JP2018155657A - 圧力センサー、圧力センサーモジュール、電子機器および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力検出感度および機械的強度の両立を図ることのできる圧力センサー、圧力センサーモジュール、電子機器および移動体を提供する。【解決手段】圧力センサーは、受圧により撓み変形するダイアフラムを備える基板と、前記ダイアフラムに設けられているピエゾ抵抗素子と、前記ダイアフラムの一方の面側に設けられている保護膜と、を有している。また、前記保護膜は、薄肉部と、前記薄肉部よりも厚い厚肉部と、を有している。また、前記基板の平面視で、前記薄肉部が前記ピエゾ抵抗素子と重なり、前記厚肉部が前記ダイアフラムの少なくとも一部と重なっている。【選択図】図１

Description

本発明は、圧力センサー、圧力センサーモジュール、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、例えば、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、受圧により撓み変形するダイアフラムを備える基板と、ダイアフラム上に形成されたピエゾ抵抗素子と、基板の一方の面（上面）に配置された保護膜と、を有し、ダイアフラムの撓みに基づいてピエゾ抵抗素子の抵抗値が変化することを利用して、圧力を検出するように構成されている。

国際公開２０１０／０５５７３４号公報

また、特許文献１の圧力センサーでは、ダイアフラムをより撓み易くして検出感度を向上させるために、保護膜のダイアフラム全域と重なる部分に凹部を形成し、ダイアフラム上の保護膜を薄くしている。しかしながら、このような構成では、ダイアフラムの機械的強度の低下を招き、ダイアフラムが破損し易くなる。すなわち、特許文献１の圧力センサーでは、圧力検出感度および機械的強度の両立を図ることが困難である。

本発明の目的は、圧力検出感度および機械的強度の両立を図ることのできる圧力センサー、圧力センサーモジュール、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備える基板と、
前記ダイアフラムに設けられているピエゾ抵抗素子と、
前記ダイアフラムの一方の面側に設けられている保護膜と、を有し、
前記保護膜は、
薄肉部と、
前記薄肉部よりも厚い厚肉部と、を有し、
前記基板の平面視で、
前記薄肉部が前記ピエゾ抵抗素子と重なり、前記厚肉部が前記ダイアフラムの少なくとも一部と重なっていることを特徴とする。
これにより、圧力検出感度および機械的強度の両立を図ることのできる圧力センサーが得られる。

本発明の圧力センサーでは、前記基板の平面視で、
前記厚肉部は、前記ダイアフラムの外縁の少なくとも一部と重なっていることが好ましい。
これにより、より効果的に、圧力検出感度および機械的強度の両立を図ることができる。

本発明の圧力センサーでは、前記基板の平面視にて、
前記ダイアフラムの外縁は、少なくとも１つの角部を有し、
前記厚肉部が前記角部と重なっていることが好ましい。
このように、ダイアフラムの外縁が角部を有する場合、外縁のうちでも特に角部に応力が集中し易く、角部からダイアフラムが破損する場合が多い。そこで、厚肉部を角部と重なるように配置し、角部を補強することで、角部への応力集中をきっかけとするダイアフラムの破損を効果的に抑制することができる。

本発明の圧力センサーでは、前記基板の平面視にて、
前記ダイアフラムの外縁は、少なくとも２つの前記角部と、２つの前記角部の間に位置している辺と、を有し、
前記厚肉部が各前記角部と重なっており、
前記薄肉部が前記辺と重なっていることが好ましい。
これにより、ダイアフラムの外縁部にピエゾ抵抗素子を配置し易くなる。また、厚肉部がピエゾ抵抗素子と重なってしまい、圧力検出感度が低下してしまうことを効果的に抑制することができる。

本発明の圧力センサーでは、前記厚肉部は、前記ダイアフラムの中央部と重なっていることが好ましい。
これにより、厚肉部の周囲に比較的大きな応力を生じさせることができる。したがって、圧力検出感度の向上を図ることができる。

本発明の圧力センサーでは、前記ピエゾ抵抗素子は、前記ダイアフラムの外縁部に配置されていることが好ましい。
受圧によりダイアフラムが撓み変形すると、ダイアフラムの中でも特にその外縁部に大きな応力が加わるため、外縁部にピエゾ抵抗素子を配置することで、圧力センサーの圧力検出感度が向上する。

本発明の圧力センサーでは、前記ピエゾ抵抗素子は、さらに、前記ダイアフラムの中央部にも配置されていることが好ましい。
これにより、圧力センサーの圧力検出感度が向上する。

本発明の圧力センサーでは、前記薄肉部は、酸化シリコンを含んでいる第１絶縁膜と、窒化シリコンを含んでいる第２絶縁膜と、を有していることが好ましい。
これにより、第１絶縁膜によって、ピエゾ抵抗素子の界面準位を低減してノイズの発生を抑制することができる。また、第２絶縁膜によって、センサー部を水分や埃から保護することができ、圧力センサーの信頼性を高めることができる。

本発明の圧力センサーでは、前記基板の平面視にて、ダイアフラムと重なるように配置されている圧力基準室を有していることが好ましい。
これにより、圧力基準室の圧力を基準としてダイアフラムが受けた圧力を検出することができるため、ダイアフラムが受けた圧力をより精度よく検出することができる。

本発明の圧力センサーモジュールは、本発明の圧力センサーと、
前記圧力センサーを収納しているパッケージと、を有することを特徴とする。
これにより、本発明の圧力センサーの効果を享受でき、信頼性の高い圧力センサーモジュールが得られる。

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、本発明の圧力センサーの効果を享受でき、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、本発明の圧力センサーの効果を享受でき、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を示す断面図である。 図１に示す圧力センサーが有するセンサー部を示す平面図である。 図２に示すセンサー部を含むブリッジ回路を示す回路図である。 図１に示す圧力センサーが有する保護膜を示す平面図である。 図１に示す圧力センサーの変形例を示す断面図である。 図１に示す圧力センサーの製造工程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。 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別の製造工程を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る圧力センサーを示す断面図である。 図１７に示す圧力センサーが有する保護膜を示す平面図である。 図１８に示すセンサー部を含むブリッジ回路を示す回路図である。 本発明の第３実施形態に係る圧力センサーモジュールを示す断面図である。 図２０に示す圧力センサーモジュールが有する支持基板の平面図である。 本発明の第４実施形態に係る電子機器としての高度計を示す斜視図である。 本発明の第５実施形態に係る電子機器としてのナビゲーションシステムを示す正面図である。 本発明の第６実施形態に係る移動体としての自動車を示す斜視図である。

