微机电系统元件、电子装置、高度计、电子设备及移动体的制作方法
【专利摘要】本发明提供微机电系统（MEMS）元件、电子装置、高度计、电子设备及移动体，该MEMS元件能够构成可对准确的微小压力进行测量的压力传感器。该MEMS元件具备基板、和被形成在所述基板的第一面上的多个谐振子，在所述基板上具备至少一个可挠部和至少一个非可挠部，所述谐振子与所述可挠部以及所述非可挠部对应地配置。
【专利说明】微机电系统元件、电子装置、高度计、电子设备及移动体
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微机电系统元件、电子装置、高度计、电子设备以及移动体。
【背景技术】
[0002]一直以来，作为对压力进行检测的装置，已知有一种如专利文献I所示的半导体压力传感器。专利文献I所示的半导体压力传感器为一种如下的传感器，即，通过在硅晶片上形成应变敏感元件，并对硅晶片的与应变敏感元件形成面相反侧的面进行研磨使其薄壁化从而形成隔膜部，并且通过应变敏感元件来对在因压力而发生位移的隔膜部上所产生的应变进行检测，并将该检测结果转换为压力的传感器。
[0003]但是，在具备专利文献I所示的应变敏感元件的压力传感器中，存在如下情况，即，需要将硅晶片薄壁化从而难以与成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(IC) 一体化。
[0004]另一方面，通过半导体装置的制造方法、装置来制造微型机械系统的、所谓MEMS(Micro Electro Mechanical Systems:微机电系统)元件备受关注。通过使用MEMS元件，能够获得极小型的各种传感器、或者振荡器等。这些元件为，通过MEMS技术将微小的振动元件形成于基板上，并利用振动元件的振动特性来实施加速度的检测、基准信号的生成等的元件。
[0005]通过使用该MEMS技术形成振动元件并构成根据MEMS振动元件的振动频率的变动而对压力进行检测的压力传感器，从而能够实现与IC 一体化的压力传感器。但是，由于除应当进行检测的压力以外，MEMS元件还会因振动、冲击这类的外部因素而产生振动频率的变动，因此存在如下课题，即，特别容易产生相对于微小的压力变动的误差。
[0006]因此，通过对由外部因素引起的振动频率的变动量进行检测，并根据检测出的压力检测值而对由外部因素引起的振动频率的变动量进行补正，从而能够获得一种如下的MEMS元件，所述MEMS元件能够构成可对准确的微小压力进行测量的压力传感器。
[0007]专利文献1:日本特开2001-332746号公报
【发明内容】
[0008]本发明是为了解决上述的课题中的至少一部分而完成的发明，并能够作为以下方式或应用例来实现。
[0009]应用例I
[0010]本应用例的MEMS元件的特征在于，具备:基板；多个谐振子，其被形成在所述基板的第一面上，在所述基板上具备至少一个可挠部和至少一个非可挠部，所述多个谐振子包括与所述可挠部对应的所述谐振子、和与所述非可挠部对应的所述谐振子。
[0011]根据本应用例的MEMS元件，由于外部压力会被施加在可挠部上从而使可挠部产生挠曲，由此将给谐振子的振动特性、即谐振频率带来变化。通过导出该外部压力与谐振子的频率特性的变化之间的关系，从而能够将MEMS元件利用作为根据谐振子的频率特性的变化而对外部压力进行检测的传感器。
[0012]另一方面，在非可挠部中，不会发生由外部压力引起的挠曲。但是，当外部压力以外的干扰，例如冲击力、加速度等被施加在MEMS元件上时，被配置于可挠部以及非可挠部上的谐振子均将产生由干扰引起的谐振频率的变化。此时，由于在被配置于非可挠部上的谐振子中仅产生由干扰引起的谐振频率的变化，因此通过从被配置于由外部压力和干扰引起变化的可挠部上的谐振子的谐振频率中，减去被配置于非可挠部上的谐振子的谐振频率的变化量，从而能够获得仅由被配置于可挠部上的谐振子的外部压力引起的谐振频率的变化。因此，即使在存在冲击或加速度这类的干扰的环境下，也能够获得作为对正确的压力值进行检测的压力传感器的MEMS元件。
[0013]应用例2
[0014]在上述的应用例中，其特征在于，具备被形成在所述基板的第一面上并被密封的空间部，所述多个谐振子被配置于所述空间部内。
[0015]根据上述应用例，通过将多个谐振子收纳于相同的空间部的内部，从而能够抑制谐振子的相对于空间部的气密性的变化的谐振频率的变化量在多个谐振子之间产生差异的情况。因此，能够获得可靠性较高的MEMS元件。
[0016]应用例3
[0017]在上述应用例中，其特征在于，所述可挠部为，被形成在所述基板的与所述第一面处于表背关系的第二面侧的凹部的底部。
[0018]根据上述应用例，通过基板的凹部的有无从而能够很容易地形成可挠部和非可挠部。此外，由于凹部的底部成为薄壁部，因此通过调节凹部的深度，从而能够很容易地对薄壁部的壁厚进行调节，由此能够简便地获得与所检测出的外部压力的高低相对应的MEMS元件。
[0019]应用例4
[0020]在上述应用例中，其特征在于，包括半导体装置。
[0021]根据上述应用例，由于能够通过与半导体装置、所谓IC的制造装置、方法均相同的制造装置、方法来制造MEMS元件，因此能够在实现制造成本的降低、降低环境负担的同时，很容易地使MEMS元件与IC进行一体化，从而能够获得具备振荡电路的小型的MEMS元件。
[0022]应用例5
