(57)【要約】【課題】薄膜部の破壊耐圧がばらつくことを抑制する。【解決手段】薄膜部１２を有する第１基板１０と第２基板２０とが貼り合わされることで構成される物理量センサにおいて、第１基板１０に形成される凹部１１および第２基板２０に形成される窪み部２０ｃは、凹部１１における底面の端部を第１基板１０の一面に投影した投影線Ｔが窪み部２０ｃの開口端を囲む大きさとなるようにする。そして、薄膜部１２のうちの第１基板１０の他面１０ｂ側の面において、窪み部２０ｃの開口端を通り、第１基板１０の一面に対する法線方向に沿った延長線Ｋと交差する位置を特定位置Ｄ１とすると、薄膜部１２が窪み部２０ｃ側に変位する際、薄膜部１２には、特定位置Ｄ１にて最も大きな引張応力が発生するようする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜部（１２）を有する第１基板（１０）と第２基板（２０）とが貼り合わされることで構成される物理量センサにおいて、
一面（１０ａ）および前記一面と反対側の他面（１０ｂ）を有し、前記他面側に凹部（１１）が形成されることで前記一面側に前記薄膜部が形成されている前記第１基板と、
前記第１基板の一面と接合される一面（２０ａ）を有し、前記一面のうちの前記凹部と対向する部分に窪み部（２０ｃ）が形成された第２基板（２０）と、を備え、
前記凹部および前記窪み部は、前記凹部における底面の端部を前記第１基板の一面に投影した投影線（Ｔ）が前記窪み部の開口端を囲む大きさとされており、
前記薄膜部のうちの前記第１基板の他面側の面において、前記窪み部の開口端を通り、前記第１基板の一面に対する法線方向に沿った延長線（Ｋ）と交差する位置を特定位置（Ｄ１）とすると、
前記薄膜部が前記窪み部側に変位する際、前記薄膜部には、前記特定位置にて最も大きな引張応力が発生する物理量センサ。
【請求項２】
前記薄膜部が前記窪み部側に変位する際、前記特定位置を第１位置とし、前記凹部の底面における端部を第２位置（Ｄ２）とすると、前記薄膜部には、前記第１位置に前記第２位置より大きな引張応力が発生する請求項１に記載の物理量センサ。
【請求項３】
薄膜部（１２）を有する第１基板（１０）と第２基板（２０）とが貼り合わされることで構成される物理量センサにおいて、
一面（１０ａ）および前記一面と反対側の他面（１０ｂ）を有し、前記他面側に凹部（１１）が形成されることで前記一面側に前記薄膜部が形成されている前記第１基板と、
前記第１基板の一面と接合される一面（２０ａ）を有し、前記一面のうちの前記凹部と対向する部分に窪み部（２０ｃ）が形成された第２基板（２０）と、を備え、
前記凹部および前記窪み部は、前記凹部における底面の端部を前記第１基板の一面に投影した投影線（Ｔ）が前記窪み部の開口端を囲む大きさとされており、
前記薄膜部のうちの前記第１基板の他面側の面において、前記窪み部の開口端を通り、前記第１基板の一面に対する法線方向に沿った延長線（Ｋ）と交差する位置を第１位置（Ｄ１）、前記凹部における底面の端部を第２位置（Ｄ２）とし、前記第１位置と前記第２位置との間の距離のうちの最も短い距離をＬ［μｍ］、前記薄膜部の厚さをｄ［μｍ］とすると、Ｌ＞１．２８×ｄ＋０．５３である物理量センサ。
【請求項４】
前記凹部における底面の端部は、円状とされ、
前記窪み部の開口端は、円状とされている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の物理量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜部を有する物理量センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、薄膜部を有する物理量センサとして、次のような圧力センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、この圧力センサは、第１基板に第２基板が接合されている。第１基板は、脆性材料であるシリコン基板等を用いて構成され、第２基板と接合される一面と反対側の他面から当該一面側に薄膜部を構成する凹部が形成されている。また、第１基板には、薄膜部に圧力に応じて抵抗値が変化するゲージ抵抗が形成されている。第２基板は、第１基板の一面と接合される一面のうちの凹部と対向する部分に、第１基板との間に基準圧力室を構成する窪み部が形成されている。
