(57)【要約】【課題】  ２つの空間の差圧を測定可能な半導体センサを提供する。【解決手段】  半導体センサは、半導体基板と、半導体基板に接合されている受圧部材を備えている。半導体基板の受圧部材との接合面には、半導体結晶が歪むことによって電気抵抗が変化するゲージ部が形成されている。半導体基板と受圧部材の間には、両者に囲まれた封止空間が形成されている。また、半導体基板又は受圧部材の表面から伸びて封止空間に達する連通孔が形成されている。【選択図】  図１
2008196960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
半導体基板に接合されている受圧部材を備えており、
半導体基板の受圧部材との接合面には、半導体結晶が歪むことによって電気抵抗が変化するゲージ部が形成されており、
半導体基板と受圧部材の間には、両者に囲まれた封止空間が形成されており、
半導体基板又は受圧部材の表面から伸びて封止空間に達する連通孔が形成されていることを特徴とする半導体センサ。
【請求項２】
前記連通孔は、前記半導体基板に形成されており、前記半導体基板の反受圧部材側の表面から前記封止空間まで伸びていることを特徴とする請求項１の半導体センサ。
【請求項３】
前記連通孔は、前記受圧部材に形成されており、前記受圧部材の反半導体基板側の表面から封止空間まで伸びていることを特徴とする請求項１の半導体センサ。
【請求項４】
前記連通孔は、前記半導体基板の受圧部材側の表面及び／又は前記受圧部材の半導体基板側の表面に形成された溝によって形成されていることを特徴とする請求項１の半導体センサ。
【請求項５】
前記封止空間に面する前記受圧部材の表面範囲と、前記ゲージ部に面する前記受圧部材の表面範囲が、互いに隣接することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の半導体センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体結晶を利用する半導体センサに関する。特に、半導体結晶のピエゾ抵抗効果を利用する半導体センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体結晶を利用する半導体センサが開発されている。例えば特許文献１には、半導体結晶のピエゾ抵抗効果を利用した力センサが開示されている。特許文献１の力センサは、半導体基板と、半導体基板に接合されている受圧部材を備えている。半導体基板の受圧部材との接合面には、半導体結晶が歪むことによって電気抵抗が変化するゲージ部が形成されている。この半導体センサでは、受圧部材に押圧力が加えられると、半導体基板に形成されたゲージ部が歪み、ゲージ部の電気抵抗が変化する。ゲージ部はホイートストンブリッジを構成しており、ゲージ部に一定電流を通電するか一定電圧を印加しておくことによって、押圧力に応じた出力信号を得られるようになっている。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２７１３６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の力センサは、十分な圧縮破壊強度を有しており、例えばエンジンのシリンダ内に配置して、シリンダ内の燃焼圧を測定することができる。しかしながら、特許文献１の力センサは、単体では、２つの空間の差圧を測定することはできない。２つの空間の差圧を測定するためには、２つの力センサを用意し、各空間の圧力のそれぞれを測定する必要がある。２つの空間の差圧を測定可能な半導体センサが必要とされている。
本発明は、上記の課題を解決する。本発明は、２つの空間の差圧を測定可能な半導体センサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によって具現化される半導体センサは、半導体基板と、半導体基板に接合されている受圧部材を備えている。半導体基板の受圧部材との接合面には、半導体結晶が歪むことによって電気抵抗が変化するゲージ部が形成されている。半導体基板と受圧部材の間には、両者に囲まれた封止空間が形成されている。また、半導体基板又は受圧部材の表面から伸びて封止空間に達する連通孔が形成されている。
ここでいう半導体基板や受圧部材の表面とは、それらの表側表面、裏側表面、側面等のすべての露出面を含む。
【０００６】
この半導体センサでは、封止空間に連通孔を通じて低圧又は高圧のガスを導入し、封止空間の圧力を雰囲気よりも低圧又は高圧に調整することができる。封止空間は半導体基板と受圧部材に囲まれているので、封止空間と雰囲気との差圧に応じた力が、受圧部材と半導体基板との間に作用する。例えば封止空間を雰囲気よりも低圧にすれば、その差圧に応じた力によって、受圧部材が半導体基板へ接近する方向に押される。逆に、封止空間を雰囲気よりも高圧にすれば、その差圧に応じた力によって、受圧部材が半導体基板から離反する方向に押される。
受圧部材に力が加えられると、半導体基板のゲージ部が歪み、その電気抵抗が変化する。このときの電気抵抗の変化量は、封止空間と雰囲気との差圧に対応する。そのことからゲージ部の電気抵抗を測定することによって、封止空間と雰囲気との差圧を測定することができる。例えば、この半導体センサを第１の空間に配置するとともに、第２の空間に接続された管路を連通孔に接続することによって、第１の空間と第２の空間の差圧を測定することができる。
この半導体センサによれば、２つの空間の圧力をそれぞれ測定することなく、２つの空間の差圧を測定することができる。
【０００７】
上記の半導体センサでは、連通孔を半導体基板に形成することができる。この場合、連通孔は、半導体基板の反受圧部材側の表面から封止空間まで伸びていることが好ましい。
それにより、半導体センサを第１の空間に配置した状態で、第２の空間に接続された管路を連通孔に接続しやすい。
【０００８】
あるいは、連通孔を受圧部材に形成してもよい。この場合、連通孔は、受圧部材の反半導体基板側の表面から封止空間まで伸びていることが好ましい。
この構成によっても、半導体センサを第１の空間に配置した状態で、第２の空間に接続された管路を連通孔に接続しやすい。
【０００９】
上記の半導体センサでは、半導体基板の受圧部材側の表面及び／又は受圧部材の半導体基板側の表面に溝を形成することによって、連通孔を形成することもできる。
この手法によると、半導体基板や受圧部材に貫通孔を形成することなく、封止空間に連通する連通孔を形成することができる。
【００１０】
上記の半導体センサでは、封止空間に面する受圧部材の表面範囲と、ゲージ部に面する受圧部材の表面範囲が、互いに隣接していることが好ましい。
