(57)【要約】【課題】低背化および低コスト化を図ることができる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は、受圧により撓み変形するダイヤフラム部６と、ダイヤフラム部６に配置されているピエゾ抵抗素子７と、を備え、ダイヤフラム部６は、ピエゾ抵抗素子７と、ピエゾ抵抗素子７と同一の主成分で構成されている周辺部４１とが同一層内に形成されているベース層４を含んで構成されている。【選択図】図１
2015125045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受圧により撓み変形し、ピエゾ抵抗素子、および前記ピエゾ抵抗素子と主成分が同一である周辺部とを同一層内に配置しているダイヤフラム部を備えていることを特徴とする物理量センサー。
【請求項２】
前記同一層は、シリコンを主成分として構成されている請求項１に記載の物理量センサー。
【請求項３】
前記同一層は、ポリシリコンを主成分として構成されている請求項２に記載の物理量センサー。
【請求項４】
前記ピエゾ抵抗素子は、前記同一層の選択的な不純物のドープが行われた部分であり、
前記周辺部は、前記不純物がドープされていないか、または、前記不純物の濃度が前記ピエゾ抵抗素子よりも低い請求項２または３に記載の物理量センサー。
【請求項５】
前記ダイヤフラム部の受圧面とは反対の面側に配置されているキャビティを備え、
前記ダイヤフラム部には、前記受圧面側と前記キャビティ側とを繋ぐ孔が配置されており、
前記孔は、シリコンを主成分とする封止部材で封止されている請求項２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】
前記ダイヤフラム部が配置されている半導体基板を備えている請求項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】
前記同一層は、成膜により形成されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の物理量センサー。
【請求項８】
前記同一層の少なくとも一方の面には、保護層が配置されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の物理量センサー。
【請求項９】
前記保護層は、前記同一層と主成分が同一である請求項８に記載の物理量センサー。
【請求項１０】
前記保護層は、前記同一層の両面にそれぞれ配置されており、
前記同一層の両面に配置されている２つの前記保護層の厚さが互いに異なる請求項８または９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圧力センサー。
【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高度計。
【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電子機器。
【請求項１４】
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、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。
【背景技術】
【０００２】
受圧により撓み変形するダイヤフラムを備えた圧力センサーが広く用いられている。このような圧力センサーでは、ダイヤフラムの撓みを検出することにより、ダイヤフラムに加わった圧力を検出することができる。ダイヤフラムの撓みを検出する方式として、ダイヤフラムに配置した歪みゲージの抵抗値変化に基づいて検出する方式が知られている。
例えば、特許文献１に記載の圧力センサーは、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜を含んで構成されたダイヤフラムと、そのダイヤフラムのシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との間に配置されたピエゾ抵抗素子とを有する。
しかし、特許文献１に記載の圧力センサーでは、ダイヤフラムのピエゾ抵抗素子が配置された部分の厚さが他の分よりも厚くなるため、その厚い部分が変形し難くなってしまい、その結果、感度の低下を招くという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−２０５３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、低背化および低コスト化を図ることができる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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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し、ピエゾ抵抗素子、および前記ピエゾ抵抗素子と主成分が同一である周辺部とを同一層内に配置しているダイヤフラム部を備えてい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、ピエゾ抵抗素子および周辺部が同一層内に形成されている層（ベース層）を含んでダイヤフラム部が構成されているため、ピエゾ抵抗素子が配置されることによってダイヤフラム部の一部が局所的に厚くなるのを低減することができる。そのため、ダイヤフラム部の撓み変形の均一化を図ることができ、その結果、物理量センサーの感度を向上させることができる。