【０００３】
窪み部は、開口端が第１基板に形成された凹部の底面より大きくされている。つまり、第１基板の一面に対する法線方向から視たとき、窪み部は、開口端が第１基板に形成された凹部の底面の端部を囲むように形成されている。なお、凹部の底面における端部とは、凹部の底面と当該凹部の側面との境界部分のことである。
【０００４】
このような圧力センサは、凹部に測定媒体が導入されると、測定媒体の圧力に応じて薄膜部が変位し、ゲージ抵抗の抵抗値が変化する。そして、抵抗値の変化に応じたセンサ信号が出力される。
【０００５】
上記圧力センサは、例えば、次のように製造される。すなわち、第１基板にゲージ抵抗等を形成する。また、第２基板にエッチング等で窪み部を形成する。その後、第１基板と第２基板とを貼り合わせ、第１基板に薄膜部を構成する凹部を形成することにより、上記圧力センサが製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−５２５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記半導体装置では、窪み部は、開口端が第１基板に形成された凹部の底面より大きくされている。このため、凹部内に測定媒体が導入されると、薄膜部は、凹部の底面における端部を支持部として全体が窪み部側に変位する。つまり、薄膜部は、当該薄膜部の端部を支持部として全体が窪み部側に変位する。この場合、薄膜部に発生する引張応力は、凹部の底面における端部にて最も大きくなる。
【０００８】
しかしながら、凹部はエッチング等により形成されるが、凹部の底面における端部は、底面と側面との境界部分であって角部であり、形状がばらつき易い。このため、上記圧力センサでは、形状がばらつき易い凹部の底面における端部に最も大きな引張応力が発生するため、薄膜部に発生する最大引張応力がばらつき易い。したがって、上記圧力センサでは、薄膜部の破壊耐圧が最大引張応力に依存するため、薄膜部の破壊耐圧がばらつき易いという問題がある。
【０００９】
なお、ここでは、圧力センサを例に挙げて説明したが、上記凹部、薄膜部、および窪み部を有する加速度センサや角速度センサにおいても同様の問題が発生する。
【００１０】
本発明は上記点に鑑み、薄膜部の破壊耐圧がばらつくことを抑制できる物理量センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための請求項１では、薄膜部（１２）を有する第１基板（１０）と第２基板（２０）とが貼り合わされることで構成される物理量センサにおいて、一面（１０ａ）および一面と反対側の他面（１０ｂ）を有し、他面側に凹部（１１）が形成されることで一面側に薄膜部が形成されている第１基板と、第１基板の一面と接合される一面（２０ａ）を有し、一面のうちの凹部と対向する部分に窪み部（２０ｃ）が形成された第２基板（２０）と、を備え、凹部および窪み部は、凹部における底面の端部を第１基板の一面に投影した投影線（Ｔ）が窪み部の開口端を囲む大きさとされており、薄膜部のうちの第１基板の他面側の面において、窪み部の開口端を通り、第１基板の一面に対する法線方向に沿った延長線（Ｋ）と交差する位置を特定位置（Ｄ１）とすると、薄膜部が窪み部側に変位する際、薄膜部には、特定位置にて最も大きな引張応力が発生するようにしている。
【００１２】
また、請求項３は、薄膜部（１２）を有する第１基板（１０）と第２基板（２０）とが貼り合わされることで構成される物理量センサにおいて、一面（１０ａ）および一面と反対側の他面（１０ｂ）を有し、他面側に凹部（１１）が形成されることで一面側に薄膜部が形成されている第１基板と、第１基板の一面と接合される一面（２０ａ）を有し、一面のうちの凹部と対向する部分に窪み部（２０ｃ）が形成された第２基板（２０）と、を備え、凹部および窪み部は、凹部における底面の端部を第１基板の一面に投影した投影線（Ｔ）が窪み部の開口端を囲む大きさとされており、薄膜部のうちの第１基板の他面側の面において、窪み部の開口端を通り、第１基板の一面に対する法線方向に沿った延長線（Ｋ）と交差する位置を第１位置（Ｄ１）、凹部における底面の端部を第２位置（Ｄ２）とし、第１位置と第２位置との間の距離のうちの最も短い距離をＬ［μｍ］、薄膜部の厚さをｄ［μｍ］とすると、Ｌ＞１．２８×ｄ＋０．５３であるようにしている。
