(57)【要約】【課題】検出感度が高い物理量センサーを提供すること、また、この物理量センサーを備える高度計、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、撓み変形可能なダイヤフラム２４と、ダイヤフラム２４に設けられ、ダイヤフラム２４の撓み量に応じた信号を出力する撓み量素子と、を備え、撓み量素子は、ダイヤフラム２４の中心寄りに設けられた中心側素子と、中心側素子よりも前記ダイヤフラムの縁部寄りに設けられた縁部側素子と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撓み変形可能なダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムに設けられ、前記ダイヤフラムの撓み量に応じた信号を出力する撓み量素子と、を備え、
前記撓み量素子は、前記ダイヤフラムの中心寄りに設けられた中心側素子と、前記中心側素子よりも前記ダイヤフラムの縁部寄りに設けられた縁部側素子と、を有することを特徴とする物理量センサー。
【請求項２】
前記中心側素子および前記縁部側素子は、前記ダイヤフラムの中心から縁部に向かって並んで設けられている請求項１に記載の物理量センサー。
【請求項３】
前記ダイヤフラムが撓み変形量が変化したときに、
前記中心側素子と前記縁部側素子とが検出する応力の大きさは、互いに反対方向に変化する請求項２に記載の物理量センサー。
【請求項４】
前記ダイヤフラムの中心から前記ダイヤフラムの外縁までの距離をＬとしたとき、
前記中心側素子は、前記ダイヤフラムの中心から２Ｌ／３以下の範囲内に位置している請求項１ないし３のいずれか１項に記載の物理量センサー。
【請求項５】
前記ダイヤフラムの中心から前記ダイヤフラムの外縁までの距離をＬとしたとき、
前記中心側素子は、前記ダイヤフラムの中心からＬ／４以上Ｌ／２以下の範囲内に位置している請求項１ないし４のいずれか１項に記載の物理量センサー。
【請求項６】
前記ダイヤフラムは、平面視で四角形状であり、２つの対角線で分割される４つの領域のうちの少なくとも１つの前記領域内に、前記中心側素子および前記縁部側素子が、少なくとも１つずつ設けられている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の物理量センサー。
【請求項７】
前記４つの領域内に、それぞれ、前記中心側素子および前記縁部側素子が少なくとも１つずつ設けられている請求項６に記載の物理量センサー。
【請求項８】
前記中心側素子および前記縁部側素子は、平面視にて長手形状であり、
前記中心側素子の長手方向と、前記縁部側素子の長手方向とが交差している請求項１ないし８のいずれか１項に記載の物理量センサー。
【請求項９】
前記中心側素子および前記縁部側素子は、平面視にて長手形状であり、
前記中心側素子の長手方向の長さは、前記縁部側素子の長手方向の長さよりも短い請求項１ないし９のいずれか１項に記載の物理量センサー。
【請求項１０】
圧力を検知する圧力センサーである請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の物理量センサー。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の物理量センサーを有することを特徴とする高度計。
【請求項１２】
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の物理量センサーを有することを特徴とする電子機器。
【請求項１３】
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の物理量センサーを有することを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量センサー、高度計、電子機器および移動体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、物理量センサーとして、例えばピエゾ抵抗素子、振動子等のセンサー素子を備えたセンサーが、小型、軽量、高感度であることから工業計測、医療などの分野で広く応用されている。
【０００３】
このような物理量センサーとして、特許文献１には、受圧により撓み変形するダイヤフラムと、このダイヤフラム上に設けられた例えばピエゾ抵抗素子とを備えた圧力センサーが記載されている。このような圧力センサーでは、ダイヤフラムの撓みによって生じたピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化量に基づき、ダイヤフラムに加わった圧力を検出することができる。
【０００４】
このような特許文献１には、ダイヤフラムが撓み変形したときに応力が集中しやすいダイヤフラムの縁部側に、ピエゾ抵抗素子を配置することで、物理用センサーの検出感度を向上させることが記載されている。
【０００５】
しかしながら、このようなピエゾ抵抗素子の配置で、ダイヤフラムの変形に基づくピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化量を十分に大きくすることができず、十分に高い検出感度を有する物理量センサーを得ることができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１７６８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、検出感度が高い物理量センサーを提供すること、また、この物理量センサーを備える高度計、電子機器および移動体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、以下の適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］
本適用例の物理量センサーは、撓み変形可能なダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムに設けられ、前記ダイヤフラムの撓み量に応じた信号を出力する撓み量素子と、を備え、
前記撓み量素子は、前記ダイヤフラムの中心寄りに設けられた中心側素子と、前記中心側素子よりも前記ダイヤフラムの縁部寄りに設けられた縁部側素子と、を有することを特徴とする。
【００１０】
これにより、撓み量素子の抵抗値の変化量を特に大きくすることができ、よって、検出感度が高い物理量センサーを提供することができる。
【００１１】
［適用例２］
本適用例の物理量センサーでは、前記中心側素子および前記縁部側素子は、前記ダイヤフラムの中心から縁部に向かって並んで設けられていることが好ましい。
【００１２】
これにより、撓み量素子の抵抗値の変化量を特に大きくすることができる。そのため、物理量センサーの検出感度をさらに高めることができる。
【００１３】
［適用例３］
本適用例の物理量センサーでは、前記ダイヤフラムが撓み変形量が変化したときに、
前記中心側素子と前記縁部側素子とが検出する応力の大きさは、互いに反対方向に変化することが好ましい。
【００１４】
これにより、中心寄りに中心側素子を設け、縁部寄りに縁部側素子を設けることで、撓み量素子の抵抗値の変化量を特に大きくすることができる。そのため、物理量センサーの検出感度をより高めることができる。
【００１５】
［適用例４］
本適用例の物理量センサーでは、前記ダイヤフラムの中心から前記ダイヤフラムの外縁までの距離をＬとしたとき、
前記中心側素子は、前記ダイヤフラムの中心から２Ｌ／３以下の範囲内に位置していることが好ましい。
【００１６】
この範囲内の領域は、ダイヤフラムが撓み変形したときにダイヤフラムが圧縮する方向に応力が加わる領域であり、ダイヤフラムに圧力が加わることで中心側素子の抵抗値の変化量が特に大きくなる領域である。このため、前記範囲内に中心側素子を設けることにより、物理量センサーの検出感度をより高めることができる。