【０００６】
［適用例２］
本発明の物理量センサーでは、前記同一層は、シリコンを主成分として構成されていることが好ましい。
これにより、半導体基板とベース層との線熱膨張係数差を小さくすることができる。また、ベース層の同一層内に、ピエゾ抵抗素子および周辺部を比較的簡単に形成することができる。また、シリコンは、化学的安定性に優れるとともに、金属のような疲労が少ないため、シリコンを主成分とするベース層を有するダイヤフラム部は、優れた信頼性を有する。
【０００７】
［適用例３］
本発明の物理量センサーでは、前記同一層は、ポリシリコンを主成分として構成されていることが好ましい。
これにより、成膜法を用いてベース層を形成することができる。そのため、ベース層の厚さの制御が容易となり、その結果、ダイヤフラム部の厚さの制御も容易となる。
【０００８】
［適用例４］
本発明の物理量センサーでは、前記ピエゾ抵抗素子は、前記同一層の選択的な不純物のドープが行われた部分であり、
前記周辺部は、前記不純物がドープされていないか、または、前記不純物の濃度が前記ピエゾ抵抗素子よりも低いことが好ましい。
これにより、ピエゾ抵抗素子および周辺部を同一層内に有するベース層を簡単に形成することができる。
【０００９】
［適用例５］
本発明の物理量センサーでは、前記ダイヤフラム部の受圧面とは反対の面側に配置されているキャビティを備え、
前記ダイヤフラム部には、前記受圧面側と前記キャビティ側とを繋ぐ孔が配置されており、
前記孔は、シリコンを主成分とする封止部材で封止されていることが好ましい。
【００１０】
これにより、ピエゾ抵抗素子および周辺部を同一層内に有するベース層を成膜法で形成した後に、キャビティを形成することができる。また、ピエゾ抵抗素子および周辺部を同一層内に有するベース層と封止部材との主成分が同一となることから、ダイヤフラム部内の線熱膨張係数差を小さくし、その結果、物理量センサーの温度特性を優れたものとする（温度変化に伴う特性変化を小さくする）ことができる。
【００１１】
［適用例６］
本発明の物理量センサーでは、前記ダイヤフラム部が配置されている半導体基板を備えていることが好ましい。
これにより、半導体基板の一方の面側に対して加工や成膜を行ってキャビティおよびダイヤフラム部を形成することができる。また、かかる加工や成膜としてＣＭＯＳプロセスと同様のプロセスを用いることが可能であるため、半導体基板上に集積回路を形成することもできる。
【００１２】
［適用例７］
本発明の物理量センサーでは、前記同一層は、成膜により形成されていることが好ましい。
これにより、ピエゾ抵抗素子および周辺部を同一層内に有するベース層の厚さの制御が容易となり、その結果、ダイヤフラム部の厚さの制御も容易となる。
［適用例８］
本発明の物理量センサーでは、前記同一層の少なくとも一方の面には、保護層が配置されていることが好ましい。
これにより、ピエゾ抵抗素子を保護層により保護することができる。
【００１３】
［適用例９］
本発明の物理量センサーでは、前記保護層は、前記同一層と主成分が同一であることが好ましい。
これにより、ピエゾ抵抗素子および周辺部を同一層内に有するベース層と保護層との線熱膨張係数差を小さくし、その結果、物理量センサーの温度特性を優れたものとする（温度変化に伴う特性変化を小さくする）ことができる。
【００１４】
［適用例１０］
本発明の物理量センサーでは、前記保護層は、前記同一層の両面にそれぞれ配置されており、
前記同一層の両面に配置されている２つの前記保護層の厚さが互いに異なることが好ましい。
これにより、ピエゾ抵抗素子および周辺部を同一層内に有するベース層をダイヤフラム部の一方の面側に偏在させることができる。そのため、ダイヤフラム部の撓み変形をピエゾ抵抗素子により効率的に検出することができる。
【００１５】
［適用例１１］
本発明の圧力センサーは、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、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１２］
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、優れた信頼性を有する高度計を提供することができる。
【００１６】
［適用例１３］
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、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１４］
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、優れた信頼性を有する移動体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の物理量センサーの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の平面図（一部を透過して示す図）である。
