(57)【要約】【課題】ピエゾ抵抗型圧力センサにおけるダイヤフラムの形成領域を増加させることなしに、検出感度の向上を図る。【解決手段】半導体基板を用いるピエゾ抵抗型圧力センサにおいて、ダイヤフラムｓの辺の中央付近からダイヤフラムの中心に向かって支持枠の一部分を突出部１０として突出させる。突出部１０を設けたことによって、突出部１０の先端近傍に応力集中位置が形成される。この応力集中位置に、ピエゾ抵抗（拡散抵抗）からなるピエゾ抵抗型圧力検出部４ａ，４ｂを配置する。【選択図】      図１
2006003100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの外周で前記ダイヤフラムを支持し該ダイヤフラムよりも相対的に厚く形成された支持枠と、前記ダイヤフラムに圧力が印加したことによる前記ダイヤフラムの変形により歪むことで前記圧力を電気量として検出するピエゾ抵抗型圧力検出部とを備えたピエゾ抵抗型圧力センサにおいて、
前記支持枠の一部が前記ダイヤフラムに向かって突出する突出部を形成していることを特徴とするピエゾ抵抗型圧力センサ。
【請求項２】
少なくとも１つのピエゾ抵抗型圧力検出部が前記突出部に対応して設けられている請求項１に記載のピエゾ抵抗型圧力センサ。
【請求項３】
前記ダイヤフラムは正方形または長方形の平面形状を有し、前記ダイヤフラムの少なくとも１辺の中央部から前記突出部が突出している、請求項１または２に記載のピエゾ抵抗型圧力センサ。
【請求項４】
前記ダイヤフラムは正方形または長方形の平面形状を有し、前記ダイヤフラムの各辺の中央部からそれぞれ前記突出部が突出し、
前記突出部ごとに前記ピエゾ抵抗型圧力検出部が配置している、請求項１に記載のピエゾ抵抗型圧力センサ。
【請求項５】
前記ダイヤフラムの中心に向かう前記突出部の突出長さをＹ、前記突出長さに直交する方向での前記突出部の幅をＸ、前記ダイヤフラムの辺の長さをｈ、前記ダイヤフラムの厚さをａとして、ａ／ｈが０．０３以下であり、Ｘが０．１５ｈ以下であり、Ｙが０．１ｈ以下である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のピエゾ抵抗型圧力センサ。
【請求項６】
Ｘが０．０５ｈ以下でありＹが０．１ｈ以下である、請求項５に記載のピエゾ抵抗型圧力センサ。
【請求項７】
少なくとも１つの前記ピエゾ抵抗型圧力検出部は、前記ダイヤフラム上の位置であって前記突出部の近傍に形成されている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のピエゾ抵抗型圧力センサ。
【請求項８】
少なくとも１つの前記ピエゾ抵抗型圧力検出部は、前記ダイヤフラムと前記突出部とをまたぐように形成されている請求項１乃至６のいずれか１項に記載のピエゾ抵抗型圧力センサ。
【請求項９】
少なくとも１つの前記ピエゾ抵抗型圧力検出部の形成領域の少なくとも一部が、前記突出部の位置に配置している、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のピエゾ抵抗型圧力センサ。
【請求項１０】
前記突出部を含む前記支持枠と前記ダイヤフラムとが半導体基板から構成されている、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のピエゾ抵抗型圧力センサ。
【請求項１１】
前記半導体基板の一方の主面に前記ピエゾ抵抗型圧力検出部が形成され、前記半導体基板の他方の主面に中空部が形成され、該中空部の周縁が前記支持枠として構成され、前記中空部の上面が前記ダイヤフラムとして構成される、請求項１０に記載のピエゾ抵抗型圧力センサ。
【請求項１２】
