JP2014115209A - Ｍｅｍｓ素子、電子デバイス、高度計、電子機器および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】薄肉のダイヤフラム部を基板に形成することが可能となり、低圧力であっても変形させることができ、正確な微小圧力を計測可能とする圧力センサーを構成することができるＭＥＭＳ素子を得る。
【解決手段】基板と、前記基板の主面上に設けられる固定電極と、前記固定電極と離間し、前記主面の法線方向矢視において前記固定電極と重なり、前記主面に交差する方向に駆動する可動端部と、前記主面に接続する固定端部と、を備える可動電極と、を備える共振子と、を備え、前記基板には、可撓部を備え、前記可撓部に対応して前記共振子が配置されているＭＥＭＳ素子。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＭＥＭＳ素子、電子デバイス、高度計、電子機器および移動体に関する。

従来、圧力を検出するデバイスとしては、特許文献１に示すような半導体圧力センサーが知られていた。特許文献１に示す半導体圧力センサーは、シリコンウエハーに歪受感素子を形成し、シリコンウエハーの歪受感素子形成面と反対側の面を研磨し、薄肉化することによってダイヤフラム部を形成し、圧力によって変位するダイヤフラム部に生じる歪を歪受感素子によって検出し、その検出結果を圧力に変換するものであった。

特開２００１−３３２７４６号公報

しかし、特許文献１に示す歪受感素子を備える圧力センサーでは、シリコンウエハーを薄肉化する必要があり、圧力センサーからの信号を処理する演算部となる半導体装置（ＩＣ）との一体化を困難にするものであった。

一方、半導体装置の製造方法、装置によって微小機械システムを製造する、いわゆるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）素子が注目されている。ＭＥＭＳ素子を用いることによって、極めて小型の各種センサー、あるいは発振器などを得ることができる。これらはＭＥＭＳ技術によって微細な振動素子を基板上に形成し、振動素子の振動特性を利用して、加速度の検出、基準信号の生成、などを行う素子を得ることができる。

このＭＥＭＳ技術を用いて振動素子を形成し、ＭＥＭＳ振動素子の振動周波数の変動によって圧力を検出する圧力センサーを構成することにより、ＩＣとの一体化された圧力センサーを実現することが可能となる。更に、薄肉のダイヤフラム部を基板に形成することが可能となり、低圧力であっても変形させることができ、正確な微小圧力を計測可能とする圧力センサーを構成することができるＭＥＭＳ素子を得る。

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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

〔適用例１〕本適用例に係るＭＥＭＳ素子は、基板と、前記基板の主面上に設けられる固定電極と、前記固定電極と離間し、前記主面の法線方向矢視において前記固定電極と重なり、前記主面に交差する方向に駆動する可動端部と、前記主面に接続する固定端部と、を備える可動電極と、を備える共振子と、を備え、前記基板には、可撓部を備え、前記可撓部に対応して前記共振子が配置されていることを特徴とする。

本適用例のＭＥＭＳ素子によれば、可撓部に外部圧力が付加されることにより可撓部には撓みが生じ、共振子の振動特性、すなわち共振周波数に変化をもたらす。この外部圧力と、共振子の周波数特性の変化と、の関係を導き出すことによって、共振子の周波数特性の変化から外部圧力を検出するセンサーとしてＭＥＭＳ素子を利用することができる。

〔適用例２〕上述の適用例において、前記主面の法線方向矢視において、前記可撓部の平面形状の図心が、前記固定電極と前記可動電極と重なる領域内に在ることを特徴とする。

共振子の振動特性を決定する一要因としての固定電極と可動電極とのギャップ（間隙）が形成される領域が、主面の法線方向矢視における固定電極と可動電極との重なる領域である。上述の適用例によれば、このギャップ形成領域に可撓部の撓み変形の頂点がくるように可撓部を配置することができ、外部負荷としての圧力が微小圧力であって可撓部の撓み量が極めて微小となっても、ギャップの変化を検出することを可能とする。すなわち、極微小の圧力を検出するセンサーとしてのＭＥＭＳ素子を得ることができる。