この半導体センサでは、封止空間と雰囲気との差圧に起因する力が、受圧部材とゲージ部との接触圧によく反映される。受圧部材とゲージ部との接触圧が、封止空間と雰囲気との差圧に応じて顕著に変化することから、封止空間と雰囲気との差圧を感度よく測定することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、２つの半導体センサを用いることなく、２つの空間の差圧を測定することが可能となる。また、本発明の半導体センサは、一方の空間の圧力が既知であれば、他方の空間の圧力を測定することもできる。あるいは、外部から受圧部材に加えられた力を測定することもできる。この場合、後記するように、封止空間の圧力を調整することによって、外部から受圧部材に加えられた力の測定範囲を調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
最初に、以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。
（特徴１）  半導体基板は単結晶シリコンであり、（１１０）結晶面を主表面に用いる。半導体基板の主表面には、受圧部材が接合されているとともに、ゲージ部が形成されている。
（特徴２）  半導体基板は第１導電型であり、ゲージ部は第２導電型である。
（特徴３）  半導体基板の主表面には、ゲージ部に電気的に接続している一対の電極が設けられている。
（特徴４）  半導体基板に形成された連通孔は、半導体基板に対して垂直に伸びている。
【実施例】
【００１３】
（実施例１）
図１〜図４を参照して、実施例１の半導体センサ１０を説明する。図１は、半導体センサ１０の斜視図を示している。図２は、半導体センサ１０の上面図を示している。図３は、図２中のIII−III線断面図を示している。図４は、図２中のIV−IV線断面図を示している。半導体センサ１０は、半導体基板２０と、半導体基板２０の主表面２０ａに接合されている受圧部材１２を備えている。半導体基板２０の主表面２０ａには、歪むことによって電気抵抗が変化するゲージ部２８と、ゲージ部２８に電気的に接続している一対の電極１４、１６が形成されている。半導体基板２０と受圧部材１２の間には、半導体基板２０と受圧部材１２に囲まれた封止空間４０が形成されている。半導体基板２０には、露出している半導体基板２０の裏側表面２０ｂから伸びて封止空間４０に達する連通孔４２が形成されている。
【００１４】
半導体基板２０は、ｎ型の単結晶シリコンである。半導体基板２０の主表面２０ａ（以下、基板主表面２０ａと記すことがある）は、（１１０）結晶面である。また、基板主表面２０ａでは、その長手方向が＜１１０＞方向となっており、長手方向に直交する幅方向が＜１００＞方向となっている。
【００１５】
基板主表面２０ａには、一対の電極配置部２２、２４と、周壁部２６と、ゲージ部２８が形成されている。一対の電極配置部２２、２４と周壁部２６とゲージ部２８は、基板主表面２０ａの他の部分に対して、１〜４μｍの高さでメサ状に突出している。電極配置部２２、２４と周壁部２６とゲージ部２８は、例えばドライエッチングによって形成することができる。なお、基板主表面２０ａは、シリコン酸化膜（図示省略）によって被覆されている。
一対の電極配置部２２、２４は、基板主表面２０ａの長手方向の両側に分かれて配置されている。一対の電極配置部２２、２４は、受圧部材１２が接合されない範囲に形成されている。即ち、一対の電極配置部２２、２４は、受圧部材１２の両側に分かれて位置している。一対の電極配置部２２、２４の上には、一対の電極１４、１６がそれぞれ配置されている。一対の電極１４、１６は、金属材料で形成されている。電極１４、１６を形成する金属は特に限定されないが、本実施例（および他の実施例についても）ではアルミニウムを使用している。
周壁部２６は、一対の電極配置部２２、２４の間に位置している。周壁部２６は、四角形状に周回する壁状に形成されており、周壁部２６の内側に封止空間４０を構成する凹形状の基板主表面２０ａが形成されている。周壁部２６の頂面には、その全周に亘って受圧部材１２が接合されており、周壁部２６が取り囲む空間によって２つの封止空間４０が形成されている。
【００１６】
ゲージ部２８は、基板主表面２０ａの幅方向の略中央の位置で、基板主表面２０ａの長手方向に伸びている。ゲージ部２８は、一対の電極配置部２２、２４を互いに接続するとともに、周壁部２６が取り囲む空間を通過している。ゲージ部２８と周壁部２６は同じ高さで形成されており、ゲージ部２８にも受圧部材１２が接合されている。ゲージ部２８は、２つの封止空間４０の間に位置しており、２つの封止空間４０を区分する隔壁となっている。即ち、２つの封止空間４０が、ゲージ部２８に両側から隣接している。
ゲージ部２８は、半導体基板２０にｐ型不純物を導入したｐ型半導体領域である。ゲージ部２８に導入するｐ型不純物には、例えばボロンを使用することができる。ゲージ部２８は導電性を有するとともに、歪むことによって電気抵抗が変化する。この電気抵抗の変化は、ピエゾ抵抗効果に起因する。特に、不純物にボロンを使用する場合、その不純物濃度を１０18ｃｍ-3のオーダー若しくは１０21ｃｍ-3のオーダーとすると、定電流動作させたときに良好な感度を得ることができる。ゲージ部２８は、一対の電極１４、１６と電気的に接続されている。ｐ型のゲージ部２８は、ｐｎ接合によって、ｎ型の半導体基板２０から実質的に絶縁されている。
【００１７】
受圧部材１２は、直方体形状を有しており、ガラス材料で形成されている。受圧部材１２の下側表面１２ａ（図３、図４参照）は、基板主表面２０ａの周壁部２６とゲージ部２８に接合されている。受圧部材１２の下側表面１２ａと基板主表面２０ａは気密（液密）に接合されており、封止空間４０が受圧部材１２と半導体基板２０の間を通じて外部と連通することはない。受圧部材１２の下側表面１２ａと基板主表面２０ａは、例えば静電接合によって強固に接合することができる。
封止空間４０は、半導体基板２０に形成されている連通孔４２を通じて外部と連通している。連通孔４２は、半導体基板２０に対して略垂直に伸びている。なお、本実施例の半導体センサ１０では、２つの封止空間４０が互いに独立していることから、それぞれの封止空間４０に対して連通孔４２が形成されている。
【００１８】
半導体センサ１０では、封止空間４０に連通孔４２を通じて低圧又は高圧のガスを導入し、封止空間４０の圧力を雰囲気よりも低圧又は高圧に維持することができる。封止空間４０は、受圧部材１２の下側表面１２ａに面している。従って、封止空間４０内を雰囲気よりも低圧にすれば、その差圧に応じた力によって、受圧部材１２は半導体基板２０に接近する方向に押される。逆に、封止空間４０内を雰囲気よりも高圧にすれば、その差圧に応じた力によって、受圧部材１２は半導体基板２０から離反する方向に押される。
【００１９】
