(57)【要約】【課題】本発明は、設計変更の工数の増大を抑制して高圧の圧力レンジを測定可能な半導体圧力センサを提供することを目的とする。【解決手段】本発明の半導体圧力センサ１１は、ダイヤフラム２１と、ダイヤフラム２１との間に空間を設けて配置されたベース基板４５と、ベース基板４５に設けられるとともにダイヤフラム２１の周囲を囲む固定部２２と、ダイヤフラム２１の外周に設けられた複数のピエゾ抵抗素子３１とを有し、ベース基板４５とダイヤフラム２１との間に支柱２６が設けられており、支柱２６の中心からダイヤフラム２１の外周までの距離に対する、支柱２６の中心から支柱２６の外周までの距離の比率が０．３より大きいことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤフラムと、前記ダイヤフラムとの間に空間を設けて配置されたベース基板と、前記ベース基板に設けられるとともに前記ダイヤフラムの周囲を囲む固定部と、前記ダイヤフラムの外周に設けられた複数のピエゾ抵抗素子とを有し、
前記ベース基板と前記ダイヤフラムとの間に支柱が設けられており、
前記支柱の中心から前記ダイヤフラムの外周までの距離に対する、前記支柱の中心から前記支柱の外周までの距離の比率が０．３より大きいことを特徴とする半導体圧力センサ。
【請求項２】
前記ダイヤフラムは対向する２つの辺を有する矩形状であり、前記ダイヤフラムの前記辺の長さに対する前記支柱の直径の比率が０．３より大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導体圧力センサ。
【請求項３】
前記ダイヤフラムは、２枚のシリコン基板が絶縁層を挟んで貼り合わされたＳＯＩ基板の少なくとも一方の前記シリコン基板により形成され、前記支柱は、他方のシリコン基板の一部から形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体圧力センサ。
【請求項４】
前記他方のシリコン基板の一部が除去されて前記支柱と前記固定部との間にキャビティ部が形成されており、前記他方のシリコン基板と前記ベース基板とが接合されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体圧力センサ。
【請求項５】
前記支柱は円柱であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体圧力センサ。
【請求項６】
前記支柱は複数の辺を有する角柱であり、前記辺と前記ピエゾ抵抗素子とが平面的に見て対向して設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体圧力センサ。
【請求項７】
前記ダイヤフラムの厚さは２μｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の半導体圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体圧力センサに関し、特に、高圧の圧力レンジを測定可能な半導体圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種産業機器や自動車などの制御等のためにガス圧などを測定する半導体圧力センサが知られている。下記特許文献１には、シリコン等の半導体のピエゾ抵抗効果を利用したダイヤフラム型の圧力センサが開示されている。図８は、特許文献１に記載されている従来例の半導体圧力センサの断面図である。
【０００３】
図８に示すように、従来例の半導体圧力センサ１１１は、ＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）基板１４０とベース基板１４５とが接合されて構成されている。ＳＯＩ基板１４０は、シリコン酸化膜１４３を介して第１のシリコン基板１４１と第２のシリコン基板１４２とが貼り合わされている。図８に示すように、第２のシリコン基板１４２の一部を除去することによりキャビティ部１２４が形成され、キャビティ部１２４の上面に設けられた第１のシリコン基板１４１とシリコン酸化膜１４３とでダイヤフラム１２１が構成されている。すなわち、キャビティ部１２４の内周がダイヤフラム１２１の外周となる。
