(57)【要約】      （修正有）【課題】測定精度の劣化を抑制することが可能な、表面応力センサ及びその製造方法を提供する。【解決手段】印加された表面応力によって撓むメンブレン２２と、メンブレン２２の厚さ方向から見て隙間を空けてメンブレン２２を包囲する枠部材２４と、メンブレン２２の厚さ方向から見てメンブレン２２を挟む位置に配置されてメンブレン２２と枠部材２４とを連結する少なくとも一対の連結部と、連結部のうち少なくとも一つに備えられ、連結部に起きた撓みに応じて抵抗値が変化する可撓性抵抗と、枠部材２４に接続され、且つメンブレン２２の厚さ方向から見て枠部材２４と重なる支持基材１０を備える表面応力センサであり、メンブレン２２と支持基材１０との間に空隙部４０が設けられている。【選択図】図３
2019056706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加された表面応力によって撓むメンブレンと、
前記メンブレンの厚さ方向から見て隙間を空けてメンブレンを包囲する枠部材と、
前記厚さ方向から見て前記メンブレンを挟む位置に配置されて当該メンブレンと前記枠部材とを連結する少なくとも一対の連結部と、
前記連結部のうち少なくとも一つに備えられ、当該連結部に起きた撓みに応じて抵抗値が変化する可撓性抵抗と、
前記枠部材に接続され、且つ前記厚さ方向から見て前記メンブレンと重なる支持基材と、を備え、
前記メンブレンと前記支持基材との間に空隙部が設けられている表面応力センサ。
【請求項２】
前記可撓性抵抗は、ピエゾ抵抗であり、
前記ピエゾ抵抗は、前記メンブレンが撓むことで前記連結部に起きた撓みに応じて変化する抵抗値を有する請求項１に記載した表面応力センサ。
【請求項３】
前記メンブレンと前記枠部材とは、二対である四つの前記連結部で連結されており、
前記可撓性抵抗は、前記四つの連結部のそれぞれに備えられ、
四つの前記可撓性抵抗は、フルホイートストンブリッジを形成する請求項１または請求項２に記載した表面応力センサ。
【請求項４】
前記メンブレンはｎ型半導体層であり、
前記可撓性抵抗はｐ型半導体層である請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載した表面応力センサ。
【請求項５】
前記メンブレンと、前記枠部材と、前記連結部とで、一体の検出基材を形成し、
前記支持基材の線膨張係数と、前記検出基材の線膨張係数と、の差は、１．２×１０−５／℃以下である請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載した表面応力センサ。
【請求項６】
前記支持基材の線膨張係数は、１．０×１０−５／℃以下である請求項５に記載した表面応力センサ。
【請求項７】
前記支持基材の線膨張係数は、５．０×１０−６／℃以下である請求項６に記載した表面応力センサ。
【請求項８】
前記支持基材の厚さは、８０μｍ以上である請求項１から請求項７のうちいずれか１項に記載した表面応力センサ。
【請求項９】
前記メンブレンの厚さ方向から見て、前記支持基材の外周面と、前記枠部材の外周面とが、面一である請求項１から請求項８のうちいずれか１項に記載した表面応力センサ。
【請求項１０】
前記支持基材は、ケイ素、サファイア、ガリウムヒ素、ガラス、石英のうちいずれかを含む材料で形成されている請求項１から請求項９のうちいずれか１項に記載した表面応力センサ。
【請求項１１】
前記支持基材の前記メンブレンと対向する面と反対側の面に接続されるパッケージ基板をさらに備える請求項１から請求項１０のうちいずれか１項に記載した表面応力センサ。
【請求項１２】
前記支持基材と前記パッケージ基板とは、前記厚さ方向から見て前記メンブレンの少なくとも一部と重なる位置に配置された接続部によって接続されている請求項１１に記載した表面応力センサ。
【請求項１３】
前記メンブレンの厚さ方向から見て、前記接続部の面積が前記メンブレンの面積よりも小さい請求項１２に記載した表面応力センサ。
【請求項１４】
前記支持基材と前記枠部材との間に設けられた接続層と、
平面視において前記空隙部を取り囲む位置に設けられ、前記枠部材及び前記接続層を貫通するように形成された溝部と、をさらに備える
請求項１から１３のうちいずれか１項に記載した表面応力センサ。
【請求項１５】
支持基材の一方の面に凹部を形成し、さらに、前記支持基材へ前記凹部を覆うように検出基材を貼り合わせることで、前記支持基材と前記検出基材との間に空隙部が設けられた積層体を形成する積層体形成工程と、
前記検出基材の前記支持基材と対向する面と反対側の面のうち検出基材の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域に、第一のイオンを注入する第一イオン注入工程と、
前記検出基材の前記第一のイオンを注入した領域よりも外側の選択した領域に第二のイオンを注入する第二イオン注入工程と、
前記第一のイオン及び前記第二のイオンを注入した前記積層体を熱処理することで、前記第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域を形成するとともに、前記第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域を形成する熱処理工程と、
前記検出基材の中心を含む予め設定した領域の周囲であって前記低抵抗領域及び前記可撓性抵抗領域以外の領域を除去することで、印加された表面応力によって撓むメンブレン、前記メンブレンの厚さ方向から見て隙間を空けてメンブレンを包囲する枠部材、前記厚さ方向から見て前記メンブレンを挟む位置に配置されてメンブレンと前記枠部材とを連結する少なくとも一対の連結部、及び前記連結部に起きた撓みに応じて抵抗値が変化する可撓性抵抗、を形成する除去工程と、
前記可撓性抵抗と電気的に接続された配線層を形成する配線層形成工程と、を備える表面応力センサの製造方法。
【請求項１６】
前記積層体形成工程において、少なくとも前記支持基材の前記凹部を形成した面に、熱酸化膜を形成後、前記検出基材を貼り合わせて前記積層体を形成し、
前記検出基材の前記可撓性抵抗領域及び前記低抵抗領域の外側の領域において、前記検出基材及び前記熱酸化膜を除去して溝部を形成する溝部形成工程と、をさらに備える請求項１５に記載した表面応力センサの製造方法。
【請求項１７】
支持基材に犠牲層を積層し、さらに、前記犠牲層に検出基材を積層して積層体を形成する積層体形成工程と、
前記検出基材の前記支持基材と対向する面と反対側の面のうち検出基材の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域に第一のイオンを注入する第一イオン注入工程と、
前記検出基材の前記第一のイオンを注入した領域よりも外側の選択した領域に第二のイオンを注入する第二イオン注入工程と、
前記第一のイオン及び前記第二のイオンを注入した前記積層体を熱処理することで、前記第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域を形成するとともに、前記第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域を形成する熱処理工程と、
前記検出基材の前記可撓性抵抗領域及び前記低抵抗領域を形成した領域と隣接する領域に、前記犠牲層まで貫通するホールを形成するホール形成工程と、
前記ホールを介したエッチングにより、前記可撓性抵抗領域と前記支持基材との間に配置された前記犠牲層を除去して前記支持基材と前記検出基材との間に空隙部を設ける空隙部形成工程と、
前記検出基材の前記支持基材と対向する面と反対側の面に酸化膜を形成して前記ホールを封止するホール封止工程と、
前記検出基材の中心を含む予め設定した領域の周囲であって前記低抵抗領域及び前記可撓性抵抗領域以外の領域を除去することで、印加された表面応力によって撓むメンブレン、前記メンブレンの厚さ方向から見て隙間を空けてメンブレンを包囲する枠部材、前記厚さ方向から見て前記メンブレンを挟む位置に配置されてメンブレンと前記枠部材とを連結する少なくとも一対の連結部、及び前記連結部に起きた撓みに応じて抵抗値が変化する可撓性抵抗、を形成する除去工程と、
前記可撓性抵抗と電気的に接続された配線層を形成する配線層形成工程と、を備える表面応力センサの製造方法。
【請求項１８】
前記ホール形成工程において、前記ホールを形成すると同時に、前記検出基材の前記可撓性抵抗領域及び前記低抵抗領域を形成した領域の外側の領域に、前記犠牲層まで貫通し、平面視で前記予め設定した領域を取り囲む溝を形成する
請求項１７に記載した表面応力センサの製造方法。
【請求項１９】
前記検出基材の前記可撓性抵抗領域及び前記低抵抗領域を形成した領域の外側の領域に、前記犠牲層まで貫通し、平面視で前記予め設定した領域を取り囲む溝を形成し、
前記溝を介したエッチングにより、前記溝から露出する前記犠牲層を除去して前記検出基材と前記犠牲層とを貫通する溝部を形成する溝部形成工程と、を備える請求項１７に記載した表面応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、表面応力センサ、特に、ピエゾ抵抗カンチレバー型センサと比較して高い感度を有する膜型の表面応力センサ（ＭＳＳ）と、表面応力センサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人間の五感に相当する情報を収集するセンサ、特に、人間が化学物質を受容して感じる味覚や嗅覚のセンサに用いる技術として、例えば、特許文献１に開示されているピエゾ抵抗カンチレバー型センサがある。
特許文献１に開示されているピエゾ抵抗カンチレバー型センサは、膜型の表面応力センサであり、平坦部材に印可される表面応力を、平坦部材の周囲に配置した四つのピエゾ抵抗連結部分の、一軸性の応力として検出する構成である。そして、特許文献１に記載されている技術では、膜型の表面応力センサを各種のセンサとして実装する場合、平坦部材を、スペーサを介してパッケージ等の基板に固定するため、平坦部材が、印可された表面応力を受けるために、中空に浮いた構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−４５６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されている技術のように、平坦部材が中空に浮いた構造では、表面応力センサを固定する基板が、例えば、環境温度の変化によって変形すると、基板の変形が平坦部材に応力として印可されてしまう。
そして、基板の変形によって平坦部材に印可される応力は、化学物質を受容した場合に平坦部材へ印可される表面応力よりも大きな応力であるため、ピエゾ抵抗による電圧または電流の出力にオフセットを与えることとなる。
したがって、特許文献１に記載されている技術では、温度変化に応じてオフセットが変化することとなり、表面応力センサとしての測定精度が劣化するという問題点が発生する。
本発明は、従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、測定精度の劣化を抑制することが可能な、表面応力センサと、表面応力センサ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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る表面応力センサは、メンブレンと、枠部材と、少なくとも一対の連結部と、可撓性抵抗と、支持基材と、を備え、前記メンブレンと前記支持基材との間に空隙部が設けられていることを特徴としている。メンブレンは、印加された表面応力によって撓む。枠部材は、前記メンブレンの厚さ方向から見て隙間を空けてメンブレンを包囲する。連結部は、前記厚さ方向から見て前記メンブレンを挟む位置に配置されて当該メンブレンと前記枠部材とを連結する。可撓性抵抗は、前記連結部のうち少なくとも一つに備えられ、当該連結部に起きた撓みに応じて抵抗値が変化する。支持基材は、前記枠部材に接続され、且つ前記厚さ方向から見て前記メンブレンと重なる。
