JP2017151039A - 圧力センサー、高度計、電子機器および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】構造体の変形を低減することのできる圧力センサー、この圧力センサーの製造方法、この圧力センサーを備えた信頼性の高い高度計、電子機器および移動体を提供する。【解決手段】圧力センサー１は、受圧により撓み変形するダイアフラム２５を有する基板２と、基板２に配置され、ダイアフラム２５との間に空洞部Ｓを形成する周囲構造体４と、周囲構造体４の少なくとも一部を覆う補強部５と、を有している。また、周囲構造体５は、基板２から立設する枠状の側壁部４Ａと、側壁部４Ａの開口を覆う天井部４Ｂと、を有し、基板２と側壁部４Ａと天井部４Ｂとで囲まれた空間が空洞部Ｓとなっている。【選択図】図１

Description

本発明は、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。

従来から、圧力センサーとして、特許文献１に記載の構成が知られている。特許文献１の圧力センサーは、ダイアフラムを有する基板と、基板上に配置された周囲構造体と、を有し、基板と周囲構造体とによって圧力基準室が形成されている。

特開２０１５−１８４２２２号公報

このような構成の圧力センサーでは、圧力基準室の大きさ、圧力基準室の天井部（圧力基準室を介してダイアフラムと対向している部分）の機械的強度等によっては、天井部が撓んでダイアフラムと接触し、圧力の検出精度が低下してしまうという問題がある。

本発明の目的は、構造体の変形を低減することのできる圧力センサー、この圧力センサーの製造方法、この圧力センサーを備えた信頼性の高い高度計、電子機器および移動体を提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。

本発明の圧力センサーは、受圧により撓み変形するダイアフラムを有する基板と、
前記基板に配置され、前記ダイアフラムとの間に圧力基準室を形成する構造体と、
前記構造体の少なくとも一部を覆う被覆部と、を有することを特徴とする。
これにより、構造体の変形を低減することのできる圧力センサーが得られる。そのため、例えば、蓋部（圧力基準室を介してダイアフラムと対向する部分）とダイアフラムとの接触が低減され、圧力検知精度の低下を低減することができる。

本発明の圧力センサーでは、前記構造体は、前記基板から立設する枠状の側壁部と、前記側壁部の開口を覆う蓋部と、を有し、
前記基板と前記側壁部と前記蓋部とで囲まれた空間が前記圧力基準室となることが好ましい。
これにより、構造体の構成が簡単となり、圧力基準室を画成し易くなる。

本発明の圧力センサーでは、前記被覆部は、少なくとも、前記蓋部に設けられていることが好ましい。
これにより、蓋部の撓みを効果的に低減することができる。

本発明の圧力センサーでは、圧力センサーが受ける圧力をＰとし、
前記基板の平面視での前記ダイアフラムの幅をａとし、
前記基板の法線方向での前記圧力基準室の高さをｂとし、
前記基板の平面視での前記圧力基準室の幅をｄとし、
前記ダイアフラムの厚さをｔ０とし、
前記蓋部の厚さをｔ１とし、
前記被覆部の前記蓋部上に位置する部分の厚さをｔ２とし、
前記ダイアフラムのヤング率をＥ０とし、
前記蓋部のヤング率をＥ１とし、
前記蓋部のポアソン比をνとし、
前記被覆部の引張応力をσとし、
前記被覆部の引張応力に起因する前記蓋部の前記ダイアフラム側への撓み量をＷとし、
前記圧力に起因する前記ダイアフラムの前記蓋部側への撓み量をＺとしたとき、

の関係を満足することが好ましい。
これにより、蓋部のダイアフラムとの接触を防止することができる。

本発明の圧力センサーでは、前記被覆部は、前記基板と同じ材料を含んでいることが好ましい。
これにより、被覆部と基板との線膨張係数の差を小さくすることができ、熱歪みが発生し難くなる。

本発明の圧力センサーでは、前記被覆部は、無機材料を含んでいることが好ましい。
これにより、被覆部の構成が簡単なものとなる。

本発明の圧力センサーでは、前記無機材料は、シリコンであることが好ましい。
これにより、被覆部の構成が簡単なものとなる。

本発明の圧力センサーでは、前記被覆部の引張応力は、１００ＭＰａ以下であることが好ましい。
これにより、蓋部の撓みを低減することができる。

本発明の圧力センサーでは、前記被覆部の圧縮応力は、３００ＭＰａ以下であることが好ましい。
これにより、蓋部の撓みを低減することができる。

本発明の圧力センサーでは、前記被覆部は、前記構造体を覆う部分と、前記基板を覆う部分と、を有していることが好ましい。
これにより、構造体の変形をより効果的に低減することができる。