[0023]本应用例的电子装置的特征在于，具备:基板；多个谐振子，其被形成在所述基板的第一面上，在所述基板上具备至少一个可挠部和至少一个非可挠部，所述多个谐振子具备:MEMS元件，其包括与所述可挠部对应的所述谐振子、和与所述非可挠部对应的所述谐振子；保持单元，其使所述MEMS元件的所述基板的与所述第一面处于表背关系的第二面侧露出并保持在压力变动区域中，在所述压力变动区域中露出至少一个所述可挠部、和至少一个所述非可挠部。
[0024]根据本应用例的电子装置，由于外部压力被施加在可挠部上从而使可挠部产生挠曲，由此将给谐振子的振动特性、即谐振频率带来变化。通过导出该外部压力与谐振子的频率特性的变化之间的关系，从而能够获得作为根据谐振子的频率特性的变化而对外部压力进行检测的电子装置的压力传感器。[0025]另一方面，在非可挠部中，不会产生由外部压力引起的挠曲。但是，当外部压力以外的干扰，例如冲击力、加速度等被施加在MEMS元件上时，被配置于可挠部以及非可挠部上的谐振子均将产生由干扰引起的谐振频率的变化。此时，由于在被配置于非可挠部上的谐振子中仅产生由干扰引起的谐振频率的变化，因此通过从被配置于由外部压力和干扰而引起变化的可挠部上的谐振子的谐振频率中，减去被配置于非可挠部上的谐振子的谐振频率的变化量，从而能够获取仅由被配置于可挠部上的谐振子的外部压力引起的谐振频率的变化。因此，即使在存在冲击或加速度这类的干扰的环境下，也能够获得作为对正确的压力值进行检测的电子装置的压力传感器。
[0026]应用例6
[0027]在上述应用例中，其特征在于，具备被形成在所述基板的第一面上并被密封的空间部，所述多个谐振子被配置于所述空间部内。
[0028]根据上述的应用例，通过将多个谐振子收纳于相同的空间部的内部，从而能够抑制谐振子的相对于空间部的气密性的变化的谐振频率的变化量在多个谐振子之间产生差异的情况。因此，能够获得作为可靠性较高、对正确的压力值进行检测的电子装置的压力传感器。
[0029]应用例7
[0030]在上述应用例中，其特征在于，所述可挠部为，被形成在所述基板的与所述第一面处于表背关系的第二面侧的凹部的底部。
[0031]根据上述的应用例，通过基板的凹部的有无从而能够很容易地形成可挠部和非可挠部。此外，由于凹部的底部成为薄壁部，因此通过调节凹部的深度，从而能够很容易地对薄壁部的壁厚进行调节，由此能够简便地获得与所检测出的外部压力的高低相对应的MEMS元件的电子装置。
[0032]应用例8
[0033]在上述应用例中，其特征在于，包括半导体装置。
[0034]根据上述应用例，由于能够通过与半导体装置、所谓IC的制造装置、方法均相同的制造装置、方法来制造MEMS元件，因此能够很容易地使MEMS元件与IC进行一体化，从而能够获得具备如下小型MEMS元件的电子装置，所述小型MEMS元件具备振荡电路。
[0035]应用例9
[0036]本应用例的电子设备的特征在于，具备:基板；多个谐振子，其被形成在所述基板的第一面上，在所述基板上具备至少一个可挠部和至少一个非可挠部，所述多个谐振子具备:MEMS元件，其包括与所述可挠部对应的所述谐振子、和与所述非可挠部对应的所述谐振子；保持单元，其使所述MEMS元件的所述基板的与所述第一面存在表背关系的第二面侧露出在压力测量对象区域中，并使至少一个所述可挠部、和至少一个所述非可挠部露出并保持在所述压力测量对象区域中；数据处理部，其对所述MEMS元件的测量数据进行处理。
[0037]根据本应用例的电子设备，由于外部压力会被施加在可挠部上从而使可挠部产生挠曲，由此将给谐振子的振动特性、即谐振频率带来变化。通过导出该外部压力与谐振子的频率特性的变化之间的关系，从而能够获得以如下高度计为一个示例的电子设备，所述高度计能够根据谐振子的频率特性的变化而对外部压力进行检测，并根据该压力值来对高度进行计算。[0038]另一方面，在非可挠部中，不会产生由外部压力引起的挠曲。但是，当外部压力以外的干扰，例如冲击力、加速度等被施加在MEMS元件上时，被配置于可挠部以及非可挠部上的谐振子均将产生由干扰引起的谐振频率的变化。此时，由于在被配置于非可挠部上的谐振子中仅产生由干扰引起的谐振频率的变化，因此通过从被配置于由外部压力和干扰引起变化的可挠部上的谐振子的谐振频率中，减去被配置于非可挠部上的谐振子的谐振频率的变化量，从而能够获得仅由被配置于可挠部上的谐振子的外部压力引起的谐振频率的变化。因此，即使在存在冲击或加速度这类的干扰的环境下，也能够获得以根据正确的压力值而对更正确的高度进行计算的高度计为一个示例的电子设备。
[0039]应用例10
[0040]在上述应用例中，其特征在于，具备被形成在所述基板的第一面上并被密封的空间部，所述多个谐振子被配置于所述空间部内。
[0041]根据上述应用例，通过将多个谐振子收纳于相同的空间部的内部，从而能够抑制谐振子的相对于空间部的气密性的变化的谐振频率的变化量在多个谐振子之间产生差异的情况。因此，能够获得以可靠性较高、能够根据正确的压力值而对更正确的高度进行计算的高度计为一个示例的电子设备。
【专利附图】
【附图说明】
[0042]图1表示第一实施方式所涉及的MEMS元件，Ca)为示意剖视图，(b)为MEMS振子部的俯视图，(C)为表示可挠部的其他方式的示意剖视图。
[0043]图2为对第一实施方式所涉及的MEMS元件的、(a)稳定状态、(b)加压状态的动作进行说明的MEMS振子的剖视模式图。
[0044]图3为表示另一个方式所涉及的MEMS元件的示意剖视图。
[0045]图4为表示另一个方式所涉及的MEMS元件的示意剖视图。
[0046]图5表示第二实施方式所涉及的MEMS元件，Ca)为示意剖视图，(b)为MEMS振子部的俯视图，(C)为表示可挠部的拎一个方式的示意剖视图。
[0047]图6为表示另一个方式所涉及的MEMS元件的示意剖视图。
