Mems压力传感器、电子器件、高度计以及电子设备的制作方法
Mems压力传感器、电子器件、高度计以及电子设备的制作方法
【专利摘要】MEMS压力传感器、电子器件、高度计以及电子设备，能够在基板上形成薄壁的隔膜部，即使压力低，也能够使隔膜部变形，从而能够构成可计测准确的微小压力的压力传感器。MEMS压力传感器具有：隔膜部，其根据压力进行移位；以及谐振器，其形成在所述隔膜部的主面上，所述谐振器具有：第1固定电极，其设置在所述主面上；以及驱动电极，其具有第2固定电极、可动电极以及支撑电极，该第2固定电极设置在所述主面上，该可动电极与所述第1固定电极隔开，在从所述主面的法线方向俯视时与所述第1固定电极重叠，并在与所述主面交叉的方向上进行驱动，该支撑电极支撑所述可动电极并与所述第2固定电极连接。
【专利说明】MEMS压力传感器、电子器件、高度计以及电子设备
【技术领域】
[0001] 本发明涉及MEMS压力传感器、电子器件、高度计、电子设备以及移动体。
【背景技术】
[0002] 以往，作为检测压力的器件，公知有专利文献1所示的半导体压力传感器。专利文 献1所示的半导体压力传感器是在硅片上形成应变敏感元件，通过对硅片的应变敏感元件 形成面相反侧的面进行研磨使其变薄而形成隔膜部，通过应变敏感元件检测在由于压力而 移位的隔膜部中产生的应变，并将其检测结果转换成压力。
[0003] 【专利文献1】日本特开2001-332746号公报
[0004] 但是，在专利文献1所示的具有应变敏感元件的压力传感器中，需要使硅片变薄， 从而很难实现与作为对来自压力传感器的信号进行处理的运算部的半导体装置（1C)之间 的一体化。
[0005] 另一方面，通过半导体装置的制造方法、装置制造微小机械系统的所谓MEMS (Micro Electro Mechanical Systems:微电子机械系统)元件受到关注。通过使用MEMS元 件，能够得到极小型的各种传感器或振荡器等。这些器件通过MEMS技术在基板上形成细微 的振动元件，能够得到利用振动元件的振动特性进行加速度的检测、基准信号的生成等的 元件。
[0006] 使用该MEMS技术形成振动元件，构成根据MEMS振动元件的振动频率的变动检测 压力的压力传感器，由此能够实现与1C 一体化的压力传感器。进而得到如下的MEMS压力 传感器，其能够在基板上形成薄壁的隔膜部，即使压力低也能够使隔膜部变形，从而能够构 成可计测准确的微小压力的压力传感器。
【发明内容】
[0007] 本发明正是为了解决上述课题的至少一部分而完成的，其可以作为以下的方式或 应用例来实现。
[0008] [应用例1]本应用例的MEMS压力传感器的特征在于，该MEMS压力传感器具有： 隔膜部，其根据压力进行移位；以及谐振器，其配置在所述隔膜部的主面上，所述谐振器具 有：第1固定电极，其设置在所述主面上；驱动电极，其具有第2固定电极、可动电极以及支 撑电极，该第2固定电极设置在所述主面上，该可动电极与所述第1固定电极隔开，在从所 述主面的法线方向俯视时与所述第1固定电极重叠，并在与所述主面交叉的方向上进行驱 动，该支撑电极支撑所述可动电极并与所述第2固定电极连接。
[0009] 根据本应用例的MEMS压力传感器，通过向隔膜部附加外部压力而在隔膜部产生 挠曲，从而对谐振器的振动特性即谐振频率带来变化。能够通过导出该外部压力与谐振器 的频率特性变化之间的关系，得到根据谐振器的频率特性的变化检测外部压力的MEMS压 力传感器。
[0010][应用例2]在上述应用例中，其特征在于，所述隔膜部具有配置于所述主面的背 面侧的凹部、以及由所述凹部的底面和所述主面构成的薄壁部，在设所述第1固定电极与 所述第2固定电极的相对的端部间的距离为a，所述隔膜部的所述凹部的从所述主面的法 线方向俯视时的平面形状中的内切圆的直径为b B的情况下，
[0011] 0 < a ^ 0. 3bB〇
[0012] 根据上述应用例，能够在不降低信号强度的情况下，将附加的压力引起的隔膜部 的变形高效转换成第1固定电极与可动电极之间的间隙变化，从而可得到具有能够可靠地 检测伴随间隙部变化的谐振频率变化的谐振器的MEMS压力传感器。
[0013] [应用例3]在上述应用例中，其特征在于，在所述隔膜部的所述凹部的从所述主 面的法线方向俯视时的平面形状中的所述内切圆的具有直径c的同心圆的区域中，配置所 述第1固定电极，所述直径C为0 < C < 0. 93bB。
[0014] 根据上述应用例，即使附加到隔膜部的压力较小，从而隔膜部的移位量即挠曲量 较小，也能够较大地产生第1固定电极与可动电极之间的间隙，能够得到可检测微小压力 的MEMS压力传感器。
[0015] [应用例4]在上述应用例中，其特征在于，当设在从所述主面的法线方向俯视时， 所述凹部的所述底面处的平面形状的底面内切圆的直径为匕，所述背面处的所述凹部的开 口的平面形状的开口内切圆的直径为、的情况下，
[0016] bB<bw。
[0017] 根据上述应用例，由凹部的底面和凹部的侧壁构成的角部不会成为锐角，即使反 复产生隔膜部的挠曲变形，也能够抑制角部处的应力集中等引起的构成基板的晶片损伤。 而且，能够提高形成凹部时的蚀刻性，能够提高生产率。
[0018] [应用例5]本应用例的电子器件的特征在于，该电子器件具有：上述应用例所述 的MEMS压力传感器；以及保持单元，其以使基板的所述背面处的所述凹部的所述开口和所 述底面露出到压力变动区域的方式保持所述MEMS压力传感器。
[0019] 根据本应用例的电子器件，通过向隔膜部附加外部压力而在隔膜部产生挠曲，从 而对谐振器的振动特性即谐振频率带来变化。能够通过导出该外部压力与谐振器的频率特 性变化之间的关系，得到作为根据谐振器的频率特性变化来检测外部压力的电子器件的压 力传感器。
[0020] [应用例6]本应用例的高度计的特征在于，该高度计具有：上述应用例所述的 MEMS压力传感器；保持单元，其以使所述背面处的所述凹部的所述开口和所述底面露出到 压力变动区域的方式保持所述MEMS压力传感器；以及数据处理部，其对所述MEMS压力传感 器的测定数据进行处理。
[0021] 根据本应用例的高度计，通过向隔膜部附加外部压力而在隔膜部产生挠曲，从而 对谐振器的振动特性即谐振频率带来变化。通过导出该外部压力与谐振器的频率特性变化 之间的关系，得到能够根据谐振器的频率特性变化来检测外部压力并根据该压力值计算高 度的高度计。
[0022] [应用例7]本应用例的电子设备的特征在于，该电子设备具有上述应用例所述的 MEMS压力传感器、电子器件或高度计。
[0023] 根据本应用例的电子设备，能够得到可得到极低的压力值并根据该压力值进行动 作的电子设备。
[0024] [应用例8]本应用例的移动体的特征在于，该移动体具有上述应用例所述的MEMS 压力传感器、电子器件、高度计或电子设备。
[0025] 根据本应用例的移动体，能够得到具有可得到极低的压力值并根据该压力值进行 动作的电子设备的移动体。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1示出第1实施方式的MEMS压力传感器，（a)是俯视图，（b)是（a)所示的A - A'部的剖视图，（c)是（a)所示的B - B'部的剖视图。
[0027] 图2是说明第1实施方式的MEMS压力传感器的MEMS振子部的结构图，（a)是说 明静止状态的动作的MEMS振子部的结构图，（b)是说明加压状态的动作的MEMS振子部的 结构图。
[0028] 图3示出第1实施方式的MEMS压力传感器，（a)是隔膜部具有圆形平面形状的俯 视图，（b)是隔膜部具有六边形平面形状的俯视图，（c)是示出加压状态的剖视图。
[0029] 图4是说明第1实施方式的MEMS压力传感器中的第1固定电极的配置的俯视图。