以下、本発明の圧力センサー、圧力センサーモジュール、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を示す断面図である。図２は、図１に示す圧力センサーが有するセンサー部を示す平面図である。図３は、図２に示すセンサー部を含むブリッジ回路を示す回路図である。図４は、図１に示す圧力センサーが有する保護膜を示す平面図である。図５は、図１に示す圧力センサーの変形例を示す断面図である。図６は、図１に示す圧力センサーの製造工程を示すフローチャートである。図７ないし図１５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。図１６は、図１に示す圧力センサーの別の製造工程を示すフローチャートである。なお、以下の説明では、図１、図５、図７ないし図１５中の上側および図２、図４の紙面手前側を「上」とも言い、図１、図５、図７ないし図１５中の下側および図２、図４の紙面奥側を「下」とも言う。

図１に示すように、圧力センサー１は、基板２と、基板２に配置されているセンサー部３と、基板２の上面に配置されている保護膜５と、基板２の下面に接合されているベース基板４と、基板２とベース基板４との間に形成されている圧力基準室Ｓ（空洞部）と、を有している。

基板２は、第１シリコン層２１、酸化シリコン層２２および第２シリコン層２３がこの順で積層されているＳＯＩ基板である。ただし、基板２としては、ＳＯＩ基板に限定されず、例えば、単層のシリコン基板を用いてもよい。また、基板２としては、シリコン以外の半導体材料、例えば、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガリウム砒素リン、窒化ガリウム、炭化珪素等で構成された基板（半導体基板）を用いてもよい。

また、基板２には、周囲の部分よりも薄肉であり、受圧によって撓み変形するダイアフラム２５が設けられている。基板２には、下方に開放する有底の凹部２４が形成されており、この凹部２４の上側（凹部２４によって基板２が薄くなっている部分）がダイアフラム２５となっている。そして、ダイアフラム２５の上面が、圧力を受ける受圧面２５１となっている。凹部２４は、ダイアフラム２５の受圧面とは反対側に形成される後述の圧力基準室Ｓを形成するための空間（空洞部）である。

ここで、本実施形態では、凹部２４は、シリコンディープエッチング装置を用いたドライエッチングで形成されている。具体的には、基板２の下面側から等方性エッチング、保護膜成膜および異方向性エッチングという工程を繰り返して、第１シリコン層２１を掘ることで凹部２４を形成する。この工程を繰り返し、エッチングが酸化シリコン層２２まで達すると酸化シリコン層２２がエッチングストッパーとなってエッチングが終了し、凹部２４が得られる。このような形成方法によれば、凹部２４の側面が基板２の主面に対して略垂直となるため、凹部２４の開口面積を小さくすることができる。そのため、基板２の機械的強度の低下を抑制することができ、また、圧力センサー１の大型化を抑制することもできる。なお、図示しないが、前述した工程の繰り返しによって、凹部２４の内壁側面には掘り方向に周期的な凹凸が形成される。

ただし、凹部２４の形成方法としては、上記の方法に限定されず、例えば、ウェットエッチングによって形成してもよい。また、本実施形態では、ダイアフラム２５に酸化シリコン層２２が残っているが、この酸化シリコン層２２をさらに除去してもよい。すなわち、ダイアフラム２５を第２シリコン層２３の単層で構成してもよい。これにより、ダイアフラム２５をより薄くすることができ、より撓み変形し易いダイアフラム２５が得られる。また、本実施形態のように、ダイアフラム２５を複数の層（酸化シリコン層２２と第２シリコン層２３）で構成した場合には、各層の熱膨張率の異なりに起因する熱応力が発生し、ダイアフラム２５が不本意に、すなわち検出対象である圧力以外の力に起因して撓み変形するおそれがある。これに対して、ダイアフラム２５を単層で構成することで、上述のような熱応力が生じることが無いため、検出対象である圧力をより精度よく検出することができる。

ダイアフラム２５の厚さとしては、特に限定されず、ダイアフラム２５の大きさ等によっても異なるが、例えば、ダイアフラム２５の幅が１００μｍ以上３００μｍ以下の場合には、１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上３μｍ以下であることがより好ましい。より具体的には、ダイアフラム２５の上側部分を構成する第２シリコン層２３の厚さが１μｍ以上９μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上３μｍ以下であることがより好ましい。また、ダイアフラム２５の下側部分を構成する酸化シリコン層２２の厚さが０．１μｍ以上１μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以上０．５μｍ以下であることがより好ましい。これにより、機械的な強度を十分に保ちつつ、十分に薄く、受圧により撓み変形し易いダイアフラム２５が得られる。

また、図２に示すように、ダイアフラム２５の平面視形状は略正方形である。すなわち、ダイアフラム２５の外縁は、４つの辺２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄおよび４つの角部２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄ、２５ｄａを有している。より具体的には、辺２５ａと辺２５ｂとが交差する部分に角部２５ａｂが設けられており、辺２５ｂと辺２５ｃとが交差する部分に角部２５ｂｃが設けられており、辺２５ｃと辺２５ｄとが交差する部分に角部２５ｃｄが設けられており、辺２５ｄと辺２５ａとが交差する部分に角部２５ｄａが設けられている。なお、角部２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄ、２５ｄａは、それぞれ、直線状（Ｃ面）または曲線状（Ｒ面）に面取りされていてもよい。また、この場合、面取りされる範囲としては、特に限定されず、例えば、各辺２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの長さの２０％以下程度とすることができ、あるいは、１０％以下程度とすることができる。

ただし、ダイアフラム２５の平面視形状としては、特に限定されず、例えば、三角形、五角形以上の多角形等の角部を有する形状や、円形、楕円形、長円形等の角部を有していない形状であってもよい。

図２に示すように、ダイアフラム２５には、ダイアフラム２５に作用する圧力を検出するセンサー部３が設けられている。センサー部３は、ダイアフラム２５に設けられた４つのピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４を有している。また、ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４は、配線３５を介して互いに電気的に接続され、図３に示すブリッジ回路３０（ホイートストンブリッジ回路）を構成している。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検出信号（電圧）を出力する。そのため、ブリッジ回路３０から出力された検出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。

特に、ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４は、ダイアフラム２５の外縁部に配置されている。具体的には、図２に示すように、ピエゾ抵抗素子３１は、辺２５ｂに沿って配置され、ピエゾ抵抗素子３２は、辺２５ｄに沿って配置され、ピエゾ抵抗素子３３は、辺２５ａに沿って配置され、ピエゾ抵抗素子３４は、辺２５ｃに沿って配置されている。受圧によりダイアフラム２５が撓み変形すると、ダイアフラム２５の中でも特にその外縁部に大きな応力が加わる。そのため、本実施形態のように、ダイアフラム２５の外縁部にピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４を配置することで、前述した検出信号を大きくすることができ、圧力検出感度が向上する。ただし、ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４の配置は、特に限定されず、例えば、ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４がダイアフラム２５の外縁を跨いで配置されていてもよいし、ダイアフラム２５の中央部に配置されていてもよい。

ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４は、それぞれ、例えば、基板２の第２シリコン層２３にリン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）することで構成されている。また、配線３５は、例えば、基板２の第２シリコン層２３に、ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４よりも高濃度でリン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）することで構成されている。ただし、ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４や配線３５の形成方法としては、特に限定されない。

図１に示すように、保護膜５は、基板２の上面に配置されている。保護膜５は、基板２の上面に配置された第１絶縁膜５１と、第１絶縁膜５１上に配置された第２絶縁膜５２と、を有している。また、第１絶縁膜５１は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）で構成されており、第２絶縁膜５２は、シリコン窒化膜（ＳｉＮｘ膜）で構成されている。

これら第１絶縁膜５１および第２絶縁膜５２は、それぞれ、基板２の平面視で、ダイアフラム２５の全域と重なるように配置されている。第１絶縁膜５１（シリコン酸化膜）によって、ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４の界面準位を低減してノイズの発生を抑制することができる。また、第２絶縁膜５２（シリコン窒化膜）によって、センサー部３を水分や埃から保護することができ、圧力センサー１の信頼性を高めることができる。

ここで、第１絶縁膜５１および第２絶縁膜５２の膜厚の合計（総厚さ）としては、特に限定されないが、ダイアフラム２５の厚さの１／１０以下であることが好ましい。これにより、ダイアフラム２５に対して、第１絶縁膜５１および第２絶縁膜５２を十分に薄くすることができる。そのため、第１絶縁膜５１および第２絶縁膜５２によってダイアフラム２５が撓み変形し難くなることを効果的に抑制することができる。

また、第１絶縁膜５１および第２絶縁膜５２を薄くすることで、次のような効果を発揮することもできる。本実施形態では、ダイアフラム２５、第１絶縁膜５１および第２絶縁膜５２の積層体が、受圧により撓み変形する「ダイアフラム」として機能するとも言える。このダイアフラムについて、その厚さ方向で議論すれば、ダイアフラムの厚さ方向中央部から表面（上面および下面）に向けて、受圧により撓み変形したときに生じる応力が大きくなる。そのため、ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４をダイアフラムの上面または下面のより近くに配置することで、同じ圧力を受けた場合でもより大きな検出信号が得られる。この点に鑑みれば、上述したように、第１絶縁膜５１および第２絶縁膜５２を薄くすることで、ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４をダイアフラムの上面のより近くに配置することができるため、より大きな検出信号が得られ、圧力検出感度がさらに高まる。

なお、第１絶縁膜５１の厚さは、特に限定されないが、ダイアフラム２５の厚さが１μｍ以上１０μｍ以下の場合には、例えば、１００Å以上１０００Å以下であることが好ましく、３００Å以上５００Å以下であることがより好ましく、４５０Å以上５５０Å以下であることがさらに好ましい。これにより、第１絶縁膜５１を、上述した効果を十分に発揮させつつ、十分に薄くすることができる。

また、第２絶縁膜５２の厚さは、特に限定されないが、ダイアフラム２５の厚さが１μｍ以上１０μｍ以下の場合には、例えば、１００Å以上２０００Å以下であることが好ましく、５００Å以上１５００Å以下であることがより好ましく、９００Å以上１１００Å以下であることがさらに好ましい。これにより、第２絶縁膜５２を、上述した効果を十分に発揮させつつ、十分に薄くすることができる。

なお、本実施形態では、第１絶縁膜５１は、酸化シリコンで構成されているが、酸化シリコン以外の材料（例えば、製造上、不可避的に混じってしまう材料）を含んでいてもよい。同様に、本実施形態では、第２絶縁膜５２は、窒化シリコンで構成されているが、窒化シリコン以外の材料（例えば、製造上、不可避的に混じってしまう材料）を含んでいてもよい。また、本実施形態では、基板２上に第１絶縁膜５１と第２絶縁膜５２とが積層されているが、これに替えて、例えば、シリコン酸窒化膜（ＳｉＮＯ膜）を配置してもよい。シリコン酸窒化膜によれば、前述した第１絶縁膜５１と第２絶縁膜５２の両方の機能を発揮することができ、しかも、１層で済むためダイアフラム２５上の保護膜５をより薄くすることができる。

図１に示すように、保護膜５は、前述した第１絶縁膜５１および第２絶縁膜５２に加えて、第３絶縁膜５３、第４絶縁膜５４および表面保護膜５５を有している。

第３絶縁膜５３は、第２絶縁膜５２上に配置されている。また、第３絶縁膜５３上には配線６が設けられている。第３絶縁膜５３には貫通孔が形成されており、この貫通孔を介して配線６が配線３５と電気的に接続されている。第３絶縁膜５３は、配線６と配線３５との間を絶縁する層間絶縁膜として機能する。また、第３絶縁膜５３および配線６上には第４絶縁膜５４が配置されている。この第４絶縁膜５４によって配線６が絶縁されると共に、保護されている。第３絶縁膜５３および第４絶縁膜５４は、例えば、シリコン酸化膜で構成されている。また、配線６は、例えば、アルミニウム膜等の金属膜で構成されている。ただし、これら各部の構成材料は、その機能を発揮することができれば、特に限定されない。

第３絶縁膜５３および第４絶縁膜５４の厚さは、特に限定されないが、例えば、２０００Å以上８０００Å以下であることが好ましく、３０００Å以上５０００Å以下であることがより好ましい。これにより、保護膜５が過剰に厚くなってしまうのを抑制しつつ、第３絶縁膜５３および第４絶縁膜５４のそれぞれに目的の機能（絶縁）をより確実に発揮させることができる。

また、第４絶縁膜５４上には表面保護膜５５が配置されている。表面保護膜５５は、圧力センサー１を水分や埃から保護する機能を有する。このような表面保護膜５５は、例えば、シリコン窒化膜で構成されている。ただし、表面保護膜の構成材料は、その機能を発揮することができれば、特に限定されない。また、表面保護膜５５および第４絶縁膜５４を貫通する貫通孔が設けられており、表面保護膜５５上にはこの貫通孔を介して配線６と電気的に接続されている端子７が設けられている。

表面保護膜５５の厚さは、特に限定されないが、例えば、３０００Å以上９０００Å以下であることが好ましく、５０００Å以上７０００Å以下であることがより好ましい。これにより、保護膜５が過剰に厚くなってしまうのを抑制しつつ、表面保護膜５５に目的の機能（防水、防塵）をより確実に発揮させることができる。

以上、第３絶縁膜５３、第４絶縁膜５４および表面保護膜５５について説明した。図１および図４に示すように、第３絶縁膜５３、第４絶縁膜５４および表面保護膜５５は、それぞれ、枠状をなしており、基板２の平面視で、ダイアフラム２５を囲むようにして配置されている。