本発明の高度計は、本発明の圧力センサーを有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い高度計が得られる。

本発明の電子機器は、本発明の圧力センサーを有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。

本発明の移動体は、本発明の圧力センサーを有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い移動体が得られる。

本発明の第１実施形態に係る圧力センサーの断面図である。 図１に示す圧力センサーが有する圧力センサー部を示す平面図である。 図２に示す圧力センサー部を含むブリッジ回路を示す図である。 図１に示す圧力センサーの製造方法を示すフローチャートである。 図１に示す圧力センサーの製造方法を説明するための断面図である。 図１に示す圧力センサーの製造方法を説明するための断面図である。 図１に示す圧力センサーの製造方法を説明するための断面図である。 図１に示す圧力センサーの製造方法を説明するための断面図である。 図１に示す圧力センサーの製造方法を説明するための断面図である。 図１に示す圧力センサーの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第２実施形態に係る圧力センサーの断面図である。 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実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係る圧力センサーについて説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサーの断面図である。図２は、図１に示す圧力センサーが有する圧力センサー部を示す平面図である。図３は、図２に示す圧力センサー部を含むブリッジ回路を示す図である。図４は、図１に示す圧力センサーの製造方法を示すフローチャートである。図５ないし図１０は、それぞれ、図１に示す圧力センサーの製造方法を説明するための断面図である。なお、以下の説明では、図１中の上側を「上」、下側を「下」とも言う。また、基板２の平面視（図１中の上側から見た平面視）を単に「平面視」とも言う。

図１に示す圧力センサー１は、基板２と、圧力センサー部３と、周囲構造体（構造体）４と、空洞部Ｓと、補強部（被覆部）５と、を有している。以下、これら各部について順に説明する。

［基板］
基板２は、図１に示すように、ＳＯＩ基板（第１シリコン層２１１、酸化シリコン層２１２、第２シリコン層２１３の積層基板）である半導体基板２１上に、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）で構成された第１絶縁膜２２と、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）で構成された第２絶縁膜２３と、をこの順に積層（成膜）することで構成されている。ただし、半導体基板２１としては、ＳＯＩ基板に限定されず、例えば、シリコン基板を用いることもできる。また、第１絶縁膜２２や第２絶縁膜２３についても、エッチング耐性と絶縁性とを発揮することができれば、材料は特に限定されない。また、第１絶縁膜２２、第２絶縁膜２３、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。

また、半導体基板２１には、周囲の部分よりも薄肉であり、受圧によって撓み変形するダイアフラム２５が設けられている。このダイアフラム２５は、半導体基板２１の下面に開放する有底の凹部２６を設けることで凹部２６の底部に形成され、ダイアフラム２５の下面（凹部２６の底面）が受圧面２５１となっている。なお、本実施形態では、第１シリコン層２１１をドライエッチング（シリコンディープエッチング）することで凹部２６を形成しており、酸化シリコン層２１２は、当該ドライエッチングのストップ層として機能する。また、本実施形態では、ダイアフラム２５の平面視形状が略正方形であるが、ダイアフラム２５の平面視形状としては、正方形に限定されず、例えば、円形であってもよい。

［圧力センサー部］
圧力センサー部３は、図２に示すように、ダイアフラム２５に設けられている４つのピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４を有する。また、ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４は、配線等を介して、互いに電気的に接続され、図３に示すブリッジ回路３０（ホイートストンブリッジ回路）を構成する。なお、図２中の斜線で示す部分がピエゾ抵抗素子であり、白抜きの部分が前記配線である。

ブリッジ回路３０には駆動電圧ＡＶＤＣを供給する駆動回路（図示せず）が接続されている。そして、ブリッジ回路３０は、ダイアフラム２５の撓みに基づくピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４の抵抗値変化に応じた信号（電圧）を出力する。そのため、この出力された信号に基づいてダイアフラム２５が受けた圧力を検出することができる。

ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４は、それぞれ、例えば、半導体基板２１にリン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）することで構成されている。また、これらピエゾ抵抗素子３１〜３４を接続する配線は、例えば、半導体基板２１に、ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４よりも高濃度でリン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）することで構成されている。

［空洞部］
空洞部Ｓは、図１に示すように、基板２と周囲構造体４とに囲まれることで画成されている。このような空洞部Ｓは、密閉された空間であり、圧力センサー１が検出する圧力の基準値となる圧力基準室として機能する。また、空洞部Ｓは、ダイアフラム２５の受圧面２５１とは反対側に位置し、ダイアフラム２５と重なって配置されている。なお、空洞部Ｓは、真空状態（例えば、１０Ｐａ以下程度）であることが好ましい。これにより、圧力センサー１を、真空を基準として圧力を検出する所謂「絶対圧センサー」として用いることができ、利便性の高い圧力センサー１となる。ただし、空洞部Ｓは、一定の圧力に保たれていれば、真空状態でなくてもよい。また、本実施形態では、空洞部Ｓの平面視形状が略正方形であるが、空洞部Ｓの平面視形状としては、正方形に限定されず、例えば、円形であってもよい。

［周囲構造体］
周囲構造体４は、図１に示すように、基板２と共に空洞部Ｓを画成している。この周囲構造体４は、基板２から立設して設けられ、空洞部Ｓの周囲を囲んで位置する枠状の側壁部４Ａと、側壁部４Ａの開口を覆うように位置する天井部（蓋部）４Ｂと、を有し、基板２と側壁部４Ａと天井部４Ｂとで囲むことで空洞部Ｓが画成されている。このように、周囲構造体４を、側壁部４Ａおよび天井部４Ｂを備える構成とすることで、周囲構造体４が比較的簡単な形状となり、また、空洞部Ｓを比較的簡単に画成することができる。

ここで、基板２上には周囲構造体４が設けられていない部分（すなわち、上側から見た平面視で、周囲構造体４と重ならない部分）があり、当該部分には、ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４と電気的に接続された前記配線と電気的に接続された端子２９が設けられている。圧力センサー１では、この端子２９を介して外部装置と電気的な接続を行うことができる。なお、端子２９は、例えば、金、アルミニウム等の各種金属材料で構成することができる。

このような周囲構造体４は、層間絶縁膜４１と、層間絶縁膜４１上に配置された配線層４２と、配線層４２および層間絶縁膜４１上に配置された層間絶縁膜４３と、層間絶縁膜４３上に配置された配線層４４と、配線層４４および層間絶縁膜４３上に配置された表面保護膜４５と、配線層４４および表面保護膜４５上に配置された封止層４６と、を有している。

配線層４２は、空洞部Ｓを囲んで配置された枠状をなす部分４２１を有している。同様に、配線層４４は、空洞部Ｓを囲んで配置された枠状をなす部分４４１を有している。また、配線層４４は、図１に示すように、部分４４１から空洞部Ｓの天井に向けて延出して設けられ、空洞部Ｓを挟んでダイアフラム２５と対向配置されて（空洞部Ｓの天井に位置して）いる被覆層４４４を有している。また、被覆層４４４には空洞部Ｓの内外を連通する複数の貫通孔（細孔）４４５が設けられている。貫通孔４４５は、後述する製造方法で説明するように、空洞部Ｓにエッチング液を侵入させるリリースエッチング用の孔である。また、被覆層４４４上には封止層４６が配置されており、この封止層４６によって貫通孔４４５が封止されている。

表面保護膜４５は、周囲構造体４を水分、ゴミ、傷などから保護する機能を有している。このような表面保護膜は、被覆層４４４の貫通孔４４５を塞がないように、層間絶縁膜４３および配線層４４上に配置されている。

このような周囲構造体４のうち、層間絶縁膜４１、４３としては、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）等の絶縁膜を用いることができる。また、配線層４２、４４としては、例えば、アルミニウム膜等の金属膜を用いることができる。また、封止層４６としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、ＴｉＮ等の金属膜、シリコン膜、シリコン酸化膜等を用いることができる。また、表面保護膜４５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を用いることができる。

