(57)【要約】【課題】本発明は、半導体圧力センサ及びその製造方法に係り、Ｓｉ基板の開口部のダイヤフラム側壁すべてをその基板面に対して垂直な面とすることにある。【解決手段】半導体圧力センサは、単結晶シリコン基板と、前記単結晶シリコン基板を裏面側からエッチングすることによって形成されたダイヤフラム及び４面のダイヤフラム側壁と、前記単結晶シリコン基板の表面側に形成されたリード導体及び歪ゲージ抵抗からなるブリッジ回路と、を備え、前記ダイヤフラムは、面方位が（１１０）面であり、かつ、平面形状が平行四辺形であり、前記ダイヤフラム側壁は、４面とも面方位が（１１１）面であり、かつ、２面ずつ互いに平行に向かい合っており、圧力印加に伴う前記ダイヤフラムの撓み量に応じて前記ブリッジ回路の出力値が変動することを利用して、前記ダイヤフラムに印加される被検出対象の圧力を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶シリコン基板と、前記単結晶シリコン基板を裏面側からエッチングすることによって前記単結晶シリコン基板に形成されたダイヤフラム及び４面のダイヤフラム側壁と、前記単結晶シリコン基板の表面側に形成されたリード導体及び歪ゲージ抵抗からなるブリッジ回路と、を備え、
前記ダイヤフラムは、面方位が（１１０）面であり、かつ、平面形状が平行四辺形であり、
前記ダイヤフラム側壁は、４面とも面方位が（１１１）面であり、かつ、２面ずつ互いに平行に向かい合っており、
圧力印加に伴う前記ダイヤフラムの撓み量に応じて前記ブリッジ回路の出力値が変動することを利用して、前記ダイヤフラムに印加される被検出対象の圧力を検出することを特徴とする半導体圧力センサ。
【請求項２】
前記歪ゲージ抵抗は、前記ダイヤフラムの中心近傍に配置される２つのセンターゲージと、前記ダイヤフラムの平面形状の向かい合う一組の２辺それぞれの中点付近に配置される２つのサイドゲージと、からなることを特徴とする請求項１に記載された半導体圧力センサ。
【請求項３】
前記歪ゲージ抵抗は、前記ダイヤフラム上に、前記一組の２辺に対して垂直となる方向に形成された配線パターンとして形成されていることを特徴とする請求項２に記載された半導体圧力センサ。
【請求項４】
内燃機関からの排気ガスが流通する排気経路内の圧力を検出する装置に用いられることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載された半導体圧力センサ。
【請求項５】
前記排気経路に設置されるフィルタの上流側と下流側との圧力差を検出する装置に用いられることを特徴とする請求項４に記載された半導体圧力センサ。
【請求項６】
前記圧力差に基づいて前記フィルタに堆積するパティキュレート量を検出するパティキュレート量検出センサに用いられることを特徴とする請求項５に記載された半導体圧力センサ。
【請求項７】
面方位が（１１０）面である単結晶シリコン基板を準備する工程と、
前記単結晶シリコン基板の表面側に、リード導体及び歪ゲージ抵抗からなるブリッジ回路を形成する工程と、
前記単結晶シリコン基板を、前記単結晶シリコン基板の（１１０）面と（１１１）面との交線で構成される平行四辺形が型抜きされた形状を有するマスクを用いて裏面側からエッチングすることにより、前記単結晶シリコン基板の裏面側に、面方位が（１１０）面でありかつ平面形状が平行四辺形であるダイヤフラム、及び、４面とも面方位が（１１１）面でありかつ２面ずつ互いに平行に向かい合う４面のダイヤフラム側壁を形成する工程と、を備えることを特徴とする、圧力印加に伴う前記ダイヤフラムの撓み量に応じて前記ブリッジ回路の出力値が変動することを利用して、前記ダイヤフラムに印加される被検出対象の圧力を検出する半導体圧力センサの製造方法。
【請求項８】
前記マスクは、前記平行四辺形の各頂点部分をそれぞれ外側に広げた形状を有することを特徴とする請求項７に記載された半導体圧力センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧力センサに係り、特に、半導体基板の開口部に形成され、撓みに応じた検出信号を出力するゲージが配置されるダイヤフラムを備える半導体圧力センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車のエンジン制御や気圧計などに用いられる半導体圧力センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１記載の半導体圧力センサは、主軸表面の結晶方位が（１００）面であるシリコン（Ｓｉ）基板と、主軸表面の結晶方位が（１１０）面であるＳｉ基板と、両Ｓｉ基板の間に介在される酸化膜と、を備えている。