そのため、保護膜５は、その上面に開口し、第３絶縁膜５３、第４絶縁膜５４および表面保護膜５５を貫通する凹部５０を有する形状であると言える。さらには、このような形状から、保護膜５は、凹部５０と重なる部分である薄肉部５８と、凹部５０の周囲に位置し、薄肉部５８よりも厚い厚肉部５９と、を有しているとも言える。本実施形態では、薄肉部５８は、第１絶縁膜５１および第２絶縁膜５２の２層で構成され、厚肉部５９は、第１絶縁膜５１、第２絶縁膜５２、第３絶縁膜５３、第４絶縁膜５４および表面保護膜５５の５層で構成されている。ただし、薄肉部５８および厚肉部５９の構成としては、それぞれ、特に限定されない。

このように、薄肉部５８を設けることで、前述したように、保護膜５によってダイアフラム２５が撓み難くなってしまうのを抑制することができる。また、厚肉部５９を設けることで、圧力センサー１の機械的強度を高めることができる。すなわち、このような保護膜５によれば、圧力センサー１の圧力検出感度の低下を抑制しつつ、機械的強度を高めることができる。

図４に示すように、圧力センサー１では、基板２の平面視で、薄肉部５８がピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４と重なるように配置されている。言い換えると、厚肉部５９がピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４の外側に位置し、ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４と重ならないように配置されている。これにより、受圧時に、ダイアフラム２５のピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４が配置されている箇所をより確実に撓み変形させることができ、圧力検出感度の低下を抑制することができる。

また、基板２の平面視で、厚肉部５９がダイアフラム２５の外縁の少なくとも一部と重なるように配置されている。これにより、厚肉部５９によって、ダイアフラム２５の外縁部を補強することができる。前述したように、ダイアフラム２５の外縁部は、受圧時に他の部分よりも大きな応力が加わり易いため、他の部分よりも損傷し易い。そこで、本実施形態のように、ダイアフラム２５の外縁の少なくとも一部と重なるように厚肉部５９を配置することで、ダイアフラム２５の外縁の機械的強度を高め、ダイアフラム２５の破損を効果的に抑制することができる。これにより、圧力センサー１の耐圧強度が向上する。また、圧力センサー１の製造工程中におけるダイアフラム２５の破損を抑制することができ、歩留まりが向上する。

前述したように、基板２の平面視にて、ダイアフラム２５は略正方形状をなし、その外縁は、４つの辺２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄと、４つの角部２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄ、２５ｄａと、を有している。このように、ダイアフラム２５の外縁が角部を有する場合、外縁のうちでも特に角部に応力が集中し易く、角部からダイアフラム２５が破損する場合が多い。そこで、厚肉部５９が、角部２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄ、２５ｄａのそれぞれと重なるように配置されている。これにより、厚肉部５９によって、各角部２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄ、２５ｄａを補強することができる。そのため、前述したような角部２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄ、２５ｄａへの応力集中をきっかけとするダイアフラム２５の破損を効果的に抑制することができる。

なお、本実施形態では、全ての角部２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄ、２５ｄａと重なるように厚肉部５９が設けられているが、これに限定されず、角部２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄ、２５ｄａのうちの少なくとも１つと重なるように厚肉部５９が設けられていればよい。

一方で、厚肉部５９は、４つの辺２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄとは重ならないように、辺２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄよりも外側に位置している。言い換えると、薄肉部５８が４つの辺２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄと重なるように配置されている。前述したように、辺２５ａに沿ってピエゾ抵抗素子３３が配置され、辺２５ｂに沿ってピエゾ抵抗素子３１が配置され、辺２５ｃに沿ってピエゾ抵抗素子３４が配置され、辺２５ｄに沿ってピエゾ抵抗素子３２が配置されている。そのため、厚肉部５９を各辺２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの外側に位置させることで、厚肉部５９がピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４と重なってしまい、圧力検出感度が低下してしまうことを効果的に抑制することができる。

なお、辺２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄと厚肉部５９の内周面との離間距離ｄ１としては、特に限定されず、製造時に生じ得るダイアフラム２５に対する厚肉部５９の位置ずれ量（位置合わせ精度）にもよるが、例えば、６μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。これにより、製造誤差による位置ずれを十分に許容でき、ダイアフラム２５に対して厚肉部５９の位置がずれてしまった場合でも、より確実に、ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４と厚肉部５９とが重なってしまうことを抑制することができる。また、厚肉部５９がダイアフラム２５から離れてしまうことを抑制することができ、圧力センサー１の機械的強度の低下をより効果的に抑制することができる。

なお、本実施形態では、厚肉部５９が辺２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの外側に位置しているが、厚肉部５９がピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４と重ならなければ、特に限定されない。例えば、厚肉部５９の内周が辺２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄと重なっていてもよいし、辺２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの内側に位置していてもよい。

厚肉部５９の内周（すなわち、薄肉部５８の平面視形状）は、略正方形であり、４つの辺５９ａ、５９ｂ、５９ｃ、５９ｄと、４つの角部５９ａｂ、５９ｂｃ、５９ｃｄ、５９ｄａと、を有している。そして、ダイアフラム２５の辺２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄに沿って厚肉部５９の内周の辺５９ａ、５９ｂ、５９ｃ、５９ｄが設けられており、ダイアフラム２５の角部２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄ、２５ｄａに対応して厚肉部５９の内周の角部５９ａｂ、５９ｂｃ、５９ｃｄ、５９ｄａが設けられている。このように、厚肉部５９の内周を、ダイアフラム２５の形状に対応させることで、厚肉部５９の内周をよりダイアフラム２５に近づけて配置することができる。そのため、厚肉部５９をより広く配置することができ、圧力センサー１の機械的強度をより高めることができる。

また、厚肉部５９の内周の幅Ｗ５９は、ダイアフラム２５の幅Ｗ２５よりも大きい。これにより、より確実に、辺５９ａ、５９ｂ、５９ｃ、５９ｄを辺２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの外側に位置させることができる。また、各角部５９ａｂ、５９ｂｃ、５９ｃｄ、５９ｄａは、面取りされている。このように、各角部５９ａｂ、５９ｂｃ、５９ｃｄ、５９ｄａを面取りすることで、Ｗ５９＞Ｗ２５の関係を満足しつつ、厚肉部５９の内周の対角線方向の長さＬ５９をダイアフラム２５の対角線方向の長さＬ２５よりも短くすることができる。そのため、各角部５９ａｂ、５９ｂｃ、５９ｃｄ、５９ｄａを、角部２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄ、２５ｄａの内側に位置させることができ、角部２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄ、２５ｄａと重なるように厚肉部５９を配置することができる。

ここで、ダイアフラム２５の各角部２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄ、２５ｄａと厚肉部５９の各角部５９ａｂ、５９ｂｃ、５９ｃｄ、５９ｄａとの離間距離ｄ２としては、特に限定されないが、例えば、５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以上１５μｍ以下であることがより好ましい。これにより、厚肉部５９が過剰にダイアフラム２５と重なってしまい、ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４の配置スペースが狭くなってしまうことを抑制しつつ、厚肉部５９によって角部２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄ、２５ｄａを十分に補強することができる。