【００１３】
請求項１によれば、薄膜部が窪み部側に変位した際、特定位置にて最大引張応力が発生する。また、請求項３によれば、薄膜部が窪み部側に変位した際、第１位置にて最大引張応力が発生する。このため、角部で最大引張応力が発生する場合と比較して、最大引張応力がばらつくことを抑制できる。したがって、薄膜部１２の破壊耐圧がばらつくことを抑制できる。
【００１４】
なお、上記および特許請求の範囲における括弧内の符号は、特許請求の範囲に記載された用語と後述の実施形態に記載される当該用語を例示する具体物等との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態における圧力センサの断面図である。
【図２】図１に示す薄膜部近傍の平面図である。
【図３】薄膜部に発生する主な引張応力を示す模式図である。
【図４】引張応力と、第１位置および第２位置との関係を示す図である。
【図５】ダイヤフラムが窪み部側に変位した際の引張応力を説明するための図である。
【図６】薄膜部の厚さと、第１位置と第２位置との間の距離との関係を示す図である。
【図７】図１に示す圧力センサの製造工程を示す断面図である。
【図８】他の実施形態における薄膜部近傍の断面図である。
【図９】他の実施形態における薄膜部近傍の断面図である。
【図１０】他の実施形態における薄膜部近傍の断面図である。
【図１１】他の実施形態における薄膜部近傍の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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、同一符号を付して説明を行う。
【００１７】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態では、物理量センサを圧力センサに適用した例について説明する。
【００１８】
図１に示されるように、本実施形態の圧力センサは、センサ基板１０とキャップ基板２０とを有する構成とされている。なお、本実施形態では、センサ基板１０が第１基板に相当し、キャップ基板２０が第２基板に相当している。
【００１９】
センサ基板１０は、一面１０ａおよび他面１０ｂを有する矩形板状とされ、脆性材料であるシリコン基板で構成されている。そして、センサ基板１０には、一端部側に形成された凹部１１によって薄膜部１２が構成されている。凹部１１は、本実施形態では、断面矩形状とされていると共に、開口端が円状となるように形成されている。なお、本実施形態におけるセンサ基板１０の一端部側とは、図１中のセンサ基板１０における紙面右側の部分のことである。
【００２０】
また、センサ基板１０には、薄膜部１２のうちの一面１０ａ側に、圧力によって抵抗値が変化する４個のゲージ抵抗１３がブリッジ回路を構成するように形成されている。なお、ゲージ抵抗１３は、図１中では２つのみ図示されている。
【００２１】
さらに、センサ基板１０には、一面１０ａ側に４本の配線層１４が形成されている。配線層１４は、図１とは異なる別断面にて各ゲージ抵抗１３の接続点と電気的に接続されると共に、センサ基板１０の他端部側まで引き延ばされている。なお、配線層１４は、図１中では２つのみ図示されている。また、本実施形態におけるセンサ基板１０の他端部側とは、図１中のセンサ基板１０における紙面左側の部分である。
【００２２】
キャップ基板２０は、一面２１ａおよび他面２１ｂを有するシリコン基板２１と、一面２１ａに形成された絶縁膜２２と、他面２１ｂに形成された絶縁膜２３とを有している。そして、絶縁膜２２がセンサ基板１０と接合されている。
【００２３】
なお、本実施形態では、絶縁膜２２のうちのシリコン基板２１側と反対側の面がキャップ基板２０の一面２０ａとされ、絶縁膜２３のうちのシリコン基板２１側と反対側の面がキャップ基板２０の他面２０ｂとされている。
