(57)【要約】【課題】接着剤の這い上がりを抑制できる物理量センサを提供する。【解決手段】一面２ａと、一面２ａに対向する他面２ｂとを有する基体部２と、基体部２の一面２ａ側に設けられた検出部３とを備え、基体部２は、一面２ａ側から厚み方向の中途部に至る深さで形成された第１の開口部９と、第１の開口部９とは異なる開口径を有して他面２ｂ側から第１の開口部９に至る深さで形成された第２の開口部１０と、第１の開口部９と第２の開口部１０との間に形成された段差面１１とを有し、検出部３は、第１の開口部９に臨む位置に差圧変動部１２を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面と、前記一面に対向する他面とを有する基体部と、
前記基体部の一面側に設けられた検出部とを備え、
前記基体部は、前記一面側から厚み方向の中途部に至る深さで形成された第１の開口部と、前記第１の開口部とは異なる開口径を有して前記他面側から前記第１の開口部に至る深さで形成された第２の開口部と、前記第１の開口部と前記第２の開口部との間に形成された段差面とを有し、
前記検出部は、前記第１の開口部に臨む位置に差圧変動部を有することを特徴とする物理量センサ。
【請求項２】
前記段差面は、前記他面側から見たときに、前記第２の開口部と、前記第２の開口部よりも内側にある前記第１の開口部との間に設けられていることを特徴する請求項１に記載の物理量センサ。
【請求項３】
前記段差面は、前記第１の開口部と前記第２の開口部との間で湾曲した凹面形状を有することを特徴とする請求項２に記載の物理量センサ。
【請求項４】
前記段差面は、前記一面側から見たときに、前記第１の開口部と、前記第１の開口部よりも内側にある前記第２の開口部との間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の物理量センサ。
【請求項５】
前記差圧変動部は、カンチレバーであり、
前記段差面は、前記カンチレバーが前記第１の開口部の内側に向かって弾性変形したときに、前記カンチレバーと当接される位置に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の物理量センサ。
【請求項６】
前記基体部は、基板の上に、絶縁層と、活性層と、拡散層と、金属層とが順次積層された構造を有することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の物理量センサ。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載の物理量センサが接着剤を用いて取付面に取り付けられた構造であって、
前記取付面に塗布された前記接着剤によって前記基体部の他面側が接着されると共に、前記段差面によって前記第２の開口部側から前記第１の開口部側への前記接着剤の流れ込みが抑制されていることを特徴とする物理量センサの取付構造。
【請求項８】
前記取付面には、前記第２の開口部よりも開口径の小さい第３の開口部が設けられ、
平面視で前記第２の開口部の内側に前記第３の開口部が位置した状態で、前記第３の開口部の周囲に塗布された前記接着剤によって前記基体部の他面側が前記取付面に接着されていることを特徴とする請求項７に記載の物理量センサの取付構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量センサ及びその取付構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ(Micro Electro-Mechanical Systems)技術を用いて作製された小型の半導体センサ素子が開発されている（特許文献１を参照。）。例えば、特許文献１には、基板の上に絶縁層とシリコン層とを積層したＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板を用いて、カンチレバーを有する差圧検出素子を作製する技術が開示されている。特許文献１に記載の差圧検出素子は、流体が流れる流路に接続されたバイパス路内に設けられて、流路の上流側と下流側との間の圧力差を検出することによって、流路内の流体の流速を計測する流速センサとして用いられている。
【０００３】
ここで、従来の差圧検出素子の構成について図１６を参照して説明する。なお、図１６は、従来の差圧検出素子１００の構成を示す断面図である。また、図１６に示す差圧検出素子１００では、その構成を見やすくするため、各部の寸法の縮尺を異ならせて示している。
【０００４】
図１６に示す差圧検出素子１００は、基板１０１の上に絶縁層１０２とシリコン層１０３とを積層したＳＯＩ基板１０４を備えている。また、差圧検出素子１００は、シリコン層１０３に不純物をドーピングすることによって形成された拡散層１０５と、拡散層１０５の上に形成された金属層１０６とを備えている。
【０００５】