【００１７】
［適用例５］
本適用例の物理量センサーでは前記ダイヤフラムの中心から前記ダイヤフラムの外縁までの距離をＬとしたとき、
前記中心側素子は、前記ダイヤフラムの中心からＬ／４以上Ｌ／２以下の範囲内に位置していることが好ましい。
【００１８】
これにより、中心側素子の高密度化を図ることができ、物理量センサーの検出感度をさらに高めることができる。
【００１９】
［適用例６］
本適用例の物理量センサーでは、前記ダイヤフラムは、平面視で四角形状であり、２つの対角線で分割される４つの領域のうちの少なくとも１つの前記領域内に、前記中心側素子および前記縁部側素子が、少なくとも１つずつ設けられていることが好ましい。
【００２０】
これにより、撓み量素子の抵抗値の変化量を特に大きくすることができ、よって、物理量センサー１の検出感度をより高めることができる。
【００２１】
［適用例７］
本適用例の物理量センサーでは、前記４つの領域内に、それぞれ、前記中心側素子および前記縁部側素子が少なくとも１つずつ設けられていることが好ましい。
【００２２】
これにより、ダイヤフラムに加えられた圧力をより均等に検出することができ、よって、物理量センサーの検出精度をより高めることができる。
【００２３】
［適用例８］
本適用例の物理量センサーでは、前記中心側素子および前記縁部側素子は、平面視にて長手形状であり、
前記中心側素子の長手方向と、前記縁部側素子の長手方向とが交差していることが好ましい。
【００２４】
これにより、撓み量素子の抵抗値の変化量を特に大きくすることができる。そのため、物理量センサーの検出感度をより高めることができる。
【００２５】
［適用例９］
本適用例の物理量センサーでは、前記中心側素子および前記縁部側素子は、平面視にて長手形状であり、
前記中心側素子の長手方向の長さは、前記縁部側素子の長手方向の長さよりも短いことが好ましい。
【００２６】
これにより、中心側素子の高密度化を図ることができ、よって、物理量センサーの検出感度をより高めることができる。
【００２７】
［適用例１０］
本発明の物理量センサーは、圧力を検知する圧力センサーであることが好ましい。
これにより、検出感度の高い圧力センサーを提供することができる。
【００２８】
［適用例１１］
本発明の高度計は、本発明の物理量センサーを備えることを特徴とする。
これにより、検出感度の高い高度計を提供することができる。
【００２９】
［適用例１２］
本発明の電子機器は、本発明の物理量センサーを備えることを特徴とする。
これにより、検出感度の高い電子機器を提供することができる。
【００３０】
［適用例１３］
本発明の移動体は、本発明の物理量センサーを備えることを特徴とする。
これにより、検出感度の高い移動体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の物理量センサーの第１実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示す物理量センサーが備えるセンサー素子（ピエゾ抵抗素子）の配置を説明するための拡大平面図である。
【図３】図１に示すセンサー素子（ピエゾ抵抗素子）を含むブリッジ回路を示す図である。
【図４】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５】撓み変形によってダイヤフラムに発生する応力（相対応力）の大きさを示すグラフである。
【図６】図１に示す圧力センサーの製造工程を示す図である。
【図７】図１に示す圧力センサーの製造工程を示す図である。
【図８】図１に示す圧力センサーの製造工程を示す図である。
【図９】図１に示す圧力センサーの製造工程を示す図である。
【図１０】図１に示す圧力センサーの製造工程を示す図である。
【図１１】図１に示す圧力センサーの製造工程を示す図である。
【図１２】図１に示す圧力センサーの製造工程を示す図である。
【図１３】図１に示す圧力センサーの製造工程を示す図である。
【図１４】本発明の物理量センサーの第２実施形態を示す断面図である。
【図１５】本発明の物理量センサーの第３実施形態を示す断面図である。
【図１６】本発明の物理量センサーの第４実施形態を示す断面図である。
【図１７】本発明の高度計の一例を示す斜視図である。
【図１８】本発明の電子機器の一例を示す正面図である。
【図１９】本発明の移動体の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の物理量センサー、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。
【００３３】
１．物理量センサー
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の物理量センサーの第１実施形態を示す断面図である。図２は、図１に示す物理量センサーが備えるセンサー素子（ピエゾ抵抗素子）の配置を説明するための拡大平面図である。図３は、図１に示すセンサー素子（ピエゾ抵抗素子）を含むブリッジ回路を示す図である。図４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、（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５は、撓み変形によってダイヤフラムに発生する応力（相対応力）の大きさを示すグラフである。図６は、図１に示す圧力センサーの製造工程を示す図である。図７は、図１に示す圧力センサーの製造工程を示す図である。図８〜図１３は、図１に示す圧力センサーの製造工程を示す図である。なお、以下の説明では、図１中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００３４】
物理量センサー１は、圧力を検出することのできる圧力センサーである。物理量センサー１を圧力センサーとすることで、例えば、高度を計測する用途として種々の電子機器に搭載することのできるセンサーとなり、その利便性が向上する。
【００３５】
図１に示すように、物理量センサー１は、基板２と、センサー素子７と、素子周囲構造体４と、空洞部５と、半導体回路９と、を有している。以下、これら各部について順に説明する。
【００３６】
≪基板２≫
基板２は、板状をなし、ＳＯＩ基板（第１のＳｉ層２１１、ＳｉＯ２層２１２、第２のＳｉ層２１３がこの順で積層している基板）で構成された半導体基板２１上に、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２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ができる。また、第１絶縁膜２２および第２絶縁膜２３の材料としては、製造時に半導体基板２１を保護することと、半導体基板２１とセンサー素子７との間を絶縁することができれば、特に限定されない。また、基板２の平面視形状は、特に限定されず、例えば、略正方形または略長方形等の矩形や、円形とすることができ、本実施形態では、略正方形となっている。
【００３７】
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ヤフラム２４が設けられている。このダイヤフラム２４は、基板２の下面（第２のＳｉ層２１３）に有底の凹部２５を設けることで形成され、その下面（凹部２５の底面）が受圧面２４ａとなっている。このようなダイヤフラム２４の平面視形状は、特に限定されず、例えば略正方形または略長方形等の矩形や、円形とすることができるが、本実施形態では略正方形となっている。また、ダイヤフラム２４の幅は、特に限定されないが、１００μｍ以上６００μｍ以下程度とすることができる。また、ダイヤフラム２４の厚さは、特に限定されないが、例えば、１０μｍ以上５０μｍ以下であるのが好ましく、１５μｍ以上２５μｍ以下であるのがより好ましい。これにより、ダイヤフラム２４を十分に柔らかくすることでき、十分に撓み変形させることができる。