【０００３】
上記した半導体出力センサの構造において、（１１０）面のＳｉ基板は、（１００）面のＳｉ基板との接合面とは反対の裏面側からその接合面又はその近傍に達するまで選択エッチングされる。これにより、（１１０）面のＳｉ基板の裏面側に穴の開いた開口部が形成されることで、その（１１０）面のＳｉ基板にダイヤフラムを形成するための側壁（ダイヤフラム側壁）が形成されると共に、（１００）面のＳｉ基板の中央部にダイヤフラムとなる薄板領域が形成される。また、上記した（１１０）面のＳｉ基板に対するエッチングは、ダイヤフラム側壁が（１００）面のＳｉ基板との接合面に対して垂直な面（＝Ｓｉ（１１１）面）を形成するように行われる。このため、エッチングによりＳｉ（１１１）面に沿った垂直なダイヤフラム側壁を形成することができるので、センサチップ面積を縮小することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１５３９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記した特許文献１記載の技術では、ダイヤフラムの形状又は基板に所望のエッチングパターンを形成するためのフォトリソグラフィに用いられるマスクの形状が特定されていないので、ダイヤフラム側壁として上記の如く（１１０）面のＳｉ基板に対して垂直なエッチング面を形成した場合、２組の平行に向かう合う一対のダイヤフラム側壁のうち一方の組の面は共に垂直なエッチング面を形成するが、他方の組の面が共にテーパの施されたエッチング形状を形成する事態が生じ得る。このようなダイヤフラム側壁のテーパ形状では、センサチップ面積の縮小が限定的なものとなり、センサの小型化が妨げられていた。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、Ｓｉ基板の開口部のダイヤフラム側壁すべてをその基板面に対して垂直な面とすることが可能な半導体圧力センサ及びその製造方法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】
【０００７】
上記の目的は、単結晶シリコン基板と、前記単結晶シリコン基板を裏面側からエッチングすることによって前記単結晶シリコン基板に形成されたダイヤフラム及び４面のダイヤフラム側壁と、前記単結晶シリコン基板の表面側に形成されたリード導体及び歪ゲージ抵抗からなるブリッジ回路と、を備え、前記ダイヤフラムは、面方位が（１１０）面であり、かつ、平面形状が平行四辺形であり、前記ダイヤフラム側壁は、４面とも面方位が（１１１）面であり、かつ、２面ずつ互いに平行に向かい合っており、圧力印加に伴う前記ダイヤフラムの撓み量に応じて前記ブリッジ回路の出力値が変動することを利用して、前記ダイヤフラムに印加される被検出対象の圧力を検出する半導体圧力センサにより達成される。
【０００８】
この態様の発明において、ダイヤフラムが形成される単結晶シリコン基板の開口部は、４面すべてのダイヤフラム側壁の面方位が（１１１）面となりかつ２面ずつ互いに平行に向かい合う構造を有している。この場合、開口部のダイヤフラム側壁はすべて、（１１０）面の単結晶シリコン基板に対して垂直な面に形成される。このため、本発明によれば、センサチップ面積を大幅に縮小させることができ、センサの更なる小型化を図ることができる。
【０００９】
尚、上記した半導体圧力センサにおいて、前記歪ゲージ抵抗は、前記ダイヤフラムの中心近傍に配置される２つのセンターゲージと、前記ダイヤフラムの平面形状の向かい合う一組の２辺それぞれの中点付近に配置される２つのサイドゲージと、からなることとしてもよい。
【００１０】
また、上記した半導体圧力センサにおいて、前記歪ゲージ抵抗は、前記ダイヤフラム上に、前記一組の２辺に対して垂直となる方向に形成された配線パターンとして形成されていることとしてもよい。