前記ダイヤフラムが第１の一様な厚さを有し、少なくとも前記ダイヤフラムの周縁の領域において前記突出部を含めて前記支持枠が第２の一様な厚さに設けられている、請求項１乃至１１に記載のピエゾ抵抗型圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板にピエゾ抵抗を配置して構成されたピエゾ抵抗型圧力センサに関し、特に、半導体基板におけるダイヤフラムの形成領域の面積を増大させることなく検出感度の向上が図られたピエゾ抵抗型圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種の物理量を検出するためのセンサが半導体装置製造技術を応用して製作されるようになってきており、圧力センサについても、ピエゾ抵抗型圧力センサとして、半導体装置製造技術に基づいて製作されるようになっている。
【０００３】
図６（ａ）は、この種のピエゾ抵抗型圧力センサの原理を示す上面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の２点鎖線の位置での断面図である。このピエゾ抵抗型圧力センサ２０では、例えばシリコンからなる半導体基板を使用し、半導体基板の一部の領域に半導体基板の裏面側から中空部２を設けてその領域では半導体基板の厚さが薄くなるようにしてダイヤフラム３を形成している。ダイヤフラム３のことは、メンブレンとも呼ぶ。図６（ａ）では、ダイヤフラム３の領域は、一方向斜線からなるハッチングで示されている。半導体基板において中空部２の周囲に位置する、ダイヤフラム３よりも厚い領域は、ダイヤフラム３に対する支持枠１として機能する。ダイヤフラム３は、一般には、正方形あるいは長方形の平面形状を有する領域あるいは円形の領域として形成される。ダイヤフラム３は、半導体基板の一方の面と他方の面との間に圧力差が生じたときに、その圧力差に応じて微小な変形を示す領域であるが、この変形に伴う応力が発生する位置において、ダイヤフラム３を含む半導体基板の表面には、応力に応じて抵抗値が変化する拡散抵抗（ピエゾ抵抗）が形成されている。この拡散抵抗は、例えば、半導体基板に対するイオン打ち込みによって設けられるものであって、ピエゾ抵抗型圧力検出部４を構成する。ピエゾ抵抗からなる圧力検出部４は細長く設けられており、その長手方向の両端には不図示の配線パターンが接続しており、それによって、抵抗値を測定することができるようになっている。ピエゾ抵抗の形状に直線状のものに限定されるものではなく、Ｕ字型あるいはコの字型に設け、両端間の抵抗を計測できるようにしてもよい。
【０００４】
このセンサでは、圧力検出部４における抵抗変化を検出することによって、ダイヤフラム３の両側の圧力差を検出することができる。圧力検出部４を含めてダイヤフラム３及び支持枠１の上面すなわち半導体基板の表面側の全面は、保護膜５で覆われている。
【０００５】
検出感度向上のため、一般には、略矩形のダイヤフラム３の対向する２辺に沿ってそれぞれ拡散抵抗を設けたり、略矩形のダイヤフラム３の各辺に沿ってそれぞれ拡散抵抗を設け、これらの拡散抵抗を電気的にブリッジ接続することが行われている。図示したものでは、ダイヤフラム３の１対の対向する２辺に沿って設けられる圧力検出部４は、その長手方向が対応する辺の延長方向に平行であり、別の対の対向する２辺の近傍に配置される圧力検出部４は、その長手方向が対応する辺の延長方向に直交している。圧力検出部４における応力感度特性は、ピエゾ抵抗における電流が流れる方向と応力の印加方向とによって変化するから、このようにダイヤフラム３内に配置した２対の圧力検出部４をホイーストンブリッジ接続することによって、感度よく正確に圧力を測定できるようになる。
【０００６】
このようなピエゾ抵抗型圧力センサは、温度の影響を受けやすいという問題点を有するものの簡単な温度補償回路を設けることでこの問題点は容易に解消でき、また、通常の半導体装置製造プロセスを用いて比較的容易に製造でき、また、現在の半導体微細加工技術を適応することで、高感度化、小型化、低コスト化を容易に達成できる、という利点を有する。