特に、本実施形態では、各角部５９ａｂ、５９ｂｃ、５９ｃｄ、５９ｄａは、外側に凸となるように円弧状に湾曲している。これにより、各角部５９ａｂ、５９ｂｃ、５９ｃｄ、５９ｄａへの応力集中をより効果的に抑制することができ、各角部５９ａｂ、５９ｂｃ、５９ｃｄ、５９ｄａへの応力集中をきっかけとした保護膜５の破損等を効果的に抑制することができる。ただし、各角部５９ａｂ、５９ｂｃ、５９ｃｄ、５９ｄａの形状は、特に限定されず、例えば、直線状であってもよいし、内側に凸となるように湾曲していてもよい。

図１に示すように、ベース基板４は、ダイアフラム２５との間に圧力基準室Ｓを形成するように、ダイアフラム２５と対向して配置されている。また、ベース基板４は、凹部２４の開口を塞ぐように、基板２の下面に接合されている。ベース基板４としては、例えば、シリコン基板、ガラス基板、セラミックス基板等を用いることができる。

ベース基板４によって凹部２４を気密的に封止することで、圧力基準室Ｓが形成されている。そのため、圧力基準室Ｓは、ダイアフラム２５の下側（受圧面２５１と反対側）に位置し、基板２の平面視でダイアフラム２５と重なって配置されていると言える。このように、圧力基準室Ｓを設けることで、圧力基準室Ｓの圧力を基準としてダイアフラム２５が受けた圧力を検出することができるため、ダイアフラム２５が受けた圧力をより精度よく検出することができる。

圧力基準室Ｓは、真空（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「絶対圧センサー」として用いることができる。そのため、利便性の高い圧力センサー１となる。ただし、圧力基準室Ｓは、真空状態でなくてもよい。なお、本発明は、ベース基板４に圧力導入口を形成して、凹部２４を外部と連通させた差圧センサー、ゲージ圧センサーにも適用することができる。

以上、圧力センサー１について説明した。このような圧力センサー１は、前述したように、受圧により撓み変形するダイアフラム２５を備える基板２と、ダイアフラム２５に設けられているピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４と、ダイアフラム２５の上面（一方の面）側に設けられている保護膜５と、を有している。また、保護膜５は、薄肉部５８と、薄肉部５８よりも厚い厚肉部５９と、を有している。また、基板２の平面視で、薄肉部５９がピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４と重なり、厚肉部５９がダイアフラム２５の少なくとも一部と重なっている。これにより、受圧時に、ダイアフラム２５のピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４が配置されている箇所をより確実に撓み変形させることができ、圧力検出感度の低下を抑制することができる。さらには、厚肉部５９によって、ダイアフラム２５の機械的強度を高め、ダイアフラム２５の破損を効果的に抑制することができる。これにより、圧力検出感度および機械的強度の両立を図ることのできる圧力センサー１となる。

また、前述したように、圧力センサー１では、基板２の平面視で、厚肉部５９は、ダイアフラム２５の外縁の少なくとも一部と重なっている。これにより、厚肉部５９によって、ダイアフラム２５の外縁の機械的強度を高め、外縁への応力集中がきっかけとなるダイアフラム２５の破損を効果的に抑制することができる。これにより、より効果的に、圧力検出感度および機械的強度の両立を図ることができる。

また、前述したように、圧力センサー１では、基板２の平面視にて、ダイアフラム２５の外縁は、少なくとも１つの角部を有し、厚肉部５９が角部と重なっている。特に、本実施形態では、ダイアフラム２５は、４つの角部２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄ、２５ｄａを有し、厚肉部５９が全ての角部２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄ、２５ｄａと重なっている。このように、ダイアフラム２５の外縁が角部を有する場合、外縁のうちでも特に角部に応力が集中し易く、角部からダイアフラム２５が破損する場合が多い。そこで、厚肉部５９を各角部２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄ、２５ｄａと重なるように配置し、各角部２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄ、２５ｄａを補強することで、角部２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄ、２５ｄａへの応力集中をきっかけとするダイアフラム２５の破損を効果的に抑制することができる。

また、前述したように、圧力センサー１では、基板２の平面視にて、ダイアフラム２５の外縁は、少なくとも２つの角部と、２つの角部の間に位置している辺と、を有している。そして、厚肉部５９が各角部と重なっており、薄肉部５８が辺と重なっている。特に本実施形態では、ダイアフラム２５の外縁は、４つの角部２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄ、２５ｄａと、これら角部２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄ、２５ｄａの間に位置する辺２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄと、を有している。そして、厚肉部５９が各角部２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄ、２５ｄａと重なっており、薄肉部５８が各辺２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄと重なっている。これにより、ダイアフラム２５の外縁部にピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４を配置し易くなる。また、厚肉部５９がピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４と重なってしまい、圧力検出感度が低下してしまうことを効果的に抑制することができる。

また、前述したように、圧力センサー１では、ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４は、ダイアフラム２５の外縁部に配置されている。受圧によりダイアフラム２５が撓み変形すると、ダイアフラム２５の中でも特にその外縁部に大きな応力が加わるため、このような配置とすることで、検出信号を大きくすることができる。よって、圧力センサー１の圧力検出感度が向上する。

また、前述したように、圧力センサー１では、薄肉部５８は、酸化シリコンを含んでいる第１絶縁膜５１と、窒化シリコンを含んでいる第２絶縁膜５２と、を有している。そのため、第１絶縁膜５１によって、ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４の界面準位を低減してノイズの発生を抑制することができる。また、第２絶縁膜５２によって、センサー部３を水分や埃から保護することができ、圧力センサー１の信頼性を高めることができる。

また、前述したように、圧力センサー１は、基板２の平面視にて、ダイアフラム２５と重なるように配置されている圧力基準室Ｓを有している。このように、圧力基準室Ｓを設けることで、圧力基準室Ｓの圧力を基準としてダイアフラム２５が受けた圧力を検出することができるため、ダイアフラム２５が受けた圧力をより精度よく検出することができる。

以上、圧力センサー１について説明したが、圧力センサー１の構成としては、特に限定されない。例えば、本実施形態では、保護膜５の凹部５０が第３絶縁膜５３を貫通して形成され、薄肉部５８が第１絶縁膜５１および第２絶縁膜５２の積層体で構成されているが、例えば、図５に示すように、凹部５０が表面保護膜５５を貫通して形成され、薄肉部５８が第１絶縁膜５１、第２絶縁膜５２、第３絶縁膜５３および第４絶縁膜５４の積層体で構成されていてもよい。この他、凹部５０が、表面保護膜５５の途中まで形成されている構成、第３絶縁膜５３および第４絶縁膜５４の途中まで形成されている構成、第２絶縁膜５２の途中まで形成されている構成等であってもよい。