【０００４】
第１のシリコン基板１４１には、複数のピエゾ抵抗素子１３１が形成されている。複数のピエゾ抵抗素子１３１は、ダイヤフラム１２１の外周に配置されるとともに配線層により接続されてブリッジ回路を構成している。外部から圧力が加えられてダイヤフラム１２１が歪むと、この歪みの大きさに応じてピエゾ抵抗素子１３１の抵抗値が変化し、ブリッジ回路の中点電位が変化する。この中点電位の変化に基づいて圧力を測定することができる。
【０００５】
また、下記特許文献２には、自動車のタイヤに装着される摩擦力センサが記載されている。特許文献２に記載の摩擦力センサでは、ダイヤフラムに中央突起部が設けられており、中央突起部はタイヤからの応力を受けて変位する。この中央突起部の変位とともにダイヤフラムが変位する。そして、ピエゾ抵抗素子をダイヤフラムの外周、及び中央突起の外周に設けて、中央突起に加えられる応力の方向を検知可能としている。これにより、摩擦力を検知することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５２２０８６６号公報
【特許文献２】特開２００７−１１３９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図８に示す従来例の半導体圧力センサ１１１において、測定可能な圧力レンジ以上の高い圧力が加えられた場合、圧力の変化に対するブリッジ回路の出力の線形性が低下して正確な圧力を測定することが困難となる。よって、高圧の圧力レンジの測定を可能とするためには、ダイヤフラム１２１の面積を小さくする、またはダイヤフラム１２１の厚さを厚くしてダイヤフラム１２１を歪みにくくする必要がある。
【０００８】
しかしながら、ダイヤフラム１２１の面積を小さくする方法の場合、図８に示す第２のシリコン基板１４２をエッチングしてキャビティ部１２４を形成するためのマスクの変更に加えて、複数のピエゾ抵抗素子１３１や図示しない配線層等の設計変更が必要となる。また、ダイヤフラム１２１を厚くするためには、第１のシリコン基板１４１を厚くする必要があり、半導体圧力センサ１１１に用いるＳＯＩ基板１４０自体の構成を変更しなければならないため、容易にダイヤフラム１２１を厚くすることが困難である。
【０００９】
したがって、従来例の半導体圧力センサ１１１では、設計変更の工数が増大するため容易に高圧の圧力レンジを測定可能な構造に変更することが困難であるという課題が発生する。
【００１０】
また、特許文献２に記載の摩擦力センサにおいて、タイヤからの応力により中央突起が変位して、タイヤからの応力の大きさ、方向をダイヤフラムに伝達する。よって、高圧の圧力レンジを測定可能な構造に変更する場合には、ダイヤフラム全体の面積を小さくする、若しくはダイヤフラムを厚くする必要があり、特許文献１に記載の従来例の半導体圧力センサ１１１と同様の課題が生じる。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決して、設計変更の工数の増大を抑制して高圧の圧力レンジを測定可能な半導体圧力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】
【００１２】
本発明の半導体圧力センサは、ダイヤフラムと、前記ダイヤフラムとの間に空間を設けて配置されたベース基板と、前記ベース基板に設けられるとともに前記ダイヤフラムの周囲を囲む固定部と、前記ダイヤフラムの外周に設けられた複数のピエゾ抵抗素子とを有し、前記ベース基板と前記ダイヤフラムとの間に支柱が設けられており、前記支柱の中心から前記ダイヤフラムの外周までの距離に対する、前記支柱の中心から前記支柱の外周までの距離の比率が０．３より大きいことを特徴とする。
【００１３】
これによれば、支柱を設けて、支柱の中心からダイヤフラムの外周までの距離に対する、支柱の中心から支柱の外周までの距離の比率を０．３より大きくすることにより、ダイヤフラムを撓みにくくして測定可能な圧力レンジを大きくすることができる。また、前記比率を満たす支柱を設けるのみで圧力レンジを大きくできるため、ダイヤフラムの面積及びピエゾ抵抗素子の配置、またはダイヤフラムの厚さ等、支柱以外の構成の設計変更を行う必要がない。
【００１４】
