(57)【要約】【課題】感度の良い物理量センサー、高度計、電子機器および移動体を提供すること。【解決手段】物理量センサー１は、受圧により撓み変形する受圧面６４１を備えているダイアフラム部６４を有する基板６、ダイアフラム部６４の受圧面６４１とは反対の面側に配置されているセンサー素子７と、基板６のセンサー素子７側に配置されていて、平面視でセンサー素子７を囲んでいる素子側壁部８８と、受圧面６４１側に配置され、平面視でダイアフラム部６４を囲んでいる受圧面側壁部６８と、を備え、素子側壁部８８の素子側壁端部８７２が、受圧面側壁部６８の受圧面側壁端部６７３よりもダイアフラム部６４の中心側に位置しており、平面視において、向い合う素子側壁端部８７２どうしの距離をＬとし、素子側壁端部８７２と受圧面側壁端部６７３との距離をＤとしたとき、０．１≦（Ｄ／Ｌ）×１００の関係を満足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】
受圧により撓み変形する受圧面を備えているダイアフラム部を有する基板と、
前記ダイアフラム部の前記受圧面とは反対の面側に配置されているセンサー素子と、
前記基板の前記センサー素子側に配置されていて、平面視で前記センサー素子を囲んでいる素子側壁部と、
前記基板の前記受圧面側に配置され、平面視で前記ダイアフラム部を囲んでいる受圧面側壁部と、を備え、
前記素子側壁部の前記基板側に位置する素子側壁端部が、前記受圧面側壁部の前記受圧面側に位置する受圧面側壁端部よりも前記ダイアフラム部の中心側に位置しており、
平面視において、向い合う前記素子側壁端部どうしの距離をＬとし、前記素子側壁端部と前記受圧面側壁端部との距離をＤとしたとき、０．１≦（Ｄ／Ｌ）×１００の関係を満足することを特徴とする物理量センサー。
【請求項２】
さらに、前記基板と前記素子側壁部とともに前記センサー素子を収容している被覆部を備えている請求項１に記載の物理量センサー。
【請求項３】
前記センサー素子は、大気圧よりも低い圧力雰囲気下にある請求項１または２に記載の物理量センサー。
【請求項４】
前記センサー素子は、前記ダイアフラム部に設けられている固定電極と、
前記固定電極と離間して対向配置されている可動部と、前記ダイアフラム部に設けられた支持部と、前記可動部と前記支持部とを連結する連結部とを有する可動電極と、を有している請求項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】
（Ｄ／Ｌ）×１００≦２００の関係を満足する請求項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】
圧力を検知する圧力センサーである請求項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】
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を有することを特徴とする高度計。
【請求項８】
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を有することを特徴とする電子機器。
【請求項９】
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】
各種物理量センサーのなかで、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半導体物理量センサーは、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。かかる物理量センサーとして、例えば、受圧により撓み変形するダイアフラムと、このダイアフラム上に設けられた例えばピエゾ抵抗素子、振動子等のセンサー素子とを備えており、ダイアフラムの撓みをセンサー素子で検出することにより、ダイアフラムに加わった圧力を検出することができる圧力センサーがある。
【０００３】
このような圧力センサーとして、例えば、特許文献１には、振動子に加えられた歪を共振周波数の変化として検出する振動式トランデューサーが記載されている。この振動式トランデューサーは、振動子と、該振動子を囲み真空室を構成するシェルと、測定ダイアフラムとを有しており、測定ダイアフラムに圧力が加わり、振動子に加えられた歪を共振周波数の変化として検出する。
しかしながら、このような圧力センサーでは、加えられた圧力に応じてダイアフラムを十分に変形させることができず、その結果、十分な感度が得られなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３７３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、感度の良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信頼性に優れた高度計、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】
【０００６】
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］
本発明の物理量センサーは、受圧により撓み変形する受圧面を備えているダイアフラム部を有する基板と、
前記ダイアフラム部の前記受圧面とは反対の面側に配置されているセンサー素子と、
前記基板の前記センサー素子側に配置されていて、平面視で前記センサー素子を囲んでいる素子側壁部と、
前記基板の前記受圧面側に配置され、平面視で前記ダイアフラム部を囲んでいる受圧面側壁部と、を備え、
前記素子側壁部の前記基板側に位置する素子側壁端部が、前記受圧面側壁部の前記受圧面側に位置する受圧面側壁端部よりも前記ダイアフラム部の中心側に位置しており、
平面視において、向い合う前記素子側壁端部どうしの距離をＬとし、前記素子側壁端部と前記受圧面側壁端部との距離をＤとしたとき、０．１≦（Ｄ／Ｌ）×１００の関係を満足することを特徴とする。
これにより、加えられた圧力に応じてダイアフラム部を大きく変形させることができ、よって、感度の良い物理量センサーを提供することができる。
【０００７】
［適用例２］
本発明の物理量センサーでは、さらに、前記基板と前記素子側壁部とともに前記センサー素子を収容している被覆部を備えていることが好ましい。
これにより、センサー素子を外部から保護し、センサー素子の劣化や特性変動を低減することができる。
【０００８】
［適用例３］
本発明の物理量センサーでは、前記センサー素子は、大気圧よりも低い圧力雰囲気下にあることが好ましい。
これにより、受圧面に圧力が加わったときに受圧面が空洞部側に撓むため、ダイアフラム部をより大きく変形させることができる。
【０００９】
［適用例４］
本発明の物理量センサーでは、前記センサー素子は、前記ダイアフラム部に設けられている固定電極と、
前記固定電極と離間して対向配置されている可動部と、前記ダイアフラム部に設けられた支持部と、前記可動部と前記支持部とを連結する連結部とを有する可動電極と、を有していることが好ましい。
これにより、ダイアフラム部で受けた圧力を高精度に検知することができ、さらに感度のよい物理量センサーを提供することができる。
【００１０】
［適用例５］
