(57)【要約】【課題】金属ステムとセンサチップとを低融点ガラスを用いないで接合できるようにし、金属ステムをコバールではない材料で構成できるようにする。【解決手段】センサチップ３０の裏面をダイアフラム２１の表面に直接接合する。これにより、センサチップ３０をダイアフラム２１に対して低融点ガラスを用いて接合しなくても済み、低融点ガラスを用いる従来の構造のように、金属ステム２０をコバール等で構成する必要が無くなる。このため、コバール等と比べて加工が容易で、かつ、安価なＳＵＳ等により金属ステム２０を構成することが可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端側が圧力の測定媒体が導入される圧力導入側となる圧力導入通路（１２）を有するハウジング（１０）と、
一端側に圧力検出用のダイアフラム（２１）を有すると共に、他端側に前記ダイアフラムへ前記圧力を導くための開口部（２２）を有し、前記ダイアフラムの表面にセンシング部が形成されたセンサチップ（３０）が配置された金属ステム（２０）とを備え、
前記金属ステムは、前記圧力導入通路内において、該金属ステムの他端側が前記圧力導入通路の圧力導入側に位置するように配置され、
前記金属ステムにおける前記ダイアフラムの表面と前記センサチップの裏面とが直接接合されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記ダイアフラムの表面および前記センサチップの裏面が活性化されることで直接接合されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記センサチップは、シリコン層（３６ａ）と支持基板（３６ｂ）とが絶縁膜（３６ｃ）を介して貼り合わされたＳＯＩ基板（３６）にて構成されており、前記シリコン層に形成された歪みゲージ（３２）にて前記センシング部が構成され、前記支持基板の裏面が活性化されることで、前記ダイアフラムの表面に直接接合されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記センサチップを構成する前記ＳＯＩ基板は、前記歪みゲージが絶縁膜（３６ｄ）にて囲まれており、前記シリコン層のうち前記歪みゲージを除く部分が除去されることでメサ構造とされていることを特徴とする請求項３に記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記支持基板を構成する材料は、その熱膨張係数が前記金属ステムを構成する材料の熱膨張係数とシリコンの熱膨張係数との間に位置する材料であることを特徴とする請求項３または４に記載の圧力センサ。
【請求項６】
前記センサチップの裏面の角部がテーパ状の鈍角とされていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の圧力センサ。
【請求項７】
前記センサチップは単結晶シリコン（３１）にて構成されており、該単結晶シリコンの裏面と前記ダイアフラムの表面との間には、絶縁膜（２４、３７）が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサ。
【請求項８】
一端側が圧力の測定媒体が導入される圧力導入側となる圧力導入通路（１２）を有するハウジング（１０）と、
一端側に圧力検出用のダイアフラム（２１）を有すると共に、他端側に前記ダイアフラムへ前記圧力を導くための開口部（２２）を有し、前記ダイアフラムの表面にセンシング部が形成されたセンサチップ（３０）が配置された金属ステム（２０）とを備え、
前記金属ステムは、前記圧力導入通路内において、該金属ステムの他端側が前記圧力導入通路の圧力導入側に位置するように配置される圧力センサの製造方法であって、
前記金属ステムにおける前記ダイアフラムの表面と前記センサチップの裏面とを表面活性化した状態で貼り合わせ、これら前記ダイアフラムの表面および前記センサチップの裏面を静電引力により直接接合することを特徴とする圧力センサの製造方法。
【請求項９】