〔適用例３〕上述の適用例において、前記主面の法線方向矢視における前記可撓部の平面形状が、前記固定端部と重ならないことを特徴とする。

上述の適用例によれば、可撓部の領域外に可動電極の固定端部が配置されることで、可動電極が可撓部の撓み変形に影響されず、可撓部の撓み変形は固定電極の変形となってギャップを変化させる。従って、外部負荷の圧力によるギャップの変化量の設計計算、あるいはＭＥＭＳ素子の製造工程における圧力検出調整をすることが容易になり、正確な圧力検出を可能とするＭＥＭＳ素子を得ることができる。

〔適用例４〕上述の適用例において、前記主面の法線方向矢視において、前記可撓部の平面形状が多角形であることを特徴とする。

上述の適用例によれば、可撓部の外部負荷の圧力による撓み変形の頂点の位置が、多角形平面形状の図心近傍となる。従って、外部負荷の圧力によるギャップの変化量の設計計算、あるいはＭＥＭＳ素子の製造工程における圧力検出調整をすることが容易になり、正確な圧力検出を可能とするＭＥＭＳ素子を得ることができる。

〔適用例５〕上述の適用例において、前記主面の法線方向矢視において、前記可撓部の平面形状が円形であることを特徴とする。

上述の適用例によれば、可撓部の外部負荷の圧力による撓み変形の頂点の位置が、円形平面形状の中心近傍となる。従って、外部負荷の圧力によるギャップの変化量の設計計算、あるいはＭＥＭＳ素子の製造工程における圧力検出調整をすることが容易になり、正確な圧力検出を可能とするＭＥＭＳ素子を得ることができる。

〔適用例６〕上述の適用例において、前記可撓部は、前記基板に設けられた凹部によって形成された前記基板の薄肉部であることを特徴とする。

上述の適用例によれば、基板に凹部を形成するだけで容易に可撓部を形成することができる。また凹部の深さの調整によって、容易に薄肉部の肉厚を調整することができ、検出する外部圧力の高低に応じたＭＥＭＳ素子を簡便に得ることができる。

〔適用例７〕上述の適用例において、前記可撓部は、前記基板の前記主面と表裏の関係にある裏面側に設けられた凹部であることを特徴とする。

上述の適用例によれば、基板における共振子を形成しない基板ウエハーの裏面側に凹部を形成するため、複雑な製造工程を必要とせず、容易に可撓部を形成することができる。また凹部の深さの調整によって、容易に薄肉部の肉厚を調整することができ、検出する外部圧力の高低に応じたＭＥＭＳ素子を簡便に得ることができる。

〔適用例８〕上述の適用例において、前記基板は前記主面を含む層を備え、前記層の内部応力が引っ張り応力であることを特徴とする。

基板を構成するウエハー基板には半導体素材、例えばシリコンを用いられ、そのシリコン基板へは酸素が打ち込まれ、基板を膨張させている。しかし、上述の適用例によれば、凹部を形成するためにウエハー基板部を主体として基板を除去した際に、シリコン基板の膨張は凹部を収縮させることによる薄肉部に波状にしわを発生を抑制し、薄肉部を平板状に維持することができる。従がって、しわを原因とするＭＥＭＳ素子の損傷を防止し、圧力によるダイヤフラムの変形に異常が生じることを抑制することができる。

〔適用例９〕上述の適用例において、半導体装置を含むことを特徴とする。

上述の適用例によれば、半導体装置、いわゆるＩＣの製造装置、方法と同じ製造装置、方法によってＭＥＭＳ素子が製造可能なので、製造コストの低減、環境負荷低減を図りながら、容易にＭＥＭＳ素子とＩＣとを一体化させることができ、発振回路を備える小型のＭＥＭＳ素子を得ることができる。

〔適用例１０〕本適用例の電子デバイスは、上述のＭＥＭＳ素子と、前記ＭＥＭＳ素子の前記基板を、圧力変動領域に露出させて保持する保持手段と、を備え、前記圧力変動領域に前記可撓部が露出していることを特徴とする。

本適用例の電子デバイスによれば、可撓部に外部圧力が付加されることにより可撓部には撓みが生じ、共振子の振動特性、すなわち共振周波数に変化をもたらす。この外部圧力と、共振子の周波数特性の変化と、の関係を導き出すことによって、共振子の周波数特性の変化から外部圧力を検出する電子デバイスとしての圧力センサーが得られる。

〔適用例１１〕本適用例の高度計は、上述のＭＥＭＳ素子と、前記ＭＥＭＳ素子の前記基板を、圧力測定対象領域に露出させ、前記圧力測定対象領域に前記可撓部を露出させて保持する保持手段と、前記ＭＥＭＳ素子の測定データを処理するデータ処理部と、を備えていることを特徴とする。