したがって、本発明の半導体圧力センサによれば、設計変更の工数の増大を抑制して高圧の圧力レンジを測定することができる。
【００１５】
前記ダイヤフラムは対向する２つの辺を有する矩形状であり、前記ダイヤフラムの前記辺の長さに対する前記支柱の直径の比率が０．３より大きいことが好ましい。これによれば、ダイヤフラムの形状が矩形状の場合においても、支柱を設けることにより高圧の圧力レンジの測定が可能となる。また、支柱以外の構成の変更は不要であるため設計変更の工数の増大が抑制される。
【００１６】
前記ダイヤフラムは、２枚のシリコン基板が絶縁層を挟んで貼り合わされたＳＯＩ基板の少なくとも一方の前記シリコン基板により形成され、前記支柱は、他方の前記シリコン基板の一部から形成されていることが好ましい。これによれば、ＳＯＩ基板の一方のシリコン基板の構成は変更することなく、他方のシリコン基板から支柱を設けることができる。よって、工数の増大を抑制して容易に設計変更を行うことが可能であるとともに高圧の圧力レンジの測定が可能である。
【００１７】
前記他方のシリコン基板の一部が除去されて前記支柱と前記固定部との間にキャビティ部が形成されており、前記他方のシリコン基板と前記ベース基板とが接合されていることが好ましい。これによれば、キャビティ部の形状を精度良く形成し、ダイヤフラムの面積、厚さのばらつきを抑制できる。よって、ダイヤフラムの面積、厚さのばらつきによって、圧力レンジが低下することを防止できる。
【００１８】
前記支柱は円柱であることが好ましい。これによれば、ダイヤフラムに高い圧力が加えられた場合に、支柱の外周におけるダイヤフラムへの応力集中の発生を抑制して耐圧性を向上させ、強度を高めることができる。
【００１９】
前記支柱は複数の辺からなる角柱であり、前記辺と前記ピエゾ抵抗素子とが平面的に見て対向して設けられていることが好ましい。これによれば、外部から高い圧力が加えられた際に、ピエゾ抵抗素子の近傍のダイヤフラムに応力が集中することを防止することができる。よって、高圧の圧力レンジを確実に測定することができる。
【００２０】
前記ダイヤフラムの厚さは２μｍ〜１０μｍであることが好ましい。この範囲であれば、支柱を設けて支柱の中心からダイヤフラムの外周までの距離に対する、支柱の中心から支柱の外周までの距離の比率を０．３より大きくすることにより、例えば５００ｋＰａ以上の高圧の圧力レンジを確実に測定可能とすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の半導体圧力センサによれば、設計変更の工数の増大を抑制して高圧の圧力レンジを測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態における半導体圧力センサの平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線で切断して矢印方向から見たときの半導体圧力センサの断面図である。
【図３】本実施形態の半導体圧力センサにおける円柱直径／ダイヤフラム辺長と圧力レンジとの関係を示すグラフである。
【図４】第２の実施形態の半導体圧力センサの断面図である。
【図５】第３の実施形態の半導体圧力センサの平面図である。
【図６】第３の実施形態の半導体圧力センサにおける角柱直径／ダイヤフラム辺長と圧力レンジとの関係を示すグラフである。
【図７】第１の実施形態の半導体圧力センサの製造方法を説明するための工程図である。
【図８】従来例の半導体圧力センサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の具体的な実施形態の半導体圧力センサについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図面の寸法は適宜変更して示している。
【００２４】
図１は、第１の実施形態における半導体圧力センサの平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線で切断して矢印方向から見たときの半導体圧力センサの断面図である。
【００２５】