【００３８】
また、半導体基板２１上およびその上方には半導体回路（回路）９が作り込まれている。この半導体回路９には、必要に応じて形成されたＭＯＳトランジスタ９１等の能動素子、キャパシタ、インダクタ、抵抗、ダイオード、配線等の回路要素が含まれている。このように、基板２に半導体回路９を作り込むことで、半導体回路９を別体として設ける場合と比較して、物理量センサー１の小型化を図ることができる。なお、図１では、説明の便宜上、ＭＯＳトランジスタ９１のみを図示している。
【００３９】
≪センサー素子７≫
図１および図２に示すように、基板２の第１のＳｉ層２１１には、複数（本実施形態では４つ）のピエゾ抵抗素子（撓み量素子）７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを備えるセンサー素子７が設けられている。
なお、このセンサー素子７の詳細な構成については後に説明する。
【００４０】
≪素子周囲構造体４≫
素子周囲構造体４は、空洞部５を画成するように形成されている。この素子周囲構造体４は、基板２上にセンサー素子７を取り囲むように形成された環状の壁部５１と、壁部５１の内壁に囲まれている空洞部５の開口を塞ぐ被覆部５２とを有している。
【００４１】
このような素子周囲構造体４は、層間絶縁膜４１と、層間絶縁膜４１上に形成された配線層４２と、配線層４２および層間絶縁膜４１上に形成された層間絶縁膜４３と、層間絶縁膜４３上に形成された配線層４４と、配線層４４および層間絶縁膜４３上に形成された表面保護膜４５と、封止層４６とを有している。配線層４４は、空洞部５の内外を連通する複数の細孔４４２を備えた被覆層４４１を有しており、被覆層４４１上に配置されている封止層４６が細孔４４２を封止している。このような素子周囲構造体４では、層間絶縁膜４１、配線層４２、層間絶縁膜４３、配線層４４（ただし、被覆層４４１を除く部分）および表面保護膜４５で前述した壁部５１が構成され、被覆層４４１および封止層４６で前述した被覆部５２が構成されている。
【００４２】
なお、配線層４２、４４は、空洞部５を囲むように形成されている配線層４２ａ、４４ａと、半導体回路９の配線を構成する配線層４２ｂ、４４ｂと、を含んでいる。したがって、半導体回路９は、配線層４２ｂ、４４ｂによって物理量センサー１の上面に引き出されている。また、配線層４２ａと第２絶縁膜２３との間には、例えば、多結晶シリコン膜からなる膜４９が設けられている。
【００４３】
層間絶縁膜４１、４３としては、特に限定されないが、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２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、特に限定されないが、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、特に限定されないが、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、ＴｉＮ等の金属膜を用いることができる。また、表面保護膜４５としは、特に限定されないが、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を用いることができる。
【００４４】
≪空洞部５≫
基板２と素子周囲構造体４とで画成された空洞部５は、密閉された空間であり、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。空洞部５は、ダイヤフラム２４と重なるように配置されており、ダイヤフラム２４が空洞部５を画成する壁部の一部を構成している。空洞部５内の状態は、特に限定されないが、真空状態（例えば１０Ｐａ以下）であることが好ましい。これにより、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る。そのため、物理量センサー１の利便性が向上する。ただし、空洞部５内の状態は、真空状態でなくてもよく、例えば、大気圧状態であってもよいし、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５内には窒素ガス、希ガス等の不活性ガスが封入されていてもよい。
【００４５】
以上、物理量センサー１の構成について簡単に説明したが、本実施形態の物理量センサー１は、センサー素子７の構成およびその配置に特徴を有しているため、以下に、このことについて詳述する。
【００４６】
前述したように、センサー素子７は、複数（本実施形態では４つ）のピエゾ抵抗素子（撓み量素子）７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを有している。
【００４７】
図２に示すように、ピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂは、基板２の厚さ方向から見た平面視で、ダイヤフラム２４の図２の左右方向に互いに対向している１対の辺２４１ａ、２４１ｂに対応して設けられている。また、ピエゾ抵抗素子７ｃ、７ｄは、平面視でダイヤフラム２４の図２の上下方向に互いに対向している１対の辺２４１ｃ、２４１ｄに対応して設けられている。
【００４８】
ピエゾ抵抗素子７ａは、ダイヤフラム２４の外縁部（より具体的には辺２４１ａ近傍）に設けられた１対の縁部側ピエゾ抵抗部（縁部側素子）７１ａと、縁部側ピエゾ抵抗部７１ａよりもダイヤフラム２４の中心Ｏ側に設けられた１対の中心側ピエゾ抵抗部（中心側素子）７２ａと、を有している。この縁部側ピエゾ抵抗部７１ａと、中心側ピエゾ抵抗部７２ａとは、ダイヤフラム２４の中心Ｏから辺２４１ａに向かって並んで設けられている。
【００４９】
１対の縁部側ピエゾ抵抗部７１ａは、互いに平行であり、かつ、辺２４１ａに対して直交する方向に沿って延びた矩形状（長手形状）をなしている。一方、１対の中心側ピエゾ抵抗部７２ａは、辺２４１ａに平行な同一直線上に配置されており、かつ、辺２４１ａに対して平行な方向に沿って延びた矩形状（長手形状）をなしている。このため、縁部側ピエゾ抵抗部７１ａの長手方向と中心側ピエゾ抵抗部７２ａの長手方向とは直交（交差）している。
【００５０】
また、縁部側ピエゾ抵抗部７１ａの一方（ダイヤフラム２４の中心Ｏ側）の端部と、中心側ピエゾ抵抗部７２ａの一方の端部とは、接続部７３ａを介して接続されている。
【００５１】
接続部７３ａは、略Ｓ字状をなしており、縁部側ピエゾ抵抗部７１ａに接続され、辺２４１ａに対して直交する方向に沿って延びた部分と、中心側ピエゾ抵抗部７２ａに接続され、辺２４１ａに対して直交する方向に沿って延びた部分と、これらの部分を接続し、辺２４１ａに対して平行な方向に沿って延びた部分と、で構成されている。
【００５２】
また、１対の中心側ピエゾ抵抗部７２ａは、接続部７３ａが接続されている端部と異なる端部同士が、接続部７４ａを介して接続されている。また、１対の縁部側ピエゾ抵抗部７１ａは、接続部７３ａが接続されている端部と異なる端部が、それぞれ配線３１ａに接続されている。
【００５３】
図２に示すように、ピエゾ抵抗素子７ｂは、前述したピエゾ抵抗素子７ａと、ダイヤフラム２４の中心Ｏを通る軸線３１３を介して左右対称な構成である。具体的には、ピエゾ抵抗素子７ｂは、ピエゾ抵抗素子７ａと同様に、ダイヤフラム２４の外縁部（より具体的には辺２４１ｂ近傍）に設けられた１対の縁部側ピエゾ抵抗部（縁部側素子）７１ｂと、縁部側ピエゾ抵抗部７１ｂよりもダイヤフラム２４の中心Ｏ側に設けられた１対の中心側ピエゾ抵抗部（中心側素子）７２ｂと、を有している。この縁部側ピエゾ抵抗部７１ｂと、中心側ピエゾ抵抗部７２ｂとは、ダイヤフラム２４の中心Ｏから辺２４１ｂに向かって並んで設けられている。また、縁部側ピエゾ抵抗部７１ｂおよび中心側ピエゾ抵抗部７２ｂはそれぞれ矩形状（長手形状）をなし、縁部側ピエゾ抵抗部７１ｂの長手方向と中心側ピエゾ抵抗部７２ｂの長手方向とが直交（交差）している。