【０００６】
また、本発明の他の態様に係る表面応力センサの製造方法は、積層体形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、熱処理工程と、配線層形成工程と、除去工程と、を備えることを特徴としている。積層体形成工程は、支持基材の一方の面に凹部を形成し、さらに、前記支持基材へ前記凹部を覆うように検出基材を貼り合わせることで、前記支持基材と前記検出基材との間に空隙部が設けられた積層体を形成する工程である。第一イオン注入工程は、前記検出基材の前記支持基材と対向する面と反対側の面のうち検出基材の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域に、第一のイオンを注入する工程である。第二イオン注入工程は、前記検出基材の前記第一のイオンを注入した領域よりも外側の選択した領域に第二のイオンを注入する工程である。熱処理工程は、前記第一のイオン及び前記第二のイオンを注入した前記積層体を熱処理することで、前記第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域を形成するとともに、前記第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域を形成する工程である。配線層形成工程は、前記可撓性抵抗と電気的に接続された配線層を形成する工程である。除去工程は、前記検出基材の中心を含む予め設定した領域の周囲であって前記低抵抗領域及び前記可撓性抵抗領域以外の領域を除去することで、印加された表面応力によって撓むメンブレン、前記メンブレンの厚さ方向から見て隙間を空けてメンブレンを包囲する枠部材を形成する工程である。これに加え、除去工程は、前記厚さ方向から見て前記メンブレンを挟む位置に配置されてメンブレンと前記枠部材とを連結する少なくとも一対の連結部、及び前記連結部に起きた撓みに応じて抵抗値が変化する可撓性抵抗を形成する工程である。
ここで、「検出基材の中心を含む予め設定した領域」とは、後にメンブレンとなる領域をいう。また、「低抵抗領域及び可撓性抵抗領域」は、後に連結部となる領域をいう。
【０００７】
また、本発明の他の態様に係る表面応力センサの製造方法は、積層体形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、熱処理工程と、ホール形成工程と、を備えることを特徴としている。これに加え、本発明の他の態様に係る表面応力センサの製造方法は、空隙部形成工程と、ホール封止工程と、配線層形成工程と、除去工程と、を備えることを特徴としている。積層体形成工程は、支持基材に犠牲層を積層し、さらに、前記犠牲層に検出基材を積層して積層体を形成する工程である。第一イオン注入工程は、前記検出基材の前記支持基材と対向する面と反対側の面のうち検出基材の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域に第一のイオンを注入する工程である。第二イオン注入工程は、前記検出基材の前記第一のイオンを注入した領域よりも外側の選択した領域に第二のイオンを注入する工程である。熱処理工程は、前記第一のイオン及び前記第二のイオンを注入した前記積層体を熱処理することで、前記第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域を形成するとともに、前記第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域を形成する工程である。ホール形成工程は、前記検出基材の前記可撓性抵抗領域及び前記検出基材の中心を含む予め設定した領域に、前記犠牲層まで貫通するホールを形成する工程である。空隙部形成工程は、前記ホールを介したエッチングにより、前記検出基材の前記可撓性抵抗領域及び前記検出基材の中心を含む予め設定した領域と前記支持基材との間に配置された前記犠牲層を除去して、前記支持基材と前記検出基材との間に空隙部を設ける工程である。ホール封止工程は、前記検出基材の前記支持基材と対向する面と反対側の面に酸化膜を形成して前記ホールを封止する工程である。配線層形成工程は、前記可撓性抵抗と電気的に接続された配線層を形成する工程である。除去工程は、前記検出基材の中心を含む予め設定した領域の周囲であって前記低抵抗領域及び前記可撓性抵抗領域以外の領域を除去することで、印加された表面応力によって撓むメンブレン、前記メンブレンの厚さ方向から見て隙間を空けてメンブレンを包囲する枠部材を形成する工程である。これに加え、除去工程は、前記厚さ方向から見て前記メンブレンを挟む位置に配置されてメンブレンと前記枠部材とを連結する少なくとも一対の連結部、及び前記連結部に起きた撓みに応じて抵抗値が変化する可撓性抵抗を形成する工程である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、表面応力センサを固定した基板の変形によってメンブレンに印加される応力を低減させて、測定精度の劣化を抑制することが可能な、表面応力センサと、表面応力センサの製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第一実施形態に係る表面応力センサの構成を表す側面図である。
【図２】図１のＩＩ線矢視図である。
【図３】図２のＩＩＩ‐ＩＩＩ線断面図である。
【図４】図２のＩＶ‐ＩＶ線断面図である。
【図５】表面応力センサの斜視図である。
【図６】積層体形成工程を示す図である。
【図７】第一イオン注入工程及び第二イオン注入工程を示す図である。
【図８】配線層形成工程を示す図である。
【図９】配線層形成工程を示す図である。
【図１０】配線層形成工程を示す図である。
【図１１】配線層形成工程を示す図である。
【図１２】配線層形成工程を示す図である。
【図１３】従来の構成を備える表面応力センサの動作・作用を示す図である。
【図１４】第一実施形態の表面応力センサの動作・作用を示す図である。
【図１５】本発明の第二実施形態に係る表面応力センサの構成を表す側面図である。
【図１６】積層体形成工程を示す図である。
【図１７】ホール形成工程を示す図である。
【図１８】空隙部形成工程を示す図である。
【図１９】ホール封止工程を示す図である。
【図２０】本発明の第三実施形態に係る表面応力センサの構成を表す断面図である。
【図２１】本発明の第三実施形態に係る表面応力センサの構成を表す平面図である。
【図２２】本発明の第三実施形態に係る表面応力センサの積層体形成工程の一例を示す図である。
【図２３】本発明の第三実施形態に係る表面応力センサの第一イオン注入工程及び第二イオン注入工程の一例を示す図である。
【図２４】本発明の第四実施形態に係る表面応力センサのホール形成工程の他の例を示す図である。
【図２５】本発明の第四実施形態に係る表面応力センサの空隙部形成工程の他の例を示す図である。
【図２６】本発明の第四実施形態に係る表面応力センサのホール封止工程の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照して、本発明の実施形態を以下において説明する。以下の説明で参照する図面の記載において、同一、または類似の部分には、同一、または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係、厚さの比率等は、現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚さや寸法は、以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
さらに、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質や、それらの形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。また、以下の説明における「左右」や「上下」の方向は、単に説明の便宜上の定義であって、本発明の技術的思想を限定するものではない。よって、例えば、紙面を９０度回転すれば「左右」と「上下」とは交換して読まれ、紙面を１８０度回転すれば「左」が「右」に、「右」が「左」になることは勿論である。
【００１１】
（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
（構成）
図１から図５を用いて、第一実施形態の構成を説明する。
図１から図５中に表す表面応力センサ１は、例えば、味覚や嗅覚を検出するセンサに用いられており、パッケージ基板２と、接続部４と、支持基材１０と、検出基材２０を備える。
【００１２】
（パッケージ基板）
パッケージ基板２は、例えば、金属、ポリマー、セラミック材等を用いて形成されており、例えば、ミリメートルオーダーの厚さで形成されている。
（接続部）
接続部４は、パッケージ基板２の一方の面（図１中では、上側の面）に配置されており、例えば、接着剤や半田等を用いて形成されている。
第一実施形態では、一例として、接続部４の形状を、円形に形成した場合について説明する。
【００１３】
（支持基材）
支持基材１０は、パッケージ基板２の一方の面に配置されており、接続部４を介して、パッケージ基板２に取り付けられている。
第一実施形態では、一例として、支持基材１０の中心が、接続部４を配置する位置と重なる場合について説明する。
支持基材１０の面積（図１中では、支持基材１０を上下方向から見た支持基材１０の面積）は、接続部４の面積よりも大きい。
【００１４】
支持基材１０の厚さ（図１中では、支持基材１０の上下方向への長さ）は、８０［μｍ］以上に設定されている。なお、支持基材１０の厚さは、８０［μｍ］以上７５０［μｍ］以下の範囲内に設定してもよい。
支持基材１０を形成する材料としては、例えば、ケイ素（Ｓｉ：シリコン）、サファイア、ガリウムヒ素、ガラス、石英のうちいずれかを含む材料を用いることが可能である。また、支持基材１０は、表面に酸化膜等で構成されたＢＯＸ層が形成されていてもよい。
第一実施形態では、一例として、支持基材１０を形成する材料として、ケイ素を用いた場合について説明する。
これにより、第一実施形態では、支持基材１０の線膨張係数を、５．０×１０−６／℃以下としている。
【００１５】
以下に、支持基材１０を形成する材料として用いることが可能な材料の、線膨張係数を記載する。
ケイ素の線膨張係数は、常温以上１０００℃以下の環境下で、３．９×１０−６／℃以下である。
サファイアの線膨張係数は、０℃以上１０００℃以下の環境下で、９．０×１０−６／℃以下である。
ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）の線膨張係数は、０Ｋ以上３００Ｋ以下の環境下で、６．０×１０−６／℃以下である。
ガラス（フロートガラス）の線膨張係数は、０℃以上３００℃以下の環境下で、８．５×１０−６／℃以下〜９．０×１０−６／℃以下である。
石英の線膨張係数は、０℃以上３００℃以下の環境下で、０．５９×１０−６／℃以下である。なお、石英の線膨張係数は、３００℃の近辺にピークが有る。
【００１６】
（検出基材）
検出基材２０は、支持基材１０の一方の面（図１中では、上側の面）に積層されており、メンブレン２２と、枠部材２４と、連結部２６とが一体となって形成されている。
第一実施形態では、一例として、検出基材２０を形成する材料に、ケイ素を用いた場合について説明する。
また、検出基材２０を形成する材料は、支持基材１０の線膨張係数と、検出基材２０の線膨張係数との差が、１．２×１０−５／℃以下となる材料を用いる。
第一実施形態では、検出基材２０を形成する材料と、支持基材１０を形成する材料とを、同一の材料とした場合について説明する。