図２に示すように、本実施形態の半導体圧力センサ１１は、ＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）基板４０と、ＳＯＩ基板４０に接合されたベース基板４５とを備えて構成される。ＳＯＩ基板４０は、第１のシリコン基板４１と第２のシリコン基板４２とが絶縁層４３を介して貼り合わされた構造である。本実施形態において、絶縁層４３は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）である。
【００２６】
図２に示すように、第２のシリコン基板４２にはキャビティ部２４が設けられており、キャビティ部２４上の絶縁層４３及び第１のシリコン基板４１によりダイヤフラム２１が形成されている。ダイヤフラム２１の周囲は、ダイヤフラム２１を支持するための固定部２２であり、固定部２２は第１のシリコン基板４１、絶縁層４３、及び第２のシリコン基板４２により構成される。ベース基板４５は、キャビティ部２４の内部を真空状態に密閉するように、固定部２２の第２のシリコン基板４２と接合されている。そして、ダイヤフラム２１とベース基板４５との間において、第２のシリコン基板４２の一部から形成された支柱２６が設けられている。すなわち、キャビティ部２４は、支柱２６と固定部２２との間の空間である。
【００２７】
第１のシリコン基板４１の厚さは２μｍ〜１０μｍ程度に形成されており、外部から第１のシリコン基板４１の表面側に圧力が作用すると、ダイヤフラム２１が圧力に応じてキャビティ部２４の内部側に撓んで変形する。この際、ダイヤフラム２１は支柱２６により支持されるため、支柱２６が設けられた箇所では外部からの圧力によるダイヤフラム２１の変形が抑制される。また、ダイヤフラム２１の周囲は歪みが生じない固定部２２である。
【００２８】
図１に示すように、ダイヤフラム２１は平面視で略矩形状に形成されており、ダイヤフラム２１の外周２１ａは、Ｘ１−Ｘ２方向に対向する２つの辺と、Ｙ１−Ｙ２方向に対向する２つの辺とを有する。図１に示すように、ダイヤフラム２１の上面には、４つのピエゾ抵抗素子３１（３１ａ〜３１ｄ）が形成されるとともに、固定部２２の上面には各ピエゾ抵抗素子３１に接続された配線層３２及び接続パッド３５が形成されている。
【００２９】
ピエゾ抵抗素子３１は、それぞれＹ１−Ｙ２方向に細長く延びる複数のピエゾ抵抗層３３と、ピエゾ抵抗層３３同士を接続する接続配線層３４とを有しており、複数のピエゾ抵抗層３３がミアンダ状に接続されている。
【００３０】
図１に示すように、４つのピエゾ抵抗素子３１（３１ａ〜３１ｄ）は、ダイヤフラム２１の外周２１ａに重なる位置に配置されており、外周２１ａの４辺それぞれの略中央に形成されている。そして、４つのピエゾ抵抗素子３１（３１ａ〜３１ｄ）は配線層３２によって接続されてブリッジ回路を構成し、接続パッド３５によって外部回路（図示しない）に接続される。
【００３１】
ダイヤフラム２１が外部からの圧力に応じて歪むと、その歪みに応じてピエゾ抵抗素子３１（３１ａ〜３１ｄ）の抵抗値が変化する。図１に示すように、４つのピエゾ抵抗素子３１（３１ａ〜３１ｄ）は互いに９０°位相を異ならせて配置されている。ピエゾ抵抗素子３１ａ、３１ｄは、ピエゾ抵抗層３３の延在方向が外周２１ａに対して平行となる方向に配置され、ピエゾ抵抗素子３１ｂ、３１ｃは、ピエゾ抵抗層３３の延在方向が外周２１ａに対して直交する方向に配置される。このため、ダイヤフラム２１の歪みによるピエゾ抵抗素子３１ａ、３１ｄとピエゾ抵抗素子３１ｂ、３１ｃとの抵抗値の変化が異なり、ブリッジ回路の中点電位が変化する。この中点電位が差動増幅器などの外部回路（図示しない）に出力され、これに基づいて半導体圧力センサ１１に加えられる圧力を検知することができる。
【００３２】
本実施形態の半導体圧力センサ１１において、図２に示すように、ダイヤフラム２１とベース基板４５との間に支柱２６が設けられている。本実施形態において、支柱２６は、ＳＯＩ基板４０の第２のシリコン基板４２をエッチングして形成されており、第２のシリコン基板４２の一部からなる。図２に示すように、支柱２６は、固定部２２における第２のシリコン基板４２と同じ高さで形成され、上面が絶縁層４３に貼り合わされるとともに下面がベース基板４５に接合される。
【００３３】
本実施形態において、支柱２６は円柱であり、図１に示すように平面視で円形である。また、ダイヤフラム２１の中心と支柱２６の中心２６ａとが一致するように支柱２６が設けられている。