次に、圧力センサー１の製造方法について説明する。図６に示すように、圧力センサー１の製造方法は、センサー部形成工程と、保護膜形成工程と、保護膜エッチング工程と、ダイアフラム形成工程と、ベース基板接合工程と、を有している。

［センサー部形成工程］
まず、図７に示すように、第１シリコン層２１、酸化シリコン層２２および第２シリコン層２３が積層してなるＳＯＩ基板で構成された基板２を準備し、例えば、第２シリコン層２３の表面を熱酸化することで、基板２の上面に第１絶縁膜５１（シリコン酸化膜）を成膜する。次に、図８に示すように、基板２の上面にセンサー部３を形成する。なお、センサー部３は、基板２の上面（第２シリコン層２３）にリン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）することで形成することができる。

［保護膜形成工程］
次に、図９に示すように、第１絶縁膜５１上に第２絶縁膜５２（シリコン窒化膜）を成膜する。この第２絶縁膜５２は、例えば、熱窒化、減圧ＣＶＤ（ＬＰ−ＣＶＤ）によって形成することができる。特に、減圧ＣＶＤ（ＬＰ−ＣＶＤ）によって第２絶縁膜を成膜した場合、水素含有量が少なく、良好で均質な膜質の第２絶縁膜５２を成膜することができる。減圧ＣＶＤは、例えば、７００℃以上の環境下で行われるが、この時点では、アルミニウム等の金属材料で構成されている配線６が形成されていない。そのため、減圧ＣＶＤによっては、配線６がダメージ（例えば軟化、溶融による断線）を受けることがない。

次に、第２絶縁膜５２をフォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いてパターニングした後、図１０に示すように、基板２上に第３絶縁膜５３、配線６、第４絶縁膜５４、表面保護膜５５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、保護膜５が得られる。

第３絶縁膜５３および第４絶縁膜５４は、例えば、シリコン酸化膜で構成され、配線６は、例えば、アルミニウム膜等の金属膜で構成され、表面保護膜５５は、例えば、シリコン窒化膜で構成されている。なお、配線６は、例えば、フォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いて所定の形状にパターニングされている。

［保護膜エッチング工程］
次に、薄肉部５８および端子７を形成するために、図１１に示すように、表面保護膜５５の一部をウェットエッチングにより除去する。ウェットエッチングによれば、比較的簡単に、表面保護膜５５と第４絶縁膜５４とのエッチング選択比を大きくすることができる。そのため、第４絶縁膜５４をエッチングストッパーとして用いることができ、本工程おいて、表面保護膜５５をより確実に除去することができる。ただし、ドライエッチングにより表面保護膜５５を除去してもよい。

次に、図１２に示すように、表面保護膜５５を除去した部分を介して、第３絶縁膜５３および第４絶縁膜５４をウェットエッチングにより除去する。これにより、凹部５０が形成され、薄肉部５８および厚肉部５９を有する保護膜５が得られる。また、これと同時に端子７を形成するための貫通孔が得られる。ウェットエッチングによれば、比較的簡単に、第３、第４絶縁膜５３、５４と第２絶縁膜５２とのエッチング選択比を大きくすることができる。そのため、本工程において、第２絶縁膜５２が第３、第４絶縁膜５３、５４と共に除去されるのを効果的に抑制することができる。

次に、表面保護膜５５上に端子７をスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて順に形成する。

［ダイアフラム形成工程］
次に、図１３に示すように、基板２の下面に開放する凹部２４を形成し、ダイアフラム２５を得る。凹部２４の形成方法としては、特に限定されないが、前述したように、シリコンディープエッチング装置を用いたドライエッチングで形成することができる。

［ベース基板接合工程］
次に、図１４に示すように、凹部２４内を真空にしつつ、ベース基板４を凹部２４の開口を塞ぐように基板２の下面に接合する。これにより、真空状態の圧力基準室Ｓが得られる。なお、基板２とベース基板４との接合方法としては、特に限定されず、例えば、表面活性化接合法等の直接接合法を用いることができる。

次に、必要に応じて、図１５に示すように、ベース基板４を下面側からＣＭＰ（化学機械研磨）等によって研磨し、ベース基板４を所定の厚さに調整する。以上により、圧力センサー１が得られる。

このような製造方法によれば、保護膜エッチング工程まで一貫してＣＭＯＳプロセスで製造することができるため、異物や汚染の管理がし易いため、高い歩留まりと生産性を確保して圧力センサー１の製造が可能となる。

ただし、圧力センサー１の製造方法としては、特に限定されず、例えば、保護膜エッチング工程は、ベース基板接合工程の後に行ってもよい。すなわち、図１６に示すように、センサー部形成工程、保護膜形成工程、ダイアフラム形成工程、ベース基板接合工程、保護膜エッチング工程の順に行ってもよい。これにより、図１５に示したベース基板４の研磨を、保護膜５の全域が厚い状態で行うことができる。そのため、本工程中、ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４をより確実に保護することができると共に、本工程中でのダイアフラム２５の破損をより効果的に抑制することができる。

また、例えば、ダイアフラム形成工程は、センサー部形成工程、保護膜形成工程または保護膜エッチング工程に先立って行ってもよい。

＜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１７は、本発明の第２実施形態に係る圧力センサーを示す断面図である。図１８は、図１７に示す圧力センサーが有する保護膜を示す平面図である。図１９は、図１８に示すセンサー部を含むブリッジ回路を示す回路図である。

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、保護膜５の構成と、ピエゾ抵抗素子の数および配置と、が異なること以外は、前述した第１実施形態とほぼ同様である。なお、図１７ないし図１９において、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１７および図１８に示すように、本実施形態の圧力センサー１では、基板２の平面視にて、保護膜５の凹部５０がダイアフラム２５の外周部に沿った枠状（環状）をなしている。そのため、厚肉部５９は、凹部５０の外側に位置する第１厚肉部５９１と、凹部５０の内側に位置する第２厚肉部５９２と、を有している。なお、第１厚肉部５９１は、前述した第１実施形態の厚肉部５９と同様の構成であるため、その説明を省略する。

第２厚肉部５９２は、ダイアフラム２５の中央部と重なるように配置されている。そのため、第２厚肉部５９２によってダイアフラム２５の中央部の剛性を局所的に高めることができる。そのため、例えば、第２厚肉部５９２のない構成（例えば、前述した第１実施形態）と比べて、ダイアフラム２５の外縁部での応力値が向上する。また、ダイアフラム２５の外縁部のみならず、第２厚肉部５９２と重なっている領域と重なっていない領域との境界部にも、局所的に他の部分よりも大きな応力を生じさせることができる。

なお、基板２の平面視にて、第２厚肉部５９２の外形形状は、基板２の平面視でダイアフラム２５の外形形状と相似である。ただし、第２厚肉部５９２の外形形状は、特に限定されない。また、本実施形態では、第２厚肉部５９２は、第１厚肉部５９１と同じ積層構造をなしているが、これに限定されず、第１厚肉部５９１と異なる積層構造であってもよい。