【００２４】
そして、キャップ基板２０には、センサ基板１０のうちの凹部１１の底面と対向する部分に窪み部２０ｃが形成されている。これにより、センサ基板１０とキャップ基板２０との間には、センサ基板１０と窪み部２０ｃとの間の空間によって基準圧力室３０が構成される。
【００２５】
なお、窪み部２０ｃは、本実施形態では、断面矩形状とされていると共に、開口端が円状となるように形成されている。また、本実施形態では、後述するように、センサ基板１０とキャップ基板２０とは、真空条件下で接合される。このため、基準圧力室３０は、真空圧とされている。
【００２６】
絶縁膜２２は、センサ基板１０とシリコン基板２１とを絶縁するためのものであって酸化膜等で構成され、シリコン基板２１の一面２１ａの全面に形成されている。なお、絶縁膜２２は、図１では、窪み部２０ｃを構成するシリコン基板２１の表面に形成されていないものを図示しているが、窪み部２０ｃを構成するシリコン基板２１の表面に形成されていてもよい。
【００２７】
また、キャップ基板２０には、キャップ基板２０をセンサ基板１０とキャップ基板２０との積層方向に貫通する複数の貫通電極部２４が形成されている。具体的には、各貫通電極部２４は、シリコン基板２１および絶縁膜２２を貫通して配線層１４を露出させる貫通孔２４ａの壁面に形成された絶縁膜２４ｂと、絶縁膜２４ｂ上に配置されて配線層１４と電気的に接続される貫通電極２４ｃとを有している。また、各貫通電極部２４は、貫通電極２４ｃと接続されて絶縁膜２３上に配置され、ワイヤ等を介して外部回路と電気的に接続されるパッド部２４ｄを有している。
【００２８】
なお、絶縁膜２４ｂは、例えば、ＴＥＯＳ（すなわち、Tetraethyl orthosilicate）等で構成され、貫通電極２４ｃおよびパッド部２４ｄは、例えば、アルミニウム等で構成される。
【００２９】
以上が本実施形態における圧力センサの基本的な構造である。次に、本実施形態の凹部１１と窪み部２０ｃとの関係について説明する。図１および図２に示されるように、窪み部２０ｃは、開口端が凹部１１における底面の端部をセンサ基板１０の一面１０ａに投影した投影線Ｔに囲まれるように形成されている。言い換えると、第１基板１０の一面１０ａに対する法線方向から視たとき、凹部１１の底面内に窪み部２０ｃの開口端が位置するように形成されている。本実施形態では、凹部１１および窪み部２０ｃは、第１基板１０の一面１０ａに対する法線方向から視たとき、投影線Ｔの中心と窪み部２０ｃの開口端における中心とが一致するように形成されている。つまり、凹部１１および窪み部２０ｃは、第１基板１０の一面１０ａに対する法線方向から視たとき、凹部１１における底面の端部と窪み部２０ｃの開口端が同心円となるように形成されている。
【００３０】
なお、図２は、薄膜部１２近傍の平面図であり、図２中の窪み部２０ｃを示す実線は、窪み部２０ｃの開口端を示している。また、凹部１１における底面の端部とは、凹部１１の底面と側面との境界部分のことである。
【００３１】
このため、薄膜部１２の一面１０ａにおける外縁部は、キャップ基板２０と接合された状態となる。つまり、薄膜部１２のうちの圧力に応じて変形可能なダイヤフラム１５は、端部が窪み部２０ｃの開口端によって規定される。すなわち、センサ基板１０の一面１０ａ側から視たとき、薄膜部１２は、窪み部２０ｃにて囲まれる部分がダイヤフラム１５として機能する部分となる。なお、本実施形態では、窪み部２０ｃの開口端が円状とされているため、ダイヤフラム１５も円状となる。
【００３２】
そして、このような圧力センサでは、凹部１１内に測定媒体が導入されると、測定媒体の圧力に応じてダイヤフラム１５が変形し、ダイヤフラム１５が変形することでゲージ抵抗１３の抵抗値が変化する。これにより、ダイヤフラム１５の変形に応じたセンサ信号が出力され、圧力の検出が行われる。
【００３３】
この際、薄膜部１２には、ダイヤフラム１５が変形することで引張応力および圧縮応力が発生する。そして、薄膜部１２の破壊耐圧は、薄膜部１２を構成する材料の降伏応力と、薄膜部１２に発生する最大引張応力に依存し、最大引張応力が大きくなるほど小さくなる。
【００３４】