【００５４】
また、ピエゾ抵抗素子７ａと同様に、縁部側ピエゾ抵抗部７１ｂと中心側ピエゾ抵抗部７２ｂとは、接続部７３ｂを介して接続されている。また、同様に、１対の中心側ピエゾ抵抗部７２ｂ同士は、接続部７４ｂを介して接続されている。また、同様に、１対の縁部側ピエゾ抵抗部７１ｂは、それぞれ配線３１ｂに接続されている。
【００５５】
また、ピエゾ抵抗素子７ｃは、ダイヤフラム２４の外縁部（より具体的には辺２４１ｃ近傍）に設けられた１対の縁部側ピエゾ抵抗部（縁部側素子）７１ｃと、縁部側ピエゾ抵抗部７１ｃよりもダイヤフラム２４の中心Ｏ側に設けられた１対の中心側ピエゾ抵抗部（中心側素子）７２ｃと、を有している。この縁部側ピエゾ抵抗部７１ｃと、中心側ピエゾ抵抗部７２ｃとは、ダイヤフラム２４の中心Ｏから辺２４１ｃに向かって並んで設けられている。
【００５６】
１対の縁部側ピエゾ抵抗部７１ｃは、辺２４１ｃに平行な同一直線上に配置されており、かつ、辺２４１ｃに対して平行な方向に沿って延びた矩形状（長手形状）をなしている。一方、１対の中心側ピエゾ抵抗部７２ｃは、互いに平行であり、かつ、辺２４１ｃに対して直交する方向に沿って延びた矩形状（長手形状）をなしている。このため、縁部側ピエゾ抵抗部７１ｃの長手方向と中心側ピエゾ抵抗部７２ｃの長手方向とは直交（交差）している。
【００５７】
また、縁部側ピエゾ抵抗部７１ｃの一方の端部と、中心側ピエゾ抵抗部７２ｃの一方（辺２４１ｃ側）の端部とは、接続部７３ｄを介して接続されている。
【００５８】
接続部７３ｄは、略Ｓ字状をなしており、縁部側ピエゾ抵抗部７１ｃに接続され、辺２４１ｃに対して直交する方向に沿って延びた部分と、中心側ピエゾ抵抗部７２ｃに接続され、辺２４１ｃに対して直交する方向に沿って延びた部分と、これらの部分を接続し、辺２４１ｃに対して平行な方に沿って延びた部分と、で構成されている。
【００５９】
また、１対の中心側ピエゾ抵抗部７２ｃは、接続部７３ｃが接続されている端部と異なる端部同士が、１対の中心側ピエゾ抵抗部７２ｃよりも中心Ｏ側に位置する接続部７４ｃを介して接続されている。また、１対の縁部側ピエゾ抵抗部７１ｃは、接続部７３ｃが接続されている端部と異なる端部寄りの側面において、それぞれ配線３１ｃに接続されている。
【００６０】
図２に示すように、ピエゾ抵抗素子７ｄは、前述したピエゾ抵抗素子７ｃと、軸線３１４を介して左右対称な構成である。具体的には、ピエゾ抵抗素子７ｄは、ピエゾ抵抗素子７ｃと同様に、ダイヤフラム２４の外縁部（より具体的には辺２４１ｄ近傍）に設けられた１対の縁部側ピエゾ抵抗部（縁部側素子）７１ｄと、縁部側ピエゾ抵抗部７１ｄよりもダイヤフラム２４の中心Ｏ側に設けられた１対の中心側ピエゾ抵抗部（中心側素子）７２ｄと、を有している。この縁部側ピエゾ抵抗部７１ｄと、中心側ピエゾ抵抗部７２ｄとは、ダイヤフラム２４の中心Ｏから辺２４１ｄに向かって並んで設けられている。また、縁部側ピエゾ抵抗部７１ｄおよび中心側ピエゾ抵抗部７２ｄは、それぞれ矩形状（長手形状）をなし、縁部側ピエゾ抵抗部７１ｂの長手方向と中心側ピエゾ抵抗部７２ｂの長手方向とが直交（交差）している。
【００６１】
また、ピエゾ抵抗素子７ｃと同様に、縁部側ピエゾ抵抗部７１ｄと中心側ピエゾ抵抗部７２ｄとは、接続部７３ｄを介して接続されている。また、同様に、１対の中心側ピエゾ抵抗部７２ｂ同士は、接続部７４ｄを介して接続されている。また、同様に、１対の縁部側ピエゾ抵抗部７１ｄは、それぞれ配線３１ｄに接続されている。
【００６２】
このような縁部側ピエゾ抵抗部７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ（以下、単に「縁部側ピエゾ抵抗部７１」ということもある）および中心側ピエゾ抵抗部７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ（以下、単に「中心側ピエゾ抵抗部７２」ということもある）は、それぞれ、基板２の第１のＳｉ層２１１に、例えばリン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）することによって形成されている。また、接続部７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、７３ｄ、７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄおよび配線３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは、それぞれ、第１のＳｉ層２１１に、例えば縁部側ピエゾ抵抗部７１および中心側ピエゾ抵抗部７２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）することによって形成されている。
【００６３】
また、ピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄは、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。また、ピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄは、ダイヤフラム２４の変形に伴って歪み、この歪みに応じて抵抗値が変化するように構成されている。そして、ピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄは、配線３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ等を介して、互いに電気的に接続され、図３に示すように、ブリッジ回路７０（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７０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７０は、ピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの抵抗値に応じた信号（電圧）を出力する。
【００６４】
また、ピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄは、２つの対角線３１１、３１２（ダイヤフラム２４の中心Ｏで交わる２つの直線）で４つに分割したとき、その分割された各領域に対応するように設けられている。なお、以下では、領域のうち、図２中の右側に位置する領域を「第１領域３５ａ」といい、以降時計回りに順に、「第４領域３５ｄ」、「第２領域３５ｂ」、「第３領域３５ｃ」という。
【００６５】
具体的には、図２に示すように、ピエゾ抵抗素子７ａの大半は、第１領域３５ａ内に設けられている。また、ピエゾ抵抗素子７ｂの大半は、第２領域３５ｂ内に設けられている。また、ピエゾ抵抗素子７ｃの大半は、第３領域３５ｃ内に設けられている。また、ピエゾ抵抗素子７ｄの大半は、第４領域３５ｄ内に設けられている。
【００６６】
このように、各領域内に、１つのピエゾ抵抗素子が設けられていることで、ダイヤフラム２４の受圧面２４ａに加えられた圧力をより均等に検出することができ、よって、物理量センサー１の検出精度をより高めることができる。
【００６７】
特に、縁部側ピエゾ抵抗部７１および中心側ピエゾ抵抗部７２は、その大半（各ピエゾ抵抗部の平面積の８割以上）が各領域内（１つの領域内）に収まっていることが好ましく、その全域が各領域内（１つの領域内）に収まっていることがより好ましい。これにより、受圧面２４ａに加わった圧力によってピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの抵抗値の変化量を特に大きくすることができ、よって、物理量センサー１の検出感度をより高めることができる。