なお、封止層４６としては、上述した材料の中でも、シリコン膜やシリコン酸化膜を用いることが好ましい。これにより、基板２との線膨張係数差を小さくすることができるため、熱歪みの発生を低減することができる。そのため、ダイアフラム２５の不本意な撓み（受圧以外の応力に起因した撓み）が低減され、圧力センサー１の圧力検知精度の低下を低減することができる。また、周囲構造体４へのクラック等の発生が低減され、空洞部Ｓの気密性をより確実に維持することができる。特に、封止層４６は、シリコン膜、シリコン酸化膜およびシリコン膜がこの順で積層した積層構造となっていることが好ましい。これにより、上述の効果を発揮することができると共に、より確実に、貫通孔４４５を封止することができる。

ここで、空洞部Ｓの大きさ、天井部４Ｂの厚さ、周囲の圧力等によっては、天井部４Ｂが一時的に撓んで、ダイアフラム２５に接触してしまう可能性がある。また、天井部４Ｂがダイアフラム２５に接触すると、スティッキングが生じ、天井部４Ｂがそのままダイアフラム２５に貼り付いてしまう可能性もある。このように、天井部４Ｂがダイアフラム２５に接触してしまうと、受けた圧力に応じてダイアフラム２５が正常に撓み変形できなくなるため、圧力検出精度が著しく低下してしまう。

［補強部］
このような問題に対して、圧力センサー１では、周囲構造体４の周囲に周囲構造体４を補強する補強部５を配置し、周囲構造体４の機械的強度を高めることで、周囲構造体４の変形（特に、上述した天井部４Ｂの撓み）を低減するように構成されている。このような補強部５は、図１に示すように、周囲構造体４を覆い、さらには、基板２の上面の周囲構造体４から露出している部分（端子２９を除く）も覆って配置されている。すなわち、補強部５は、周囲構造体４を覆う第１部分５Ａと、基板２を覆う第２部分５Ｂと、を有している。このような補強部５によれば、第１部分５Ａによって周囲構造体４の機械的強度を高めることができ、周囲構造体４の変形（特に、天井部４Ｂのダイアフラム２５側への撓み）を低減することができる。特に、本実施形態では、第１部分５Ａが天井部４Ｂ上にも配置されているため、天井部４Ｂの機械的強度を効果的に高めることができ、天井部４Ｂの撓みをより効果的に低減することができる。さらには、第２部分５Ｂを有しているため、補強部５が周囲構造体４と基板２との境界部を跨いで配置され、その結果、第２部分５Ｂがアンカー部（支え部）となって補強部５による周囲構造体４の補強効果がより向上し、周囲構造体４の変形をより低減することができる。

また、補強部５の厚み（天井部４Ｂの厚み）Ｔとしては、補強部５の構成材料等によっても異なるが、例えば、１μｍ以上、１０μｍ以下程度であることが好ましい。これにより、補強部５の過度な厚肉化を抑えつつ、補強部５の機械的強度を十分に高めることができる。そのため、より効果的に、周囲構造体４の変形（特に、上述した天井部４Ｂの撓み）を低減することができる。なお、補強部５の機械的強度としては、特に限定されないが、例えば、１０気圧の圧力を受ける状態において、天井部４Ｂがダイアフラム２５に接触するのを防止できる程度の強度であることが好ましい。これにより、１０気圧までは圧力検出精度が低下し難い圧力センサー１となり、利便性が向上する。例えば、圧力センサー１を水深計として利用した場合、水深１００ｍまでは精度よく水深を検知することができ、フリーダイビング用の水深計として好適に用いることができる。

また、補強部５が引張応力を有する場合、その引張応力が０ＭＰａ以上、１００ＭＰａ以下であることが好ましい。このように、引張応力を抑えることで、当該引張応力に起因した天井部４Ｂの下側への変形が低減され、天井部４Ｂがダイアフラム２５と接触してしまうのを効果的に低減することができる。一方、補強部５が圧縮応力を有する場合、その圧縮応力が０ＭＰａ以上、３００ＭＰａ以下であることが好ましく、０ＭＰａ以上、１００ＭＰａ以下であることがより好ましい。このように、圧縮応力を抑えることで、当該圧縮応力に起因した天井部４Ｂの上側への変形が低減され、圧力センサー１の高さが嵩んでしまうことを低減することができる。また、引張応力および圧縮応力の共通の効果として、周囲構造体４に加わる応力を低減することができるため、周囲構造体４へのクラックの発生等を低減することができ、空洞部Ｓの真空度の低下を低減することができる。なお、上述の引張応力および圧縮応力の値は、単結晶シリコン基板上に補強部５を成膜した状態での値である。