ここで、図３に示されるように、ダイヤフラム１５の裏面における中心を第１中心位置Ｃ１、ダイヤフラム１５の表面における中心を第２中心位置Ｃ２とする。また、薄膜部１２の裏面において、窪み部２０ｃの開口端を通り、センサ基板１０の一面１０ａに対する法線方向に沿った延長線Ｋと交差する位置を第１位置Ｄ１とする。つまり、図３中では、薄膜部１２の裏面において、窪み部２０ｃの開口端における直下の位置を第１位置Ｄ１とする。また、薄膜部１２の裏面において、凹部１１における底面の端部を第２位置Ｄ２とする。
【００３５】
なお、本実施形態では、第１位置Ｄ１が特定位置に相当している。また、第１位置Ｄ１は、窪み部２０ｃの開口端が円状とされているため、円状に連続した分布となる。同様に、第２位置Ｄ２は、凹部１１の底面における端部が円状とされているため、円状に連続した分布となる。また、ダイヤフラム１５の裏面とは、ダイヤフラム１５のうちのセンサ基板１０における他面１０ｂ側の面のことであり、薄膜部１２の裏面とは、薄膜部１２のうちのセンサ基板１０における他面１０ｂ側の面のことである。ダイヤフラム１５の表面とは、ダイヤフラム１５のうちのセンサ基板１０における一面１０ａ側の面のことである。
【００３６】
そして、凹部１１内に測定媒体が導入されると、図３中の点線で示されるように、ダイヤフラム１５が窪み部２０ｃ側に変位する。この際、薄膜部１２の裏面に発生する引張応力は、図４に示されるように、第１中心位置Ｃ１から第１位置Ｄ１に向かって緩やかに大きくなり、第１位置Ｄ１から第２位置Ｄ２に向かって緩やかに小さくなる。そして、当該引張応力は、第２位置Ｄ２にて急峻に大きくなる。
【００３７】
第１位置Ｄ１の方が第１中心位置Ｃ１より引張応力が大きくなるのは、第１位置Ｄ１が圧力に応じて変形可能なダイヤフラム１５を支持する部分となるためである。また、第１中心位置Ｃ１から第１位置Ｄ１に向かって引張応力が緩やかに大きくなるのは、第１位置Ｄ１近傍の部分が平面であるため、引張応力が分散し易いためである。一方、第２位置Ｄ２は、凹部１１における底面の端部であり、底面と側面との境界部分である。つまり、第２位置Ｄ２は、角部となる。このため、第２位置Ｄ２では、引張応力が分散し難く、引張応力が急峻に大きくなる。
【００３８】
また、第２位置Ｄ２での引張応力は、主にダイヤフラム１５の変形に伴うものである。このため、図４に示されるように、第２位置Ｄ２の引張応力は、第１位置Ｄ１との間の距離に伴って変化する。
【００３９】
例えば、第１位置Ｄ１と第２位置Ｄ２との間の距離がＬ１またはＬ２となるように凹部１１および窪み部２０ｃを形成した場合、第１位置Ｄ１の引張応力が第２位置Ｄ２の引張応力より小さくなる。また、第１位置Ｄ１と第２位置Ｄ２との間の距離がＬ３となるように凹部１１および窪み部２０ｃを形成した場合、第１位置Ｄ１の引張応力と第２位置Ｄ２の引張応力とが等しくなる。そして、第１位置Ｄ１と第２位置Ｄ２との間の距離がＬ４となるように凹部１１および窪み部２０ｃを形成した場合、第１位置Ｄ１の引張応力が第２位置Ｄ２の引張応力より大きくなる。
【００４０】
これは、第１位置Ｄ１と第２位置Ｄ２との間の距離が長くなることにより、第１位置Ｄ１と第２位置Ｄ２との間の部分にて、ダイヤフラム１５の変形に伴う引張応力が緩和されるためである。
【００４１】
なお、本実施形態では、凹部１１および窪み部２０ｃは、投影線Ｔの中心と窪み部２０ｃの開口端における中心とが一致するように形成されている。このため、第１位置Ｄ１と第２位置Ｄ２との間の距離は、周方向に均一となる。
【００４２】
次に、薄膜部１２の表面に発生する引張応力と、薄膜部１２の裏面に発生する引張応力との大小関係について説明する。ダイヤフラム１５の裏面から圧力が印加されると、ダイヤフラム１５は、端部が固定端とされた状態で変位する。この際、薄膜部１２の表面に発生する引張応力は、第２中心位置Ｃ２にて最も大きくなる。ここで、ダイヤフラム１５の裏面には圧力がほぼ均一に印加されるため、図５に示されるように、ダイヤフラム１５に印加される圧力を等分布荷重Ｗとし、薄膜部１２の長さをＬとする。この場合、第２中心位置Ｃ２に発生する曲げモーメントＭＣ２は、次式で示される。
【００４３】
（数１）ＭＣ２＝（Ｗ×Ｌ２）／２４
