(57)【要約】【課題】下部電極膜、圧電膜、上部電極膜を積層してなるメンブレンを有する圧電型メンブレンセンサにおいて、上下の電極膜を分割することなく、出力電荷量を大きくする。【解決手段】メンブレン５０の撓みにおける中立軸Ｊがメンブレン５０内にて圧電膜３０）を跨いで圧電膜３０よりも上側に位置する部位と下側に位置する部位とが形成されるように、部分的に膜６０を付加してメンブレン５０の積層構造を部分的に異ならせることにより、メンブレン５０の撓み時に圧電膜３０に生じる応力がメンブレン５０の全面領域に渡って同極性となるようにした。【選択図】図２
2007333504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極膜（２０）、圧電体よりなる圧電膜（３０）、上部電極膜（４０）が順次積層された積層構造を有する薄膜状のメンブレン（５０）を備え、このメンブレン（５０）に生じる撓みに伴う前記圧電膜（３０）の圧電現象による電気的な変化を、前記上下の電極膜（２０、４０）にて検出するようにした圧電型メンブレンセンサにおいて、
前記メンブレン（５０）の撓みにおける中立軸（Ｊ）が前記メンブレン（５０）内にて前記圧電膜（３０）を跨いで前記圧電膜（３０）よりも上側に位置する部位と下側に位置する部位とが形成されるように、前記メンブレン（５０）の積層構造を部分的に異ならせることにより、
前記メンブレン（５０）の撓み時に前記圧電膜（３０）に生じる応力が前記メンブレン（５０）の全面領域に渡って同極性となるようにしたことを特徴とする圧電型メンブレンセンサ。
【請求項２】
前記メンブレン（５０）の積層構造を部分的に異ならせることは、前記メンブレン（５０）にて部分的に膜（６０）を付加することにより行われていることを特徴とする請求項１に記載の圧電型メンブレンセンサ。
【請求項３】
前記付加する膜（６０）は前記圧電膜（３０）よりも上側に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の圧電型メンブレンセンサ。
【請求項４】
前記付加する膜（６０）は前記上部電極膜（４０）よりも上側に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の圧電型メンブレンセンサ。
【請求項５】
前記付加する膜（６０）は、シリコン酸化膜であることを特徴とする請求項２または３に記載の圧電型メンブレンセンサ。
【請求項６】
前記シリコン酸化膜はプラズマＣＶＤで形成されたものであることを特徴とする請求項５に記載の圧電型メンブレンセンサ。
【請求項７】
前記付加する膜（６０）は、シリコン窒化膜であるであることを特徴とする請求項２または３に記載の圧電型メンブレンセンサ。
【請求項８】
前記シリコン窒化膜はプラズマＣＶＤで形成されたものであることを特徴とする請求項７に記載の圧電型メンブレンセンサ。
【請求項９】
前記付加する膜（６０）は金属膜であることを特徴とする請求項２または３に記載の圧電型メンブレンセンサ。
【請求項１０】
前記金属膜はアルミまたはアルミ系合金膜であることを特徴とする請求項９に記載の圧電型メンブレンセンサ。
【請求項１１】
前記付加する膜（６０）は、樹脂材料よりなることを特徴とする請求項２または３に記載の圧電型メンブレンセンサ。
【請求項１２】
前記樹脂材料はポリイミドであることを特徴とする請求項１１に記載の圧電型メンブレンセンサ。
【請求項１３】
前記付加する膜（６０）は、複数の膜を積層したものであることを特徴とする請求項２ないし１２のいずれか１つに記載の圧電型メンブレンセンサ。
【請求項１４】
前記付加する膜（６０）は、前記メンブレン（５０）の中央部に設けられ、周辺部には設けられていないことを特徴とする請求項２ないし１３のいずれか１つに記載の圧電型メンブレンセンサ。
【請求項１５】
前記付加する膜（６０）は、前記メンブレン（５０）の周辺部に設けられ、中央部には設けられていないことを特徴とする請求項２ないし１３のいずれか１つに記載の圧電型メンブレンセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下部電極膜、圧電膜、上部電極膜を積層してなるメンブレンを有する圧電型メンブレンセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の圧電型メンブレンセンサにおけるメンブレンは、一般に、薄膜状の薄膜構造体の上に下部電極膜、圧電体よりなる圧電膜、上部電極膜を積層してなるもので、これら薄膜構造体を含む薄膜状の積層体がメンブレンとして構成される。