【００６８】
また、中心側ピエゾ抵抗部７２（特に中心側ピエゾ抵抗部７２の中心）は、ダイヤフラム２４の中心Ｏから外縁までの距離をＬとしたとき、中心Ｏから２Ｌ／３以下の範囲内に位置していることが好ましく、中心ＯからＬ／２以下の範囲内に位置していることがより好ましい。前記範囲内の領域は、受圧によりダイヤフラム２４が変形したとき、ダイヤフラム２４に発生する応力が小さくなる領域であり、ダイヤフラム２４に圧力が加わることで中心側ピエゾ抵抗部７２の抵抗値の変化量が特に大きくなる領域である。このため、前記範囲内に中心側ピエゾ抵抗部７２を設けることにより、物理量センサー１の検出感度をより高めることができる。
【００６９】
また、中心側ピエゾ抵抗部７２（特に中心側ピエゾ抵抗部７２の中心）は、中心ＯからＬ／４以上の範囲内に設けられていることが好ましい。前記範囲内の領域であれば、中心側ピエゾ抵抗部７２の高密度化を図ることができる。このため、前記範囲内に中心側ピエゾ抵抗部７２を設けることにより、物理量センサー１の検出感度をより高めることができる。
【００７０】
一方、縁部側ピエゾ抵抗部７１（特に中心側ピエゾ抵抗部７２の中心）は、中心Ｏから２Ｌ／３以上Ｌ以下までの範囲内に位置していることが好ましい。前記範囲内は、受圧によりダイヤフラム２４が変形したとき、ダイヤフラム２４に発生する応力が大きくなる領域であり、受圧面２４ａに圧力が加わることで縁部側ピエゾ抵抗部７１の抵抗値の変化量が特に大きくなる領域である。したがって、前記範囲内に縁部側ピエゾ抵抗部７１部を設けることにより、物理量センサー１の検出感度をより高めることができる。
【００７１】
以下に、上述したような関係を満足する位置に縁部側ピエゾ抵抗部７１、中心側ピエゾ抵抗部７２を配置することによる効果について、発明者らが行ったシミュレーション結果に基づいて説明する。
【００７２】
図５は、シミュレーション結果であり、撓み変形によってダイヤフラムに発生する応力（相対応力Ｐ）の大きさを示すグラフである。
【００７３】
また、図５に示すグラフの横軸は、距離Ｌを示し、縦軸は、相対応力Ｐ［ＭＰａ］を示している。なお、横軸の０μｍは、ダイヤフラム２４の中心Ｏを示し、７５μｍは、ダイヤフラム２４の端部（外縁）を示している。
【００７４】
また、曲線Ｇ１は、受圧面２４ａに０ｋＰａの圧力を加えたときの相対応力を示している。また、曲線Ｇ２は、受圧面２４ａに３０ｋＰａの圧力を加えたときの相対応力を示している。曲線Ｇ３は、受圧面２４ａに９０ｋＰａの圧力を加えたときの相対応力を示している。また、曲線Ｇ２は、受圧面２４ａに１３０ｋＰａの圧力を加えたときの相対応力を示している。
【００７５】
また、図５に示すグラフは、幅１５０μｍ（中心Ｏから端部までの距離が７５μｍ）の正方形状のダイヤフラム２４を備える物理量センサー１を用いた場合のシミュレーション結果を示しているが、ダイヤフラム２４の幅を変化させても図５に示すグラフの傾向は同様であることが確認されている。また、本シミュレーションでは、初期状態（受圧面２４ａに所定の応力を加える前の状態）における受圧面２４ａに加わっている応力（初期応力）が、１３０［ＭＰａ］である物理量センサー１を用いた場合のシミュレーション結果を示しているが、初期応力を変更しても、図５に示すグラフの傾向と同程度な傾向が得られることが確認されている。
【００７６】
このような図５に示す曲線Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４から、ダイヤフラム２４が受ける圧力が大きくなるに従い、距離Ｌが５０μｍを境に、距離Ｌが０以上５０未満では、ダイヤフラム２４に発生する応力は小さくなる傾向にあり、距離Ｌが５０超７５以下では、ダイヤフラム２４に発生する応力は大きくなる傾向にあることが分かる。このように、ダイヤフラム２４が受ける圧力の大きさによって、発生する応力の増減方向が反転する境界（距離Ｌが５０μｍ）が存在している。そのため、境界よりも中心Ｏ側、すなわち中心Ｏから２Ｌ／３以下の範囲内に中心側ピエゾ抵抗部７２を設けることが好ましい。また、境界よりも縁部側、すなわち中心Ｏから２Ｌ／３以上の範囲内に縁部側ピエゾ抵抗部７１を設けることが好ましい。これにより、ピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの抵抗値の変化量を特に大きくすることができ、よって、物理量センサー１の検出感度をより高めることができる。
【００７７】
また、ピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄは、前述したように、ダイヤフラム２４の変形に応じて抵抗値が変化するが、以下、この点について詳述する。
【００７８】
前述したように、ダイヤフラム２４の変形が生じる前の自然状態では、ピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの抵抗値が互いに等しいため、ピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂの抵抗値の積とピエゾ抵抗素子７ｃ、７ｄの抵抗値の積とが等しくなる。そのため、ブリッジ回路７０の出力（電位差）はゼロとなる。
【００７９】
一方、ダイヤフラム２４が撓み変形すると、ピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの抵抗値が変化し、それに伴ってピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂの抵抗値の積とピエゾ抵抗素子７ｃ、７ｄの抵抗値の積とに差が生じる。そのため、ブリッジ回路７０から出力（電位差）が生じる。
【００８０】
具体的には、図４（ａ）に示すようにダイヤフラム２４が撓み変形すると、前述したように、中心Ｏ側では、ダイヤフラム２４に発生する応力が小さくなり、縁部側では、ダイヤフラム２４に発生する応力が大きくなる。
【００８１】
これに伴い、図４（ｂ）に示すように、縁部側ピエゾ抵抗部７１ａ、７１ｂの長手方向に沿った圧縮応力が大きくなり、中心側ピエゾ抵抗部７２ａ、７２ｂの幅方向に沿った圧縮応力が小さくなる。また、縁部側ピエゾ抵抗部７１ｃ、７１ｄの幅方向に沿った圧縮応力が大きくなり、中心側ピエゾ抵抗部７２ｃ、７２ｄの長手方向に沿った圧縮応力が小さくなる。
【００８２】
このような縁部側ピエゾ抵抗部７１および中心側ピエゾ抵抗部７２の応力変化により、ピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂの抵抗値は減少し、ピエゾ抵抗素子７ｃ、７ｄの抵抗値は増加する。このため、ピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂの抵抗値の積とピエゾ抵抗素子７ｃ、７ｄの抵抗値の積とに差が生じ、その差に応じた出力（電位差）がブリッジ回路７０から出力される。このブリッジ回路７０からの出力に基づいて、受圧面２４ａで受けた圧力の大きさを求めることができる。
【００８３】
特に、本実施形態では、縁部側ピエゾ抵抗部７１および中心側ピエゾ抵抗部７２を備え、これらの長手方向が互いに交差しているため、ピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂの抵抗値の積とピエゾ抵抗素子７ｃ、７ｄの抵抗値の積との差をより大きくすることができる。このため、ブリッジ回路７０からの出力をより大きくすることができ、よって、圧力の検出感度を特に高めることができる。
【００８４】
以上のような構成のセンサー素子７は、極めて薄いダイヤフラム２４を用いても、共振子のような振動素子をセンサー素子として用いた場合のようにダイヤフラム２４への振動漏れによってＱ値が低下するという問題がない。また、第１のＳｉ層２１１にリン、ボロン等の不純物をドープしてピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを構成するとで、例えば、ピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄをダイヤフラム２４の上面に重ねて設ける場合に比較して、物理量センサー１の低背化（薄型化）を図ることができる。