そして、第２中心位置Ｃ２に発生する引張応力σＣ２は、薄膜部１２の断面係数をＺ１とすると、次式で示される。
【００４４】
（数２）σＣ２＝ＭＣ２／Ｚ１
また、断面係数Ｚ１は、断面中心Ｃからダイヤフラム１５の表面までの距離を＋ｅ、断面二次モーメントをＩとすると、Ｉ／（＋ｅ）で示される。このため、引張応力σＣ２は、次式で示される。
【００４５】
（数３）σＣ２＝｛（Ｗ×Ｌ２）／２４｝×｛（＋ｅ）／Ｉ｝
一方、第１位置Ｄ１に発生する曲げモーメントＭＤ１は、次式で示される。
【００４６】
（数４）ＭＤ１＝（−Ｗ×Ｌ２）／１２
そして、第１位置Ｄ１に発生する引張応力σＤ１は、薄膜部１２の断面係数をＺ２とすると、次式で示される。
【００４７】
（数５）σＤ１＝ＭＤ１／Ｚ２
また、断面係数Ｚ２は、断面中心Ｃからダイヤフラム１５の裏面までの距離を−ｅ、断面二次モーメントをＩとすると、Ｉ／（−ｅ）で示される。このため、引張応力σＤ１は、次式で示される。
【００４８】
（数６）σＤ１＝｛（−Ｗ×Ｌ２）／１２｝×｛（−ｅ）／Ｉ｝
したがって、第１位置Ｄ１に発生する引張応力は、第２中心位置Ｃ２に発生する引張応力よりも必ず大きくなる。つまり、上記のような圧力センサでは、薄膜部１２の破壊耐圧は、第１位置Ｄ１に発生する引張応力または第２位置Ｄ２に発生する引張応力に依存する。
【００４９】
そして、上記のように、角部である第２位置Ｄ２の形状は、エッチング等によって形成されるため、平面である第１位置Ｄ１の形状と比較して形状がばらつき易い。このため、薄膜部１２に発生する引張応力のうちの第２位置Ｄ２が最大となる圧力センサでは、薄膜部１２の破壊耐圧がばらついてしまう。したがって、本実施形態では、薄膜部１２が窪み部２０ｃ側に変位した際、第１位置Ｄ１に発生する引張応力が第２位置Ｄ２に発生する引張応力より大きくなるように、凹部１１および窪み部２０ｃが形成されている。つまり、本実施形態では、薄膜部１２が変位した際、薄膜部１２の第１位置Ｄ１にて最も大きな引張応力が発生するように、凹部１１および窪み部２０ｃが形成されている。
【００５０】
さらに詳述すると、第１位置Ｄ１に発生する引張応力および第２位置Ｄ２に発生する引張応力は、図６に示されるように、薄膜部１２の厚さにも依存する。なお、図６の第１位置Ｄ１と第２位置Ｄ２との間の距離における第２位置Ｄ２は、第１位置Ｄ１に発生する引張応力と等しい引張応力が発生する位置である。つまり、図６の第１位置Ｄ１と第２位置Ｄ２との間の距離における第２位置Ｄ２は、図４中では、第１位置Ｄ１から距離Ｌ３離れた位置のことである。また、図６は、第２中心位置Ｃ２を通るダイヤフラム１５の最大長さを１００〜１０００μｍとしたシミュレーション結果である。なお、第２中心位置Ｃ２を通るダイヤフラム１５の最大長さとは、例えば、ダイヤフラム１５が円状であれば直径となり、ダイヤフラム１５が正方形状であれば対角線となる。そして、本実施形態では、ダイヤフラム１５が円状とされているため、図６中では最大長さをφとして示してある。
【００５１】
図６に示されるように、第１位置Ｄ１の引張応力が第２位置Ｄ２の引張応力より大きくなるには、第１位置Ｄ１と第２位置Ｄ２との間の距離をＬ［μｍ］、薄膜部１２の厚さをｄ［μｍ］とすると、次式を満たせばよいことが確認される。
【００５２】
（数７）Ｌ＞１．２８×ｄ＋０．５３
したがって、本実施形態では、上記数式７を満たすように、凹部１１、薄膜部１２、および窪み部２０ｃが形成されている。
【００５３】
以上が本実施形態における圧力センサの構成である。次に、上記圧力センサの製造方法について、図７を参照しつつ簡単に説明する。
【００５４】
まず、図７（ａ）に示されるように、センサ基板１０を用意し、センサ基板１０にゲージ抵抗１３や配線層１４を形成する。
【００５５】
また、図７（ｂ）に示されるように、キャップ基板２０を構成するシリコン基板２１を用意し、シリコン基板２１の一面２１ａに熱酸化法等で絶縁膜２２を形成する。その後、ドライエッチング等により、窪み部２０ｃを形成する。そして、センサ基板１０と絶縁膜２２が形成されたシリコン基板２１とを貼り合わせる。特に限定されるものではないが、センサ基板１０と絶縁膜２２との貼り合わせは、直接接合にて行われる。