このような補強部５の構成材料としては、特に限定されないが、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、ＴｉＮ等の各種金属材料、結晶シリコン（単結晶シリコン、多結晶シリコン）、非結晶シリコン、酸化シリコン（ＳｉＯ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、炭素添加酸化シリコン（ＳｉＯＣ）等のシリコン化合物等の無機材料を用いることができる。このように無機材料を用いることで、補強部５の構成や製造が簡単なものとなると共に、薄くても比較的強度の高い補強部５とすることができる。また、補強部５の構成材料としては、特に限定されないが、基板２と同じ材料を含んでいることが好ましい。すなわち、補強部５としては、シリコンを含んでいることが好ましい。これにより、基板２と補強部５の線膨張係数の差を小さくすることができ、熱歪みの発生を低減することができると共に、基板２と補強部５の密着性も高まる。そのため、圧力検知精度の低下を低減することができると共に、補強部５による補強効果をより高めることができる。また、補強部５の構成や製造が簡単なものとなる。このようなことから、補強部５の構成材料としては、結晶シリコン、非結晶シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、炭素添加酸化シリコン等のシリコン化合物であることが好ましい。なお、この他、Ｗ、Ｍｏ等を用いても、基板２と補強部５の線膨張係数の差を小さくすることができる。

また、圧力センサー１が受ける圧力（周囲環境の圧力）をＰとし、ダイアフラム２５の幅（基板２の平面視での幅。本実施形態ではダイアフラム２５が略正方形であるため、一辺の長さ）をａとし、空洞部Ｓの高さ（基板２の法線方向での長さ）をｂとし、空洞部Ｓの幅（基板２の平面視での幅。本実施形態では空洞部Ｓが略正方形であるため、一辺の長さ）をｄとし、ダイアフラム２５の厚さをｔ０とし、天井部４Ｂの厚さをｔ１とし、補強部５の天井部４Ｂ上に位置する部分の厚さをｔ２とし、ダイアフラム２５のヤング率をＥ０とし、天井部４Ｂのヤング率をＥ１とし、天井部４Ｂのポアソン比をνとし、補強部５の引張応力をσとし、補強部５の引張応力に起因する天井部４Ｂのダイアフラム２５側への撓み量をＷとし、圧力Ｐに起因するダイアフラム２５の天井部４Ｂ側への撓み量をＺとしたとき、Ｗは下記式（１）を満足し、Ｚは下記式（２）を満足し、かつ、ＷとＺとが下記式（３）の関係を満足することが好ましい。ただし、各値の単位は、ＳＩ単位である。

このような式（３）の関係を満足することで、天井部４Ｂとダイアフラム２５との接触を防止することができる。

以上、補強部５について説明したが、補強部５の構成としては、少なくとも周囲構造体４の一部を覆うように配置されていれば、特に限定されない。例えば、補強部５は、周囲構造体４の天井部４Ｂ上にのみ配置されていてもよいし、側壁部４Ａの周囲にのみ配置されていてもよい。

次に、圧力センサー１の製造方法について説明する。圧力センサー１の製造方法は、図４に示すように、基板２上に犠牲層４８を配置する犠牲層配置工程と、犠牲層４８を除去することで空洞部Ｓを形成する空洞部形成工程と、被覆層４４４上に封止層４６を配置して、貫通孔４４５を封止する封止工程と、補強部５を形成する補強部形成工程と、ダイアフラム２５を形成するダイアフラム形成工程と、を有する。

［犠牲層配置工程］
まず、図５に示すように、ＳＯＩ基板である半導体基板２１を用意し、半導体基板２１の上面にリン、ボロン等の不純物を注入することで、圧力センサー部３を形成する。次に、図６に示すように、半導体基板２１上に第１絶縁膜２２、第２絶縁膜２３、端子２９をスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて成膜して基板２を得る。次に、図７に示すように、基板２上に、層間絶縁膜４１、配線層４２、層間絶縁膜４３および配線層４４、表面保護膜４５をスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて順に形成する。これにより、基板２および配線層４２、４４で囲まれた犠牲層４８（空洞部Ｓを埋める部分）と、犠牲層４８を上方から被覆する被覆層４４４と、が形成される。