受圧部材１２に力が加えられると、受圧部材１２の下側表面１２ａに接合されているゲージ部２８は変形する。先に説明したように、ゲージ部２８は、変形ないし歪むことによって電気抵抗が変化する。ゲージ部２８の電気抵抗の変化量は、ゲージ部２８の変形量に対応することから、ゲージ部２８の電気抵抗の変化量は、封止空間４０と雰囲気との差圧に対応する。従って、ゲージ部２８の電気抵抗を測定することにより、封止空間４０と雰囲気との差圧を測定することができる。例えば、半導体センサ１０を自動車の燃料タンク（図示省略）内に配置するとともに、封止空間４０に大気圧を導入することによって、燃料タンク内の圧力と大気圧との差圧を測定することができる。なお、ゲージ部２８の電気抵抗を測定するためには、一対の電極１４、１６間に一定電流を通電し、一対の電極１４、１６間の電圧値を測定すればよい。あるいは、一対の電極１４、１６間に一定電圧を印加し、一対の電極１４、１６間を流れる電流値を測定してもよい。
図４に示すように、受圧部材１２の下側表面１２ａでは、封止空間４０に面する範囲Ｘが、ゲージ部２８に面する範囲Ｙに隣接している。それにより、封止空間４０と雰囲気との差圧に起因する力が、受圧部材１２とゲージ部２８との接触圧によく反映される。受圧部材１２とゲージ部２８との接触圧が、封止空間４０と雰囲気との差圧に応じて顕著に変化することから、封止空間４０と雰囲気との差圧を感度よく測定することができる。
【００２０】
図５は、半導体センサ１０を用いた差圧センサのパッケージ例を示している。図５に示す差圧センサ５０は、第１空間（例えば自動車の燃料タンク）の圧力Ｐ１と第２空間（例えば大気中）の圧力Ｐ２の差圧Ｐ１−Ｐ２を測定することができる。
図５に示すように、差圧センサ５０は、半導体センサ１０と、半導体センサ１０を収容するケース５２を備えている。ケース５２は、半導体センサ１０を固定したハーメチック端子５４と、ハーメチック端子５４に被せられたキャップ部材５６を備えている。ハーメチック端子５４とキャップ部材５６は、気密に接合されている。
ハーメチック端子５４には、少なくとも一対の端子ピン６０、６２と、貫通孔６４が設けられている。一方の端子ピン６０は、電線７０を用いて半導体センサ１０の一方の電極１４にワイヤボンディングされている。また、他方の端子ピン６２は、電線７２を用いて半導体センサ１０の他方の電極１６にワイヤボンディングされている。半導体基板１２の裏側表面１２ｂは、ハーメチック端子５４に気密に接合されている。貫通孔６４は、半導体センサ１０の連通孔４２に連通しているとともに、ケース５２内の空間とは遮蔽されている。貫通孔６４には、第２空間（例えば大気中）に接続された配管６６が接続される。
キャップ部材５６には、貫通孔７４が形成されている。貫通孔７４は、ケース５２内の空間に連通している。貫通孔７４には、第１空間（例えば燃料タンク）に接続された配管７６が接続されている。
【００２１】
以上の構成により、差圧センサ５０では、ケース５２内が第１空間の圧力Ｐ１となり、半導体センサ１０の封止空間４０が第２空間の圧力Ｐ２となる。半導体センサ１０では、第１空間の圧力Ｐ１と第２空間の圧力Ｐ２との差圧に応じた力（Ｐ１−Ｐ２）・Ｓ１が、受圧部材１２に加えられる。ここで、Ｓ１は、受圧部材１２の下側表面１２ａの、２つの封止空間４０に面する範囲の面積である。本実施例では、それぞれの封止空間４０の長手方向の寸法が０．８ｍｍであり、幅寸法の寸法が０．４ｍｍであり、面積Ｓ１＝（０．８×０．４）×２＝０．６４ｍｍ2となっている。なお、ゲージ部２８の幅寸法は、０．０２ｍｍとなっている。ゲージ部２８の電気抵抗は、受圧部材１２に加えられている力（Ｐ１−Ｐ２）・Ｓ１に応じて変化する。従って、一対の端子ピン６０、６２間の電気抵抗を測定することにより、第１空間の圧力Ｐ１と第２空間の圧力Ｐ２との差圧を測定することができる。実施例１の半導体センサ１０によれば、第１空間の圧力Ｐ１と第２空間の圧力Ｐ２をそれぞれ測定する必要がなく、両者の差圧を直接的に測定することができる。ここで、封止空間４０の長手方向や幅寸法に比して、ゲージ部２８の幅寸法を小さくするほど、半導体センサ１０の感度を向上させることができる。
【００２２】
半導体センサ１０は、図５に示す差圧センサのみならず、力センサとして使用することもできる。即ち、測定する力を受圧部材１２に加えるとともに、ゲージ部２８の電気抵抗を測定することによって、受圧部材１２に加えている力を測定することができる。
半導体センサ１０では、上記した力の測定時に、封止空間４０内の圧力を雰囲気の圧力と相違させることができる。先に説明したように、封止空間４０内の圧力を雰囲気の圧力と相違させると、その差圧に応じた力が受圧部材１２に加えられる。そのことから、封止空間４０内の圧力を調整することによって、力を測定する際の基準点（ゼロ点）を調整することができる。それにより、様々な大きさの力を、ゲージ部２８の電気抵抗が比較的に大きく変化する範囲（即ち、分解能が高い範囲）で測定することが可能となる。例えば、比較的に大きな力を測定する場合には、封止空間４０内の圧力を雰囲気よりも高圧にすればよく、比較的に小さな力を測定する場合には、封止空間４０内の圧力を雰囲気よりも低圧にすればよい。測定する力の大きさは、ゲージ部２８の電気抵抗と封止空間４０に与えた差圧に基づいて、算出することができる。あるいは、封止空間４０内の圧力を雰囲気よりも高圧にすることによって、本来であれば測定不能となるような非常に大きな力を測定することも可能となる。このように、半導体センサ１０は、測定する力の大きさに応じて、その測定レンジを調整することができる。それにより、同一に設計された半導体センサ１０を、様々な大きさの力を測定する力センサに採用することができる。
【００２３】
（実施例２）
図６は、実施例２の半導体センサ１１０を示している。実施例２の半導体センサ１１０は、実施例１の半導体センサ１０の一部を改変したものである。図６に示すように、実施例２の半導体センサ１１０では、受圧部材１２の上側表面１２ｂから封止空間４０に伸びる連通孔１４２が形成されている。連通孔１４２は、露出している受圧部材１２の上側表面１２ｂから垂直に伸びている。その一方において、実施例２の半導体センサ１１０では、実施例１の半導体センサ１０とは異なり、半導体基板２０に連通孔４２が形成されていない。このように、実施例２の半導体センサ１１０は、実施例１との半導体センサ１１０と比較して、連通孔１４２の形成位置が変更されている。なお、その他の構成については、図１〜図４に示す実施例１の半導体センサ１０と同様である。
【００２４】
実施例２の半導体センサ１１０においても、実施例１の半導体センサ１０と同様に、封止空間４０に連通孔１４２を通じて低圧又は高圧のガスを導入し、封止空間４０の圧力を雰囲気よりも低圧又は高圧に調整することができる。受圧部材１２は、封止空間４０と雰囲気との差圧に応じた力を受け、ゲージ部２８を変形させる。その結果、ゲージ部２８の電気抵抗は、封止空間４０と雰囲気との差圧に応じて変化する。一対の電極１４、１６間の電気抵抗を測定することにより、封止空間４０と雰囲気との差圧を測定することができる。