本発明の物理量センサーでは、（Ｄ／Ｌ）×１００≦２００の関係を満足することが好ましい。
これにより、基板全体としての強度を保つことができ、物理量センサーの破損を防ぐことができる。
【００１１】
［適用例６］
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、信頼性の高い圧力センサーを提供することができる。
［適用例７］
本発明の高度計は、本発明の物理量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を提供することができる。
【００１２】
［適用例８］
本発明の電子機器は、本発明の物理量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を提供することができる。
［適用例９］
本発明の移動体は、本発明の物理量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を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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中の一点鎖線で囲まれた領域［Ａ］の拡大断面図である。
【図３】図１に示す物理量センサーのダイアフラム部およびセンサー素子を説明するための平面図（図２中の矢印Ｂ方向から見た図）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）は自然状態を示す図、（ｂ）は加圧状態を示す図である。
【図５】ダイアフラム部の変形量と離間距離Ｄとの関係を示すグラフである。
【図６】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７】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８】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９】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１０】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１１】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１２】図１１に示す物理量センサーのダイアフラム部およびセンサー素子を説明するための平面図である。
【図１３】本発明の高度計の一例を示す斜視図である。
【図１４】本発明の電子機器の一例を示す正面図である。
【図１５】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】
【００１４】
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各実施形態に基づいて詳細に説明する。
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、本発明の物理量センサーの第１実施形態を示す断面図、図２は、図１中の一点鎖線で囲まれた領域［Ａ］の拡大断面図である。また、図３は、図１に示す物理量センサーのダイアフラム部およびセンサー素子を説明するための平面図（図２中の矢印Ｂ方向から見た図）である。また、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、図４（ａ）は自然状態を示す図、図４（ｂ）は加圧状態を示す図である。
【００１５】
図１に示す物理量センサー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、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。
物理量センサー１は、基板６と、センサー素子７と、素子周囲構造体８（壁部）と、空洞部５と、半導体回路（図示せず）とを有している。以下これらの各部について順次説明する。
【００１６】
−基板６−
基板６は、板状をなしており、シリコン等の半導体で構成された半導体基板６１と、半導体基板６１の一方の面に設けられたシリコン酸化膜６２と、シリコン酸化膜６２上に設けられたシリコン窒化膜６３とで構成されている。このような基板６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。ここで、シリコン酸化膜６２およびシリコン窒化膜６３は、いずれも、絶縁膜として用いることができる。なお、これらの絶縁膜のうちの一方は、素子周囲構造体８の形成方法等によっては省略することができる。
また、基板６は、周囲の部分よりも薄肉な薄肉部６９と、薄肉部６９より厚肉な厚肉部６６とを有している。
【００１７】
薄肉部６９は、基板６の下面に有底の凹部６５を設けることで形成された薄肉な部分である。この薄肉部６９には、受圧によって撓み変形するダイアフラム部６４が設けられている。ダイアフラム部６４は、その下面が受圧面６４１となっている。また、ダイアフラム部６４は、略長方形の平面視形状である（図３参照）。ダイアフラム部６４の厚さＴは、特に限定されないが、例えば、５μｍ以上１００μｍ以下程度とされる。
【００１８】
また、本実施形態の基板６では、凹部６５が半導体基板６１を貫通しておらず、ダイアフラム部６４が半導体基板６１の薄肉部分、シリコン酸化膜６２およびシリコン窒化膜６３の３層で構成されている。なお、本実施形態では、ダイアフラム部６４は、半導体基板６１、シリコン酸化膜６２およびシリコン窒化膜６３の３層で構成されているが、例えば、凹部６５が半導体基板６１を貫通し、ダイアフラム部６４がシリコン酸化膜６２およびシリコン窒化膜６３の２層で構成されていてよい。
また、厚肉部６６は、ダイアフラム部６４を囲むように設けられており、凹部６５を画成している（図３参照）。すなわち、厚肉部６６は、基板６の厚さ方向から見た平面視でセンサー素子７を囲んでいる受圧面側壁部６８を構成している。厚肉部６６の厚さは、特に限定されないが、例えば、１００μ以上１０００μｍ以下程度とされる。
【００１９】
−センサー素子７−
図１〜図３に示すように、センサー素子７は、基板６のダイアフラム部６４上に設けられている固定電極７１と、可動電極７２とを有している。また、図３に示すように、固定電極７１は、電極部７１１と、電極部７１１から引き出された配線部７１２とを有し、これらが基板６上に設けられている。また、図２に示すように、可動電極７２は、基板６上に設けられている支持部７２１（配線部）と、固定電極７１と空隙を隔てて対向配置された可動部７２２と、支持部７２１と可動部７２２とを連結する弾性変形可能な連結部７２３とを有している。
また、固定電極７１の膜厚は、特に限定されないが、例えば、０．１μｍ以上、１．０μｍ以下とすることができる。また、可動電極７２の膜厚は、特に限定されないが、例えば、０．１μｍ以上、１．０μｍ以下とすることができる。
【００２０】
−素子周囲構造体８−
