(57)【要約】      （修正有）【課題】検出能力の高い応力センサを提供する。【解決手段】応力センサ１は、ダイヤフラム１０と、ダイヤフラム１０の面上に配置され、外周部に切欠き部を有する感応膜２０と、切欠き部による応力変化が生じる応力変化領域に位置する検出部４１、４３を備える。【選択図】図２
2017181431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムの面上に配置され、外周部に切欠き部を有する感応膜と、
前記ダイヤフラムにおいて、前記切欠き部による応力変化が生じる応力変化領域に位置する検出部と、を備える応力センサ。
【請求項２】
前記切欠き部は、矩形状である、請求項１に記載の応力センサ。
【請求項３】
前記切欠き部は、くさび形状である、請求項１に記載の応力センサ。
【請求項４】
前記ダイヤフラムは、前記感応膜の領域を含むように形成された薄膜部を有し、該薄膜部は、前記ダイヤフラムの他の部分よりも薄い、請求項１に記載の応力センサ。
【請求項５】
前記ダイヤフラムは、外周部に切欠き部を有する、請求項１に記載の応力センサ。
【請求項６】
前記ダイヤフラム及び前記感応膜が有する前記切欠き部は、矩形状である、請求項５に記載の応力センサ。
【請求項７】
前記ダイヤフラム及び前記感応膜が有する前記切欠き部は、くさび形状である、請求項５に記載の応力センサ。
【請求項８】
前記ダイヤフラムにおいて前記感応膜が配置された面とは異なる他の面上に配置された第２感応膜をさらに備える、請求項５から７の何れか一項に記載の応力センサ。
【請求項９】
前記応力変化領域は、前記感応膜の外縁部及び該外縁部の近辺を含む領域である、請求項１から８の何れか一項に記載の応力センサ。
【請求項１０】
前記検出部は、前記感応膜の外側に位置する部分が、内側に位置する部分よりも大きい、請求項１から９の何れか一項に記載の応力センサ。
【請求項１１】
前記検出部はピエゾ抵抗素子を含んで構成される、請求項１から１０の何れか一項に記載の応力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、応力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ダイヤフラムを用いて圧力又は応力等を検出するセンサが知られている。例えば、特許文献１には、ダイヤフラムに加えられる圧力を、ダイヤフラムの撓みに基づいて検出する圧力センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１４３７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ダイヤフラムを用いた応力センサにおいて、応力の検出能力が必ずしも高くない場合がある。
【０００５】
かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、検出能力を向上できる応力センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態に係る応力センサは、
ダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムの面上に配置され、外周部に切欠き部を有する感応膜と、
前記ダイヤフラムにおいて、前記切欠き部による応力変化が生じる応力変化領域に位置する検出部と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一実施形態に係る応力センサによれば、検出能力を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る応力センサの概略構成を示す上面図である。
【図２】図１に示す応力センサのＬ１−Ｌ１線に沿った断面図である。
【図３】ガス分子が感応膜に吸着された際の図２に示す範囲Ａの拡大図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る応力センサの概略構成を示す上面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る応力センサの概略構成を示す上面図である。