［空洞部形成工程］
次に、図８に示すように、基板２を例えばバッファードフッ酸等のエッチング液に晒す。これにより、貫通孔４４５を介して犠牲層４８がリリースエッチングされ、空洞部Ｓが形成される。

［封止工程］
次に、図９に示すように、空洞部Ｓを真空状態とし、被覆層４４４上に封止層４６をスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて成膜し、貫通孔４４５を封止する。これにより、空洞部Ｓが封止され、真空状態が維持される。また、周囲構造体４が得られる。

［補強部形成工程］
次に、図１０に示すように、周囲構造体４上に補強部５をスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて成膜する。なお、補強部５の成膜方法としては、特に、ＣＶＤ法を用いることが好ましい。これは、ＣＶＤ法の方がスパッタリング法に比べて着き回り性がよく、周囲構造体４の上面および基板２の上面のみならず、周囲構造体４の側面にも十分な厚みで補強部５を成膜することができるためである。

［ダイアフラム形成工程］
次に、半導体基板２１の下面に、ドライエッチング（シリコンディープエッチング）によって凹部２６を形成して、ダイアフラム２５を形成する。ただし、凹部２６は、ウェットエッチングにより形成してもよい。以上により、圧力センサー１が得られる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る圧力センサーについて説明する。
図１１は、本発明の第２実施形態に係る圧力センサーの断面図である。

以下、第２実施形態の圧力センサーについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

本発明の第２実施形態に係る圧力センサーは、圧力センサー部の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。

図１１に示すように、本実施形態の圧力センサー１の圧力センサー部６は、ダイアフラム２５上に設けられている固定電極６１および可動電極６２からなる振動子６０を有している。また、可動電極６２は、ダイアフラム２５上に設けられている支持部６２１と、固定電極６１と空隙を隔てて対向配置された可動部６２２と、支持部６２１と可動部６２２とを連結する弾性変形可能な連結部６２３とを有している。また、基板２のダイアフラム２５とずれた位置には、振動子６０の発振回路６９が形成されている。このような圧力センサー部６では、ダイアフラム２５の受圧面２５１が受ける圧力に応じて、ダイアフラム２５が変形し、これにより、可動部６２２と固定電極６１とのギャップ（離間距離）が変化する。そして、ギャップが変化すると振動子６０の共振周波数が変化するため、この共振周波数の変化から、受圧面２５１で受けた圧力を求めることができる。

このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る高度計について説明する。
図１２は、本発明の高度計の一例を示す斜視図である。

図１２に示すように、高度計２００は、腕時計のように、手首に装着することができる。また、高度計２００の内部には、圧力センサー１が搭載されており、表示部２０１に現在地の海抜からの高度、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。このような高度計２００は、圧力センサー１を備えているため、高い信頼性を発揮することができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る電子機器について説明する。
図１３は、本発明の電子機器の一例を示す正面図である。

本実施形態の電子機器は、圧力センサー１を備えたナビゲーションシステム３００である。図１３に示すように、ナビゲーションシステム３００は、図示しない地図情報と、ＧＰＳ（全地球測位システム：Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）からの位置情報取得手段と、ジャイロセンサーおよび加速度センサーと車速データとによる自立航法手段と、圧力センサー１と、所定の位置情報または進路情報を表示する表示部３０１とを備えている。

このナビゲーションシステム３００によれば、取得した位置情報に加えて高度情報を取得することができる。例えば、位置情報上は一般道路と同位置を示す高架道路を走行する場合、一般道路を走行しているのか高架道路を走行しているのかを判断できない。そこで、ナビゲーションシステム３００に圧力センサー１を搭載し、一般道路から高架道路へ進入すること（またはこの逆）による高度変化を検出することで、一般道路を走行しているのか高架道路を走行しているのかを判断でき、実際の走行状態におけるナビゲーション情報を使用者に提供することができる。このようなナビゲーションシステム３００は、圧力センサー１を備えているため、高い信頼性を発揮することができる。

なお、本発明の圧力センサーを備える電子機器は、上記のナビゲーションシステムに限定されず、例えば、パーソナルコンピューター、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、時計（スマートウォッチを含む）、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター等に適用することができる。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係る移動体について説明する。
図１４は、本発明の移動体の一例を示す斜視図である。