差圧検出素子１００は、ヒンジ部１０７ａを介して片持ち支持されたカンチレバー１０７を有している。カンチレバー１０７を形成する際は、ＳＯＩ基板１０４の一面側から、シリコン層１０３及び拡散層１０５の一部をエッチングにより除去することによって、カンチレバー１０７となる部分の周囲にギャップ（隙間）１０８を形成する。その後、ＳＯＩ基板１０４の他面側から、基板１０１及び絶縁層１０２の一部をエッチングにより除去することによって、隙間１０８に至る深さの開口部１０９を形成する。これにより、開口部１０９に臨む位置にカンチレバー１０７を形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１４５３５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、従来の差圧検出素子１００は、図１７に示すように、上述したバイパス路２０１内に設けられた取付面２０２に、ＳＯＩ基板１０４の他面側を向けた状態で、この取付面２０２に塗布された接着剤Ｓ’により取り付けられる。
【０００８】
このとき、開口部１０９の内側に流れ込んだ接着剤Ｓ’が開口部１０９の内側面に沿って這い上がった状態となり、カンチレバー１０７に接触してしまうことがあった。この場合、カンチレバー１０７に接触した接着剤Ｓ’によって、カンチレバー１０７の検出感度が低下してしまうおそれがある。
【０００９】
本発明の一つの態様は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、接着剤の這い上がりを抑制できる物理量センサ及びその取付構造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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の一つの態様に係る物理量センサは、一面と、前記一面に対向する他面とを有する基体部と、前記基体部の一面側に設けられた検出部とを備え、前記基体部は、前記一面側から厚み方向の中途部に至る深さで形成された第１の開口部と、前記第１の開口部とは異なる開口径を有して前記他面側から前記第１の開口部に至る深さで形成された第２の開口部と、前記第１の開口部と前記第２の開口部との間に形成された段差面とを有し、前記検出部は、前記第１の開口部に臨む位置に差圧変動部を有することを特徴とする。
【００１１】
以上のような物理量センサでは、接着剤を用いて取付面に取り付けられる際に、取付面に塗布された接着剤によって基体部の他面側が接着されると共に、段差面によって第２の開口部側から第１の開口部側への接着剤の流れ込みが抑制される。これにより、差圧変動部に接着剤が接触することを防ぐことができ、差圧変動部の検出感度を良好に保つことが可能である。
【００１２】
また、前記物理量センサにおいて、前記段差面は、前記他面側から見たときに、前記第２の開口部と、前記第２の開口部よりも内側にある前記第１の開口部との間に設けられていてもよい。
【００１３】
また、前記物理量センサにおいて、前記段差面は、前記第１の開口部と前記第２の開口部との間で湾曲した凹面形状を有していてもよい。
【００１４】
また、前記物理量センサにおいて、前記段差面は、前記一面側から見たときに、前記第１の開口部と、前記第１の開口部よりも内側にある前記第２の開口部との間に設けられていてもよい。
【００１５】
また、前記物理量センサにおいて、前記差圧変動部は、カンチレバーであり、前記段差面は、前記カンチレバーが前記第１の開口部の内側に向かって弾性変形したときに、前記カンチレバーと当接される位置に設けられていてもよい。
【００１６】
また、前記物理量センサにおいて、前記基体部は、基板の上に、絶縁層と、活性層と、拡散層と、金属層とが順次積層された構造を有していてもよい。
【００１７】
また、本発明の一つの態様に係る物理量センサの取付構造は、前記何れかの物理量センサが接着剤を用いて取付面に取り付けられた構造であって、前記取付面に塗布された前記接着剤によって前記基体部の他面側が接着されると共に、前記段差面によって前記第２の開口部側から前記第１の開口部側への前記接着剤の流れ込みが抑制されていることを特徴とする。
【００１８】
また、前記物理量センサの取付構造において、前記取付面には、前記第２の開口部よりも開口径の小さい第３の開口部が設けられ、平面視で前記第２の開口部の内側に前記第３の開口部が位置した状態で、前記第３の開口部の周囲に塗布された前記接着剤によって前記基体部の他面側が前記取付面に接着されていてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明の一つの態様によれば、接着剤の這い上がりを抑制できる物理量センサ及びその取付構造を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る差圧検出素子の平面図である。