【０００３】
そして、このメンブレンに対して圧力や超音波などが印加されたときに、当該メンブレンに生じる撓みに伴う圧電膜の圧電現象による電気的な変化、例えば圧電膜の電圧の変化が、上下の電極膜にて検出されることにより、印加圧力や印加超音波が測定されるようになっている（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−５１６８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、本発明者は、従来技術に基づいて圧電型メンブレンセンサを試作し、検討を行った。図５は、本発明者の試作した試作品としての圧電型メンブレンセンサの概略断面構成を示す図である。この圧電型メンブレンセンサは、圧力センサとして適用されるものである。
【０００５】
このものにおいては、半導体基板１０の裏面にエッチングなどにより凹部１４を形成し、この凹部１４に対応する表面側を薄膜構造体１５として構成している。そして、この薄膜構造体１５の上に下部電極膜２０、圧電膜３０、上部電極膜４０を順次積層してなるメンブレン５０が、構成されている。つまり、メンブレン５０は、凹部１４上の積層構造部に相当する。
【０００６】
ここにおいて、メンブレン５０の表側に正圧Ｐが付与された場合を想定すると、メンブレン５０は図５のように撓む。メンブレン５０の中央付近では下に凸な形状となり、圧電膜３０に生じる曲げ応力は圧縮応力であり、メンブレン５０の周辺部付近では上に凸な形状となり、圧電膜３０に生じる応力は引っ張り応力である。
【０００７】
したがって、このメンブレン５０の撓み時に圧電膜３０に生じる応力と同様に、圧電ｄ３１定数に起因する発生電荷は、メンブレン５０の中央とメンブレン５０の周辺部付近で互いに逆極性になる。
【０００８】
下部電極膜２０、上部電極膜４０が全面に配されている従来の一般的な構造では、この逆極性の電荷が打ち消し合うことになり、センサ出力に寄与する出力電荷量は小さくなり、結果としてセンサ感度の低下を招く。
【０００９】
この問題に対して、上記特許文献１では、圧電膜を挟む上下の電極膜のうち一方の電極を複数の領域に分割し、従来同一電極内で互いに打ち消し合っていた逆極性の電荷を、極性を逆にして電荷量を増やすように取り出す方法を採用している。
【００１０】
しかしながら、この方法では、１）取り出した極性の異なる電荷を積算するための信号処理回路が必要となり煩雑となること、２）電極の分割パターンが同心円ないしはそれに類するものとなった時、内側の電極からの電荷取り出しに対して、手段を講じる必要があること、などの問題がある。
【００１１】
たとえば、上記２）の問題では、多層配線を用いて内側の電極から配線を引き出す、あるいは外側の電極の一部を切り欠いて、内側電極からの配線を引き出す等の方策が考えられるが、いずれも配線引き出しに伴うパターンの非対称性のためにメンブレンの変形が歪むこと、また多層配線を用いる場合には工程が複雑になるというデメリットがある。
【００１２】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、下部電極膜、圧電膜、上部電極膜を積層してなるメンブレンを有する圧電型メンブレンセンサにおいて、上下の電極膜を分割することなく、出力電荷量を大きくできるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、上記目的を達成するために、上記図５に示されるように、メンブレン５０の撓みにおいては、中立軸Ｊ（図５中の太い破線）という応力ゼロの境界線が存在することに着目した。この中立軸Ｊは、メンブレン５０において必ず存在する仮想軸であり、力学的な数値計算により一般的に求められるものである。
【００１４】
具体的には、中立軸Ｊは、これを境として中立軸Ｊよりも曲げ部の内側では圧縮、外側では引っ張りの曲げ応力が生じる。従来の一般的な構成では、上記図５に示されるように、中立軸Ｊは、メンブレン５０の全面において圧電膜３０の下側に位置している。そのため、上記図５のように、圧電膜３０に発生する応力の極性が中央部と周辺部とでは異なり、結果的に、圧電膜３０に発生する電荷の極性も同様に、部分的に異なる。
【００１５】
そこで、本発明者は、メンブレン５０の変形時すなわち撓み時に圧電膜３０に生じる応力がメンブレン５０の全面領域に渡って同極性となるようにするため、メンブレン５０のうちある部分では、中立軸Ｊを圧電膜３０の上側に位置させ、他の部分では中立軸Ｊを圧電膜３０の下側に位置させるというように、中立軸Ｊの位置を部分的に変えてやればよいと考えた。