図１に示すように、素子周囲構造体８は、センサー素子７が配置されている空洞部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８は、基板６上にセンサー素子７を取り囲むように形成された層間絶縁膜８１と、層間絶縁膜８１上に形成された配線層８２と、配線層８２および層間絶縁膜８１上に形成された層間絶縁膜８３と、層間絶縁膜８３上に形成され、複数の細孔（開孔）８４２を備えた遮蔽層８４１を有する配線層８４と、配線層８４および層間絶縁膜８３上に形成された表面保護膜８５と、遮蔽層８４１上に設けられた被覆層（被覆部）８６とを有している。ここで、配線層８２、８４が平面視でダイアフラム部６４を囲んでいる素子側壁部８８を構成している。なお、配線層８２、８４が素子側壁部８８を構成しているということもできる。
【００２１】
また、半導体基板６１上およびその上方には、図示しない半導体回路が作り込まれている。この半導体回路は、必要に応じて形成されたＭＯＳトランジスタ等の能動素子、コンデンサ、インダクタ、抵抗、ダイオード、配線（固定電極７１に接続されている配線や可動電極７２に接続されている配線、配線層８２、８４を含む）等の回路要素を有している。
【００２２】
−空洞部５−
基板６と素子周囲構造体８とによって画成された空洞部５は、センサー素子７を収容する収容部（キャビティ）として機能している。すなわち、空洞部５は、密閉された空間であり、センサー素子７は、基板６と、素子側壁部８８と、被覆層８６とで囲まれている。このため、センサー素子７を外部から保護し、センサー素子７の劣化や特性変動を低減することができる。
【００２３】
また、このような空洞部５内は、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。なお、本実施形態では、空洞部５が真空状態（３００Ｐａ以下）となっている。空洞部５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。
【００２４】
ただし、空洞部５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が、空洞部５は、物理量センサー１が使用される環境下の圧力よりも低くなっていることが好ましい。例えば、物理量センサー１を大気圧下で使用する場合には、空洞部５は大気圧よりも低い圧力雰囲気であることが好ましい。これにより、受圧面６４１に圧力が加わったときに受圧面６４１が空洞部５側に撓むため、後述するダイアフラム部６４を大きく変形させることができるという効果をより顕著に発揮することができる。また、空洞部５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。
以上、物理量センサー１の構成について簡単に説明した。
【００２５】
このような構成の物理量センサー１は、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、ダイアフラム部６４の受圧面６４１が受ける圧力に応じて、ダイアフラム部６４が変形し、これにより、可動電極７２の可動部７２２と固定電極７１とのギャップ（離間距離）Ｇが変化する。ここで、本実施形態の物理量センサー１は、図４（ａ）に示すように受圧面６４１に圧力Ｐが加わると、ダイアフラム部６４が、空洞部５側に撓み変形する。ギャップＧが変化すると、固定電極７１および可動電極７２で構成される振動系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６４１で受けた圧力の大きさ（絶対圧）を求めることができる。なお、図１では、ダイアフラム部６４と厚肉部６６とが一直線状をなしているが、前述したように、空洞部５が真空状態となっているため、大気圧中では、ダイアフラム部６４は、空洞部５側（図４中上側）に突出するように若干撓むこととなる。
このような物理量センサー１では、ダイアフラム部６４で受けた圧力をより高精度に検知できるように、平面視でダイアフラム部６４を囲む受圧面側壁部６８や、平面視でセンサー素子７を囲む素子側壁部８８の構成等に特徴を持たせている。以下、このことについて、詳細に説明する。
【００２６】
図１および図３に示すように、基板６の厚さ方向から見た平面視において、素子側壁部８８の内壁面８７の基板６側に位置する縁部（素子側壁縁部）８７１は、受圧面側壁部６８の内壁面６７の受圧面６４１側に位置する縁部（受圧面側壁縁部）６７２に内包されている。すなわち、素子側壁縁部８７１（４つの素子側壁端部８７２）は、受圧面側壁縁部６７２（４つの受圧面側壁端部６７３）よりもダイアフラム部６４の中心側に位置している。また、素子側壁縁部８７１の平面視形状と、受圧面側壁縁部６７２の平面視形状とは、相似形となっており、共に長方形状をなしている。また、素子側壁縁部８７１の平面視形状は、受圧面側壁縁部６７２の長手方向に沿って延在しており、素子側壁縁部８７１の長手方向が、受圧面側壁縁部６７２の長手方向と平行になっている。そのため、素子側壁縁部８７１の短手方向も、受圧面側壁縁部６７２の短手方向と平行になっている。また、素子側壁縁部８７１を構成する４つの縁、すなわち４つの素子側壁端部８７２は、それぞれ、受圧面側壁縁部６７２を構成する４つの縁、すなわち４つの受圧面側壁端部６７３に対して等間隔（同じ離間距離Ｄ）で離間している。このため、平面視において、素子側壁縁部８７１の対向する角を結んだ対角線の交点は、受圧面側壁縁部６７２の対向する角を結んだ対角線の交点と重なっている。
【００２７】
このような構成の受圧面側壁部６８と素子側壁部８８とは、平面視における素子側壁縁部８７１の短手方向の長さ（平面視で向い合う素子側壁端部８７２どうしの距離）をＬとし、その短手方向における素子側壁縁部８７１と受圧面側壁縁部６７２との離間距離（平面視で向い合う素子側壁端部８７２と受圧面側壁端部６７３と距離）をＤとしたとき、０．１≦（Ｄ／Ｌ）×１００なる関係を満足している。さらに、本実施形態では、受圧面側壁部６８と素子側壁部８８とは、平面視における素子側壁縁部８７１の長手方向の長さをＬ３としたとき、０．１≦（Ｄ／Ｌ３）×１００なる関係を満足している。
【００２８】
ここで、素子側壁縁部８７１（各素子側壁端部８７２）とは、配線層８２の内周面８２１の基板６側の端部である。すなわち、素子側壁縁部８７１（各素子側壁端部８７２）とは、基板６側に位置する配線層８２の内周面８２１のうち、最も基板６側に位置する端部を示している。また、受圧面側壁縁部６７２（各受圧面側壁端部６７３）とは、凹部６５の底面（受圧面６４１）と側面（内壁面６７）との接続部である。
【００２９】
なお、本実施形態では、凹部６５の開口縁部（内壁面６７の受圧面６４１とは反対側の縁部）６７１は、受圧面側壁縁部６７２よりも外側（平面視でダイアフラム部６４の中心とは反対側）に位置しているが、開口縁部６７１と受圧面側壁縁部６７２との位置関係は、前述した素子側壁縁部８７１と受圧面側壁縁部６７２との関係を満足していれば、これに限定されない。例えば、開口縁部６７１は、平面視で受圧面側壁縁部６７２と一致する部分を有していてもよいし、受圧面側壁縁部６７２に対して内側となる部分を有していてもよい。
【００３０】
素子側壁縁部８７１の短手方向の長さ（平面視で向い合う素子側壁端部８７２どうしの距離）Ｌと、その短手方向における素子側壁縁部８７１と受圧面側壁縁部６７２との離間距離（平面視で向い合う素子側壁端部８７２と受圧面側壁端部６７３と距離）Ｄとが上記関係を満足することにより、基板６の薄肉部６９（凹部６５により薄肉化された部分）は以下のような構成となる。