【０００７】
ピエゾ抵抗型圧力センサでは、検出感度向上のために取り組みがさらに進められている。例えば、特許文献１には、図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、ダイヤフラムにおいて相対的に膜厚が大きい厚膜領域７と相対的に膜厚が小さい薄膜領域６とを設け、厚膜領域７にピエゾ抵抗型圧力検出部４を配置することにより、ピエゾ抵抗型圧力検出部４に応力を集中させる構造を開示している。厚膜領域７における半導体基板の厚さは薄膜領域６での厚さよりも厚いものの、ダイヤフラムの周囲の支持枠の部分での半導体基板の厚さよりは十分に薄くなっている。
【０００８】
図７（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、厚膜領域７の形状を異ならせた実施例に対応するものであってダイヤフラム部分のみを示している。ハッチングが付された部分が厚膜領域７であって、ハッチングのない部分が薄膜領域６である。図７（ａ）に示したものでは、ダイヤフラムの中央部に略正方形状に厚膜領域７を形成し、さらに、この正方形状の厚膜領域７の各辺の中央部とダイヤフラムの外周の各辺の中央部とをそれぞれ厚膜領域７で接続したものである。図７（ｂ）に示したものは、ダイヤフラムの外周の対向する辺の中央部同士を接続するように十字型に厚膜領域７を形成したものである。図７（ｃ）に示したものは、ダイヤフラムの外周の１対の対向する辺の中央部同士を接続するように、一文字型に厚膜領域７を形成したものである。図７（ｄ）に示したものは、ダイヤフラムの外周の１対の対向する辺の中央部からそれぞれダイヤフラムの中心に向かって厚膜領域７を形成したものである。
【０００９】
また、ピエゾ抵抗型圧力センサにおいては、検出の直線性を向上させるために、ダイヤフラムの裏面側の中央領域に、台形状（メサ型）の突出部を設ける場合がある。メサ型の突出部は、ダイヤフラム形成時にシリコン半導体基板に対して異方性エッチングを適用することによって、四角錐台状に設けることができるが、この際、図８に示すように、メサ部８の四隅に角落ち部９が生じ、厳密な四角錐台状ではなくなる、という問題点が生じる。図８では、斜面８ａと頂面８ｂからなるメサ部８において、隣接する斜面８ａ間の稜線となる部分で角落ち部９が生じている。そこで、特許文献２には、シリコン半導体基板に対して異方性エッチングを行う際のエッチングマスクとして図９に示すようなエッチングマスク３１を使用し、メサ部を八角錐台状に形成することが開示されている。図９において、エッチングマスク３１には、開口部３２が形成されている。
【特許文献１】特開２００２−７１４９２号公報
【特許文献２】特開平７−２０９１２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図６（ａ），（ｂ）に示した、略正方形の平面形状を有するダイヤフラムを使用するとともに、ダイヤフラムにメサ部を有しない、標準的なピエゾ抵抗型圧力センサ２０では、ダイヤフラム３の１辺の長さをｈ、ダイヤフラム３の厚さをａとしたとき、ダイヤフラム３に発生する最大応力は（ｈ／ａ）2に比例することが知られている。この式からは、最大応力を高めて検出感度を向上させるためには、ダイヤフラムの一辺の長さｈを大きくするか、あるいは厚さａを小さくすればよいことがわかる。圧力センサの小型化を図るためには、一辺の長さｈを大きくするわけにはいかず、したがって、ダイヤフラム３の形成領域を増加させることなしに圧力センサの検出感度の向上を図るためには、ダイヤフラム３の厚さａを薄くする必要がある。しかしダイヤフラム３の厚さａを薄くすると、ダイヤフラム３の機械的強度が低下する。
【００１１】