【図６】図５に示す応力センサのＬ２−Ｌ２線に沿った断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る応力センサの概略構成を示す上面図である。
【図８】本発明の第１〜第４の実施形態に係る応力センサの製造に用いるＳＯＩ基板の概略構造を示す断面図である。
【図９】本発明の第１〜第４の実施形態に係る応力センサの製造工程を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の第１〜第４の実施形態に係る応力センサの製造工程を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の第１〜第４の実施形態に係る応力センサの製造工程を説明するための断面図である。
【図１２】本発明の第１〜第４の実施形態に係る応力センサの製造工程を説明するための断面図である。
【図１３】本発明の第１〜第４の実施形態に係る応力センサの製造工程を説明するための断面図である。
【図１４】本発明の第１〜第４の実施形態に係る応力センサの製造工程を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本発明に係る実施形態では、ダイヤフラムの面上に配置された膜（感応膜）への物質の吸着によって、ダイヤフラムが変形し、ダイヤフラムに応力が生じるものとして説明する。また、以下の説明で用いられる図は模式的なものである。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る応力センサ１の概略構成を示す上面図であり、図２は、図１に示す応力センサ１のＬ１−Ｌ１線に沿った断面図である。なお、本明細書では、ｚ軸正方向が上側、ｚ軸負方向が下側であるとして、以下説明する。
【００１１】
応力センサ１は、ダイヤフラム１０と、外周部に切欠き部３０，３１，３２，３３を有する感応膜２０と、４個のピエゾ抵抗素子（検出部）４０，４１，４２，４３とを備える。感応膜２０は、ダイヤフラム１０の上面に配置される。応力センサ１は、感応膜２０が流体中の特定の物質を吸着することにより、特定の物質を検出する。応力センサ１には、例えば上面側から気体が吹きかけられる。応力センサ１は、吹きかけられた気体中に、検出対象となる特定のガス分子が含まれるか否かを検出できる。応力センサ１は、例えばＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いて製造される。応力センサ１の製造方法の一例については後述する。
【００１２】
ダイヤフラム１０は、変形可能な部材である。ダイヤフラム１０は、例えば、薄い基板である。以下では、ダイヤフラム１０は、Ｓｉ基板であるものとする。Ｓｉ基板は、単結晶のｎ型のＳｉ基板であり、図１及び図２では、図１に示すｘｙ平面に平行な面（ｚ軸に垂直な面）がＳｉ（１００）面となる。また、ダイヤフラム１０において、ｘ軸方向は［１１０］方向、ｙ軸方向は［１−１０］方向及びｚ軸方向は［００１］方向である。ダイヤフラム１０は、図１に示すように、上面側から見て矩形状としてもよい。ダイヤフラム１０は、その周囲において、ダイヤフラム１０よりも厚い基板と一体として構成されている。ダイヤフラム１０は、上面に配置された感応膜２０が変形すると、感応膜２０の変形の度合いに応じて変形する。
【００１３】
また、ダイヤフラム１０は、図２に示すように、薄膜部１１を有していてもよい。薄膜部１１は、ダイヤフラム１０の他の部分よりも薄い部分である。図１には、上面側から見たときの薄膜部１１の形状が破線で示されている。薄膜部１１は、上面側から見ると、矩形状である。薄膜部１１は、図１に示すように、ｘｙ平面における薄膜部１１の領域内に、感応膜２０及びピエゾ抵抗素子４０〜４３が含まれるように形成される。これにより、ダイヤフラム１０では、感応膜２０が配置される部分のｚ軸方向の厚さは、感応膜２０が配置されない部分のｚ軸方向の厚さよりも、薄くなる。なお、薄膜部１１は、ｘｙ平面おいてその領域内に感応膜２０を含むことができれば、図１に示すような矩形状でなくてもよく、任意の形状であってもよい。
【００１４】