前記センサチップ（３０）を処理回路と共に一体化したチップとし、該チップの裏面を表面活性化した状態で前記ダイアフラムの表面と貼り合わせることを特徴とする請求項８に記載の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、メタルダイアフラムが形成されたステムの上に歪ゲージが形成されたセンサチップを搭載した圧力センサおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧力センサとして、例えば、特許文献１において、ダイアフラムが形成された金属ステム上に歪みゲージを形成したシリコンチップからなるセンサチップを低融点ガラスで接合し、圧力センサを検出できるようにしたものがある。この圧力センサでは、ダイアフラムを金属で構成することにより、高い耐圧力を実現している。
【特許文献１】特公平７−１１４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記圧力センサでは、熱応力抑制のために、センサチップに用いられるシリコンチップと熱膨張係数が近いコバールなどの材料を用いる必要がある。このようなコバールなどの材料は、一般的なＳＵＳなどと比べて加工性が悪いし、高価である。さらに、金属ステムが収容されるハウジングを構成する金属と異種材料となるため、金属ステムをハウジングに溶接により接合することができなかった。
【０００４】
また、センサチップをダイアフラムに接合する接合工程における焼結時に、溶融した低融点ガラスが流動するため、その上に搭載したセンサチップが動いてしまう。このため、圧力検出の精度を確保するために、ダイアフラム径を大きくしなければならず、金属ステムの小型化を阻害するという問題もある。
【０００５】
本発明は上記点に鑑みて、金属ステムとセンサチップとを低融点ガラスを用いないで接合できるようにし、金属ステムをコバールではない材料で構成できるようにすることを第１の目的とする。また、金属ステムをハウジングと同じ材料の金属で構成できるようにすることを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明では、金属ステムにおけるダイアフラムの表面とセンサチップの裏面とが直接接合されていることを特徴としている。
【０００７】
このように、センサチップの裏面をダイアフラムの表面に直接接合している。このため、センサチップをダイアフラムに対して低融点ガラスを用いて接合しなくても済み、低融点ガラスを用いる従来の構造のように、金属ステムをコバール等で構成する必要が無くなる。このため、コバール等と比べて加工が容易で、かつ、安価な材料、例えばＳＵＳ等により金属ステムを構成することが可能となる。
【０００８】
例えば、ダイアフラムの表面およびセンサチップの裏面を活性化することで直接接合することが可能となる。
【０００９】
また、この場合、金属ステムにおけるダイアフラムの厚み（Ｌ１）とセンサチップの厚み（Ｌ２）とが同じとなるようにすると好ましい。センサチップやダイアフラムが製造時や圧力印加時などにおいて熱膨張・熱収縮する際に、これらの一方に圧縮応力が掛かり、他方に引っ張り応力が掛かることになるが、センサチップの厚みをダイアフラムの厚みと同じにすると、Ｓｉのヤング率と金属ステムを構成する材料のヤング率とがほぼ同等であれば、これらの境界部が応力中立点となる。したがって、センサチップとダイアフラムの境界部に加わる応力を軽減することが可能となり、センサチップとダイアフラムとの接合面の耐久性・信頼性を向上させることができる。
【００１０】
また、センサチップは、シリコン層（３６ａ）と支持基板（３６ｂ）とが絶縁膜（３６ｃ）を介して貼り合わされたＳＯＩ基板（３６）により構成することができ、シリコン層に形成された歪みゲージ（３２）にてセンシング部を構成し、支持基板の裏面を活性化することで、ダイアフラムの表面に直接接合することが可能となる。この場合、センサチップを構成するＳＯＩ基板は、歪みゲージを絶縁膜（３６ｄ）にて囲み、シリコン層のうち歪みゲージを除く部分を除去したメサ構造とされても良い。
【００１１】
また、支持基板を構成する材料は、その熱膨張係数が金属ステムを構成する材料の熱膨張係数とシリコンの熱膨張係数との間に位置する材料であると好ましい。
【００１２】
このように、支持基板の熱膨張係数がＳｉの熱膨張係数と金属ステムの材料の熱膨張係数の間となるようにすると、支持基板を介することで、発生する応力がダイアフラムと支持基板の接合面の間や支持基板とＳｉ層の間に段階的に分散される。したがって、よりセンサチップとダイアフラムとの接合面の耐久性・信頼性を向上させることが可能となる。
【００１３】