本適用例の高度計によれば、可撓部に外部圧力が付加されることにより可撓部には撓みが生じ、共振子の振動特性、すなわち共振周波数に変化をもたらす。この外部圧力と、共振子の周波数特性の変化と、の関係を導き出すことによって、共振子の周波数特性の変化から外部圧力を検出し、その圧力値から高度を算出することができる高度計を得られる。

〔適用例１２〕本適用例の電子機器は、上述のＭＥＭＳ素子、電子デバイスもしくは高度計を備えることを特徴とする。

本適用例の電子機器によれば、極低圧の圧力値が得られ、その圧力値を基に動作させる電子機器を得ることができる。

〔適用例１３〕本適用例の移動体は、上述のＭＥＭＳ素子、電子デバイス、高度計、もしくは電子機器を備えることを特徴とする。

本適用例の移動体によれば、極低圧の圧力値が得られ、その圧力値を基に動作させる電子機器を備える移動体を得ることができる。

第１実施形態に係るＭＥＭＳ素子を示す、（ａ）は概略断面図、（ｂ）ＭＥＭＳ振動子部の平面図。 第１実施形態に係るＭＥＭＳ素子の、（ａ）は定常状態、（ｂ）は加圧状態の動作を説明するＭＥＭＳ振動子部の断面模式図。 その他の形態に係るＭＥＭＳ素子を示す、（ａ）は概略断面図、（ｂ）、（ｃ）は概略平面図。 第１実施形態に係るＭＥＭＳ素子の、その他の形態におけるＭＥＭＳ振動子部の断面模式図。 その他の形態に係るＭＥＭＳ素子を示す断面図。 第２実施形態に係る高度計を示す、（ａ）は構成図、（ｂ）は（ａ）に示すＥ部拡大図。 その他の形態に係る高度計を示す部分断面図。 第３実施形態に係る移動体を示す外観図。

以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。

（第１実施形態）
図１に第１実施形態に係るＭＥＭＳ素子を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）に示す電極部のＡ方向の矢視において後述する被覆層を透過した平面図である。なお、図１（ａ）は、（ｂ）に示すＢ−Ｂ´部に相当する断面図となる。図１（ａ）に示すように、本実施形態に係るＭＥＭＳ素子１００は、ウエハー基板１１と、ウエハー基板１１の主面１１ａに形成された第１酸化膜１２と、第１酸化膜１２上に形成された窒化膜１３と、により構成される基板１０を備えている。ウエハー基板１１は、シリコン基板であり、後述する半導体装置、いわゆるＩＣを形成するウエハー基板１１としても用いられている。

基板１０の第１の面としての主面１０ａ、すなわち窒化膜１３の表面１３ａ、に共振子としてのＭＥＭＳ振動子２０が形成されている。ＭＥＭＳ振動子２０は、図１（ｂ）に示す第１導電層２１に備える固定下部電極２１ａ（以下、下部電極２１ａという）と、第２導電層２２に備える可動電極２２ａ（以下、上部電極２２ａという）と、により構成される。図１（ｂ）にも示すように、第１導電層２１は、下部電極２１ａと図示しない外部配線とに接続する第１配線部２１ｂとを備えている。また、第２導電層２２は、上部電極２２ａと図示しない外部配線とに接続する第２配線部２２ｂとを備えている。第１導電層２１および第２導電層２２は、導電性のポリシリコンをフォトリソグラフィーによりパターニングすることで形成される。なお、第１導電層２１および第２導電層２２は、本実施形態ではポリシリコンを用いる例を示すが、これに限定されるものではない。

ＭＥＭＳ振動子２０は、下部電極２１ａと上部電極２２ａと、の間に上部電極２２ａが可動可能な空間としての間隙部Ｇが形成されている。また、ＭＥＭＳ振動子２０は、基板１０の主面１０ａ上に形成された空間部Ｓに収容されるように形成されている。空間部Ｓは、次のように形成される。第１導電層２１および第２導電層２２が形成された後、第２酸化膜４０を形成する。第２酸化膜４０には、第２導電層２２の形成と同時にポリシリコンによる、後述する空間壁部３０の最下層３３と接続されるように最下層３３が露出される穴が形成され、第１配線層３１がフォトリソグラフィーによるパターニングにより形成される。

