(57)【要約】【課題】本発明は、Ｈｅ、Ｈ2等の低分子量の気体がキャビティ内に透過することを防止するとともに、シリコン基板を薄く且つ精度良く形成することにより、良好な測定精度を得ることができる圧力センサ及びその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】第１のシリコン基板２１と第２のシリコン基板２２とが酸化層２３を挟んで積層されたＳＯＩ基板２０を用意して、第２のシリコン基板２２と酸化層２３を除去して第１のシリコン基板２１を露出させる工程と、露出する第１のシリコン基板２１にキャビティ３４を形成してダイヤフラム３１を形成する工程と、第１のシリコン基板２１のキャビテ３４ィが形成された面と、シリコンを有し構成されるベース基板２５とを酸化層２３を介さずに接合して、キャビティ３４を密閉する工程とを有することを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のシリコン基板と第２のシリコン基板とが酸化層を挟んで積層されたＳＯＩ基板を用意して、前記第２のシリコン基板と前記酸化層を除去して前記第１のシリコン基板を露出させる工程と、
露出する前記第１のシリコン基板にキャビティを形成してダイヤフラムを形成する工程と、
前記第１のシリコン基板の前記キャビティが形成された面と、シリコンを有し構成されるベース基板とを前記酸化層を介さずに接合して、前記キャビティを密閉する工程とを有することを特徴とする圧力センサの製造方法。
【請求項２】
前記第１のシリコン基板と前記ベース基板とをシリコン同士で接合することを特徴とする請求項１に記載の圧力センサの製造方法。
【請求項３】
前記第１のシリコン基板の前記キャビティの内面に金属層を形成する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の圧力センサの製造方法。
【請求項４】
前記キャビティの深さを前記ダイヤフラムの厚さよりも小さく形成することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の圧力センサの製造方法。
【請求項５】
前記第２のシリコン基板及び前記酸化層をエッチングにより除去す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項に記載の圧力センサの製造方法。
【請求項６】
前記第１のシリコン基板の前記キャビティを形成する工程において、前記キャビティ内に支柱を形成することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の圧力センサの製造方法。
【請求項７】
キャビティが形成された第１のシリコン基板と、前記第１のシリコン基板の前記キャビティが形成された面に接合されたベース基板とを有し、
前記第１のシリコン基板は、前記第１のシリコン基板と第２のシリコン基板とが酸化層を挟んで積層されたＳＯＩ基板から、前記第２のシリコン基板と前記酸化層を除去して形成されたものであり、
前記ベース基板はシリコンを有し、前記第１のシリコン基板と前記ベース基板とは前記酸化層を介さずに接合されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項８】
前記第１のシリコン基板と前記ベース基板とが、シリコン同士で接合されていることを特徴とする請求項７に記載の圧力センサ。
【請求項９】
前記第１のシリコン基板の前記キャビティの内面に金属層が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の圧力センサ。
【請求項１０】
前記キャビティ内において、前記第１のシリコン基板と前記ベース基板との間に支柱が形成されていることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶対圧を測定する圧力センサ及びその製造方法に関し、特に、ＳＯＩ基板によりダイヤフラムが構成される圧力センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、センサ全体の厚みを小さくすることが可能な圧力センサについて開示されている。図８には、特許文献１に記載されている第１の従来例の圧力センサの断面図を示す。図８に示すように、第１の従来例の圧力センサ１１０は、ＳＯＩ基板１２０とベース基板１２５とが接合された構造となっている。ＳＯＩ基板１２０は、第１のシリコン基板１２１と第２のシリコン基板１２２とが酸化層１２３を挟んで積層された構造となっている。第１の従来例の圧力センサ１１０は、第２のシリコン基板１２２及び酸化層１２３の中央部をエッチングにより除去してキャビティ１３４が形成されるとともに、キャビティ１３４が形成された箇所の第１のシリコン基板１２１がダイヤフラム１３１を構成する。