受圧部材１２は、上側表面１２ｂのみならず、４つの側面も露出している。そのことから、連通孔１４２を、受圧部材１２の側面から封止空間４０に斜めに伸びるように形成してもよい。
【００２５】
図７は、半導体センサ１１０を用いた差圧センサのパッケージ例を示している。図７に示す差圧センサ１５０は、第１空間（例えば自動車の燃料タンク）に配置され、第１空間の圧力Ｐ１と第２空間（例えば大気中）の圧力Ｐ２の差圧Ｐ１−Ｐ２を測定することができる。
図７に示すように、差圧センサ１５０は、半導体センサ１１０と、半導体センサ１１０を固定したハーメチック端子１５４を備えている。
ハーメチック端子１５４には、少なくとも一対の端子ピン１６０、１６２が設けられている。一方の端子ピン１６０は、電線１７０を用いて、半導体センサ１１０の一方の電極１４にワイヤボンディングされている。また、他方の端子ピン１６２は、電線１７２を用いて、半導体センサ１１０の他方の電極１６にワイヤボンディングされている。
半導体センサ１１０の受圧部材１２の連通孔１４２には、管状部材１６６が接続されている。管状部材１６６と連通孔１４２は、シール材１７０によって気密に接続されている。管状部材１６６には、第２空間に接続された配管１６８が接続されている。
【００２６】
以上の構成により、差圧センサ１５０では、第１空間の圧力Ｐ１と第２空間の圧力Ｐ２との差圧に応じた力（Ｐ１−Ｐ２）・Ｓ２が、受圧部材１２に加えられる。ここで、Ｓ２は、受圧部材１２の下側表面１２ａの、２つの封止空間４０が面する範囲の面積である。この面積Ｓ２は、実施例１で説明した面積Ｓ１と比較して、連通孔１４２の断面積だけ小さくなる。ゲージ部２８の電気抵抗は、受圧部材１２に加えられた力（Ｐ１−Ｐ２）・Ｓ２に応じて変化する。従って、一対の端子ピン１６０、１６２間の電気抵抗を測定することにより、第１空間の圧力Ｐ１と第２空間の圧力Ｐ２との差圧を測定することができる。実施例２の半導体センサ１１０によれば、第１空間の圧力Ｐ１と第２空間の圧力Ｐ２をそれぞれ測定する必要がなく、両者の差圧を直接的に測定することができる。
【００２７】
（実施例３）
図８〜図１０を参照して、実施例３の半導体センサ２１０を説明する。図８は、半導体センサ２１０の斜視図を示している。図９は、半導体センサ２１０の上面図を示している。図１０は、図９中のX−X線断面図を示している。半導体センサ２１０は、半導体基板２２０と、半導体基板２２０の主表面２２０ａに接合されている受圧部材２１２を備えている。半導体基板２２０の主表面２２０ａには、歪むことによって電気抵抗が変化するゲージ部２２８と、ゲージ部２２８に電気的に接続している一対の電極２１４、２１６が形成されている。半導体基板２２０と受圧部材２１２の間には、半導体基板２２０と受圧部材２１２に囲まれた封止空間２４０が形成されている。半導体基板２２０には、露出している半導体基板２２０の裏側表面２２０ｂから伸びて封止空間２４０に達する連通孔２４２が形成されている。
【００２８】
半導体基板２２０は、ｎ型の単結晶シリコンである。半導体基板２２０の主表面２２０ａ（以下、基板主表面２２０ａと記すことがある）は、（１１０）結晶面である。基板主表面２２０ａでは、その長手方向が＜１１０＞方向となっており、長手方向に直交する幅方向が＜１００＞方向となっている。
基板主表面２２０ａには、２つの凹部２２６と、２つの凹部２２６の間に伸びるゲージ部２２８と、ゲージ部２２８の両端に位置する一対の電極２１４、２１６が設けられている。２つの凹部２２６は、基板主表面２２０ａの他の部分に対して、１〜４μｍの深さで沈下している。それぞれの凹部２２６は、受圧部材２１２の下側表面２１２ａと対向しており、封止空間２４０を形成している。２つの凹部２２６は、例えばドライエッチングによって形成することができる。基板主表面２２０ａは、シリコン酸化膜（図示省略）によって被覆されている。
【００２９】
ゲージ部２２８は、半導体基板２２０にｐ型不純物を導入したｐ型半導体領域である。
ゲージ部２２８は、基板主表面２２０ａの幅方向の略中央の位置で、基板主表面２２０ａの長手方向に伸びている。ゲージ部２２８は、導電性を有するとともに、歪むことによって電気抵抗が変化する。ゲージ部２２８の両端は、一対の電極２１４、２１６に電気的に接続されている。ゲージ部２２８には、２つの封止空間２４０が両側から隣接している。
【００３０】
受圧部材２１２は、直方体形状を有しており、ガラス材料で形成されている。受圧部材２１２の下側表面２１２ａは、基板主表面２２０ａの２つの凹部２２６を覆うように、基板主表面２２０ａに接合されている。受圧部材２１２の下側表面２１２ａと基板主表面２２０ａは、気密（液密）に接合されている。受圧部材２１２の下側表面２１２ａでは、封止空間２４０に面する範囲が、ゲージ部２２８に面する範囲に隣接している。
封止空間２４０は、半導体基板２２０に形成されている連通孔２４２を通じて外部と連通している。なお、本実施例の半導体センサ２１０では、２つの封止空間２４０が互いに独立していることから、それぞれの封止空間２４０に対して連通孔２４２が形成されている。
【００３１】
実施例３の半導体センサ２１０においても、実施例１の半導体センサ１０と同様に、封止空間２４０に連通孔２４２を通じて低圧又は高圧のガスを導入し、封止空間２４０の圧力を雰囲気よりも低圧又は高圧に維持することができる。受圧部材２１２は、封止空間２４０と雰囲気との差圧に応じた力を受け、ゲージ部２２８を変形させる。その結果、ゲージ部２２８の電気抵抗は、封止空間２４０と雰囲気との差圧に応じて変化する。一対の電極２１４、２１６間の電気抵抗を測定することにより、封止空間２４０と雰囲気との差圧を測定することができる。実施例３の半導体センサ２１０は、実施例１の半導体センサ１０に替えて、図５に示す差圧センサ５０に用いることができる。半導体センサ２１０を用いた差圧センサ５０によっても、第１空間と第２空間の差圧Ｐ１−Ｐ２を測定することができる。
【００３２】
（実施例４）
図１１〜図１３を参照して、実施例４の半導体センサ３１０を説明する。図１１は、半導体センサ３１０の斜視図を示している。図１２は、半導体センサ３１０の上面図を示している。図１３は、図１２中のXIII−XIII線断面図を示している。半導体センサ３１０は、半導体基板３２０と、半導体基板３２０の主表面３２０ａに接合されている受圧部材３１２を備えている。半導体基板３２０の主表面３２０ａには、歪むことによって電気抵抗が変化するゲージ部３２８と、ゲージ部３２８に電気的に接続している４つの電極３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃ、３１４ｄが形成されている。半導体基板２０と受圧部材１２の間には、半導体基板３２０と受圧部材３１２に囲まれた封止空間３４０が形成されている。半導体基板３２０には、露出している半導体基板３２０の裏側表面３２０ｂから伸びて封止空間３４０に達する連通孔３４２が形成されている。