また、支持基板を絶縁体で構成すれば、センサチップと金属ステムの間に電位差を発生させることで、センサチップの裏面およびダイアフラムの表面の間に静電引力を発生させることができ、表面の活性化に加えて静電引力を利用した接合にできる。したがって、よりセンサチップとダイアフラムとの接合面の接合時の安定性（歩留まり）を向上させることが可能となる。
【００１４】
また、センサチップの裏面の角部をテーパ状の鈍角にすると好ましい。このような形状にすると、センサチップの裏面の角部で集中し易い応力を分散することが可能となる。したがって、センサチップとダイアフラムとの接合面の耐久性・信頼性を向上させることができる。
【００１５】
また、センサチップを単結晶シリコン（３１）にて構成する場合、単結晶シリコンの裏面とダイアフラムの表面との間に絶縁膜（２４、３７）を配置することができる。この場合にも、センサチップと金属ステムの間に電位差を発生させることで、センサチップの裏面およびダイアフラムの表面の間に静電引力を発生させることができ、表面の活性化に加えて静電引力を利用した接合にできる。したがって、よりセンサチップとダイアフラムとの接合面の接合時の安定性（歩留まり）を向上させることが可能となる。
【００１６】
なお、ここでは、本発明を物の発明として把握した場合を示したが、本発明を方法の発明として把握することも可能である。
【００１７】
また、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１９】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサ１００の全体断面構成を示した図である。図２は、図１中の丸で囲んだＡ部、具体的には金属ステム２０およびセンサチップ３０の拡大断面図である。
【００２０】
圧力センサ１００は、例えば、自動車の燃料噴射系（例えばコモンレール）における燃料パイプ（図示せず）に取り付けられ、この燃料パイプ内の圧力媒体としての燃料の圧力を検出するために用いられる。
【００２１】
図１に示されるように、圧力センサ１００には、ハウジング１０が備えられている。このハウジング１０は、上記燃料パイプに直接取り付けられるもので、その外周面には取付用のネジ１１が形成されている。また、ハウジング１０の内部には、圧力導入通路１２が形成されている。圧力導入通路１２は、ハウジング１０が上記燃料パイプに取り付けられた状態で上記燃料パイプ内と連通し、一端側（図１中の下方側）から検出対象となる圧力媒体が導入されるようになっている。
【００２２】
ここで、ハウジング１０の材質としては、耐食性を有するＳＵＳ（例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ６３０等）を採用することができる。その他、耐食性と高強度を合わせもつ炭素鋼（例えばＳ１５Ｃ等）に耐食性を上げるＺｎめっきを施したものや、耐食性を有するＸＭ７等をハウジング１０の材質として用いることもできる。
【００２３】
ハウジング１０の圧力導入通路１２内には、中空段付円筒形状を成す金属ステム２０が配置されている。金属ステム２０は、一端側に薄肉状をなす圧力検出用のダイアフラム（本発明でいう検出部）２１を有し、他端側にこのダイアフラム２１へ圧力を導くための開口部２２を有している。また、金属ステム２０の外周面のうち軸方向の途中部位には、テーパ状に拡径した段部２３が形成されている。
【００２４】
一方、上記ハウジング１０の圧力導入通路１２は、金属ステム２０の外形に対応した形状を有する段付内孔として構成されており、その一端側（圧力導入側）の内径よりも他端側の内径の方が縮小されている。これにより、圧力導入通路１２の内面において、金属ステム２０の段部２３に対応したテーパ形状の座面１３が形成されている。
【００２５】
さらに、圧力導入通路１２のうち座面１３よりも圧力導入側において、金属ステム２０の外径と同等の径とされ、かつ、圧力導入通路１２における圧力導入側の内径よりも縮径されたステム配置部１４が構成されている。ステム配置部１４における圧力導入側の端部１４ａは、金属ステム２０における開口部２２側の端部と面一とされており、ステム配置部１４の端部１４ａと金属ステム２０の端部が全域溶接された溶接部１５とされることで、金属ステム２０がステム配置部１４に固定されている。金属ステム２０は、段部２３が座面１３側に押し付けられた状態で溶接されているため、溶接後にも段部２３を座面１３側に押し付ける力が作用している。