更に、第３酸化膜５０が第２酸化膜４０上に形成される。第３酸化膜５０には、第１配線層３１が露出する穴が形成され、第２配線層３２がフォトリソグラフィーによるパターニングにより形成される。第２配線層３２は、後述する空間壁部３０の最上層を構成する壁部３２ａと、ＭＥＭＳ振動子２０を収納する空間Ｓを構成する蓋部３２ｂと、を備えている。更に、第２配線層３２の蓋部３２ｂには、空間Ｓを形成するために製造過程で形成された空間Ｓの領域にある第２酸化膜４０および第３酸化膜５０をリリースエッチングするための開口３２ｃを備えている。

次に、第２配線層３２の開口３２ｃを露出させるように保護膜６０が形成され、開口３２ｃより第２酸化膜４０および第３酸化膜５０をエッチングするエッチング液が導入され、リリースエッチングより空間Ｓが形成される。空間Ｓは、最下層３３と、第１配線層３１と、第２配線層３２と、によって形成される空間壁部３０に囲まれた領域である。

ＭＥＭＳ振動子２０に設けられている間隙部Ｇは、上述した空間Ｓの形成時におけるリリースエッチングにより形成される。すなわち、第１導電層２１が形成された後、下部電極２１ａ上に図示しない第４酸化膜が形成され、第４酸化膜上に上部電極２２ａが形成される。そして、第４酸化膜がリリースエッチングによって、第２酸化膜４０および第３酸化膜５０とともに除去され、間隙部Ｇが形成される。なお、上述したリリースエッチングによって除去される空間Ｓに相当する領域の第２酸化膜４０および第３酸化膜５０、そして第４酸化膜は、犠牲層と呼ばれている。

リリースエッチングが終了し、空間Ｓが形成されると被覆層７０が形成され、保護膜６０に覆われていない第２配線層３２の蓋部３２ｂを覆い、開口３２ｃが封止される。これにより空間Ｓは密閉される。

こうしてＭＥＭＳ素子１００が形成されるが、本実施形態に係るＭＥＭＳ素子１００では、ＭＥＭＳ振動子２０に対応する基板１０の主面１０ａの反対面である第２の面としての基板裏面１０ｃとなるウエハー基板１１のウエハー基板裏面１１ｄに、凹部１１ｂが形成されている。凹部１１ｂが形成されることにより、ＭＥＭＳ振動子２０が形成される主面１０ａの領域では薄肉部１１ｃが形成される。この薄肉部１１ｃと、薄肉部１１ｃ上に形成される第１酸化膜１２と、窒化膜１３と、により可撓部１０ｂが構成される。

本実施形態に係るＭＥＭＳ素子１００の可撓部１０ｂを形成する凹部１１ｂは、図１（ｂ）に示すように円形の平面形状を有する、すなわち円柱状の凹部１１ｂを構成している。可撓部１０ｂのＡ方向矢視の平面形状となる凹部１１ｂの平面領域は、空間壁部３０の内部領域の範囲で形成される。なお好ましくは、図１（ｂ）に示すように、Ａ方向矢視の平面形状となる凹部１１ｂの平面領域の中心Ｃが、下部電極２１ａと上部電極２２ａとがＡ方向矢視で重なる領域Ｄの領域内に在り、更に、Ａ方向矢視の平面形状となる凹部１１ｂの平面領域が、上部電極２２ａの固定端部Ｐｆに重ならない。

本実施形態に係るＭＥＭＳ素子１００では、可撓部１０ｂを備えるＭＥＭＳ素子１００は、外的な要因、特に圧力などの外力によって可撓部１０ｂに撓みが生じ、ＭＥＭＳ振動子２０の振動周波数特性に変化を与える。そのメカニズムについて、図２に基づいて説明する。図２（ａ）は、図１（ａ）に示すＭＥＭＳ素子１００の定常状態におけるＭＥＭＳ振動子２０の図１（ｂ）に示すＢ−Ｂ´部の断面拡大模式図、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す定常状態に対して外力が付加された状態におけるＭＥＭＳ素子１００のＭＥＭＳ振動子２０を示す断面拡大模式図である。