【００１６】
本発明は、このような知見に鑑みて創出されたものであり、圧電型メンブレンセンサにおいて、メンブレン（５０）の撓みにおける中立軸（Ｊ）がメンブレン（５０）内にて圧電膜（３０）を跨いで圧電膜（３０）よりも上側に位置する部位と下側に位置する部位とが形成されるように、メンブレン（５０）の積層構造を部分的に異ならせることにより、メンブレン（５０）の撓み時に圧電膜（３０）に生じる応力がメンブレン（５０）の全面領域に渡って同極性となるようにしたことを特徴とする。
【００１７】
それによれば、メンブレン（５０）内にて中立軸（Ｊ）が圧電膜（３０）を跨いで異なる側に位置するようにメンブレン（５０）の積層構造を部分的に異ならせて、圧電膜（３０）に生じる応力を、メンブレン（５０）の全面領域に渡って同極性としているので、圧電膜（３０）に生じる電荷も、メンブレン（５０）の全面に渡って同極性とすることができる。そのため、上下の電極膜を分割することなく、出力電荷量を大きくできる。
【００１８】
ここで、メンブレン（５０）の積層構造を部分的に異ならせることは、メンブレン（５０）にて部分的に膜（６０）を付加することにより行える。
【００１９】
また、付加する膜（６０）を圧電膜（３０）よりも上側に配置するようにすれば、この種の圧電型メンブレンセンサにおいて、上記圧電膜（３０）に生じる応力をメンブレン（５０）の全面領域に渡って同極性としやすい。
【００２０】
また、付加する膜（６０）を上部電極膜（４０）よりも上側に配置するようにすれば、付加する膜（６０）による電気的な影響を小さくすることが容易である。
【００２１】
ここで、付加する膜（６０）としては、シリコン酸化膜、好ましくはプラズマＣＶＤで形成されたシリコン酸化膜、または、シリコン窒化膜、好ましくはプラズマＣＶＤで形成されたシリコン窒化膜を、採用できる。これらによれば、一般的な半導体プロセスにより、付加する膜（６０）を形成しやすい。
【００２２】
また、付加する膜（６０）を、金属膜とすれば、出力電荷量の低下を防止しやすい。さらに、金属膜を、アルミまたはアルミ系合金膜であるものとすれば、一般的な半導体プロセスにより形成しやすい。
【００２３】
また、付加する膜（６０）は、樹脂材料よりなるものにできるが、この場合、樹脂材料としてポリイミドを用いれば、一般的な半導体プロセスとの整合性がよく、また耐久性等に関する実績も豊富である。また、付加する膜（６０）は、複数の膜を積層したものであってもよい。
【００２４】
また、付加する膜（６０）は、メンブレン（５０）の中央部に設けられ、周辺部には設けられていないものであってもよいし、メンブレン（５０）の周辺部に設けられ、中央部には設けられていないものであってもよい。
【００２５】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００２７】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧電型メンブレンセンサとしての圧力センサ１００の構成を示す図であり、（ａ）はメンブレン５０の厚さ方向に沿った概略断面構成を示す図、（ｂ）は（ａ）の上面図であり、メンブレン５０およびその周辺部の概略平面構成を示す図である。なお、図１（ｂ）では、識別のため便宜上、付加膜６０の表面にハッチングを施してある。
【００２８】
圧力センサ１００は、半導体基板１０を有している。ここでは、半導体基板１０は、第１のシリコン層１１と第２のシリコン層１２との間に酸化膜１３が挿入されてなるＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）基板である。
【００２９】
この半導体基板１０においては、その裏面側にＫＯＨやＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）などによるウェットエッチングやドライエッチングなどにより凹部１４が形成されており、この凹部１４に対応する表面側の部分、つまり凹部１４の底部は、薄膜状の薄膜構造体１５として構成されている。
【００３０】
ここでは、半導体基板１０において、凹部１４は裏面側の第１のシリコン層１１および酸化膜１３を除去してなるものであり、図１（ｂ）に示されるように、円形の穴形状を有するものである。そして、薄膜構造体１５は、半導体基板１０の表面側に位置する第２のシリコン層１２により構成され、円形薄板状をなしている。