【００２６】
このように、互いに密着する段部２３と座面１３とによりシール部Ｋを形成し、金属ステム２０とハウジング１０との間、具体的には金属ステム２０の外周面と圧力導入通路１２の内面の間をシールしている。そして、このシールは、金属ステム２０の段部２３が、ハウジング１０における圧力導入通路１２内の座面１３に対して、金属ステム２０の他端側から一端側へ向かって押し付けられることで為されている。このため、金属ステム２０の外周面をハウジング１０に押し付ける力、即ち段部２３を座面１３に押し付ける力の向きと、圧力が圧力導入通路１２へ導入されたときに金属ステム２０に加わる圧力の向きとが同じになる。そのため、印加圧力によって押し付け力が増加する構成となる。
【００２７】
従って、金属ステム２０の外周面（段部２３）をハウジング１０（座面１３）に当接して押し付けることにより形成されたシール部Ｋの面圧が、圧力検出時には上昇することにより、当該シール部Ｋの面圧の低下を防止することができる。そして、検出する圧力が高くなるほど、シール部Ｋの面圧が上昇し、シール性が向上するという好ましい作用を発揮する。
【００２８】
また、金属ステム２０のダイアフラム２１の表面には、単結晶Ｓｉ（シリコン）からなるセンサチップ３０が直接接合により接合されている。このように、金属ステム２０にはＳｉを主材料とするセンサチップ３０が接合されるため、金属ステム２０の材料は、Ｓｉと近いヤング率であることを考慮して選定してある。さらに、金属ステム２０の材料には、超高圧を受けることから高強度であること、加工が容易であること、ハウジング１０との溶接が行えるようにハウジング１０と同じ材料であること等を考慮する必要もある。このため、本実施形態では、金属ステム２０の材料として、ハウジング１０の材料と同じＳＵＳを用いている。
【００２９】
センサチップ３０は、開口部２２から金属ステム２０内部に導入された圧力をダイアフラム２１へ導き、当該圧力によってダイアフラム２１が変形したときに発生する歪みを検出する歪みゲージとして機能するものである。
【００３０】
図２に示すように、センサチップ３０は、単結晶Ｓｉ３１と、歪みゲージ３２と、絶縁膜３３と、配線部３４および配線部３４を覆う保護膜３５を有して構成されている。歪みゲージ３２は、センシング部を構成するもので、単結晶Ｓｉ３１の表層部に形成され、例えばホイートストンブリッジ状に並べられた不純物層にて構成されている。絶縁膜３３は、単結晶Ｓｉ３１を覆いつつ、コンタクトホール３３ａを通じて歪みゲージ３２の所望位置を露出させる。配線部３４は、歪みゲージ３２の所望位置と電気的に接続される。保護膜３５は、配線部３４を覆い、パッド部となる領域において配線部３４を露出させている。このように構成されたセンサチップ３０が、その裏面側、つまり歪みゲージ３２等が形成された表面とは反対側において、ダイアフラム２１に接合されている。
【００３１】
また、ハウジング１０における圧力導入通路１２の他端側からは、金属ステム２０のダイアフラム２１が突出しており、このダイアフラム２１の外周には、セラミック基板５０がハウジング１０に接着等により配設されている。該基板５０には、センサチップ３０の出力を増幅するアンプＩＣチップや特性調整ＩＣチップ等のＩＣチップ５２が接着剤にて固定されている。
【００３２】
これらＩＣチップ５２は、ワイヤボンディングにより形成されたアルミニウムの細線５４によって、セラミック基板５０の導体（配線部）と接続されている。また、コネクタターミナル６０へ電気的接続するためのピン５６が銀ろうにてセラミック基板５０の上記導体と接合されている。
【００３３】
コネクタターミナル６０は、ターミナル６２が樹脂６４にインサート成形により構成されたアッシーである。ターミナル６２とセラミック基板５０とはピン５６にレーザ溶接により接合されている。また、コネクタターミナル６０は、コネクタケース７０とハウジング１０との間に固定保持され、ターミナル６２は自動車のＥＣＵ等へ配線部材を介して電気的に接続可能となっている。
【００３４】
コネクタケース７０は、コネクタターミナル６０の外形を成すもので、Ｏリング８０を介して組付けられたハウジング１０と一体化してパッケージを構成し、該パッケージ内部のセンサチップ３０、各種ＩＣ、電気的接続部を湿気・機械的外力より保護するものである。コネクタケース７０の材質は、加水分解性の高いＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等を採用できる。