【００３１】
すなわち、薄肉部６９のうち、平面視で素子側壁縁部８７１よりも外側の部分６９１は、素子周囲構造体８により補強されている。そのため、部分６９１は、撓み変形が素子周囲構造体８により規制または制限され、撓み変形が実質的に不可能となっている。また、薄肉部６９のうち、平面視で素子側壁部８８の素子側壁縁部８７１よりも内側の部分６９２は、ダイアフラム部６４であり、実質的に撓み変形する部分である。
【００３２】
一方、素子側壁縁部８７１と受圧面側壁縁部６７２とが上記関係を満足しない場合には、受圧面側壁縁部６７２は、平面視で素子側壁縁部８７１と重なり合う位置、または素子側壁縁部８７１よりもダイアフラム部６４の中心側に位置することとなる。受圧面側壁縁部６７２がこのような位置になるように受圧面側壁部６８を設けると、ダイアフラム部６４が空洞部５側に向かって凸状に変形するときに、受圧面側壁部６８（特に空洞部５と重なり合う部分）が前記ダイアフラム部６４の変形の妨害となってしまう。そのため、受圧面６４１に圧力が加わってもダイアフラム部６４を十分大きく変形させることが出来ない。
【００３３】
このようなことから、素子側壁縁部８７１の短手方向の長さＬと素子側壁縁部８７１と受圧面側壁縁部６７２との離間距離Ｄとが上記関係を満足することにより、受圧面側壁部６８がダイアフラム部６４の変形の妨害となることを防ぐことができる。そのため、ダイアフラム部６４を大きく変形させることができ、よって、物理量センサー１は、感度の高いものとなる。
【００３４】
特に、本実施形態のように、素子側壁縁部８７１の短手方向の長さＬ、およびその短手方向における素子側壁縁部８７１と受圧面側壁縁部６７２との離間距離Ｄと、素子側壁縁部８７１の長手方向の長さＬ３、およびその長手方向における素子側壁縁部８７１と受圧面側壁縁部６７２との離間距離Ｄとの双方が、上記関係を満足していることで、上記の効果をより顕著に発揮することができる。
【００３５】
また、素子側壁縁部８７１と受圧面側壁縁部６７２とが上記関係を満足することにより、凹部６５の位置、大きさおよび形状に関係なく、素子側壁縁部８７１の位置、大きさおよび形状に応じてダイアフラム部６４を形成することができる。すなわち、素子側壁縁部８７１と受圧面側壁縁部６７２とが上記関係を満足することにより、ダイアフラム部６４の平面視形状は、素子側壁縁部８７１の平面視形状に対応した形状となる。したがって、基板６に凹部６５を形成する際に、凹部６５の位置、大きさおよび形状に多少のずれが生じたとしても、素子側壁縁部８７１の位置、大きさおよび形状に応じた位置、大きさおよび形状のダイアフラム部６４を形成することができる。
【００３６】
なお、本実施形態では、素子側壁縁部８７１と受圧面側壁縁部６７２とが、それぞれ長方形状をなしていたが、素子側壁縁部８７１と受圧面側壁縁部６７２とは長方形状でなくてもよく、素子側壁縁部８７１の所定方向の長さと受圧面側壁縁部６７２の所定方向の長さとが上記関係を満足するものであれば、上記効果と同様の効果を得ることができる。
また、素子側壁縁部８７１の短手方向の長さＬと、その短手方向における素子側壁縁部８７１と受圧面側壁縁部６７２との離間距離Ｄとが、０．１≦（Ｄ／Ｌ）×１００の関係を満足するものであればよいが、０．６≦（Ｄ／Ｌ）×１００の関係を満足するものがより好ましく、１８．０≦（Ｄ／Ｌ）×１００の関係を満足するものがさらに好ましい。これにより、受圧面６４１に圧力が加わったときにダイアフラム部６４をより大きく変形させることができ、よって、物理量センサー１は、より感度の良いものとなる。
【００３７】
また、前記関係の上限値については、特に限定されないが、（Ｄ／Ｌ）×１００≦２００の関係を満足することが好ましく、（Ｄ／Ｌ）×１００≦１５０の関係を満足することがより好ましい。これにより、基板６全体としての強度を保つことができ、物理量センサー１の破損を防ぐことができる。
なお、素子側壁縁部８７１の長手方向の長さＬ３と、その長手方向における素子側壁縁部８７１と受圧面側壁縁部６７２との離間距離Ｄとについても上記と同様のことがいえる。
【００３８】
また、平面視における素子側壁縁部８７１と受圧面側壁縁部６７２との離間距離Ｄは、前述した素子側壁縁部８７１と受圧面側壁縁部６７２との関係を満足していれば、特に限定されないが、０．０１μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以上１８０μｍ以下であることがより好ましい。これにより、受圧面６４１に圧力が加わったときにダイアフラム部６４を十分に大きく変形させることができるとともに、基板６全体としての機械的強度をより高めることができる。また、基板６に凹部６５を形成する際にその凹部６５の位置、大きさおよび形状に多少のずれが生じたとしても、平面視にて内壁面８７の端部を受圧面側壁縁部６７２の内側に配置することができる。
【００３９】
また、ダイアフラム部６４の短手方向の長さＬとしては、特に限定されないが、１０μｍ以上、１６０μｍ以下であることが好ましく、ダイアフラム部６４の長手方向の長さＬ３としては、５０μｍ以上、２００ｍ以下であることが好ましい。
また、前述したように、素子側壁縁部８７１の平面視形状と受圧面側壁縁部６７２の平面視形状とは、相似形（本実施形態では長方形）である。このため、凹部６５のダイアフラム部６４として機能しない部分を小さくし、物理量センサー１の必要な機械的強度を確保したり、物理量センサー１の大型化を防止したりすることができる。
【００４０】
以下に、発明者が行ったシミュレーション結果に基づいて、素子側壁縁部８７１の短手方向の長さＬと、その短手方向における素子側壁縁部８７１と受圧面側壁縁部６７２との離間距離Ｄとが、０．１≦（Ｄ／Ｌ）×１００なる関係を満たすことにより、受圧面６４１に加わった圧力に応じてダイアフラム部６４を大きく変形させることができることについて証明する。
【００４１】
図５は、ダイアフラム部６４の変形量と離間距離Ｄとの関係を示すグラフである。
図５に示すグラフの横軸は、素子側壁縁部８７１と受圧面側壁縁部６７２との間の離間距離Ｄを示し、縦軸は、ダイアフラム部６４の変形量を示している。なお、ダイアフラム部６４の変形量は、図１および図３に示すように、加圧状態での、ダイアフラム部６４の中心Ｏと層間絶縁膜８１の底面と平行な直線Ｘとの離間距離と、自然状態での、ダイアフラム部６４の中心Ｏと層間絶縁膜８１の底面と平行な直線Ｘとの離間距離との差を示している。なお、加圧状態とは、空洞部５よりも高い圧力がかかっている状態であり、自然状態とは、空洞部５と等しい圧力がかかっている状態である。
【００４２】
検討方法としては、素子側壁縁部８７１の寸法を変えずに受圧面側壁縁部６７２を相似形を維持したまま拡大し、素子側壁縁部８７１と受圧面側壁縁部６７２との離間距離（平面視で向い合う素子側壁端部８７２と受圧面側壁端部６７３と距離）Ｄにおけるダイアフラム部６４の変形量を検出する方法を用いた。また、前記検討では、ダイアフラム部６４に加える圧力は、一定にし、具体的には１００ｋＰａとした。また、検討に用いた物理量センサー１は、素子側壁縁部８７１の短手方向の長さＬが８７μｍであり、素子側壁縁部８７１の長手方向の長さＬ３が１３２μｍである。