本実施形態の移動体は、圧力センサー１を備えた自動車４００である。図１４に示すように、自動車４００は、車体４０１と、４つの車輪４０２とを有しており、車体４０１に設けられた図示しない動力源（エンジン）によって車輪４０２を回転させるように構成されている。このような自動車４００には、ナビゲーションシステム３００（圧力センサー１）が内蔵されている。このような自動車４００は、圧力センサー１を備えているため、高い信頼性を発揮することができる。

以上、本発明の圧力センサー、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、他の任意の構成物や、工程が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

１…圧力センサー、２…基板、２１…半導体基板、２１１…第１シリコン層、２１２…酸化シリコン層、２１３…第２シリコン層、２２…第１絶縁膜、２３…第２絶縁膜、２５…ダイアフラム、２５１…受圧面、２６…凹部、２９…端子、３…圧力センサー部、３０…ブリッジ回路、３１、３２、３３、３４…ピエゾ抵抗素子、４…周囲構造体、４Ａ…側壁部、４Ｂ…天井部、４１…層間絶縁膜、４２…配線層、４２１…部分、４３…層間絶縁膜、４４…配線層、４４１…部分、４４４…被覆層、４４５…貫通孔、４５…表面保護膜、４６…封止層、４８…犠牲層、５…補強部、５Ａ…第１部分、５Ｂ…第２部分、６…圧力センサー部、６０…振動子、６１…固定電極、６２…可動電極、６２１…支持部、６２２…可動部、６２３…連結部、６９…発振回路、２００…高度計、２０１…表示部、３００…ナビゲーションシステム、３０１…表示部、４００…自動車、４０１…車体、４０２…車輪、Ｓ…空洞部

Claims (13)

1. 受圧により撓み変形するダイアフラムを有する基板と、
   前記基板に配置され、前記ダイアフラムとの間に圧力基準室を形成する構造体と、
   前記構造体の少なくとも一部を覆う被覆部と、を有することを特徴とする圧力センサー。
2. 前記構造体は、前記基板から立設する枠状の側壁部と、前記側壁部の開口を覆う蓋部と、を有し、
   前記基板と前記側壁部と前記蓋部とで囲まれた空間が前記圧力基準室となる請求項１に記載の圧力センサー。
3. 前記被覆部は、少なくとも、前記蓋部に設けられている請求項２に記載の圧力センサー。
4. 圧力センサーが受ける圧力をＰとし、
   前記基板の平面視での前記ダイアフラムの幅をａとし、
   前記基板の法線方向での前記圧力基準室の高さをｂとし、
   前記基板の平面視での前記圧力基準室の幅をｄとし、
   前記ダイアフラムの厚さをｔ０とし、
   前記蓋部の厚さをｔ１とし、
   前記被覆部の前記蓋部上に位置する部分の厚さをｔ２とし、
   前記ダイアフラムのヤング率をＥ０とし、
   前記蓋部のヤング率をＥ１とし、
   前記蓋部のポアソン比をνとし、
   前記被覆部の引張応力をσとし、
   前記被覆部の引張応力に起因する前記蓋部の前記ダイアフラム側への撓み量をＷとし、
   前記圧力に起因する前記ダイアフラムの前記蓋部側への撓み量をＺとしたとき、
   

   

   

   

   の関係を満足する請求項３に記載の圧力センサー。
5. 前記被覆部は、前記基板と同じ材料を含んでいる請求項１ないし４のいずれか１項に記載の圧力センサー。
6. 前記被覆部は、無機材料を含んでいる請求項１ないし５のいずれか１項に記載の圧力センサー。
7. 前記無機材料は、シリコンである請求項６に記載の圧力センサー。
8. 前記被覆部の引張応力は、１００ＭＰａ以下である請求項１ないし７のいずれか１項に記載の圧力センサー。
9. 前記被覆部の圧縮応力は、３００ＭＰａ以下である請求項１ないし８のいずれか１項に記載の圧力センサー。
10. 前記被覆部は、前記構造体を覆う部分と、前記基板を覆う部分と、を有している請求項１ないし９のいずれか１項に記載の圧力センサー。
11. 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の圧力センサーを有することを特徴とする高度計。
12. 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の圧力センサーを有することを特徴とする電子機器。
13. 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の圧力センサーを有することを特徴とする移動体。

Images