【図２】図１中に示す切断線Ａ−Ａ’による差圧検出素子の断面図である。
【図３】図１に示す差圧検出素子を流量センサとして用いた流量計測装置の構成を示す断面図である。
【図４】図１に示す差圧検出素子の取付構造を示す断面図である。
【図５】図１に示す差圧検出素子の製造工程を説明するための断面図である。
【図６】図１に示す差圧検出素子の製造工程を説明するための断面図である。
【図７】図１に示す差圧検出素子の製造工程を説明するための断面図である。
【図８】図１に示す差圧検出素子の製造工程を説明するための断面図である。
【図９】図１に示す差圧検出素子の製造工程を説明するための断面図である。
【図１０】図１に示す差圧検出素子の製造工程を説明するための断面図である。
【図１１】図１に示す差圧検出素子の製造工程を説明するための断面図である。
【図１２】図１に示す差圧検出素子の製造工程を説明するための断面図である。
【図１３】変形例として示す差圧検出素子の断面図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る差圧検出素子の断面図である。
【図１５】図１４に示す差圧検出素子のカンチレバーが弾性変形した状態を示す断面図である。
【図１６】従来の差圧検出素子の構成を示す断面図である。
【図１７】図１６に示す差圧検出素子の取付構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００２２】
［第１の実施形態］
（物理量センサ）
先ず、本発明の第１の実施形態に係る物理量センサとして、図１及び図２に示す差圧検出素子１について説明する。なお、図１は、差圧検出素子１の構成を示す平面図である。図２は、図１中に示す切断線Ａ−Ａ’による差圧検出素子１の断面図である。
【００２３】
差圧検出素子１は、図１及び図２に示すように、ＭＥＭＳ技術を用いて作製された小型の半導体センサ素子である。差圧検出素子１は、一面（上面）２ａと、一面２ａに対向する他面（下面）２ｂとを有する基体部２と、基体部２の一面２ａ側に設けられた検出部３とを備えている。
【００２４】
基体部２は、平面視で略矩形状を為すと共に、シリコン(Ｓｉ)からなる基板４の上に、酸化シリコン(ＳｉＯ２)からなる絶縁層５と、シリコン(Ｓｉ)からなる活性層６と、活性層６に不純物をドーピングすることによって形成された拡散層７と、拡散層７の上にパターン形成された金属層８とが順次積層された構造を有している。
【００２５】
基体部２は、一面２ａ側の略中央部において開口した第１の開口部９と、他面２ｂ側の略中央部において第１の開口部９よりも大きい開口径で開口した第２の開口部１０とを有している。第１の開口部９は、平面視で略矩形状を為すと共に、基体部２の一面２ａ側から絶縁層５を貫通し基板４の厚み方向の中途部に至る深さで形成されている。第２の開口部１０は、平面視で略矩形状を為すと共に、基体部２の他面側から第１の開口部９に至る深さで形成されている。
【００２６】
第１の開口部９と第２の開口部１０との間には、略矩形枠状の段差面１１が設けられている。段差面１１は、基体部２を他面２ｂ側から見たときに、第２の開口部１０と、この第２の開口部１０よりも内側にある第１の開口部９との間に設けられている。
【００２７】
検出部３は、ヒンジ部１２ａ，１２ｂを介して片持ち支持されたカンチレバー１２を有している。カンチレバー１２は、その一面側と他面側との間の圧力差に応じて弾性変形する（撓む）差圧変動部である。
【００２８】
カンチレバー１２となる部分の周囲には、金属層８から第１の開口部９に至る深さのギャップ（隙間）１３が形成されている。これにより、カンチレバー１２は、第１の開口部９に臨む位置において、活性層６及び拡散層７により略矩形平板状に形成されている。
【００２９】
なお、活性層６の面方位や拡散層７の導電型については自由に選択することができるが、それぞれに適したカンチレバー１２の形成方向があるため、適宜最適な設計を行う必要がある。本実施形態では、例えば、基体部２の一面に対して斜め４５°方向に形成している。
【００３０】
ヒンジ部１２ａ，１２ｂは、カンチレバー１２の一辺に沿った位置に互いに平行に並んで設けられている。ヒンジ部１２ａ，１２ｂは、ギャップ１３が形成された部分の拡散層７及び活性層６の一部を残すことによって形成されている。これにより、カンチレバー１２は、ヒンジ部１２ａ，１２ｂによって片持ち支持された状態となっている。
【００３１】
検出部３は、拡散層７により形成されたピエゾ抵抗１４ａ，１４ｂと、金属層８により形成された電極１５ａ，１５ｂ及び配線１６とを有している。
【００３２】
ピエゾ抵抗１４ａ，１４ｂは、ヒンジ部１２ａ，１２ｂとなる部分の金属層８を除去することによって、このヒンジ部１２ａ，１２ｂとなる部分の拡散層７により形成されている。
【００３３】