[0048]图7为表示另一个方式所涉及的MEMS元件的示意剖视图。
[0049]图8表示第三实施方式所涉及的高度计，Ca)为结构图，(b)为(a)所示的C部的放大图。
[0050]图9为表示测量方法的流程图。
[0051]图10为表示另一个方式所涉及的高度计的局部剖视图。
[0052]图11为表示第四实施方式所涉及的移动体的外观图。
【具体实施方式】
[0053]以下，参照附图，对本发明所涉及的实施方式进行说明。
[0054]第一实施方式
[0055]在图1中图示了第一实施方式所涉及的MEMS元件，(a)为示意剖视图，(b)为(a)所示的电极部的A方向的向视图。此外，图1 (c)为表示可挠部的另一个方式的示意剖视图。另外，(a)以及(C)成为相当于(b)所示的B-B'部的剖视图。如图1 (a)所示,本实施方式所涉及的MEMS兀件100具备基板10,所述基板10由晶片基板11、被形成于晶片基板11的主面Ila上的第一氧化膜12、和被形成于第一氧化膜12上的氮化膜13构成。晶片基板11为硅基板，其也可以被用作形成后文所述的半导体装置、即所谓的IC的晶片基板11。
[0056]在基板10的作为第一面的主面10a、即氮化膜13的表面13a上，形成有作为谐振子的MEMS振子20。MEMS振子20由图1 (b)所示的、设在第一导电层21上的固定下部电极21a (以下，称为下部电极21a)和设在第二导电层22上的可动电极22a (以下，称为上部电极22a)构成。通过利用光刻对导电性的聚硅进行图案形成，从而形成第一导电层21以及第二导电层22。另外,关于第一导电层21以及第二导电层22,虽然在本实施方式中不出了使用聚硅的示例，但并不限定于此。
[0057]在MEMS振子20的下部电极21a与上部电极22a之间形成有间隙部G，所述间隙部G作为能够使上部电极22a可动的空间。此外，MEMS振子20被形成为，被收纳于在基板10的主面IOa上所形成的空间部S内。空间部S以如下方式被形成。在形成了第一导电层21以及第二导电层22之后，形成第二氧化膜40。在第二氧化膜40上，在形成第二导电层22的同时，以与由聚硅形成的、后文所述的空间壁部30的最下层33相连接的方式而形成有令最下层33露出的孔，并通过利用光刻而实施的图案形成，从而形成第一配线层31。
[0058]而且，第三氧化膜50被形成于第二氧化膜40上。在第三氧化膜50上，形成有使第一配线层31露出的孔，并通过利用光刻而实施的图案形成，从而形成第二配线层32。第二配线层32具备壁部32a和盖部32b，所述壁部32a构成后文所述的空间壁部30的最上层，所述盖部32b构成对MEMS振子20进行收纳的空间部S。而且，在第二配线层32的盖部32b上具备开口 32c，开口 32c用于，为了形成空间部S而对在制造过程中形成的处于空间部S的区域内的第二氧化膜40以及第三氧化膜50进行脱模蚀刻。
[0059]接下来，以使第二配线层32的开口 32c露出的方式而形成保护膜60，通过开口32c而导入对第二氧化膜40以及第三氧化膜50进行蚀刻的蚀刻液，并通过脱模蚀刻而形成空间部S。空间部S为被空间壁部30包围的区域，所述空间壁部30由最下层33、第一配线层31和第二配线层32形成。
[0060]通过上述的空间部S形成时的脱模蚀刻，从而形成被设于MEMS振子20中的间隙部G。即，在形成了第一导电层21之后，在下部电极21a上形成未图示的第四氧化膜，并在第四氧化膜上形成上部电极22a。然后，第四氧化膜通过脱模蚀刻而与第二氧化膜40以及第三氧化膜50 —起被去除，从而形成间隙部G。另外，通过上述的脱模蚀刻而被去除的、相当于空间部S的区域的第二氧化膜40以及第三氧化膜50、以及第四氧化膜被称为牺牲层。
[0061]当脱模蚀刻结束并形成了空间部S时，形成被覆层70，所述覆盖层70对未被保护膜60覆盖的第二配线层32的盖部32b进行覆盖，从而使开口 32c封闭。由此，空间部S被密封。
[0062]虽然以此方式形成了 MEMS元件100，但在本实施方式所涉及的MEMS元件100中，在与至少一个MEMS振子相对应的基板10的主面IOa的相反面、即成为作为第二面的基板背面IOe的、晶片基板11的晶片基板背面Ild上，形成有凹部lib。通过形成凹部11b，从而在形成有MEMS振子20的主面IOa的区域中形成了薄壁部11c。由该薄壁部11c、被形成于薄壁部Ilc上的第一氧化膜12和氮化膜13构成了可挠部10b。本实施方式所涉及的MEMS元件100具备第一 MEMS元件110和第二 MEMS元件120，所述第一 MEMS元件110具备可挠部10b，所述第二 MEMS元件120不具备可挠部10b、即具备非可挠部10c。
[0063]在本实施方式中，如图1 (a)所示，虽然例示了第一 MEMS元件110、第二 MEMS元件120分别被设置有一个的方式，但并不限定于此，也可以使第一 MEMS元件110、第二 MEMS元件120分别被设置有多个。通过具备多个第一 MEMS元件110、和第二 MEMS元件120，并通过对来自第一 MEMS元件110、第二 MEMS元件120的取得数据进行例如平均化，从而能够获得更准确的数据。在具备多个第一 MEMS元件110、和第二 MEMS元件120的情况下，只要使第一 MEMS元件110以及第二 MEMS元件120分别被设置有至少一个即可。
[0064]可挠部IOb可以为如图1 (C)所示的方式。如图1 (C)所示，第一 MEMS元件111也可以在晶片基板11上形成使第一氧化膜12露出的凹部11b，并通过第一氧化膜12和氮化膜13从而形成可挠部10d。此外，第二 MEMS元件120中的非可挠部IOc并不限定于图1(a)所示的方式，只要为对应于MEMS振子20的区域的基板10不会因外力而发生挠曲、或者难以挠曲的结构即可。