図２（ａ）に示すように、定常状態におけるＭＥＭＳ振動子２０は、下部電極２１ａに対して間隙部Ｇを離間して上部電極２２ａが配置されている。上部電極２２ａは、基板１０の主面１０ａとの接合点Ｐｆを固定点とする片持梁となっている。下部電極２１ａおよび上部電極２２ａに付加される電荷によって生じる静電力が、上部電極２２ａをＦ方向に振動させる。また、間隙部Ｇの静電容量の変化を検出することにより、ＭＥＭＳ振動子２０の振動周波数などの振動特性を取得することができる。

上述のように振動させることができるＭＥＭＳ振動子２０を備えるＭＥＭＳ素子１００に、図２（ｂ）に示すようにウエハー基板１１の凹部１１ｂに外力として圧力ｐが付加され、凹部１１ｂの凹部基板面１１ｅに掛かる圧力ｐによって、可撓部１０ｂを構成する薄肉部１１ｃ、第１酸化膜１２、そして窒化膜１３に応力が掛かり、基板１０の主面１０ａは変形して主面１０ａ´となって撓みδを生じる。上部電極２２ａは、上述した通り、上部電極２２ａの固定端部Ｐｆに対して凹部１１ｂがＡ方向矢視において重ならない、すなわち凹部１１ｂは固定端部ＰｆよりＡ方向矢視においてα（α≧０）離間している。これにより、固定端部Ｐｆが形成されている主面１０ａには圧力ｐによる撓みは生じず、その結果、ＭＥＭＳ振動子２０の間隙部Ｇは、撓みδ分によって変位後の固定電極２１ａ´と可動電極２２ａとの間隙部Ｇ´へ変化し、が減少する。この間隙部Ｇから間隙部Ｇ´への変化によって、ＭＥＭＳ振動子２０の振動特性に変化をもたらされる。

このように間隙部Ｇの間隙部Ｇ´への隙量の変化をもたらす外圧ｐと、ＭＥＭＳ振動子２０の周波数特性の変化と、の関係を導き出すことによって、ＭＥＭＳ振動子２０の周波数特性の変化から外圧としての圧力ｐを検出するセンサーとしてＭＥＭＳ素子１００を利用することができる。また、ウエハー基板１１の薄肉部１１ｃの設計においては、薄肉部１１ｃは、いわゆる外周固定平板への均等圧力の付加の形態として撓み量計算を容易に行うことができる。従って、検出圧力仕様に対して、ＭＥＭＳ素子１００の薄肉部１１ｃの肉厚を容易に設計することができる。更には、製造工程においても、薄肉部１１ｃの肉厚調整の調整量と、検出圧力の調整量と、の関係が容易に推定できるため、製造工程での調整が容易で、正確な圧力検出を可能とするＭＥＭＳ素子を得ることができる。

図３は、凹部１１ｂのその他の形態を示す。図３（ａ）に示すＭＥＭＳ素子１１０は、ウエハー基板１１に第１酸化膜１２が露出する凹部１１ｂを形成し、第１酸化膜１２と窒化膜１３とにより可撓部１０ｆが形成されている。ＭＥＭＳ素子１１０では、ウエハー基板１１は上述したようにシリコン基板であり内部に酸素が打ち込まれており、ウエハー基板１１自体は図示Ｒ方向の膨張する応力が発生している。そして、凹部１１ｂではウエハー基板１１のＲ方向の膨張する応力によって、図示矢印ｒ方向へ収縮する。このｒ方向の収縮によって可撓部１０ｆも収縮させられ、しわや波状の変形を生じてしまう。しかし、窒化膜１３は、内部に引っ張り応力を残留して成膜されるため、可撓部１０ｆの収縮による変形を窒化膜１３の内部座流している引っ張り応力により相殺し、しわや波状の変形の発生を抑制することができる。

従がって、可撓部１０ｆを図３（ａ）に示すように窒化膜１３と第１酸化膜１２とで構成しても、より薄肉で変形が抑制された可撓部１０ｆを形成することができ、微小圧力を検出することができるＭＥＭＳ素子１１０を得ることができる。なお窒化膜１３は、内部に引っ張り応力が残留する被膜であれば窒化膜に限定されない。