【００５６】
センサ基板１０と絶縁膜２２とを直接接合にて貼り合わせる場合には、例えば、まず、センサ基板１０と絶縁膜２２が形成されたシリコン基板２１とを真空装置内に配置する。そして、センサ基板１０および絶縁膜２２にＮ２プラズマ、Ｏ２プラズマ、またはＡｒイオンビームを照射し、センサ基板１０および絶縁膜２２の各表面を活性化させる。
【００５７】
次に、真空装置内にて、センサ基板１０およびシリコン基板２１に適宜設けられたアライメントマークを用いて赤外顕微鏡等によりアライメントを行い、室温〜５５０℃でセンサ基板１０と絶縁膜２２とを貼り合わせる。これにより、センサ基板１０と窪み部２０ｃとの間に、真空圧とされた基準圧力室３０が構成される。
【００５８】
続いて、図７（ｃ）に示されるように、キャップ基板２０に複数の貫通電極部２４を形成する。具体的には、シリコン基板２１の他面２１ｂに図示しないマスクを形成してドライエッチング等を行い、配線層１４に達する複数の貫通孔２４ａを形成する。次に、各貫通孔２４ａの壁面にＴＥＯＳ等の絶縁膜２４ｂを成膜する。このとき、シリコン基板２１の他面２１ｂ側に形成された絶縁膜にて絶縁膜２３が構成される。つまり、絶縁膜２３および絶縁膜２４ｂは、同じ工程で形成される。
【００５９】
その後、各貫通孔２４ａの底部に形成された絶縁膜２４ｂを除去することにより、各貫通孔２４ａから配線層１４を露出させる。そして、各貫通孔２４ａにスパッタ法や蒸着法等によって金属膜を形成することにより、配線層１４と電気的に接続される貫通電極２４ｃを形成する。また、絶縁膜２３上に形成された金属膜を適宜パターニングしてパッド部２４ｄを形成する。このようにして、キャップ基板２０に複数の貫通電極部２４を形成する。
【００６０】
続いて、図７（ｄ）に示されるように、センサ基板１０の他面１０ｂに図示しないマスクを形成してドライエッチング等を行い、窪み部２０ｃおよび薄膜部１２との関係が上記数式７を満たすように、凹部１１を形成する。以上のようにして、図１に示す圧力センサが製造される。
【００６１】
なお、上記では、１つの圧力センサの製造方法について説明したが、ウェハ状のセンサ基板１０とシリコン基板２１とを用意し、これらを貼り合わせた後にダイシングカットしてチップ単位に分割するようにしてもよい。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態では、凹部１１および窪み部２０ｃは、凹部１１に測定媒体が導入された際、第１位置Ｄ１に発生する引張応力が第２位置Ｄ２に発生する引張応力より大きくなるように形成されている。さらに詳述すると、凹部１１、薄膜部１２、および窪み部２０ｃは、上記数式７を満たすように形成されている。このため、薄膜部１３の破壊耐圧は、第１位置Ｄ１に発生する引張応力に依存することになる。そして、第１位置Ｄ１は、周囲が平面であるため、角部である第２位置Ｄ２と比較すると、加工ばらつきが小さい。したがって、薄膜部１２の破壊耐圧がばらつくことを抑制できる。
【００６３】
また、第１位置Ｄ１に発生する引張応力が第２位置Ｄ２に発生する引張応力より大きくなるようにしている。このため、例えば、図４中の第１位置Ｄ１と第２位置Ｄ２との間の距離がＬ１またはＬ２のような場合と比較し、薄膜部１２に発生する最大引張応力の大きさ自体の低減を図ることもできる。つまり、薄膜部１２の破壊耐圧の向上を図ることもできる。
【００６４】
また、本実施形態では、凹部１１および窪み部２０ｃは、開口端が円状とされ、断面矩形状とされている。このため、第１位置Ｄ１および第２位置Ｄ２は、円状に連続した位置となる。したがって、第１位置Ｄ１および第２位置Ｄ２の一部分が他の部分に対して引張応力が急峻に大きくなることを抑制できる。したがって、薄膜部１２の破壊耐圧の設計の簡素化を図ることができる。
【００６５】
（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【００６６】
例えば、図８に示されるように、ゲージ抵抗１３は、シリコン基板２１のうちの窪み部２０ｃの内側から外側まで延設されていてもよい。
【００６７】