電極１５ａ，１５ｂは、金属層８及び拡散層７を分断する溝部１７ａ，１７ｂを形成することによって、一方のピエゾ抵抗１４ａと電気的に接続された側と、他方のピエゾ抵抗１４ｂと電気的に接続された側とに分離して設けられている。
【００３４】
配線１６は、カンチレバー１２の上にある金属層８をパターニングすることによって、一方のピエゾ抵抗１４ａと他方のピエゾ抵抗１４ｂとの間を電気的に接続した状態で設けられている。なお、配線１６については、金属層８の代わりに、この配線１６となる部分の拡散層７に不純物を高濃度で拡散させることによって形成された低抵抗層と置き換えてもよい。
【００３５】
これにより、基体部２の一面側には、一方の電極１５ａと、一方のピエゾ抵抗１４ａと、配線１６と、他方のピエゾ抵抗１４ｂと、他方の電極１５ｂとが直列に接続された電気回路が構成されている。
【００３６】
差圧検出素子１では、カンチレバー１２の一面側と他面側との間の圧力差に応じてカンチレバー１２に撓みが発生すると、このカンチレバー１２がヒンジ部１２ａ，１２ｂを中心に弾性変形する。このとき、ヒンジ部１２ａ，１２ｂに変形量に応じた歪み応力が発生し、この歪み応力に応じてピエゾ抵抗１４ａ，１４ｂの抵抗値が変化する（ピエゾ抵抗効果という。）。差圧検出素子１では、このピエゾ抵抗１４ａ，１４ｂの抵抗値の変化を測定することで、カンチレバー１２の一面側と他面側との間の圧力差を検出することができる。
【００３７】
（流量計測装置）
次に、図３に示す流量計測装置５０について説明する。なお、図３は、流量計測装置５０の構成を示す断面図である。流量計測装置５０は、流量を計測する流量センサに上記差圧検出素子１を用いた例である。
【００３８】
流量計測装置５０は、図３に示すように、主流路５１を流れる流体Ｆの流量を計測するものであり、主流路５１の上流側に一端と下流側に他端とが接続されたバイパス路５２と、バイパス路５２内に設けられた流量センサ５３と、流量センサ５３と電気的に接続された流量演算部５４とを備えている。
【００３９】
なお、流体Ｆについては、直線状の主流路５１の内部を図３中の矢印で示す方向に流れているものとし、この矢印の基端側を主流路５１の上流側とし、先端側を主流路５１の下流側とする。流体Ｆとしては、気体や液体など流動性を有するものであればよく、特に限定されるものではない。
【００４０】
パイパス路５２は、主流路５１と平行な第１の流路５２ａと、第１の流路５２ａの一端側と主流路５１の上流側との間を接続する第２の流路５２ｂと、第１の流路５２ａの他端側と主流路５１の下流側との間を接続する第３の流路５２ｃとを有している。
【００４１】
流量センサ５３には、上記差圧検出素子１が用いられている。流量センサ５３は、第１の流路５２ａ内の中途部において、第１の流路５２ａの延長方向に対してカンチレバー１２の延長方向が垂直となるように配置されている。これにより、主流路２内を流れる流体Ｆの圧力のうち、主流路５１の上流側の圧力Ｐａがカンチレバー１２の一面側に加わると共に、主流路５１の下流側の圧力Ｐｂがカンチレバー１２の他面側に加わることになる。
【００４２】
流量センサ５３では、主流路５１の上流側の圧力Ｐａと主流路５１の下流側の圧力Ｐｂとの間に圧力差が生じると、その圧力差（Ｐａ−Ｐｂ）に応じてカンチレバー１２が弾性変形する。主流路５１内で流体Ｆが流れている場合、主流路５１の上流側の圧力Ｐａは、主流路５１の下流側の圧力Ｐｂよりも高くなる。このため、カンチレバー部１２は、主流路５１の下流側、すなわち第１の開口部９の内側に向かって弾性変形する。
【００４３】
なお、流量センサ１については、図３に示す向きとは逆向き、すなわち主流路５１の上流側の圧力Ｐａがカンチレバー１２の他面側に加わると共に、主流路５１の下流側の圧力Ｐｂがカンチレバー１２の一面側に加わるように、上記差圧検出素子１を配置することも可能である。また、流量センサ５３は、第１の流路５２ａ内に配置された構成に限らず、第２の流路５２ｂ内又は第３の流路５２ｃ内に配置された構成とすることも可能である。
【００４４】
流量演算部５４は、例えば制御ＩＣ(Integrated Circuit)などの制御素子からなり、上記差圧検出素子１の電極１５ａ，１５ｂと電気的に接続されている。流量演算部５４は、流量センサ５３が検出した主流路５１の上流側と下流側との間の圧力差から、主流路５１内を流れる流体Ｆの流量を演算により求め、その演算値（本実施形態では流量値）を検出信号（同流量信号）として外部に出力することが可能となっている。
【００４５】
（物理量センサの取付構造）
次に、上記差圧検出素子１の具体的な取付構造を図４に示す。なお、図４は、上記差圧検出素子１の取付構造を示す断面図である。また、図４に示す差圧検出素子１では、その構成を見やすくするため、各部の寸法の縮尺を異ならせて示している。
【００４６】
上記差圧検出素子１は、図４に示すように、上記バイパス路５２内に設けられた取付面５５に、基体部２の他面２ｂ側を向けた状態で、この取付面５５に塗布された接着剤Ｓにより取り付けられる。
【００４７】