[0065]在本实施方式所涉及的MEMS元件100中，具备可挠部10b、10d的第一 MEMS元件110、111，会由于外部因素特别是压力等的外力而在可挠部10b、IOd上产生挠曲，从而给MEMS振子20的振动频率特性带来变化。根据图2，对该机理进行说明。图2 (a)为，图1
(a)所示的第一 MEMS元件110的稳定状态下的MEMS振子20的图1 (b)所示的B-B'部处的剖视放大模式图，图2 (b)为，表示对图2 (a)所示的稳定状态施加了外力的状态下的第
一MEMS元件110的MEMS振子20的剖视放大模式图。另外，在本示例中，虽然例示了第一MEMS元件110并进行了说明，但也可以为第一 MEMS元件111。
[0066]如图2 (a)所示，在稳定状态下的MEMS振子20中，以相对于下部电极21a而隔开间隙部G的方式配置有上部电极22a。上部电极22a成为以与基板10的主面IOa之间的接合点Pf为固定点的悬臂梁。由被施加在下部电极21a以及上部电极22a上的电荷所产生的静电力，将使上部电极22a在F方向上进行振动。此外，通过对间隙部G的静电电容的变化进行检测，从而能够取得MEMS振子20的振动频率等的振动特性。
[0067]如图2 (b)所示，在具备能够以上述方式进行振动的MEMS振子20的第一 MEMS元件110中，作为外力而将压力P施加在晶片基板11的凹部Ilb上，应力施加在了构成可挠部IOb的薄壁部11c、第一氧化膜12、以及氮化膜13上，由此基板10的主面IOa发生变形从而成为主面IOa'，并产生挠度δ。其结果为，MEMS振子20的间隙部G向负载后的间隙部Gi变化，并给MEMS振子20的振动特性带来了变化。通过导出该外压P与MEMS振子20的频率特性的变化之间的关系，从而能够利用MEMS元件100作为根据MEMS振子20的频率特性的变化来对外压P进行检测的传感器。
[0068]在第一 MEMS元件110中，可挠部IOb能够通过外部压力P而挠曲，根据MEMS振子20的静电电容的变化谐振频率将发生变化，从而能够得到压力P的值。另一方面，在第二MEMS元件120中，通过具备非可挠部IOc从而在压力ρ下的非可挠部IOc中将不产生挠曲。SP，当MEMS元件100上被施加了除压力ρ以外的干扰，例如冲击力、加速度等时，第一 MEMS元件110以及第二 MEMS元件120将同时产生由于干扰而引起的谐振频率的变化。此时，由于在第二 MEMS元件120中仅存在由干扰引起的谐振频率的变化，因此通过从由于压力P和干扰而发生变化的第一 MEMS元件110的谐振频率中减去第二 MEMS元件120的谐振频率的变化量，从而能够取得第一 MEMS元件110的仅由压力ρ而引起的谐振频率的变化。因此，即使在存在冲击或加速度这类干扰的环境下，也能够获得作为对准确的压力值进行检测的压力传感器的MEMS元件100。
[0069]在图3中，图示了第一实施方式所涉及的MEMS元件100的拎一个方式。图3所示的MEMS元件200相对于图1所示的MEMS元件100，在第一 MEMS元件110中所设置的可挠部IOb和第二 MEMS元件120中所设置的非可挠部IOc的方式上有所不同。如图3所示，由晶片基板14、第一氧化膜12和氮化膜13构成的基板IA以作为基本结构而在第一 MEMS元件210中具备具有可挠性的可挠部IAa的方式而被形成为薄壁。另一方面，在需要将基板IA设为非可挠性的第二 MEMS元件220中，通过形成有凸部14a并进行厚壁化从而形成有非可挠部lAb。另外，虽然在本示例中凸部14a被一体地形成在晶片基板14上，但也可以采用将凸部14a设为分体并使其贴附在晶片基板14上的结构。
[0070]图4图示了将上述的MEMS元件100与半导体装构成在一个芯片上的方式。图4所示的MEMS元件300具有将第一 MEMS元件110、第二 MEMS元件120和半导体装置310形成在一个芯片上的结构。由于第一 MEMS元件110以及第二 MEMS元件120为，能够使用半导体制造装置并通过半导体制造方法进行制造的微小装置，因此能够将半导体装置310很容易地形成在与第一 MEMS元件110以及第二 MEMS元件120相同的晶片基板11上。在半导体装置310中，具备对第一 MEMS元件110及第二 MEMS元件120进行驱动的发射电路、以及对第一 MEMS元件110及第二 MEMS元件120的频率变动进行运算的运算电路等。如MEMS元件300所示，通过将半导体装置310与第一 MEMS元件110以及第二 MEMS元件120形成在一个芯片上，从而能够获得一种小型的传感器装置。此外，由于半导体装置310和MEMS元件110、120如上所述能够通过相同的半导体制造装置以及相同的半导体制造法方法进行制造，因此能够实现制造成本的降低以及环境负担的减小。
[0071]第二实施方式
[0072]在图5中图示了第二实施方式所涉及的MEMS元件，Ca)为示意剖视图，(b)为(a)所示的电极部的A方向的向视图。此外，图5 (c)为表示可挠部的另一个方式的示意剖视图。另外，(a)以及(C)成为相当于(b)所示的B-B'部的剖视图。如图5 (a)所示，本实施方式所涉及的MEMS兀件100A具备基板10,所述基板10由晶片基板11、被形成在晶片基板11的主面Ila上的第一氧化膜12、和被形成在第一氧化膜12上的氮化膜13构成。晶片基板11为硅基板，也可以被用作形成后文所述的半导体装置、即所谓IC的晶片基板11。