【００１７】
（メンブレン）
メンブレン２２は、板状に形成されている。
第一実施形態では、一例として、メンブレン２２を、円板状に形成した場合について説明する。
また、メンブレン２２は、ｎ型半導体層である。
メンブレン２２の一方の面（図１中では、上側の面）には、受容体３０が例えば塗布により形成されている。
受容体３０（レセプター）は、例えば、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）溶液を用いて形成されており、ガスの分子が吸着することで歪みが発生する。
受容体３０にガスの分子が吸着して、受容体３０に歪みが発生すると、メンブレン２２に表面応力が印加され、メンブレン２２が撓む。したがって、メンブレン２２は、受容体３０にガスの分子が吸着すると、印加された表面応力によって撓む。
なお、受容体３０の構成は、ガスの分子が吸着することで歪みが発生する構成に限定するものではなく、例えば、磁気によって歪みが発生する構成としてもよい。すなわち、受容体３０の構成は、表面応力センサ１の検出対象に応じて、適宜変更してもよい。
【００１８】
（枠部材）
枠部材２４は、井桁状に形成されており、メンブレン２２の厚さ方向から見て、隙間を空けてメンブレン２２を包囲している。
メンブレン２２の厚さ方向から見た視点とは、表面応力センサ１を上方から見た視点（図１では、矢印ＩＩの方向から見た視点）である。
メンブレン２２の厚さ方向から見て、枠部材２４の中心は、メンブレン２２の中心と重なっている。
また、枠部材２４は、接着等、各種の接合技術を用いて、支持基材１０のうち、パッケージ基板２と対向する面と反対側の面（図１中では、上側の面）に接続されている。
【００１９】
第一実施形態では、一例として、枠部材２４及び支持基材１０の形状を、メンブレン２２の厚さ方向から見て、支持基材１０の外周面と枠部材２４の外周面とが、面一である形状に形成した場合について説明する。
すなわち、枠部材２４と支持基材１０は、メンブレン２２の厚さ方向から見て、同じ形状の四辺形である。これは、例えば、枠部材２４と支持基材１０とを接続した後に、枠部材２４及び支持基材１０に対してダイシング加工を行うことで実現する。すなわち、メンブレン２２の厚さ方向から見て、枠部材２４の中心は、支持基材１０の中心と重なっている。
【００２０】
したがって、支持基材１０は、メンブレン２２の厚さ方向から見て、メンブレン２２及び枠部材２４と重なっている。
さらに、接続部４は、メンブレン２２の厚さ方向から見て、メンブレン２２の少なくとも一部と重なる位置に配置されている。
また、メンブレン２２の厚さ方向から見て、接続部４の面積は、メンブレン２２の面積よりも小さい。
また、パッケージ基板２は、支持基材１０のメンブレン２２と対向する面と反対側の面（図１中では、下側の面）に接続されている。
【００２１】
（連結部）
連結部２６は、メンブレン２２の厚さ方向から見て、帯状に形成されている。
また、連結部２６は、メンブレン２２の厚さ方向から見て、メンブレン２２の中心を通過する仮想的な直線ＶＬ１及びＶＬ２と重なる位置に配置されており、メンブレン２２と枠部材２４とを連結している。
第一実施形態では、一例として、メンブレン２２と枠部材２４とが、二対である四つの連結部２６ａ〜２６ｄで連結されている場合について説明する。
四つの連結部２６ａ〜２６ｄは、直線ＶＬ１と重なる位置に配置されている一対の連結部２６ａ及び連結部２６ｂと、直線ＶＬ１と直交する直線ＶＬ２と重なる位置に配置されている一対の連結部２６ｃ及び連結部２６ｄを含む。
すなわち、一対の連結部２６ａ及び連結部２６ｂと、一対の連結部２６ｃ及び連結部２６ｄは、メンブレン２２の厚さ方向から見て、メンブレン２２を挟む位置に配置されており、メンブレン２２と枠部材２４とを連結する。
【００２２】
第一実施形態では、一例として、連結部２６ａ及び連結部２６ｂの幅が、連結部２６ｃ及び連結部２６ｄの幅よりも狭い場合について説明する。
メンブレン２２及び四つの連結部２６ａ〜２６ｄと、支持基材１０との間には、空隙部４０が設けられている。
なお、表面応力センサ１を溶液中で使用する場合には、空隙部４０が溶液で満たされてもよい。
空隙部４０は、検出基材２０の加工途中においてメンブレン２２が支持基材１０の側へ撓む際に、メンブレン２２が支持基材１０に張り付くことを防ぐ空間として機能する。
四つの連結部２６ａ〜２６ｄには、それぞれ、可撓性抵抗５０ａ〜５０ｄが備えられている。
【００２３】
（可撓性抵抗）
各可撓性抵抗５０は、連結部２６に起きた撓みに応じて抵抗値が変化する。
第一実施形態では、一例として、可撓性抵抗５０を、ピエゾ抵抗で形成した場合について説明する。
ピエゾ抵抗は、例えば、連結部２６へのイオンの注入によって形成されており、メンブレン２２が撓むことで連結部２６に起きた撓みに応じて変化する抵抗値を有している。
また、可撓性抵抗５０は、ｐ型半導体層である。
四つの可撓性抵抗５０ａ〜５０ｄは、例えば、図５中に示すように、互いに隣接する可撓性抵抗５０（連結部２６ａと連結部２６ｃ及び連結部２６ｄ、連結部２６ｂと連結部２６ｃ及び連結部２６ｄ）が接続されている。これにより、四つの可撓性抵抗５０ａ〜５０ｄは、図５に示すフルホイートストンブリッジを形成している。
【００２４】
（ピエゾ抵抗）
以下、ピエゾ抵抗の詳細な構成について説明する。
ピエゾ抵抗の抵抗値（Ｒ）と、ピエゾ抵抗の抵抗値の相対抵抗変化（ΔＲ／Ｒ）は、以下の式（１）から（３）で与えられる。
【００２５】
【数１】
2019056706.tif 000003
【００２６】
【数２】
2019056706.tif 000004
【００２７】
【数３】
2019056706.tif 000005
【００２８】
式（１）から式（３）において、ρはピエゾ抵抗の抵抗率、ｌはピエゾ抵抗の長さ、ｗはピエゾ抵抗の幅、ｔはピエゾ抵抗の厚さであり、σはピエゾ抵抗に誘起される応力、εはピエゾ抵抗に誘起される歪、πはピエゾ抵抗定数である。
また、式（１）から式（３）において、ｘはカンチレバーの長手方向、ｙはカンチレバーの横方向、ｚはカンチレバーの法線方向に対応する。
歪と応力の関係は、一般化されたＨｏｏｋｅの法則から導くことが可能である。
【００２９】
【数４】
2019056706.tif 000006
【００３０】
【数５】
2019056706.tif 000007
【００３１】
【数６】
2019056706.tif 000008
【００３２】
式（４）から式（６）において、ＥはカンチレバーのＹｏｕｎｇ率であり、νはカンチレバーのＰｏｉｓｓｏｎ比である。したがって、平面応力である（すなわちσｚ＝０）と仮定すれば、相対抵抗変化は、以下の式（７）で記述することが可能である。
【００３３】
【数７】
2019056706.tif 000009
【００３４】
ここで、大きな信号を獲得し、シリコンが有する高いピエゾ係数を最大限利用するために、単結晶Ｓｉ（１００）を用いて形成されることで、ｐ型半導体層を形成するピエゾ抵抗を検討する。ピエゾ抵抗係数は、以下の式（８）及び式（９）で示す関係によって決定される。
【００３５】
【数８】
2019056706.tif 000010
【００３６】
【数９】
2019056706.tif 000011
【００３７】
式（８）及び式（９）において、π１１、π１２及びπ４４は、結晶の基本ピエゾ抵抗係数である。ｘ方向が［１１０］に整列したｐ型Ｓｉ（１００）であり、ｙ方向が［１−１０］に整列したｐ型Ｓｉ（１００）である場合は、π１１が、１０−１１Ｐａ−１を単位として＋６．６である。これに加え、π１２が、１０−１１Ｐａ−１を単位として−１．１であり、π４４が、１０−１１Ｐａ−１を単位として＋１３８．１である。
したがって、ピエゾ抵抗係数πｘは、７１．８×１０−１１Ｐａ−１と計算され、ピエゾ抵抗係数πｙは、−６６．３×１０−１１Ｐａ−１と計算される。また、Ｅは１．７０×１０１１Ｐａであり、νは０．２８である。そして、πｘ＞＞（１＋２ν）／Ｅであり、πｙ＞＞−１／Ｅであり、πｘ≒−πｙ≒π４４／２であるので、式（７）は、以下の式（１０）で示すように近似することが可能である。
【００３８】
【数１０】
2019056706.tif 000012
したがって、ピエゾ抵抗の信号（すなわち、ΔＲ／Ｒ）は、主にσｘとσｙの差によって決まる。
【００３９】
（表面応力センサの製造方法）
図１から図５を参照しつつ、図６から図１２を用いて、表面応力センサ１の製造方法を説明する。なお、図６から図１２は、図５のＸ−Ｘ線断面の位置に対応する断面図である。
表面応力センサ１の製造方法は、積層体形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、熱処理工程と、配線層形成工程と、除去工程を備える。
【００４０】
（積層体形成工程）
積層体形成工程では、まず、図６（ａ）に示すように、支持基材１０の材料となる第一シリコン基板６０の一方の面に、リソグラフィー及びエッチング技術を用いて凹部６２（トレンチ）を形成する。凹部６２の深さは、例えば、７［μｍ］に設定する。
次に、凹部６２を形成した第一シリコン基板６０に対し、検出基材２０の材料となる第二シリコン基板６４を、接着等、各種の接合技術を用いて貼り合わせることで、図６（ｂ）に示すように、積層体６６（Ｃａｖｉｔｙウェーハ）を形成する。
【００４１】
上記のように、積層体形成工程を行うことで、積層体６６の所定の位置には、上下左右をシリコン（第一シリコン基板６０、第二シリコン基板６４）によって囲まれた空隙部４０が形成される。
以上により、積層体形成工程では、支持基材１０の一方の面に凹部６２を形成し、さらに、支持基材１０へ凹部６２を覆うように検出基材２０を貼り合わせることで、支持基材１０と検出基材２０との間に空隙部４０が設けられた積層体６６を形成する。
【００４２】
（第一イオン注入工程）
第一イオン注入工程では、まず、図７に示すように、第二シリコン基板６４の上側の面を酸化させて第一のシリコン酸化膜６８ａを形成し、フォトレジストのパターン（図示せず）を用いて、可撓性抵抗領域７０に対し、選択的に第一のイオンを注入する。
以上により、第一イオン注入工程では、検出基材２０の支持基材１０と対向する面と反対側の面のうち、検出基材２０の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域（可撓性抵抗領域７０）に、第一のイオンを注入する。
【００４３】
（第二イオン注入工程）
第二イオン注入工程では、第一イオン注入工程で用いたフォトレジストを除去し、さらに、第一イオン注入工程で用いたものとは異なるフォトレジストのパターン（図示せず）を形成し、図７中に示すように、低抵抗領域７２に第二のイオンを注入する。
以上により、第二イオン注入工程では、検出基材２０の第一のイオンを注入した領域（可撓性抵抗領域７０）よりも外側の選択した領域に、第二のイオンを注入する。
【００４４】
（熱処理工程）
熱処理工程では、第二イオン注入工程で用いたフォトレジストを除去し、さらに、第一のイオン及び第二のイオンの活性化を目的として、積層体６６に熱処理（アニール処理）を施す。積層体６６に熱処理を施した後は、第一のシリコン酸化膜６８ａを除去する。
以上により、熱処理工程では、第一のイオン及び第二のイオンを注入した積層体６６を熱処理することで、第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域７０を形成するとともに、第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域７２を形成する。
【００４５】
（配線層形成工程）
配線層形成工程では、図８（ａ）に示すように、第二シリコン基板６４の上側の面に対し、シリコン窒化膜７４と第二のシリコン酸化膜６８ｂとを順に積層する。そして、通常のリソグラフィー及び酸化膜エッチングにより、図８（ｂ）に示すように、第二のシリコン酸化膜６８ｂへ、ホール７６を形成する。