感応膜２０は、その外周部に４個の切欠き部３０〜３３、切欠き部３０〜３３によって区切られる４個の延在部２１，２２，２３，２４、及び、延在部２１〜２４の先端に位置する４個の外縁部２５，２６，２７，２８を有する。この切欠き部３０〜３３により、本実施形態では、延在部２１〜２４は矩形状であり、従って、感応膜２０は十字形状である。また、各延在部２１〜２４は、互いに交わる端部を有している。言い換えれば、感応膜２０は、ダイヤフラム１０の中央部から四方に延びている。また、各延在部２１〜２４がダイヤフラム１０の［−１１０］方向、［−１−１０］方向、［１−１０］方向及び［１１０］方向（以下、まとめて「＜１１０＞」と表記する）に対応するように、感応膜２０は、ダイヤフラム１０の上面に配置される。感応膜２０は、検出対象となる物質がその表面に吸着されると、その物質との物理的な接触又はその物質との化学反応等によって、伸縮等して変形する。感応膜２０には、検出対象となる物質に応じた材料が用いられる。ダイヤフラム１０及び感応膜２０の厚さは、感応膜２０に用いられる材料、検出対象となる物質等を考慮して適宜選択することができる。一例として、感応膜２０の材料は、例えば、ポリスチレン、クロロプレンゴム、ポリメチルメタクリレート又はニトロセルロース等が挙げられる。
【００１５】
本実施形態において、切欠き部３０〜３３は、図１に示すように、上面側から見ると、矩形状である。切欠き部３０〜３３は、ダイヤフラム１０の［−１００］方向、［０−１０］方向、［１００］方向及び［０１０］方向（以下、まとめて「＜１００＞」方向と表記する）に対応するように、感応膜２０の外周部に形成される。
【００１６】
ピエゾ抵抗素子４０〜４３は、自身が受ける応力によって抵抗値が変化する。ピエゾ抵抗素子４０〜４３は、ｐ型Ｓｉであり、ｎ型のＳｉ基板であるダイヤフラム１０にボロン（Ｂ）を拡散させることで形成される。ピエゾ抵抗素子４０〜４３は、例えば、帯状である。ピエゾ抵抗素子４０〜４３は、ダイヤフラム１０の＜１１０＞方向に配置されるように、ダイヤフラム１０上に配置される。すなわち、ピエゾ抵抗素子４０〜４３の長手方向は、ダイヤフラム１０の＜１１０＞方向に沿って設けられる。ここで、ピエゾ抵抗係数（ピエゾ抵抗素子が受ける応力と、その応力によって変化するピエゾ抵抗素子の抵抗値との間の比例係数）は、結晶方位に依存し、Ｓｉ（１００）面において＜１１０＞方向で最大となり、＜１００＞方向で最小となる。従って、ピエゾ抵抗素子４０〜４３は、受ける応力によって変化する抵抗値が最大となるように、ピエゾ抵抗係数が最大となる方向に配置される。なお、本明細書において、ダイヤフラム１０上に配置されるとは、平板状のダイヤフラム１０の上面に配置された状態と、図２に示すようにダイヤフラム１０の上面側においてダイヤフラム１０に埋め込まれた状態とを含む。ピエゾ抵抗素子４０〜４３は、ダイヤフラム１０上において、応力変化領域に位置する。以下、応力変化領域について説明する。
【００１７】
応力変化領域とは、検出対象となる物質が感応膜２０に吸着された際に、切欠き部３０〜３３の存在に起因したダイヤフラム１０の変形に伴い応力が大きく変化する領域である。本実施形態では、ダイヤフラム１０の＜１００＞方向に対応するように切欠き部３０〜３３が形成されているため、感応膜２０が変形すると、ダイヤフラム１０は、感応膜２０の延在部２１〜２４によって＜１１０＞方向が主に変形するようになる。さらに、詳細は後述するが、ダイヤフラム１０の変形の度合いは、切欠き部３０〜３３によって区切られる感応膜２０の延在部２１〜２４の先端に位置する外縁部２５〜２８の付近でより大きくなる。つまり、応力変化領域は、例えば、外縁部２５〜２８及び外縁部２５〜２８の近辺を含む領域となる。外縁部２５〜２８の近辺は、上面視において、外縁部２５〜２８を基準に、外縁部２５〜２８の内側の領域と外側の領域とを含む。応力変化領域は、後述する図３において、一例として領域Ｄとして示されている。本実施形態では、図１に示すように、４個のピエゾ抵抗素子４０〜４３は、上面視において外縁部２５〜２８の下側に、等間隔に配置されている。
【００１８】
また、ピエゾ抵抗素子４０〜４３は、ホイートストンブリッジ回路を構成する。応力センサ１は、ピエゾ抵抗素子４０〜４３で構成されたホイートストンブリッジ回路から、ピエゾ抵抗素子４０〜４３の抵抗値の変化を電気信号として検出することで、検出対象となる物質の感応膜２０への吸着を検出できる。なお、ホイートストンブリッジ回路は、必ずしも４個のピエゾ抵抗素子４０〜４３の全てを用いて構成する必要はなく、ピエゾ抵抗素子４０〜４３の何れか１個、２個又は３個を用いて構成してもよい。また、ピエゾ抵抗素子４０〜４３の何れか１個、２個又は３個を用いてホイートストンブリッジ回路を構成する際には、応力センサ１は、ホイートストンブリッジ回路に用いられる個数のピエゾ抵抗素子を、ダイヤフラム１０上に備えるようにしてもよい。