図３（ｂ）に示すように、ＭＥＭＳ素子１２０は、ＭＥＭＳ素子１００における凹部１１ｂの平面形状が多角形で形成され、多角形の一例として六角形に形成した形態を示す。図３（ｂ）に示すように、六角形の平面形状を備える凹部１１ｆであってもよ、凹部１１ｆの平面形状の六角形の図心である中心Ｃは、下部電極２１ａと上部電極２２ａとの重なり領域Ｄの領域内に配置され、上部電極２２ａの固定端部Ｐｆとα離間して凹部１１ｆは形成されることが好ましい。なお、凹部１１ｆの平面形状は六角形に限定されない。また、多角形の平面形状を備える凹部１１ｆの場合、その平面形状は正多角形であることが好ましい。

図３（ｃ）に示すＭＥＭＳ素子１３０は、ＭＥＭＳ素子１００における凹部１１ｂの形成領域を拡大させた形態を示す。図３（ｃ）に示すように、ＭＥＭＳ素子１３０に備える凹部１１ｇは、平面形状が円形に形成され、凹部１１ｇの領域内に上部電極２２ａの固定端部Ｐｆが含まれるように配置されている。そして、凹部１１ｇの円形平面形状の中心Ｃは、下部電極２１ａと上部電極２２ａとの重なり領域Ｄの領域内に配置されている。ＭＥＭＳ素子１３０の凹部１１ｇは、少なくとも空間Ｓ（図１参照）を構成する空間壁部３０の内側の領域内に配置される。このように形成された凹部１１ｇの場合、外的な要因である圧力などの外力によって生じる可撓部１０ｂの撓みの発生は、図４に示すような挙動を生じる。

図４は、図３（ｃ）に示すＭＥＭＳ素子１３０に、圧力ｐが付加された状態におけるＥ−Ｅ´部を示す断面図である。図４に示すように、上部電極２２ａの固定端部Ｐｆが、Ａ方向矢視において凹部１１ｇの形成領域内になるように凹部１１ｆが形成されている。凹部１１ｇに圧力ｐが付加されることにより、凹部基板面１１ｅ（図２参照）は圧力ｐにより、圧力ｐ方向（図示矢印）に押圧され変形し、主面１０ａは変形して主面１０ａ´となって撓みδを生じる。また上部電極２２ａの固定端部Ｐｆにおいても変形後の主面１０ａ´領域となって、変形後の主面１０ａ´の面形状に沿って上部電極２２は移動し、移動後の上部電極２２ａ´の位置となる。

これら主面の撓みδによる変位後の固定電極２１ａ´と、上部電極２２ａの移動後の上部電極２２ａ´への移動量と、によって、間隙部Ｇが間隙部Ｇ´´に変化する。この間隙部Ｇから間隙部Ｇ´´への変化によって、ＭＥＭＳ振動子２０の振動特性に変化をもたらされる。ＭＥＭＳ振動子２０の周波数特性の変化と圧力ｐの関係より、ＭＥＭＳ振動子２０の周波数特性の変化を外圧としての圧力ｐとして検出するセンサーとしてＭＥＭＳ素子１３０を利用することができる。

図５は、上述したＭＥＭＳ素子１００と半導体装置を１チップに構成した形態を示す。図５に示すＭＥＭＳ素子２００は、ＭＥＭＳ素子１００と、半導体装置２１０と、を１チップに形成した構成を有する。ＭＥＭＳ素子１００は、半導体製造装置を用い、半導体製造方法によって製造することができる微細装置であることから、半導体装置２１０をＭＥＭＳ素子１００と同一のウエハー基板１１に容易に形成することができる。半導体装置２１０には、ＭＥＭＳ素子１００を駆動する発振回路、およびＭＥＭＳ素子１００の周波数変動を演算する演算回路、などを備えている。ＭＥＭＳ素子２００に示すように、半導体装置２１０を、ＭＥＭＳ素子１００と１チップに形成することにより、小型のセンサーデバイスとしてのＭＥＭＳ素子を得ることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態として、高度計を図面に基づいて説明する。第２実施形態に係る高度計は、第１実施形態に係るＭＥＭＳ素子１００，２００を備える電子デバイスとしての圧力センサーを備える電子機器の１形態である。

図６（ａ）に示すように、第２実施形態に係る高度計１０００は筐体１１００に、第１実施形態に係るＭＥＭＳ素子２００と、ＭＥＭＳ素子２００を保持し筐体１１００に装着される保持手段としての素子固定枠１２００と、ＭＥＭＳ素子２００からの得られるデータ信号を高度データへ演算する演算部１３００と、を備えている。筐体１１００には、ＭＥＭＳ素子２００に備えるＭＥＭＳ素子１００の可撓部１０ｂ（図１参照）が、大気と通気可能とする開口１１００ａが設けられている。

