に装着することができる。また、高度計２００の内部には、物理量センサー１（圧力センサー１００）が搭載されており、表示部２０１に現在地の海抜からの高度、または、現在地の気圧等を表示することができる。
なお、この表示部２０１には、現在時刻、使用者の心拍数、天候等、様々な情報を表示することができる。
４．電子機器
次に、本発明の物理量センサーを備える電子機器を適用したナビゲーションシステムについて説明する。図１１は、本発明の電子機器の一例を示す正面図である。
ナビゲーションシステム３００には、図示しない地図情報と、ＧＰＳ（全地球測位システム：Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）からの位置情報取得手段と、ジャイロセンサーおよび加速度センサーと車速データとによる自立航法手段と、物理量センサー１と、所定の位置情報または進路情報を表示する表示部３０１とを備えている。
このナビゲーションシステムによれば、取得した位置情報に加えて高度情報を取得することができる。高度情報を得ることにより、例えば、一般道路と位置情報上は略同一の位置を示す高架道路を走行する場合、高度情報を持たない場合には、一般道路を走行しているのか高架道路を走行しているのかナビゲーションシステムでは判断できず、優先情報として一般道路の情報を使用者に提供してしまっていた。そこで、本実施形態に係るナビゲーションシステム３００では、高度情報を物理量センサー１によって取得することができ、一般道路から高架道路へ進入することによる高度変化を検出し、高架道路の走行状態におけるナビゲーション情報を使用者に提供することができる。
なお、表示部３０１は、例えば液晶パネルディスプレイや、有機ＥＬ（Organic Electro-Luminescence）ディスプレイなど、小型かつ薄型化が可能な構成となっている。
なお、本発明の物理量センサーを備える電子機器は、上記のものに限定されず、例えば、パーソナルコンピューター、携帯電話、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター等に適用することができる。
５．移動体
次いで、本発明の物理量センサーを適用した移動体（本発明の移動体）について説明する。図１２は、本発明の移動体の一例を示す斜視図である。
図１２に示すように、移動体４００は、車体４０１と、４つの車輪４０２とを有しており、車体４０１に設けられた図示しない動力源（エンジン）によって車輪４０２を回転させるように構成されている。このような移動体４００には、ナビゲーションシステム３００（物理量センサー１）が内蔵されている。
以上、本発明の電子デバイス、物理量センサー、圧力センサー、高度計、電子機器および移動体を図示の各実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
また、１つのダイヤフラム部に設けられるピエゾ抵抗素子（機能素子）の数は、前述した実施形態では４つである場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、１つ以上３つ以下、または、５つ以上であってもよい。また、ピエゾ抵抗素子の配置や形状等も前述した実施形態に限定されず、例えば、前述した実施形態において、ダイヤフラム部の中央部にもピエゾ抵抗素子を配置してもよい。
また、前述した実施形態では、ダイヤフラム部の撓みを検出するセンサー素子としてピエゾ抵抗素子を用いた場合を例に説明したが、かかる素子としては、これに限定されず、例えば、共振子であってもよい。
また、前述した実施形態では、本発明の電子デバイスを物理量センサーに適用した場合を例に説明したが、これに限定されず、前述したように半導体製造プロセスを用いて基板上に壁部および天井部を形成し、基板、壁部および天井部により内部空間を形成する各種電子デバイスに本発明を適用することができ、その場合、ダイヤフラム部を省略することができる。
１‥‥物理量センサー
１Ａ‥‥物理量センサー
１Ｂ‥‥物理量センサー
１Ｃ‥‥物理量センサー
２‥‥基板
３‥‥中間層
５‥‥ピエゾ抵抗素子
５ａ‥‥ピエゾ抵抗素子
５ｂ‥‥ピエゾ抵抗素子
５ｃ‥‥ピエゾ抵抗素子
５ｄ‥‥ピエゾ抵抗素子
６‥‥積層構造体
２０‥‥ダイヤフラム部
２１‥‥半導体基板
２２‥‥絶縁膜
２３‥‥絶縁膜
２４‥‥凹部
２５‥‥受圧面
４１‥‥犠牲層
４２‥‥犠牲層
６１‥‥層間絶縁膜
６２‥‥配線層
６２Ａ‥‥配線層
６２Ｂ‥‥配線層
６２Ｃ‥‥配線層
６３‥‥層間絶縁膜
６４‥‥配線層
６４Ａ‥‥配線層
６４Ｂ‥‥配線層
６５‥‥表面保護膜
６６‥‥封止層
１００‥‥圧力センサー
１０１‥‥筐体
１０２‥‥演算部
１０３‥‥配線
１０４‥‥貫通孔
２００‥‥高度計
２０１‥‥表示部
２１１‥‥シリコン層
２１２‥‥酸化シリコン層
２１３‥‥シリコン層
２１４‥‥配線
２１４ａ‥‥配線
２１４ｂ‥‥配線
２１４ｃ‥‥配線
２１４ｄ‥‥配線
３００‥‥ナビゲーションシステム
３０１‥‥表示部
４００‥‥移動体
４０１‥‥車体
４０２‥‥車輪
６２１‥‥内周縁
６２１Ａ‥‥内周縁
６２１Ｂ‥‥内周縁
６２１Ｃ‥‥内周縁
６４１‥‥被覆層
６４２‥‥細孔
６４３‥‥内周縁
６４３Ａ‥‥内周縁
６４３Ｂ‥‥内周縁
６４３１‥‥曲部
６４３２‥‥曲部
Ｓ‥‥空洞部
Ｗ‥‥幅
Ｌ‥‥長さ

Claims (13)

  1. 基板と、
    前記基板に配置されている機能素子と、
    前記基板の平面視で前記機能素子を囲んで前記基板の一方の面側に配置されている壁部と、
    前記壁部に対して前記基板とは反対側に配置されていて、前記基板と前記壁部とともに内部空間を構成している天井部と、
    を備え、
    前記壁部の前記天井部側の端部の内周縁は、前記平面視で鈍角に屈曲または湾曲している曲部を有することを特徴とする電子デバイス。
  2. 前記曲部の数が５つ以上である請求項１に記載の電子デバイス。
  3. 前記曲部は、形状が前記平面視で円弧に沿っている請求項１または２に記載の電子デバイス。
  4. 前記内周縁は、形状が前記平面視で円形または楕円形である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電子デバイス。
  5. 前記基板は、平面視で前記天井部と少なくとも一部が重なる位置に設けられていて受圧により撓み変形するダイヤフラム部を、有する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電子デバイス。
  6. 前記機能素子は、歪みにより電気信号を出力するセンサー素子である請求項５に記載の電子デバイス。
  7. 前記平面視で前記ダイヤフラム部の輪郭が矩形である請求項６に記載の電子デバイス。
  8. 前記内周縁は、前記平面視で矩形である請求項１ないし７のいずれか１項に記載の電子デバイス。
  9. 請求項５に記載の電子デバイスを備え、前記機能素子がセンサー素子であることを特徴とする物理量センサー。
  10. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の電子デバイスを備えることを特徴とする圧力センサー。
  11. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の電子デバイスを備えることを特徴とする高度計。
  12. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の電子デバイスを備えることを特徴とする電子機器。
  13. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の電子デバイスを備えることを特徴とする移動体。
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