【００１９】
なお、ピエゾ抵抗素子４０〜４３は、図１に示す例では、上面視においての外縁部２５〜２８の下側に位置し、かつ薄膜部１１の内側に位置しているが、ピエゾ抵抗素子４０〜４３は応力変化領域に位置していればよい。従って、ピエゾ抵抗素子４０〜４３は、外縁部２５〜２８の外側又は内側に位置していてもよいし、薄膜部１１の外側に位置していてもよい。なお、応力集中の観点では、ピエゾ抵抗素子４０〜４３は、外縁部２５〜２８の外側に位置する部分が、内側に位置する部分よりも大きいとよい。すなわち、例えば、ピエゾ抵抗素子４０〜４３において、外縁部２５〜２８の外側に位置する平面形状の面積が、外縁部２５〜２８の内側に位置する平面形状の面積よりも大きくてもよい。また、ピエゾ抵抗素子４０〜４３は、図１及び図２では、ダイヤフラム１０の上面側に位置しているが、ダイヤフラム１０の内部又は下面側に位置していてもよい。
【００２０】
また、本実施形態では、応力センサ１は４個のピエゾ抵抗素子４０〜４３を備えるが、応力センサ１が備えるピエゾ抵抗素子の個数は４個に限られない。応力センサ１は、検出対象となる物質を検出可能な任意の個数のピエゾ抵抗素子を備えていればよい。
【００２１】
また、ダイヤフラム１０に生じる応力を検出する検出部として、ピエゾ抵抗素子の代わりに、他の圧電素子が用いられていてもよい。
【００２２】
次に、外縁部２５〜２８とダイヤフラム１０に生じる応力との関係について図３を参照して説明する。図３は、ガス分子２が感応膜２０に吸着された際の図２に示す範囲Ａの拡大図である。なお、ガス分子２は、応力センサ１を用いて検出する対象のガス分子を模式的に示すものである。
【００２３】
図３に示すように、ガス分子２が感応膜２０に吸着されると、感応膜２０が変形する。感応膜２０の変形に伴い、ダイヤフラム１０において感応膜２０が配置された領域も変形する。一方、ダイヤフラム１０において感応膜２０が配置されていない領域は、感応膜２０による変形が生じにくい。このように、外縁部２６を基準に外縁部の外側（図３の領域Ｂ）と内側（図３の領域Ｃ）とで、感応膜２０の影響を受けやすい領域Ｃと、受けにくい領域Ｂとが形成される。
【００２４】
具体的には、ダイヤフラム１０の領域Ｃは、感応膜２０の中心側が上側に盛り上がった凸形状に変形する。一方、ダイヤフラム１０の領域Ｂは、感応膜２０の変形の影響をあまり受けないため、変形しにくく、例えばｘｙ平面に対してほぼ平行なままである。このとき、領域Ｃと領域Ｂとの境界付近に存在する領域Ｄでは、図３に示すように、ダイヤフラム１０が大きく変形する。そのため、領域Ｄでは、ダイヤフラム１０の変形の度合いが大きくなり、当該箇所に生じる応力が大きくなる。そして、このように大きな応力が生じやすい領域Ｄにピエゾ抵抗素子４０〜４３が配置されているため、検出対象となる物質が感応膜２０に吸着された際におけるピエゾ抵抗素子４０〜４３の変形も大きくなる。そのため、ピエゾ抵抗素子４０〜４３の抵抗値も、大きく変化しやすくなる。
【００２５】
加えて、ダイヤフラム１０の感応膜２０が配置される部分に薄膜部１１を設ける場合、検出対象となる物質が感応膜２０に吸着された際、ダイヤフラム１０の感応膜２０が配置された領域Ｃの変形の度合いは、薄膜部１１を設けない場合と比較して、より大きくなる。従って、応力変化領域に生じる応力もより大きくなる。
【００２６】
さらに、ダイヤフラム１０に薄膜部１１を設けた場合、感応膜２０が配置される領域Ｃのダイヤフラム１０のｚ軸方向の厚さは、感応膜２０が配置されない領域Ｂのダイヤフラム１０のｚ軸方向の厚さより小さくなる。これにより、ガス分子２が感応膜２０に吸着された際、領域Ｃは、感応膜２０の影響をより受けやすくなる。従って、領域Ｄでは、ダイヤフラム１０の変形の度合いがより大きくなり、当該箇所に生じる応力もより大きくなる。
【００２７】