【００４３】
図５に示すグラフから、離間距離Ｄが０．１μｍ以上のとき、ダイアフラム部６４の変形量が特に大きなっていることが分かる。また、素子側壁縁部８７１の短手方向の長さＬと、その短手方向における素子側壁縁部８７１と受圧面側壁縁部６７２との離間距離Ｄとが、０．１≦（Ｄ／Ｌ）×１００なる関係を満足するものであれば、ダイアフラム部６４を十分に大きく変形させることができ、よって、感度の高い物理量センサー１を得ることができる。
【００４４】
また、図５に示すように、離間距離Ｄを大きくしていくと、ダイアフラム部６４の変形量が４Å程度に、ほぼ飽和する。また、距離Ｄが１６．０μｍ以上のとき、ダイアフラム部６４の最大変形量（すなわち本検討では４Å）の９０％以上の変形量を得ることができる。このようなことから、素子側壁縁部８７１の短手方向の長さＬと、その短手方向における素子側壁縁部８７１と受圧面側壁縁部６７２との離間距離Ｄとが、１８．０≦（Ｄ／Ｌ）×１００なる関係を満足するものであれば、特に優れた感度を有する物理量センサー１を得ることができる。
また、物理量センサー１は、ダイアフラム部６４で受けた圧力をさらに高精度に検知できるように、センサー素子７をダイアフラム部６４の中央部付近に配置している。以下、このことについて詳述する。
【００４５】
センサー素子７は、前述したように、ダイアフラム部６４に設けられている固定電極７１と、固定電極７１と離間して対向配置されている可動部７２２と、ダイアフラム部６４に設けられた支持部７２１と、可動部７２２と支持部７２１とを連結する連結部７２３とを有する可動電極７２とを有している。このようなセンサー素子７は、いわゆるレゾナント型のセンサー素子７（振動素子）である。
【００４６】
このセンサー素子７は、図３に示すように、ダイアフラム部６４の長手方向の中央部に設けられている。ダイアフラム部６４は、その平面視形状が長方形であり、センサー素子７が備える固定電極７１および可動部７２２も、その平面視形状が長方形である。そして、固定電極７１および可動部７２２は、それぞれ、ダイアフラム部６４の長手方向に沿って延在しており、固定電極７１の短手方向、および可動部７２２の短手方向が、ダイアフラム部６４の短手方向と平行になっている。そのため、固定電極７１の長手方向、および可動部７２２の長手方向は、当然、ダイアフラム部６４の長手方向と平行になっている。また、固定電極７１と支持部７２１とがダイアフラム部６４の短手方向に沿って並んで設置されている。また、可動部７２２は、平面視において、その先端部（自由端部）が固定電極７１に内包されている。
【００４７】
このような構成のセンサー素子７は、前述したように、ダイアフラム部６４の長手方向の中央部に設けられている。このダイアフラム部６４の長手方向の中央部、特に中心Ｏは、圧力が加わることで大きく撓む部分である。
また、前述したように、物理量センサー１は、素子側壁縁部８７１と受圧面側壁縁部６７２とが上記関係を満足するため、ダイアフラム部６４の中央部がより大きく撓む構成となっている。
【００４８】
したがって、これらの相乗効果により、受圧面６４１に圧力が加わったときに支持部７２１をより大きく変位させることができ、よって、ギャップ変動量（離間距離Ｇの変動量）をより大きくすることができる。その結果、受圧面６４１で受けた圧力を特に高感度に検出することができる。
また、このようなレゾナント型のセンサー素子７は、ＣＭＯＳプロセスを用いて素子周囲構造体８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の生産性のさらな向上を図ることができる。
【００４９】
また、センサー素子７が基板６に対して素子周囲構造体８と同じ面側に設けられているため、後に詳述するようにセンサー素子７および素子周囲構造体８を形成する際にこれらの位置ずれを低減し、ひいては、センサー素子７とダイアフラム部６４との位置ずれを低減することができる。その結果、物理量センサー１の検出特性の製造ばらつきを低減することができる。
また、前述した素子周囲構造体８は、成膜により形成されており、ＣＭＯＳプロセスを用いて形成することができる。
【００５０】
次に、物理量センサー１の製造方法を簡単に説明する。
図６〜図１０は、物理量センサー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。
［機能素子形成工程］
まず、図６（ａ）に示すように、シリコン基板等の半導体基板６１を用意する。次に、用意した半導体基板６１の上面を熱酸化することによりシリコン酸化膜（絶縁膜）６２を形成し、さらに、シリコン酸化膜６２上にシリコン窒化膜６３をスパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成する。
【００５１】
シリコン酸化膜６２は、半導体基板６１およびその上方に半導体回路を形成する際の素子間分離膜として機能する。また、シリコン窒化膜６３は、後に行われるリリース工程において実施されるエッチングに対する耐久性を有しており、いわゆるエッチングストップ層として機能する。なお、シリコン窒化膜６３は、パターニング処理によって、センサー素子７を形成する平面範囲を含む範囲と半導体回路内の一部の素子(コンデンサ)などの範囲に限定して形成する。これにより、半導体基板６１およびその上方に半導体回路を形成する際の障害となることがなくなる。
【００５２】
次に、図６（ｂ）に示すように、シリコン窒化膜６３上に、固定電極７１を形成するための多結晶（またはアモルファス）シリコン膜２０をスパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成し、この多結晶（またはアモルファス）シリコン膜２０にリンイオン等の不純物イオンをドープして導電性を付与する。そして、多結晶（またはアモルファス）シリコン膜２０上からフォトレジストを塗布し、固定電極７１の形状（平面視形状）にパターニングしフォトレジスト膜２１を形成する。
【００５３】
次に、図６（ｃ）に示すように、パターニングしたフォトレジスト膜２１をマスクとして多結晶（またはアモルファス）シリコン膜２０をエッチングした後、フォトレジスト膜２１を除去する。これにより、固定電極７１が形成される。
次に、図６（ｄ）に示すように、固定電極７１を覆うようにシリコン酸化膜やＰＳＧ（リンドープガラス）等からなる犠牲層２２を、熱酸化法、スパッタリング法またはＣＶＤ法等により形成する。
【００５４】
次に、図６（ｅ）に示すように、シリコン窒化膜６３および犠牲層２２上に、可動電極７２を形成するための多結晶（またはアモルファス）シリコン膜２３をスパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成し、形成した多結晶（またはアモルファス）シリコン膜２３にリンイオン等の不純物イオンをドープして導電性を付与する。そして、多結晶（またはアモルファス）シリコン膜２３上からフォトレジストを塗布し、可動電極７２の形状（平面視形状）にパターニングしフォトレジスト膜２４を形成する。
次いで、図６（ｆ）に示すように、フォトレジスト膜２４をマスクとして多結晶（またはアモルファス）シリコン膜２３をエッチングした後、フォトレジスト膜２４を除去する。これにより、可動電極７２が形成され、固定電極７１と可動電極７２とを有するセンサー素子７が形成される。