図６（ａ）に示すＥ部、すなわちＭＥＭＳ素子２００の装着部断面の詳細を図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）に示すように、開口１１００ａ側にＭＥＭＳ素子１００の可撓部１０ｂが露出するように配置されている。また、素子固定枠１２００も、貫通孔１２００ａを備え、貫通孔１２００ａもＭＥＭＳ素子１００の可撓部１０ｂが露出するように配置されている。素子固定枠１２００とＭＥＭＳ素子２００とは、素子固定枠１２００の接合面１２００ｂに接着などの手段により接合されている。ＭＥＭＳ素子２００が接合された素子固定枠１２００は、ねじ１４００により筐体１１００に装着される。なお、素子固定枠１２００の筐体への固定方法はねじ１４００に限定されず、接着などの固着手段であってもよい。

高度計１０００は、筐体１１００の開口１１００ａ、および素子固定枠１２００の貫通孔１２００ａを介して通気されているＭＥＭＳ素子１００の可撓部１０ｂに付加される圧力変動領域としては大気中に通気され、大気の圧力（以下、大気圧という）を検出し、高度データを出力する。出力される高度データは、図６（ａ）に示す表示手段２１００を備えるパーソナルコンピューター２０００（以下、ＰＣ２０００という）に送信され、ＰＣ２０００の表示手段２１００に表示される。この際、ＰＣ２０００に備える処理ソフトによって、高度データの記憶、グラフ化、地図データへの表示、など様々なデータ処理を行うことができる。なお、ＰＣ２０００に代えて、高度計１０００にデータ処理装置、表示部、外部操作部、等を備えることもできる。

図７は、第２実施形態に係る高度計１０００に備えるＭＥＭＳ素子２００のその他の形態を示す。図７は、図６（ａ）に示す高度計１０００の図６（ａ）のＥ部を示す。図７に示すように、ＭＥＭＳ素子２００は、ＭＥＭＳ素子２００に可撓性と気密性とを備える可撓膜３００が固着されている。可撓膜３００としては、例えばフッ素樹脂、合成ゴムなどの弾力性を備え、気体透過率の小さい材料、あるいは金属薄膜が好ましい。

可撓膜３００は、ＭＥＭＳ素子１００の可撓部１０ｂを覆うように配置され、フランジ部３００ａで基板１０に固着されている。このとき、基板１０と可撓膜３００によって形成される空間Ｑ（図示点状ハッチング部）は、例えば空気、不活性ガスなどの気体が充填され、圧力変動領域として形成されている。可撓膜３００を備えたＭＥＭＳ素子２００は、素子固定枠１２００に固着され、筐体１１００に装着される。

ＭＥＭＳ素子２００は、可撓膜３００を備えることにより、外部の異物、ごみなどがＭＥＭＳ素子１００に付着することを防止し、清浄に保つことができるため、安定した高度計の性能を得ることができる。また、可撓膜３００の外部環境が液体、腐食ガス、などであってもＭＥＭＳ素子２００の損傷を抑制することができる。

（第３実施形態）
第１実施形態に係るＭＥＭＳ素子１００，２００、あるいは第２実施形態に係る高度計１０００を備える電子機器としてのナビゲーションシステムと、そのナビゲーションシステムを搭載する移動体としての一態様の自動車について説明する。

図８は、電子機器としてのナビゲーションシステム３０００を備える移動体としての自動車４０００の外観図である。ナビゲーションシステム３０００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、第２実施形態に係る高度計１０００と、を備え、運転者に視認可能な位置に配設された表示手段３１００に所定の位置情報あるいは進路情報を表示する。

図８に示す、自動車４０００では、ナビゲーションシステム３０００に高度計１０００を備えることにより、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運転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３０００では、高度情報を高度計１０００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運転者に提供することができる。

また、第１実施形態に係るＭＥＭＳ素子１００，２００により小型の圧力検出機器を構成することが可能となり、自動車４０００に、油圧あるいは空気圧による駆動システムを容易に組み込むことができる。これにより、装置の圧力の監視、および制御データを容易に取得することができる。