【００３５】
かかる構成を有する圧力センサ１００の組付方法について、図３および図４を参照して説明する。図３は、上記図１に対応した断面にて、組付前の各部品の分解状態を示す図であり、基本的には、各部品が図３中の一点鎖線に沿って組み付けられるようになっている。図４は、センサチップ３０を金属ステム２０に直接接合する様子を示した図である。
【００３６】
まず、センサチップ３０を金属ステム２０に直接接合する。具体的には、図４に示すように、センサチップ３０の裏面と金属ステム２０のダイアフラム２１の表面を必要に応じて洗浄したのち、真空チャンバ１０１内において、挟持装置１０２にてセンサチップ３０を挟持する。そして、バキュームポンプ１０３にて真空引きしたのち、センサチップ３０の裏面と金属ステム２０のダイアフラム２１の表面に対してビーム照射器１０４にてアルゴン高速ビームを照射する。これにより、センサチップ３０の裏面とダイアフラム２１の表面が活性化され、他の原子と反応し易い結合手が露出した状態となる。その後、挟持装置１０２を移動させ、センサチップ３０の裏面をダイアフラム２１の表面に接合する。
【００３７】
通常、表面が活性化されてもセンサチップ３０の裏面やダイアフラム２１の表面は酸化膜や水分子などによって覆われてしまうため、センサチップ３０の裏面とダイアフラム２１の表面とを接合しようとしても、高い結合力は望めない。しかしながら、真空チャンバ１０１内においては、表面を活性化したときにセンサチップ３０の裏面やダイアフラム２１の表面を覆う分子が存在しないため、表面が活性化されることで他の原子と反応し易い結合手が露出したままの状態を維持でき、センサチップ３０の裏面をダイアフラム２１の表面を接合するとき、原子間の化学反応を促進して高い結合力を発揮させることが可能となる。このような直接接合は、常温（低温）直接接合と呼ばれるもので、加熱工程を行わなくても良く、例えば室温のままセンサチップ３０をダイアフラム２１に接合することが可能となる。
【００３８】
なお、ここではアルゴン高速ビームを用いる場合について説明したが、センサチップ３０の裏面やダイアフラム２１の表面の表層部を除去できればよく、アルゴンとは異なるイオンビーム、さらにはプラズマ（Ｏ２プラズマやＮ２プラズマ）などによるスパッタエッチングを用いることができる。
【００３９】
このようにセンサチップ３０を結合した金属ステム２０を、その一端側（ダイアフラム２１側）から、ハウジング１０の圧力導入通路１２の一端側（圧力導入側）へ挿入する。そして、金属ステム２０を圧力導入通路１２におけるステム配置部１４まで挿入したら、段部２３を座面１３側に押し付けたまま、ステム配置部１４のうち圧力導入側の端部１４ａと金属ステム２０の境界部に沿ってレーザを照射することにより溶接を行い、溶接部１５を形成する。これにより、金属ステム２０の段部２３とハウジング１０の座面１３とが密着してシールされ、金属ステム２０の開口部２２とハウジング１０の圧力導入通路１２との連通部のシール性が確保されると共に、図１に示したように金属ステム２０が溶接部１５において固定される。
【００４０】
次に、チップ５２及びピン５６が搭載されたセラミック基板５０を、接着剤等にて、ハウジング１０における圧力導入通路１２の他端側の部位に固定する。そして、ワイヤボンディングを行うことにより、センサチップ３０とセラミック基板５０の導体（配線部）とを上記細線５４にて電気的に接続する。
【００４１】
次に、コネクタターミナル６０とピン５６とをレーザ溶接（ＹＡＧレーザ溶接等）にて接合する。次に、Ｏリング８０を介して、コネクタケース７０をハウジング１０に組み付け、ハウジング１０の端部をかしめることにより、コネクタケース７０とハウジング１０とを固定する。こうして、上記図１に示す圧力センサ１００が完成する。
【００４２】
かかる圧力センサ１００は、ハウジング１０のネジ１１を上記図示しない燃料パイプに形成されたネジ部に直接結合し取り付けることによって、該燃料パイプに接続固定される。そして、燃料パイプ内の燃料圧（圧力媒体）が、圧力導入通路１２の一端側から導入され、金属ステム２０の開口部２２から金属ステム２０の内部（中空部）へ導かれたときに、その圧力によってダイアフラム２１が変形する。
【００４３】