以上のように、第１の実施形態に係る応力センサでは、検出対象となる物質が感応膜２０に吸着された際に、応力変化領域におけるダイヤフラム１０の変形の度合いが、感応膜２０が切欠き部３０〜３３を有しない場合と比較して、大きくなる。そのため、応力変化領域に生じる応力もより大きくなる。従って、応力変化領域に位置するピエゾ抵抗素子４０〜４３の抵抗値の変化もより大きくなる。これにより、応力センサ１では、検出対象となる物質が感応膜２０に吸着された際に、ダイヤフラム１０に生じる応力の検出能力を向上させることができる。従って、応力センサ１では、検出対象となる物質の検出能力を向上させることができる。
【００２８】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る応力センサ１ａの概略構成を示す上面図である。なお、図４に示す構成要素において、図１及び図２に示す構成要素と同一の構成要素は、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００２９】
応力センサ１ａは、ダイヤフラム１０と、感応膜２０ａと、ピエゾ抵抗素子４０〜４３とを備える。感応膜２０ａは、外周部に４個の切欠き部３０ａ，３１ａ，３２ａ，３３ａ、切欠き部３０ａ〜３３ａによって区切られる４個の延在部２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ、及び、延在部２１ａ〜２４ａの先端に位置する４個の外縁部２５ａ，２６ａ，２７ａ，２８ａを有する。
【００３０】
本実施形態において、切欠き部３０ａ〜３３ａは、図４に示すように、上面側から見ると、くさび形状である。なお、くさび形状とは、先端に向かうにつれて幅が小さくなる形状を指している。本実施形態では、くさび形状は、三角形である。この切欠き部３０ａ〜３３ａによって、本実施形態では、延在部２１ａ〜２４ａは、それぞれ、外縁部２５ａ〜２８ａに向かうにつれて幅が広くなる形状となる。
【００３１】
このように、切欠き部３０ａ〜３３ａをくさび形状にすると、ダイヤフラム１０の＜１１０＞方向に対応するように配置される感応膜２０ａの延在部２１ａ〜２４ａの表面積が大きくなる。従って、感応膜２０が変形した際、ダイヤフラム１０における＜１１０＞方向の変形の度合いがより大きくなり、応力変化領域に生じる応力もより大きくなる。
【００３２】
第２の実施形態に係る応力センサ１ａにおいて、その他の構成及び効果は、第１の実施形態に係る応力センサ１と同様である。
【００３３】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係る応力センサ１ｂの概略構成を示す上面図であり、図６は、図５に示す応力センサのＬ２−Ｌ２線に沿った断面図である。なお、図５及び図６に示す構成要素において、図１及び図２に示す構成要素と同一の構成要素は、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３４】
応力センサ１ｂは、外周部に切欠き部３０〜３３を有するダイヤフラム１０ｂと、外周部に切欠き部３０〜３３を有する感応膜２０ｂと、ピエゾ抵抗素子４０〜４３とを備える。
【００３５】
ダイヤフラム１０ｂは、その外周部に４個の切欠き部３０〜３３を有する。本実施形態において、ダイヤフラム１０ｂと感応膜２０ｂとの切欠き部３０〜３３は、同一の形状に切欠かれている。すなわち、図５に示すように、上面視において、ダイヤフラム１０ｂと感応膜２０ｂとの切欠き部３０〜３３の切欠き線は、一致する。ただし、ダイヤフラム１０ｂと感応膜２０ｂとの切欠き部は、それぞれ異なる形状であってもよい。
【００３６】
このような構成とすることで、検出対象となる物質が上面側から応力センサ１に対して吹きかけられた際、感応膜２０ｂに吸着されなかった物質は切欠き部３０〜３３を通過する。そのため、応力センサ１ｂによれば、感応膜２０ｂに吸着されなかった被検物が、応力センサ１ｂの上面に滞ることを防ぐことができる。
【００３７】
加えて、応力センサ１ｂにおいて、ダイヤフラム１０ｂの感応膜２０ｂが配置されない下面上に、第２感応膜が配置されてもよい。これにより、切欠き部３０〜３３を通過した検出対象となる物質がダイヤフラム１０ｂの下面側に流れ込み、第２感応膜に吸着され得る。第２感応膜が、検出対象となる物質を吸着した際に、上面側の感応膜２０ｂとは反対方向に変形する性質を有する場合には、ダイヤフラム１０ｂの変形の度合いがより大きくなる。