【００１１】
また、上記した半導体圧力センサは、内燃機関からの排気ガスが流通する排気経路内の圧力を検出する装置に用いられることとしてもよい。
【００１２】
また、上記した半導体圧力センサは、前記排気経路に設置されるフィルタの上流側と下流側との圧力差を検出する装置に用いられることとしてもよい。
【００１３】
更に、上記した半導体圧力センサは、前記圧力差に基づいて前記フィルタに堆積するパティキュレート量を検出するパティキュレート量検出センサに用いられることとしてもよい。
【００１４】
また、上記の目的は、面方位が（１１０）面である単結晶シリコン基板を準備する工程と、前記単結晶シリコン基板の表面側に、リード導体及び歪ゲージ抵抗からなるブリッジ回路を形成する工程と、前記単結晶シリコン基板を、前記単結晶シリコン基板の（１１０）面と（１１１）面との交線で構成される平行四辺形が型抜きされた形状を有するマスクを用いて裏面側からエッチングすることにより、前記単結晶シリコン基板の裏面側に、面方位が（１１０）面でありかつ平面形状が平行四辺形であるダイヤフラム、及び、４面とも面方位が（１１１）面でありかつ２面ずつ互いに平行に向かい合う４面のダイヤフラム側壁を形成する工程と、を備える、圧力印加に伴う前記ダイヤフラムの撓み量に応じて前記ブリッジ回路の出力値が変動することを利用して、前記ダイヤフラムに印加される被検出対象の圧力を検出する半導体圧力センサの製造方法により達成される。
【００１５】
この態様の発明において、（１１０）面と（１１１）面との交線で構成される平行四辺形が型抜きされた形状を有するマスクを用いて単結晶シリコン基板のエッチングが行われることにより、単結晶シリコン基板の開口部にダイヤフラムが形成される。この場合、開口部は、４面すべてのダイヤフラム側壁の面方位が（１１１）面となりかつ２面ずつ互いに平行に向かい合う構造を有し、開口部のダイヤフラム側壁はすべて、（１１０）面の単結晶シリコン基板に対して垂直な面に形成される。このため、本発明によれば、センサチップ面積を大幅に縮小させることができ、センサの更なる小型化を図ることができる。
【００１６】
尚、上記した半導体圧力センサの製造方法において、前記マスクは、前記平行四辺形の各頂点部分をそれぞれ外側に広げた形状を有することとしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、半導体基板の開口部のすべてのダイヤフラム側壁が（１１１）面となる構造を有するため、それらすべてのダイヤフラム側壁を（１１０）面の半導体基板に対して垂直な面に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る半導体圧力センサの上面図であり、また、（Ｂ）は本発明の第１実施形態に係る半導体圧力センサの断面図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｊ）は本発明の第１実施形態に係る半導体圧力センサを製造するための工程を表した図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る半導体圧力センサのゲージ配置を表した図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る半導体圧力センサを製造する際に用いるマスクの形状を表した図である。
【図５】（Ａ）は本発明の第２実施形態に係る半導体圧力センサの上面図であり、（Ｂ）は本発明の第２実施形態に係る半導体圧力センサの断面図である。
【図６】（Ａ）は本発明に係る半導体圧力センサを製造する際に用いるマスクの形状の変形例を表した図であり、また、（Ｂ）は本発明の変形例に係る半導体圧力センサを製造する際に用いるマスクの形状の別の変形例を表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を用いて、本発明に係る半導体圧力センサの具体的な実施の形態について説明する。
【実施形態１】
【００２０】
図１（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係る半導体圧力センサ１０の上面図を示す。また、図１（Ｂ）は、半導体圧力センサ１０の断面図を示す。