【００５５】
［絶縁膜形成工程］
まず、図７（ａ）に示すように、シリコン窒化膜６３およびセンサー素子７上に、シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜８１をスパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成する。また、層間絶縁膜８１に、半導体基板６１の平面視にてセンサー素子７を取り巻く環状の開口部３０をパターニング処理等により形成する。なお、図６では、層間絶縁膜８１の形成により層間絶縁膜８１と一体化している犠牲層２２の一部の図示を省略している。
【００５６】
次に、図７（ｂ）に示すように、層間絶縁膜８１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配線層８２を形成する。配線層８２は、開口部３０に対応するように、半導体基板６１の平面視にて環状をなしている。また、配線層８２の一部は、開口部３０を通して半導体基板６１上およびその上方に形成された配線（例えば、図示しない半導体回路の一部を構成する配線）に電気的に接続される。なお、配線層８２は、シリコン窒化膜６３およびセンサー素子７を取り巻く部分にのみ存在するように形成されているが、一般的には、図示しない半導体回路の一部を構成する配線層の一部が、配線層８２を構成している。
【００５７】
次に、図７（ｃ）に示すように、層間絶縁膜８１および配線層８２上に、シリコン酸化膜等からなる層間絶縁膜８３をスパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成する。また、層間絶縁膜８１に、半導体基板６１の平面視にてシリコン窒化膜６３およびセンサー素子７を取り巻く環状の開口部３２をパターニング処理等により形成する。なお、開口部３２は、開口部３０と同様に、半導体基板６１の平面視にて、環状をなしてなくてもよく、その一部が欠損していてもよい。
このような層間絶縁膜と配線層との積層構造は、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。
【００５８】
［被覆層形成工程］
まず、図８（ａ）に示すように、層間絶縁膜８３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配線層８４を形成する。この配線層８４の一部は、開口部３２を通して配線層８２に電気的に接続される。また、配線層８４の一部は、シリコン窒化膜６３およびセンサー素子７の上方に位置し、複数の細孔８４２が形成された遮蔽層８４１を構成している。このような配線層８４も、前述した配線層８２と同様に、一般的には、図示しない半導体回路の一部を構成する配線層の一部で構成されている。
【００５９】
次に、図８（ｂ）に示すように、配線層８４および層間絶縁膜８３上に、例えばシリコン窒化膜、レジストその他の樹脂材料よりなる表面保護膜８５をスパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成する。また、この表面保護膜８５は、一種類以上の材料を含む複数の膜層で構成され、遮蔽層８４１の細孔８４２を封止してしまわないように形成する。なお、表面保護膜８５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。
【００６０】
［リリース工程］
まず、図８（ｃ）に示すように、リリースエッチング用のフォトレジストなどの保護膜形成工程を行った後に、遮蔽層８４１に形成された複数の細孔８４２を通して、センサー素子７上にある層間絶縁膜８１、８３を除去するとともに、固定電極７１と可動部７２２との間にある犠牲層２２を除去する。これにより、センサー素子７が配置された空洞部５が形成されるとともに、固定電極７１と可動部７２２とが離間し、センサー素子７が駆動し得る状態となる。
【００６１】
このとき、配線層８２、８４がエッチングストップ層として機能する。そのため、配線層８２、８４の内側に空洞部５が形成される。よって、内壁面８７の基板６側の端部とセンサー素子７との位置ずれを低減することができる。
層間絶縁膜８１、８３および犠牲層２２の除去は、例えば、複数の細孔８４２からエッチング液としてのフッ酸、緩衝フッ酸等を供給するウェットエッチングや、複数の細孔８４２からエッチングガスとしてフッ化水素酸ガス等を供給するドライエッチングにより行うことができる。
【００６２】
［封止工程］
次に、図９（ａ）に示すように、遮蔽層８４１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被覆層８６をスパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成し、各細孔８４２を封止する。
［ダイアフラム形成工程］
まず、図９（ｂ）に示すように、表面保護膜８５および被覆層８６上にシリコン酸化膜からなる絶縁膜３３を、基板６の下面側にシリコン酸化膜からなる絶縁膜３４を、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成する。
次に、図９（ｃ）に示すように、絶縁膜３４の下面側にフォトレジストを塗布し、半導体基板６１の平面視にてダイアフラム部６４を取り巻く環状にパターニングし、フォトレジスト膜２５を形成する。
【００６３】
次に、図１０（ａ）に示すように、例えば、ドライエッチングにより、絶縁膜３３と、パターニングしたフォトレジスト膜２５をマスクとして絶縁膜３４および半導体基板６１の一部とを除去する。これにより、ダイアフラム部６４が形成される。なお、絶縁膜３３、３４および半導体基板６１の一部とを除去する方法としては、ドライエッチングに限らず、例えば、エッチング液としての水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）等を用いたウェットエッチングであってもよい。
最後に、図１０（ｂ）に示すように、ドライエッチングやウェットエッチングにより、フォトレジスト膜２５と絶縁膜３４とを除去する。
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。
【００６４】
なお、物理量センサー１が有する半導体回路が有するＭＯＳトランジスタ等の能動素子、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、機能素子形成工程、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。例えば、シリコン酸化膜６２とともに回路素子間分離膜を形成したり、固定電極７１や可動電極７２とともにゲート電極、容量電極、配線等を形成したり、犠牲層２２、層間絶縁膜８１、８３とともにゲート絶縁膜、容量誘電体層、層間絶縁膜を形成したり、配線層８２、８４とともに回路内配線を形成したりすることができる。
以上本発明の物理量センサー１の第１実施形態を説明したが、空洞部５の平面視形状は、前述したような長方形に限らず、例えば、正方形、円形、長円形等であってもよい。
【００６５】