図７（ａ）〜（ｄ）に示したようにダイヤフラムにおいて厚膜領域と薄膜領域とを設ける場合であっても、応力集中を促進するためにダイヤフラムにおける薄膜領域７の占める割合を大きくすれば、ダイヤフラム３自体の機械的な強度が低下してしまう。
【００１２】
そこで本発明の目的は、ダイヤフラムの形成領域を大きくすること、若しくはダイヤフラムの厚さを薄くすることなく、検出感度の向上を図ることができるピエゾ抵抗型圧力センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のピエゾ抵抗型圧力センサは、ダイヤフラムと、ダイヤフラムの外周でダイヤフラムを支持しダイヤフラムよりも相対的に厚く形成された支持枠と、ダイヤフラムに圧力が印加したことによるダイヤフラムの変形により歪むことで圧力を電気量として検出するピエゾ抵抗型圧力検出部とを備えたピエゾ抵抗型圧力センサにおいて、支持枠の一部がダイヤフラムに向かって突出する突出部を形成していることを特徴とする。
【００１４】
本発明において、ピエゾ抵抗型圧力検出部は突出部に対応して設けられていることが好ましい。その場合、（１）ピエゾ抵抗型圧力検出部は、ダイヤフラム上の位置であって突出部の近傍に形成されるようにしてもよいし、（２）ピエゾ抵抗型圧力検出部は、ダイヤフラムと突出部とをまたぐように形成されるようにしてもよいし、（３）ピエゾ抵抗型圧力検出部の形成領域の少なくとも一部が、突出部の位置に配置するようにしてもよい。
【００１５】
ダイヤフラムの形状は、特に限定されるものではなく、正方形または長方形の平面形状であってよいし、円形であってもよい。正方形または長方形の平面形状のダイヤフラムを用いる場合には、ダイヤフラムの少なくとも１辺の中央部から突出部が突出するようにすることが好ましく、さらには、ダイヤフラムの各辺の中央部からそれぞれ突出部が突出し、突出部ごとにピエゾ抵抗型圧力検出部が配置するようにすることが、好ましい。
【００１６】
突出部の形状は特に限定されるものではないが、ダイヤフラムの中心に向かう突出部の突出長さをＹ、突出長さに直交する方向での突出部の幅をＸ、ダイヤフラムの辺の長さをｈ、ダイヤフラムの厚さをａとして、ａ／ｈが０．０３以下の領域において、Ｘを０．１５ｈ以下とし、Ｙを０．１ｈ以下とすることが好ましく、Ｘを０．０５ｈ以下とし、Ｙを０．１ｈ以下とすることが、さらに好ましい。
【００１７】
本発明においては、ダイヤフラムが第１の一様な厚さを有し、少なくともダイヤフラムの周縁の領域において突出部を含めて支持枠が第２の一様な厚さに設けられているようにすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、ピエゾ抵抗型圧力センサにおいて、ダイヤフラムの辺からダイヤフラムの中心に向かって支持枠を突出させることによって、ダイヤフラムの厚さをほぼ一定に保ちダイヤフラムの強度を保ちながら、支持枠の突出部分の周辺に応力を集中させることができる。このような応力集中領域にピエゾ抵抗型圧力検出部を配置することにより、ダイヤフラムの形成領域を増加させることなしに、検出感度の向上及び出力の直線性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照する。なお、以下に述べる実施の形態及び実施例は、それぞれ、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００２０】
図１（ａ），（ｂ）は、それぞれ、本発明の実施の一形態のピエゾ抵抗型圧力センサの構造を示す上面図と平面図である。
【００２１】
図示されるピエゾ抵抗型圧力センサ２０は、例えばシリコンからなる半導体基板を使用するものであって、半導体基板の裏面側から中空部２を形成し、中空部２の上面の部分の半導体基板がダイヤフラム３となるようにしたものである。ダイヤフラム３を取り囲む部分は、中空部２とはなっていない分だけダイヤフラム３の領域よりも半導体基板が厚くなっており、ダイヤフラム３に対する支持枠１として構成されている。支持枠１は、少なくともダイヤフラム３を取り囲んでいる領域において、一様な厚さを有する。ここでは図示していないが、ダイヤフラム３や支持枠１の領域を含め、半導体基板の表面側には全面に保護膜が形成されている。