【００３１】
そして、この薄膜構造体１５の表面（図１（ａ）中の上面）には、下部電極膜２０、圧電膜３０、上部電極膜４０が順次積層されている。これら圧電膜３０およびこれを挟む各電極膜２０、４０は、一般的な圧電型メンブレンセンサにおけるものと同様のものであり、通常の半導体プロセスにより形成できるものである。
【００３２】
たとえば、下部電極膜２０は、ポリシリコンやアルミニウムなどよりなる膜であり、圧電膜３０は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの圧電体よりなる膜であり、上部電極膜４０は、アルミニウムなどよりなる膜である。
【００３３】
このように、図１（ａ）において凹部１４上に形成された積層体、すなわち薄膜構造体１５の上に下部電極膜２０、圧電膜３０、上部電極膜４０を順次積層してなる積層膜が、メンブレン５０として構成されている。ここでは、凹部１４が円形の穴形状であり薄膜構造体１５が円形の膜であるため、メンブレン５０も円形の薄膜である。つまり、メンブレン５０の平面形状は凹部１４の穴形状にて決まる。
【００３４】
さらに、本実施形態では、このような薄膜状のメンブレン５０において、メンブレン５０の撓みにおける中立軸Ｊ（後述の図２参照）がメンブレン５０内にて圧電膜３０を跨いで圧電膜３０の上下の膜に位置するようにメンブレン５０の積層構造を部分的に異ならせている。
【００３５】
この中立軸Ｊの位置関係等については後述するが、本実施形態では、それにより、メンブレン５０の撓み時に圧電膜３０に生じる応力がメンブレン５０の全面領域に渡って同極性となるようにメンブレン３０を構成している。
【００３６】
本実施形態では、メンブレン５０の積層構造を部分的に異ならせることは、図１に示されるように、メンブレン５０の全面領域のうち部分的に付加膜６０を付加することにより行われている。
【００３７】
ここでは、付加膜６０は、メンブレン５０の中央部に設けられ、メンブレン３０の周辺部には設けられていない。また、付加膜６０は、圧電膜３０よりも上側に配置され、特に、図１に示される例では、上部電極膜４０よりも上側に配置されている。
【００３８】
この付加膜６０としては、プラズマＣＶＤで形成されたシリコン酸化膜やシリコン窒化膜、あるいはスパッタや蒸着などにより形成されたアルミまたはアルミ系合金などの金属膜、さらには、印刷などにより形成されたポリイミドなどの樹脂材料よりなる樹脂膜などを、採用できる。
【００３９】
また、付加膜６０としては、単層膜に限られるものではなく、これらシリコン酸化膜やシリコン窒化膜、金属膜、樹脂膜などの中から選択された１種または２種以上の膜を、積層してなる積層であってもよい。
【００４０】
このような付加膜６０は、たとえば、この種の圧電型メンブレンセンサの一般的な製造工程により、付加膜６０を除いたメンブレン５０の部分までを作製した後に、さらに半導体プロセスなどに用いられる各種の成膜方法によって形成することができる。
【００４１】
かかる圧力センサ１００における付加膜６０の構成および作用などについて、図２も参照して、より詳しく述べる。図２は、本実施形態の圧力センサ１００の作用を説明するための概略断面図である。
【００４２】
図２に示されるように、この圧力センサ１００は、メンブレン５０が受ける圧力Ｐを測定するものである。図２では、圧力Ｐとして正圧Ｐがメンブレン５０の表面側に付与された場合を示している。
【００４３】
正圧Ｐが付与されると、メンブレン５０は、図２に示されるように、メンブレン５０の中央付近では下に凸な形状となり、メンブレン５０の周辺部付近では上に凸な形状となるように、撓む。
【００４４】
すると、このメンブレン５０に生じる撓みに伴い、圧電膜３０の圧電現象による電気的な変化が生じ、この電気的な変化は、圧電膜３０を挟む上下の電極膜２０、４０により、当該電極膜２０、４０間の電圧変化として検出される。
【００４５】
そして、電極膜２０、４０からの電気信号は、この電極膜２０、４０と電気的に接続された図示しないセンシング用回路によって処理され、センサ信号として出力される。それにより、圧力Ｐが測定される。
【００４６】
ここで、本実施形態では、メンブレン５０に付加膜６０を備え、メンブレン５０の積層構造を部分的に異なったものとしている。それにより、メンブレン５０の撓みにおける中立軸Ｊ（図２中の太い破線にて図示）がメンブレン５０内にて圧電膜３０を跨いで圧電膜３０よりも上側に位置する部位と、当該中立軸Ｊが下側に位置する部位とが形成されるようにしている。