【００３４】
このように支柱２６を設けることで、ダイヤフラム２１が支柱２６により支持、固定されるため、外部の圧力が加えられても支柱２６が設けられた箇所でダイヤフラム２１は変位しない。よって、変位可能なダイヤフラム２１の面積が小さくなり、外部からの圧力によりダイヤフラム２１が撓みにくくなるため、より高い圧力が加えられた場合でも精度良く圧力を検知することができ、高圧の圧力レンジまで測定可能となる。
【００３５】
図３は、本実施形態の半導体圧力センサにおける円柱直径／ダイヤフラム辺長と圧力レンジの関係を示すグラフである。図３に示すグラフには、第１のシリコン基板４１の厚さを２μｍ、５μｍ、及び１０μｍに変えた場合の半導体圧力センサ１１について示している。ここで、「ダイヤフラム辺長」は、図１に示すように、ダイヤフラム２１の辺のうちＸ１−Ｘ２方向に平行な辺の長さＬ３であり、「円柱直径」は、支柱２６のＸ１−Ｘ２方向の直径Ｄ１である。図３に示す「円柱直径／ダイヤフラム辺長」は、ダイヤフラム辺長を固定して、円柱直径を変化させた場合を示している。また、「圧力レンジ」は、外部からの圧力に対して半導体圧力センサ１１からの出力（ピエゾ抵抗素子３１の抵抗変化）が所定の線形性を示す圧力範囲であり、誤差の発生を抑制して精度良く測定可能な圧力範囲をいう。なお、図１に示すように、支柱の中心２６ａからダイヤフラムの外周２１ａまでの長さＬ２は、ダイヤフラム辺長Ｌ３の半分であり、支柱の中心２６ａから支柱２６の外周までの長さＬ１は、支柱の直径Ｄ１の半分、つまり支柱２６の半径である。
【００３６】
図３に示すように、ダイヤフラムの辺の長さＬ３に対する円柱直径Ｄ１の比率（以下、Ｄ１／Ｌ３）が０．３以下の領域では、Ｄ１／Ｌ３にほぼ比例して圧力レンジが増加する傾向を示す。これに対して、Ｄ１／Ｌ３が０．３よりも大きい領域では、Ｄ１／Ｌ３が大きくなるにしたがって圧力レンジが急激に大きくなる。第１のシリコン基板４１の厚さを２μｍ、５μｍ、１０μｍに変えた場合であっても、いずれも同様の傾向を示している。
【００３７】
図３に示すように、Ｄ１／Ｌ３が０．３以下の領域では、Ｄ１／Ｌ３を０．１大きくしたときの圧力レンジの増加幅は１００〜２００ｋＰａであり、Ｄ１／Ｌ３の変化に対する圧力レンジの傾きは比較的小さい。Ｄ１／Ｌ３が０．３よりも大きい領域では、例えばＤ１／Ｌ３が０．３から０．４まで変化したときの圧力レンジの変化幅は、３７０ｋＰａ〜７００ｋＰａと大きくなっている。より好ましくは、Ｄ１／Ｌ３が０．３５より大きい領域で、圧力レンジがより増大する傾向を示し、高圧の圧力レンジを測定可能とすることに適する。図３に示すように、第１のシリコン基板４１の厚さが２μｍ〜１０μｍの範囲において、Ｄ１／Ｌ３が０．３の場合に圧力レンジは約５００ｋＰａとなり、Ｄ１／Ｌ３を０．３５より大きくすることで圧力レンジを確実に５００ｋＰａ以上の高圧とすることができる。
【００３８】
本実施形態の半導体圧力センサ１１によれば、支柱２６を設けることによりダイヤフラム２１を撓みにくくして測定可能な圧力レンジを大きくすることができる。そして、ダイヤフラム２１の辺の長さに対する支柱２６の直径の比率を０．３より大きくすることにより、圧力レンジが急激に増大する傾向を示し、５００ｋＰａ以上の高圧の圧力レンジを測定可能とすることができる。また、支柱２６を設けるのみで圧力レンジを大きくできるため、ダイヤフラム２１の面積を小さくしピエゾ抵抗素子３１の配置を変更したり、ダイヤフラム２１の厚さを変更する等、支柱２６以外の構成の設計変更を行う必要がない。したがって、低圧用の半導体圧力センサを基本構造として、支柱２６の径を変えるのみで高圧の圧力レンジに容易に設計変更することができる。
【００３９】
したがって、本実施形態の半導体圧力センサ１１によれば、設計変更の工数の増大を抑制して容易に設計変更を行うことが可能であるとともに、高圧の圧力レンジの測定が可能である。
【００４０】
また、ダイヤフラム２１に５００ｋＰａ以上の高い圧力が加えられた場合に、支柱２６が多角形に形成されていると角部に応力が集中する可能性がある。本実施形態において支柱２６は円形であるため、ダイヤフラム２１に高い圧力が加えられた場合に、支柱２６外周の近傍におけるダイヤフラム２１に応力が集中することを抑制して耐圧性を向上させることができる。