このとき、基体部２の他面２ｂ側が接着剤Ｓにより接着されると共に、第２の開口部１０の内側に流れ込んだ接着剤Ｓが第２の開口部１０の内側面に沿って這い上がった状態となる。一方、段差面１１によって第２の開口部１０側から第１の開口部９側への接着剤Ｓの流れ込みが抑制されている。これにより、本実施形態の差圧検出素子１では、カンチレバー１２に接着剤Ｓが接触することを防ぐことができ、カンチレバー１２の検出感度を良好に保つことが可能である。
【００４８】
第２の開口部１０側から第１の開口部９側への接着剤Ｓの流れ込みを抑制するためには、段差面１１の幅Ｗについては、少なくとも５μｍ以上であればよい。一方、段差面１１の高さ（第２の開口部１０の深さ）Ｈについては、少なくとも１０μｍ以上であればよい。
【００４９】
また、取付面５５には、第２の開口部１０よりも開口径の小さい第３の開口部５６が設けられている。第３の開口部５６は、上記バイパス路５２を形成するものである。本実施形態の差圧検出素子１は、平面視で第２の開口部１０の内側に第３の開口部５６が位置した状態で、第３の開口部５６の周囲に塗布された接着剤Ｓにより取り付けられている。この場合、接着剤Ｓは、第２の開口部１０の内側面に沿って這い上がった状態となるため、この第２の開口部１０よりも内側にある第３の開口部５６に接着剤Ｓが流れ込むのを防ぐことができる。
【００５０】
（物理量センサの製造方法）
次に、上記差圧検出素子１の製造方法について、図５〜図１２を参照して説明する。なお、図５〜図１２は、上記差圧検出素子１の各製造工程を説明するための断面図である。また、本実施形態による製造方法では、複数の差圧検出素子１を一括して作製するものであるが、図５〜図１２では、１つの差圧検出素子１を製造する工程を図示している。
【００５１】
上記差圧検出素子１を製造する際は、先ず、図５に示すように、上記基板４となるシリコン基板６０を準備する。このシリコン基板６０の一面（上面）には、上記第１の開口部９に対応した凹部６１と、アライメントマーク６２とが形成されている。
【００５２】
なお、本実施形態では、シリコン基板６０として、例えば外径が約４〜８インチ、厚みが約１００μｍ〜１ｍｍの単結晶シリコンウエハを用いている。凹部６１については、例えば平面視で約１００μｍ角の正方形であり、深さは約５０μｍである。
【００５３】
凹部６１については、シリコン基板６０の一面にフォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成し、このレジストマスクを用いてシリコン基板６０の一面をパターンエッチングした後、レジストマスクを除去することによって形成される。エッチング方法としては、ドライエッチング法又はウェットエッチング法を用いることができる。凹部６１をドライエッチング法により形成する場合は、エッチングガスとして、例えばＳＦ６などを用いることができる。一方、凹部６１をウェットエッチング法により形成する場合は、エッチング液として、例えばＫＯＨ水溶液やＴＭＡＨ水溶液などを用いることができる。
【００５４】
また、アライメントマーク６２については、凹部６１と同時に形成することができる。アライメントマーク６２は、後述する活性層６や拡散層７の一部をエッチングで除去する際に用いられるマスクなどの位置調整に用いられる。アライメントマーク６２が形成される位置については、シリコン基板６０の一面のうち、基板４となる領域に限らず、基板４となる領域の外側、すなわち、複数の差圧検出素子１を一括して作製した後に破棄されるシリコンウエハの外周側の領域に設けてもよい。
【００５５】
本実施形態では、例えばシリコン基板６０の外周部におけるテラス部分、すなわちシリコンウエハの外周部における欠けを抑制するため、後述する活性層６の最外周を数ｍｍ除去した部分に、アライメントマーク６２を形成した。これにより、後述するシリコン基板６０，６３を接合した接合基板６４においても、上方からアライメントマーク６２を視認することができる。また、通常はシリコンウエハの裏面に形成されたアライメントマークを元にシリコンウエハの表面にパターンを形成する両面アライメントが用いられることが多い。この方法で表面アライメントを行うことによって、アライメント精度を向上させることができる。アライメント精度が悪いと、センサの検出感度が低下するなどの不具合の原因となる。したがって、なるべく高精度なアライメント調整を行うことが望まれる。
【００５６】
次に、図６に示すように、上記活性層６及び上記拡散層７となるシリコン基板６３を準備する。このシリコン基板６３の他面（下面）には、上記絶縁層５となる酸化シリコン層が形成されている。そして、シリコン基板６０の一面と、シリコン基板６３の他面（酸化シリコン層）とが対向するように、互いのシリコン基板６０，６３を接合した接合基板６４を形成する。
【００５７】