【００４７】
具体的には、図２に示されるように、メンブレン５０の中央部では圧電膜３０よりも上側に中立軸Ｊが位置し、それ以外のメンブレン５０の部分すなわちメンブレン５０の周辺部では圧電膜３０よりも下側に中立軸Ｊが位置している。つまり、本実施形態では、付加膜６０をメンブレン５０の中央部のみに設け、当該中央部を部分的に厚くすることにより、メンブレン５０の中央部の中立軸Ｊを、従来の圧電膜３０の下側から本実施形態のように上側へと移動させている。
【００４８】
このような中立軸Ｊの配置を実現することにより、図２に示されるように、正圧Ｐ印加によってメンブレン５０が撓んだ時に圧電膜３０に生じる応力は、メンブレン５０の全面領域に渡って引っ張り応力、つまり同極性となる。
【００４９】
したがって、本実施形態では、このメンブレン５０の撓み時に圧電膜３０に生じる応力と同様に、圧電ｄ３１定数に起因する発生電荷は、メンブレン５０の全面にわたって同極性となる。
【００５０】
ここで、図２では、メンブレン５０に正圧Ｐが印加された状態における作用を示したが、負圧Ｐの場合も同様である。図３は、本実施形態の圧力センサ１００において、メンブレン５０の表面側に負圧Ｐが印加された状態を示している。
【００５１】
この場合、図３に示されるように、負圧Ｐが付与されると、メンブレン５０は、図３に示されるように、メンブレン５０の中央付近では上に凸な形状となり、メンブレン５０の周辺部付近は下に凸な形状となるように、撓む。この場合も、正圧の場合と同様に、この撓みに伴う圧電膜３０の電気的な変化を、上下の電極膜２０、４０により取り出して、圧力を測定できる。
【００５２】
ここで、この負圧Ｐの印加の場合も、中立軸Ｊは、メンブレン５０の中央部では圧電膜３０よりも上側に位置し、周辺部では圧電膜３０よりも下側に位置している。それにより、負圧Ｐの場合には、圧電膜３０に生じる応力は、メンブレン５０の全面領域に渡って圧縮応力となる。そして、上記した正圧の場合と同様、発生電荷は、メンブレン５０の全面にわたって同極性となる。
【００５３】
このように、本実施形態によれば、中立軸調整用の膜としての付加膜６０をメンブレン５０に備えることで、従来のような逆極性の電荷が打ち消し合うことによる出力電荷量の低下といった問題を回避でき、従来のように、上下の電極膜を分割することなく、出力電荷量を大きくできる。その結果、本実施形態においては、センサ感度の低下を防止することができる。
【００５４】
ここで、メンブレン５０において付加膜６０を付加する領域は、圧電膜３０に生じる応力の極性に対応するものである。そこで、付加膜６０を付加する前の状態のメンブレン５０において、数値解析によって、引っ張り応力領域と圧縮応力領域との応力分布を予想し、この応力分布に応じて付加膜６０の配置パターンを設計すればよい。
【００５５】
本実施形態では、凹部１４を円形の穴形状とすることで円形のメンブレン５０を形成しているが、メンブレン５０が円形の場合には、応力分布は、引っ張り応力領域と圧縮応力領域との２つの領域が同心円状に分かれた形態となる。そのため、本実施形態では、上記図１（ｂ）に示されるように、メンブレン５０と同心円をなすように円形状の付加膜６０を設けている。
【００５６】
ところで、上記付加膜６０としては、上述した各膜が採用できるが、一般的な半導体プロセスで用いられるシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、および、アルミやアルミ合金などの金属膜などが有力である。
【００５７】
付加膜６０の形成は、上述のように工程的には終盤に近く、比較的低温プロセスが要求されるため、プラズマＣＶＤによるシリコン酸化膜、シリコン窒化膜が付加膜６０として特に有力である。ポリシリコンは、成膜温度的に考えて圧電膜３０の形成後に形成することは困難であるため好ましくない。
【００５８】
また、付加膜６０としては、上記したように、半導体プロセスに用いられるポリイミドなどの樹脂膜も使用可能であるが、一般に有機材料は柔らかい、すなわちヤング率が小さい。そのため、剛性に対する影響が小さく、つまり、上記した中立軸Ｊを移動させる効果も小さいことから、樹脂膜は比較的厚膜とする必要がある。
【００５９】
ところで、この種の圧電型メンブレンセンサとしては、図１に示されるように、メンブレン５０は、下部電極膜２０、圧電膜３０、上部電極膜４０が順次積層されてなるが、下部電極膜２０の下側（メンブレン５０の裏面側）に薄膜構造体１５を含んで構成されるのが一般的である。そのため、通常は、圧電膜３０よりも下側の部分の方が上側（メンブレン５０の表面側）の部分よりも厚いものとなる。