【００２１】
本実施形態の半導体圧力センサ１０は、単結晶シリコン基板と、前記単結晶シリコン基板を裏面側からエッチングすることによって前記単結晶シリコン基板に形成されたダイヤフラム及び４面のダイヤフラム側壁と、前記単結晶シリコン基板の表面側に形成されたリード導体及び歪ゲージ抵抗からなるブリッジ回路と、を備え、前記ダイヤフラムは、面方位が（１１０）面であり、かつ、平面形状が平行四辺形であり、前記ダイヤフラム側壁は、４面とも面方位が（１１１）面であり、かつ、２面ずつ互いに平行に向かい合っており、圧力印加に伴う前記ダイヤフラムの撓み量に応じて前記ブリッジ回路の出力値が変動することを利用して、前記ダイヤフラムに印加される被検出対象の圧力を検出する半導体圧力センサである。
【００２２】
本実施形態の半導体圧力センサ１０は、自動車のエンジン制御や排気浄化制御，気圧計などに用いられるセンサである。半導体圧力センサ１０は、内燃機関から排出される排気ガスが流通する排気経路内の圧力を検出するために用いることができる。また、排気経路に設置されるフィルタの上流側と下流側との圧力差を検出するために用いることができる。更には、排気経路に設置されるフィルタの上流側と下流側との圧力差に基づいてそのフィルタに堆積するパティキュレート量を検出するパティキュレート量検出センサに用いることができる。
【００２３】
半導体圧力センサ１０は、半導体基板としてシリコン（Ｓｉ）単結晶基板（以下、単にＳｉ基板と称す）１２を備えており、Ｓｉ基板１２に対する周知の半導体製造技術を施すことにより製造される。Ｓｉ基板１２は、四つの辺により区画されており、主表面（上面）の結晶方位が（１１０）面である平面矩形の板状部材である。このため、Ｓｉ基板１２の（１１０）面には、互いに直交する２つの結晶軸＜１１０＞及び＜１００＞が存在する。
【００２４】
Ｓｉ基板１２には、主裏面に凹状に空いた開口部１４が形成されている。開口部１４は、Ｓｉ基板１２に対する異方性エッチングにより形成される。開口部１４は、４つのダイヤフラム側壁１４ａにより囲まれる空間を構成する。開口部１４の断面形状は、２組の互いに平行に向かい合う一対の辺により囲まれる平行四辺形（特に、各辺の長さが等しくなる平面ひし形）である。４面のダイヤフラム側壁１４ａはすべて、Ｓｉ基板１２の（１１０）面に対して垂直な面であり、法線が＜１１１＞方向に向く（１１１）面である。
【００２５】
開口部１４の主表面側には、薄肉のダイヤフラム１６が形成されている。ダイヤフラム１６は、表裏の圧力差に応じた量だけ撓むことが可能な薄い部材である。ダイヤフラム１６の平面形状は、２組の互いに平行に向かい合う一対の辺により囲まれる平行四辺形（特に、各辺の長さが等しくなる平面ひし形）である。ダイヤフラム１６は、Ｓｉ基板１２に対する異方性エッチングにより開口部１４が形成されることに伴って形成される。
【００２６】
ダイヤフラム１６上には、そのダイヤフラム１６の撓みに応じた検出信号を出力するゲージ２０，２２，２４，２６が配置されている。ゲージ２０，２２，２４，２６は、Ｓｉ基板１２の主表面に対してイオン注入又は拡散を施すことにより形成される。各ゲージ２０，２２，２４，２６はそれぞれ、ダイヤフラム１６の配置部位における撓みに伴う基準からの抵抗値変化に応じた検出信号を出力する歪ゲージ抵抗である。
【００２７】
ゲージ２０，２２は、図１（Ａ）に示す如く、ダイヤフラム１６の平面全体のうち、ダイヤフラム１６へ被検出対象の圧力が印加される時にダイヤフラム１６が最も圧縮される部位である中心近傍（重心付近）に配置されている。また、ゲージ２４，２６は、ダイヤフラム１６の平面全体のうち、ダイヤフラム１６へ被検出対象の圧力が印加される時にダイヤフラム１６が最も引っ張られる部位である開口部１４のダイヤフラム側壁１４ａに近い周辺部（特に、ダイヤフラム１６を構成する辺の中点近傍）に配置されている。以下適宜、ゲージ２０，２２をセンターゲージ２０，２２と、また、ゲージ２４，２６をサイドゲージ２４，２６と、それぞれ称す。センターゲージ２０，２２とサイドゲージ２４，２６とは、圧力に対する抵抗値変化の方向が逆となるように設けられている。
【００２８】