【図３】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４】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５】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６】本発明の圧力センサーの一例を示す断面図である。
【図７】本発明の高度計の一例を示す斜視図である。
【図８】本発明の電子機器の一例を示す正面図である。
【図９】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】
【００１８】
以下、本発明の物理量センサー、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。
＜第１実施形態＞
１．物理量センサー
図１は、本発明の物理量センサーの実施形態を示す断面図、図２は、図１に示す物理量センサーの平面図（一部を透過して示す図）である。
【００１９】
図１に示す物理量センサー１は、半導体基板２と、保護層３と、ベース層４と、保護層５と、を有し、これらがこの順で積層されており、半導体基板２と保護層３との間にキャビティＳが形成され、保護層３、ベース層４および保護層５からなる積層体８のキャビティＳに対応する部分がダイヤフラム部６を構成している。以下、物理量センサー１を構成する各部を順次説明する。
【００２０】
半導体基板２は、例えばシリコン等の半導体で構成されている。なお、以下では、半導体基板２がシリコンで構成されている場合を説明する。
この半導体基板２の一方の面（図１にて上側の面）には、凹部２１が形成されている。このような半導体基板２の凹部２１側の面には、凹部２１の開口を塞ぐように積層体８が設けられている。ここで、半導体基板２と積層体８との間は、凹部２１に対応する領域において、互いに離間しており、これにより、キャビティＳ（空隙部）が形成されている。
凹部２１は、後に詳述するように、半導体基板２上に形成された犠牲層（熱酸化膜）を除去することにより形成されたものである。なお、凹部２１は省略することができ、この場合、犠牲層を気相成膜法により形成すればよい。
【００２１】
キャビティＳは、ダイヤフラム部６の受圧面６１とは反対の面側に配置されており、密閉された空間である。このキャビティ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、キャビティＳが真空状態（３００Ｐａ以下）となっている。キャビティ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。
【００２２】
ただし、キャビティ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、キャビティ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。
本実施形態では、キャビティＳの平面視形状、すなわち、凹部２１の平面視形状が円形である。なお、かかる平面視形状は、円形に限定されず、例えば、四角形（正方形、長方形）等の多角形、長円形等であってもよい。
【００２３】
このような半導体基板２上およびその上方には、積層体８の他に、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、例えば、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７に接続されている配線、配線層を含む）等の回路要素を有している。ここで、ＭＯＳトランジスタは、半導体基板２の上面にリン、ボロン等の不純物をドープして形成されたソースおよびドレイン（図示せず）と、そのソースとドレインと間に形成されるチャネル領域上に形成されたゲート絶縁膜（図示せず）と、そのゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、を有している。
【００２４】
積層体８は、平面視において凹部２１と重なる部分が、ピエゾ抵抗素子７が配置されていて受圧により撓み変形するダイヤフラム部６を構成する。すなわち、積層体８の半導体基板２と離間している部分がダイヤフラム部６を構成する。このように、ダイヤフラム部６が半導体基板２に配置されていることにより、半導体基板２の一方の面側に対して加工や成膜を行ってキャビティＳおよびダイヤフラム部６を形成することができる。また、かかる加工や成膜としてＣＭＯＳプロセスと同様のプロセスを用いることが可能であるため、半導体基板２上に集積回路を形成することもできる。
この積層体８は、シート状をなしており、半導体基板２に接合されている保護層３と、保護層３の半導体基板２と反対側の面に接合されているベース層４と、ベース層４の保護層３と反対側の面に接合されている保護層５とで構成されている。
【００２５】
ベース層４は、ピエゾ抵抗素子７と、ピエゾ抵抗素子７と同一の主成分で構成されている周辺部４１とが同一層内に形成されている。このようなベース層４を含んでダイヤフラム部６が構成されているため、ピエゾ抵抗素子７が配置されることによってダイヤフラム部６の一部が局所的に厚くなるのを低減することができる。そのため、ダイヤフラム部６の撓み変形の均一化を図ることがで、その結果、物理量センサー１の感度を向上させることができる。
【００２６】