【００６０】
このように、メンブレン５０において圧電膜３０よりも下部の方が厚い場合、中立軸調整用の付加膜６０は、圧電膜３０よりも上側に配置することで、上記した圧電膜３０に生じる応力をメンブレン５０の全面領域に渡って同極性とする効果が得られる。圧電膜３０よりも下側であっても同様の効果があるように思えるが、全くの逆効果になるため、上側に配することに意味がある。
【００６１】
付加膜６０を圧電膜３０よりも上側に設ける場合、圧電膜３０と上部電極膜４０との間に付加膜６０を挿入した形でもよい。ただし、圧電膜３０と上部電極膜４０の間に付加膜６０として絶縁膜を挿入した場合、圧電膜３０と上部電極膜４０との間にキャパシタが直列接続される格好となり、受圧つまりセンシング動作によって圧電膜３０の表面に発生する電荷が小さくなり、出力電荷量の低下を招きやすい。
【００６２】
したがって、付加膜６０として、上述したシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、樹脂膜などの絶縁膜を用いる場合、付加膜６０は、上部電極膜４０よりも上側に配置した方が効率的である。もっとも、付加膜６０として金属膜を用いる場合には、圧電膜３０と上部電極膜４０との間に配設しても上記した電気的な影響はほとんどなく、出力電荷量の低下を防止できる。
【００６３】
なお、付加膜６０形成前のメンブレン５０において、メンブレン５０の全面において圧電膜３０よりも中立軸Ｊが上側にある場合には、付加膜６０は、メンブレン５０において圧電膜３０よりも下側に部分的に設けてもよい。
【００６４】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る圧電型メンブレンセンサとしての圧力センサ２００の構成を示す図であり、（ａ）はメンブレン５０の厚さ方向に沿った概略断面構成を示す図、（ｂ）は（ａ）の上面図であり、メンブレン５０およびその周辺部の概略平面構成を示す図である。なお、図４（ａ）では、メンブレン５０が正圧で撓んだ状態を示している。また、図４（ｂ）では、識別のため便宜上、付加膜６０の表面にハッチングを施してある。
【００６５】
上記第１実施形態では、付加膜６０を、メンブレン５０の中央部に設け、周辺部には設けないことにより、圧電膜３０を跨いで、メンブレン５０の中央部では圧電膜３０よりも上側に中立軸Ｊが位置し、それ以外の周辺部では圧電膜３０よりも下側に中立軸Ｊが位置するようにしていた。
【００６６】
それに対して、本実施形態の圧力センサ２００では、図４に示されるように、付加膜６０を、メンブレン５０の周辺部に設け、中央部には設けていない。つまり、上記したような付加膜６０形成前の円形のメンブレン５０に生じる同心円状の応力分布において、上記実施形態では、正圧印加時に圧縮応力が生じる円形領域に付加膜６０を設けたのに対し、本実施形態では、正圧印加時に引っ張り応力となる同心円状の領域に付加膜６０を設けている。
【００６７】
それにより、本実施形態では、メンブレン６０の周辺部が部分的に厚いものとなり、圧電膜３０を跨いで、メンブレン５０の中央部では圧電膜３０の下側に中立軸Ｊが位置し、それ以外のメンブレン５０の部分では圧電膜３０の上側に中立軸Ｊが位置するようになっている。
【００６８】
そして、この場合、図４に示されるように、正圧印加によってメンブレン５０が撓んだ時に圧電膜３０に生じる応力は、メンブレン５０の全面領域に渡って圧縮応力、つまり同極性となる。
【００６９】
そのため、本実施形態においても、上記実施形態と同様に、圧電膜３０に生じる電荷を、メンブレン５０の全面に渡って同極性とすることができ、上下の電極膜を分割することなく、出力電荷量を大きくできる。
【００７０】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態においては、圧力センサは、センシング用回路と一体化して形成されたものであってもよい。このように、センシング用回路を一体形成する場合には、その回路形成プロセスに使われる膜を付加膜として用いることができる。また、この場合、その回路形成プロセスに使われる膜をパターニングする工程を利用して、付加膜のパターニングを行うようにしてもよい。
【００７１】