【００２２】
ダイヤフラム３は、長方形あるいは正方形の平面形状を有するが、図６（ａ），（ｂ）に示したものと相違して、ダイヤフラム３の各辺のほぼ中央部において支持枠１がダイヤフラム３の中心に向かって突出しており、その分、ダイヤフラム３自体の形状としては、各辺の中央部が中心方向に向かって後退している。ダイヤフラム３の中心に向かう突出部１０において、支持枠１の厚さは、ダイヤフラム３を取り囲んでいる、突出部１０以外の領域での支持枠１の厚さと同じである。このような突出部１０は、半導体基板の裏面側にエッチング等によって中空部２を形成する際に、突出部１０に相当する領域はエッチング除去されないようにすることによって設けることができる。図示したものでは、突出部１０のダイヤフラム３の中心に向かう突出形状は、長方形状となっており、突出長（ダイヤフラム３の辺から中心に向かう突出部１０の長さ）はＹ、突出幅（ダイヤフラム３の辺のうち突出部１０が形成されている部分の長さ）はＸで表されている。なお、ダイヤフラム３の辺とは、突出部１０がないとするとダイヤフラム３は正方形または長方形なので、そのような正方形または長方形としての辺のことを指している。用途や圧力の測定範囲にも依存するが、ダイヤフラム３の１辺の長さは例えば１００〜４００μｍ程度であり、厚さは例えば１〜１０μｍ程度である。
【００２３】
支持枠１における突出部１０は、ダイヤフラム３の厚さをほぼ一定に保ちダイヤフラム３の強度を保ちながら、その突出部１０の近傍の領域に応力を集中させるためのものである。したがって、突出部１０の形成領域に対応して、応力が集中するであろう位置において、半導体基板の表面には、ピエゾ抵抗（拡散抵抗）からなる圧力検出部４ａ，４ｂが設けられている。圧力検出部４ａは、ダイヤフラム３の図示左辺及び右辺からダイヤフラムに向かう支持枠の突出部１０にそれぞれ対応して設けられたものであり、圧力検出部４ｂは、ダイヤフラム３の図示上辺及び下辺からダイヤフラムに向かう支持枠の突出部１０にそれぞれ対応して設けられたものである。これらの圧力検出部４ａ，４ｂは、ダイヤフラム３の変形により歪むことで圧力を電気信号として検出するためのものであって、図示しない回路パターンによってホイーストンブリッジ接続されている。
【００２４】
以上説明したピエゾ抵抗型圧力センサでは、支持枠１の一部を突出部１０としてダイヤフラム３方向に突出させ、この突出部１０の形成領域に応力が集中するようにし、応力が集中する領域にピエゾ抵抗型圧力検出部を配置することにより、半導体基板に対するダイヤフラムの形成領域を増加させることなしに、圧力の検出感度の向上を図ることができる。
【００２５】
次に、このようなピエゾ抵抗型圧力センサの製造工程について、図２（ａ），（ｂ）を用いて説明する。シリコンなどの半導体基板３０を用意し、図２（ａ）に示すように、半導体基板３０の表面に、イオン注入と熱処理により、ピエゾ抵抗型圧力検出部４を形成する。次に、図２（ｂ）に示すように、半導体基板３０の裏面から異方性のウエットエッチングやＲＩＥ（反応性イオンエッチング：Reactive Ion Etching）によって中空部２の位置のシリコンを除去し、中空部２を形成する。その際、当然のことながら、突出部１０を含めて支持枠１はエッチング除去されないようにする。その後、不図示の配線パターンや不図示の保護膜を設けることによって、ピエゾ抵抗型圧力センサが完成する。
【００２６】