このダイアフラム２１の変形をセンサチップ３０により電気信号に変換し、この信号をセンサの処理回路を構成するセラミック基板５０等にて処理し、圧力検出を行う。そして、検出された圧力（燃料圧）に基づいて、上記ＥＣＵ等により燃料噴射制御がなされるのである。なお、処理回路をセラミック基板５０に作りこんでいるが、セラミック基板５０を別途設けることなく、センサチップ３０に一体化して作り込むようにしても良い。このように処理回路をセンサチップに集積化すると、上記部品が廃止でき部品点数の削減および装置小型化を実現できる。
【００４４】
以上説明した本実施形態の圧力センサ１００では、センサチップ３０の裏面をダイアフラム２１の表面に直接接合している。このため、センサチップ３０をダイアフラム２１に対して低融点ガラスを用いて接合しなくても済み、低融点ガラスを用いる従来の構造のように、金属ステム２０をコバール等で構成する必要が無くなる。このため、コバール等と比べて加工が容易で、かつ、安価なＳＵＳ等により金属ステム２０を構成することが可能となる。
【００４５】
また、このように金属ステム２０をコバール等と異なる材料で構成できれば、金属ステム２０をハウジング１０と同じ材料の金属で構成することが可能となる。これにより、金属ステム２０とハウジング１０、具体的にはステム配置部１４とを溶接部１５にて固定することが可能となる。
【００４６】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態の圧力センサ１００は、第１実施形態に対してセンサチップ３０の厚みを変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
【００４７】
図５は、本実施形態の圧力センサ１００における金属ステム２０およびセンサチップ３０の関係を示した拡大断面図である。図５に示すように、本実施形態では、ダイアフラム２１の厚みをＬ１とすると、センサチップ３０の厚みＬ２もダイアフラム２１の厚みＬ１と同じにしている。具体的には、センサチップ３０を構成する単結晶Ｓｉ３１に歪ゲージ３２や絶縁膜３３などを作り込んだ後、単結晶Ｓｉ３１の裏面を研削、研磨することにより、センサチップ３０の厚みＬ２をダイアフラム２１の厚みＬ１と同じにする。
【００４８】
このような構成とすると、次の効果を得ることができる。すなわち、センサチップ３０やダイアフラム２１が製造時や圧力印加時において熱膨張・熱収縮する際に、これらの一方に圧縮応力が掛かり、他方に引っ張り応力が掛かることになるが、センサチップ３０の厚みＬ２をダイアフラム２１の厚みＬ１と同等にすると、Ｓｉのヤング率が１７０ＧＰａ、ＳＵＳのヤング率が１９０ＧＰａとほぼ同等であるため、これらの境界部が応力中立点となる。したがって、センサチップ３０とダイアフラム２１の境界部に加わる応力を軽減することが可能となり、センサチップ３０とダイアフラム２１との接合面の耐久性・信頼性を向上させることができる。
【００４９】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。上記第１、第２実施形態では、単結晶Ｓｉ３１を用いてセンサチップ３０を構成したが、本実施形態ではＳＯＩ基板を用いてセンサチップ３０を構成する。その他に関しては第１実施形態と同様である。
【００５０】
図６は、本実施形態の圧力センサ１００のセンサチップ３０の断面図である。この図に示されるように、ＳＯＩ基板３６に歪ゲージ３２、絶縁膜３３、配線部３４および保護膜３５が形成されている。ＳＯＩ基板３６は、Ｓｉ層３６ａと支持基板３６ｂとが絶縁膜３６ｃを介して接合されて構成されたものであり、支持基板３６ｂにシリコン基板を貼り合わせたのち、シリコン基板を研削・研磨してＳｉ層３６ａを形成する手法や、支持基板３６ｂにシリコン薄膜を蒸着させたり、固相成長させたのちレーザアニール等により結晶化させてＳｉ層３６ａを形成する手法により形成される。歪ゲージ３２はＳｉ層３６ａに作り込まれ、歪ゲージ３２を絶縁膜３６ｄで囲むことで各歪ゲージ３２同士が絶縁分離されている。
【００５１】
このようなＳＯＩ基板３６を用いることにおり、センサチップ３０に作りこまれた歪ゲージ３２により構成されるセンシング部の高温動作が可能となる。その結果、エンジン燃焼室におけるエンジン燃焼圧測定などに圧力センサ１００を適用することが可能となる。
【００５２】
（第３実施形態の変形例１）