【０００３】
図８に示すように、第１のシリコン基板１２１の表面に複数のピエゾ抵抗素子１４１が形成されており、圧力が変化した際のダイヤフラム１３１の撓みに伴ってピエゾ抵抗素子１４１の抵抗値が変化する。圧力センサ１１０は、ピエゾ抵抗素子１４１の抵抗変化に基づいて圧力を検出することが可能である。
【０００４】
図８に示すように、キャビティ１３４の周囲の第２のシリコン基板１２２とベース基板１２５とが接合され、キャビティ１３４内は真空状態となっている。第１の従来例の圧力センサ１１０は、キャビティ１３４の真空を基準圧として絶対圧力を測定することができる。
【０００５】
第１の従来例の圧力センサ１１０は、第２のシリコン基板１２２及びベース基板１２５はいずれもシリコンから構成されており、第２のシリコン基板１２２とベース基板１２５とは、酸化層を介しないシリコン（Ｓｉ）−シリコン（Ｓｉ）接合となっている。よって、ヘリウム（Ｈｅ）や水素（Ｈ2）等の低分子量の気体の圧力を測定する際に、第２のシリコン基板１２２とベース基板１２５との接合界面から、Ｈｅ、Ｈ2等の低分子量の気体が侵入することがない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１８９４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図８に示すように、ＳＯＩ基板１２０の第１のシリコン基板１２１と第２のシリコン基板１２２との間に酸化層１２３が形成されているため、酸化層１２３を透過してＨｅ、Ｈ2等の低分子量の気体がキャビティ１３４内に侵入する。よって、キャビティ１３４内の基準圧（真空）が変動してしまい、圧力センサ１１０の測定精度が低下するという課題がある。
【０００８】
図９は、特許文献１に記載されている第２の従来例の圧力センサの断面図である。図９に示すように、第２の従来例の圧力センサ２１０は、センサ基板２２１としてＳＯＩ基板を用いずに、シリコンウエハを研削加工したシリコン基板を用いている。そして、シリコン基板をエッチングすることでキャビティ２３４、ダイヤフラム２３１を形成している。第２の従来例の圧力センサ２１０は、センサ基板２２１とベース基板２２５とがＳｉ−Ｓｉ接合されており、センサ基板２２１に酸化層が形成されていないため、Ｈｅ、Ｈ2等の低分子量の気体がキャビティ２３４内に侵入することを防止できる。よって、Ｈｅ、Ｈ2等の低分子量の気体の圧力を測定する場合であっても、第２の従来例の圧力センサ２１０の測定精度は低下しない。
【０００９】
しかしながら、センサ基板２２１の厚さを薄くするためには、グラインダー等を用いてシリコン基板を研削加工する必要がある。グラインダーの加工精度は±５μｍ程度であり、シリコン基板の研削加工の際の研削ばらつきやシリコン基板内の加工ばらつきが大きくなってしまう。このため、ダイヤフラムの厚みが５μｍ以下の高感度な圧力センサを得るには、センサ基板２２１の厚みを精度良く制御することが困難であり、シリコン基板を用いてセンサ基板２２１を薄く形成することに限界があった。
【００１０】
また、センサ基板２２１を薄く加工せず厚いものを用いた場合には、ダイヤフラム２３１を薄くするためにキャビティ２３４を深くエッチング加工する必要がある。しかし、エッチング量が大きく（深く）なるほど、ばらつきが増大し（約±２μｍ）、エッチング量を制御することが困難となる。そのため、厚みが２００μｍ〜８００μｍのシリコン基板にエッチングで５μｍのダイヤフラムを形成すると３μｍ〜７μｍの範囲でダイヤフラム２３１の厚みばらつきが発生し、圧力センサ２１０の測定精度のばらつきが生じる。言いかえれば、５μｍの厚み目標に対して、±２μｍの加工ばらつきは±４０％の加工ばらつきに相当する。したがって、シリコンウエハを用いてセンサ基板２２１及びダイヤフラム２３１の厚さを精度良く加工することが困難であり、良好な測定精度を得ることが困難である。