[0073]在基板10的作为第一面的主面10a、即氮化膜13的表面13a上，形成有作为谐振子的MEMS振子20，在本实施方式中形成了两组。另外，所形成的MEMS振子20并不限定于两组，也可以为两组以上的多组。MEMS振子20由图5 (b)所示的、设在第一导电层21上的固定下部电极21a (以下，称为下部电极21a)和设在第二导电层22上的可动电极22a (以下，称为上部电极22a)构成。也如图5 (b)所示，第一导电层21具备与下部电极21a以及未图示的外部配线相连接的第一配线部21b。此外，第二导电层22具备与上部电极22a以及未图示的外部配线相连接的第二配线部22b。通过利用光刻而对导电性的聚硅进行图案形成，从而形成第一导电层21以及第二导电层22。另外，对于第一导电层21以及第二导电层22，虽然在本实施方式中示出了使用聚硅的示例，但是并不限定于此。
[0074]在MEMS振子20的下部电极21a与上部电极22a之间形成有间隙部G，所述间隙部G作为能够使上部电极22a可动的空间。此外，两组MEMS振子20被形成为，被收纳于在基板10的主面IOa上所形成的空间部S内。空间部S以如下方式被形成。在形成了第一导电层21以及第二导电层22之后，形成第二氧化膜40。在第二氧化膜40上，在形成第二导电层22的同时，以与由聚硅形成的后文所述的空间壁部30的最下层33相连接的方式形成有使最下层33露出的孔，并通过由光刻实施的图案形成，从而形成第一配线层31。
[0075]而且,第三氧化膜50被形成于第二氧化膜40上。在第三氧化膜50上，形成有使第一配线层31露出的孔，并通过由利用光刻而实施的图案形成，从而形成第二配线层32。第二配线层32具备壁部32a和盖部32b，所述壁部32a构成后文所述的空间壁部30的最上层，所述盖部32b构成对MEMS振子20进行收纳的空间部S。而且，在第二配线层32的盖部32b上，具备开口 32c，开口 32c用于，为了形成空间部S而对在制造过程中所形成的处于空间部S的区域内的第二氧化膜40以及第三氧化膜50进行脱模蚀刻。
[0076]接下来，以使第二配线层32的开口 32c露出的方式而形成保护膜60，通过开口32c而导入对第二氧化膜40以及第三氧化膜50进行蚀刻的蚀刻液，并通过脱模蚀刻形成空间部S。空间部S为被空间壁部30包围的区域，所述空间壁部30由最下层33、第一配线层31和第二配线层32形成。
[0077]通过上述的空间部S的形成时的脱模蚀刻，从而形成被设置于MEMS振子20中的间隙部G。即，在形成了第一导电层21之后，在下部电极21a上形成未图示的第四氧化膜，并在第四氧化膜上形成上部电极22a。然后,第四氧化膜通过脱模蚀刻而与第二氧化膜40以及第三氧化膜50 —起被去除，从而形成间隙部G。另外，通过上述的脱模蚀刻而被去除的、相当于空间部S的区域的第二氧化膜40以及第三氧化膜50以及第四氧化膜被称为牺牲层。
[0078]当脱模蚀刻结束并形成了空间部S时，形成被覆层70，所述被覆层70对未被保护膜60覆盖的第二配线层32的盖部32b进行覆盖，从而封闭开口 32c。由此，空间部S被密封。
[0079]虽然以此方式形成了 MEMS元件100A，但在本实施方式所涉及的MEMS元件100A中，在与至少一个MEMS振子20相对应的基板10的主面IOa的相反面、即成为作为第二面的基板背面IOe的、晶片基板11的晶片基板背面Ild上，形成有凹部lib。通过形成凹部11b，从而在形成有MEMS振子20的主面IOa的区域上形成了薄壁部11c。在此，薄壁部Ilc为凹部Ilb的底部。可挠部IOb由该薄壁部11c、被形成于薄壁部Ilc上的第一氧化膜12和氮化膜13构成。本实施方式所涉及的MEMS元件100A具备第一 MEMS元件110和第二MEMS元件120，所述第一 MEMS元件110具备可挠部10b，所述第二 MEMS元件120不具备可挠部10b、即具备非可挠部10c，构成第一 MEMS元件110的MEMS振子20和构成第二 MEMS元件120的MEMS振子20被收纳在空间部S内部。
[0080]在本实施方式中，如图5 (a)所示，虽然例示了第一 MEMS元件110、第二 MEMS元件120分别被设置有一个的方式，但并不限定于此，也可以使第一 MEMS元件110和第二 MEMS元件120分别被设置有多个。通过具备多个第一 MEMS元件110和第二 MEMS元件120，并通过对来自第一 MEMS元件110和第二 MEMS元件120的取得数据进行例如平均化，从而能够获得更准确的数据。在具备多个第一 MEMS元件110、第二 MEMS元件120的情况下，只要使第一 MEMS元件110以及第二 MEMS元件120分别被设置有至少一个即可。
[0081]可挠部IOb可以为如图5 (C)所示的方式。如图5 (C)所示，第一 MEMS元件部Ill可以在晶片基板11上形成使第一氧化膜12露出的凹部11b，并通过第一氧化膜12和氮化膜13从而形成可挠部10d。此外，第二 MEMS元件120中的非可挠部IOc并不限定于图5 Ca)所示的方式，只要为对应于MEMS振子20的区域的基板10不会因外力而发生挠曲或者难以挠曲的结构即可。
[0082]在本实施方式所涉及的MEMS元件100A中，具备可挠部10b、10d的第一 MEMS元件110、111，会由于外部因素特别是压力等的外力而在可挠部IOb、IOd上产生挠曲，从而给MEMS振子20的振动频率特性带来变化。由于该机理与在上述的第一实施方式中使用图2说明了的机理相同，因此省略了本实施方式中的说明，通过导出外压与MEMS振子20的频率特性的变化之间的关系，从而能够利用MEMS元件100A作为根据MEMS振子20的频率特性的变化来对外压进行检测的传感器。而且，即使在与第一实施方式相同地存在冲击或者加速度这类干扰的环境下，也能够获得作为对正确的压力值进行检测的压力传感器的MEMS元件100A。