【００３３】
半導体基板３２０は、ｎ型の単結晶シリコンである。半導体基板３２０の主表面３２０ａ（以下、基板主表面３２０ａと記すことがある）は、（１１０）結晶面である。また、基板主表面３２０ａは略正方形であり、対向する一対の辺が＜１１０＞方向に伸びており、対向する他の一対の辺が＜１００＞方向に伸びている。
【００３４】
基板主表面３２０ａには、４つの電極配置部３２２ａ、３２２ｂ、３２２ｃ、３２２ｄと、４つのリード部３２６ａ、３２６ｂ、３２６ｃ、３２６ｄと、ゲージ部３２８が形成されている。４つの電極配置部３２２ａ〜３２２ｄと４つのリード部３２６ａ〜３２６ｄとゲージ部３２８は、基板主表面３２０ａの他の部分に対して、１〜４μｍの高さでメサ状に突出している。これらは、例えばドライエッチングによって形成することができる。なお、基板主表面３２０ａは、シリコン酸化膜（図示省略）によって被覆されている。
４つの電極配置部３２２ａ〜３２２ｄは、基板主表面３２０ａの周縁に沿って形成されている。４つの電極配置部３２２ａ〜３２２ｄは、受圧部材３１２が接合されない範囲に形成されている。即ち、４つの電極配置部３２２ａ〜３２２ｄは、受圧部材３１２の周囲に位置している。４つの電極配置部３２２ａ〜３２２ｄの上には、４つの電極３１４ａ〜３１４ｄがそれぞれ形成されている。
【００３５】
ゲージ部３２８は、基板主表面３２０ａの略中央の位置で四角形状に周回しており、封止空間３４０を取り囲んでいる。ゲージ部３２８の対向する一対の辺部分は＜１１０＞方向に伸びており、対向する他の一対の辺部分は＜１００＞方向に伸びている。ゲージ部３２８には、受圧部材３１２が接合されている。
ゲージ部３２８は、半導体基板３２０にｐ型不純物を導入したｐ型半導体領域である。ゲージ部３２８は、導電性を有するとともに、歪むことによって電気抵抗が変化する。このときの電気抵抗の変化量は、＜１１０＞方向に伸びる辺部分と、＜１００＞方向に伸びる辺部分で相違する。ゲージ部３２８は、それぞれの辺部分が抵抗器として機能するホイートストンブリッジを構成している。
４つのリード部３２６ａ〜３２６ｄは、ゲージ部３２８の４つの角部と４つの電極配置部３２２ａ〜３２２ｄとの間にそれぞれ形成されている。リード部３２６ａ〜３２６ｄは、ゲージ部３２８と同じｐ型半導体領域である。それぞれのリード部３２６ａ〜３２６ｄは、ゲージ部３２８の１つの角部を、１つの電極３１４ａ〜３１４ｄに電気的に接続している。
【００３６】
受圧部材３１２は、直方体形状を有しており、ガラス材料で形成されている。受圧部材３１２は、その下側表面３１２ａが、基板主表面３２０ａのゲージ部３２８とリード部３２２ａ〜３２２ｂの一部に接合されている。受圧部材３１２の下側表面３１２ａとゲージ部３２８は気密に接合されており、封止空間３４０が受圧部材３１２と半導体基板３２０の間を通じて外部と連通することはない。
封止空間３４０は、半導体基板３２０に形成されている連通孔３４２を通じて外部と連通している。
【００３７】
実施例４の半導体センサ３１０においても、実施例１の半導体センサ１０と同様に、封止空間３４０に連通孔３４２を通じて低圧又は高圧のガスを導入し、封止空間３４０の圧力を雰囲気よりも低圧又は高圧に維持することができる。受圧部材３１２は、封止空間３４０と雰囲気との差圧に応じた力を受け、ゲージ部３２８を変形させる。その結果、ゲージ部３２８の電気抵抗は、封止空間３４０と雰囲気との差圧に応じて変化する。ゲージ部３２８の電気抵抗の変化量は、＜１１０＞方向に伸びる辺部分と、＜１００＞方向に伸びる辺部分で相違する。ゲージ部３２８はホイートストンブリッジを構成しているので、一対の電極３１４ａ、３１４ｃ間に一定電流を通電（あるいは一定電圧を印加）しておくと、他の一対の電極３１４ｂ、３１４ｄ間の電圧が、封止空間３４０と雰囲気との差圧に応じて変化する。従って、一対の電極３１４ｂ、３１４ｄ間の電圧値を測定することによって、封止空間３４０と雰囲気との差圧を測定することができる。例えば、半導体センサ３１０を第１空間（例えば燃料タンク）に配置するとともに、封止空間３４０を第２空間（例えば大気中）に接続することによって、第１空間と第２空間の差圧を測定することができる。
【００３８】
（実施例５）
図１４、図１５を参照して、実施例５の半導体センサ４１０を説明する。図１４は、半導体センサ４１０の上面図を示している。図１５は、図１４中のXV−XV線断面図を示している。半導体センサ４１０は、半導体基板４２０と、半導体基板４２０の主表面４２０ａに接合されている受圧部材４１２を備えている。半導体基板４２０の主表面４２０ａには、歪むことによって電気抵抗が変化する４つのゲージ部４２８ａ、４２８ｂ、４２８ｃ、４２８ｄと、４つのゲージ部４２８ａ〜４２８ｄに電気的に接続している４つの電極４１４ａ、４１４ｂ、４１４ｃ、４１４ｄが形成されている。半導体基板４２０と受圧部材４１２の間には、半導体基板４２０と受圧部材４１２に囲まれた封止空間４４０が形成されている。半導体基板４２０には、露出している半導体基板４２０の裏側表面４２０ｂから封止空間４４０に伸びる連通孔４４２が形成されている。
【００３９】
半導体基板４２０は、ｎ型のシリコン単結晶である。半導体基板４２０の主表面４２０ａ（以下、基板主表面４２０ａと記すことがある）は、（１１０）結晶面である。また、基板主表面４２０ａは略正方形であり、対向する一対の辺が＜１１０＞方向に伸びており、対向する他の一対の辺が＜１００＞方向に伸びている。
【００４０】
基板主表面４２０ａには、開口形状が略円形の凹部４２６と、凹部４２６の周縁から中心に向けて張り出している４つのゲージ形成部４２７ａ、４２７ｂ、４２７ｃ、４２７ｄと、凹部４２６の周囲に配置された４つの電極４１４ａ、４１４ｂ、４１４ｃ、４１４ｄが設けられている。凹部４２６は、基板主表面４２０ａの他の部分に対して、１〜４μｍの深さで沈下している。凹部４２６は、例えばドライエッチングによって形成することができる。凹部４２６は、受圧部材４１２の下側表面４１２ａと対向しており、封止空間４４０を形成している。基板主表面４２０ａは、シリコン酸化膜（図示省略）によって被覆されている。
【００４１】
４つのゲージ部４２８ａ〜４２８ｄは、半導体基板４２０にｐ型不純物を導入したｐ型半導体領域である。それぞれのゲージ部４２８ａ〜４２８ｄは、導電性を有するとともに、歪むことによって電気抵抗が変化する。このときの電気抵抗の変化量は、＜１１０＞方向に伸びる部分と、＜１００＞方向に伸びる部分で相違する。