[0030] 图5不出第1实施方式的MEMS压力传感器的另一方式，（a)是俯视图，（b)是（a) 所示的C 一 C'部的剖视图，（C)是MEMS振子部的放大剖视图。
[0031] 图6是示出第1实施方式的MEMS压力传感器的又一方式的剖视图。
[0032] 图7示出第2实施方式的高度计，（a)是结构图，（b)是（a)所示的D部放大图。
[0033] 图8是示出另一方式的高度计的部分剖视图。
[0034] 图9是示出第3实施方式的移动体的外观图。
[0035] 标号说明
[0036] 10 :基板；20 :MEMS振子；30 :空间壁部；40 :第2氧化膜；50 :第3氧化膜；60 :保护 膜；70 :覆盖层；100 :MEMS压力传感器。
【具体实施方式】
[0037] 以下，参照【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。
[0038] (第1实施方式）
[0039] 图1示出第1实施方式的MEMS压力传感器，（a)是透过后述的覆盖层的状态下的 俯视图，（b)是（a)所不的A - A'部的剖视图，（c)是（a)所不的B - IV部的剖视图。如 图1的（b)所示，本实施方式的MEMS压力传感器100具有基板10,该基板10由晶片基板 11、形成在晶片基板11的主面11a上的第1氧化膜12和形成在第1氧化膜12上的氮化膜 13构成。晶片基板11是硅基板，还被用作形成后述的半导体装置即所谓1C的晶片基板11。
[0040] 在基板10的作为第1面的主面10a即氮化膜13的正面13a形成有作为谐振器的 MEMS振子20。MEMS振子20由图1的（b)所示的第1导电层21具备的第1固定电极21a 和第2导电层22具备的作为驱动电极的可动电极22a构成。还如图1的（b)所示，第1导 电层21具有第1固定电极21a和与未图示的外部布线连接的第1布线部21b。此外，第2 导电层22具有可动电极22a、形成在主面10a上的第2固定电极22c、和支撑可动电极22a 并与第2固定电极22c连接的支撑电极22b，第2导电层22还具有将第2固定电极22c连 接到未图示的外部布线的第2布线部22d。第1导电层21和第2导电层22通过利用光刻 对导电性的多晶硅进行构图而形成。另外，在本实施方式中，第1导电层21和第2导电层 22示出使用多晶硅的例子，但是不限于此。
[0041] MEMS振子20在第1固定电极21a与可动电极22a之间形成有作为可动电极22a 能够移动的空间的间隙部G。此外，MEMS振子20形成为被收纳在形成于基板10的主面10a 上的空间S内。空间S如下形成。在形成第1导电层21和第2导电层22后，形成第2氧 化膜40。在第2氧化膜40中，与形成第2导电层22同时，以与由多晶硅形成的后述的空间 壁部30的最下层33连接的方式形成使最下层33露出的孔，通过利用光刻的构图而形成第 1布线层31。
[0042] 进而，在第2氧化膜40上形成第3氧化膜50。在第3氧化膜50中形成使第1布 线层31露出的孔，通过利用光刻的构图而形成第2布线层32。第2布线层32具有：构成 后述的空间壁部30的最上层的壁部32a ;以及构成收纳MEMS振子20的空间S的盖部32b。 进而，第2布线层32的盖部32b具备开口 32c，该开口 32c用于对为了形成空间S而在制造 过程中形成的处于空间S的区域中的第2氧化膜40和第3氧化膜50进行释放蚀刻。
[0043] 接着，以使第2布线层32的开口 32c露出的方式形成保护膜60,从开口 32c导入 对第2氧化膜40和第3氧化膜50进行蚀刻的蚀刻液，通过释放蚀刻形成空间S。空间S是 被由最下层33、第1布线层31和第2布线层32形成的空间壁部30围成的区域。
[0044] 设置于MEMS振子20的间隙部G通过形成上述空间S时的释放蚀刻而形成。即， 在形成第1导电层21后，在第1固定电极21a上形成未图示的第4氧化膜，并在第4氧化 膜上形成可动电极22a。然后，第4氧化膜通过释放蚀刻，与第2氧化膜40和第3氧化膜 50-起被去除，从而形成间隙部G。另外，将上述通过释放蚀刻去除的与空间S对应的区域 的第2氧化膜40、第3氧化膜50以及第4氧化膜称作牺牲层。
[0045] 在释放蚀刻结束并形成空间S后，形成覆盖层70,覆盖未被保护膜60覆盖的第2 布线层32的盖部32b，从而对开口 32c进行密封。由此，空间S被密闭。
[0046] 由此形成MEMS压力传感器100。在本实施方式的MEMS压力传感器100中，从作为 第2面的基板10的背面10c侧起在晶片基板11中形成有凹部11b，该背面10c是与MEMS 振子20对应的基板10的主面10a的相反面。通过形成凹部11b，在形成MEMS振子20的 主面l〇a的区域中形成薄壁部11c。通过该薄壁部11c、形成在薄壁部11c上的第1氧化膜 12和氮化膜13构成隔膜部10b。换言之，在隔膜部10b的区域的主面10a上形成有MEMS 振子20。
[0047] 图2是说明MEMS压力传感器100的动作的结构图。图2的（a)所示的MEMS压力 传感器100的动作状态示出在未向隔膜部l〇b施加作为外力的外部压力的、所谓静止状态 下的MEMS振子20的动作。如图2的（a)所示，静止状态下的MEMS振子20与第1固定电 极21a隔开间隙部G地配置可动电极22a。可动电极22a成为将基板10的主面10a与支撑 电极22b的接合点Pf作为固定点，被第2固定电极22c固定到基板10的悬臂构造。通过 附加到第1固定电极21a和可动电极22a的电荷而产生的静电力使可动电极22a在F方向 上进行振动。此外，能够通过检测间隙部G的静电电容的变化，取得MEMS振子20的振动频 率等振动特性。
[0048] 在具有能够如上述那样进行振动的MEMS振子20的MEMS压力传感器100中，如图 2的（b)所示，向基板10的隔膜部10b附加压力p作为外力，通过施加到隔膜部10b的底面 lOd的压力p，向隔膜部10b施加应力，基板10的主面10a变形成为主面10a'而产生挠曲 δ。此时，接合点Pf处的变形后隔膜部10b'的变形后主面10a'的切线Lt方向相对于未 形成隔膜部l〇b的基板10的主面10a产生角度Θ的倾斜。
[0049] 由于变形后主面10a<相对于主面10a的倾斜角Θ，可动电极22a也产生相对于 主面10a的倾斜，结果变形后的间隙部G'相对于静止状态的MEMS振子20的间隙部G被放 大，第1固定电极21a与可动电极22a之间的静电力发生变化，从而谐振频率发生变化。能 够通过得到该谐振频率的变化与附加到隔膜部l〇b的压力p之间的关系，得到MEMS压力传 感器100。
[0050] 如上所述，隔膜部10b由于压力p而产生变形，由此间隙部G变化成间隙部G'，并 检测为谐振频率的变化。因此，优选以增大向变化后的间隙部G'的变化量的方式配置第1 固定电极21a和可动电极22a。使用图3说明第1固定电极21a和可动电极22a的配置。 图3的（a)示出MEMS压力传感器100的俯视图，图3的（b)示出MEMS压力传感器110的俯 视图，图3的（a)所示的MEMS压力传感器100是隔膜部10b的平面形状为圆形的情况，与 图1的（a)所示的方式相同。图3的（b)所示的MEMS压力传感器110示出隔膜部10e的平 面形状为作为多边形的一例的六边形的情况。图3的（c)是示出向隔膜部10b、10e附加压 力P的状态下的MEMS振子20的概略剖视图。
[0051] 在图3的（a)所示的MEMS压力传感器100中，隔膜部10b的平面形状形成为圆形。 如图3的（a)所示，第1固定电极21a与可动电极22a之间的位置关系如下，第1固定电极 21a的与第2固定电极22c相对的第1固定电极端部21c、和第2固定电极22c的与第1固 定电极21a相对的第2固定电极端部22e之间的距离隔开距离a，即第1固定电极端部21c 与第2固定电极端部22e是相对的端部，第1固定电极端部21c与第2固定电极端部22e 隔开距离a。