また、図９に示されるように、センサ基板１０は、シリコン基板４１と、シリコン基板４１に形成された絶縁膜４２とを有する構成とし、キャップ基板２０はシリコン基板２１と絶縁膜２３とを有する構成としてもよい。そして、圧力センサは、センサ基板１０の絶縁膜４２とキャップ基板２０のシリコン基板２１とが接合されて構成されるようにしてもよい。なお、この構成の場合は、ゲージ抵抗１３および配線層１４はシリコン基板４１に形成される。また、薄膜部１２は、シリコン基板４１と絶縁膜４２とを有する構成となる。そして、センサ基板１０の一面１０ａは、絶縁膜４２で構成され、キャップ基板２０の一面２０ａは、シリコン基板２１で構成される。
【００６８】
さらに、図１０に示されるように、センサ基板１０は、支持基板５１、絶縁膜５２、半導体層５３が順に積層されたＳＯＩ基板５４を用いて構成されていてもよい。この場合は、例えば、支持基板５１に絶縁膜５２に達する凹部１１が形成されることにより、絶縁膜５２と半導体層５３にて薄膜部１２が構成される。なお、凹部１１は、半導体層５３に達するように形成されていてもよい。この場合は、半導体層５３にて薄膜部１２が構成される。
【００６９】
また、図１１に示されるように、投影線Ｔの中心と、窪み部２０ｃの開口端における中心とが異なっていてもよい。このような構成の場合には、第１位置Ｄ１と第２位置Ｄ２との間の距離が均一とならない。このため、このような構成の場合には、第１位置Ｄ１と第２位置Ｄ２との間の距離が最も短くなる部分の距離が上記数式７を満たすように、凹部１１、窪み部２０ｃ、および薄膜部１２が形成されればよい。つまり、図１１中に示す第１位置Ｄ１と第２位置Ｄ２との間の距離が上記数式７を満たすように、凹部１１、窪み部２０ｃ、および薄膜部１２が形成されればよい。なお、第１位置Ｄ１と第２位置Ｄ２との間の距離が最も短くなる部分における第２位置Ｄ２とは、言い換えると、第２位置Ｄ２のうちの最も大きな引張応力が発生する位置である。
【００７０】
また、凹部１１の開口端の形状は適宜変更可能である。例えば、凹部１１の開口端は、四角形状とされていてもよいし、八角形状とされていてもよい。同様に、窪み部２０ｃの開口端は、四角形状とされていてもよいし、八角形状とされていてもよい。なお、凹部１１の開口端と窪み部２０ｃの開口端の形状が異なっていてもよく、例えば、凹部１１の開口端が四角形状とされ、窪み部２０ｃの開口端が八角形状とされていてもよい。このような構成とする場合は、図１１のように、第１位置Ｄ１と第２位置Ｄ２との間の距離が均一とならないため、第１位置Ｄ１と第２位置Ｄ２の間の距離が最も短くなる部分が上記数式７を満たすように、凹部１１、窪み部２０ｃ、および薄膜部１２が形成されればよい。
【００７１】
また、凹部１１は、断面矩形状ではなく、例えば、開口端側から底面に向かって細くなる断面テーパ状とされていてもよい。同様に、窪み部２０ｃは、断面矩形状ではなく、例えば、開口端側から底面に向かって細くなる断面テーパ状とされていてもよい。
【００７２】
さらに、センサ基板１０とキャップ基板２０との接合は直接接合でなくてもよい。例えば、センサ基板１０とキャップ基板２０とは、適宜金属部材等を配置して金属接合や共晶接合等で接合されるようにしてもよい。また、センサ基板１０とキャップ基板２０とは、ガラス等を介して接合されるようにしてもよい。
【００７３】
そして、上記第１実施形態において、凹部１１、薄膜部１２、および窪み部２０ｃの関係を加速度センサや角速度センサ等の他の物理量センサに適用してもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１０    センサ基板（第１基板）
１１    凹部
１２    薄膜部
２０    キャップ基板（第２基板）
２０ｃ  窪み部
Ｔ      投影線
Ｄ１    第１位置（特定位置）
Ｄ２    第２位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018141743.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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