＜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１１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、図１２は、図１１に示す物理量センサーのダイアフラム部およびセンサー素子を説明するための平面図である。
【００６６】
以下、この図を参照して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。
第２実施形態では、センサー素子の種類およびダイアフラム部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。
図１１に示す物理量センサー１Ａでは、シリコン酸化膜６２およびシリコン窒化膜６３の２層で構成されているダイアフラム部６４Ａと、ダイアフラム部６４Ａ上に配置されているセンサー素子７Ａと、を有している。
【００６７】
ダイアフラム部６４Ａは、基板６に半導体基板６１を貫通する凹部６５Ａを設けることにより形成された薄肉な部分、すなわち薄肉部６９Ａの一部で構成されている。このようなダイアフラム部６４Ａは、極めて薄くすることができる。そのため、物理量センサー１Ａの感度が極めて高くなる。また、これらの膜は、物理量センサー１Ａを製造する際に用いるエッチングのエッチングストップ層として利用することができ、ダイアフラム部６４Ａ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。本実施形態では、シリコン酸化膜６２の下面が受圧面６４１Ａとなる。
【００６８】
また、ダイアフラム部６４Ａの厚さは、特に限定されないが、本実施形態では、センサー素子７Ａがピエゾ抵抗素子を用いているため、例えば、１μｍ以上２０μｍ以下程度とされる。なお、前述した第１実施形態のようにダイアフラム部６４Ａを半導体基板６１の薄肉部分、シリコン酸化膜６２およびシリコン窒化膜６３の３層で構成する場合、ダイアフラム部６４Ａの厚さは、例えば、１μｍ以上１００μｍ以下程度とされる。
センサー素子７Ａは、図１２に示すように、ダイアフラム部６４Ａ上に設けられている複数（本実施形態では４つ）のピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄで構成されている。
【００６９】
ピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂは、平面視で四角形をなすダイアフラム部６４の互いに対向する（図１２にて左右方向に並んでいる）１対の辺（以下、「第１の辺」ともいう）に対応して設けられ、ピエゾ抵抗素子７ｃ、７ｄは、平面視で四角形をなすダイアフラム部６４の他の互いに対向する（図１２にて上下方向に並んでいる）１対の辺（以下、「第２の辺」ともいう）に対応して設けられている。
【００７０】
ピエゾ抵抗素子７ａは、ダイアフラム部６４Ａの外周部近傍（より具体的には図１２にて右側の第１の辺近傍）に設けられたピエゾ抵抗部７１ａを有している。ピエゾ抵抗部７１ａは、第１の辺に平行な方向に沿って延びている長手形状をなしている。このピエゾ抵抗部７１ａの両端部には、それぞれ、配線４１ａが接続されている。
同様に、ピエゾ抵抗素子７ｂは、ダイアフラム部６４の外周部近傍（より具体的には図１２にて左側の第１の辺近傍）に設けられたピエゾ抵抗部７１ｂを有している。このピエゾ抵抗部７１ｂの両端部には、それぞれ、配線４１ｂが接続されている。
【００７１】
一方、ピエゾ抵抗素子７ｃは、ダイアフラム部６４の外周部近傍（より具体的には図１２にて上側の第２の辺近傍）に設けられた１対のピエゾ抵抗部７１ｃと、１対のピエゾ抵抗部７１ｃ同士を接続している接続部７３ｃと、を有している。この１対のピエゾ抵抗部７１ｃは、互いに平行であり、かつ、第２の辺に対して垂直な方向（すなわち第１の辺に平行な方向）に沿って延びている長手形状をなしている。この１対のピエゾ抵抗部７１ｃの一端部（ダイアフラム部６４の中心側の端部）同士は、接続部７３ｃを介して接続されており、１対のピエゾ抵抗部７１ｃの他端部（ダイアフラム部６４の外周側の端部）には、それぞれ、配線４１ｃが接続されている。
【００７２】
同様に、ピエゾ抵抗素子７ｄは、ダイアフラム部６４の外周部近傍（より具体的には図１２にて下側の第２の辺近傍）に設けられた１対のピエゾ抵抗部７１ｄと、１対のピエゾ抵抗部７１ｄ同士を接続している接続部７３ｄと、を有している。この１対のピエゾ抵抗部７１ｄの一端部（ダイアフラム部６４の中心側の端部）同士は、接続部７３ｄを介して接続されており、１対のピエゾ抵抗部７１ｄの他端部（ダイアフラム部６４の外周側の端部）には、それぞれ、配線４１ｄが接続されている。
【００７３】
このようなピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄのピエゾ抵抗部７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ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）したポリシリコン（多結晶シリコン）で構成されている。また、ピエゾ抵抗素子７ｃ、７ｄの接続部７３ｃ、７３ｄおよび配線４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄは、それぞれ、例えば、ピエゾ抵抗部７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ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）したポリシリコン（多結晶シリコン）で構成されている。なお、接続部７３ｃ、７３ｄおよび配線４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄは、それぞれ、金属で構成されていてもよい。
【００７４】
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。そして、これらのピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄは、配線４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ等を介して、互いに電気的に接続され、図示しないブリッジ回路（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、ブリッジ回路は、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。
このようなピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄは、抵抗値が互いに等しいため、受圧によるダイアフラム部６４Ａの変形が生じる前の自然状態では、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、ブリッジ回路の出力（電位差）はゼロとなる。
【００７５】