図７は、第３実施形態で示したセンサチップ３０の変形例を示した図であり、ＳＯＩ基板３６を用いてセンサチップ３０を構成しているが、Ｓｉ層３６ａのうち歪ゲージ３２以外の部分を除去することにより、歪ゲージ３２をメサ構造としたものである。このように、歪ゲージ３２を絶縁膜３６ｄで囲んで絶縁した場合には、歪ゲージ３２をメサ構造としても良い。
【００５３】
（第３実施形態の変形例２）
上記第３実施形態で示したＳＯＩ基板３６の支持基板３６ｂには、一般的に用いられている様々な基板を適用することが可能であるが、その熱膨張係数がＳｉの熱膨張係数（〜３３×１０−７／℃）から金属ステム２０の材料の熱膨張係数（例えば、金属ステム２０をＳＵＳ３０４で構成する場合の熱膨張係数（〜１７０×１０−７／℃）の間に位置する材料にて支持基板３６ｂを構成すると好ましい。
【００５４】
センサチップ３０の裏面、つまり支持基板３６ｂをダイアフラム２１の表面に接合する際に、直接接合により行っているため、これらを室温で接合することが可能となり、接合時に支持基板３６ｂとダイアフラム２１との接合面に発生する応力をゼロにすることが可能となる。しかしながら、圧力センサ１００の使用時の温度変化により、その温度変化に伴って支持基板３６ｂとダイアフラム２１との接合面に応力が発生する。
【００５５】
このとき、第１実施形態のように支持基板３６ｂを介さないで単結晶Ｓｉ３１を直接ダイアフラム２１の表面に接合する場合には、これらの熱膨張係数の差に応じた応力が発生することになるが、第３実施形態では、これらの間に支持基板３６ｂが挟まれた構造となる。このため、支持基板３６ｂの熱膨張係数がＳｉの熱膨張係数と金属ステム２０の材料の熱膨張係数の間となるようにすると、第１実施形態の構造では、単結晶Ｓｉ３１とダイアフラム２１の間に大きな応力が発生してしまうのに対し、支持基板３６ｂを介することで、ダイアフラム２１と支持基板３６ｂの接合面の間と支持基板３６ｂとＳｉ層３６ａの間とに、発生する応力を段階的に分散することが可能となる。したがって、よりセンサチップ３０とダイアフラム２１との接合面の耐久性・信頼性を向上させることが可能となる。
【００５６】
なお、このように支持基板３６ｂの熱膨張係数がＳｉの熱膨張係数と金属ステム２０の材料の熱膨張係数の間となる材料としては、例えば、７０５９ガラス（フォトマスクやＴＦＴ基板にしようされるコーニング社製のガラスで、熱膨張係数α＝〜４６×１０−７／℃）やアルミナ（熱膨張係数α＝〜７０×１０−７／℃）を適用することができる。
【００５７】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態の圧力センサ１００は、第１実施形態に対してセンサチップ３０の裏面側の角部の形状を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
【００５８】
図８は、本実施形態の圧力センサ１００における金属ステム２０およびセンサチップ３０を示した拡大断面図である。図８に示すように、本実施形態では、センサチップ３０の裏面（単結晶Ｓｉ３１の裏面）の角部を除去し、ダイアフラム２１の表面に対するセンサチップ３０の接触面の角部をテーパ状とし、鈍角となるようにしている。
【００５９】
このように、センサチップ３０の裏面の角部をテーパ状にすると、次の効果を得ることができる。具体的には、センサチップ３０やダイアフラム２１が熱膨張・熱収縮する際に、これらの接触面に応力が発生すると、センサチップ３０とダイアフラム２１の接触面の端部、すなわちセンサチップ３０の裏面の角部に応力が集中し易くなる。集中した応力は、センサチップ３０の裏面の角部で分散できるほど緩和できる。このため、センサチップ３０の裏面の角部の角度が大きいほど、応力を分散することが可能となる。したがって、本実施形態のようにセンサチップ３０の裏面の角部をテーパ状にすることで、センサチップ３０とダイアフラム２１との接合面の耐久性・信頼性を向上させることができる。
【００６０】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態の圧力センサ１００は、第１実施形態に対してセンサチップ３０の裏面側の角部の形状を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
【００６１】