【００３８】
第３の実施形態に係る応力センサ１ｂにおいて、その他の構成及び効果は、第１の実施形態に係る応力センサ１と同様である。
【００３９】
（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態に係る応力センサ１ｃの概略構成を示す上面図である。なお、図７に示す構成要素において、図５に示す構成要素と同一の構成要素は、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４０】
応力センサ１ｃは、ダイヤフラム１０ｃと、感応膜２０ｃと、ピエゾ抵抗素子４０〜４３とを備える。ダイヤフラム１０ｃ及び感応膜２０ｃは、それぞれ、その外周部に４個の切欠き部３０ｃ，３１ｃ，３２ｃ，３３ｃを有する。本実施形態において、ダイヤフラム１０ｃと感応膜２０ｃとの切欠き部３０ｃ〜３３ｃは、同一の形状に切欠かれている。すなわち、図７に示すように、上面視において、ダイヤフラム１０ｃと感応膜２０ｃとの切欠き部３０ｃ〜３３ｃの切欠き線は、一致する。ただし、ダイヤフラム１０ｃと感応膜２０ｃとの切欠き部は、それぞれ異なる形状であってもよい。
【００４１】
本実施形態において、切欠き部３０ｃ〜３３ｃは、図７に示すように、上面側から見ると、くさび形状である。本実施形態でも、くさび形状は、第２の実施形態と同様に、三角形である。この切欠き部３０ｃ〜３３ｃによって、本実施形態でも、延在部２１ｃ〜２４ｃは、それぞれ、外縁部２５ｃ〜２８ｃに向かうにつれて幅が広くなる形状となる。
【００４２】
このように、切欠き部３０ｃ〜３３ｃをくさび形状にすると、ダイヤフラム１０ｃの〈１１０〉方向に対応するように配置される感応膜２０ｃの延在部２１ｃ〜２４ｃの表面積が大きくなる。従って、感応膜２０ｃが変形した際、ダイヤフラム１０ｃにおける＜１１０＞方向の変形の度合いがより大きくなり、応力変化領域に生じる応力もより大きくなる。
【００４３】
第４の実施形態に係る応力センサ１ｃにおいて、その他の構成及び効果は、第３の実施形態に係る応力センサ１ｂと同様である。
【００４４】
（第１〜第４の実施形態に係る応力センサの製造工程）
次に、本発明の第１〜第４の実施形態に係る応力センサの製造工程の一例について、図８〜図１４を参照して説明する。なお、図８〜図１４に示す各構成要素において、同一の構成要素には同一符号を付す。
【００４５】
（１）ＳＯＩ基板の準備
まず、応力センサの製造に用いるＳＯＩ基板を準備する。図８に、本発明の第１〜第４の実施形態に係る応力センサの製造に用いるＳＯＩ基板の概略構造を示す。図８に示すように、ＳＯＩ基板１００は、第１基板１１０と、ＳｉＯ２層１１１と、第２基板１１２とを備える。第１基板１１０及び第２基板１１２は、Ｓｉ基板である。第１基板１１０は、ダイヤフラムとして機能させるものであり、第２基板１１２よりも薄い。ＳＯＩ基板１００では、第２基板１１２上にＳｉＯ２層１１１が配置され、ＳｉＯ２層１１１上に第１基板１１０が配置されている。ＳＯＩ基板１００は、例えばいわゆる貼り合わせ法によって製造される。なお、以下では、第１基板１１０はｎ型であるとする。
【００４６】
（２）拡散配線（高ドープ層）の形成
次に、図８に示すＳＯＩ基板１００に、拡散配線を形成する。図９に示すように、第１基板１１０上にマスクパターン２００を形成した後、イオン注入法によってマスクパターン２００の開口部に高濃度のボロン（Ｂ）を注入し、拡散配線４１ａ，４１ｂ，４３ａ，４３ｂを形成する。
【００４７】
（３）ピエゾ抵抗素子（低ドープ層）の形成
図９に示すマスクパターン２００を除去した後、ピエゾ抵抗素子４０〜４３を形成する。図１０に示すように、第１基板１１０上にマスクパターン２０１を形成した後、イオン注入法によってマスクパターン２０１の開口部に低濃度のボロン（Ｂ）を注入し、ピエゾ抵抗素子４０〜４３を形成する。
【００４８】
（４）金属配線の形成
