JP3426498B2

JP3426498B2 - 圧力センサ

Info

Publication number: JP3426498B2
Application number: JP12013198A
Authority: JP
Inventors: 幸一楠山; 正夫塚田
Original assignee: 株式会社日立ユニシアオートモティブ
Priority date: 1997-08-13
Filing date: 1998-04-14
Publication date: 2003-07-14
Anticipated expiration: 2018-04-14
Also published as: JPH11118642A; US6058781A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力を検出するの
に用いて好適な圧力センサに関し、特にエッチング処理
等の半導体製造技術を用いてシリコン基板等に形成され
る半導体式の圧力センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体式の圧力センサとして、
シリコン等の半導体材料からなる基板上にエッチング等
の半導体製造技術を用いて形成したものが例えば特開平
２−１３２３３７号公報によって知られている。

【０００３】そこで、図４７および図４８に基づき従来
技術によるダイヤフラム型の圧力センサをシリコン基板
に形成する場合について述べる。

【０００４】１は圧力センサを構成する基板としてのシ
リコン基板を示し、該シリコン基板１は、その上，下面
となる表面１Ａと裏面１Ｂとは、シリコン結晶の（１０
０）面とほぼ一致するように形成されている。

【０００５】２はシリコン基板１の裏面１Ｂ側に略四角
形状に凹設された受圧凹溝で、該受圧凹溝２によりシリ
コン基板１の表面側に薄肉のダイヤフラム部３が形成さ
れている。また、ダイヤフラム部３上にはダイヤフラム
部３に生じる撓みを検出するピエゾ抵抗素子が設けら
れ、該ピエゾ抵抗素子４にはリード端子５，５が接続さ
れている。

【０００６】ここで、受圧凹溝２は、シリコン基板１に
対して異方性のエッチング処理を施すことにより横断面
が四角形状に形成され、シリコン結晶の（１１１）面に
沿って形成された４個の側壁２Ａ，２Ａ，…を有してい
る。

【０００７】そして、圧力センサの作動時には、流体圧
等がダイヤフラム部３に作用すると、この圧力に応じて
ダイヤフラム部３が全体に亘って撓み変形する。このと
き、ピエゾ抵抗素子４は撓み変形部分となるダイヤフラ
ム部３に設けられているから、ピエゾ抵抗素子４に歪が
生じる。そして、ピエゾ抵抗素子４の抵抗値はこの歪み
量に応じて変化するから、圧力センサは、ピエゾ抵抗素
子４の抵抗値を各リード端子５間の電圧、電流等によっ
て検出することによって、ダイヤフラム部３に加わる圧
力を検出している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、ピエゾ抵抗素子４に生じる歪み量は、撓み
変形の大きさによって変化する。このため、ダイヤフラ
ム部３に作用する圧力を正確に検出するためには、撓み
変形部分となるダイヤフラム部３とピエゾ抵抗素子４と
を正確に位置合せする必要がある。そして、ピエゾ抵抗
素子４とダイヤフラム部３（受圧凹溝２）とをシリコン
基板１の両面側で位置合せするために、例えば両面型の
露光設備等を用いてシリコン基板１の表面１Ａ側にピエ
ゾ抵抗素子４用の露光マスクを配置すると共に、シリコ
ン基板１の裏面１Ｂ側に受圧凹溝２用の露光マスクを配
置し、２つの露光マスクを表面１Ａ側と裏面１Ｂ側とで
正確に位置合わせしている。

【０００９】しかし、一般に、２つの露光マスクを表面
１Ａ側と裏面１Ｂ側とで位置合せするときには、例えば
表面１Ａ側でのみ露光マスクの位置合せをするときに比
して位置合せの精度が低下することが知られている。即
ち、２つの露光マスクの位置合せを行なう赤外線アライ
ナや反射式の両面アライナでは、光学系の軸ずれ等によ
って２つの露光マスクに位置ずれが生じることがある。
このため、ピエゾ抵抗素子４′は、例えば図４８中に一
点鎖線で示すように、ダイヤフラム部３に対して数μｍ
程度の寸法ｄ0 だけ位置ずれすることがある。

【００１０】また、２つの露光マスクを正確に位置合せ
できたときでも、ダイヤフラム部３がピエゾ抵抗素子４
に対して位置ずれすることがある。即ち、シリコン基板
１のカット面となる表面１Ａは、カット時におけるスラ
イス加工、研摩加工の誤差等によって（１００）面に対
して例えば１〜３°程度のばらつきが生じることがあ
る。このとき、異方性のエッチング処理によって受圧凹
溝２を形成すると、図４８中に二点鎖線で示すように各
側壁２Ａ′が本来の各側壁２Ａに対して傾斜した状態と
なる。このため、ダイヤフラム部３はピエゾ抵抗素子４
に対して１０μｍ程度の寸法ｄ1 だけ位置ずれするもの
である。