ゲージ２０，２２，２４，２６は、Ｓｉ基板１２の主表面（上面）にイオン注入又は拡散により形成される拡散リード導体２８を介して結線されており、電気的に接続されている。ゲージ２０，２２，２４，２６は、拡散リード導体２８により互いに直列接続された閉回路であるホイートストンブリッジ回路を構成している。
【００２９】
Ｓｉ基板１２の主表面には、拡散リード導体２８に接続されるコンタクトホール３０及び電極３２が形成されている。コンタクトホール３０及び電極３２はそれぞれ、４つずつ設けられている。コンタクトホール３０及び電極３２は、ゲージ２０，２２，２４，２６と外部の検出装置とを電気的に接続して、上記のホイートストンブリッジ回路へ電圧を印加し或いは上記のホイートストンブリッジ回路からの検出信号を出力するために設けられる。コンタクトホール３０及び電極３２は、Ｓｉ基板１２の主表面上のＳｉ酸化膜等によりなる層間絶縁膜上に、アルミニウムを用いた蒸着法等により形成される。
【００３０】
上記のホイートストンブリッジ回路において、４つの電極３２のうち隣り合わない２つを入力電極３２とし、かつ、残りの２つを出力電極３２として用いたうえで、２つの入力電極３２の間に直流電圧Ｖが与えられていると、ダイヤフラム１６の撓みがゲージ２０，２２，２４，２６の抵抗値変化として現われ、２つの出力電極３２の間に被検出圧力に応じたレベルの電圧検出信号が出力されることとなる。
【００３１】
上記した構造を有する半導体圧力センサ１０は、Ｓｉ基板１２の主裏面にガラス台座等が陽極接合等により接合されるものとなる。Ｓｉ基板１２の主裏面側に形成される開口部１４内は、かかる接合が行われると、真空等の一定の圧力に保たれて封止されることで、以後、圧力基準室として扱われることとなる。
【００３２】
このような半導体圧力センサ１０の構造においては、Ｓｉ基板１２の主表面側に被検出対象の圧力が印加されると、その印加圧力に応じてダイヤフラム１６の撓みが発生する。この際には、応力作用により各ゲージ２０，２２，２４，２６の抵抗値が変化して、各ゲージ２０，２２，２４，２６から印加圧力に応じた電圧検出信号が出力される。かかる電圧信号は、電極３２から外部の検出装置へ送られて信号処理される。これにより、外部の検出装置において被検出対象の圧力が検出される。
【００３３】
次に、図２〜図４を参照して、本実施形態の半導体圧力センサ１０の製造方法について説明する。
【００３４】
本実施形態の半導体圧力センサ１０の製造方法は、面方位が（１１０）面である単結晶シリコン基板を準備する工程と、前記単結晶シリコン基板の表面側に、リード導体及び歪ゲージ抵抗からなるブリッジ回路を形成する工程と、前記単結晶シリコン基板を、前記単結晶シリコン基板の（１１０）面と（１１１）面との交線で構成される平行四辺形が型抜きされた形状を有するマスクを用いて裏面側からエッチングすることにより、前記単結晶シリコン基板の裏面側に、面方位が（１１０）面でありかつ平面形状が平行四辺形であるダイヤフラム、及び、４面とも面方位が（１１１）面でありかつ２面ずつ互いに平行に向かい合う４面のダイヤフラム側壁を形成する工程と、を備える、圧力印加に伴う前記ダイヤフラムの撓み量に応じて前記ブリッジ回路の出力値が変動することを利用して、前記ダイヤフラムに印加される被検出対象の圧力を検出する半導体圧力センサの製造方法である。
【００３５】
図２（Ａ）〜（Ｊ）は、本実施形態の半導体圧力センサ１０を製造するための工程を表した図を示す。尚、図２には、半導体圧力センサ１０の断面図が示されている。図３は、本実施形態の半導体圧力センサ１０のゲージ２０，２２，２４，２６の配置を表した図を示す。尚、図３には、半導体圧力センサ１０の上面図が示されている。また、図４は、本実施形態の半導体圧力センサ１０を製造する際に用いるマスク４０の形状を表した図を示す。尚、図４には、マスク４０の上面の平面図が示されている。
【００３６】
また、図３及び図４においては、Ｓｉ基板１２の形状とマスク４０又はダイヤフラム１６の形状又は配置との関係が、図１に示すものと若干異なるが、これは本実施形態のゲージ配置やマスク形状を説明する便宜上のものである。本実施形態の半導体圧力センサ１０の構造は、図１に示すものと同じであってもよい。更に、半導体圧力センサ１０の構造を図１に示す実施形態の代わりに、図３や図４に示す他の実施形態を用いることとしてもよい。