【００４２】
第１のゲージ部４２８ａは、第１の電極４１４ａと第２の電極４１４ｂに電気的に接続している。第１のゲージ部４２８ａは、第１の電極４１４ａから第１のゲージ形成部４２７ａ上を往復して第２の電極４１４ｂまで伸びている。第１のゲージ形成部４２７ａは＜１１０＞方向に伸びているので、第１のゲージ部４２８ａの略全体も＜１１０＞方向に伸びている。第２のゲージ部４２８ｂは、第２の電極４１４ｂと第３の電極４１４ｃに電気的に接続している。第２のゲージ部４２８ｂは、第２の電極４１４ｂから第２のゲージ形成部４２７ｂ上を往復して第３の電極４１４ｃまで伸びている。第２のゲージ形成部４２７ｂは＜１００＞方向に伸びているので、第２のゲージ部４２８ｂの略全体も＜１００＞方向に伸びている。第３のゲージ部４２８ｃは、第３の電極４１４ｃと第４の電極４１４ｄに電気的に接続している。第３のゲージ部４２８ｃは、第３の電極４１４ｃから第３のゲージ形成部４２７ｃ上を往復して第４の電極４１４ｄまで伸びている。第３のゲージ形成部４２７ｃは＜１１０＞方向に伸びているので、第３のゲージ部４２８ｃの略全体も＜１１０＞方向に伸びている。第４のゲージ部４２８ｄは、第４の電極４１４ｄと第１の電極４１４ａに電気的に接続している。第４のゲージ部４２８ｄは、第４の電極４１４ｄから第４のゲージ形成部４２７ｄを往復して第１の電極４１４ａまで伸びている。第４のゲージ形成部４２７ｄは＜１００＞方向に伸びているので、第４のゲージ部４２８ｄの略全体も＜１００＞方向に伸びている。４つのゲージ部４２８ａ〜４２８ｄと４つの電極４１４ａ〜４１４ｄは閉回路を構成しており、この閉回路はそれぞれのゲージ部４２８ａ〜４２８ｄが抵抗器として機能するホイートストンブリッジを構成している。
【００４３】
受圧部材４１２は、直方体形状を有しており、ガラス材料で形成されている。受圧部材４１２の下側表面４１２ａは、基板主表面４２０ａの凹部４２４を覆うように、基板主表面４２０ａに接合されている。受圧部材４１２の下側表面４１２ａと基板主表面４２０ａは気密に接合されており、封止空間４４０が受圧部材４１２と半導体基板４２０の間を通じて外部と連通することはない。封止空間４４０は、半導体基板４２０に形成されている連通孔４４２のみを通じて外部と連通している。
【００４４】
実施例５の半導体センサ４１０においても、実施例１の半導体センサ１０と同様に、封止空間４４０に連通孔４４２を通じて低圧又は高圧のガスを導入し、封止空間４４０の圧力を雰囲気よりも低圧又は高圧に維持することができる。受圧部材４１２は、封止空間４４０と雰囲気との差圧に応じた力を受け、４つのゲージ部４２８ａ〜４２８ｂを変形させる。その結果、４つのゲージ部４２８ａ〜４２８ｂの電気抵抗は、封止空間４４０と雰囲気との差圧に応じて変化する。このとき、主に＜１１０＞方向に伸びるゲージ部４２８ａ、４２８ｃと、主に＜１００＞方向に伸びるゲージ部４２８ｂ、４２８ｄでは、電気抵抗の変化量が相違する。４つのゲージ部４２８ａ〜４２８ｂはホイートストンブリッジを構成しているので、一対の電極４１４ａ、４１４ｃ間に一定電流を通電（あるいは一定電圧を印加）しておくと、他の一対の電極４１４ｂ、４１４ｄ間の電圧が、封止空間４４０と雰囲気との差圧に応じて変化する。従って、一対の電極４１４ｂ、４１４ｄ間の電圧を測定することによって、封止空間４４０と雰囲気との差圧を測定することができる。例えば、半導体センサ４１０を第１空間（例えば燃料タンク）に配置するとともに封止空間４４０を第２空間（例えば大気中）に接続することによって、第１空間と第２空間の差圧を測定することができる。
【００４５】
（実施例６）
図１６を参照して、実施例６の半導体センサ５１０を説明する。図１６は、半導体センサ５１０の斜視図を示している。半導体センサ５１０は、半導体基板５２０と、半導体基板５２０の主表面５２０ａに接合されている受圧部材５１２を備えている。半導体基板５２０の主表面５２０ａには、歪むことによって電気抵抗が変化するゲージ部５２８と、ゲージ部５２８に電気的に接続している一対の電極５１４、５１６が形成されている。半導体基板５２０と受圧部材５１２の間には、半導体基板５２０と受圧部材５１２に囲まれた２つの封止空間５４０が形成されている。受圧部材５１２には、露出している受圧部材５１２の側面５１２ｃから伸びて封止空間５４０に達する連通孔５４２が形成されている。
【００４６】
半導体基板５２０は、ｎ型の単結晶シリコンである。半導体基板５２０の主表面５２０ａ（以下、基板主表面２２０ａと記すことがある）は、（１１０）結晶面である。基板主表面５２０ａでは、その長手方向が＜１１０＞方向となっており、長手方向に直交する幅方向が＜１００＞方向となっている。
【００４７】
基板主表面５２０ａには、電極配置部５２２と、周壁部５２６と、ゲージ形成部５２７と、連通溝対向部５２９が形成されている。電極配置部５２２と周壁部５２６とゲージ形成部５２７と連通溝対向部５２９は、基板主表面５２０ａの他の部分に対して、１〜４μｍの高さでメサ状に突出している。基板主表面５２０ａは、シリコン酸化膜（図示省略）によって被覆されている。
電極配置部５２２は、基板主表面５２０ａの長手方向の一方側に位置している。電極配置部５２２は、受圧部材５１２が接合されない範囲に形成されている。電極配置部５２２の上には、一対の電極５１４、５１６が配置されている
周壁部５２６は、基板主表面５２０ａの長手方向の中間部に位置している。周壁部５２６は、四角形状に周回する壁状に形成されている。周壁部５２６にはその全周に亘って受圧部材５１２が接合されており、周壁部５２６が取り囲む空間によって封止空間５４０が形成されている。
ゲージ形成部５２７は、基板主表面５２０ａの幅方向の略中央の位置で、基板主表面５２０ａの長手方向に伸びている。ゲージ形成部５２７は、電極配置部５２２から周壁部５２６が取り囲む領域内に伸びている。本実施例のゲージ形成部５２７は、周壁部５２６が取り囲む領域を完全に横断しているが、その必要は必ずしもない。ゲージ形成部５２７は、少なくとも周壁部２６が取り囲む領域内まで伸びていればよい。
連通溝対向部５２９は、基板主表面５２０ａの幅方向の略中央の位置で、基板主表面５２０ａの長手方向に伸びている。連通溝対向部５２９は、周壁部５２６から基板主表面５２０ａの周縁まで伸びている。連通溝対向部５２９は、周壁部５２６を基準に、電極配置部５２２の反対側に位置している。
【００４８】
ゲージ形成部５２７には、ゲージ部５２８が形成されている。ゲージ部５２８は、半導体基板５２０にｐ型不純物を導入したｐ型半導体領域である。ゲージ部５２８に導入するｐ型不純物には、例えばボロンを使用することができる。ゲージ部５２８は導電性を有するとともに、歪むことによって電気抵抗が変化する。ゲージ部５２８は、一対の電極５１４、５１６に電気的に接続している。ゲージ部５２８は、一方の電極５１４からゲージ形成部５２７上を往復して他方の電極５１６まで伸びている。ゲージ形成部５２７は＜１１０＞方向に伸びているので、ゲージ部５２８の略全体も＜１１０＞方向に伸びている。