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決して、Ｈｅ、Ｈ2等の低分子量の気体がキャビティ内に侵入することを防止するとともに、シリコン基板を薄く且つ精度良く形成することにより、良好な測定精度を有する圧力センサ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の圧力センサの製造方法は、第１のシリコン基板と第２のシリコン基板とが酸化層を挟んで積層されたＳＯＩ基板を用意して、前記第２のシリコン基板と前記酸化層を除去して前記第１のシリコン基板を露出させる工程と、露出する前記第１のシリコン基板にキャビティを形成してダイヤフラムを形成する工程と、前記第１のシリコン基板の前記キャビティが形成された面と、シリコンを有し構成されるベース基板とを前記酸化層を介さずに接合して、前記キャビティを密閉する工程とを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の圧力センサは、キャビティが形成された第１のシリコン基板と、前記第１のシリコン基板の前記キャビティが形成された面に接合されたベース基板とを有し、前記第１のシリコン基板は、前記第１のシリコン基板と第２のシリコン基板とが酸化層を挟んで積層されたＳＯＩ基板から、前記第２のシリコン基板と前記酸化層を除去して形成されたものであり、前記ベース基板はシリコンを有し、前記第１のシリコン基板と前記ベース基板とは前記酸化層を介さずに接合されていることを特徴とする。
【００１４】
これによれば、ＳＯＩ基板を用いて第２のシリコン基板と酸化層を除去して第１のシリコン基板を形成することにより、第１のシリコン基板を薄く、且つ精度良く形成することができる。よって、第１のシリコン基板にキャビティを形成する際にキャビティの深さを小さくできるため、キャビティ深さのばらつきを小さく抑えることができ、測定精度のばらつきを抑制できる。また、酸化層を除去して第１のシリコン基板とベース基板とを接合することで、キャビティ内部から圧力センサの外部に連続する酸化層が形成されない。よって、ＨｅやＨ2等の低分子量の気体が、酸化層を透過してキャビティ内に侵入することを防止することができる。したがって、キャビティ内の真空（絶対圧）の変動を防止して良好な測定精度が得られる。
【００１５】
よって、本発明の圧力センサ及びその製造方法によれば、Ｈｅ、Ｈ2等の低分子量の気体がキャビティ内に侵入することを防止するとともに、シリコン基板を薄く且つ精度良く形成することにより、良好な測定精度を得ることができる。
【００１６】
本発明の圧力センサの製造方法は、前記第１のシリコン基板と前記ベース基板とをシリコン同士で接合することが好ましい。
【００１７】
本発明の圧力センサは、前記第１のシリコン基板と前記ベース基板とが、シリコン同士で接合されていることが好ましい。
【００１８】
これによれば、第１のシリコン基板とベース基板とが、酸化層を介さずに接合されるため、ＨｅやＨ2等の低分子量の気体が、第１のシリコン基板とベース基板との接合界面から侵入することを防止することができる。よって、キャビティ内の真空（絶対圧）の変動を防止して、良好な測定感度が得られる。
【００１９】
本発明の圧力センサの製造方法は、前記第１のシリコン基板の前記キャビティの内面に金属層を形成する工程を有することが好ましい。
【００２０】
本発明の圧力センサは、前記第１のシリコン基板の前記キャビティの内面に金属層が設けられていることが好ましい。
【００２１】
これによれば、前記第１のシリコン基板のキャビティ内面に金属層が設けられているため、ＨｅやＨ2等の低分子量の気体が侵入することを確実に防止することができる。
【００２２】
本発明の圧力センサの製造方法において、前記キャビティの深さを前記ダイヤフラムの厚さよりも小さく形成すること好ましい。これによれば、キャビティを形成する際の加工ばらつきを小さくすることができ、ダイヤフラムの厚さを精度良く形成することができる。
【００２３】
本発明の圧力センサの製造方法において、前記第２のシリコン基板及び前記酸化層をエッチングにより除去することが好ましい。これによれば、エッチングレートの違いを利用して、ＳＯＩ基板の第１のシリコン基板を残して第２のシリコン基板と酸化層とを除去することが容易であり、第１のシリコン基板の厚さを精度良く形成することができる。
【００２４】
本発明の圧力センサの製造方法は、前記第１のシリコン基板の前記キャビティを形成する工程において、前記キャビティ内に支柱を形成することが好ましい。
【００２５】
本発明の圧力センサは、前記キャビティ内において、前記第１のシリコン基板と前記ベース基板との間に支柱が形成されていることが好ましい。
【００２６】