このベース層４の構成材料としては、温度変化によるダイヤフラム部６の不本意な変形を防止する観点から、前述した半導体基板２を構成する材料との線熱膨張係数差が少ない材料を用いることが好ましい。このような観点から、ベース層４は、シリコンを主成分として構成されている。また、ベース層４の主成分がシリコンであると、ベース層４の同一層内に、ピエゾ抵抗素子７および周辺部４１を比較的簡単に形成することができる。また、シリコンは、化学的安定性に優れるとともに、金属のような疲労が少ないため、シリコンを主成分とするベース層４を有するダイヤフラム部６は、優れた信頼性を有する。
また、ベース層４は、ポリシリコンを主成分として構成されていることが好ましい。これにより、成膜法を用いてベース層４を形成することができる。そのため、ベース層４の厚さの制御が容易となり、その結果、ダイヤフラム部６の厚さの制御も容易となる。
【００２７】
ピエゾ抵抗素子７は、ベース層４の選択的な不純物のドープが行われた部分であり、周辺部４１は、不純物がドープされていないか、または、不純物の濃度がピエゾ抵抗素子７よりも低い。これにより、ピエゾ抵抗素子７および周辺部４１を同一層内に有するベース層４を簡単に形成することができる。
より具体的に説明すると、ピエゾ抵抗素子７は、図２に示すように、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。これらのピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄは、それぞれ、ダイヤフラム部６の外周部に設けられている。
【００２８】
ピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂは、図２にて左右方向に並んで配置され、ピエゾ抵抗素子７ｃ、７ｄは、図２にて上下方向に並んで配置されている。
ピエゾ抵抗素子７ａは、ピエゾ抵抗部７１ａを有している。ピエゾ抵抗部７１ａは、ダイヤフラム部６の周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７２ａが接続されている。
同様に、ピエゾ抵抗素子７ｂは、ピエゾ抵抗部７１ａに平行となるよう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７２ｂが接続されている。
【００２９】
また、ピエゾ抵抗素子７ｃは、ピエゾ抵抗部７１ａ、７１ｂが延びる方向に沿って設けられたピエゾ抵抗部７１ｃを有している。このピエゾ抵抗部７１ｃの両端部には、配線７２ｃが接続されている。
同様に、ピエゾ抵抗素子７ｄは、ピエゾ抵抗部７１ａ、７１ｂが延びる方向に沿って設けられたピエゾ抵抗部７１ｄを有している。このピエゾ抵抗部７１ｄの両端部には、配線７２ｃが接続されている。
【００３０】
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の配線７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ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。
【００３１】
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７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ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。このブリッジ回路は、駆動電圧が供給され、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。
【００３２】
このようなベース層４の両面には、保護層３、５が形成されている。
保護層３、５は、それぞれ、ベース層４を保護する機能を有している。より具体的には、保護層３は、主に、物理量センサー１を製造する際に、エッチング液等からベース層４を保護する。したがって、保護層３は、エッチング液等に対する耐性を有する。また、保護層５は、主に、物理量センサー１の使用時に、外部からの光、酸素および水分等からベース層４を保護する。したがって、保護層５は、遮光性や、酸素、水分等に対するバリア性を有する。また、ベース層４の層面側に保護層３、５を設けることにより、ベース層４と保護層３、５との間に線熱膨張係数差が生じていたとしても、ベース層４と保護層３との間の線熱膨張係数差と、ベース層４と保護層５との線熱膨張係数差とで互いに相殺させることができる。
【００３３】
また、保護層３、５は、いずれも、絶縁性を有している。これにより、ベース層４に形成されているピエゾ抵抗素子７の各部が短絡するのを防止することができる。
このような保護層３、５の構成材料としては、保護層３、５が上述したような特性を発揮し得るものであればよいが、半導体基板２やベース層４との線熱膨張係数差が小さい材料を用いることが好ましい。したがって、保護層３、５は、ベース層４と同一の主成分で構成されていること、例えば、半導体基板２がシリコン基板である場合、シリコンを主成分とするＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＡｌＮ等を用いることが好ましい。これにより、ベース層４と保護層３、５との線熱膨張係数差を小さくし、その結果、物理量センサー１の温度特性を優れたものとする（温度変化に伴う特性変化を小さくする）ことができる。
【００３４】