[0052] 此外，隔膜部10b的平面形状的圆形直径形成为(pbB。该情况下，优选以满足
[0053] 0 < a < 0. 3bB (1)
[0054] 的条件的方式，设定第1固定电极端部21c与第2固定电极端部22e之间的距离 a。如图3的（c)所示，由于接合点Pf处的变形后隔膜部10b'的变形后主面10a'的切线 Lt方向相对于未形成隔膜部10b的基板10的主面10a的倾斜角度Θ，可动电极22a与第 1固定电极21a隔开，成为附加压力p引起的间隙部G'。因此，通过在式（1)所示的条件 下设定距离a，能够得到具有如下MEMS振子20的MEMS压力传感器100,该MEMS振子20在 持续可动电极22a的激励驱动的同时，将附加的压力p引起的隔膜部10b的变形高效转换 成向间隙部G'的变化，从而能够可靠地检测伴随间隙部G向间隙部G'的变化的谐振频率 的变化。
[0055] 此外，如图3的（b)所示的MEMS压力传感器110那样，在隔膜部10e的平面形状 具有六边形的情况下，将与六边形的平面形状内切的假想形状的内切圆l〇f的直径设为直 径1^，符合式（1)的条件地设定第1固定电极端部21c与第2固定电极端部22e之间的距 离a即可。
[0056] 图4是示出图3的（a)、（b)所示的MEMS振子20的另一配置的俯视图，图4的（a) 是MEMS压力传感器100具备的隔膜部10b的平面形状为圆形的情况，图4的（b)示出MEMS 压力传感器110具备的隔膜部l〇e的平面形状为作为多边形的一例的六边形的情况。
[0057] 如图4的（a)所示，第1固定电极21a的平面形状（图示的阴影部）的中心CE被配 置成处于与隔膜部l〇b的俯视时的直径b B的圆形为同心圆的直径c的圆形区域内。配置 中心CE的圆形区域的直径c优选为
[0058] 0 < c ^ 0. 93bB (2)。
[0059] 以在根据式（2)所示的条件设定的区域内配置第1固定电极21a的平面形状中心 CE的方式配置第1固定电极21a，并且根据式（1)所示的条件设定第1固定电极端部21c与 第2固定电极端部22e之间的距离a，由此，即使附加到隔膜部10b的压力p较小且挠曲δ 较小，也能够较大地产生间隙部(V。
[0060] 如图3的（c)所示，对于构成隔膜部10b的凹部11b，相对于底面10d中的平面形 状的直径b B，将基板10的背面10c中的凹部lib的开口的直径bw设为bB < bw的关系。由 此，由作为凹部lib的底面10d的晶片基板11的凹部底面lid和凹部壁面lie构成的角部 Ilf不会成为锐角，即使反复产生隔膜部l〇b的挠曲变形，也能够抑制角部Ilf处的应力集 中等引起的晶片基板11的损伤。而且，能够提1?形成凹部lib的蚀刻性。
[0061] 在图4的（b)所示的MEMS压力传感器110的情况下，第1固定电极21a的平面形 状（图示的阴影部)的中心(^被配置成处于与隔膜部10e的俯视时的假想形状的内切圆10f 为同心圆的直径c的圆形区域内。配置中心CE的圆形区域的直径c优选为式（2)所示的条 件。
[0062] 图5示出MEMS压力传感器的另一方式。图5示出MEMS压力传感器200,图5的 (a)是透过覆盖层70的状态下的俯视图，图5的（b)是图5的（a)所示的C 一（T部的剖视 图。另外，MEMS压力传感器200仅上述MEMS压力传感器100、110具备的第2导电层22的 结构不同，其他结构均相同，因此对与MEMS传感器100U10相同的结构标注相同标号，并省 略说明。
[0063] 如图5的（b)所示，MEMS压力传感器200在基板10的作为第1面的主面10a即氮 化膜13的正面13a形成有作为谐振器的MEMS振子20。MEMS振子20由第1导电层21具 备的第1固定电极21a、和第3导电层24具备的可动电极24a构成。在第3导电层24中， 从可动电极24a起延伸设置有支撑电极24b。并且，从支撑电极24b起延伸设置有作为第2 固定电极的连接电极24c。此外，在基板10的主面10a上配设有第2导电层23。第2导电 层23具有基板电极23a，通过在基板电极23a上连接第3导电层24具备的连接电极24c， 第3导电层24经由基板电极23a被固定到基板10。此外，第1导电层21具有第1固定电 极21a和与未图示的外部布线连接的第1布线部21b。此外，第2导电层23具有基板电极 23a和与未图示的外部布线连接的第2布线部23b。
[0064] 对于第1导电层21和第2导电层23,在基板10的主面10a上，利用光刻对导电 性的多晶硅进行构图，形成第1固定电极21a和基板电极23a。在形成的第1固定电极21a 和基板电极23a上形成未图示的第4氧化膜。在基板电极23a上的第4氧化膜中，设置用 于在基板电极23a上形成第3导电层24的连接电极24c的开口。然后，在第4氧化膜上形 成第3导电层24。然后，第4氧化膜通过释放蚀刻，与第2氧化膜40和第3氧化膜50 -起 被去除，从而形成间隙部G，作为第1固定电极21a与可动电极24a之间的间隙。
[0065] 在图5所示的MEMS压力传感器200中，隔膜部10b的平面形状形成为圆形。如作 为MEMS振子20部分的放大图的图5的（c)所示，第1固定电极21a与可动电极24a之间 的位置关系如下，第1固定电极21a的与基板电极23a相对的第1固定电极端部21c、和第 3导电层24的连接电极24c的与第1固定电极21a相对的连接电极端部24d之间的距离隔 开距离d，即第1固定电极端部21c与连接电极端部24d是相对的端部，第1固定电极端部 21c与连接电极端部24d隔开距离d。
[0066] 第1固定电极端部21c与连接电极端部24d之间的距离d在隔膜部10b的平面形 状的圆形直径形成为的情况下，优选以满足
[0067] 0 < d < 0. 3bB (3)
[0068] 的条件的方式进行设定。即，距离d与上述MEMS压力传感器100U10中的式（1) 的距离a对应。此外，即使在构成与MEMS压力传感器110中的具有六边形的平面形状的隔 膜部10e相同的隔膜的情况下，只要将与六边形的平面形状内切的假想形状的内切圆10f 的直径设为直径匕（参照图3)，符合式（3)的条件地设定第1固定电极端部21c与连接电 极端部24d之间的距离d即可。
[0069] 此外，如图5的（a)所示，第1固定电极21a的平面形状（图示的阴影部）的中心CE 被配置成处于与隔膜部l〇b的俯视时的直径bB的圆形为同心圆的直径c的圆形区域内。配 置中心CE的圆形区域的直径c在MEMS压力传感器200的情况下也优选在式（2)的条件下 进行设定。
[0070] 上述MEMS压力传感器100、110、200在由于外部压力而产生挠曲变形的隔膜部10b 的主面l〇a部上形成MEMS振子20,由此即使是隔膜部10b的略微的挠曲变形，换言之即使 是微小的外部压力，也会对MEMS振子20的谐振频率带来变化，从而能够得到可检测上述变 化的压力传感器。而且，能够得到可通过与半导体工艺相同的工艺形成的小型的压力传感 器。
[0071] 如上所述，本实施方式的MEMS压力传感器100、110、200使用半导体制造工艺进 行制造。因此，能够实现与半导体装置即所谓1C的一体化。图6示出将上述MEMS压力传 感器100和半导体装置构成为单芯片后的方式。图6所示的MEMS压力传感器300具有将 MEMS压力传感器100和半导体装置310形成为单芯片的结构。MEMS压力传感器100由于是 能够使用半导体制造装置通过半导体制造方法制造的细微装置，因此能够容易地在与MEMS 压力传感器100相同的晶片基板11形成半导体装置310。半导体装置310具有对MEMS压 力传感器100进行驱动的振荡电路、和对MEMS压力传感器100的频率变动进行运算的运算 电路等。如MEMS压力传感器300所示，能够通过将半导体装置310和MEMS压力传感器100 形成为单芯片，得到作为小型的传感器器件的MEMS压力传感器。