次に、図９（ａ）に示すように、第二のシリコン酸化膜６８ｂの上へ、Ｔｉ及びＴｉＮで形成した積層膜７８をスパッタリングによって形成し、熱処理を施す。積層膜７８は、Ａｌ等の金属膜がＳｉへ異常拡散することを防止する役割を持つ、いわゆるバリアメタルであり、熱処理を施すことによって、ホール７６の底部に存在するＳｉとＴｉの界面がシリサイド化して、低抵抗な接続を形成することが可能となる。
さらに、図９（ｂ）に示すように、積層膜７８の上へ、スパッタリングによって、Ａｌ等の金属膜８０を積層する。
【００４６】
次に、フォトリソグラフィー及びエッチング技術を用いて金属膜８０をパターニングすることにより、図１０（ａ）に示すような配線層８２を形成する。さらに、図１０（ｂ）に示すように、絶縁層として第三のシリコン酸化膜６８ｃを積層する。
その後、図１１（ａ）に示すように、可撓性抵抗領域７０及び検出基材の中心を含む予め設定した領域（後にメンブレンとなる領域）であるメンブレン設定領域８４以外を覆うようなフォトレジストのパターン（図示せず）を形成する。さらに、エッチング技術によって、可撓性抵抗領域７０及びメンブレン設定領域８４に形成されている第二のシリコン酸化膜６８ｂを除去する。そして、メンブレン設定領域８４以外を覆うようなフォトレジストのパターン（図示せず）を形成して、図１１（ｂ）に示すように、メンブレン設定領域８４のシリコン窒化膜７４を除去する。
次に、図１２に示すように、可撓性抵抗５０からの出力を得るためのＰＡＤ８６を、通常のフォトリソグラフィー及びエッチング技術によって形成する。
以上により、配線層形成工程では、可撓性抵抗５０と電気的に接続された配線層８２を形成する。
【００４７】
（除去工程）
除去工程では、メンブレン設定領域８４の一部をエッチングにて切り取ることで、二対である四つの連結部２６ａ〜２６ｄをパターニングする。
したがって、除去工程では、メンブレン設定領域８４の周囲であって、低抵抗領域７２及び可撓性抵抗領域７０（後に連結部２６となる領域）以外の領域を除去することで、メンブレン２２、枠部材２４、連結部２６、可撓性抵抗５０を形成する。
【００４８】
（動作・作用）
図１から図１２を参照しつつ、図１３及び図１４を用いて、第一実施形態の動作と作用を説明する。
表面応力センサ１を、例えば、嗅覚センサとして用いる際には、臭い成分を含んだガスの雰囲気中に受容体３０を配置し、ガスが含む臭い成分を、受容体３０に吸着させる。
受容体３０にガスの分子が吸着して、受容体３０に歪みが発生すると、メンブレン２２に表面応力が印加され、メンブレン２２が撓む。
枠部材２４は井桁状に形成されてメンブレン２２を包囲しており、連結部２６は、メンブレン２２と枠部材２４を両端部で連結している。このため、連結部２６のうち、メンブレン２２に連結している端部は自由端となっており、枠部材２４に連結している端部は固定端となっている。
【００４９】
したがって、メンブレン２２が撓むと、連結部２６に、受容体３０に発生した歪みに応じた撓みが起きる。そして、連結部２６に起きた撓みに応じて、可撓性抵抗５０が有する抵抗値が変化し、抵抗値の変化に応じた電圧の変化がＰＡＤ８６から出力され、コンピュータ等におけるデータ検出に用いられる。
表面応力センサ１の使用時には、例えば、表面応力センサ１の使用環境に発生した温度変化等により、パッケージ基板２が変形（収縮、伸長、反り）する可能性がある。
【００５０】
従来の構成を備える表面応力センサ１００の構造、すなわち、例えば、図１３（ａ）中に示すように、支持基材１０が筒状に形成されており、メンブレン２２が中空に浮いた構造では、以下の問題が発生する。すなわち、従来の構成を備える表面応力センサ１００では、図１３（ｂ）中に示すように、パッケージ基板２が変形（収縮）すると、パッケージ基板２の変形に伴って、支持基材１０も変形する。そして、メンブレン２２が中空に浮いており、メンブレン２２とパッケージ基板２との間には、空間のみが存在しているため、支持基材１０の変形が許容され、メンブレン２２が大きく撓むこととなる。すなわち、パッケージ基板２の変形が、メンブレン２２に応力として印可されることになる。これにより、可撓性抵抗５０による電圧または電流の出力にオフセットが与えられてしまい、温度変化に応じてオフセットが変化してしまうために、表面応力センサ１の精度が劣化することとなる。
【００５１】
したがって、従来の構成を備える表面応力センサ１００では、変形したパッケージ基板２から受ける応力の変化により、メンブレン２２が大きく変形して、表面応力センサ１００の特性が変化する。このため、表面応力センサ１００の検査時と実装時において、表面応力センサ１００の特性が変化してしまい、表面応力センサ１００の出荷時における検査や校正が困難となる。
【００５２】
これに対し、第一実施形態の表面応力センサ１であれば、図１４（ａ）中に示すように、メンブレン２２とパッケージ基板２との間に支持基材１０が存在する。また、支持基材１０が柱状に形成されているため、従来の構成を備える表面応力センサ１００のように、支持基材１０が筒状に形成されている構成と比較して、高い剛性を有している。
このため、第一実施形態の表面応力センサ１であれば、図１４（ｂ）中に示すように、パッケージ基板２が変形（収縮）した場合であっても、支持基材１０が高い剛性を有するため、支持基材１０の変形が抑制され、メンブレン２２の撓みが抑制されることとなる。
【００５３】
また、第一実施形態の表面応力センサ１であれば、支持基材１０が高い剛性を有するため、温度変化等に起因するパッケージ基板２の応力変化に鈍感となり、精度の高い安定したセンシングが可能となる。
また、第一実施形態の表面応力センサ１であれば、支持基材１０が、温度変化等に起因するパッケージ基板２の応力変化に鈍感となり、パッケージ基板２の構成（強度、材料、厚さ等）の影響を受けにくい。このため、多種多様な構成のパッケージ基板２に対して用いることが可能となる。
さらに、第一実施形態の表面応力センサ１であれば、支持基材１０の中心が、接続部４を配置する位置と重なっている。これに加え、支持基材１０の面積が、接続部４の面積よりも大きい。
【００５４】
このため、接続部４を介して支持基材１０へ伝達される、パッケージ基板２の変形によって発生する応力は、パッケージ基板２の全体で発生する応力と比較して低減されるため、支持基材１０の変形が抑制され、メンブレン２２の撓みが抑制されることとなる。
したがって、第一実施形態の構成であれば、パッケージ基板２の変形によってメンブレン２２に印加される応力を低減させて、表面応力センサ１の測定精度が劣化することを抑制することが可能である。
【００５５】
また、技術開発やビジネスへの適用が可能なＩｏＴ関連の情報を収集する上で、人間の五感に相当する情報をセンシングする技術に対し、五感のうち、視覚、聴覚及び触覚と比較して、必ずしも一般的ではない味覚と嗅覚のセンサに適用することが可能となる。
なお、上述した第一実施形態は、本発明の一例であり、本発明は、上述した第一実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
【００５６】
（第一実施形態の効果）
第一実施形態の表面応力センサ１であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
（１）印加された表面応力によって撓むメンブレン２２と、メンブレン２２を包囲する枠部材２４と、メンブレン２２と枠部材２４とを連結する連結部２６と、連結部２６に起きた撓みに応じて抵抗値が変化する可撓性抵抗５０を備える。さらに、枠部材２４に接続され、メンブレン２２の厚さ方向から見てメンブレン２２と重なる支持基材１０を備える。これに加え、メンブレン２２と支持基材１０との間に、空隙部４０が設けられている。
【００５７】
このため、支持基材１０が高い剛性を有する構成となり、温度変化等に起因するパッケージ基板２の応力変化に鈍感となり、精度の高い安定したセンシングが可能となる。
その結果、パッケージ基板２の変形によってメンブレン２２に印加される応力を低減させて、測定精度の劣化を抑制することが可能な、表面応力センサ１を提供することが可能となる。
また、半導体プロセスによって作製した表面応力センサ１が、パッケージ等への組み立ての前後において特性が変化してしまうことを防止することが可能となる。さらに、表面応力センサ１自体の剛性を向上させることが可能であるため、ハンドリング時の破損等、取り扱いで発生する不具合を防止することが可能となる。
【００５８】
（２）可撓性抵抗５０が、メンブレン２２が撓むことで連結部２６に起きた撓みに応じて変化する抵抗値を有するピエゾ抵抗である。
その結果、ピエゾ抵抗に誘起されるＸ方向及びＹ方向への応力を用いて、ピエゾ抵抗の抵抗値の相対抵抗変化を検出することが可能となり、受容体３０に、対象とする分子が吸着したか否かを判定することが可能となる。
【００５９】
（３）メンブレン２２と枠部材２４とが、二対である四つの連結部２６ａ〜２６ｄで連結されており、可撓性抵抗５０が、四つの連結部２６ａ〜２６ｄのそれぞれに備えられ、四つの可撓性抵抗５０が、フルホイートストンブリッジを形成する。
Ｒ１とＲ３はＸ方向、Ｒ２とＲ４はＹ方向への撓みが大きいため、Ｒ１とＲ２、Ｒ３とＲ４ではそれぞれ相対抵抗変化が逆になる。印可電圧ＶＢをＲ１とＲ２で分割する出力端子Ｖｏｕｔの電圧は、増減が逆であるＲ１とＲ２の相乗効果を発揮して変化する。Ｒ３とＲ４での分割でも同じことが言える。両Ｖｏｕｔ電圧は変化の方向が逆であるので、結果として両Ｖｏｕｔ電圧は足し合わされ、４つのピエゾ抵抗の変化は全てプラスに貢献して感度を高めるという点で、フルホイートストンブリッジは有利である。
【００６０】
（４）メンブレン２２がｎ型半導体層であり、可撓性抵抗５０がｐ型半導体層である。
その結果、可撓性抵抗５０に流れる電流はメンブレン２２に流れることはなく、出力電圧にノイズが生じることはない。また、可撓性抵抗５０にｐ型半導体を用いることで、ｎ型を用いるよりも高い感度を実現することが可能となる。
（５）検出基材２０を形成する材料と、支持基材１０を形成する材料とが、同一の材料である。
その結果、温度変化等に起因するパッケージ基板２の変形に応じた、検出基材２０の変形量と支持基材１０の変形量との差を減少させることが可能となり、メンブレン２２の撓みを抑制することが可能となる。
【００６１】
（６）支持基材１０の線膨張係数が、５．０×１０−６／℃以下である。
その結果、支持基材１０の剛性を向上させることが可能となり、温度変化等に起因するパッケージ基板２の変形に対する、検出基材２０の変形量を減少させることが可能となる。
（７）支持基材１０の厚さが、８０μｍ以上である。
その結果、支持基材１０の剛性を向上させることが可能となり、温度変化等に起因するパッケージ基板２の変形に対する、検出基材２０の変形量を減少させることが可能となる。
【００６２】
（８）メンブレン２２の厚さ方向から見て、支持基材１０の外周面と、枠部材２４の外周面とが面一である。
その結果、通常の半導体製造で用いられるダイシング装置を使用して個片化することが可能となる。
（９）支持基材１０が、ケイ素、サファイア、ガリウムヒ素、ガラス、石英のうちいずれかを含む材料で形成されている。
その結果、表面応力センサ１に要求される導電率を確保することが容易となる。
【００６３】
（１０）支持基材１０のメンブレン２２と対向する面と反対側の面に接続されるパッケージ基板２をさらに備える。
その結果、表面応力センサ１の、各種のセンサへの実装が容易となる。
（１１）支持基材１０とパッケージ基板２とは、メンブレン２２の厚さ方向から見てメンブレン２２の少なくとも一部と重なる位置に配置された接続部４によって接続されている。
その結果、ブラケット等を用いることなく、支持基材１０とパッケージ基板２を接続することが可能となり、構成の複雑化を抑制することが可能となる。
【００６４】