また、２つの保護層３、５の厚さが互いに異なることが好ましい。これにより、ピエゾ抵抗素子７および周辺部４１を同一層内に有するベース層４をダイヤフラム部６の一方の面側に偏在させることができる。そのため、ダイヤフラム部６の撓み変形をピエゾ抵抗素子７により効率的に検出することができる。
特に、保護層５の厚さを保護層３の厚さよりも厚くすることが好ましい。これにより、保護層３、５の双方に必要な機能を確実に確保しつつ、ベース層４をダイヤフラム部６の一方の面側に偏在させることができる。
【００３５】
なお、保護層３、５の少なくとも一方を省略することができる。例えば、保護層３、５の一方を省略した場合、前述したような保護層３、４の厚さを異ならせるのと同様の効果を奏することができる。また、保護層３、５の双方を省略した場合、ダイヤフラム部６をベース層４のみで構成することができ、ダイヤフラム部６の厚さを極めて薄くすることができる。
また、保護層３、５の具体的な厚さは、それぞれ、特に限定されないが、０．０１μｍ以上１μｍ以下程度とされる。
また、ベース層４の具体的な厚さは、特に限定されないが、０．１μｍ以上３μｍ以下程度とされる。
【００３６】
また、ダイヤフラム部６または積層体８には、受圧面６１側とキャビティＳ側とを繋ぐ孔６２が形成されている。この孔６２は、封止部材６３で封止されている。これにより、ピエゾ抵抗素子７および周辺部４１を同一層内に有するベース層４を成膜法で形成した後に、キャビティＳを形成することができる。
本実施形態では、孔６２および封止部材６３がダイヤフラム部６の中央部に設けられている。これにより、孔６２および封止部材６３がダイヤフラム部６の撓み変形に悪影響を与えるのを低減することができる。なお、孔６２および封止部材６３の配置は、これに限定されず、例えば、ダイヤフラム部６の外周部に設けられていてもよい。また、孔６２および封止部材６３をダイヤフラム部６の外側に設けてもよく、この場合、孔６２とキャビティと連通する孔や溝を積層体８と半導体基板２との間や半導体基板２の積層体８側の面に形成すればよい。
【００３７】
また、封止部材６３は、シリコンを主成分とすることが好ましい。これにより、ベース層４と封止部材６３との主成分が同一となることから、ダイヤフラム部６内の線熱膨張係数差を小さくし、その結果、物理量センサー１の温度特性を優れたものとする（温度変化に伴う特性変化を小さくする）ことができる。
ダイヤフラム部６の具体的な厚さは、特に限定されないが、１μｍ以上５μｍ以下程度とされる。
このような積層体８の線熱膨張係数は、半導体基板２の線熱膨張係数とできるだけ近いことが好ましく、具体的には、半導体基板２がシリコン基板である場合、２×１０−６／ｄｅｇ以上３×１０−６／ｄｅｇ以下であることが好ましい。
【００３８】
以上説明したように構成された物理量センサー１は、以下のようにして圧力を検出する。
物理量センサー１では、ダイヤフラム部６の受圧面６１が受ける圧力に応じて、ダイヤフラム部６が変形し、これにより、ピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄが歪み、ピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの抵抗値が変化する。それに伴って、ピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ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６１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、前述したように、ピエゾ抵抗素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの抵抗値が互いに等しいため、ダイヤフラム部６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。
【００３９】
一方、ダイヤフラム部６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と、ピエゾ抵抗素子７ｃ、７ｄのピエゾ抵抗部７１ｃ、７１ｄとの一方にその長手方向に沿った圧縮歪みが生じるとともに幅方向に引張歪みを生じ、他方にその長手方向に沿った引張歪みが生じるとともに幅方向に圧縮歪みが生じる。
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６１で受けた圧力の大きさ（絶対圧）を求めることができる。
【００４０】
ここで、前述したようなダイヤフラム部６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。
また、このようなピエゾ抵抗素子７は、前述したような極めて薄いダイヤフラム部６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部６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。
【００４１】
次に、物理量センサー１の製造方法を簡単に説明する。
図３〜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、これらの図に基づいて説明する。