[0072] (第2实施方式）
[0073] 根据【专利附图】
【附图说明】高度计，作为第2实施方式。第2实施方式的高度计是具有作为电 子器件的压力传感器的电子设备的1个方式，该电子器件具有第1实施方式的MEMS压力传 感器 100、110、200、300。
[0074] 如图7的（a)所示，第2实施方式的高度计1000在壳体1100中具有：第1实施方 式的MEMS压力传感器300 ;作为保持MEMS压力传感器300并安装于壳体1100的保持单元 的传感器固定框1200 ;以及作为将从MEMS压力传感器300得到的数据信号运算成高度数 据的数据处理部的运算部1300。在壳体1100中设置有使得MEMS压力传感器300具备的 MEMS压力传感器100的隔膜部10b (参照图1)能够与大气连通的开口 1100a。
[0075] 图7的（b)示出图7的（a)所示的D部即MEMS压力传感器300的安装部截面的 详细情况。如图7的（b)所示，配置成MEMS压力传感器100的隔膜部10b在开口 1100a侦U 露出。此外，传感器固定框1200还具有贯通孔1200a，贯通孔1200a也以MEMS压力传感器 100的隔膜部l〇b露出的方式进行配置。传感器固定框1200与MEMS压力传感器300通过 粘接等手段被接合到传感器固定框1200的接合面1200b。接合有MEMS压力传感器300的 传感器固定框1200通过螺钉1400被安装到壳体1100。另外，传感器固定框1200在壳体上 的固定方法不限于螺钉1400，也可以是粘接等粘着手段。
[0076] 作为附加到经由壳体1100的开口 1100a和传感器固定框1200的贯通孔1200a被 通气的MEMS压力传感器100的隔膜部10b的压力变动区域，高度计1000被连通到大气中， 高度计1000检测大气的压力（以下称作大气压）并输出高度数据。输出的高度数据被发送 到图7的（a)所示的具有显示单元2100的个人计算机2000 (以下称作PC2000)，并显示在 PC2000的显示单元2100上。此时，能够通过PC2000具备的处理软件，进行高度数据的存 储、图形化、地图数据上的显示等各种数据处理。另外，还能够替代PC2000而在高度计1000 中具备数据处理装置、显示部和外部操作部等。
[0077] 图8示出第2实施方式的高度计1000具备的MEMS压力传感器300的另一方式。 图8示出图7的（a)所示的高度计1000的图7的（a)的D部。如图8所示，MEMS压力传 感器300将具有挠性和气密性的挠性膜400粘着到MEMS压力传感器300上。作为挠性膜 400,例如优选为氟树脂、合成橡胶等具有弹性且气体透过率小的材料或者金属薄膜。
[0078] 挠性膜400被配置成覆盖MEMS压力传感器100的隔膜部10b，在凸缘部400a处被 粘着到基板10。此时，由基板10和挠性膜400形成的空间Q (图示点状阴影部）被填充例 如空气、惰性气体等气体，从而形成为压力变动区域。具有挠性膜400的MEMS压力传感器 300被粘着到传感器固定框1200,从而被安装到壳体1100。
[0079] MEMS压力传感器300由于具有挠性膜400,因而能够防止外部的异物、灰尘等附着 到MEMS压力传感器100而将其保持洁净，从而能够得到稳定的高度计的性能。此外，即使 挠性膜400的外部环境是液体、腐蚀气体等也能够抑制MEMS压力传感器300的损伤。
[0080] (第3实施方式）
[0081] 对作为具有第1实施方式的MEMS压力传感器100、110、200、300或第2实施方式 的高度计1000的电子设备的导航系统、和作为搭载该导航系统的移动体的一个方式的汽 车进行说明。
[0082] 图9是具有作为电子设备的导航系统3000的作为移动体的汽车4000的外观图。 导航系统3000具有：未图示的地图信息；来自GPS (全球定位系统：Global Positioning System)的位置信息取得单元；基于陀螺仪传感器以及加速度传感器和车速数据的自主导 航单元；以及第2实施方式的高度计1000,导航系统3000在配设于驾驶员可视觉观察到的 位置处的显示单元3100上显示预定的位置信息或路线信息。
[0083] 在图9所示的汽车4000中，导航系统3000具有高度计1000,由此，能够除了取得 的位置信息以外还取得高度信息。通过取得高度信息，例如在位置信息上表示与一般道路 大致相同的位置的高架道路上行驶的情况下，即不具有高度信息的情况下，无法在导航系 统中判断是在一般道路上行驶还是在高架道路上行驶，从而导致向驾驶员提供一般道路的 信息作为优先信息。因此，在本实施方式的导航系统3000中，能够通过高度计1000取得高 度信息，能够检测从一般道路进入高架道路而引起的高度变化，从而向驾驶员提供高架道 路的行驶状态下的导航信息。
[0084] 此外，能够通过第1实施方式的MEMS压力传感器100、110、200、300构成小型的压 力检测设备，能够在汽车4000中容易地组装利用油压或气压的驱动系统。由此，能够容易 地取得装置的压力监视和控制数据。
【权利要求】
1. 一种MEMS压力传感器，其特征在于，该MEMS压力传感器具有： 隔膜部，其根据压力进行移位；以及 谐振器，其配置在所述隔膜部的主面上， 所述谐振器具有： 第1固定电极，其设置在所述主面上；以及 驱动电极，其具有第2固定电极、可动电极以及支撑电极，该第2固定电极设置在所述 主面上，该可动电极与所述第1固定电极隔开，在从所述主面的法线方向俯视时与所述第1 固定电极重叠，并在与所述主面交叉的方向上进行驱动，该支撑电极支撑所述可动电极并 与所述第2固定电极连接。
2. 根据权利要求1所述的MEMS压力传感器，其特征在于， 所述隔膜部具有配置于所述主面的背面侧的凹部、以及由所述凹部的底面和所述主面 构成的薄壁部， 在设所述第1固定电极与所述第2固定电极的相对的端部间的距离为a，所述隔膜部的 所述凹部的从所述主面的法线方向俯视时的平面形状中的内切圆的直径为bB的情况下， 0. a ^ 0. 3bB〇
3. 根据权利要求2所述的MEMS压力传感器，其特征在于， 在所述隔膜部的所述凹部的从所述主面的法线方向俯视时的平面形状中的所述内切 圆的具有直径c的同心圆的区域中，配置所述第1固定电极， 所述直径c为0 < c < 0· 93bB。
4. 根据权利要求2或3所述的MEMS压力传感器，其特征在于， 当设在从所述主面的法线方向俯视时，所述凹部的所述底面处的平面形状的底面内切 圆的直径为bB，所述背面处的所述凹部的开口的平面形状的开口内切圆的直径为bw的情况 下， 〈 bw。
5. -种电子器件，其特征在于，该电子器件具有： 权利要求1所述的MEMS压力传感器；以及 保持单元，其以使基板的所述背面处的所述凹部的所述开口和所述底面露出到压力变 动区域的方式保持所述MEMS压力传感器。
6. -种高度计，其特征在于，该高度计具有： 权利要求1所述的MEMS压力传感器； 保持单元，其以使所述背面处的所述凹部的所述开口和所述底面露出到压力变动区域 的方式保持所述MEMS压力传感器；以及 数据处理部，其对所述MEMS压力传感器的测定数据进行处理。
7. -种电子设备，其特征在于，该电子设备具有权利要求1所述的MEMS压力传感器。
8. -种移动体，其特征在于，该移动体具有权利要求1所述的MEMS压力传感器。
【文档编号】B81B7/02GK104108678SQ201410160370
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年4月21日 优先权日:2013年4月22日
【发明者】北野洋司 申请人:精工爱普生株式会社