以上の説明においては、正方形あるいは長方形であるダイヤフラムの４辺の全てに対応して支持枠１の突出部を設けているが、本発明はこれに限られるものでない。応力を集中するための突出部が少なくとも１つ設けられ、その突出部に対応して、言い換えれば突出部によって応力が集中する領域にピエゾ抵抗型圧力検出部が設けられていれば、本発明の目的は達せられる。この場合、ダイヤフラム及びその近傍に配置されるピエゾ抵抗型圧力検出部が複数ある場合には、そのうちの少なくとも１つが突出部に対応していればよい。
【００２７】
支持枠の突出部の形状は、長方形に限られるものではなく、例えば、半円状あるいは弓なりの形状でもってダイヤフラムの中心方向に支持枠を突出させることができる。また、ダイヤフラム自体の平面形状も上述したものに限られるものではなく、例えば、円形あるいは楕円形のダイヤフラムにおいて、その周の１箇所以上にダイヤフラムの中心に向かう突出部を設けるようにしてもよい。
【００２８】
圧力検出部４ａ．４ｂとしても、直線状のピエゾ抵抗（拡散抵抗）の他に、Ｕ字型あるいはコの字型のピエゾ抵抗を用いることができる。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明について、実施例によってさらに詳しく説明する。
【００３０】
《実施例１》
上述の図１（ａ），（ｂ）に示すピエゾ抵抗型圧力センサにおいて、（突出部が設けられていないとしたときの）ダイヤフラム３の形状を正方形としてその辺の長さをｈ、ダイヤフラム３における半導体基板の厚さをａとしたとき、ａ／ｈが十分に小さければ、ダイヤフラム３の両面の間に圧力差が生じたときにピエゾ抵抗型圧力センサに発生する最大応力は、突出部１０とダイヤフラム３との境界の近傍であってダイヤフラム３側の位置で発生する。実施例１では、圧力検出部４ａ，４ｂは、そのいずれのものも、１個の圧力検出部としての一部あるいは全部の領域が、突出部１０に近接したダイヤフラムの領域に形成されるようにしている。具体的には、ダイヤフラム３の１対の対向する辺に関し、それぞれ、それらの辺の延長方向と直交する方向に延びる圧力検出部４ａが、支持枠からなる突出部１０とダイヤフラム３とをまたがるように形成されている。また、ダイヤフラム３の他の１対の対向する辺に関し、それぞれ、それらの辺の延長方向と平行な方向に延びる圧力検出部４ｂが、突出部１０の先端の近傍であってダイヤフラム３内となる位置に形成されている。
【００３１】
このような構成を採用することにより、ダイヤフラム３の領域での半導体基板の厚さはほぼ一様であるので、強度低下を防ぎつつダイヤフラムの形成領域を増加させることなしに、検出感度を向上させることができる。
【００３２】
ここで、図１（ａ），（ｂ）に示す構造を有し、１辺の長さが１００μｍ、厚さが１．５μｍである正方形状のダイヤフラムを用いるピエゾ抵抗型圧力センサにおいて、支持枠の突出部を設けない場合と設けた場合との検出感度を比較した。支持枠の突出部１０を設ける場合、図１（ａ），（ｂ）に示したような長方形状の突出部１０とし、その幅Ｘは１０μｍ、長さＹは５μｍとした。その結果、突出部を設けた場合には、突出部を設けない場合に比べ、圧力の検出感度が３０％向上した。
【００３３】
《実施例２》
図３（ａ），（ｂ）は、本発明の実施例２のピエゾ抵抗型圧力センサ２０を示している。実施例２のピエゾ抵抗型圧力センサは、実施例１の圧力センサと同様の構造のものであるが、圧力検出部４ａ，４ｂの形成位置が若干異なっている。
【００３４】