図９は、本実施形態の圧力センサ１００における金属ステム２０およびセンサチップ３０を示した拡大断面図である。図９に示すように、本実施形態では、センサチップ３０の裏面（単結晶Ｓｉ３１の裏面）に絶縁膜３７を配置している。
【００６２】
このように、センサチップ３０の裏面の絶縁膜３７を配置した場合、絶縁膜３７の表面とダイアフラム２１の表面とを直接接合することになるが、直接接合時に例えば配線部３４を通じて単結晶Ｓｉ３１に電圧を印加し、単結晶Ｓｉ３１と金属ステム２０との間に電位差に基づく静電引力を発生させながら、絶縁膜３７の表面とダイアフラム２１の表面とを直接接合することができる。これにより、接合面の表面活性化に加えて静電引力を用いた接合が行え、より接合歩留まりを向上させることが可能となる。
【００６３】
なお、上記第３実施形態において、ＳＯＩ基板３６の支持基板３６ｂを絶縁体で構成した場合にも、Ｓｉ層３６ａと金属ステム２０との間に電位差を発生させることで、静電引力を発生させることができる。したがって、この場合にも静電引力を用いて接合歩留まりを向上させることが可能となる。
【００６４】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態について説明する。上記第５実施形態では、センサチップ３０に絶縁膜３７を配置したが、本実施形態では、ダイアフラム２１側に絶縁膜の圧力センサ１００は、第１実施形態に対してセンサチップ３０の裏面側の角部の形状を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
【００６５】
図１０は、本実施形態の圧力センサ１００における金属ステム２０およびセンサチップ３０を示した拡大断面図である。図１０に示すように、本実施形態では、ダイアフラム２１の表面に絶縁膜２４を配置している。
【００６６】
このように、ダイアフラム２１の表面の絶縁膜２４を配置した場合にも、第５実施形態と同様、直接接合時に例えば配線部３４を通じて単結晶Ｓｉ３１に電圧を印加し、単結晶Ｓｉ３１と金属ステム２０との間に電位差に基づく静電引力を発生させながら、絶縁膜２４の表面とセンサチップ３０の裏面とを直接接合することができる。これにより、接合面の表面活性化に加えて静電引力を用いた接合が行え、より接合歩留まりを向上させることが可能となる。
【００６７】
（他の実施形態）
上記実施形態では、直接接合の一例として表面活性化による場合を例に挙げたが、その他の手法による直接接合であっても構わない。
【００６８】
また、本発明は、自動車の燃料噴射系の燃料の圧力を検出するもの以外にも、種々の圧力センサに適用可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる圧力センサの全体断面図である。
【図２】図１中の丸で囲んだＡ部に相当する金属ステムおよびセンサチップの拡大断面図である。
【図３】図１に示す圧力センサの分解状態を示す図である。
【図４】センサチップを金属ステムに直接接合する様子を示した図である。
【図５】本発明の第２実施形態にかかる圧力センサの金属ステムおよびセンサチップの関係を示した拡大断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態にかかる圧力センサのセンサチップの断面図である。
【図７】第３実施形態の変形例にかかるセンサチップの断面図である。
【図８】本発明の第４実施形態にかかる圧力センサのセンサチップの断面図である。
【図９】本発明の第５実施形態にかかる圧力センサのセンサチップの断面図である。
【図１０】本発明の第６実施形態にかかる圧力センサのセンサチップの断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０…ハウジング、１２…圧力導入通路、１３…座面、１４…ステム配置部、１５…溶接部、２０…金属ステム、２１…ダイアフラム、２２…開口部、２３…段部、２４…絶縁膜、３０…センサチップ、３１…単結晶Ｓｉ、３２…歪みゲージ、３３…絶縁膜、３４…配線層、３５…保護膜、３６…ＳＯＩ基板、３６ａ…Ｓｉ層、３６ｂ…支持基板、３７…絶縁膜、６０…コネクタターミナル、７０…コネクタケース、１００…圧力センサ。
【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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