【００４１】
なお、本実施形態において、ダイヤフラム２１は矩形状（正方形）に形成されているがこれに限定されず、多角形、円形などに形成することもできる。ダイヤフラム２１が多角形、円形等の場合には、支柱２６の中心２６ａからダイヤフラム２１の外周２１ａまでの距離（図１に示すＬ２）に対する、支柱２６の中心２６ａから支柱２６の外周までの距離（図１に示すＬ１）の比率を０．３より大きくすることで、図３に示すグラフと同様の圧力レンジの傾向を示し、高圧の圧力レンジを測定可能とすることができる。
【００４２】
図４は、第２の実施形態の半導体圧力センサの断面図である。図２に示す第１の実施形態の半導体圧力センサ１１において、支柱２６の高さは、固定部２２における第２のシリコン基板４２と同じ高さに形成されているが、これに限定されない。図４に示すように、第２の実施形態の半導体圧力センサ１２において、支柱２６の高さを、固定部２２における第２のシリコン基板４２よりも低く形成することも可能である。この場合、支柱２６はベース基板４５と接合されず、低い圧力が加えられた場合にダイヤフラム２１が撓みやすくなり低圧の測定が可能になる。そして、より高い圧力が加えられた場合には、支柱２６がベース基板４５に当接し、外部からの圧力によりダイヤフラム２１が撓みにくくなるため、図３に示すグラフと同様に高圧の圧力レンジの測定が可能となる。したがって、第２の実施形態の半導体圧力センサ１２は、低圧側と高圧側との両方の圧力レンジを備えることができる。
【００４３】
図５は、第３の実施形態における半導体圧力センサの平面図を示す。本実施形態の半導体圧力センサ１３は、支柱２６の形状が角柱である点が異なっている。また、図６は本実施形態の半導体圧力センサ１３における角柱直径／ダイヤフラム辺長と圧力レンジの関係を示すグラフである。なお、図６に示すグラフには比較として、図１及び図２に示す円柱の支柱２６が設けられた半導体圧力センサ１１について同時に示している。
【００４４】
本実施形態において、「ダイヤフラム辺長」は、図５に示すように、Ｘ１−Ｘ２方向に平行な辺の長さＬ３である。また、「角柱直径」とは、支柱２６の中心２６ａを通りＸ１−Ｘ２方向に切断したときの支柱２６の長さＤ２であり、支柱２６のＸ１−Ｘ２方向の辺の長さと同じである。
【００４５】
図６に示すように、角柱の支柱２６を設けた半導体圧力センサ１３であっても、円柱の支柱２６を設けた半導体圧力センサ１１と同様の傾向を示し、角柱直径Ｄ２／ダイヤフラム辺長Ｌ３が０．３より大きい領域において測定可能な圧力レンジが増大し、５００ｋＰａ以上の高圧の圧力レンジが測定可能となる。なお、円柱直径（図１に示すＤ１）と角柱直径（図５に示すＤ２）とが同じであっても、ダイヤフラム２１を支持する面積は角柱の方が大きくなるため、外部からの圧力に応じて歪むダイヤフラム２１の面積が減少する。よって、図６に示すように、円柱の支柱２６を設けた半導体圧力センサ１１と比較して、角柱の支柱２６を設けた本実施形態の半導体圧力センサ１２の方が、若干大きい圧力レンジを測定することが可能となる。
【００４６】
本実施形態においても角柱の支柱２６を設けることによりダイヤフラム２１を撓みにくくして測定可能な圧力レンジを大きくすることができる。そして、ダイヤフラム２１の辺の長さに対する支柱２６の直径の比率を０．３より大きくすることにより、圧力レンジが急激に増大する傾向を示し、５００ｋＰａ以上の高圧の圧力レンジを測定可能とすることができる。
【００４７】
なお、外部から高い圧力が加えられた際に、角柱の支柱２６の角部近傍におけるダイヤフラム２１に応力が集中し易くなる。本実施形態において、図５に示すように、角柱の支柱２６の各辺とピエゾ抵抗素子３１とが平面的に見て対向して設けられている。これにより、角柱の支柱２６の角部がピエゾ抵抗素子３１から離れて配置されるため、ピエゾ抵抗素子３１の近傍のダイヤフラム２１に応力が集中することを防止することができる。よって、ピエゾ抵抗素子３１の近傍のダイヤフラム２１を歪みにくくして、高圧の圧力レンジを確実に測定することができる。
【００４８】
図７は第１の実施形態の半導体圧力センサの製造方法を説明するための工程図である。図７（ａ）〜図７（ｄ）の各図は、図２に示す半導体圧力センサ１１の断面図と同じ箇所を示す断面図である。