【专利摘要】MEMS压力传感器、电子器件、高度计以及电子设备，能够在基板上形成薄壁的隔膜部，即使压力低，也能够使隔膜部变形，从而能够构成可计测准确的微小压力的压力传感器。MEMS压力传感器具有：隔膜部，其根据压力进行移位；以及谐振器，其形成在所述隔膜部的主面上，所述谐振器具有：第1固定电极，其设置在所述主面上；以及驱动电极，其具有第2固定电极、可动电极以及支撑电极，该第2固定电极设置在所述主面上，该可动电极与所述第1固定电极隔开，在从所述主面的法线方向俯视时与所述第1固定电极重叠，并在与所述主面交叉的方向上进行驱动，该支撑电极支撑所述可动电极并与所述第2固定电极连接。
【专利说明】MEMS压力传感器、电子器件、高度计以及电子设备
【技术领域】
[0001] 本发明涉及MEMS压力传感器、电子器件、高度计、电子设备以及移动体。
【背景技术】
[0002] 以往，作为检测压力的器件，公知有专利文献1所示的半导体压力传感器。专利文 献1所示的半导体压力传感器是在硅片上形成应变敏感元件，通过对硅片的应变敏感元件 形成面相反侧的面进行研磨使其变薄而形成隔膜部，通过应变敏感元件检测在由于压力而 移位的隔膜部中产生的应变，并将其检测结果转换成压力。
[0003] 【专利文献1】日本特开2001-332746号公报
[0004] 但是，在专利文献1所示的具有应变敏感元件的压力传感器中，需要使硅片变薄， 从而很难实现与作为对来自压力传感器的信号进行处理的运算部的半导体装置（1C)之间 的一体化。
[0005] 另一方面，通过半导体装置的制造方法、装置制造微小机械系统的所谓MEMS (Micro Electro Mechanical Systems:微电子机械系统)元件受到关注。通过使用MEMS元 件，能够得到极小型的各种传感器或振荡器等。这些器件通过MEMS技术在基板上形成细微 的振动元件，能够得到利用振动元件的振动特性进行加速度的检测、基准信号的生成等的 元件。
[0006] 使用该MEMS技术形成振动元件，构成根据MEMS振动元件的振动频率的变动检测 压力的压力传感器，由此能够实现与1C 一体化的压力传感器。进而得到如下的MEMS压力 传感器，其能够在基板上形成薄壁的隔膜部，即使压力低也能够使隔膜部变形，从而能够构 成可计测准确的微小压力的压力传感器。
【发明内容】
[0007] 本发明正是为了解决上述课题的至少一部分而完成的，其可以作为以下的方式或 应用例来实现。
[0008] [应用例1]本应用例的MEMS压力传感器的特征在于，该MEMS压力传感器具有： 隔膜部，其根据压力进行移位；以及谐振器，其配置在所述隔膜部的主面上，所述谐振器具 有：第1固定电极，其设置在所述主面上；驱动电极，其具有第2固定电极、可动电极以及支 撑电极，该第2固定电极设置在所述主面上，该可动电极与所述第1固定电极隔开，在从所 述主面的法线方向俯视时与所述第1固定电极重叠，并在与所述主面交叉的方向上进行驱 动，该支撑电极支撑所述可动电极并与所述第2固定电极连接。
[0009] 根据本应用例的MEMS压力传感器，通过向隔膜部附加外部压力而在隔膜部产生 挠曲，从而对谐振器的振动特性即谐振频率带来变化。能够通过导出该外部压力与谐振器 的频率特性变化之间的关系，得到根据谐振器的频率特性的变化检测外部压力的MEMS压 力传感器。
[0010][应用例2]在上述应用例中，其特征在于，所述隔膜部具有配置于所述主面的背 面侧的凹部、以及由所述凹部的底面和所述主面构成的薄壁部，在设所述第1固定电极与 所述第2固定电极的相对的端部间的距离为a，所述隔膜部的所述凹部的从所述主面的法 线方向俯视时的平面形状中的内切圆的直径为b B的情况下，
[0011] 0 < a ^ 0. 3bB〇
[0012] 根据上述应用例，能够在不降低信号强度的情况下，将附加的压力引起的隔膜部 的变形高效转换成第1固定电极与可动电极之间的间隙变化，从而可得到具有能够可靠地 检测伴随间隙部变化的谐振频率变化的谐振器的MEMS压力传感器。
[0013] [应用例3]在上述应用例中，其特征在于，在所述隔膜部的所述凹部的从所述主 面的法线方向俯视时的平面形状中的所述内切圆的具有直径c的同心圆的区域中，配置所 述第1固定电极，所述直径C为0 < C < 0. 93bB。
[0014] 根据上述应用例，即使附加到隔膜部的压力较小，从而隔膜部的移位量即挠曲量 较小，也能够较大地产生第1固定电极与可动电极之间的间隙，能够得到可检测微小压力 的MEMS压力传感器。
[0015] [应用例4]在上述应用例中，其特征在于，当设在从所述主面的法线方向俯视时， 所述凹部的所述底面处的平面形状的底面内切圆的直径为匕，所述背面处的所述凹部的开 口的平面形状的开口内切圆的直径为、的情况下，
[0016] bB<bw。
[0017] 根据上述应用例，由凹部的底面和凹部的侧壁构成的角部不会成为锐角，即使反 复产生隔膜部的挠曲变形，也能够抑制角部处的应力集中等引起的构成基板的晶片损伤。 而且，能够提高形成凹部时的蚀刻性，能够提高生产率。
[0018] [应用例5]本应用例的电子器件的特征在于，该电子器件具有：上述应用例所述 的MEMS压力传感器；以及保持单元，其以使基板的所述背面处的所述凹部的所述开口和所 述底面露出到压力变动区域的方式保持所述MEMS压力传感器。
[0019] 根据本应用例的电子器件，通过向隔膜部附加外部压力而在隔膜部产生挠曲，从 而对谐振器的振动特性即谐振频率带来变化。能够通过导出该外部压力与谐振器的频率特 性变化之间的关系，得到作为根据谐振器的频率特性变化来检测外部压力的电子器件的压 力传感器。
[0020] [应用例6]本应用例的高度计的特征在于，该高度计具有：上述应用例所述的 MEMS压力传感器；保持单元，其以使所述背面处的所述凹部的所述开口和所述底面露出到 压力变动区域的方式保持所述MEMS压力传感器；以及数据处理部，其对所述MEMS压力传感 器的测定数据进行处理。
[0021] 根据本应用例的高度计，通过向隔膜部附加外部压力而在隔膜部产生挠曲，从而 对谐振器的振动特性即谐振频率带来变化。通过导出该外部压力与谐振器的频率特性变化 之间的关系，得到能够根据谐振器的频率特性变化来检测外部压力并根据该压力值计算高 度的高度计。
[0022] [应用例7]本应用例的电子设备的特征在于，该电子设备具有上述应用例所述的 MEMS压力传感器、电子器件或高度计。
[0023] 根据本应用例的电子设备，能够得到可得到极低的压力值并根据该压力值进行动 作的电子设备。
[0024] [应用例8]本应用例的移动体的特征在于，该移动体具有上述应用例所述的MEMS 压力传感器、电子器件、高度计或电子设备。
[0025] 根据本应用例的移动体，能够得到具有可得到极低的压力值并根据该压力值进行 动作的电子设备的移动体。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1示出第1实施方式的MEMS压力传感器，（a)是俯视图，（b)是（a)所示的A - A'部的剖视图，（c)是（a)所示的B - B'部的剖视图。
[0027] 图2是说明第1实施方式的MEMS压力传感器的MEMS振子部的结构图，（a)是说 明静止状态的动作的MEMS振子部的结构图，（b)是说明加压状态的动作的MEMS振子部的 结构图。
[0028] 图3示出第1实施方式的MEMS压力传感器，（a)是隔膜部具有圆形平面形状的俯 视图，（b)是隔膜部具有六边形平面形状的俯视图，（c)是示出加压状态的剖视图。
[0029] 图4是说明第1实施方式的MEMS压力传感器中的第1固定电极的配置的俯视图。
[0030] 图5不出第1实施方式的MEMS压力传感器的另一方式，（a)是俯视图，（b)是（a) 所示的C 一 C'部的剖视图，（C)是MEMS振子部的放大剖视图。