【００４９】
受圧部材５１２は、直方体形状を有しており、ガラス材料で形成されている。受圧部材５１２の下側表面５１２ａは、基板主表面５２０ａの周壁部５２６とゲージ形成部５２７と連通溝対向部５２９に接合されている。受圧部材２１２の下側表面２１２ａと基板主表面５２０ａは、気密（液密）に接合されている。
受圧部材５１２の下側表面５１２ａには、連通溝５４２ａが形成されている。連通溝５４２ａは、基板主表面５２０ａの連通溝対向部５２９と対向する位置に形成されている。連通溝５４２ａは、受圧部材５１２の側面５１２ｃから、基板主表面５２０ａの周壁部５２６を越える位置まで伸びている。それにより、受圧部材５１２の側面５１２ｃから封止空間５４０に伸びる連通孔５４２が形成されている。
【００５０】
実施例６の半導体センサ５１０においても、実施例１の半導体センサ１０と同様に、封止空間５４０に連通孔５４２を通じて低圧又は高圧のガスを導入し、封止空間５４０の圧力を雰囲気よりも低圧又は高圧に維持することができる。受圧部材５１２は、封止空間５４０と雰囲気との差圧に応じた力を受け、ゲージ形成部５２７を変形させる。その結果、ゲージ部５２８の電気抵抗は、封止空間５４０と雰囲気との差圧に応じて変化する。一対の電極５１４、５１６間の電気抵抗を測定することにより、封止空間５４０と雰囲気との差圧を測定することができる。例えば、半導体センサ５１０を第１空間（例えば燃料タンク）に配置するとともに、封止空間５４０を第２空間（例えば大気中）に接続することによって、第１空間と第２空間の差圧を測定することができる。
実施例６の力検知センサ５１０では、連通孔５４２を形成するための連通溝５４２ａを、基板主表面５２０ａ側に設けることもできる。この場合、その溝５４２ａを基板主表面５２０ａのみに設けてもよいし、基板主表面５２０ａと受圧部材５１２の下側表面５１２ａの両方に設けることもできる。
【００５１】
図１７は、半導体センサ５１０を用いた差圧センサのパッケージ例を示している。図１７に示す差圧センサ５５０は、第１空間（例えば自動車の燃料タンク）に配置され、第１空間の圧力Ｐ１と第２空間（例えば大気中）の圧力Ｐ２の差圧Ｐ１−Ｐ２を測定することができる。図１７に示すように、差圧センサ５５０は、半導体センサ５１０と、半導体センサ５１０を収容している開放ケース５５４を備えている。
【００５２】
開放ケース５５４は、その上部が開口しているとともに、その側壁部に貫通孔５６４が設けられている。貫通孔５６４は、半導体センサ５１０の連通孔５４２に連通している。開放ケース５５４の貫通孔５６４と半導体センサ５１０の連通孔５４２は、シール材５７０によって気密に接続されている。半導体センサ５１０の長手方向（図中の左右方向）に関して、シール材５７０が設けられている長さ範囲と、封止空間５４０が形成されている長さ範囲が相違しているので、シール材５７０が半導体センサ５１０の感度に与える影響は非常に小さい。開放ケース５５４の貫通孔５６４には、第２空間に接続された管路５６６が接続されている。
開放ケース５５４には、その底部を貫通する少なくとも一対の端子ピン５６０、５６２が設けられている。一方の端子ピン５６０は、電線５７０を用いて半導体センサ５１０の一方の電極５１４にワイヤボンディングされている。他方の端子ピン５６２は、電線５７２を用いて半導体センサ５１０の一方の電極５１６にワイヤボンディングされている。
【００５３】
以上の構成により、差圧センサ５５０では、第１空間の圧力Ｐ１と第２空間の圧力Ｐ２との差圧に応じた力が、受圧部材５１２に加えられる。ゲージ部５２８の電気抵抗は、受圧部材１２に加えられた力に応じて変化する。従って、一対の端子ピン５６０、５６２間の電気抵抗を測定することにより、第１空間の圧力Ｐ１と第２空間の圧力Ｐ２との差圧を測定することができる。この差圧センサ５５０によれば、第１空間の圧力Ｐ１と第２空間の圧力Ｐ２をそれぞれ測定することなく、両者の差圧を測定することができる。
【００５４】
図１８は、半導体センサ５１０を用いた差圧センサの他のパッケージ例を示している。図１８に示す差圧センサ６５０は、第１空間（例えば自動車の燃料タンク）の圧力Ｐ１と第２空間（例えば大気中）の圧力Ｐ２の差圧Ｐ１−Ｐ２を測定することができる。
図１８に示す差圧センサ６５０は、図１７に示す差圧センサ５５０に、開放ケース５５４の上部開放部を覆うキャップ部材６５６を付加したものである。キャップ部材６５６は、開放ケース５５４の上部開放部を気密に封止している。開放ケース５５４とキャップ部材６５６は、半導体センサ５１０を密封する密閉ケース６５２を構成している。また、差圧センサ６５０では、開放ケース５５４の側壁部に、第２の貫通孔６６５が設けられている。第２の貫通孔６６５は、密閉ケース６５２内の間、即ち、半導体センサ５１０が配置されている空間に連通している。第２の貫通孔６６５には、第１空間に接続された管路６６７が接続されている。それにより、半導体センサ５１０の雰囲気は、第１空間の圧力Ｐ１に等しくなる。
【００５５】
以上の構成による差圧センサ６５０によっても、一対の端子ピン５６０、５６２間の電気抵抗を測定することにより、第１空間の圧力Ｐ１と第２空間の圧力Ｐ２との差圧を測定することができる。このとき、差圧センサ６５０は、第１空間（燃料タンク内）に配置しておくこともできるし、第２空間（大気中）に配置しておくこともできるし、別の第３の空間に配置しておくこともできる。
【００５６】
図１９は、半導体センサ５１０を用いた差圧センサの他のパッケージ例を示している。図１９に示す差圧センサ７５０は、第２空間に配置し、第１空間（例えば自動車の燃料タンク）の圧力Ｐ１と第２空間（例えば大気中）の圧力Ｐ２の差圧Ｐ１−Ｐ２を測定することができる。
図１９に示す差圧センサ７５０は、図１８に示す差圧センサ６５０と比較して、半導体センサ５１０が密閉ケース６５２内に完全に収容されておらず、半導体センサ５１０の一部が密閉ケース６５２の外に露出している。図１９に示すように、差圧センサ７５０では、開放ケース５５４の側壁に貫通孔７７４が形成されており、その貫通孔７７４に半導体センサ５１０が嵌合されている。半導体センサ５１０と貫通孔７７４の間の隙間は、シール材７７０によって気密に封鎖されている。半導体センサ５１０の長手方向（図中の左右方向）に関して、貫通孔７７４内に位置する長さ範囲とシール材７７０が設けられている長さ範囲は、封止空間５４０が形成されている長さ範囲と相違している。また、封止空間５４０が形成されている長さ範囲は、密閉ケース６５２内に位置している。