これによれば、支柱が設けられているため第１のシリコン基板を撓みにくくすることができ、高圧の圧力レンジの測定が可能となる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の圧力センサ及びその製造方法によれば、Ｈｅ、Ｈ2等の低分子量の気体がキャビティ内に侵入することを防止するとともに、シリコン基板を薄く且つ精度良く形成することにより、良好な測定精度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態における圧力センサの断面図である。
【図２】本実施形態における圧力センサの平面図である。
【図３】本実施形態の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４】第１の実施形態の変形例を示す圧力センサの断面図である。
【図５】第２の実施形態における圧力センサの平面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線で切断して矢印方向から見たときの圧力センサの断面図である。
【図７】実施例の圧力センサ及び比較例の圧力センサについて、（ａ）圧力センサ出力の変化を示すグラフ、及び（ｂ）キャビティ内の圧力の変化を示すグラフである。
【図８】第１の従来例の圧力センサの断面図である。
【図９】第２の従来例の圧力センサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照して、本発明の具体的な実施形態の圧力センサについて説明をする。なお、各図面の寸法は適宜変更して示している。
【００３０】
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態における圧力センサの断面図である。図２は、本実施形態の圧力センサの平面図である。図１に示すように、本実施形態の圧力センサ１０は、第１のシリコン基板２１とベース基板２５とが接合されて構成される。図１に示すように、第１のシリコン基板２１の下面にはキャビティ３４が形成されており、キャビティ３４が形成された箇所において第１のシリコン基板２１が薄く形成される。薄く形成された第１のシリコン基板２１が、外部の圧力によって変動するダイヤフラム３１としての機能を有する。また、キャビティ３４の周囲は、外部圧力により変動しない固定部３２である。
【００３１】
図１に示すように、第１のシリコン基板２１のキャビティ３４が形成された面において、第１のシリコン基板２１の固定部３２とベース基板２５とが接合される。ベース基板２５は、シリコン（Ｓｉ）からなり、第１のシリコン基板２１とベース基板２５とはシリコン（Ｓｉ）−シリコン（Ｓｉ）接合され、キャビティ３４は真空状態に密閉される。本実施形態の圧力センサ１０は、真空を基準圧（絶対圧）として外部の圧力を測定する絶対圧測定用圧力センサである。
【００３２】
図１に示すように、第１のシリコン基板２１の上面には複数のピエゾ抵抗素子４１が形成されており、第１のシリコン基板２１の上面及び複数のピエゾ抵抗素子４１を覆って保護層２８が形成されている。図２に示すように、ダイヤフラム３１は平面視で略矩形状に形成されており、ダイヤフラム３１の外周３１ａ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２に示すように、複数のピエゾ抵抗素子４１（４１ａ〜４１ｄ）は、ダイヤフラム３１の外周３１ａと重なる位置において、各辺の略中央に１つずつ形成されている。そして、４つのピエゾ抵抗素子４１（４１ａ〜４１ｄ）は配線層４２によって接続されブリッジ回路を構成する。
【００３３】
図２に示すように、ピエゾ抵抗素子４１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４３と、ピエゾ抵抗層４３同士を接続する接続配線層４４とを有している。Ｙ１−Ｙ２方向に延びるピエゾ抵抗層４３が接続配線層４４を介してＸ１−Ｘ２方向に接続され、ピエゾ抵抗素子４１はそれぞれミアンダ状に形成されている。４つのピエゾ抵抗素子４１（４１ａ〜４１ｄ）は、互いに９０°位相を異ならせて配置されている。すなわち、ピエゾ抵抗素子４１ａ、４１ｄは、ピエゾ抵抗層４３の延在方向が外周３１ａに対して平行となる方向に配置され、ピエゾ抵抗素子４１ｂ、４１ｃは、ピエゾ抵抗層４３の延在方向が外周３１ａに対して直交する方向に配置される。
【００３４】
ダイヤフラム３１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４１の抵抗値が変化する。各ピエゾ抵抗素子４１は、位相を異ならせて配置されているため、ピエゾ抵抗素子４１ａ、４１ｄとピエゾ抵抗素子４１ｂ、４１ｃ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等の外部回路（図示しない）に出力され、これに基づいて圧力を検出することができる。