【００３７】
本実施形態において、半導体圧力センサ１０は、主表面（上面）が（１１０）面であるシリコンウェハを用いて複数個のチップ単位で製造される。具体的には、まず、各半導体圧力センサ１０のＳｉ基板１２が形成されるべきシリコンウェハを、鏡面状に研磨・洗浄する（図２（Ａ））。そして、その洗浄済みのシリコンウェハの主表面（上面）に酸化膜（ＳｉＯ２）を形成する（図２（Ｂ））。
【００３８】
次に、フォトリソグラフィによりシリコンウェハの主表面（上面）に拡散パターンを形成し（図２（Ｃ））、その後、熱拡散による不純物導入によりゲージ２０，２２，２４，２６を形成する（図２（Ｄ））。この際、センターゲージ２０，２２の形成は、後に形成されるダイヤフラム１６の平面全体のうち中心近傍に配置されるように行われ、かつ、サイドゲージ２４，２６の形成は、後に形成されるダイヤフラム１６の平面全体のうち周辺部に配置されるように行われる。
【００３９】
次に、上記のシリコンウェハの主表面（上面）に保護膜（ＳｉＯ２）を形成する（図２（Ｅ））。そして、フォトリソグラフィによりシリコンウェハの主裏面にエッチングパターンを形成し（図２（Ｆ））、その後、アルカリ性溶液に浸してその基板裏面を異方性エッチングし、ダイヤフラム１６を形成する（図２（Ｇ））。
【００４０】
このダイヤフラム１６の形成に用いるマスク４０のデザインは、図４に示す如く、シリコンウェハの（１１０）面とその（１１０）面に対して垂直関係にある（１１１）面とが交わる際に生じる直線で構成された形状（平行四辺形（特にひし形））を有している。このため、かかるマスクデザインを用いてフォトリソグラフィ及び異方性エッチングが行われると、形成されるダイヤフラム１６の平面形状は、法線が＜１１１＞方向に向く４つの辺、すなわち、２組の互いに平行に向かい合う一対の辺により囲まれたものとなる。この際、（１１１）面でのエッチング耐性は大きく、開口部１４のダイヤフラム側壁１４ａが結晶面におけるエッチングレートの違いに起因してマスクデザインよりも外側に広がる事態は生じないため、開口部１４のダイヤフラム側壁１４ａはすべて、法線が（１１０）面の基板面に対して垂直な＜１１１＞方向に向く（１１１）面を有するものとなる。
【００４１】
上記の如くダイヤフラム１６の形成が行われた後は、フォトリソグラフィによりシリコンウェハの主表面（上面）にコンタクトホールパターンを形成し、その後、エッチングによりその主表面（上面）にコンタクトホールを形成する（図２（Ｈ））。そして、シリコンウェハの主表面（上面）にアルミニウム（Ａｌ）を蒸着し（図２（Ｉ））、フォトリソグラフィによりシリコンウェハの主表面（上面）に配線パターンを形成し、その後、エッチングによりその主表面（上面）に電極３２を形成する（図２（Ｊ））。
【００４２】
このような処理が行われると、複数個の半導体圧力センサ１０のＳｉ基板１２を形成したシリコンウェハが製造される。そして、このシリコンウェハが個々のＳｉ基板１２となる矩形状のチップに分断された後、それらの各チップ（各Ｓｉ基板１２）を用いて各半導体圧力センサ１０の製造が行われる。
【００４３】
従って、本実施形態においては、シリコンウェハの（１１０）面とその（１１０）面に対して垂直関係にある（１１１）面とが交わる際に生じる直線で構成された形状を有するマスクデザインを用いて、フォトリソグラフィ及び異方性エッチングを行うことで、すべてのダイヤフラム側壁１４ａが（１１１）面となる開口部１４を形成すること、すなわち、開口部１４のダイヤフラム側壁１４ａを、法線が＜１１１＞方向に向いた２組の互いに平行に向かい合う一対の面からなるものとすることができる。
【００４４】
かかる半導体圧力センサ１０の構造によれば、開口部１４のダイヤフラム側壁１４ａのすべてをＳｉ基板１２に対して垂直な面に形成することができるので、開口部１４のダイヤフラム側壁の一部でもテーパが施される構造のものに比べて、センサチップ面積を縮小させることができる。このため、本実施形態の半導体圧力センサ１０によれば、センサ自体の大幅な小型化を図ることができると共に、また、一枚のシリコンウェハから生成できるＳｉ基板１２の数を増やすことができので、製造コストの低減を図ることができる。尚、この場合にも、開口部１４に形成されるダイヤフラム１６のサイズを小さくする必要がなくなる。従って、本実施形態によれば、センサチップ面積の縮小を、圧力検出機能を損なうことなく実現させることが可能となっている。