シリコン基板６３には、上記シリコン基板６０と同じシリコンウエハを用いることができる。絶縁層５については、シリコン基板６３の他面に、例えば熱酸化法やＣＶＤ法などを用いて形成することができる。なお、本実施形態における絶縁層５の厚みは、約０．５〜３μｍである。シリコン基板６０，６３の接合方法としては、例えばフュージョンボンディング法のような接着剤などを用いることなく、シリコン基板６０，６３同士を直接接合する方法を好適に用いることができる。
【００５８】
次に、図７に示すように、シリコン基板６３の一面（上面）側を研磨することによって、このシリコン基板６３の厚みを薄くする。これにより、接合基板６４は、凹部６１が形成されたシリコン基板６３の上に酸化シリコン層とシリコン層とが積層されたキャビティ（空洞）付きのＳＯＩ基板（Ｃ−ＳＯＩ）を構成している。
【００５９】
シリコン基板６３の研磨方法としては、例えば、バックグラインド等の機械研磨法や、ウェットエッチング等の化学研磨法、化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical-Mechanical Polishing）法などを用いることができる。また、シリコン結晶内にダメージ層を形成し、そのダメージ層を起点に除去する方法などを用いることもできる。また、研磨後の接合基板６４に対して、ＲＣＡ洗浄を行ってもよい。
【００６０】
なお、本実施形態では、酸化シリコン層（絶縁層５）を除くシリコン層の厚みが約０．３μｍとなるまでシリコン基板６３の一面を研磨した。また、厚みの薄いシリコン基板６３を用いた場合には、上述した研磨工程を省略することも可能である。また、上述した工程を省略して、市販のＣ−ＳＯＩを準備して用いてもよい。
【００６１】
次に、図８に示すように、シリコン基板６３の一面（上面）に不純物をドーピングすることによって拡散層７を形成する。また、シリコン基板６３のうち、絶縁層５と拡散層７との間の不純物元素がドーピングされなかった領域が活性層６となる。これにより、接合基板６４は、シリコン基板６０（基板４）の上に、絶縁層５と、活性層６と、拡散層７とが順次積層された構造となる。
【００６２】
不純物のドーピング方法としては、例えば、熱拡散（Thermal Diffusion）法やイオン注入（Ion Implantation）法などを用いることができる。不純物としては、例えばＰ型であれば硼素(Ｂ)、Ｎ型であればリン(Ｐ)などを用いることができる。なお、本実施形態における上記活性層６の厚みは、約０．１５μｍであり、上記拡散層７の厚みは、約０．１５μｍである。
【００６３】
次に、図９に示すように、拡散層７の上に上記金属層８を形成する。金属層８としては、例えば、金(Ａｕ)や、アルミニウム(Ａｌ)、クロム(Ｃｒ)、ニッケル(Ｎｉ)、パラジウム(Ｐｄ)などの中から１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。金属層８については、例えば、スパッタリング法や、真空蒸着法、めっき法などを用いて形成することができる。
【００６４】
また、金属層８を形成した後に、上記電極１５ａ，１５ｂ及び上記配線１６を形成する。具体的には、金属層８の上にフォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成し、このレジストマスクを用いて金属層８及び拡散層７をパターンエッチングした後、レジストマスクを除去することによって、金属層８及び拡散層７を分断する上記溝部１７ａ，１７ｂを形成する。これにより、一方のピエゾ抵抗１４ａと電気的に接続された一方の電極１５ａと、他方のピエゾ抵抗１４ｂと電気的に接続された他方の電極１５ｂとを分離して形成することができる。
【００６５】
配線１６については、金属層８の上にフォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成し、このレジストマスクを用いて金属層８をパターンエッチングした後、レジストマスクを除去することによって形成することができる。金属層８のエッチング方法としては、一般的にウェットエッチング法が用いられる。エッチング液については、金属層８に用いられる金属材料に合わせて適宜選択して用いればよい。
【００６６】
次に、図１０に示すように、上記ギャップ１３を形成する。具体的には、接合基板６４の一面（上面）に、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成し、このレジストマスクを用いて金属層８、拡散層７及び活性層６をパターンエッチングした後、レジストマスクを除去する。これにより、上記カンチレバー１２となる部分の周囲にギャップ１３を形成することができる。
【００６７】
ギャップ１３を形成する際は、ドライエッチング法又はウェットエッチング法の何れも用いることができるが、ギャップ１３の幅が約０．１〜１０μｍであることから、微細加工に適したドライエッチング法を用いる方が好ましい。
【００６８】