以上の構成による差圧センサ７５０によっても、一対の端子ピン５６０、５６２間の電気抵抗を測定することにより、第１空間の圧力Ｐ１と第２空間の圧力Ｐ２との差圧を測定することができる。
【００５７】
（実施例７）
図２０を参照して、実施例７の半導体センサ６１０を説明する。図２０は、半導体センサ６１０の斜視図を示している。半導体センサ６１０は、半導体基板６２０と、半導体基板６２０の主表面６２０ａに接合されている受圧部材６１２を備えている。半導体基板６２０の主表面６２０ａには、歪むことによって電気抵抗が変化するゲージ部６２８と、ゲージ部６２８に電気的に接続している一対の電極６１４、６１６が形成されている。半導体基板６２０と受圧部材６１２の間には、半導体基板６２０と受圧部材６１２に囲まれた２つの封止空間６４０が形成されている。受圧部材６１２には、露出している受圧部材６１２の側面６１２ｃから封止空間６４０に伸びる連通孔６４２が形成されている。
【００５８】
半導体基板６２０は、ｎ型のシリコン単結晶である。半導体基板６２０の主表面６２０ａ（以下、基板主表面２２０ａと記すことがある）は、（１１０）結晶面である。基板主表面６２０ａでは、半導体基板６２０の長手方向が＜１１０＞方向となっており、長手方向に直交する幅方向が＜１００＞方向となっている。
基板主表面５２０ａには、２つの凹部６２６と、２つの凹部６２６の間に伸びるゲージ形成部６２７と、一対の電極６１４、６１６が形成されている。２つの凹部６２６は、基板主表面６２０ａの他の部分に対して、１〜４μｍの深さで沈下している。それぞれの凹部６２６は、受圧部材６１２の下側表面６１２ａと対向しており、封止空間６４０を形成している。ゲージ形成部６２７は、基板主表面６２０ａの幅方向の略中央の位置で、基板主表面６２０ａの長手方向に伸びている。ゲージ形成部６２７の両側には、封止空間６４０が位置している。一対の電極６１４、６１６は、基板主表面６２０ａの長手方向の一方側に配置されている。
【００５９】
ゲージ形成部６２７には、ゲージ部６２８が形成されている。ゲージ部６２８は、半導体基板６２０にｐ型不純物を導入したｐ型半導体領域である。ゲージ部６２８は、導電性を有するとともに、歪むことによって電気抵抗が変化する。ゲージ部６２８は、一対の電極６１４、６１６に電気的に接続している。ゲージ部６２８は、一方の電極６１４からゲージ形成部６２７上を往復して他方の電極６１６まで伸びている。ゲージ形成部６２７は＜１１０＞方向に伸びているので、ゲージ部６２８の略全体も＜１１０＞方向に伸びている。
【００６０】
受圧部材６１２は、直方体形状を有しており、ガラス材料で形成されている。受圧部材６１２の下側表面６１２ａは、基板主表面６２０ａの２つの凹部６２６を覆うように、基板主表面６２０ａに接合されている。受圧部材６１２の下側表面６１２ａと基板主表面６２０ａは、気密に接合されている。
受圧部材６１２の下側表面６１２ａには、連通溝６４２ａが形成されている。連通溝６４２ａは、受圧部材６１２の側面６１２ｃから、基板主表面６２０ａの２つの凹部６２６に対向する位置まで伸びている。それにより、受圧部材６１２の側面６１２ｃから封止空間６４０に伸びる連通孔６４２が形成されている。
【００６１】
実施例７の半導体センサ６１０においても、実施例１の半導体センサ１０と同様に、封止空間６４０に連通孔６４２を通じて低圧又は高圧のガスを導入し、封止空間６４０の圧力を雰囲気よりも低圧又は高圧に維持することができる。受圧部材６１２は、封止空間６４０と雰囲気との差圧に応じた力を受け、ゲージ形成部６２７を変形させる。その結果、ゲージ部６２８の電気抵抗は、封止空間６４０と雰囲気との差圧に応じて変化する。従って、一対の電極６１４、６１６間の電気抵抗を測定することにより、封止空間６４０と雰囲気との差圧を測定することができる。実施例７の半導体センサ６１０は、実施例６の半導体センサ５１０に替えて、図１７、図１８、図１９に示す差圧センサ６５０、７５０、８５０に用いることができる。実施例７の半導体センサ６１０を用いた差圧センサ６５０、７５０、８５０によっても、第１空間と第２空間の差圧Ｐ１−Ｐ２を測定することができる。
【００６２】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、半導体基板の主表面は、必ずしも（１１０）結晶面である必要はない。そして、ゲージ部は、必ずしも＜１１０＞方向又は＜１００＞方向に伸びている必要はない。基板主表面の結晶面およびゲージ部が伸びる結晶方向は、それらがピエゾ抵抗効果に影響を与えることに留意し、設計に応じて適宜選定することができる。
【００６３】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】実施例１の半導体センサの斜視図。
【図２】実施例１の半導体センサの上面図。
【図３】図２中のIII−III線断面図。
【図４】図２中のIV−IV線断面図。
【図５】実施例１の半導体センサを用いた差圧センサを示す図。
【図６】実施例２の半導体センサの構成を示す壇面図。
【図７】実施例２の半導体センサを用いた差圧センサを示す図。
【図８】実施例３の半導体センサの斜視図。
【図９】実施例３の半導体センサの上面図。
【図１０】図９中のX−X線断面図。
【図１１】実施例４の半導体センサの斜視図。
【図１２】実施例４の半導体センサの上面図。
【図１３】図１２中のXIII−XIII線断面図。
【図１４】実施例５の半導体センサの上面図。
【図１５】図１４中のXV−XV線断面図。
【図１６】実施例６の半導体センサの斜視図。ただし、受圧部材を基板主表面から仮想的に離反させた状態で図示する。
【図１７】実施例６の半導体センサを用いた差圧センサの一例を示す図。
【図１８】実施例６の半導体センサを用いた差圧センサの一例を示す図。
【図１９】実施例６の半導体センサを用いた差圧センサの一例を示す図。
【図２０】実施例７の半導体センサの斜視図。ただし、受圧部材を基板主表面から仮想的に離反させた状態で図示する。
【符号の説明】
【００６５】
・１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０：半導体センサ
・１２、２１２、３１２、４１２、５１２、６１２：受圧部材
・１４、１６、２１４、２１６、３１４ａ〜３１４ｄ、４１４ａ〜４１４ｄ、５１４、５１６、６１４、６１６：電極
・２８、２２８、３２８、４２８ａ〜４２８ｄ、５２８、６２８：ゲージ部
・４０、２４０、３４０、４４０、５４０、６４０：封止空間
・４２、２４２、３４２、４４２、５４２、６４２：連通孔
【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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