前述したように、ダイアフラム２５の外縁部のみならず第２厚肉部５９２の周囲でも大きな応力を発生させることができる。そのため、センサー部３は、図１８に示すように、ダイアフラム２５の外縁部に配置されたピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４に加えて、第２厚肉部５９２の周囲に配置されたピエゾ抵抗素子３６、３７、３８、３９を有している。そして、ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８は、図１９に示すようなブリッジ回路３０（ホイートストンブリッジ回路）を構成している。このような構成によれば、例えば、前述した第１実施形態と比べて、センサー部３が有するピエゾ抵抗素子の数が多いため、検出感度を向上させることができる。なお、ピエゾ抵抗素子３５、３６、３７、３８は、一部が第２厚肉部５９２と重なっていてもよい。

なお、ダイアフラム２５の第２厚肉部５９２の周囲に生じる応力は、外縁部に生じる応力と反対方向であるため、ピエゾ抵抗素子３６、３７、３８、３９は、対応するピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４が延びている方向に直交する方向に延びている。

以上、本実施形態の圧力センサー１について説明した。このような圧力センサー１では、前述したように、厚肉部５９は、ダイアフラム２５の中央部と重なっている部分（第２厚肉部５９２）を有している。これにより、ダイアフラム２５の外縁部のみならず、第２厚肉部５９２の周囲にも、局所的に他の部分よりも大きな応力を生じさせることができる。したがって、本実施形態のように、第２厚肉部５９２の周囲にもピエゾ抵抗素子３６、３７、３８、３９を配置することで、圧力検出感度の向上を図ることができる。

また、前述したように、本実施形態の圧力センサー１では、ピエゾ抵抗素子は、さらに、ダイアフラム２５の中央部にも配置されている（ピエゾ抵抗素子３５、３６、３７、３８）。これにより、ピエゾ抵抗素子の数が多くなり、検出感度を向上させることができる。

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。

なお、本実施形態では、前述した第１実施形態と同様に、基板２の平面視で、第１厚肉部５９１がダイアフラム２５の外縁の少なくとも一部（角部）と重なって配置されているが、これに限定されず、第１厚肉部５９１は、ダイアフラム２５の外縁と重なっていなくてもよい。すなわち、基板２の平面視で、第１厚肉部５９１の内周全域がダイアフラム２５の外側に位置していてもよい。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る圧力センサーモジュールについて説明する。

図２０は、本発明の第３実施形態に係る圧力センサーモジュールを示す断面図である。図２１は、図２０に示す圧力センサーモジュールが有する支持基板の平面図である。

以下、第３実施形態の圧力センサーモジュールについて、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。

図２０に示すように、圧力センサーモジュール１００は、内部空間Ｓ１を有するパッケージ１１０と、内部空間Ｓ１内からパッケージ１１０の外側に引き出されて配置された支持基板１２０と、内部空間Ｓ１内で支持基板１２０に支持されている回路素子１３０および圧力センサー１と、内部空間Ｓ１に後述するような充填材を充填することにより形成されている充填部１４０と、を有している。このような圧力センサーモジュール１００によれば、パッケージ１１０および充填部１４０によって圧力センサー１を保護することができる。なお、圧力センサー１としては、例えば、前述した実施形態のものを用いることができる。

パッケージ１１０は、ベース１１１およびハウジング１１２を有し、ベース１１１およびハウジング１１２が支持基板１２０を挟み込むようにして互いに接着層を介して接合されている。このようにして形成されているパッケージ１１０は、その上端部に形成された開口１１０ａと、開口１１０ａに連通する内部空間Ｓ１と、を有している。

これらベース１１１およびハウジング１１２の構成材料としては、特に限定されず、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等の酸化物セラミックス、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化チタン等の窒化物セラミックスのような各種セラミックスや、ポリエチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリル系樹脂、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂のような各種樹脂材料等の絶縁性材料が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、各種セラミックスを用いることが特に好ましい。

以上、パッケージ１１０について説明したが、パッケージ１１０の構成としては、その機能を発揮することができれば特に限定されない。

支持基板１２０は、ベース１１１およびハウジング１１２の間に挟まれており、内部空間Ｓ１内からパッケージ１１０の外側に引き出されて配置されている。また、支持基板１２０は、回路素子１３０および圧力センサー１を支持すると共に、回路素子１３０および圧力センサー１を電気的に接続している。このような支持基板１２０は、図２１に示すように、可撓性を有する基材１２１と、基材１２１に配置された複数の配線１２９と、を有している。

基材１２１は、開口１２２ａを有する枠状の基部１２２と、基部１２２から延出する帯状の帯体１２３と、を有している。そして、基部１２２の外縁部においてベース１１１とハウジング１１２とに挟まれ、帯体１２３がパッケージ１１０の外側に延出している。このような基材１２１としては、例えば、一般的に用いられているフレキシブルプリント基板を用いることができる。なお、本実施形態では基材１２１が可撓性を有しているが、基材１２１の全部または一部は、硬質であってもよい。

基材１２１の平面視で、回路素子１３０および圧力センサー１は、開口１２２ａの内側に位置し、並んで配置されている。また、回路素子１３０および圧力センサー１は、それぞれ、ボンディングワイヤーＢＷを介して基材１２１に吊られ、支持基板１２０から浮遊した状態で支持基板１２０に支持されている。また、回路素子１３０および圧力センサー１は、それぞれ、ボンディングワイヤーＢＷおよび配線１２９を介して電気的に接続されている。このように、回路素子１３０および圧力センサー１を支持基板１２０に対して浮遊した状態で支持することで、支持基板１２０から回路素子１３０および圧力センサー１に応力が伝わり難くなり、圧力センサー１の圧力検知精度が向上する。

回路素子１３０は、ブリッジ回路３０に電圧を供給するための駆動回路、ブリッジ回路３０からの出力を温度補償するための温度補償回路、温度補償回路からの出力から受けた圧力を求める圧力検出回路、圧力検出回路からの出力を所定の出力形式（ＣＭＯＳ、ＬＶ−ＰＥＣＬ、ＬＶＤＳ等）に変換して出力する出力回路等を有している。

充填部１４０は、回路素子１３０および圧力センサー１を覆うように内部空間Ｓ１に配置されている。このような充填部１４０により、回路素子１３０および圧力センサー１を保護（防塵および防水）すると共に、圧力センサー１に作用した外部応力（例えば、落下衝撃）が回路素子１３０および圧力センサー１に伝わり難くなる。