【００４５】
また逆に、Ｓｉ基板１２の主裏面にはガラス台座等が接合されることとなるが、上記した本実施形態の半導体圧力センサ１０によれば、開口部１４のダイヤフラム側壁の一部でもテーパが施される構造のものに比べて、Ｓｉ基板１２の主裏面側での接合面積の許容範囲を大きくする（接合しろの長さを長くする）ことができる。このため、開口部１４（圧力基準室）内のリークを抑制しその気密性を高レベルに確保することができる。尚、この場合にも、開口部１４に形成されるダイヤフラム１６のサイズを小さくする必要がない。従って、本実施形態によれば、開口部１４内の気密性確保を、半導体圧力センサ１０の圧力検出機能を損なうことなく実現させることが可能となっている。
【００４６】
更に、上記した本実施形態の半導体圧力センサ１０によれば、開口部１４のダイヤフラム側壁の一部でもテーパが施される構造のものに比べて、被検出対象の圧力印加時にダイヤフラム１６の周辺部における撓みをその周辺全域で印加圧力に比例した均一なものとすることができる。このため、本実施形態によれば、半導体圧力センサ１０の出力特性に関し圧力に応じた出力の直線性を確保することができ、感度バラツキを防止することが可能となっている。
【実施形態２】
【００４７】
図５（Ａ）は本発明の第２実施形態に係る半導体圧力センサ１００の上面図を、また、図５（Ｂ）は半導体圧力センサ１００の断面図を、それぞれ示す。尚、図５において、上記図１に示す第１実施形態の構成と同一の構成部分については、同一の符号を付してその説明を省略又は簡略する。
【００４８】
本実施形態の半導体圧力センサ１００は、上記した第１実施形態の半導体圧力センサ１０と同様に、自動車のエンジン制御や排気浄化制御，気圧計などに用いられるセンサである。半導体圧力センサ１００は、内燃機関から排出される排気ガスが流通する排気経路内の圧力を検出するために用いることができる。また、排気経路に設置されるフィルタの上流側と下流側との圧力差を検出するために用いることができる。更には、排気経路に設置されるフィルタの上流側と下流側との圧力差に基づいてそのフィルタに堆積するパティキュレート量を検出するパティキュレート量検出センサに用いることができる。
【００４９】
図５（Ａ）及び（Ｂ）に示す如く、半導体圧力センサ１００は、主面の結晶方位が（１１０）面であるＳｉ基板１０２を備えている。Ｓｉ基板１０２は、上記した第１実施形態の半導体圧力センサ１０のＳｉ基板１２に比べて、一方の組の互いに平行に向かい合う一対の辺の長さが長くなるように形成されている。
【００５０】
Ｓｉ基板１０２には、主裏面に凹状に空いた開口部１０４が形成されており、また、主表面（上面）に薄肉のダイヤフラム１０６が形成されている。開口部１０４の断面形状は、２組の互いに平行に向かい合う一対の辺により囲まれた各組の辺の長さが互いに異なる、ひし形ではない平行四辺形である。開口部１０４は、４つのダイヤフラム側壁１０４ａにより囲まれる空間を構成し、それら４つのダイヤフラム側壁１０４ａはすべて、Ｓｉ基板１０２の（１１０）面に対して垂直な（１１１）面である。
【００５１】
ダイヤフラム１０６上には、そのダイヤフラム１０６の撓みに応じた検出信号を出力するゲージ２０，２２，２４，２６が配置されている。ゲージ２０，２２は、ダイヤフラム１０６の平面全体のうち、ダイヤフラム１０６へ被検出対象の圧力が印加される時にダイヤフラム１０６が最も圧縮される部位である中心近傍（重心付近）に配置されている。また、ゲージ２４，２６は、ダイヤフラム１０６の平面全体のうち、ダイヤフラム１０６へ被検出対象の圧力が印加される時にダイヤフラム１０６が最も引っ張られる部位である開口部１０４のダイヤフラム側壁１０４ａに近い周辺部（特に、ダイヤフラム１０６を構成する長辺の中点近傍）に配置されている。以下適宜、ゲージ２０，２２をセンターゲージ２０，２２と、また、ゲージ２４，２６をサイドゲージ２４，２６と、それぞれ称す。
【００５２】