１０…基板、２０…ＭＥＭＳ振動子、３０…空間壁部、４０…第２酸化膜、５０…第３酸化膜、６０…保護膜、７０…被覆層、１００…ＭＥＭＳ素子。

図３は、凹部１１ｂのその他の形態を示す。図３（ａ）に示すＭＥＭＳ素子１１０は、
ウエハー基板１１に第１酸化膜１２が露出する凹部１１ｂを形成し、第１酸化膜１２と窒
化膜１３とにより可撓部１０ｆが形成されている。ＭＥＭＳ素子１１０では、ウエハー基
板１１は上述したようにシリコン基板であり内部に酸素が打ち込まれており、ウエハー基
板１１自体は図示Ｒ方向の膨張する応力が発生している。そして、凹部１１ｂではウエハ
ー基板１１のＲ方向の膨張する応力によって、図示矢印ｒ方向へ収縮する。このｒ方向の
収縮によって可撓部１０ｆも収縮させられ、しわや波状の変形を生じてしまう。しかし、
窒化膜１３は、内部に引っ張り応力を残留して成膜されるため、可撓部１０ｆの収縮によ
る変形を窒化膜１３の内部に残留している引っ張り応力により相殺し、しわや波状の変形の発生を抑制することができる。

図４は、図３（ｃ）に示すＭＥＭＳ素子１３０に、圧力ｐが付加された状態におけるＥ
−Ｅ´部を示す断面図である。図４に示すように、上部電極２２ａの固定端部Ｐｆが、Ａ
方向矢視において凹部１１ｇの形成領域内になるように凹部１１ｆが形成されている。凹
部１１ｇに圧力ｐが付加されることにより、凹部基板面１１ｅ（図２参照）は圧力ｐによ
り、圧力ｐ方向（図示矢印）に押圧され変形し、主面１０ａは変形して主面１０ａ´とな
って撓みδを生じる。また上部電極２２ａの固定端部Ｐｆにおいても変形後の主面１０ａ
´領域となって、変形後の主面１０ａ´の面形状に沿って上部電極２２ａは移動し、移動後の上部電極２２ａ´の位置となる。

図８に示す、自動車４０００では、ナビゲーションシステム３０００に高度計１０００
を備えることにより、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運転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３０００では、高度情報を高度計１０００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運転者に提供することができる。

Claims (13)

1. 基板と、
   前記基板の主面上に設けられる固定電極と、前記固定電極と離間し、前記主面の法線方向矢視において前記固定電極と重なり、前記主面に交差する方向に駆動する可動端部と、前記主面に接続する固定端部と、を備える可動電極と、を備える共振子と、を備え、
   前記基板には、可撓部を備え、
   前記可撓部に対応して前記共振子が配置されている、
   ことを特徴とするＭＥＭＳ素子。
2. 前記主面の法線方向矢視において、前記可撓部の平面形状の図心が、前記固定電極と前記可動電極とが重なる領域内に在る、
   ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ素子。
3. 前記主面の法線方向矢視における前記可撓部の平面形状が、前記固定端部と重ならない、
   ことを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳ素子。
4. 前記主面の法線方向矢視において、前記可撓部の平面形状が多角形である、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ素子。
5. 前記主面の法線方向矢視において、前記可撓部の平面形状が円形である、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ素子。
6. 前記可撓部は、前記基板に設けられた凹部によって形成された前記基板の薄肉部である、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ素子。
7. 前記可撓部は、前記基板の前記主面と表裏の関係にある裏面側に設けられた凹部である、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ素子。
8. 前記基板は前記主面を含む層を備え、前記層の内部応力が引っ張り応力である、
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ素子。
9. 半導体装置を含むことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ素子。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ素子と、
    前記ＭＥＭＳ素子の前記基板を、圧力変動領域に露出させて保持する保持手段と、を備え、
    前記圧力変動領域に前記可撓部が露出している、
    ことを特徴とする電子デバイス。
11. 請求項１から９のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ素子と、
    前記ＭＥＭＳ素子の前記基板を、圧力測定対象領域に露出させ、前記圧力測定対象領域に前記可撓部を露出させて保持する保持手段と、
    前記ＭＥＭＳ素子の測定データを処理するデータ処理部と、を備えている、
    ことを特徴とする高度計。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ素子、電子デバイスもしくは高度計を備えることを特徴とする電子機器。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ素子、電子デバイス、高度計、もしくは電子機器を備えることを特徴とする移動体。

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