次に、図１１に示すように、接合基板６４の他面側に上記第２の開口部１０となるビアホール６５を形成する。ビアホール６５については、シリコン基板６０の他面にフォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成し、このレジストマスクを用いてシリコン基板６０を凹部６１に至る深さでパターンエッチングした後、レジストマスクを除去することによって形成することができる。
【００６９】
また、ビアホール６５は、凹部６１と互いの中心軸が一致するように、なお且つ、凹部６１よりも大きい開口径を有して形成される。これにより、凹部６１（第１の開口部９）とビアホール６５（第２の開口部１０）との間が連通した状態となると共に、凹部６１（第１の開口部９）とビアホール６５（第２の開口部１０）との間に上記段差面１１が形成される。なお、本実施形態におけるビアホール６５については、例えば平面視で約４００μｍ角の正方形であり、深さは約１００μｍである。また、段差面の幅は、約５０μｍである。
【００７０】
ビアホール６５を形成する際は、ドライエッチング法又はウェットエッチング法の何れも用いることができるが、高アスペクト比の異方性に優れたＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）法を好適に用いることができる。なお、図１１では、接合基板６４の他面が下方を向いているが、ビアホール６５を形成する際は、接合基板６４の他面を上方に向けた状態でエッチング加工が行われる。
【００７１】
また、凹部６１（第１の開口部９）とビアホール６５（第２の開口部１０）とは、それぞれ深さ方向に向かって漸次縮径されたテーパー形状を有していてもよい。このテーパー形状は、凹部６１及びビアホール６５の形成時に、形成プロセス上生じるものであっても、意図的にテーパー角を付けたものであってもよい。
【００７２】
次に、図１２に示すように、ビアホール６５の底面から露出した絶縁層５を選択的に除去する。絶縁層５を除去する際は、ウェットエッチング法又はドライエッチング法を用いることができる。ドライエッチング法を用いる場合は、エッチングガスとして、例えばＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、ＳＦ６、ＮＦ３などを用いることができる。一方、ウェットエッチングを用いる場合は、エッチング液として、例えばフッ酸と硝酸との混合液などを用いることができる。
【００７３】
これにより、凹部６１（第１の開口部９）がギャップ１３と連通した状態となる。また、凹部６１（第１の開口部９）に臨む位置に、上記ヒンジ部１２ａ，１２ｂにより片持ち支持された上記カンチレバー１２が形成される。
【００７４】
その後、接合基板６４を切断して個々の差圧検出素子１とする。以上の工程を経ることによって、上記差圧検出素子１を製造することができる。
【００７５】
（変形例）
次に、上記差圧検出素子１の変形例として図１３に示す差圧検出素子１Ａについて説明する。なお、図１３は、差圧検出素子１Ａの構成を示す断面図である。また、以下の説明では、上記差圧検出素子１と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
【００７６】
差圧検出素子１Ａは、図１３に示すように、第１の開口部９と第２の開口部１０との間に、湾曲した凹面形状を有する段差面１１Ａが設けられた構成である。それ以外の構成については、上記差圧検出素子１と同様である。
【００７７】
湾曲した凹面形状を有する段差面１１Ａは、上記図１１に示す工程において、異方性の小さい条件でエッチング加工を行うことで形成することができる。また、場合によっては、等方性エッチングにより形成してもよい。
【００７８】
以上のような構成を有する差圧検出素子１Ａは、上記差圧検出素子１と同様に、バイパス路５２内に設けられた取付面５５に、基体部２の他面２ｂ側を向けた状態で、この取付面５５に塗布された接着剤Ｓにより取り付けられる。
【００７９】
この取付構造の場合、上記差圧検出素子１の取付構造と同様に、基体部２の他面２ｂ側が接着剤Ｓにより接着されると共に、第２の開口部１０の内側に流れ込んだ接着剤Ｓが第２の開口部１０の内側面に沿って這い上がった状態となる。一方、段差面１１Ａによって第２の開口部１０側から第１の開口部９側への接着剤Ｓの流れ込みが抑制されている。これにより、差圧検出素子１Ａでは、カンチレバー１２に接着剤Ｓが接触することを防ぐことができ、カンチレバー１２の検出感度を良好に保つことが可能である。
【００８０】
また、差圧検出素子１Ａは、平面視で第２の開口部１０の内側に第３の開口部５６が位置した状態で、第３の開口部５６の周囲に塗布された接着剤Ｓにより取り付けられている。この場合、接着剤Ｓは、第２の開口部１０の内側面に沿って這い上がった状態となるため、この第２の開口部１０よりも内側にある第３の開口部５６に接着剤Ｓが流れ込むのを防ぐことができる。