[0083]此外，通过将在第一 MEMS元件110以及第二 MEMS元件120中所设置的MEMS振子20收纳在相同的空间部S的内部，从而能够抑制在相对于空间部S的气密性的变化的、第一MEMS元件110与第二 MEMS元件120的谐振频率的变化量中产生差异的情况。即，空间部S的内部被保持为，将阻碍MEMS振子20的上部电极22a在振动方向F (参照图2)上的振动的、空气中所包含的氧分子、氮分子排除了的、所谓的真空密封。但是，随着时间的流逝，使用了 MEMS元件100A的环境中的气体成分即使很少，也有可能会侵入到空间部S的内部，从而将因侵入到空间部S内的气体成分的分子而妨碍上部电极22a的振动。其结果为，将引发谐振频率的变动。
[0084]但是，在本实施方式所涉及的MEMS元件100A中，通过将在第一 MEMS元件110以及第二 MEMS元件120中所设置的MEMS振子20收纳于相同的空间部S的内部，从而即使气体成分侵入到了空间部S内，也使得其对设置在第一 MEMS元件110中的上部电极22a的振动的影响、与其对设置在第二 MEMS元件120中的上部电极22a的振动的影响处于相同条件。因此，不容易在由侵入的气体成分所引起的谐振频率的变化量上产生差异，从而即使在存在冲击或加速度这类干扰的环境下，也能够获得作为持续长时间地对正确的压力值进行检测的压力传感器的MEMS元件100A。
[0085]在图6中，图示了第二实施方式所涉及的MEMS元件100A的另一个方式。图6所示的MEMS元件200A相对于图5所示的MEMS元件100A，在第一 MEMS元件部中110所设置的可挠部IOb和第二 MEMS元件120中所设置的非可挠部IOc的方式上有所不同。如图6所示，由晶片基板14、第一氧化膜12和氮化膜13构成的基板IA以作为基本结构而在第一MEMS元件部210中具备具有可挠性的可挠部IAa的方式被形成为薄壁。另一方面，在需要将基板IA设为非可挠性的第二 MEMS元件部220中，通过形成有凸部14a并进行厚壁化从而形成有非可挠部lAb。另外，虽然在本示例中凸部14a被一体地形成在晶片基板14上，但也可以采用将凸部14a设为分体并使其贴附在晶片基板14上的结构。
[0086]图7为表示将上述的MEMS元件100A与半导体装置构成在一个芯片上的方式的图。图7所示的MEMS元件300A具有将第一 MEMS元件110、第二 MEMS元件120和半导体装置310形成在一个芯片上的结构。由于第一 MEMS元件110以及第二 MEMS元件120为，能够使用半导体制造装置并通过半导体制造方法进行制造的微小装置，因此能够将半导体装置310很容易地形成在与第一 MEMS元件110以及第二 MEMS元件120相同的晶片基板11上。在半导体装置310中，具备对第一 MEMS元件110及第二 MEMS元件120进行驱动的发射电路、以及对第一 MEMS元件110及第二 MEMS元件120的频率变动进行运算的运算电路等。如图7所示，由于MEMS元件300A将半导体装置310与第一 MEMS元件110以及第二MEMS元件120形成在一个芯片上，因此能够获得一种小型的传感器装置。此外，由于半导体装置310和MEMS元件110、120如上所述能够通过相同的半导体制造装置以及相同的半导体制造法方法进行制造，因此能够实现制造成本的降低以及环境负担的减小。
[0087]第三实施方式
[0088]作为第三实施方式，根据附图来对高度计进行说明。第三实施方式所涉及的高度计为具备如下压力传感器的电子设备的一个方式，所述压力传感器为，作为具备第一实施方式所涉及的MEMS元件300的电子装置的传感器。另外，虽然在本第三实施方式所涉及的高度计的说明中，将具备了第一实施方式所涉及的MEMS元件300的结构作为一个示例进行了说明，但也可以适用第一实施方式所涉及的MEMS元件100、200、或者第二实施方式所涉及的 MEMS 元件 100A、200A、300A。
[0089]如图8 Ca)所示，在作为第三实施方式所涉及的电子设备的高度计1000的筐体1100中，具备第一实施方式所涉及的MEMS元件300、作为保持单元的元件固定框1200和运算部1300，其中，所述元件固定框1200对MEMS元件300进行保持并被安装在筐体1100上，所述运算部1300将来自MEMS元件300的所取得的数据信号计算成高度数据。在筐体1100上设置有开口 1100a，所述开口 I IOOa能够使设在MEMS元件300上的第一 MEMS元件110的可挠部IOb以及第二 MEMS元件120的非可挠部IOc (参照图1、图4)与大气通气。
[0090]将图8 Ca)所示的C部、即MEMS元件300的安装部截面的详细情况图示在图8
(b)中。如图8 (b)所示，以在开口 IlOOa侧露出第一 MEMS元件110的可挠部IOb以及第二 MEMS元件120的非可挠部IOc的方式进行配置。此外，元件固定框1200也具备贯通孔1200a，贯通孔1200a也以露出第一 MEMS元件110的可挠部IOb以及第二 MEMS元件120的非可挠部IOc的方式进行配置。
[0091]元件固定框1200与MEMS元件300通过粘合等方法而被接合在元件固定框1200的接合面1200b上。贴附有MEMS元件300的元件固定框1200通过螺钉1400而被安装在筐体1100上。另外，元件固定框1200的向筐体固定的固定方法并不限定于螺钉1400，也可以采用粘合等的贴附方法。