[0031] 图6是示出第1实施方式的MEMS压力传感器的又一方式的剖视图。
[0032] 图7示出第2实施方式的高度计，（a)是结构图，（b)是（a)所示的D部放大图。
[0033] 图8是示出另一方式的高度计的部分剖视图。
[0034] 图9是示出第3实施方式的移动体的外观图。
[0035] 标号说明
[0036] 10 :基板；20 :MEMS振子；30 :空间壁部；40 :第2氧化膜；50 :第3氧化膜；60 :保护 膜；70 :覆盖层；100 :MEMS压力传感器。
【具体实施方式】
[0037] 以下，参照【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。
[0038] (第1实施方式）
[0039] 图1示出第1实施方式的MEMS压力传感器，（a)是透过后述的覆盖层的状态下的 俯视图，（b)是（a)所不的A - A'部的剖视图，（c)是（a)所不的B - IV部的剖视图。如 图1的（b)所示，本实施方式的MEMS压力传感器100具有基板10,该基板10由晶片基板 11、形成在晶片基板11的主面11a上的第1氧化膜12和形成在第1氧化膜12上的氮化膜 13构成。晶片基板11是硅基板，还被用作形成后述的半导体装置即所谓1C的晶片基板11。
[0040] 在基板10的作为第1面的主面10a即氮化膜13的正面13a形成有作为谐振器的 MEMS振子20。MEMS振子20由图1的（b)所示的第1导电层21具备的第1固定电极21a 和第2导电层22具备的作为驱动电极的可动电极22a构成。还如图1的（b)所示，第1导 电层21具有第1固定电极21a和与未图示的外部布线连接的第1布线部21b。此外，第2 导电层22具有可动电极22a、形成在主面10a上的第2固定电极22c、和支撑可动电极22a 并与第2固定电极22c连接的支撑电极22b，第2导电层22还具有将第2固定电极22c连 接到未图示的外部布线的第2布线部22d。第1导电层21和第2导电层22通过利用光刻 对导电性的多晶硅进行构图而形成。另外，在本实施方式中，第1导电层21和第2导电层 22示出使用多晶硅的例子，但是不限于此。
[0041] MEMS振子20在第1固定电极21a与可动电极22a之间形成有作为可动电极22a 能够移动的空间的间隙部G。此外，MEMS振子20形成为被收纳在形成于基板10的主面10a 上的空间S内。空间S如下形成。在形成第1导电层21和第2导电层22后，形成第2氧 化膜40。在第2氧化膜40中，与形成第2导电层22同时，以与由多晶硅形成的后述的空间 壁部30的最下层33连接的方式形成使最下层33露出的孔，通过利用光刻的构图而形成第 1布线层31。
[0042] 进而，在第2氧化膜40上形成第3氧化膜50。在第3氧化膜50中形成使第1布 线层31露出的孔，通过利用光刻的构图而形成第2布线层32。第2布线层32具有：构成 后述的空间壁部30的最上层的壁部32a ;以及构成收纳MEMS振子20的空间S的盖部32b。 进而，第2布线层32的盖部32b具备开口 32c，该开口 32c用于对为了形成空间S而在制造 过程中形成的处于空间S的区域中的第2氧化膜40和第3氧化膜50进行释放蚀刻。
[0043] 接着，以使第2布线层32的开口 32c露出的方式形成保护膜60,从开口 32c导入 对第2氧化膜40和第3氧化膜50进行蚀刻的蚀刻液，通过释放蚀刻形成空间S。空间S是 被由最下层33、第1布线层31和第2布线层32形成的空间壁部30围成的区域。
[0044] 设置于MEMS振子20的间隙部G通过形成上述空间S时的释放蚀刻而形成。即， 在形成第1导电层21后，在第1固定电极21a上形成未图示的第4氧化膜，并在第4氧化 膜上形成可动电极22a。然后，第4氧化膜通过释放蚀刻，与第2氧化膜40和第3氧化膜 50-起被去除，从而形成间隙部G。另外，将上述通过释放蚀刻去除的与空间S对应的区域 的第2氧化膜40、第3氧化膜50以及第4氧化膜称作牺牲层。
[0045] 在释放蚀刻结束并形成空间S后，形成覆盖层70,覆盖未被保护膜60覆盖的第2 布线层32的盖部32b，从而对开口 32c进行密封。由此，空间S被密闭。
[0046] 由此形成MEMS压力传感器100。在本实施方式的MEMS压力传感器100中，从作为 第2面的基板10的背面10c侧起在晶片基板11中形成有凹部11b，该背面10c是与MEMS 振子20对应的基板10的主面10a的相反面。通过形成凹部11b，在形成MEMS振子20的 主面l〇a的区域中形成薄壁部11c。通过该薄壁部11c、形成在薄壁部11c上的第1氧化膜 12和氮化膜13构成隔膜部10b。换言之，在隔膜部10b的区域的主面10a上形成有MEMS 振子20。
[0047] 图2是说明MEMS压力传感器100的动作的结构图。图2的（a)所示的MEMS压力 传感器100的动作状态示出在未向隔膜部l〇b施加作为外力的外部压力的、所谓静止状态 下的MEMS振子20的动作。如图2的（a)所示，静止状态下的MEMS振子20与第1固定电 极21a隔开间隙部G地配置可动电极22a。可动电极22a成为将基板10的主面10a与支撑 电极22b的接合点Pf作为固定点，被第2固定电极22c固定到基板10的悬臂构造。通过 附加到第1固定电极21a和可动电极22a的电荷而产生的静电力使可动电极22a在F方向 上进行振动。此外，能够通过检测间隙部G的静电电容的变化，取得MEMS振子20的振动频 率等振动特性。
[0048] 在具有能够如上述那样进行振动的MEMS振子20的MEMS压力传感器100中，如图 2的（b)所示，向基板10的隔膜部10b附加压力p作为外力，通过施加到隔膜部10b的底面 lOd的压力p，向隔膜部10b施加应力，基板10的主面10a变形成为主面10a'而产生挠曲 δ。此时，接合点Pf处的变形后隔膜部10b'的变形后主面10a'的切线Lt方向相对于未 形成隔膜部l〇b的基板10的主面10a产生角度Θ的倾斜。
[0049] 由于变形后主面10a<相对于主面10a的倾斜角Θ，可动电极22a也产生相对于 主面10a的倾斜，结果变形后的间隙部G'相对于静止状态的MEMS振子20的间隙部G被放 大，第1固定电极21a与可动电极22a之间的静电力发生变化，从而谐振频率发生变化。能 够通过得到该谐振频率的变化与附加到隔膜部l〇b的压力p之间的关系，得到MEMS压力传 感器100。
[0050] 如上所述，隔膜部10b由于压力p而产生变形，由此间隙部G变化成间隙部G'，并 检测为谐振频率的变化。因此，优选以增大向变化后的间隙部G'的变化量的方式配置第1 固定电极21a和可动电极22a。使用图3说明第1固定电极21a和可动电极22a的配置。 图3的（a)示出MEMS压力传感器100的俯视图，图3的（b)示出MEMS压力传感器110的俯 视图，图3的（a)所示的MEMS压力传感器100是隔膜部10b的平面形状为圆形的情况，与 图1的（a)所示的方式相同。图3的（b)所示的MEMS压力传感器110示出隔膜部10e的平 面形状为作为多边形的一例的六边形的情况。图3的（c)是示出向隔膜部10b、10e附加压 力P的状态下的MEMS振子20的概略剖视图。
[0051] 在图3的（a)所示的MEMS压力传感器100中，隔膜部10b的平面形状形成为圆形。 如图3的（a)所示，第1固定电极21a与可动电极22a之间的位置关系如下，第1固定电极 21a的与第2固定电极22c相对的第1固定电极端部21c、和第2固定电极22c的与第1固 定电极21a相对的第2固定电极端部22e之间的距离隔开距离a，即第1固定电极端部21c 与第2固定电极端部22e是相对的端部，第1固定电极端部21c与第2固定电极端部22e 隔开距离a。