【００８５】
また、以上のような物理量センサー１では、空洞部５および半導体回路９が半導体基板２１の同じ面側に設けられているため、空洞部５を形成している素子周囲構造体４が半導体基板２１の半導体回路９とは反対側から張り出すことがなく、低背化を図ることができる。その上で、素子周囲構造体４は、層間絶縁膜４１、４３および配線層４２、４４のうちの少なくとも一方と同一の成膜により形成されている。これにより、ＣＭＯＳプロセス（特に、層間絶縁膜４１、４３や配線層４２、４４を形成する工程）を利用して、素子周囲構造体４を半導体回路９と一括して形成することができる。そのため、物理量センサー１の製造工程が簡略化され、その結果、物理量センサー１の低コスト化を図ることができる。また、本実施形態のように空洞部５を封止する場合であっても、成膜法を用いて空洞部５を封止することができ、従来のような基板を貼り合わせてキャビティを封止する必要がなく、この点でも、物理量センサー１の製造工程が簡略化され、その結果、物理量センサー１の低コスト化を図ることができる。
【００８６】
また、前述したようにセンサー素子７がピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを含み、かつ、センサー素子７および半導体回路９が半導体基板２１の同じ面側にあるため、ＣＭＯＳプロセスを利用して、センサー素子７を半導体回路９と一括して形成することができる。そのため、この点でも、物理量センサー１の製造工程をより簡略化することができる。
【００８７】
また、センサー素子７がダイヤフラム２４の素子周囲構造体４側に配置されているため、センサー素子７を空洞部５内に収納することができ、そのため、センサー素子７の劣化を防止したり、センサー素子７の特性低下を低減したりすることができる。
次に、物理量センサー１の製造方法を簡単に説明する。
【００８８】
図６ないし図１３は、それぞれ、図１に示す物理量センサー１の製造工程を示す図である。以下、これらの図に基づいて説明する。
【００８９】
［センサー素子形成工程］
まず、図６に示すように、ＳＯＩ基板（第１のＳｉ層２１１、ＳｉＯ２層２１２、第２のＳｉ層２１３がこの順で積層している基板）からなる半導体基板２１を用意し、表面を熱酸化することで第１絶縁膜（シリコン酸化膜）２２を形成する。
【００９０】
次に、図７に示すように、図示しないマスクを介して第１のＳｉ層２１１にリン、ボロン等の不純物をドープ（イオン注入）することでセンサー素子７や、ＭＯＳトランジスタ９１のソース電極およびドレイン電極を形成する。なお、第１絶縁膜２２は薄く形成されているため、前記不純物は、第１絶縁膜２２を通過して第１のＳｉ層２１１にドープされる。イオン注入では、縁部側ピエゾ抵抗部７１および中心側ピエゾ抵抗部７２への不純物のドープ量が接続部７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、７３ｄ、７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄおよび配線３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄよりも多くなるようにイオン注入条件等を調整する。
【００９１】
次に、図８に示すように、第１絶縁膜２２上に第２絶縁膜（シリコン窒化膜）２３をスパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成する。第２絶縁膜２３は、後に行われる空洞部形成工程において実施されるエッチングに対する耐性を有しており、いわゆるエッチングストップ層として機能する。次に、図９に示すように、基板２の上面に、多結晶シリコン膜（またはアモルファスシリコン膜）をスパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成し、その多結晶シリコン膜をエッチングによりパターンニングすることで、ＭＯＳトランジスタ９１のゲート電極９１１および膜４９を形成する。
【００９２】
［層間絶縁膜・配線層形成工程］
図１０に示すように、基板２の上面に、層間絶縁膜４１、４３および配線層４２、４４を形成する。これにより、センサー素子７およびＭＯＳトランジスタ９１等が層間絶縁膜４１、４３および配線層４２、４４で覆われた状態となる。層間絶縁膜４１、４３の形成は、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ンニングすることにより行う。層間絶縁膜４１、４３のそれぞれの厚さは、特に限定されないが、例えば、１５００ｎｍ以上５０００ｎｍ以下程度とされる。また、配線層４２、４４の形成は、層間絶縁膜４１、４３上に、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４２、４４のそれぞれの厚さは、特に限定されないが、例えば、３００ｎｍ以上９００ｎｍ以下程度とされる。
【００９３】
また、配線層４２ａ、４４ａは、平面視でセンサー素子７を囲むように環状をなしている。また、配線層４２ｂ、４４ｂは、半導体基板２１上およびその上方に形成された配線（例えば、半導体回路９の一部を構成する配線）に電気的に接続される。
【００９４】
このような層間絶縁膜４１、４３と配線層４２、４４との積層構造は、通常のＣＭＯＳプロセスにより形成され、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配線層が層間絶縁膜を介して積層される場合もある。
【００９５】
［空洞部形成工程］
図１１に示すように、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により表面保護膜４５を形成した後、エッチングにより空洞部５を形成する。表面保護膜４５は、一種類以上の材料を含む複数の膜層で構成され、被覆層４４１の細孔４４２を封止してしまわないように形成する。なお、表面保護膜４５の構成材料としては、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で形成される。表面保護膜４５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。
【００９６】
また、空洞部５の形成は、被覆層４４１に形成された複数の細孔４４２を通じたエッチングにより、層間絶縁膜４１、４３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４４２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４４２からフッ化水素酸ガス等のエッチングガスを供給する。
【００９７】
［封止工程］
次に、図１２に示すように、被覆層４４１上に、ＡＬ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、ＴｉＮ等の金属膜等からなる封止層４６をスパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成し、各細孔４４２を封止する。これより、空洞部５が封止層４６により封止され、また、被覆部５２が形成される。封止層４６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。
【００９８】
［ダイヤフラム形成工程］