【００８１】
さらに、差圧検出素子１Ａでは、段差面１１Ａを湾曲した凹面形状とすることで、直角部のような応力が集中する箇所を無くして、取付面５５に安定した状態で取り付けることが可能である。
【００８２】
［第２の実施形態］
（物理量センサ）
次に、本発明の第２の実施形態に係る物理量センサとして、図１４に示す差圧検出素子１Ｂについて説明する。図１４は、差圧検出素子１Ｂの構成を示す断面図である。また、以下の説明では、上記差圧検出素子１と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
【００８３】
差圧検出素子１Ｂは、図１４に示すように、第１の開口部９Ａの開口径よりも第２の開口部１０Ａの開口径が大きい構成である。第１の開口部９Ａと第２の開口部１０Ａとの間には、略矩形枠状の段差面１１Ｂが設けられている。段差面１１Ｂは、基体部２を一面２ａ側から見たときに、第１の開口部９Ａと、この第１の開口部９Ａよりも内側にある第２の開口部１０Ａとの間に設けられている。また、段差面１１Ｂは、カンチレバー１２が第１の開口部９Ａの内側に向かって弾性変形したときに、カンチレバー１２と当接される位置に設けられている。それ以外の構成については、上記差圧検出素子１と同様である。
【００８４】
差圧検出素子１Ｂを製造する際は、上記図５に示す凹部６１を形成する工程と、上記図１１に示すビアホール６５を形成する工程において、第１の開口部９Ａの開口径よりも第２の開口部１０Ａの開口径が大きくなるようにすればよい。
【００８５】
以上のような構成を有する差圧検出素子１Ｂは、上記差圧検出素子１と同様に、バイパス路５２内に設けられた取付面５５に、基体部２の他面２ｂ側を向けた状態で、この取付面５５に塗布された接着剤Ｓにより取り付けられる。
【００８６】
この取付構造の場合、上記差圧検出素子１の取付構造と同様に、基体部２の他面２ｂ側が接着剤Ｓにより接着されると共に、第２の開口部１０Ａの内側に流れ込んだ接着剤Ｓが第２の開口部１０Ａの内側面に沿って這い上がった状態となる。一方、段差面１１Ｂによって第２の開口部１０Ａ側から第１の開口部９Ａ側への接着剤Ｓの流れ込みが抑制されている。これにより、差圧検出素子１Ｂでは、カンチレバー１２に接着剤Ｓが接触することを防ぐことができ、カンチレバー１２の検出感度を良好に保つことが可能である。
【００８７】
また、差圧検出素子１Ｂは、平面視で第２の開口部１０Ａの内側に第３の開口部５６が位置した状態で、第３の開口部５６の周囲に塗布された接着剤Ｓにより取り付けられている。この場合、接着剤Ｓは、第２の開口部１０Ａの内側面に沿って這い上がった状態となるため、この第２の開口部１０Ａよりも内側にある第３の開口部５６に接着剤Ｓが流れ込むのを防ぐことができる。
【００８８】
また、差圧検出素子１Ｂでは、図１５に示すように、第１の開口部９Ａの内側に向かって弾性変形したカンチレバー１２が段差面１１Ｂに当接されることによって、段差面１１Ｂがカンチレバー１２のストッパーとして機能することになる。これにより、カンチレバー１２が弾性変形可能な範囲を超えて大きく折れ曲がることがないため、過剰な圧力などを受けたときなどにカンチレバー１２が損傷してしまうことを防ぐことが可能である。
【００８９】
なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本実施形態の物理量センサとしては、上述した差圧検出素子１，１Ａ，１Ｂを用いた流量センサに限らず、例えば流速センサや、圧力センサ、加速度センサ、角速度センサなどの様々な物理量センサに本発明を適用することができる。また、差圧変動部としては、上述したカンチレバーの他にも、ダイアフラムなどを用いることができる。また、基体部２については、上述したＳＯＩ基板などの基板に限らず、例えばパッケージなどの形態を有するものであってもよい。
【符号の説明】
【００９０】
１，１Ａ，１Ｂ…差圧検出素子（物理量センサ）  ２…基体部  ２ａ…一面  ２ｂ…他面  ３…検出部  ４…基板  ５…絶縁層  ６…活性層  ７…拡散層  ８…金属層  ９，９Ａ…第１の開口部  １０，１０Ａ…第２の開口部  １１，１１Ａ，１１Ｂ…段差面  １２…カンチレバー（差圧変動部）  １３…ギャップ  １４ａ，１４ｂ…ピエゾ抵抗  １５ａ，１５ｂ…電極  １６…配線  １７ａ，１７ｂ…溝部  ５０…流量計測装置  ５１…主流路  ５２…バイパス路  ５３…流量センサ  ５４…流量演算部  ５５…取付面  ５６…第３の開口部  ６０…シリコン基板  ６１…凹部  ６２…アライメントマーク  ６３…シリコン基板  ６４…接合基板  ６５…ビアホール
【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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