[0092]高度计1000对施加于如下部件上的作为压力变动区域的大气压力(以下，称为大气压)进行检测，进而对高度进行测量，所述部件为，经由筐体1100上的开口 1100a、以及元件固定框1200上的贯通孔1200a而通气的第一 MEMS元件110的可挠部IOb和第二 MEMS元件120的非可挠部10c。但是，使用高度计1000的环境并不一定为静态环境，在因移动而产生的加速度、因冲击而产生的加速度等的动态环境下也可以使用。即使在这种动态环境下，本实施方式所涉及的高度计1000也能够进行准确的高度测量。
[0093]以下，对本实施方式所涉及的高度计1000实施的高度测量方法的概要进行说明。图9为表示高度测量方法的流程图。
[0094]测量准备工序
[0095]首先，通过测量准备工序(SI)，插入电源，如果有需要则执行初始调节。由此，第一MEMS元件110以及第二 MEMS元件120的发射频率被调节为F(MHz)，测量准备工序(SI)结束并转移至传感工序。
[0096]传感工序
[0097]在传感工序(S2)中，在可挠部10b、以及非可挠部IOc上将受到MEMS元件300上所通气的大气压，由此执行大气压的传感。在传感工序(S2)中，第一 MEMS元件110以及第
二MEMS元件120的发射频率将产生如下变化，即，以可挠部IOb以及非可挠部IOc的因大气压而引起的挠曲为主要因素的变化；以动态外部因素的冲击力或移动加速度等为主要因素的变化。在此，将传感工序(S2)中的第一 MEMS元件110的发射频率设为第一发射频率fl (MHz)，将第二 MEMS元件120的发射频率设为第二发射频率f2 (MHz)。在输出第二发射频率f2的第二 MEMS元件120中，由于MEMS振子20被形成在非可挠部IOc的区域中，因此不会产生由大气压引起的MEMS振子20的区域的基板10的挠曲。因此，可以说第二发射频率f2为由动态外部因素引起的变化所产生的频率。
[0098]另一方面，在第一 MEMS元件110中，由于具备可挠部10b，因此通过大气压的变化而将在可挠部IOb上产生挠曲，并使发射频率产生变化。而且，由于同时还产生了由动态外部因素引起的发射频率变化，因此第一发射频率fl成为产生由大气压变化和动态外部因素引起的频率变化的结果。以此方式得到的第一发射频率fl以及第二发射频率f2将转移至接下来的频率计数值运算工序。
[0099]频率计数值运算工序
[0100]在频率计数值运算工序(S3)中，在设置于高度计1000中的运算部1300中，从第一发射频率f I中减去第二发射频率f2，通过Af = fl — f2求出Af0被求出的Af成为，从第一发射频率fl中将由动态外部因素引起的频率变动量排除在外的频率变动量、即由大气压变化弓I起的频率变动量。
[0101]压力值转换工序
[0102]执行将通过频率计数值运算工序(S3)而求出的Af转换为压力值的压力值转换工序(S4)。在压力值转换工序(S4)中，在设置于高度计1000中的运算部1300中所设置的未图示的存储单元中，通过预先从Af转换为压力值的转换表而将Af转换为压力值。gp，从存储单元中调出转换表，选择与在频率计数值运算工序中取得的—致、或者大致一致的表上的压力值并进行输出。另外，从压力值向高度的转换是通过转换式进行运算并输出的。
[0103]所输出的高度数据被发送至具备图8(a)所示的显示单元2100的个人计算机2000(以下，称为PC2000)中，并被显示在PC2000的显示单元2100上。此时，通过设在PC2000中的处理软件，从而能够实施高度数据的存储、图形化、显示成地图数据等各种各样的数据处理。另外，还可以在高度计1000中具备数据处理装置、显示部、外部操作部等以代替PC2000。
[0104]在第三实施方式所涉及的高度计1000中，通过具备第二 MEMS元件120，从而能够在由压力变动引起的高度的测量中，对由压力变动以外的动态外部因素、即移动的加速度、冲击力等引起的MEMS振子20的发射频率进行检测，并从第一 MEMS元件110的发射频率中提取由压力变动引起的发射频率分量，由此获得准确的压力值或者由压力值转换成的高度数据。[0105]图10表示第三实施方式所涉及的高度计1000中所设置的MEMS元件300的另一个方式。图10表示图8 (a)所示的高度计1000的图8 (a)的C部。如图10所示，在MEMS元件300上，贴附有使MEMS元件300具备可挠性和气密性的可挠膜400。作为可挠膜400，优选为，例如含氟树脂、合成橡胶等的具有弹力性、气体透过率较小的材料或者金属薄膜。
[0106]可挠膜400被配置为，对第一 MEMS元件110的可挠部IOb以及第二 MEMS元件120的非可挠部IOc进行覆盖，并通过凸缘部400a而被贴附在基板10上。此时，在由基板10和可挠膜400形成的空间Q (图示点状阴影部)中填充有例如空气、惰性气体等的气体，从而被形成作为压力变动区域。具备可挠膜400的MEMS元件300被贴附在元件固定框1200上，并被安装在筐体1100上。
[0107]MEMS元件300通过具备可挠膜400，从而能够防止外部的异物、尘土等附着在MEMS元件110、120上进而保持干净，由此能够获得稳定的高度计的性能。此外，即使可挠膜400的外部环境为液体、腐蚀气体等,也能够抑制其对MEMS元件300的损伤。
[0108]第四实施方式
[0109]对作为具备第一实施方式以及第二实施方式所涉及的MEMS元件100、200、300、100A、200A、300A或者第三实施方式所涉及的高度计1000的电子设备的导航系统、和作为搭载了该导航系统的移动体的一个方式的汽车进行说明。另外，在本方式中，列举了应用第一实施方式所涉及的MEMS元件300的示例来进行说明。