また、充填部１４０は、液状またはゲル状の充填材で構成することができ、回路素子１３０および圧力センサー１の過剰な変位を抑制することができる点で、特にゲル状の充填材で構成するのが好ましい。このような充填部１４０によれば、回路素子１３０および圧力センサー１を水分から効果的に保護することができると共に、圧力を効率的に圧力センサー１へ伝達することができる。このような充填部１４０を構成する充填材としては、特に限定されず、例えば、シリコーンオイル、フッ素系オイル、シリコーンゲル等を用いることができる。

以上、圧力センサーモジュール１００について説明した。このような圧力センサーモジュール１００は、圧力センサー１と、圧力センサー１を収納しているパッケージ１１０と、を有している。そのため、パッケージ１１０によって、圧力センサー１を保護することができる。また、前述した圧力センサー１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。

なお、圧力センサーモジュール１００の構成としては、前述の構成に限定されず、例えば、充填部１４０は、省略してもよい。また、本実施形態では、圧力センサー１および回路素子１３０が、ボンディングワイヤーＢＷによって、支持基板１２０に吊られた状態で支持されているが、例えば、圧力センサー１および回路素子１３０が、直接、支持基板１２０上に配置されていてもよい。また、本実施形態では、圧力センサー１および回路素子１３０が横に並んで配置されているが、例えば、圧力センサー１および回路素子１３０が高さ方向に並んで配置されていてもよい。

＜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２２は、本発明の第４実施形態に係る電子機器としての高度計を示す斜視図である。
図２２に示すように、電子機器としての高度計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。

このような電子機器の一例である高度計２００は、圧力センサー１を有している。そのため、高度計２００は、前述した圧力センサー１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係る電子機器について説明する。

図２３は、本発明の第５実施形態に係る電子機器としてのナビゲーションシステムを示す正面図である。

図２３に示すように、電子機器としての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、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、ナビゲーションシステム３００に圧力センサー１を搭載し、高度情報を圧力センサー１によって取得することで、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することができ、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。

このような電子機器の一例としてのナビゲーションシステム３００は、圧力センサー１を有している。そのため、ナビゲーションシステム３００は、前述した圧力センサー１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。

なお、本発明の電子機器は、前述の高度計および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、デジタルスチールカメラ、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）、ドローン、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６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態に係る移動体について説明する。

図２４は、本発明の第６実施形態に係る移動体としての自動車を示す斜視図である。
図２４に示すように、移動体としての自動車４００は、車体４０１と、４つの車輪４０２（タイヤ）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。また、自動車４００は、車体４０１に搭載されている電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）４０３を有しており、この電子制御ユニット４０３に圧力センサー１が内蔵されている。電子制御ユニット４０３は、圧力センサー１が車体４０１の加速度や傾斜等を検出することにより、移動状態や姿勢等を把握し、車輪４０２等の制御を的確に行うことができる。これにより、自動車４００は、安全で安定した移動をすることができる。なお、圧力センサー１は、自動車４００に備えられているナビゲーションシステム等に搭載されていてもよい。

このような移動体の一例としての自動車４００は、圧力センサー１を有している。そのため、自動車４００は、前述した圧力センサー１の効果を享受でき、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、圧力センサーモジュール、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。

また、前述した実施形態では、圧力基準室が基板に対して保護膜と反対側に位置している構成について説明したが、圧力基準室の位置としては、特に限定されず、例えば、基板に対して保護膜と同じ側に位置していてもよい。

１…圧力センサー、２…基板、２１…第１シリコン層、２２…酸化シリコン層、２３…第２シリコン層、２４…凹部、２５…ダイアフラム、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ…辺、２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄ、２５ｄａ…角部、２５１…受圧面、３…センサー部、３０…ブリッジ回路、３１、３２、３３、３４、３６、３７、３８、３９…ピエゾ抵抗素子、３５…配線、４…ベース基板、５…保護膜、５０…凹部、５１…第１絶縁膜、５２…第２絶縁膜、５３…第３絶縁膜、５４…第４絶縁膜、５５…表面保護膜、５８…薄肉部、５９…厚肉部、５９ａ、５９ｂ、５９ｃ、５９ｄ…辺、５９ａｂ、５９ｂｃ、５９ｃｄ、５９ｄａ…角部、５９１…第１厚肉部、５９２…第２厚肉部、６…配線、７…端子、１００…圧力センサーモジュール、１１０…パッケージ、１１０ａ…開口、１１１…ベース、１１２…ハウジング、１２０…支持基板、１２１…基材、１２２…基部、１２２ａ…開口、１２３…帯体、１２９…配線、１３０…回路素子、１４０…充填部、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、４０３…電子制御ユニット、ＡＶＤＣ…駆動電圧、ＢＷ…ボンディングワイヤー、Ｓ…圧力基準室、Ｓ１…内部空間、ｄ１、ｄ２…離間距離、Ｗ２５、Ｗ５９…幅、Ｌ２５、Ｌ５９…長さ

Claims (12)

1. 受圧により撓み変形するダイアフラムを備える基板と、
   前記ダイアフラムに設けられているピエゾ抵抗素子と、
   前記ダイアフラムの一方の面側に設けられている保護膜と、を有し、
   前記保護膜は、
   薄肉部と、
   前記薄肉部よりも厚い厚肉部と、を有し、
   前記基板の平面視で、
   前記薄肉部が前記ピエゾ抵抗素子と重なり、前記厚肉部が前記ダイアフラムの少なくとも一部と重なっていることを特徴とする圧力センサー。
2. 前記基板の平面視で、
   前記厚肉部は、前記ダイアフラムの外縁の少なくとも一部と重なっている請求項１に記載の圧力センサー。
3. 前記基板の平面視にて、
   前記ダイアフラムの外縁は、少なくとも１つの角部を有し、
   前記厚肉部が前記角部と重なっている請求項２に記載の圧力センサー。
4. 前記基板の平面視にて、
   前記ダイアフラムの外縁は、少なくとも２つの前記角部と、２つの前記角部の間に位置している辺と、を有し、
   前記厚肉部が各前記角部と重なっており、
   前記薄肉部が前記辺と重なっている請求項３に記載の圧力センサー。
5. 前記厚肉部は、前記ダイアフラムの中央部と重なっている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の圧力センサー。
6. 前記ピエゾ抵抗素子は、前記ダイアフラムの外縁部に配置されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の圧力センサー。
7. 前記ピエゾ抵抗素子は、さらに、前記ダイアフラムの中央部にも配置されている請求項６に記載の圧力センサー。
8. 前記薄肉部は、酸化シリコンを含んでいる第１絶縁膜と、窒化シリコンを含んでいる第２絶縁膜と、を有している請求項１ないし７のいずれか１項に記載の圧力センサー。
9. 前記基板の平面視にて、ダイアフラムと重なるように配置されている圧力基準室を有している請求項１ないし８のいずれか１項に記載の圧力センサー。
10. 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と、
    前記圧力センサーを収納しているパッケージと、を有することを特徴とする圧力センサーモジュール。
11. 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を有することを特徴とする電子機器。
12. 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を有することを特徴とする移動体。

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