最後に、図１３に示すように、半導体基板２１の下面（第２のＳｉ層２１３）の一部をウェットエッチングによって除去する。この際、ＳｉＯ２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、周囲よりも薄肉なダイヤフラム２４が形成された物理量センサー１を得る。なお、半導体基板２１の下面の一部を除去する方法としては、ウェットエッチングに限らず、ドライエッチング等であってもよい。
【００９９】
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。なお、半導体回路が有するＭＯＳトランジスタ以外の能動素子、コンデンサ、インダクタ、抵抗、ダイオード、配線等の回路要素は、上述した適宜の工程中（例えば、振動素子形成工程、絶縁膜形成工程、被覆層形成工程、封止層形成工程）途中において作り込んでおくことができる。
【０１００】
＜第２実施形態＞
次に本発明の物理量センサーの第２実施形態について説明する。
図１４は、本発明の物理量センサーの第２実施形態を示す断面図である。
【０１０１】
以下、本発明の物理量センサーの第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。
【０１０２】
第２実施形態は、センサー素子７の構成が異なること以外は、前記第１実施形態と同様である。
【０１０３】
具体的には、図１４に示す物理量センサー１が備えるセンサー素子７は、各中心側ピエゾ抵抗部７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄの長手方向の長さが、第１実施形態の中心側ピエゾ抵抗部７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄの長さよりも短くなっている。そのため、本実施形態では、各中心側ピエゾ抵抗部７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄの長手方向の長さが、各縁部側ピエゾ抵抗部７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄの長手方向の長さよりも短くなっている。このため、中心側ピエゾ抵抗部７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄを各領域内により確実に収めることができる。これにより、受圧面２４ａに加わった圧力に伴うピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの抵抗値の変化量を特に大きくすることができ、よって、物理量センサー１の検出感度をより高めることができる。
【０１０４】
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。
【０１０５】
＜第３実施形態＞
次に本発明の物理量センサーの第３実施形態について説明する。
図１５は、本発明の物理量センサーの第３実施形態を示す断面図である。
【０１０６】
以下、本発明の物理量センサーの第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。
【０１０７】
第３実施形態は、センサー素子７の構成が異なること以外は、前記第１実施形態と同様である。
【０１０８】
具体的には、図１５に示す物理量センサー１が備えるセンサー素子７では、中心側ピエゾ抵抗部７２ａ、７２ｂの配置等が、第１実施形態と相違している。
【０１０９】
図１５に示すように、中心側ピエゾ抵抗部７２ａは、第１実施形態の中心側ピエゾ抵抗部７２ａよりも縁部寄り（辺２４１ａ寄り）に設けられている。
【０１１０】
また、中心側ピエゾ抵抗部７２ａと縁部側ピエゾ抵抗部７１ａとを接続する接続部７３ａは、略Ｉ字状をなしている。この接続部７３ａは、一方の端部が縁部側ピエゾ抵抗部７１ａの端部に接続され、他方の端部が中心側ピエゾ抵抗部７２ａの端部寄りの側面に接続されている。
【０１１１】
また、１対の中心側ピエゾ抵抗部７２ａ同士は、略コ字状をなす接続部７４ａにより接続されている。この接続部７４ａは、中心側ピエゾ抵抗部７２ａよりも中心Ｏ側に位置し、辺２４１ａに対して平行な方向に沿って延びた部分と、この部分の両端を中心側ピエゾ抵抗部７２ａに接続し、辺２４１ａに対して直交する方向に沿って延びた部分と、で構成されている。
【０１１２】
また、中心側ピエゾ抵抗部７２ｂも、中心側ピエゾ抵抗部７２ａと同様に、第１実施形態の中心側ピエゾ抵抗部７２ｂよりも縁部寄りに設けられている。また、接続部７３ｂも、接続部７３ａと同様に、略Ｉ字状をなし、中心側ピエゾ抵抗部７２ｂと縁部側ピエゾ抵抗部７１ｂとを接続している。また、接続部７４ｂも、接続部７４ａと同様に、略コ字状をなし、１対の中心側ピエゾ抵抗部７２ｂ同士を接続している。
【０１１３】
また、中心側ピエゾ抵抗部７２ｃは、接続部７３ｃが接続されている端部と異なる端部寄りの側面同士が、接続部７４ｃを介して接続されている。
【０１１４】
また、中心側ピエゾ抵抗部７２ｄも、中心側ピエゾ抵抗部７２ｃと同様に、接続部７３ｄが接続されている端部と異なる端部寄りの側面同士が、接続部７４ｄを介して接続されている。
【０１１５】
このような本実施形態のセンサー素子７では、前述したように、中心側ピエゾ抵抗部７２ａ、７２ｂが、第１実施形態のセンサー素子７が備える中心側ピエゾ抵抗部７２ａ、７２ｂよりもダイヤフラム２４の縁部側に配置されている。このため、中心側ピエゾ抵抗部７２ａ、７２ｂを各領域内により確実に収めることができる。また、図５から分かるように、中心側ピエゾ抵抗部７２ａ、７２ｂを中心Ｏから離間させるほど、相対応力Ｐは低下する（初期応力に対する相対応力Ｐが小さくなる）。しかしながら、中心側ピエゾ抵抗部７２ａ、７２ｂを中心Ｏから離間させることで、中心側ピエゾ抵抗部７２ａ、７２ｂを各領域内に収めつつ、中心側ピエゾ抵抗部７２ａ、７２ｂの長手方向の長さをより大きくすることができる。このため、ピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂの抵抗値の変化量をより大きくすることができ、よって、物理量センサー１の検出感度をより高めることができる。
【０１１６】
このような第３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。
【０１１７】
＜第４実施形態＞
次に本発明の物理量センサーの第４実施形態について説明する。
図１６は、本発明の物理量センサーの第４実施形態を示す断面図である。
【０１１８】
以下、本発明の物理量センサーの第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。
【０１１９】
第４実施形態は、空洞部を画成する基板および素子周囲構造体の構成等が異なること以外は、前記第１実施形態と同様である。
【０１２０】
図１６に示す物理量センサー１は、基板３５と、センサー素子７と、構造体（素子周囲構造体）３７と、空洞部３９と、を有している。
【０１２１】
以下、これらの各部について順次説明する。
基板３５は、板状をなしており、例えば単結晶シリコンで構成されている。この基板３５の一方の面側には構造体３７が設けられている。
【０１２２】
構造体３７は、ＳＯＩ基板（第１のＳｉ層３６１、ＳｉＯ２層３６２、第２のＳｉ層３６３がこの順で積層している基板）で構成された半導体基板３６と、半導体基板３６上に設けられたパッシベーション膜３７１とを積層することで構成されている。
【０１２３】
また、構造体３７には、第２のＳｉ層３６３の一部が除去されることより凹部３９１が形成されている。この凹部３９１によって薄肉化された部分が受圧によって撓み変形するダイヤフラム３８を構成しており、構造体３７の上面側が受圧面３８１となっている。
【０１２４】
また、構造体３７の凹部３９１の開口を基板３５で塞ぐことにより形成された空洞部３９が、圧力基準室として機能する。
また、半導体基板３６の第１のＳｉ層３６１には、センサー素子７が形成されている。
【０１２５】