[0052] 此外，隔膜部10b的平面形状的圆形直径形成为(pbB。该情况下，优选以满足
[0053] 0 < a < 0. 3bB (1)
[0054] 的条件的方式，设定第1固定电极端部21c与第2固定电极端部22e之间的距离 a。如图3的（c)所示，由于接合点Pf处的变形后隔膜部10b'的变形后主面10a'的切线 Lt方向相对于未形成隔膜部10b的基板10的主面10a的倾斜角度Θ，可动电极22a与第 1固定电极21a隔开，成为附加压力p引起的间隙部G'。因此，通过在式（1)所示的条件 下设定距离a，能够得到具有如下MEMS振子20的MEMS压力传感器100,该MEMS振子20在 持续可动电极22a的激励驱动的同时，将附加的压力p引起的隔膜部10b的变形高效转换 成向间隙部G'的变化，从而能够可靠地检测伴随间隙部G向间隙部G'的变化的谐振频率 的变化。
[0055] 此外，如图3的（b)所示的MEMS压力传感器110那样，在隔膜部10e的平面形状 具有六边形的情况下，将与六边形的平面形状内切的假想形状的内切圆l〇f的直径设为直 径1^，符合式（1)的条件地设定第1固定电极端部21c与第2固定电极端部22e之间的距 离a即可。
[0056] 图4是示出图3的（a)、（b)所示的MEMS振子20的另一配置的俯视图，图4的（a) 是MEMS压力传感器100具备的隔膜部10b的平面形状为圆形的情况，图4的（b)示出MEMS 压力传感器110具备的隔膜部l〇e的平面形状为作为多边形的一例的六边形的情况。
[0057] 如图4的（a)所示，第1固定电极21a的平面形状（图示的阴影部）的中心CE被配 置成处于与隔膜部l〇b的俯视时的直径b B的圆形为同心圆的直径c的圆形区域内。配置 中心CE的圆形区域的直径c优选为
[0058] 0 < c ^ 0. 93bB (2)。
[0059] 以在根据式（2)所示的条件设定的区域内配置第1固定电极21a的平面形状中心 CE的方式配置第1固定电极21a，并且根据式（1)所示的条件设定第1固定电极端部21c与 第2固定电极端部22e之间的距离a，由此，即使附加到隔膜部10b的压力p较小且挠曲δ 较小，也能够较大地产生间隙部(V。
[0060] 如图3的（c)所示，对于构成隔膜部10b的凹部11b，相对于底面10d中的平面形 状的直径b B，将基板10的背面10c中的凹部lib的开口的直径bw设为bB < bw的关系。由 此，由作为凹部lib的底面10d的晶片基板11的凹部底面lid和凹部壁面lie构成的角部 Ilf不会成为锐角，即使反复产生隔膜部l〇b的挠曲变形，也能够抑制角部Ilf处的应力集 中等引起的晶片基板11的损伤。而且，能够提1?形成凹部lib的蚀刻性。
[0061] 在图4的（b)所示的MEMS压力传感器110的情况下，第1固定电极21a的平面形 状（图示的阴影部)的中心(^被配置成处于与隔膜部10e的俯视时的假想形状的内切圆10f 为同心圆的直径c的圆形区域内。配置中心CE的圆形区域的直径c优选为式（2)所示的条 件。
[0062] 图5示出MEMS压力传感器的另一方式。图5示出MEMS压力传感器200,图5的 (a)是透过覆盖层70的状态下的俯视图，图5的（b)是图5的（a)所示的C 一（T部的剖视 图。另外，MEMS压力传感器200仅上述MEMS压力传感器100、110具备的第2导电层22的 结构不同，其他结构均相同，因此对与MEMS传感器100U10相同的结构标注相同标号，并省 略说明。
[0063] 如图5的（b)所示，MEMS压力传感器200在基板10的作为第1面的主面10a即氮 化膜13的正面13a形成有作为谐振器的MEMS振子20。MEMS振子20由第1导电层21具 备的第1固定电极21a、和第3导电层24具备的可动电极24a构成。在第3导电层24中， 从可动电极24a起延伸设置有支撑电极24b。并且，从支撑电极24b起延伸设置有作为第2 固定电极的连接电极24c。此外，在基板10的主面10a上配设有第2导电层23。第2导电 层23具有基板电极23a，通过在基板电极23a上连接第3导电层24具备的连接电极24c， 第3导电层24经由基板电极23a被固定到基板10。此外，第1导电层21具有第1固定电 极21a和与未图示的外部布线连接的第1布线部21b。此外，第2导电层23具有基板电极 23a和与未图示的外部布线连接的第2布线部23b。
[0064] 对于第1导电层21和第2导电层23,在基板10的主面10a上，利用光刻对导电 性的多晶硅进行构图，形成第1固定电极21a和基板电极23a。在形成的第1固定电极21a 和基板电极23a上形成未图示的第4氧化膜。在基板电极23a上的第4氧化膜中，设置用 于在基板电极23a上形成第3导电层24的连接电极24c的开口。然后，在第4氧化膜上形 成第3导电层24。然后，第4氧化膜通过释放蚀刻，与第2氧化膜40和第3氧化膜50 -起 被去除，从而形成间隙部G，作为第1固定电极21a与可动电极24a之间的间隙。
[0065] 在图5所示的MEMS压力传感器200中，隔膜部10b的平面形状形成为圆形。如作 为MEMS振子20部分的放大图的图5的（c)所示，第1固定电极21a与可动电极24a之间 的位置关系如下，第1固定电极21a的与基板电极23a相对的第1固定电极端部21c、和第 3导电层24的连接电极24c的与第1固定电极21a相对的连接电极端部24d之间的距离隔 开距离d，即第1固定电极端部21c与连接电极端部24d是相对的端部，第1固定电极端部 21c与连接电极端部24d隔开距离d。
[0066] 第1固定电极端部21c与连接电极端部24d之间的距离d在隔膜部10b的平面形 状的圆形直径形成为的情况下，优选以满足
[0067] 0 < d < 0. 3bB (3)
[0068] 的条件的方式进行设定。即，距离d与上述MEMS压力传感器100U10中的式（1) 的距离a对应。此外，即使在构成与MEMS压力传感器110中的具有六边形的平面形状的隔 膜部10e相同的隔膜的情况下，只要将与六边形的平面形状内切的假想形状的内切圆10f 的直径设为直径匕（参照图3)，符合式（3)的条件地设定第1固定电极端部21c与连接电 极端部24d之间的距离d即可。
[0069] 此外，如图5的（a)所示，第1固定电极21a的平面形状（图示的阴影部）的中心CE 被配置成处于与隔膜部l〇b的俯视时的直径bB的圆形为同心圆的直径c的圆形区域内。配 置中心CE的圆形区域的直径c在MEMS压力传感器200的情况下也优选在式（2)的条件下 进行设定。
[0070] 上述MEMS压力传感器100、110、200在由于外部压力而产生挠曲变形的隔膜部10b 的主面l〇a部上形成MEMS振子20,由此即使是隔膜部10b的略微的挠曲变形，换言之即使 是微小的外部压力，也会对MEMS振子20的谐振频率带来变化，从而能够得到可检测上述变 化的压力传感器。而且，能够得到可通过与半导体工艺相同的工艺形成的小型的压力传感 器。
[0071] 如上所述，本实施方式的MEMS压力传感器100、110、200使用半导体制造工艺进 行制造。因此，能够实现与半导体装置即所谓1C的一体化。图6示出将上述MEMS压力传 感器100和半导体装置构成为单芯片后的方式。图6所示的MEMS压力传感器300具有将 MEMS压力传感器100和半导体装置310形成为单芯片的结构。MEMS压力传感器100由于是 能够使用半导体制造装置通过半导体制造方法制造的细微装置，因此能够容易地在与MEMS 压力传感器100相同的晶片基板11形成半导体装置310。半导体装置310具有对MEMS压 力传感器100进行驱动的振荡电路、和对MEMS压力传感器100的频率变动进行运算的运算 电路等。如MEMS压力传感器300所示，能够通过将半导体装置310和MEMS压力传感器100 形成为单芯片，得到作为小型的传感器器件的MEMS压力传感器。