（１２）メンブレン２２の厚さ方向から見て、接続部４の面積がメンブレン２２の面積よりも小さい。
このため、接続部４を介して支持基材１０へ伝達される、パッケージ基板２の変形によって発生する応力を、パッケージ基板２の全体で発生する応力よりも低減することが可能となる。
その結果、支持基材１０の変形を抑制して、メンブレン２２の撓みが抑制することが可能となる。
また、第一実施形態の表面応力センサの製造方法であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
【００６５】
（１３）積層体形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、熱処理工程と、配線層形成工程と、除去工程とを備える。積層体形成工程では、支持基材１０の一方の面に凹部６２を形成し、さらに、支持基材１０へ凹部６２を覆うように検出基材２０を貼り合わせることで、支持基材１０と検出基材２０との間に空隙部４０が設けられた積層体６６を形成する。第一イオン注入工程では、検出基材２０の支持基材１０と対向する面と反対側の面のうち検出基材２０の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域に、第一のイオンを注入する。第二イオン注入工程では、検出基材２０の第一のイオンを注入した領域よりも外側の選択した領域に第二のイオンを注入する。熱処理工程では、第一のイオン及び第二のイオンを注入した積層体６６を熱処理することで、第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域７０を形成するとともに、第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域７２を形成する。配線層形成工程では、可撓性抵抗５０と電気的に接続された配線層８２を形成する。除去工程では、検出基材２０の中心を含む予め設定した領域の周囲であって低抵抗領域７２及び可撓性抵抗領域７０以外の領域を除去することで、メンブレン２２、枠部材２４、連結部２６及び可撓性抵抗５０を形成する。
【００６６】
このため、支持基材１０が高い剛性を有する構成となり、温度変化等に起因するパッケージ基板２の応力変化に鈍感となり、精度の高い安定したセンシングが可能となる。
その結果、パッケージ基板２の変形によってメンブレン２２に印加される応力を低減させて、測定精度の劣化を抑制することが可能な、表面応力センサの製造方法を提供することが可能となる。
また、半導体プロセスによって作製した表面応力センサ１が、パッケージ等への組み立ての前後において特性が変化してしまうことを防止することが可能となる。さらに、表面応力センサ１自体の剛性を向上させることが可能であるため、ハンドリング時の破損等、取り扱いで発生する不具合を防止することが可能となる。
【００６７】
（第一実施形態の変形例）
（１）第一実施形態では、支持基材１０の材料となる第一シリコン基板６０の一方の面に凹部６２を形成することで、メンブレン２２と支持基材１０との間に空隙部４０を形成したが、これに限定するものではない。すなわち、検出基材２０の材料となる第二シリコン基板６４の支持基材１０と対向する面に凹部を形成することで、メンブレン２２と支持基材１０との間に空隙部４０を形成してもよい。
（２）第一実施形態では、二対である四つの連結部２６ａ〜２６ｄに、それぞれ、可撓性抵抗５０ａ〜５０ｄが備えられている構成としたが、これに限定するものではない。すなわち、一対である二つの連結部２６に、それぞれ、可撓性抵抗５０が備えられている構成としてもよい。
【００６８】
（３）第一実施形態では、四つの連結部２６ａ〜２６ｄの全てに可撓性抵抗５０が備えられている構成としたが、これに限定するものではなく、少なくとも一つの連結部２６に可撓性抵抗５０が備えられている構成としてもよい。
（４）第一実施形態では、接続部４の面積を、メンブレン２２の厚さ方向から見て、メンブレン２２の面積よりも小さい値としたが、これに限定するものではなく、接続部４の面積を、メンブレン２２の面積以上としてもよい。
（５）第一実施形態では、接続部４の形状を円形としたが、これに限定するものではなく、接続部４の形状を、例えば、方形としてもよい。また、接続部４を、複数形成してもよい。
【００６９】
（６）第一実施形態では、検出基材２０を形成する材料と、支持基材１０を形成する材料とを、同一の材料としたが、これに限定するものではなく、検出基材２０を形成する材料と、支持基材１０を形成する材料とを、異なる材料としてもよい。
この場合、検出基材２０の線膨張係数と支持基材１０の線膨張係数との差を、１．２×１０−５／℃以下することで、パッケージ基板２の変形に応じた、検出基材２０の変形量と支持基材１０の変形量との差を減少させることが可能となる。これにより、メンブレン２２の撓みを抑制することが可能となる。
【００７０】
（７）第一実施形態では、支持基材１０の線膨張係数が、５．０×１０−６／℃以下としたが、これに限定するものではなく、支持基材１０の線膨張係数を、１．０×１０−５／℃以下としてもよい。
この場合であっても、支持基材１０の剛性を向上させることが可能となり、温度変化等
に起因するパッケージ基板２の変形に対する、検出基材２０の変形量を減少させることが可能となる。
【００７１】
（第二実施形態）
以下、本発明の第二実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
（構成）
図１から図５を参照しつつ、図１５を用いて、第二実施形態の構成を説明する。
第二実施形態の構成は、図１５に示すように、枠部材２４が、接続層９０を介して、支持基材１０のパッケージ基板２と対向する面と反対側の面（図１５中では、上側の面）に接続されている点を除き、上述した第一実施形態と同様である。
接続層９０は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）等を用いて形成されている。
その他の構成は、上述した第一実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００７２】
（表面応力センサの製造方法）
図１から図１５を参照しつつ、図１６から図１９を用いて、表面応力センサ１の製造方法を説明する。なお、図１６から図１９の断面図は、図５のＸ−Ｘ線断面図に対応する。
表面応力センサ１の製造方法は、積層体形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、熱処理工程と、ホール形成工程と、空隙部形成工程と、ホール封止工程と、配線層形成工程と、除去工程を備える。
【００７３】
（積層体形成工程）
積層体形成工程では、まず、図１６に示すように、支持基材１０の材料となる第一シリコン基板６０へ、シリコン酸化膜を用いて形成した犠牲層９２を積層する。さらに、犠牲層９２へ、検出基材２０の材料となる第二シリコン基板６４を積層する。なお、犠牲層９２としては、シリコン酸化膜の他に、シリコン窒化膜やアルミニウム、チタン、銅、タングステン等の金属膜を用いてもよい。
以上により、積層体形成工程では、支持基材１０に犠牲層９２を積層し、さらに、犠牲層９２に検出基材２０を積層して積層体６６を形成する。
【００７４】
（第一イオン注入工程）
第一イオン注入工程では、まず、図１６に示すように、第二シリコン基板６４を酸化することで、第二シリコン基板６４の上側の面を酸化させて第一のシリコン酸化膜６８ａを形成する。
次に、第一のシリコン酸化膜６８ａを形成した第二シリコン基板６４に対して、フォトレジストのパターン（図示せず）を形成し、可撓性抵抗領域７０に対して、選択的に第一のイオンを注入する。
以上により、第一イオン注入工程では、検出基材２０の支持基材１０と対向する面と反対側の面のうち、検出基材２０の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域（可撓性抵抗領域７０）に、第一のイオンを注入する。
【００７５】
（第二イオン注入工程）
第二イオン注入工程では、第一イオン注入工程で用いたフォトレジストを除去し、さらに、第一イオン注入工程で用いたものとは異なるフォトレジストのパターン（図示せず）を形成し、低抵抗領域７２に第二のイオンを注入する。
以上により、第二イオン注入工程では、検出基材２０の第一のイオンを注入した領域（可撓性抵抗領域７０）よりも外側の選択した領域に、第二のイオンを注入する。
【００７６】
（熱処理工程）
熱処理工程では、第二イオン注入工程で用いたフォトレジストを除去し、さらに、第一のイオン及び第二のイオンの活性化を目的として、積層体６６に熱処理（アニール処理）を施す。積層体６６に熱処理を施した後は、第一のシリコン酸化膜６８ａを除去する。
以上により、熱処理工程では、第一のイオン及び第二のイオンを注入した積層体６６を熱処理することで、第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域７０を形成するとともに、第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域７２を形成する。
【００７７】
（ホール形成工程）
ホール形成工程では、一般的なフォトリソグラフィーの技術により、第二シリコン基板６４の上側の面に、ホールのパターン（図示せず）を形成する。
次に、ホールのパターンをマスクとしてドライエッチングを施し、図１７に示すように、第二シリコン基板６４へホール７６を形成する。ホール７６の直径は、例えば、０．２８［μｍ］に設定して、犠牲層９２に到達する深さに設定する。
以上により、ホール形成工程では、検出基材２０の可撓性抵抗領域７０及び低抵抗領域７２を形成した領域と隣接する領域に、犠牲層９２まで貫通するホール７６を形成する。
【００７８】
（空隙部形成工程）
空隙部形成工程では、ＨＦＶａｐｏｒを、ホール７６を通して第一シリコン基板６０の側に浸透させることで、犠牲層９２のみを選択的にエッチングし、図１８に示すように、第一シリコン基板６０と第二シリコン基板６４との間に、空隙部４０を形成する。
ここで、ＨＦのＷｅｔエッチングを使わない理由は、空隙部４０を形成した後の乾燥時に、純水等の表面張力で空隙部４０が潰れる不具合（スティクションとも呼称される）の発生を回避するためである。
以上により、空隙部形成工程では、ホール７６を介したエッチングにより、可撓性抵抗領域７０と支持基材１０との間に配置された犠牲層９２を除去して、支持基材１０と検出基材２０との間に空隙部４０を設ける。
【００７９】
（ホール封止工程）
ホール封止工程では、図１９に示すように、酸化膜９４によってホール７６を封止する。
ホール７６を封止する方法としては、例えば、熱酸化処理とＣＶＤ等を組み合わせることが有効であるが、ホール７６の直径が小さい場合には、ＣＶＤのみを用いることも可能である。
以上により、ホール封止工程では、検出基材２０の支持基材１０と対向する面と反対側の面に、酸化膜９４を形成してホール７６を封止する。
【００８０】
（配線層形成工程）
配線層形成工程は、上述した第一実施形態と同様の手順で行うため、その説明を省略する。
以上により、配線層形成工程では、可撓性抵抗５０と電気的に接続された配線層８２を形成する。
（除去工程）
除去工程は、上述した第一実施形態と同様の手順で行うため、その説明を省略する。
したがって、除去工程では、検出基材２０の中心を含む予め設定した領域の周囲であって低抵抗領域７２及び可撓性抵抗領域７０以外の領域を除去することで、メンブレン２２、枠部材２４、連結部２６、可撓性抵抗５０を形成する。
【００８１】
（動作・作用）
第二実施形態の動作と作用は、上述した第一実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
なお、上述した第二実施形態は、本発明の一例であり、本発明は、上述した第二実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