このような構成の物理量センサー１では、受圧面３８１が受ける圧力に応じて、ダイヤフラム３８が図１６中下側（基板３５側）に向かって撓み変形する。そして、このような物理量センサー１においても、第１実施形態と同様に、ダイヤフラム３８の変形に伴って、ピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの抵抗値が変化することに基づき、受圧面３８１で受けた圧力の大きさを求めることができる。
【０１２６】
このような第４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。
【０１２７】
２．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１７は、本発明の高度計の一例を示す斜視図である。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
３．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１８は、本発明の電子機器の一例を示す正面図である。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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）、フライトシュミレーター等に適用することができる。
【０１３５】
４．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１９は、本発明の移動体の一例を示す斜視図である。
【０１３６】
図１９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）が内蔵されている。
【０１３７】
以上、本発明の物理量センサー、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。
【０１３８】
また、前述した実施形態では、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、本発明は、これに限定されず、例えば、フラップ型の振動子、櫛歯電極等の他のＭＥＭＳ振動子や、水晶振動子等の振動素子を用いることもできる。
【０１３９】
また、前述した実施形態では、４つのセンサー素子を用いる場合を例に説明したが、本発明は、これに限定されず、センサー素子の数は、１つ以上３つ以下、または、５つ以上であってもよい。
【０１４０】
また、前述した第１実施形態では、ダイヤフラムの受圧面と反対側の面側にセンサー素子を配置された場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、ダイヤフラムの受圧面側にセンサー素子が配置されていてもよく、ダイヤフラムの両面にセンサー素子が配置されていてもよい。
【０１４１】
また、前述した実施形態では、ダイヤフラムの外周部側にセンサー素子を配置した場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されず、ダイヤフラムの中央部にセンサー素子が配置されていてもよい。
【符号の説明】
【０１４２】
１‥‥物理量センサー
２‥‥基板
２１‥‥半導体基板
２１１‥‥第１のＳｉ層
２１２‥‥ＳｉＯ２層
２１３‥‥第２のＳｉ層
２２‥‥第１絶縁膜
２３‥‥第２絶縁膜
２４‥‥ダイヤフラム
２４ａ‥‥受圧面
２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｄ‥‥辺
２５‥‥凹部
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ‥‥配線
３１１、３１２‥‥対角線
３１３、３１４‥‥軸線
３５ａ‥‥第１領域
３５ｂ‥‥第２領域
３５ｃ‥‥第３領域
３５ｄ‥‥第４領域
４‥‥素子周囲構造体
４１‥‥層間絶縁膜
４２‥‥配線層
４２ａ、４２ｂ‥‥配線層
４３‥‥層間絶縁膜
４４‥‥配線層
４４１‥‥被覆層
４４２‥‥細孔
４４ａ、４４ｂ‥‥配線層
４５‥‥表面保護膜
４６‥‥封止層
４９‥‥膜
５‥‥空洞部
５１‥‥壁部
５２‥‥被覆部
７‥‥センサー素子
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ‥‥ピエゾ抵抗素子
７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ、（７１）‥‥縁部側ピエゾ抵抗部
７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ、（７２）‥‥中心側ピエゾ抵抗部
７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、７３ｄ‥‥接続部
７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄ‥‥接続部
７０‥‥ブリッジ回路
９‥‥半導体回路
９１‥‥ＭＯＳトランジスタ
９１１‥‥ゲート電極
３５‥‥基板
３６‥‥半導体基板
３６１‥‥第１のＳｉ層
３６２‥‥ＳｉＯ２層
３６３‥‥第２のＳｉ層
３７１‥‥パッシベーション膜
３７‥‥構造体
３８‥‥ダイヤフラム
３８１‥‥受圧面
３９‥‥空洞部
３９１‥‥凹部
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‥‥移動体
４０１‥‥車体
４０２‥‥車輪
Ｌ‥‥距離
Ｏ‥‥中心
Ｐ‥‥相対応力
【図１】
2015184222.tif 000003
【図２】
2015184222.tif 000004
【図３】
2015184222.tif 000005
【図４】
2015184222.tif 000006
【図５】
2015184222.tif 000007
【図６】
2015184222.tif 000008
【図７】
2015184222.tif 000009
【図８】
2015184222.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2015184222.tif 000012
【図１１】
2015184222.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2015184222.tif 000019
【図１８】
2015184222.tif 000020
【図１９】
2015184222.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成26年12月8日(2014.12.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３０９９号公報
【手続補正書】
【提出日】平成27年3月6日(2015.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
このような特許文献１には、ダイヤフラムが撓み変形したときに応力が集中しやすいダイヤフラムの縁部側に、ピエゾ抵抗素子を配置することで、物理量センサーの検出感度を向上させることが記載されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
これにより、撓み量素子の抵抗値の変化量を特に大きくすることができ、よって、物理量センサーの検出感度をより高めることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
また、曲線Ｇ１は、受圧面２４ａに０ｋＰａの圧力を加えたときの相対応力を示している。また、曲線Ｇ２は、受圧面２４ａに３０ｋＰａの圧力を加えたときの相対応力を示している。曲線Ｇ３は、受圧面２４ａに９０ｋＰａの圧力を加えたときの相対応力を示している。また、曲線Ｇ４は、受圧面２４ａに１３０ｋＰａの圧力を加えたときの相対応力を示している。