このような半導体圧力センサ１００の構造においては、Ｓｉ基板１０２の主表面（上面）側に被検出対象の圧力が印加されると、その印加圧力に応じてダイヤフラム１０６の撓みが発生するが、このダイヤフラム１０６のゲージ２０，２２，２４，２６の配置部位での応力を、上記した第１実施形態の半導体圧力センサ１０の構造に比べて増大させることができる。このため、本実施形態の半導体圧力センサ１００によれば、圧力検出の精度をより向上させることが可能となっている。
【００５３】
尚、本実施形態の半導体圧力センサ１００においても、すべてのダイヤフラム側壁１０４ａが（１１１）面となる開口部１０４を形成すること、すなわち、開口部１０４のダイヤフラム側壁１０４ａを、法線が＜１１１＞方向に向いた２組の互いに平行に向かい合う一対の面からなるものとすることができるので、上記した第１実施形態の半導体圧力センサ１０と同様の効果を得ることが可能である。
【００５４】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の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要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【００５５】
例えば、上記の実施形態においては、ダイヤフラム１６，１０６の形成に用いるマスク４０のデザインを、図４に示す如く、シリコンウェハの（１１０）面とその（１１０）面に対して垂直関係にある（１１１）面との交線で構成された平行四辺形の形状とすることとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、そのマスク４０のデザインを、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示す如く、基本的にはシリコンウェハの（１１０）面とその（１１０）面に対して垂直関係にある（１１１）面との交線で構成された形状（平行四辺形（特にひし形））とする一方で、その平行四辺形の角部（開口部１４，１０４又はダイヤフラム１６，１０６として型抜きされるべき平行四辺形の各頂点部分）についてはそれぞれ、開口部１４，１０４又はダイヤフラム１６，１０６の所望形状（具体的には平行四辺形（特にひし形））に対して外側に広げた形状とする。尚、マスク４０のデザインとしての平行四辺形の各頂点部分を外側に広げた形状は、図６（Ａ）に示す如く角張ったものとしてもよいし、また、図６（Ｂ）に示す如く円形のものとしてもよい。
【００５６】
このため、かかる変形例のマスクデザインを用いてフォトリソグラフィ又は異方性エッチングが行われると、形成されるダイヤフラム１６，１０６の平面形状は、法線が＜１１１＞方向に向く４つの辺である２組の互いに平行に向かい合う一対の辺により囲まれたものになり、開口部１４，１０４のダイヤフラム側壁１４ａ，１０４ａはすべて、（１１１）面を有するものになると共に、各辺又は各面が交わる角部でのエッチングの乱れは解消されることで、ダイヤフラム１６，１０６や開口部１４，１０４の形状は所望形状となる。従って、この変形例によれば、各辺や各面が交わる角部でのエッチングの乱れに起因する半導体圧力センサの圧力検出機能の低下を抑制することができ、圧力検出の正確性を向上させることができる。
【００５７】
尚、この本発明の変形例の半導体圧力センサにおいても、すべてのダイヤフラム側壁１４ａ，１０４ａが（１１１）面となる開口部１４，１０４を形成すること、すなわち、開口部１４，１０４のダイヤフラム側壁１４ａ，１０４ａを、法線が＜１１１＞方向に向いた２組の互いに平行に向かい合う一対の面からなるものとすることができるので、上記した本発明の第１実施形態及び第２実施形態の半導体圧力センサ１０，１００と同様の効果を得ることが可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１０，１００  半導体圧力センサ
１２，１０２  シリコン（Ｓｉ）基板
１４，１０４  開口部
１４ａ，１０４ａ  ダイヤフラム側壁
１６，１０６  ダイヤフラム
２０，２２，２４，２６  ゲージ
【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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