【００８２】
（第二実施形態の効果）
第二実施形態の表面応力センサの製造方法であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
（１）積層体形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、熱処理工程と、ホール形成工程と、空隙部形成工程と、ホール封止工程と、配線層形成工程と、除去工程を備える。積層体形成工程では、支持基材１０に犠牲層９２を積層し、さらに、犠牲層９２に検出基材２０を積層して積層体６６を形成する。第一イオン注入工程では、検出基材２０の支持基材１０と対向する面と反対側の面のうち検出基材２０の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域に、第一のイオンを注入する。第二イオン注入工程では、検出基材２０の第一のイオンを注入した領域よりも外側の選択した領域に第二のイオンを注入する。熱処理工程では、第一のイオン及び第二のイオンを注入した積層体６６を熱処理することで、第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域７０を形成するとともに、第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域７２を形成する。ホール形成工程では、検出基材２０の可撓性抵抗領域７０及び低抵抗領域７２を形成した領域と隣接する領域に、犠牲層９２まで貫通するホール７６を形成する。空隙部形成工程では、ホール７６を介したエッチングにより、可撓性抵抗領域７０と支持基材１０との間に配置された犠牲層９２を除去して、支持基材１０と検出基材２０との間に空隙部４０を設ける。ホール封止工程では、検出基材２０の支持基材１０と対向する面と反対側の面に酸化膜９４を形成して、ホール７６を封止する。配線層形成工程では、可撓性抵抗５０と電気的に接続された配線層８２を形成する。除去工程では、検出基材２０の中心を含む予め設定したメンブレン設定領域８４の周囲であって低抵抗領域７２及び可撓性抵抗領域７０以外の領域を除去することで、メンブレン２２、枠部材２４、連結部２６及び可撓性抵抗５０を形成する。
【００８３】
このため、支持基材１０が高い剛性を有する構成となり、温度変化等に起因するパッケージ基板２の応力変化に鈍感となり、精度の高い安定したセンシングが可能となる。
その結果、パッケージ基板２の変形によってメンブレン２２に印加される応力を低減させて、測定精度の劣化を抑制することが可能な、表面応力センサの製造方法を提供することが可能となる。
また、半導体プロセスによって作製した表面応力センサ１が、パッケージ等への組み立ての前後において特性が変化してしまうことを防止することが可能となる。さらに、表面応力センサ１自体の剛性を向上させることが可能であるため、ハンドリング時の破損等、取り扱いで発生する不具合を防止することが可能となる。
【００８４】
（第三実施形態）
以下、本発明の第三実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
第一実施形態に係る表面応力センサ１において、支持基材１０の表面に、支持基材１０と検出基材２０との絶縁等を目的としてＢＯＸ（Buried Oxide）層を設けることがある。ＢＯＸ層は、例えばＳｉ基板を熱酸化することにより形成される。Ｓｉの熱酸化は、Ｓｉ結晶中に応力を誘起するため、ＢＯＸ層は表面応力センサのメンブレンの撓みの原因となる場合がある。ＢＯＸ層の応力に起因するメンブレンの撓みは、表面応力センサにおいてはオフセットとなり、表面応力センサの検出精度の向上が抑制される。
本発明の第三実施形態に係る表面応力センサは、支持基材の表面にＢＯＸ層を設けた構成において、ＢＯＸ層に起因する表面応力センサの測定精度の低下を抑制することができる。
【００８５】
（構成）
図１から図５を参照しつつ、図２０及び図２１を用いて、第三実施形態の構成を説明する。図２０は、第三実施形態に係る表面応力センサ１０１の断面を示す断面図である。図２１は、図２０に示す表面応力センサ１０１の平面図である。なお、図２０及び図２１では、表面応力センサ１０１の上面に形成される配線層の図示を省略している。
【００８６】
図２０に示すように、表面応力センサ１０１は、支持基材１０の表面にＢＯＸ層である接続層１１１を備えている、また、表面応力センサ１０１は、一枚の支持基材１０に、複数（例えば２つ）のセンサ部が設けられている。すなわち、表面応力センサ１０１は、支持基材１０に複数の空隙部４０（４１，４２）が設けられており、空隙部４１，４２上に受容体３０ａが設けられたメンブレン１２２ａと、上面に受容体３０ｂが設けられたメンブレン１２２ｂとがそれぞれ設けられている。これにより、表面応力センサ１０１は、受容体３０ａと受容体３０ｂとを異なる材料で形成して、異なる種類のガスの検出を行うことができるように構成されている。また、表面応力センサ１０１は、受容体３０ａと受容体３０ｂとを同じ材料で形成してもよい。メンブレン１２２ａ，１２２ｂは、第一実施形態のメンブレン２２に対応し、受容体３０ａ，３０ｂは、第一実施形態の受容体３０に対応し、空隙部４１，４２は第一実施形態の空隙部４０に対応するため、説明を省略する。
【００８７】
（接続層）
表面応力センサ１０１は、支持基材１０の検出基材１２０と対向する面に接続層１１１が設けられており、接続層１１１の一部が除去されて溝部１２５，１２７が形成されている。支持基材１０の検出基材１２０と対向する面の表面には、空隙部４０（４１，４２）となる２つのトレンチが形成されている。接続層１１１（１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ）は、トレンチ形成後の支持基材１０の検出基材１２０と対向する面に、支持基材１０の表面及びトレンチの表面を覆うように形成されている。接続層１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃについては後述する。
なお、接続層１１１は、支持基材１０のパッケージ基板２と対向する面（図２０中では、下側の面）の表面に設けられていてもよい。
【００８８】
（溝部）
図２１に示すように、溝部１２５，１２７は、平面視で矩形状の空隙部４１，４２のそれぞれを取り囲む位置に設けられ、検出基材１２０の枠部材１２４及び接続層１１１を貫通するように形成されている。溝部１２５，１２７は、枠部材１２４及び接続層１１１のそれぞれの一部が除去されて形成されている。溝部１２５，１２７は、平面視で空隙部４１，４２の外形に対応した環状の形状を有しており、例えば平面視で外形が矩形状の角環形状に形成されている。溝部１２５，１２７は、例えば、平面視で空隙部４１，４２周辺の可撓性抵抗５０ａ〜５０ｄの外側領域にそれぞれ設けられている。
【００８９】
図２０に示すように、接続層１１１は、溝部１２５により、平面視で溝部１２５内側（メンブレン１２２ａ形成側領域）に位置する接続層１１１ｂと、溝部１２５外側に位置する接続層１１１ａとに分離される。また、接続層１１１は、溝部１２７により、平面視で溝部１２７内側（メンブレン１２２ｂ形成側領域）に位置する接続層１１１ｃと、溝部１２５外側に位置する接続層１１１ａとに分離される。
同様に、枠部材１２４は、溝部１２５により、平面視で溝部１２５内側に位置する枠部材１２４ｂと、溝部１２５外側に位置する枠部材１２４ａとに分離される。また、枠部材１２４は、溝部１２７により、平面視で溝部１２７内側に位置する枠部材１２４ｃと、溝部１２７外側に位置する枠部材１２４ａとに分離される。
以下、接続層１１１ａ，１１１ｂ及び１１１ｃを区別しない場合には、接続層１１１と記載する。また、枠部材１２４ａ，１２４ｂ及び１２４ｃを区別しない場合には、枠部材１２４と記載する。
【００９０】
溝部１２５内側に位置する枠部材１２４ｂは、四つ（二対）の連結部２６によってメンブレン１２２ａと連結される。また、溝部１２７内側に位置する枠部材１２４ｃは、四つ（二対）の連結部２６によってメンブレン１２２ｂと連結される。
【００９１】
すなわち、表面応力センサ１０１では、溝部１２５の内側に位置する接続層１１１ｂ及び枠部材１２４ｂは、面積が大きく応力が発生しやすい溝部１２５外側に位置する接続層１１１ａ及び枠部材１２４ａからそれぞれ分離している。このため、接続層１１１ａで応力が発生した場合でも、当該応力を溝部１２５に逃がすことができ、接続層１１１ａで発生した応力のメンブレン１２２ａへの影響を低減することができる。
【００９２】
溝部１２７の周辺においても、上述と同様のことが言える。すなわち、表面応力センサ１０１では、溝部１２７内側に位置する接続層１１１ｃ及び枠部材１２４ｃは、面積が大きく応力が発生しやすい溝部１２７外側に位置する接続層１１１ａ及び枠部材１２４ａからそれぞれ分離している。このため、接続層１１１ａで応力が発生した場合でも、当該応力を溝部１２７に逃がすことができ、接続層１１１ａで発生した応力のメンブレン１２２ｂへの影響を低減することができる。
【００９３】
さらに、溝部１２５，１２７をメンブレン１２２ａ，１２２ｂにより近い位置に設けることが好ましい。当該構成により、接続層１１１ｂ，１１１ｃの面積がより小さくなり、メンブレン１２２ａ，１２２ｂが接続層１１１ｂ，１１１ｃから受ける応力をより小さくすることができる。したがって、溝部１２５，１２７を設けることで、溝部１２５，１２７を設けない場合と比較してメンブレン１２２ａ，１２２ｂが受ける応力が低減され、表面応力センサ１０１のオフセットを低減することができる。
なお、検出基材１２０と支持基材１０との接合性の観点から、溝部１２５，１２７は、空隙部４１，４２の外周部から数十μｍ（例えば４０μｍ）以上外側の領域に設けられることが好ましい。
【００９４】
図２１に示すように、溝部１２５と空隙部４１の外周との間の距離Ｌ１〜Ｌ４が、溝部１２５と空隙部４１の外周との間の何れの位置においても等しくなるように、溝部１２５が形成されることがより好ましい。すなわち、図２１に示す距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の全てが等しくなるように溝部１２５が形成されることがより好ましい。また、溝部１２７と空隙部４２の外周との間の距離Ｌ１’〜Ｌ４’が、溝部１２７と空隙部４２の外周との間の何れの位置においても等しくなるように形成されることがより好ましい。すなわち、図２１に示す距離Ｌ１’，Ｌ２’，Ｌ３’，Ｌ４’の全てが等しくなるように溝部１２７が形成されることがより好ましい。
当該構成により、メンブレン１２２ａの周囲からかかる応力をどの方向からでも略均等にすることができるとともに、メンブレン１２２ｂの周囲からかかる応力をどの方向からでも略均等にすることができる。このため、表面応力センサ１０１の各センサ部において、オフセットを等方的に低減することができる。
【００９５】
また、溝部１２５と空隙部４１の外周との間の距離Ｌ１〜Ｌ４と、溝部１２７と空隙部４２の外周との間の距離Ｌ１’〜Ｌ４’を全て均等に形成することがより好ましい。
当該構成により、メンブレン１２２ａを有するセンサ部と、メンブレン１２２ｂを有するセンサ部との間におけるオフセットのバラつきを低減することができる。
【００９６】
（変形例）
隣接する複数の溝部は、溝の一部が共通に形成されてもよい。すなわち、図２１において、隣接して形成された溝部１２５の右側に位置する溝と、溝部１２７の左側に位置する溝とが一体に形成されてもよい。当該構成により、溝部１２５と溝部１２７とが密接して形成される為、メンブレン１２２ａ，１２２ｂをより近接して配置することができ、表面応力センサ１０１の小型化を図ることができる。
【００９７】