一方、受圧によりダイアフラム部６４Ａの変形が生じると、ピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂのピエゾ抵抗部７１ａ、７１ｂにその長手方向に沿って引張歪みが生じるとともに、ピエゾ抵抗素子７ｃ、７ｄのピエゾ抵抗部７１ｃ、７１ｄにその長手方向に沿って圧縮歪みが生じる。
ここで、ピエゾ抵抗部７１ａ、７１ｂは、その幅方向の圧縮力を受けるが、ピエゾ抵抗部７１ａ、７１ｂのポアソン比に応じて、ピエゾ抵抗部７１ａ、７１ｂにその長手方向に沿って引張歪みが、およびその幅方向に沿って圧縮歪みが生じることとなる。また、前述したダイアフラム部６４Ａの変形により、ピエゾ抵抗部７１ｃ、７１ｄは、その長手方向の圧縮力を受け、その圧縮力に応じて、ピエゾ抵抗部７１ｃ、７１ｄにその長手方向に沿って圧縮歪みが、およびその幅方向に沿って引張歪みが生じることとなる。
このようなピエゾ抵抗部７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄの歪みにより、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６４１Ａで受けた圧力の大きさ（絶対圧）を求めることができる。
【００７６】
ここで、受圧によりダイアフラム部６４Ａの変形が生じたとき、ピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂの抵抗値は増加し、ピエゾ抵抗素子７ｃ、７ｄの抵抗値は減少するため、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。また、ブリッジ回路を構成するピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄのすべて温度条件がほぼ同一であるため、外部の温度変化に対する特性変化を低減することもできる。
【００７７】
また、このようなセンサー素子７Ａ（ピエゾ抵抗素子）は、ＣＭＯＳプロセスを用いて素子周囲構造体８と一括して形成することができる。また、ピエゾ抵抗素子は、ダイアフラム部６４Ａの厚さが極めて薄い場合においても、振動素子のような振動漏れに起因するＱ値の低下の問題がない。そのため、ダイアフラム部６４Ａの厚さを極めて薄くして、物理量センサー１Ａの感度を極めて高くすることができる。
このような物理量センサー１Ａも、前記実施形態と同様に、基板６の厚さ方向から見た平面視において、素子側壁縁部８７１Ａ（４つの素子側壁端部８７２Ａ）は、受圧面側壁縁部６７２Ａ（４つの受圧面側壁端部６７３Ａ）に内包されている。
【００７８】
また、本実施形態では、素子側壁縁部８７１Ａと、受圧面側壁縁部６７２Ａとは、平面視において、正方形状をなしている。また、素子側壁縁部８７１Ａの所定方向と、受圧面側壁縁部６７２Ａの前記所定方向とが平行になっている。そして、このような物理量センサー１Ａにおいても、受圧面側壁部６８Ａと素子側壁部８８Ａとは、平面視における素子側壁縁部８７１の所定方向の長さをＬとし、その所定方向における素子側壁縁部８７１Ａと受圧面側壁縁部６７２Ａとの離間距離をＤとしたとき、０．１≦（Ｄ／Ｌ）×１００なる関係を満足している。
以上説明したような第２実施形態によっても、受圧面側壁部６８Ａがダイアフラム部６４Ａの変形の妨害となることを防ぐことができ、ダイアフラム部６４Ａを大きく変形させることができる。そのため、物理量センサー１Ａは、感度の高いものとなる。
【００７９】
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１３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。
【００８０】
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１４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。
【００８１】
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。
【００８２】
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）、フライトシュミレーター等に適用することができる。
【００８３】
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１５は、本発明の移動体の一例を示す斜視図である。
図１５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。
【００８４】
また、センサー素子の数、位置、大きさおよび形状等は、前述した実施形態のものに限定されない。
また、前述した実施形態では、センサー素子としてフラップ型の振動子、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、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。
【符号の説明】
【００８５】
１、１Ａ‥‥物理量センサー  ５‥‥空洞部  ６‥‥基板  ６１‥‥半導体基板  ６２‥‥シリコン酸化膜  ６３‥‥シリコン窒化膜  ６４、６４Ａ‥‥ダイアフラム部  ６４１、６４１Ａ‥‥受圧面  ６５、６５Ａ‥‥凹部  ６６‥‥厚肉部  ６７、６７Ａ‥‥内壁面  ６７１、６７１Ａ‥‥開口縁部  ６７２、６７２Ａ‥‥受圧面側壁縁部  ６７３、６７３Ａ‥‥受圧面側壁端部  ６９１、６９１Ａ‥‥部分  ６９２、６９２Ａ‥‥部分  ６８、６８Ａ‥‥受圧面側壁部  ６９、６９Ａ‥‥薄肉部  ７、７Ａ‥‥センサー素子  ７１‥‥固定電極  ７２‥‥可動電極  ７１１‥‥電極部  ７１２‥‥配線部  ７２１‥‥支持部  ７２２‥‥可動部  ７２３‥‥連結部  ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ‥‥ピエゾ抵抗素子  ７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ‥‥ピエゾ抵抗部  ７３ｃ、７３ｄ‥‥接続部  ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ‥‥配線  ８‥‥素子周囲構造体  ８１‥‥層間絶縁膜  ８２‥‥配線層  ８２１‥‥内周面  ８３‥‥層間絶縁膜  ８４‥‥配線層  ８４１‥‥遮蔽層  ８４２‥‥細孔（貫通孔）  ８５‥‥表面保護膜  ８６‥‥被覆層  ８７、８７Ａ‥‥内壁面  ８７１、８７１Ａ‥‥素子側壁縁部  ８７２、８７２Ａ‥‥素子側壁端部  ８８、８８Ａ‥‥素子側壁部  ２０、２３‥‥シリコン膜  ２２‥‥犠牲層  ２１、２４、２５‥‥フォトレジスト膜  ３０、３２‥‥開口部  ３３、３４‥‥絶縁膜  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  Ｂ‥‥矢印  Ｄ‥‥離間距離（間隔）  Ｇ‥‥ギャップ（離間距離）  Ｌ‥‥長さ  Ｌ３‥‥長さ  Ｏ‥‥中心  Ｐ‥‥圧力  Ｘ‥‥直線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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