上述の図１（ａ），（ｂ）に示すピエゾ抵抗型圧力センサにおいて、（突出部が設けられていないとしたときの）ダイヤフラム３の形状を正方形としてその辺の長さをｈ、ダイヤフラム３における半導体基板の厚さをａとしたとき、ａ／ｈを大きくしていくと、ダイヤフラム３の両面の間に圧力差が生じたときにピエゾ抵抗型圧力センサに発生する最大応力が発生する位置は、ダイヤフラム３上の位置から支持枠の突出部１０上の位置へと移行する。そこで図３（ａ），（ｂ）に示したピエゾ抵抗型圧力センサ２０では、各ピエゾ抵抗型圧力検出部４ａ，４ｂが、そのいずれのものも、１個の圧力検出部としての一部あるいは全部の領域が、突出部１０の領域に配置されるようにしている。具体的には、ダイヤフラム３の１対の対向する辺に関し、それぞれ、それらの辺の延長方向と直交する方向に延びる圧力検出部４ａが、突出部１０とダイヤフラム３とをまたがるように形成されている。また、ダイヤフラム３の他の１対の対向する辺に関し、それぞれ、それらの辺の延長方向と平行な方向に延びる圧力検出部４ｂも、突出部１０とダイヤフラム３とをまたがるように形成されている。
【００３５】
このような構成を採用することにより、ダイヤフラム３の領域での半導体基板の厚さはほぼ一様であるので、強度低下を防ぎつつダイヤフラムの形成領域を増加させることなしに、検出感度を向上させることができる。このピエゾ抵抗型圧力センサも、図２（ａ），（ｂ）を用いて上述した製造方法によって、製作することができる。
【００３６】
ここで、図３（ａ），（ｂ）に示す構造を有し、１辺の長さが１００μｍ、厚さが１．５μｍである正方形状のダイヤフラムを用いるピエゾ抵抗型圧力センサにおいて、支持枠の突出部を設けない場合と設けた場合との検出感度を比較した。支持枠の突出部１０を設ける場合、図１（ａ），（ｂ）に示したような長方形状の突出部１０とし、その幅Ｘは１０μｍ、長さＹは５μｍとした。その結果、突出部を設けた場合には、突出部を設けない場合に比べ、圧力の検出感度が２０％向上した。
【００３７】
《実施例３》
図４（ａ），（ｂ）は、本発明の実施例３のピエゾ抵抗型圧力センサ２０を示している。実施例３のピエゾ抵抗型圧力センサは、実施例２の圧力センサと同様に、各ピエゾ抵抗型圧力検出部４ａ，４ｂが、そのいずれのものも、１個の圧力検出部としての一部あるいは全部の領域が、突出部１０の領域に配置されるようにしている。ただし、実施例２のものと異なり、実施例３のピエゾ抵抗型圧力センサでは、ダイヤフラム３の１対の対向する辺に関し、それぞれ、それらの辺の延長方向と直交する方向に延びる圧力検出部４ａが、突出部１０と突出部１０以外の支持枠１の本体部分とをまたがるように形成されている。また、ダイヤフラム３の他の１対の対向する辺に関し、それぞれ、それらの辺の延長方向と平行な方向に延びる圧力検出部４ｂは、突出部１０内となる位置に形成されている。
【００３８】
このような構成を採用することにより、ダイヤフラム３の領域での半導体基板の厚さはほぼ一様であるので、強度低下を防ぎつつダイヤフラムの形成領域を増加させることなしに、検出感度を向上させることができる。このピエゾ抵抗型圧力センサも、図２（ａ），（ｂ）を用いて上述した製造方法によって、製作することができる。
【００３９】
ここで、図４（ａ），（ｂ）に示す構造を有し、１辺の長さが１００μｍ、厚さが１．５μｍである正方形状のダイヤフラムを用いるピエゾ抵抗型圧力センサにおいて、支持枠の突出部を設けない場合と設けた場合との検出感度を比較した。支持枠の突出部１０を設ける場合、図１（ａ），（ｂ）に示したような長方形状の突出部１０とし、その幅Ｘは１０μｍ、長さＹは５μｍとした。その結果、突出部を設けた場合には、突出部を設けない場合に比べ、圧力の検出感度が２０％向上した。
【００４０】
《実施例４》
実施例１に示したピエゾ抵抗型圧力センサにおいて、ダイヤフラムの辺の長さをｈ、厚みをａとしたとき、ａ／ｈが０．０３以下の領域において、支持枠１の突出部１０の幅ｘと突出長さｙと突出部１０による応力集中の度合いとをシミュレーションに基づいて検討した。図５は、ａ／ｈ＝０．０３（＝３／１００）とした場合に、ダイヤフラム３内で発生する最大応力について、突出部１０を設けた場合に突出部を設けなかった場合に比べて最大応力が何倍になるかを、比として示したものである。ここでは、ダイヤフラムの辺の長さｈを単位として、突出部１０の幅ｘ及び長さｙを表している。図５のグラフから明らかになるように、突出部１０の幅ｘを０．１５ｈ以下、長さｙを０．１ｈ以下にすることで、支持枠の一部分を突出させない場合に比べて、１．０〜２．０倍の最大応力が発生する。特に、突出部１０の幅ｘを０．０５ｈ以下、長さｙを０．１ｈ以下にすることで、突出部を設けない場合に比べて、１．４〜２．０倍の応力が発生する。ａ／ｈが０．０３よりさらに小さくなれば、支持枠１からダイヤフラム３の中心方向に伸びる突出部１０を設けることによる応力集中はさらに顕著になるものと考えられる。