[0072] (第2实施方式）
[0073] 根据【专利附图】
【附图说明】高度计，作为第2实施方式。第2实施方式的高度计是具有作为电 子器件的压力传感器的电子设备的1个方式，该电子器件具有第1实施方式的MEMS压力传 感器 100、110、200、300。
[0074] 如图7的（a)所示，第2实施方式的高度计1000在壳体1100中具有：第1实施方 式的MEMS压力传感器300 ;作为保持MEMS压力传感器300并安装于壳体1100的保持单元 的传感器固定框1200 ;以及作为将从MEMS压力传感器300得到的数据信号运算成高度数 据的数据处理部的运算部1300。在壳体1100中设置有使得MEMS压力传感器300具备的 MEMS压力传感器100的隔膜部10b (参照图1)能够与大气连通的开口 1100a。
[0075] 图7的（b)示出图7的（a)所示的D部即MEMS压力传感器300的安装部截面的 详细情况。如图7的（b)所示，配置成MEMS压力传感器100的隔膜部10b在开口 1100a侦U 露出。此外，传感器固定框1200还具有贯通孔1200a，贯通孔1200a也以MEMS压力传感器 100的隔膜部l〇b露出的方式进行配置。传感器固定框1200与MEMS压力传感器300通过 粘接等手段被接合到传感器固定框1200的接合面1200b。接合有MEMS压力传感器300的 传感器固定框1200通过螺钉1400被安装到壳体1100。另外，传感器固定框1200在壳体上 的固定方法不限于螺钉1400，也可以是粘接等粘着手段。
[0076] 作为附加到经由壳体1100的开口 1100a和传感器固定框1200的贯通孔1200a被 通气的MEMS压力传感器100的隔膜部10b的压力变动区域，高度计1000被连通到大气中， 高度计1000检测大气的压力（以下称作大气压）并输出高度数据。输出的高度数据被发送 到图7的（a)所示的具有显示单元2100的个人计算机2000 (以下称作PC2000)，并显示在 PC2000的显示单元2100上。此时，能够通过PC2000具备的处理软件，进行高度数据的存 储、图形化、地图数据上的显示等各种数据处理。另外，还能够替代PC2000而在高度计1000 中具备数据处理装置、显示部和外部操作部等。
[0077] 图8示出第2实施方式的高度计1000具备的MEMS压力传感器300的另一方式。 图8示出图7的（a)所示的高度计1000的图7的（a)的D部。如图8所示，MEMS压力传 感器300将具有挠性和气密性的挠性膜400粘着到MEMS压力传感器300上。作为挠性膜 400,例如优选为氟树脂、合成橡胶等具有弹性且气体透过率小的材料或者金属薄膜。
[0078] 挠性膜400被配置成覆盖MEMS压力传感器100的隔膜部10b，在凸缘部400a处被 粘着到基板10。此时，由基板10和挠性膜400形成的空间Q (图示点状阴影部）被填充例 如空气、惰性气体等气体，从而形成为压力变动区域。具有挠性膜400的MEMS压力传感器 300被粘着到传感器固定框1200,从而被安装到壳体1100。
[0079] MEMS压力传感器300由于具有挠性膜400,因而能够防止外部的异物、灰尘等附着 到MEMS压力传感器100而将其保持洁净，从而能够得到稳定的高度计的性能。此外，即使 挠性膜400的外部环境是液体、腐蚀气体等也能够抑制MEMS压力传感器300的损伤。
[0080] (第3实施方式）
[0081] 对作为具有第1实施方式的MEMS压力传感器100、110、200、300或第2实施方式 的高度计1000的电子设备的导航系统、和作为搭载该导航系统的移动体的一个方式的汽 车进行说明。
[0082] 图9是具有作为电子设备的导航系统3000的作为移动体的汽车4000的外观图。 导航系统3000具有：未图示的地图信息；来自GPS (全球定位系统：Global Positioning System)的位置信息取得单元；基于陀螺仪传感器以及加速度传感器和车速数据的自主导 航单元；以及第2实施方式的高度计1000,导航系统3000在配设于驾驶员可视觉观察到的 位置处的显示单元3100上显示预定的位置信息或路线信息。
[0083] 在图9所示的汽车4000中，导航系统3000具有高度计1000,由此，能够除了取得 的位置信息以外还取得高度信息。通过取得高度信息，例如在位置信息上表示与一般道路 大致相同的位置的高架道路上行驶的情况下，即不具有高度信息的情况下，无法在导航系 统中判断是在一般道路上行驶还是在高架道路上行驶，从而导致向驾驶员提供一般道路的 信息作为优先信息。因此，在本实施方式的导航系统3000中，能够通过高度计1000取得高 度信息，能够检测从一般道路进入高架道路而引起的高度变化，从而向驾驶员提供高架道 路的行驶状态下的导航信息。
[0084] 此外，能够通过第1实施方式的MEMS压力传感器100、110、200、300构成小型的压 力检测设备，能够在汽车4000中容易地组装利用油压或气压的驱动系统。由此，能够容易 地取得装置的压力监视和控制数据。
【权利要求】
1. 一种MEMS压力传感器，其特征在于，该MEMS压力传感器具有： 隔膜部，其根据压力进行移位；以及 谐振器，其配置在所述隔膜部的主面上， 所述谐振器具有： 第1固定电极，其设置在所述主面上；以及 驱动电极，其具有第2固定电极、可动电极以及支撑电极，该第2固定电极设置在所述 主面上，该可动电极与所述第1固定电极隔开，在从所述主面的法线方向俯视时与所述第1 固定电极重叠，并在与所述主面交叉的方向上进行驱动，该支撑电极支撑所述可动电极并 与所述第2固定电极连接。
2. 根据权利要求1所述的MEMS压力传感器，其特征在于， 所述隔膜部具有配置于所述主面的背面侧的凹部、以及由所述凹部的底面和所述主面 构成的薄壁部， 在设所述第1固定电极与所述第2固定电极的相对的端部间的距离为a，所述隔膜部的 所述凹部的从所述主面的法线方向俯视时的平面形状中的内切圆的直径为bB的情况下， 0. a ^ 0. 3bB〇
3. 根据权利要求2所述的MEMS压力传感器，其特征在于， 在所述隔膜部的所述凹部的从所述主面的法线方向俯视时的平面形状中的所述内切 圆的具有直径c的同心圆的区域中，配置所述第1固定电极， 所述直径c为0 < c < 0· 93bB。
4. 根据权利要求2或3所述的MEMS压力传感器，其特征在于， 当设在从所述主面的法线方向俯视时，所述凹部的所述底面处的平面形状的底面内切 圆的直径为bB，所述背面处的所述凹部的开口的平面形状的开口内切圆的直径为bw的情况 下， 〈 bw。
5. -种电子器件，其特征在于，该电子器件具有： 权利要求1所述的MEMS压力传感器；以及 保持单元，其以使基板的所述背面处的所述凹部的所述开口和所述底面露出到压力变 动区域的方式保持所述MEMS压力传感器。
6. -种高度计，其特征在于，该高度计具有： 权利要求1所述的MEMS压力传感器； 保持单元，其以使所述背面处的所述凹部的所述开口和所述底面露出到压力变动区域 的方式保持所述MEMS压力传感器；以及 数据处理部，其对所述MEMS压力传感器的测定数据进行处理。
7. -种电子设备，其特征在于，该电子设备具有权利要求1所述的MEMS压力传感器。
8. -种移动体，其特征在于，该移动体具有权利要求1所述的MEMS压力传感器。
【文档编号】B81B7/02GK104108678SQ201410160370
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年4月21日 优先权日:2013年4月22日
【发明者】北野洋司 申请人:精工爱普生株式会社
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