【００３５】
本実施形態において、第１のシリコン基板２１は、第１のシリコン基板２１と第２のシリコン基板とが酸化層を挟んで積層されたＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）基板（図示しない）から、第２のシリコン基板と酸化層を除去して形成されたものである。ＳＯＩ基板を用いることにより、第１のシリコン基板２１を薄く、且つ精度良く形成することができる。本実施形態において、第１のシリコン基板２１は、２μｍ〜１０μｍ程度、例えば約５μｍの厚さに形成することができる。また、第１のシリコン基板２１を薄く形成できるため、所定のダイヤフラム３１の厚さを得るためのキャビティ３４の深さを小さくすることが可能である。よって、キャビティ３４を加工する際のばらつきを小さく抑えることができ、ダイヤフラム３１の厚みが精度良く形成されるため、良好な測定精度を得ることができる。
【００３６】
また、酸化層を除去して第１のシリコン基板２１とベース基板２５とを接合することで、図１に示すように、キャビティ３４内部から圧力センサ１０の外部に連続する酸化層が形成されない。よって、ヘリウム（Ｈｅ）や水素（Ｈ2）等の低分子量の気体が、酸化層を透過してキャビティ３４内に侵入することを防止することができる。したがって、キャビティ３４内の真空（絶対圧）の変動を防止して良好な測定精度が得られる。
【００３７】
＜圧力センサの製造方法＞
図３は、第１の実施形態の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３（ａ）の工程では、ＳＯＩ基板２０を用意する。図３（ａ）に示すように、ＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）基板２０は、第１のシリコン基板２１と第２のシリコン基板２２とが、酸化層２３を介して積層されている。第１のシリコン基板２１の厚さは、２μｍ〜１０μｍ程度、より好ましくは４μｍ〜５μｍ程度である。酸化層２３は酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなり、その厚さは０．３μｍ〜２μｍ程度である。第２のシリコン基板２２は支持基板であり、２００μｍ〜８００μｍ程度に厚く形成されている。
【００３８】
図３（ａ）に示すように、第１のシリコン基板２１の上面に、ピエゾ抵抗素子４１や配線層（図３には省略して示す）等を形成し、表面を保護層２８で覆う。
【００３９】
図３（ｂ）の工程では、グラインダー等により第２のシリコン基板２２の下面側から研削加工を行い、酸化層２３の近傍まで第２のシリコン基板２２を研削する。この場合、ＳＯＩ基板２０の保護層２８やピエゾ抵抗素子４１等を形成した面をステージに固定し、ピエゾ抵抗素子４１を形成した面とは反対側の面を研削加工する。
【００４０】
図３（ｃ）の工程では、第２のシリコン基板２２及び酸化層２３をエッチングにより除去する。まず、図３（ｂ）の工程で残った第２のシリコン基板２２を、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）などによりエッチングする。図３（ｃ）に示すように、本実施形態では、第２のシリコン基板２２の全面を除去する。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２２のエッチングが進み酸化層２３まで到達すると酸化層２３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。
【００４１】
その後、エッチングガスの圧力、組成等を変更し、酸化層２３をＲＩＥにより除去する。図３（ｃ）に示すように、酸化層２３の全面が除去され、第１のシリコン基板２１までエッチングが進行すると、ＳｉとＳｉＯ2のエッチングレートの差により、第１のシリコン基板２１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制される。これにより、図３（ａ）に示す元の第１のシリコン基板２１の厚さを維持して、薄く且つ精度良く第１のシリコン基板２１の厚さを制御できる。
【００４２】
次に、図３（ｄ）の工程で、第１のシリコン基板２１の下面側の一部をエッチングしてキャビティ３４を形成する。キャビティ３４は、図３（ｃ）の工程と同様にＲＩＥにより形成される。図３（ｄ）に示すように、キャビティ３４が形成された箇所で第１のシリコン基板２１が薄く形成され、外部の圧力により変動可能なダイヤフラム３１が形成される。また、キャビティ３４の周囲は、外部の圧力により変動しない固定部３２である。