[0110]图11为具备作为电子设备的导航系统3000的移动体的汽车4000的外观图。在导航系统3000中，具备未图示的地图信息、来自GPS (全球定位系统:Global PositioningSystem)的位置信息取得单元、由陀螺传感器以及加速度传感器和车速数据构成的独立导航单元、和第三实施方式所涉及的高度计1000，并在被配置于驾驶员能够目视确认的位置上的显示单元3100上,显示出预定的位置信息或者前进道路信息。
[0111]在图11所示的汽车4000中，通过在导航系统3000中具备高度计1000，从而除所获得的位置信息之外，还能够获得高度信息。例如，在行驶于位置信息上表示得与普通道路大致相同的位置的高架道路时，在不具有高度信息的情况下，在导航系统中无法判断是行驶于普通道路上，还是行驶于高架道路上，从而会将普通道路的信息作为优先信息提供给驾驶员。因此，在本实施方式所涉及的导航系统3000中，能够通过高度计1000获得高度信息，并对由从普通道路驶上高架道路所产生的高度变化进行检测，从而能够向驾驶员提供高架道路的行驶状态中的导航信息。
[0112]此外，在本实施方式所涉及的汽车4000所具备的导航系统3000中，针对由频繁施加的振动产生的冲击力、由加减速或方向转换产生的加速度，通过从第一 MEMS元件110的频率变动中减去由图1所示的第二 MEMS元件120所获得的频率变动量，从而能够对微小的压力变动进行检测。即，能够获得具备如下导航系统3000的汽车4000，所述导航系统3000即使相对于较少的高度变化也能够获得正确的高度数据。
[0113]此外，通过第一实施方式所涉及的MEMS元件100、200能够构成小型的压力检测设备，从而能够很容易地将液压或者空气压力的驱动系统组装到汽车4000中。由此，能够很容易地对装置的压力进行监视并取得控制数据。
[0114]符号说明 [0115]10…基板;10a…主面;10b…可挠部;10c…非可挠部;10d…可挠部;10e…基板背面；11...晶片基板；lla…主面；llb…凹部；llc…薄壁部；lld…晶片基板背面；12...第一氧化膜；13…氮化膜；13a…氮化膜的表面；2(>"MEMS振子；21…第一导电层；21a…下部电极(固定下部电极)；21b…第一配线部；22…第二导电层；22a…上部电极(可动电极)；22b…第二配线部；30…空间壁部；31…第一配线层；32…第二配线层；32a…壁部；32b…盖部；32c…开口 ；33…最下层；40…第二氧化膜；50…第三氧化膜；60…保护膜；70...被覆层；100、200、300、100A、200A、300A...MEMS 元件;110…第一 MEMS 元件；111 …第一 MEMS 元件；120…第二 MEMS元件；S …空间；G…间隙部。
【权利要求】
1.一种微机电系统兀件，其特征在于，具备: 基板； 多个谐振子，其被形成在所述基板的第一面上， 在所述基板上具备至少一个可挠部和至少一个非可挠部， 所述多个谐振子包括与所述可挠部对应的所述谐振子、和与所述非可挠部对应的所述谐振子。
2.如权利要求1所述的微机电系统元件，其特征在于， 具备被形成在所述基板的第一面上并被密封的空间部， 所述多个谐振子被配置于所述空间部内。
3.如权利要求1所述的微机电系统元件，其特征在于， 所述可挠部为，被形成在所述基板的与所述第一面处于表背关系的第二面侧的凹部的底部。
4.如权利要求1所述的微机电系统元件，其特征在于， 包括半导体装置。
5.一种电子装置，其特征在于，具备: 基板；` 多个谐振子，其被形成在所述基板的第一面上， 在所述基板上具备至少一个可挠部和至少一个非可挠部， 所述多个谐振子具备: 微机电系统元件，其包括与所述可挠部对应的所述谐振子、和与所述非可挠部对应的所述谐振子； 保持单元，其使所述微机电系统元件的所述基板的与所述第一面处于表背关系的第二面侧露出并保持在压力变动区域中， 在所述压力变动区域中露出至少一个所述可挠部、和至少一个所述非可挠部。
6.如权利要求5所述的电子装置，其特征在于， 具备空间部，所述空间部被形成在所述基板的第一面上并被密封， 所述多个谐振子被配置于所述空间部内。
7.如权利要求5所述的电子装置，其特征在于， 所述可挠部为，被形成在所述基板的与所述第一面处于表背关系的第二面侧的凹部的底部。
8.如权利要求5所述的电子装置，其特征在于， 包括半导体装置。
9.一种电子设备,其特征在于,具备: 基板； 多个谐振子，其被形成在所述基板的第一面上， 在所述基板上具备至少一个可挠部和至少一个非可挠部， 所述多个谐振子具备: 微机电系统元件，其包括与所述可挠部对应的所述谐振子、和与所述非可挠部对应的所述谐振子；保持单元，其使所述微机电系统元件的所述基板的与所述第一面处于表背关系的第二面侧露出在压力测量对象区域中，并使至少一个所述可挠部、和至少一个所述非可挠部露出并保持在所述压力测量对象区域中； 数据处理部，其对所述微机电系统元件的测量数据进行处理。
10.如权利要求9所述的电子设备，其特征在于， 具备被形成在所述基板的第一面上的被密封的空间部， 所述多个谐振子被配置于`所述空间部内。
【文档编号】B81B3/00GK103864002SQ201310670469
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年12月10日 优先权日:2012年12月11日
【发明者】松沢勇介, 茅野祐治 申请人:精工爱普生株式会社