【００４１】
ダイヤフラムの形状が長方形である場合も、ａ／ｈが０．０３以下の場合に、ある辺に対して設ける突出部について、その辺の長さをｈとしたときに、突出部の幅ｘを０．１５ｈ以下、長さｙを０．１ｈ以下とすることが好ましく、幅ｘを０．０５ｈ以下、長さｙを０．１ｈ以下とすることがさらに好ましい。
【００４２】
突出部の形状が半円状あるいは弓なりの形状の場合には、突出部が設けられていないとしたときのダイヤフラム３の辺の位置における突出部の幅を幅ｘとし、前記の辺の位置から見てダイヤフラムの中心方向に突出する突出部の最大突出長さを長さｙとすれば、ａ／ｈが０．０３以下の場合に、幅ｘを０．１５ｈ以下、長さｙを０．１ｈ以下とすることが好ましく、幅ｘを０．０５ｈ以下、長さｙを０．１ｈ以下とすることがさらに好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】（ａ），（ｂ）は、それぞれ、本発明の実施の一形態のピエゾ抵抗型圧力センサの上面図及び断面図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、図１に示したピエゾ抵抗型圧力センサの製造工程を順を追って示す断面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、それぞれ、実施例２のピエゾ抵抗型圧力センサの上面図及び断面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、それぞれ、実施例３のピエゾ抵抗型圧力センサの上面図及び断面図である。
【図５】突出させた支持枠の形状とピエゾ抵抗型圧力センサに発生する最大応力との関係を示すグラフである。
【図６】（ａ），（ｂ）は、それぞれ、従来のピエゾ抵抗型圧力センサの上面図及び断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、いずれも、特開２００２−７１４９２号公報に開示されたピエゾ抵抗型圧力センサの上面図である。
【図８】メサ部を有する従来のピエゾ抵抗型圧力センサにおけるメサ部での角落ちを示す図である。
【図９】特開平７−２０９１２１号公報に開示された、メサ部を有するピエゾ抵抗型圧力センサを製作するために用いられるエッチングマスクを示す平面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１    支持枠
２    中空部
３    ダイヤフラム
４，４ａ，４ｂ    ピエゾ抵抗型圧力検出部
５    保護膜
６    薄膜領域
７    厚膜領域
８    メサ部
９    角落ち部
１０    突出部
２０    ピエゾ抵抗型圧力センサ
３０    半導体基板
３１    エッチングマスク
３２    開口部
【図１】
2006003100.tif 000003
【図２】
2006003100.tif 000004
【図３】
2006003100.tif 000005
【図４】
2006003100.tif 000006
【図５】
2006003100.tif 000007
【図６】
2006003100.tif 000008
【図７】
2006003100.tif 000009
【図８】
2006003100.tif 000010
【図９】
2006003100.tif 000011