図１０に示すマスクパターン２０１を除去し、所定のパターンの絶縁層３１０ａ，３１０ｂを積層した後、アルミニウム等の金属配線を形成する。図１１（ａ）に示すように、第１基板１１０上の全面にスパッタによって金属（例えばアルミニウム）を堆積させ、金属層３００（例えばアルミニウム層）を形成する。次に、図１１（ｂ）に示すように、金属層３００上にマスクパターン２０２を形成する。その後、図１１（ｃ）に示すように、マスクパターン２０２により保護されていない金属層３００をエッチングすることにより、金属配線３００ａ，３００ｂを形成する。金属配線３００ａ等及び拡散配線４１ａ等による接続によって、ピエゾ抵抗素子４０〜４３は、ホイートストンブリッジ回路を構成する。
【００４９】
（５）切欠き部の形成
図１１（ｃ）に示すマスクパターン２０２を除去した後、第３及び第４の実施形態に係る応力センサの場合は、切欠き部３０〜３３等を形成する。まず、図１２（ａ）に示すように、第１基板１１０上にマスクパターン２０３を形成する。その後、図１２（ｂ）に示すように、マスクパターン２０３を介したドライエッチングにより切欠き部３０〜３３を形成した後、マスクパターン２０３を除去する。なお、この際、ＳｉＯ２層１１１がストップ層の役割を果たすように、予めドライエッチングの条件を設定する。なお、応力センサが切欠き部を有さない場合には、この工程を飛ばして、次の工程に進んでもよい。
【００５０】
（６）ダイヤフラムの形成
ＳＯＩ基板１００の上下を反転させた後、ダイヤフラムを形成する。図１３（ａ）に示すように、第２基板１１２上にマスクパターン２０４を形成した後、マスクパターン２０４により保護されていない第２基板１１２を、ドライエッチングして凹部４００を形成する。このとき、ＳｉＯ２層１１１がストップ層の役割を果たすように、予めドライエッチングの条件を設定する。その後、ドライエッチングの条件を変更し、図１３（ｂ）に示すように、ＳｉＯ２層１１１を除去してダイヤフラム１０Ａを形成する。なお、第１〜第４の実施形態において多様なダイヤフラムについて説明したが、図１３（ｂ）では、ダイヤフラム１０Ａと表記している。
【００５１】
（７）感応膜の形成
図１３（ｂ）に示すマスクパターン２０４を除去し、さらにＳＯＩ基板１００の上下を反転させた後、感応膜２０Ａを形成する。図１４に示すように、感応膜材料をダイヤフラム１０Ａ上に塗布した後、乾燥させて感応膜２０Ａを形成する。なお、第１〜第４の実施形態において多様な感応膜について説明したが、図１４では、感応膜２０Ａと表記している。
【００５２】
なお、ここでは第１基板１１０がｎ型であるとして説明したが、例えば第１基板１１０がｐ型である場合には、上記（２）拡散配線（高ドープ層）の形成及び（３）ピエゾ抵抗素子（低ドープ層）の形成において、ボロン（Ｂ）に替えてリン（Ｐ）を注入する。
【００５３】
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ  応力センサ
２  ガス分子
１０，１０Ａ，１０ｂ，１０ｃ  ダイヤフラム
１１  薄膜部
２０，２０Ａ，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ  感応膜
２１，２２，２３，２４  延在部
２５，２６，２７，２８  外縁部
３０，３１，３２，３３，３０ａ，３１ａ，３２ａ，３３ａ，３０ｃ，３１ｃ，３２ｃ，３３ｃ  切欠き部
４０，４１，４２，４３  ピエゾ抵抗素子（検出部）
４１ａ，４１ｂ，４３ａ，４３ｂ  拡散配線
１００  ＳＯＩ基板
１１０  第１基板
１１１  ＳｉＯ２層
１１２  第２基板
２００，２０１，２０２，２０４  マスクパターン
３００  金属層
３００ａ，３００ｂ  金属配線
３１０ａ，３１０ｂ  絶縁層
４００  凹部
【図１】
2017181431.tif 000003
【図２】
2017181431.tif 000004
【図３】
2017181431.tif 000005
【図４】
2017181431.tif 000006
【図５】
2017181431.tif 000007
【図６】
2017181431.tif 000008
【図７】
2017181431.tif 000009
【図８】
2017181431.tif 000010
【図９】
2017181431.tif 000011
【図１０】
2017181431.tif 000012
【図１１】
2017181431.tif 000013
【図１２】
2017181431.tif 000014
【図１３】
2017181431.tif 000015
【図１４】
2017181431.tif 000016