【００４３】
本実施形態において、キャビティ３４の深さはダイヤフラム３１の厚さよりも小さく形成されている。例えば、第１のシリコン基板２１全体の厚みが約５μｍの場合、キャビティ３４の深さを１〜２μｍ、ダイヤフラム３１の厚さは３〜４μｍ程度に形成することが好ましい。
【００４４】
図３（ｂ）〜図３（ｃ）の工程で第１のシリコン基板２１の厚さを薄く且つ精度良く形成できるため、キャビティ３４の深さを小さく形成した場合であっても、ダイヤフラム３１を十分に薄く形成することができる。また、図９に示す第２の従来例の圧力センサ２１０に比べ、キャビティ３４を形成する際のエッチング量を小さくすることができるため、エッチング量のばらつきを小さく抑えてキャビティ３４の深さを精度良く形成することができる。すなわち、ダイヤフラム３１の厚さが精度良く形成できるため、良好な測定精度が得られる。
【００４５】
図３（ｅ）の工程では、第１のシリコン基板２１のキャビティ３４が形成された面と、シリコンを有し構成されるベース基板２５とを接合して、キャビティ３４を密閉する。第１のシリコン基板２１は図３（ｃ）に示す工程で酸化層２３が除去されており、第１のシリコン基板２１とベース基板２５とは、酸化層２３を介さずにシリコン同士が接触して常温接合される。この接合工程は真空中で行われ、キャビティ３４の内部は真空状態に密閉される。以上の工程により、真空を基準圧（絶対圧）として外部の圧力を測定する圧力センサ１０を製造することができる。
【００４６】
図３（ｅ）の工程により、第１のシリコン基板２１とベース基板２５とが酸化層２３を介さずシリコン同士で接合されるため、キャビティ３４内部から圧力センサ１０の外部に連続する酸化層２３が形成されない。よって、ＨｅやＨ2等の低分子量の気体のリークパスが形成されないため、ＨｅやＨ2等の低分子量の気体が、酸化層２３を透過してキャビティ３４内に侵入することを防止することができる。したがって、キャビティ３４内の真空（絶対圧）の変動を防止して良好な測定精度が得られる。
【００４７】
以上の工程により、Ｈｅ、Ｈ2等の低分子量の気体がキャビティ３４内に透過することを防止するとともに、第１のシリコン基板２１を薄く且つ精度良く形成することにより、良好な測定精度を有する圧力センサ１０を得ることができる。
【００４８】
なお、第１のシリコン基板２１とベース基板２５とを接合した後に、図３（ｅ）に示すように、保護層２８の一部をエッチングにより薄く形成することができる。図３（ｅ）に示すように、ダイヤフラム３１と重なる領域の保護層２８を周囲よりも薄く形成することにより、保護層２８を含めたダイヤフラム３１の合計厚さを薄く、且つ精度良く形成でき、良好な測定精度が得られる。
【００４９】
なお、図２で示したダイヤフラム３１の平面形状や、ダイヤフラム３１、各基材等の厚みは適宜変更することができる。また、図３（ｅ）に示すベース基板２５はシリコン以外の材質であっても良いが、ガラス等、酸化物を含む材料は、ベース基板２５を透過してＨｅ、Ｈ2等の低分子量の気体がキャビティ３４内に侵入するため好ましくない。
【００５０】
図４は、第１の実施形態の変形例を示す圧力センサの断面図である。図４に示す圧力センサ１１は、第１のシリコン基板２１のキャビティ３４の内面に金属層２７が形成されている点で異なる。金属層２７は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）等の材料を用いることができ、図３（ｄ）の工程の後に、第１のシリコン基板２１の下面側に薄膜形成される。
【００５１】
本変形例においても、第１のシリコン基板２１とベース基板２５とは、酸化層２３を介さずにシリコン同士が接触して常温接合される。また、図４に示すように、金属層２７をキャビティ３４の内面に形成することにより、キャビティ３４内部を確実に密閉することができ、Ｈｅ、Ｈ2等の低分子量の気体が侵入することを防止できる。
【００５２】
＜第２の実施形態＞
図５は、第２の実施形態における圧力センサの平面図である。図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線で切断して矢印方向から見たときの圧力センサの断面図である。
【００５３】
図６に示すように、第２の実施形態の圧力センサ１２は、キャビティ３４内において、第１のシリコン基板２１とベース基板２５との間に支柱３６が形成されている。図５に示すように、支柱３６は、平面視で円形に形成された円柱であり、キャビティ３４のほぼ中央に位置している。