また、空隙部４１，４２の平面形状は矩形に限られず、円形や多角形状であってもよい。この場合、溝部１２５，１２７は、空隙部４１，４２の平面形状にそれぞれ対応した形状とすることが好ましい。当該構成により、メンブレン１２２ａ，１２２ｂの周囲からかかる応力を均等にすることができ、表面応力センサ１０１のオフセットを等方的に低減することができる。
【００９８】
また、溝部１２５，１２７の外側に位置する接続層１１１ａ及び枠部材１２４ａの一部または全部を除去しても良い。当該構成により、溝部１２５，１２７の外側からメンブレン１２２ａ，１２２ｂに応力がかからなくなるため好ましい。
さらに、接続層１１１ａからの接続層１１１ｂ、１１１ｃへの応力影響が小さければ、接続層１１１ａと接続層１１１ｂ，１１１ｃとが、それぞれ完全に分離されていなくても良い。例えば、溝部１２５の底面（支持基材１０の表面）に、接続層１１１ａと接続層１１１ｂとを接続する繋ぎ部（図示せず）が薄く形成されていてもよい。
【００９９】
（表面応力センサの製造方法）
図１から図１２並びに図２０及び図２１を参照しつつ、図２２及び図２３を用いて、表面応力センサ１０１の製造方法を説明する。なお、図２２及び図２３の断面図は、図２０の空隙部４１近傍（空隙部４１の左側部）における断面を示す。
表面応力センサ１０１の製造方法は、積層体形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、熱処理工程と、溝部形成工程と、配線層形成工程と、除去工程を備える。
【０１００】
（積層体形成工程）
積層体形成工程では、まず、図２２（ａ）に示すように、支持基材１０の材料となる第一シリコン基板６０の一方の面に、リソグラフィー及びエッチング技術を用いて複数の凹部６２（トレンチ）を形成する。なお、図２２（ａ）では、後に空隙部４１となる凹部６２のみを表している。
次に、複数の凹部６２を形成した第一シリコン基板６０に対し、熱酸化を行い、第一シリコン基板６０の少なくとも凹部６２形成面に熱酸化膜６１を形成する。
【０１０１】
次に、図２２（ｂ）に示すように、凹部６２形成面に熱酸化膜６１が形成された第一シリコン基板６０に対し、検出基材２０の材料となる第二シリコン基板６４を、接着等、各種の接合技術を用いて貼り合わせる。このとき、第二シリコン基板６４を複数の凹部６２を覆うように配置して第一シリコン基板６０に貼りあわせる。これにより、積層体６６（Ｃａｖｉｔｙウェーハ）を形成する。
【０１０２】
上述したように、積層体形成工程を行うことで、積層体６６の所定の位置には、上下左右を第二シリコン基板６４と第一シリコン基板６０上に形成された熱酸化膜６１によって囲まれた空隙部４１が形成される。なお、図示しない空隙部４２が同時に形成されている。
以上により、積層体形成工程では、支持基材１０となる第一シリコン基板６０の一方の面に空隙部４１，４２となる複数の凹部６２を形成し、凹部６２を形成した支持基材１０の少なくとも一方の面に、熱酸化膜６１を形成する。その後、支持基材１０へ複数の凹部６２を覆うように検出基材１２０となる第二シリコン基板６４を貼り合わせる。これにより、第一シリコン基板６０と第二シリコン基板６４との間に空隙部４１，４２が設けられ、かつ空隙部４１，４２の外周において支持基材１０と検出基材１２０との間に熱酸化膜６１が設けられた積層体６６を形成する。
【０１０３】
なお、第一シリコン基板６０の全体を熱酸化して第一シリコン基板６０の表面、裏面及び側面（図２２中の上面、下面及び左面）全体に熱酸化膜６１を形成しても良い。この場合、製造工程の最後にダイシングブレードで個片化することにより、支持基材１０の両面（図２０中の上面及び下面）に接続層１１１が形成された表面応力センサ１０１を得ることができる。
【０１０４】
（第一イオン注入工程）
第一イオン注入工程は、上述した第一実施形態と同様の手順で行うため、その説明を省略する。
以上により、第一イオン注入工程では、検出基材１２０の支持基材１０と対向する面と反対側の面のうち、検出基材１２０の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域（可撓性抵抗領域７０）に、第一のイオンを注入する。
【０１０５】
（第二イオン注入工程）
第二イオン注入工程は、上述した第一実施形態と同様の手順で行うため、その説明を省略する。
以上により、第二イオン注入工程では、検出基材１２０の第一のイオンを注入した領域（可撓性抵抗領域７０）よりも外側の選択した領域に、第二のイオンを注入する（図２３（ａ））。
【０１０６】
（熱処理工程）
熱処理工程は、上述した第一実施形態と同様の手順で行うため、その説明を省略する。
以上により、熱処理工程では、第一のイオン及び第二のイオンを注入した積層体６６を熱処理することで、第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域７０を形成するとともに、第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域７２を形成する（図２３（ａ））。
【０１０７】
（溝部形成工程）
図２３（ｂ）に示すように、溝部形成工程では、熱処理後の積層体６６の可撓性抵抗領域７０及び低抵抗領域７２を形成した領域の外側領域において、第二シリコン基板６４を貫通し熱酸化膜６１を底面とする溝６４ａを形成する。溝６４ａは、フォトレジストのパターン（図示せず）をマスクとしてドライエッチングを施して形成される。溝６４ａは、例えば、平面視で矩形状の空隙部４１，４２のそれぞれを取り囲む位置に、空隙部４１，４２の形状に沿った形状で形成される。続いて、溝６４ａのパターンをマスクとしてドライエッチングを施し、図２３（ｂ）に示すように、熱酸化膜６１を貫通し第一シリコン基板６０を底面とする溝６１ａを形成する。溝６４ａと溝６１ａとにより、溝部１２５が形成される。溝部１２７についても同様に形成される。
以上により、溝部形成工程では、枠部材１２４の可撓性抵抗領域７０及び低抵抗領域７２を形成した領域の外側の空隙部４１，４２のそれぞれを取り囲む位置において、枠部材１２４となる第二シリコン基板６４及び接続層１１１となる熱酸化膜６１を除去して、溝部１２５，１２７を形成する（図２３（ａ））。
【０１０８】
（配線層形成工程）
配線層形成工程は、上述した第一実施形態と同様の手順で行うため、その説明を省略する。
以上により、配線層形成工程では、可撓性抵抗５０と電気的に接続された配線層８２を形成する。
（除去工程）
除去工程は、上述した第一実施形態と同様の手順で行うため、その説明を省略する。
したがって、除去工程では、検出基材１２０の中心を含む予め設定した領域の周囲であって低抵抗領域７２及び可撓性抵抗領域７０以外の領域を除去することで、メンブレン１２２ａ，１２２ｂ、枠部材１２４（１２４ａ，１２４ｂ）、連結部２６、可撓性抵抗を形成する。
【０１０９】
（動作・作用）
第三実施形態の動作と作用は、上述した第一実施形態及び第二実施形態と同様の動作と作用に加えて、溝部１２５，１２７により、溝部１２５，１２７の外側に位置する接続層１１１ａに起因する応力をメンブレン１２２ａ，１２２ｂに伝えないようにすることができる。
なお、上述した第三実施形態は、本発明の一例であり、本発明は、上述した第三実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
【０１１０】
（第三実施形態の効果）
第三実施形態の表面応力センサ１０１であれば、第一実施形態の表面応力センサ１で得られる効果に加えて、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
（１）表面応力センサ１０１では、溝部１２５の内側に位置する接続層１１１ｂ及び枠部材１２４ｂは、面積が大きく応力が発生しやすい、溝部１２５外側に位置する接続層１１１ａ及び枠部材１２４ａからそれぞれ分離している。
その結果、接続層１１１ａで応力が発生した場合でも、当該応力を溝部１２５に逃がすことができ、接続層１１１ａで発生した応力のメンブレン１２２ａへの影響を低減することができる。
【０１１１】
（２）溝部１２５，１２７と、空隙部４１，４２外周との距離が、溝部１２５と空隙部４１、溝部１２７と空隙部４２との何れの位置においてもそれぞれ等しくなるように形成されることが好ましい。
その結果、メンブレン１２２ａの周囲からかかる応力及びメンブレン１２２ｂの周囲からかかる応力を略均等にすることができ、表面応力センサ１０１のオフセットを等方的に低減することができる。
（３）溝部１２５，１２７の一部が共通（一体）に形成されてもよい。当該構成により、メンブレン１２２ａ，１２２ｂをより近接して配置することができ、表面応力センサ１０１の小型化を図ることができる。
【０１１２】
また、第三実施形態の表面応力センサの製造方法であれば、第一実施形態の表面応力センサ１の製造方法で得られる効果に加えて、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
（４）積層体形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、熱処理工程と、溝部形成工程と、配線層形成工程と、除去工程とを備える。積層体形成工程では、支持基材１０の一方の面に凹部６２を形成し、少なくとも支持基材１０の凹部６２を形成した面に熱酸化膜６１を形成した後、支持基材１０へ凹部６２を覆うように検出基材１２０を貼り合わせることで、支持基材１０と検出基材１２０との間に空隙部４０が設けられ、かつ空隙部４１，４２の外周において支持基材１０と検出基材１２０との間に熱酸化膜６１が設けられた積層体６６を形成する。第一イオン注入工程では、検出基材１２０の支持基材１０と対向する面と反対側の面のうち検出基材１２０の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域に、第一のイオンを注入する。第二イオン注入工程では、検出基材１２０の第一のイオンを注入した領域よりも外側の選択した領域に第二のイオンを注入する。熱処理工程では、第一のイオン及び第二のイオンを注入した積層体６６を熱処理することで、第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域７０を形成するとともに、第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域７２を形成する。溝部形成工程では、検出基材１２０の可撓性抵抗５０ａ〜５０ｄを形成する可撓性抵抗領域７０及び低抵抗領域７２を形成した領域の外側の領域において、検出基材１２０及び熱酸化膜６１を除去して溝部１２５，１２７を形成する。配線層形成工程では、可撓性抵抗と電気的に接続された配線層を形成する。除去工程では、検出基材１２０の中心を含む予め設定した領域の周囲であって低抵抗領域７２及び可撓性抵抗領域７０以外の領域を除去することで、メンブレン１２２ａ，１２２ｂ、枠部材１２４（１２４ａ，１２４ｂ．１２４ｃ）、連結部２６及び可撓性抵抗５０を形成する。
【０１１３】
このため、第一実施形態の製造方法で得られる表面応力センサ１の効果に加えて、ＢＯＸ層（熱酸化膜）１１１で発生する応力のメンブレン１２２ａ，１２２ｂへの影響を簡易な工程で低減し、精度の高い安定したセンシングが可能となる。
【０１１４】
（第四実施形態）
以下、本発明の第四実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
（構成）
第四実施形態に係る表面応力センサ１０１は、第三実施形態と同様センサ部が複数設けられ、センサ部の外周に溝部が設けられた構造であって、第二実施形態の表面応力センサ１と同様に、支持基材１０上に接続層９０を有している。
その他の構成は上述した第二実施形態と同様であるため、説明を省略する
【０１１５】
（表面応力センサの製造方法）
図１から図１９を参照しつつ、図２４から図２６を用いて、表面応力センサ１０１の製造方法を説明する。なお、図２４から図２６の断面図は、第二実施形態におけるホール形成工程、空隙部形成工程及びホール封止工程（図１７から図１９）に対応する。