物理量センサー１の製造方法は、［１］キャビティＳ形成用犠牲層の形成工程と、［２］保護層３形成用膜の形成工程と、［３］ベース層４形成用膜の形成工程と、［４］ピエゾ抵抗素子７の形成工程と、［５］保護層５形成用膜の形成工程と、［６］孔６２の形成工程と、［７］キャビティＳの形成工程と、［８］封止部材６３の形成工程と、を有している。以下、各工程を順次説明する。
【００４２】
［１］キャビティＳ形成用犠牲層の形成工程
まず、図３（ａ）に示すように、シリコン基板２０を用意し、シリコン基板２０の一方の面の一部を熱酸化（例えばＬＯＣＯＳ法）することにより、図３（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜２０ａが形成された基板２０Ａを形成する。この基板２０Ａのシリコン酸化膜２０ａを除く部分が半導体基板２となる。
この際、半導体基板２上に集積回路も形成する場合には、その集積回路の素子間分離膜もシリコン酸化膜２０ａと一括して形成することができる。
【００４３】
このシリコン酸化膜２０ａは、後述する工程［７］のエッチングにより除去されるキャビティＳ形成用犠牲層である。
また、シリコン酸化膜２０ａの厚さは、例えば、０．５μｍ以上５μｍ以下程度とされる。
なお、シリコン酸化膜２０ａの形成は、ＳＴＩ法を用いてもよい。また、半導体基板２に凹部２１を形成しない場合、ＣＶＤ法等の気相成膜法を用いてシリコン酸化膜２０ａを形成してもよい。
【００４４】
［２］保護層３形成用膜の形成工程
次に、基板２０Ａのシリコン酸化膜２０ａ側の面上に、図３（ｃ）に示すように、シリコン窒化膜３０をスパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成する。
シリコン窒化膜３０は、保護層３形成用膜である。また、シリコン窒化膜３０は、後に行われるキャビティＳの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。なお、シリコン窒化膜３０は、パターニング処理によって、ピエゾ抵抗素子７を形成する平面範囲を含む範囲に限定して形成してもよい。
また、シリコン窒化膜３０の形成は、応力緩和の観点から、プラズマＣＶＤを用いて行うことが好ましい。
［３］ベース層４形成用膜の形成工程
次に、図４（ａ）に示すように、シリコン窒化膜３０の上面に、多結晶シリコン膜４０（またはアモルファスシリコン膜）をスパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成する。
この多結晶シリコン膜４０は、ベース層４形成用膜である。
【００４５】
［４］ピエゾ抵抗素子７の形成工程
その後、図４（ｂ）に示すように、多結晶シリコン膜４０に対して選択的（部分的）にリン、ボロン等の不純物をドープ（イオン注入または拡散）することにより、ピエゾ抵抗素子７を形成する。これにより、ピエゾ抵抗素子７が形成された多結晶シリコン膜４０Ａを得る。
【００４６】
この不純物のドープは、配線７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄのドープ量がピエゾ抵抗部７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄへの不純物のドープ量よりも多くなるように行う。
例えば、ピエゾ抵抗部７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄへのイオン注入濃度を１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２程度とし、配線７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄへのイオン注入濃度を１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下程度とする。
【００４７】
［５］保護層５形成用膜の形成工程
次に、多結晶シリコン膜４０Ａ上に、図４（ｃ）に示すように、シリコン窒化膜５０をスパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成する。
シリコン窒化膜５０は、保護層５形成用膜である。
また、シリコン窒化膜５０の形成は、シリコン窒化膜３０と同様、応力緩和の観点から、プラズマＣＶＤを用いて行うことが好ましい。
【００４８】
［６］孔６２の形成工程
次に、シリコン窒化膜３０、多結晶シリコン膜４０Ａおよびシリコン窒化膜５０からなる積層体の一部をドライエッチング等により貫通させ、図５（ａ）に示すように、孔６２を形成する。これにより、孔６２を有する積層体８、すなわち保護層３、４およびベース層４が形成される。
【００４９】
［７］キャビティＳの形成工程
次に、シリコン酸化膜２０ａを除去することにより、図５（ｂ）に示すように、キャビティＳを形成する。
キャビティＳの形成は、孔６２を通じたエッチングにより、シリコン酸化膜２０ａ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、孔６２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、孔６２からフッ化水素酸ガス等のエッチングガスを供給する。
【００５０】
［８］封止部材６３の形成工程
最後に、図５（ｃ）に示すように、孔６２を封止する封止部材６３を形成する。