【００４９】
図７（ａ）の工程では、まず、第１のシリコン基板４１と第２のシリコン基板４２とが絶縁層４３を介して貼り合わされたＳＯＩ基板４０を用意する。第１のシリコン基板４１の厚さは、２μｍ〜１０μｍ程度、より好ましくは４．０〜５．０μｍ程度である。また、絶縁層４３の厚さは、０．３μｍ程度である。
【００５０】
次に、図７（ｂ）の工程で、第１のシリコン基板４１の表面に複数のピエゾ抵抗素子３１を形成する。そして、配線層３２及び接続パッド３５（図７（ｂ）には図示しない）を形成して複数のピエゾ抵抗素子３１を電気的に接続してブリッジ回路を構成する。第１のシリコン基板４１の表面は、酸化膜（ＳｉＯ２）や窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）等からなる保護層２８によって覆われて、機械的な損傷や、水分などの侵入を抑制し、半導体圧力センサ１１を保護する。
【００５１】
図７（ｂ）に示すように、ダイヤフラム２１を形成する際のエッチング用のマスクとして、第２のシリコン基板４２にレジスト４８が設けられる。レジスト４８は、支柱２６及び固定部２２を形成する箇所に設けられる。そして、図７（ｃ）の工程で、レジスト４８をマスクにして、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）などにより第２のシリコン基板４２をエッチングする。ＲＩＥ用のガスとしては、例えばＣ４Ｆ８、ＳＦ６などを用いることができる。第２のシリコン基板４２のエッチングが進み絶縁層４３まで到達すると絶縁層４３がエッチングストッパーとなってエッチングの進行が抑えられる。これにより第２のシリコン基板４２の一部から支柱２６が形成されるとともに、支柱２６と固定部２２との間にキャビティ部２４が形成される。そして、キャビティ部２４の上面において第１のシリコン基板４１、絶縁層４３等からなるダイヤフラム２１が形成される。
【００５２】
次に、図７（ｄ）に示す工程で、第２のシリコン基板４２の下面からレジスト４８を除去する。そして、第２のシリコン基板４２の下面に、真空状態でベース基板４５を接合する。これにより、ダイヤフラム２１とベース基板４５との間のキャビティ部２４が真空室となり、絶対圧センサ構造が得られる。
【００５３】
本実施形態の半導体圧力センサ１１の製造方法によれば、図７（ｃ）の工程で、ダイヤフラム２１と支柱２６とが同じエッチング工程で形成されるため、支柱２６を設けるための工程を追加することなく、エッチングマスクの変更のみで支柱２６を形成することができる。すなわち、ダイヤフラム２１の大きさを小さくするとともにピエゾ抵抗素子３１や配線層３２の設計を変更する必要がなく、または、ＳＯＩ基板４０の設計から変更して第１のシリコン基板４１の厚さを厚くする必要がないため、製造コストの増大を抑制することができる。
【００５４】
また、図７（ｃ）の工程でエッチングマスクを変更するのみで、支柱２６の中心２６ａからダイヤフラム２１の外周２１ａまでの距離に対する、支柱２６の中心２６ａから支柱２６の外周までの距離の比率を０．３より大きく形成することができる。よって、支柱２６が設けられていない低圧用の半導体圧力センサの構造を基本として、設計変更の工数の増大を抑制して容易に高圧の圧力レンジを測定可能とすることができる。
【符号の説明】
【００５５】
１１、１２、１３  半導体圧力センサ
２１  ダイヤフラム
２１ａ  ダイヤフラムの外周
２２  固定部
２４  キャビティ部
２６  支柱
２６ａ  支柱の中心
３１  ピエゾ抵抗素子
３２  配線層
３５  接続パッド
４０  ＳＯＩ基板
４１  第１のシリコン基板（一方のシリコン基板）
４２  第２のシリコン基板（他方のシリコン基板）
４３  絶縁層
４５  ベース基板
４８  レジスト
Ｌ１  支柱の中心から支柱の外周までの距離
Ｌ２  支柱の中心からダイヤフラムの外周までの距離
Ｌ３  ダイヤフラムの辺の長さ
Ｄ１  支柱の直径（円柱直径）
Ｄ２  支柱の直径（角柱直径）
【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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