この場合、具体的には、例えば付加膜６０としてシリコン窒化膜を用いようとする場合、回路工程に含まれるパッシベーション膜を共用することができる。さらに、パッシベーション膜のパターニング工程を共用して、付加膜６０を形成することができる。つまり、全く工程を追加することなく、所望の効果を得ることが可能となる。
【００７２】
また、センシング用回路を一体形成する場合、付加膜６０として酸化膜を用いる場合には、層間絶縁膜などの共用が考えられる。さらに、付加膜６０として金属膜を用いる場合には、回路工程で多層配線を用いる場合に行われる多層配線形成工程のいずれかを用いることができる。
【００７３】
もちろん、これら全てを積層したものを付加膜６０として用いてもよい。付加膜６０として厚膜が必要な場合にはこの方法が使える。積層する場合、各層のパターンエッジを同一にそろえることは工程的に困難を伴う。なぜなら、段差が大きくなることでホトリソグラフィー工程でのレジスト塗布に支障が生じるなど、そもそもパターン間のアライメントが困難だからである。そのため、各層のパターンエッジは多少ずらせばよい。通常、メンブレン５０のサイズは数１００ｕｍ以上と大きいことが多く、上記のずれはほとんど問題にならない。
【００７４】
また、上記実施形態におけるメンブレン５０としては、凹部１４を矩形の穴形状として矩形のメンブレンとしてもよい。矩形の場合、上記した円形のものに比べて、引っ張り応力領域と圧縮応力領域との応力分布は多少複雑になるが、２領域に分かれる点は同様である。そのため、この場合にも、数値解析によって、当該応力分布を予想し、この応力分布に応じて付加膜６０の配置パターンを設計すればよい。
【００７５】
また、上記実施形態では、メンブレン５０の積層構造を部分的に異ならせることは、メンブレン５０にて部分的に付加膜６０を付加することにより行われているが、要は、積層構造を変えることでメンブレンを部分的に厚さの異なるものにして、上記した中立軸移動の効果を発揮できるようにすればよい。そこで、上記付加膜６０以外にも、たとえばメンブレン５０において部分的に積層数を変えて厚さを部分的に変えるなどの方法を採用してもよい。
【００７６】
また、メンブレン５０としては、下部電極膜、圧電膜、上部電極膜が順次積層された積層構造を有する薄膜状のものであれば、本発明を適用できる。上記した図示例では、付加膜６０を除くメンブレン５０の部分は、下部電極膜２０、圧電膜３０、上部電極膜４０の３層が示されていたが、これら３層２０〜４０以外にも、メンブレン５０においては、たとえば、表面を保護する保護膜や内部の各層の間に介在する層間膜などの層が備えられていてもよい。
【００７７】
また、半導体基板１０としては、その裏面にエッチングなどにより凹部１４を形成し、この凹部１４に対応する表面側を薄膜構造体１５として構成できるものであるならば、上述のＳＯＩ基板に限定されるものではない。
【００７８】
また、上記実施形態では、圧力センサを中心に述べてきたが、本発明は、圧電型メンブレンセンサであるならば、圧力センサに限定されるものではなく、超音波センサなどに適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧力センサの構成を示す図であり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）の上面図である。
【図２】上記第１実施形態の圧力センサにおいて正圧を印加した状態を示す概略断面図である。
【図３】上記第１実施形態の圧力センサにおいて負圧を印加した状態を示す概略断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る圧力センサの構成を示す図であり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）の上面図である。
【図５】本発明者の試作品としての圧電型メンブレンセンサの概略断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
２０…下部電極膜、３０…圧電膜、４０…上部電極膜、５０…メンブレン、
６０…付加する膜としての付加膜、Ｊ…中立軸。
【図１】
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【図２】
2007333504.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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