表面応力センサ１０１の製造方法は、積層体形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、熱処理工程と、ホール形成工程と、空隙部形成工程と、ホール封止工程と、配線層形成工程と、除去工程を備える。
【０１１６】
（積層体形成工程）
積層体形成工程では、上述した第二実施形態と同様の手順（図１６）で積層体６６の形成を行うため、その説明を省略する。
以上により、積層体形成工程では、支持基材１０に犠牲層９２を積層し、さらに、犠牲層９２に検出基材１２０を積層して積層体６６を形成する。
【０１１７】
（第一イオン注入工程）
第一イオン注入工程では、上述した第二実施形態と同様の手順（図１６）で第一のイオンを注入するため、その説明を省略する。
以上により、第一イオン注入工程では、検出基材１２０の支持基材１０と対向する面と反対側の面のうち、検出基材１２０の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域（可撓性抵抗領域７０）に、第一のイオンを注入する。
【０１１８】
（第二イオン注入工程）
第二イオン注入工程では、上述した第二実施形態と同様の手順（図１６）で第二のイオンを注入するため、その説明を省略する。
以上により、第二イオン注入工程では、検出基材１２０の第一のイオンを注入した領域（可撓性抵抗領域７０）よりも外側の選択した領域に、第二のイオンを注入する。
【０１１９】
（熱処理工程）
熱処理工程では、上述した第二実施形態と同様の手順（図１６）で熱処理を行うため、その説明を省略する。
以上により、熱処理工程では、第一のイオン及び第二のイオンを注入した積層体６６を熱処理することで、第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域７０を形成するとともに、第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域７２を形成する。
【０１２０】
（ホール形成工程）
ホール形成工程では、一般的なフォトリソグラフィーの技術により、第二シリコン基板６４の上側の面に、ホール及び溝のパターン（図示せず）を形成する。ホールのパターンは、第二シリコン基板６４の空隙部形成領域に対応する領域に形成する。第二シリコン基板６４の空隙部形成領域に対応する領域は、検出基材１２０の可撓性抵抗領域７０及び低抵抗領域７２を形成した領域と隣接する領域である。また、溝のパターンは、第二シリコン基板６４の空隙部形成領域の外側の領域に形成する。第二シリコン基板６４の空隙部形成領域の外側の領域は、検出基材１２０の可撓性抵抗領域７０及び低抵抗領域７２を形成した領域の外側の領域である。
【０１２１】
次に、ホールのパターンをマスクとしてドライエッチングを施し、図２４に示すように、第二シリコン基板６４へホール７６及び溝７７を形成する。ホール７６は、第二シリコン基板６４の空隙部形成領域に対応する領域に形成される。溝７７は、第二シリコン基板６４の空隙部形成領域の外側の領域に、空隙部形成領域を取り囲むように形成されている。ホール７６の直径及び溝７７の幅は、例えば、０．２８［μｍ］に設定して、犠牲層９２に到達する深さに設定する。
以上により、ホール形成工程では、検出基材１２０の可撓性抵抗領域７０及び低抵抗領域７２を形成した領域と隣接する領域と、可撓性抵抗領域７０及び低抵抗領域７２を形成した領域の外側の領域とに、犠牲層９２まで貫通するホール７６及び溝７７を形成する。
【０１２２】
（空隙部形成工程）
空隙部形成工程では、ＨＦＶａｐｏｒを、ホール７６及び溝７７を通して第一シリコン基板６０の側に浸透させることで、犠牲層９２のみを選択的にエッチングし、図２５に示すように、第一シリコン基板６０と第二シリコン基板６４との間に、空隙部４０と、溝９３とを形成する。
以上により、空隙部形成工程では、ホール７６を介したエッチングにより、可撓性抵抗領域７０と支持基材１０との間に配置された犠牲層９２の一部を除去して、支持基材１０と検出基材２０との間に空隙部４０を設ける。また、空隙部形成工程では、溝７７を介したエッチングにより、可撓性抵抗領域７０及び低抵抗領域７２を形成した領域の外側の領域の犠牲層９２を除去して、溝７７と溝９３とにより溝部１２５を形成する。なお、図示しない位置に形成された溝を用いて、図２０に示す溝部１２７が形成される。
【０１２３】
（ホール封止工程）
ホール封止工程では、上述した第二実施形態と同様の手順でホール７６の封止を行うため、その説明を省略する。ホール封止工程では、図２６に示すように、酸化膜９４によってホール７６及び溝７７を封止する。
以上により、ホール封止工程では、検出基材２０の支持基材１０と対向する面と反対側の面に、酸化膜９４を形成してホール７６及び溝７７を封止する。
【０１２４】
（配線層形成工程）
配線層形成工程は、上述した第一実施形態と同様の手順で行うため、その説明を省略する。
以上により、配線層形成工程では、可撓性抵抗と電気的に接続された配線層を形成する。
（除去工程）
除去工程は、上述した第一実施形態と同様の手順で行うため、その説明を省略する。
したがって、除去工程では、検出基材２０の中心を含む予め設定した領域の周囲であって低抵抗領域７２及び可撓性抵抗領域７０以外の領域を除去することで、メンブレン１２２ａ，１２２ｂ、枠部材１２４（１２４ａ，１２４ｂ）、連結部２６、可撓性抵抗を形成する。
【０１２５】
（動作・作用）
第四実施形態の動作と作用は、上述した第三実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
なお、上述した第四実施形態は、本発明の一例であり、本発明は、上述した第四実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
例えば、ホール形成工程では、第二シリコン基板６４へホール７６を形成すると同時に溝７７を形成する構成について説明したが、溝７７は、ホール７６を形成する工程とは別工程で形成されても良い。この場合、空隙部４０及び溝９３も別工程で形成される。すなわち、ホール７６を形成後に空隙部４０を形成し、別工程において、溝７７を形成後に溝９３を形成しても良い。
【０１２６】
（第四実施形態の効果）
第四実施形態の表面応力センサの製造方法であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
（１）積層体形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、熱処理工程と、ホール形成工程と、空隙部形成工程と、溝部形成工程と、ホール封止工程と、配線層形成工程と、除去工程を備える。積層体形成工程では、支持基材１０に犠牲層９２を積層し、さらに、犠牲層９２に検出基材１２０を積層して積層体６６を形成する。第一イオン注入工程では、検出基材１２０の支持基材１０と対向する面と反対側の面のうち検出基材１２０の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域に、第一のイオンを注入する。第二イオン注入工程では、検出基材１２０の第一のイオンを注入した領域よりも外側の選択した領域に第二のイオンを注入する。熱処理工程では、第一のイオン及び第二のイオンを注入した積層体６６を熱処理することで、第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域７０を形成するとともに、第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域７２を形成する。ホール形成工程では、検出基材１２０の可撓性抵抗領域７０及び低抵抗領域７２を形成した領域と隣接する領域に、犠牲層９２まで貫通するホール７６を形成する。また、ホール形成工程では、可撓性抵抗領域７０及び低抵抗領域７２を形成した領域の外側の領域に、犠牲層９２まで貫通し、平面視で前記予め設定した領域を取り囲む溝７７を形成する。空隙部形成工程では、ホール７６を介したエッチングにより、可撓性抵抗領域７０と支持基材１０との間に配置された犠牲層９２を除去して、支持基材１０と検出基材１２０との間に空隙部４０を設ける。溝部形成工程では、溝７７を介したエッチングにより、溝７７から露出する犠牲層９２を除去して検出基材１２０（第二シリコン基板６４）と犠牲層９２とを貫通する溝部を形成する。ホール封止工程では、検出基材１２０の支持基材１０と対向する面と反対側の面に酸化膜９４を形成して、ホール７６及び溝７７を封止する。配線層形成工程では、可撓性抵抗５０と電気的に接続された配線層８２を形成する。除去工程では、検出基材１２０の中心を含む予め設定したメンブレン設定領域８４の周囲であって低抵抗領域７２及び可撓性抵抗領域７０以外の領域を除去することで、メンブレン１２２ａ，１２２ｂ、枠部材１２４（１２４ａ，１２４ｂ）、連結部２６及び可撓性抵抗５０を形成する。
【０１２７】
このため、第二実施形態の製造方法で得られる表面応力センサ１の効果に加えて、簡易な工程でＢＯＸ層（熱酸化膜）１１１で発生する応力のメンブレン１２２ａ，１２２ｂへの影響を低減し、精度の高い安定したセンシングが可能となる。
【実施例】
【０１２８】
第一実施形態及び第二実施形態を参照しつつ、以下に記載する実施例により、実施例の表面応力センサ１と、比較例の表面応力センサについて説明する。
（実施例）
実施例の表面応力センサ１は、第一実施形態で説明したものと同様の構成、すなわち、支持基材が柱状に形成されており、メンブレン２２とパッケージ基板２との間に支持基材１０が存在する構成を有する（図１４を参照）。
（比較例）
比較例の表面応力センサは、支持基材が筒状に形成されており、メンブレンが中空に浮いた構成を有する（図１３を参照）。
【０１２９】
（性能評価）
実施例の表面応力センサ１と、比較例の表面応力センサに対し、それぞれ、温度の上昇（１０［℃］上昇）によってパッケージ基板が伸長した状況における出力の変化を検出することで、シミュレーションにより性能評価を行った。
（評価結果）
パッケージ基板が伸長した状況における出力の変化を検出した結果、実施例は、比較例と比較して、出力の変化度合いが１／３程度となった。
これにより、実施例の表面応力センサ１は、比較例の表面応力センサと比較して、パッケージ基板の変形によってメンブレンに印加される応力を、１／３程度まで低減させることが可能であることが確認された。
【符号の説明】
【０１３０】
１，１０１…表面応力センサ、２…パッケージ基板、４…接続部、１０…支持基材、２０，１２０…検出基材、２２，１２２，１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ…メンブレン、２４，１２４，１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ…枠部材、２６…連結部、３０，３０ａ，３０ｂ…受容体、４０，４１，４２…空隙部、５０…可撓性抵抗、６０…第一シリコン基板、６１ａ，６４ａ…溝、６２…凹部、６４…第二シリコン基板、６６…積層体、６８…シリコン酸化膜、７０…可撓性抵抗領域、７２…低抵抗領域、７４…シリコン窒化膜、７６…ホール、７７…溝、７８…積層膜、８０…金属膜、８２…配線層、８４…メンブレン設定領域、８６…ＰＡＤ、９０…接続層、９２…犠牲層、９３…溝、９４…酸化膜、１００…従来の構成を備える表面応力センサ、１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ…接続層、１２５，１２７…溝部、ＶＬ１…メンブレンの中心を通過する仮想的な直線、ＶＬ２…直線ＶＬ１と直交する直線
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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