封止部材６３の形成は、保護層５上に、Ｓｉ、ＳｉＮをスパッタリング法等により成膜することにより形成する。これにより、キャビティＳを密閉空間とすることができる。
また、真空下で封止部材６３を形成することにより、得られるキャビティＳを真空状態とすることができる。
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。
【００５１】
このような物理量センサー１の製造方法は、以下の（１）〜（５）のような効果がある。
（１）シリコン基板２０の一方の面側のみに成膜や加工を行うだけでよいため、製造工程の簡略化を図ることができる。（２）シリコン基板２０の一方の面側のみに成膜や加工を行ってキャビティＳおよびダイヤフラム部６を形成するため、キャビティＳとダイヤフラム部６との位置合わせを高精度に行うことができる。また、ウエハーを薄肉化してダイヤフラムを形成する場合に比し、小型化を図ることができる。（３）ダイヤフラム部６が成膜により形成されるため、ダイヤフラム部６の薄膜化が容易であるとともに、ダイヤフラム部６の厚さを高精度に制御することができる。（４）一般的なＣＭＯＳプロセスとの親和性が高いため、集積回路を半導体基板２上に一括して形成することができる。（５）ダイヤフラム部６の厚さを均一にすることができる。
【００５２】
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６は、本発明の圧力センサーの一例を示す断面図である。
図６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。
【００５３】
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６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６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。
【００５４】
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７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。
【００５５】
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８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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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９は、本発明の移動体の一例を示す斜視図である。
図９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。
【００５９】
以上、本発明の物理量センサー、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、他の任意の構成物や、工程が付加されていてもよい。
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。
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。
【００６０】
また、前述した実施形態では、ダイヤフラム部の受圧面と反対側の面上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、例えば、ダイヤフラム部の受圧面にセンサー素子が配置されていてもよく、ダイヤフラム部の両面にセンサー素子が配置されていてもよい。
また、前述した実施形態では、ダイヤフラム部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、ダイヤフラム部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】
【００６１】
１‥‥物理量センサー  ２‥‥半導体基板  ３‥‥保護層  ４‥‥ベース層  ５‥‥保護層  ６‥‥ダイヤフラム部  ７‥‥ピエゾ抵抗素子  ７ａ‥‥ピエゾ抵抗素子  ７ｂ‥‥ピエゾ抵抗素子  ７ｃ‥‥ピエゾ抵抗素子  ７ｄ‥‥ピエゾ抵抗素子  ８‥‥積層体  ２０‥‥シリコン基板  ２０Ａ‥‥基板  ２０ａ‥‥シリコン酸化膜  ２１‥‥凹部  ３０‥‥シリコン窒化膜  ４０‥‥多結晶シリコン膜  ４０Ａ‥‥多結晶シリコン膜  ４１‥‥周辺部  ５０‥‥シリコン窒化膜  ６１‥‥受圧面  ６２‥‥孔  ６３‥‥封止部材  ７１ａ‥‥ピエゾ抵抗部  ７１ｂ‥‥ピエゾ抵抗部  ７１ｃ‥‥ピエゾ抵抗部  ７１ｄ‥‥ピエゾ抵抗部  ７２ａ‥‥配線  ７２ｂ‥‥配線  ７２ｃ‥‥配線  ７２ｄ‥‥配線  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  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  Ｓ‥‥キャビティ
【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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