【００５４】
このように、支柱３６を設けることにより、第１のシリコン基板２１を撓みにくくすることができ、高圧の圧力レンジの測定が可能となる。また、図５に示す支柱３６の直径Ｄ１を変えることで第１のシリコン基板２１の撓みやすさを調整することができる。例えば、ダイヤフラム３１の辺の長さＬ１に対する支柱３６の直径Ｄ１の比率を０．３以上とすることで、確実に高圧の圧力レンジが測定可能となる。
【００５５】
また、支柱３６は、図３（ｄ）に示すキャビティ３４をエッチングにより形成する工程と同時に形成することができる。すなわち、図３（ｄ）の工程において、第１のシリコン基板２１の支柱３６を形成する箇所にレジストを設けてエッチングすることにより、第１のシリコン基板２１がエッチングされた部分でキャビティ３４が形成され、レジストを設けた部分はエッチングされず第１のシリコン基板２１が残った部分で支柱３６が形成される。
【００５６】
本実施形態の圧力センサ１２によれば、支柱３６を設けることにより、ダイヤフラム３１の厚みや外形形状を変えることなく、圧力レンジを適切に調整可能である。つまり、図３（ｄ）に示すエッチング工程に用いるマスクを変更することで、支柱３６を形成して高圧の圧力レンジを測定可能とすることができるため、図２に示すピエゾ抵抗素子４１や各配線層４２の設計を変更する必要はない。また、図３（ａ）〜図３（ｅ）に示す工程に、新たな工程を追加する必要もない。したがって、本実施形態によれば、製造コストの増大を抑制して、高圧の圧力レンジ測定用の圧力センサ１２を製造することができる。
【００５７】
＜実施例＞
図７（ａ）は、実施例及び比較例の圧力センサについて、圧力センサ出力の変化を示すグラフである。図７（ｂ）は、実施例及び比較例の圧力センサについて、キャビティ内の圧力の変化を示すグラフである。実施例の圧力センサは、図１〜図３に示す第１の実施形態の圧力センサ１０と同様の構成であり、ＳＯＩ基板２０の酸化層２３を除去して、キャビティ３４の内部と外部とを繋ぐリークパスとなる酸化層が形成されていないものである。また、比較例の圧力センサは、図８に示す第１の従来例の圧力センサ１１０と同様の構成であり、第１のシリコン基板１２１と第２のシリコン基板１２２との間に酸化層１２３が形成されている。
【００５８】
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すグラフは、約１気圧のＨｅ雰囲気中に実施例及び比較例の圧力センサを保存し、０ｈ（初期値）、６５ｈ、１３０ｈ経過したときの、圧力センサ出力（ａ）及びキャビティ内の圧力（ｂ）の変化を測定した結果を示している。図７（ａ）の圧力センサ出力は、圧力チャンバー内で約１気圧（１００ｋＰａ）の圧力が印加されたときの出力を示している。
【００５９】
比較例の圧力センサは、図７（ｂ）に示すように、Ｈｅ雰囲気中に保存される時間が長くなるに従い、Ｈｅが酸化層１２３を透過してキャビティ内に侵入し、キャビティ内の圧力が上昇している。このため、基準圧が上昇し、図７（ａ）に示すように、比較例の圧力センサの出力が低下する傾向を示す。よって、比較例の圧力センサは、酸化層１２３がＨｅのリークパスとなって基準圧が変動してしまうため、良好な測定精度が得られない。
【００６０】
これに対し、実施例の圧力センサは、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、Ｈｅ雰囲気中に１３０ｈ保存した後においても、圧力センサ１０の出力、及びキャビティ３４内の圧力の変動は発生せず、良好なセンサ出力を得ることができる。これにより、実施例の圧力センサ１０は、ＨｅやＨ2等の低分子量の気体が、酸化層を透過してキャビティ３４内に侵入することを防止することができ、キャビティ３４内の真空（絶対圧）の変動を防止して良好な測定精度が得られることが示された。
【符号の説明】
【００６１】
１０、１１、１２  圧力センサ
２０  ＳＯＩ基板
２１  第１のシリコン基板
２２  第２のシリコン基板
２３  酸化層
２５  ベース基板
２８  保護層
３１  ダイヤフラム
３１ａ  ダイヤフラムの外周
３２  固定部
３４  キャビティ
３６  支柱
４１  ピエゾ抵抗素子
４２  配線層
【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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