【００１１】このように、撓み変形部分となるダイヤフ
ラム部３とピエゾ抵抗素子４とに位置ずれが生じた場合
には、ピエゾ抵抗素子４に生じる歪み量がピエゾ抵抗素
子４と撓み変形部分との相対位置によって異なるから、
ピエゾ抵抗素子４によってダイヤフラム部３に作用する
圧力を高精度で検出することが難しいという問題があ
る。

【００１２】これに対し、ダイヤフラム部３とピエゾ抵
抗素子４とを大型化することによって、撓み変形部分と
ピエゾ抵抗素子４との位置ずれによって生じるピエゾ抵
抗素子４の歪み量の差を少なくし、ピエゾ抵抗素子４に
よる検出の精度を向上させることができる。しかし、こ
の場合にはダイヤフラム部３の１辺の寸法ｄ2 が例えば
数１００μｍ〜数ｍｍ程度となってしまい、圧力センサ
を微細化することができないという問題がある。

【００１３】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明は高精度に圧力を検出できると共
に、撓み変形部分とピエゾ抵抗素子とを高精度に位置合
せすることができ、微細化が可能な圧力センサを提供す
ることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、本発明は、シリコン材料からなる基板と、該基板
の裏面側に受圧凹溝を形成することにより該基板に設け
られたダイヤフラム部と、該ダイヤフラム部の位置で前
記基板の表面側に設けられた検出用凹溝と、少なくとも
該検出用凹溝内に設けられ前記ダイヤフラム部に生じる
撓みを検出するピエゾ抵抗素子とから構成してなる圧力
センサに適用される。

【００１５】そして、請求項１の発明が採用する構成の
特徴は、受圧凹溝は検出用凹溝よりも大きい面積の底面
を有し、ダイヤフラム部は検出用凹溝の内側部分を薄肉
部とし、検出用凹溝の外側部分を厚肉部とし、ピエゾ抵
抗素子は前記薄肉部に配置する構成としたことにある。

【００１６】上記構成により、ダイヤフラム部に圧力が
作用したときに、厚肉部が撓み変形するのを閉塞板や他
の部材で防止しつつ、薄肉部を撓み変形させることがで
きる。そして、薄肉部に撓み変形が生じたときには、薄
肉部に配置されたピエゾ抵抗素子に歪みが生じる。この
とき、この歪み量に応じてピエゾ抵抗素子の抵抗値が変
化するから、ピエゾ抵抗素子の抵抗値に応じてダイヤフ
ラム部に加わる圧力を正確に検出することができる。

【００１７】また、受圧凹溝と検出用凹溝との間に位置
ずれが生じたときでも、厚肉部によって受圧凹溝と検出
用凹溝との間の位置ずれを許容しつつ、ダイヤフラム部
に薄肉部を形成することができる。このため、検出用凹
溝とピエゾ抵抗素子とを基板の表面側から形成すること
によって、撓み変形部分となる薄肉部とピエゾ抵抗素子
との位置合せを高精度で行なうことができる。

【００１８】また、請求項２の発明は、基板の表面側に
は検出用凹溝とピエゾ抵抗素子とを一緒に閉塞する剛性
の高い閉塞板を設ける構成としている。

【００１９】この場合、閉塞板によって検出用凹溝の外
側部分を補強し、機械的な強度を増加させることでき
る。これにより、ダイヤフラム部に圧力が作用したとき
に、検出用凹溝の外側部分が撓み変形するのを閉塞板で
防止しつつ、検出用凹溝の内側部分を撓み変形させるこ
とができ、ピエゾ抵抗素子によって圧力を正確に検出す
ることができる。

【００２０】また、請求項３の発明は、前記厚肉部は薄
肉部の周囲に少なくとも１０μｍ以上の幅寸法をもって
形成している。

【００２１】これにより、受圧凹溝と検出用凹溝との間
に異方性のエッチング処理等による位置ずれ（例えば１
０μｍ程度）が生じたときでも、厚肉部によってこの位
置ずれを許容し、薄肉部を撓み変形部分とすることがで
きる。

【００２２】また、請求項４の発明は、基板の表面側に
は検出用凹溝を複数個形成し、基板の裏面側には該各検
出用凹溝全体よりも広い面積をもって受圧凹溝を形成し
ている。

【００２３】上記構成により、各検出用凹溝の内側部分
を薄肉に形成し、各検出用凹溝の内側部分を撓み変形部
分とすることができる。このため、各検出用凹溝の内側
部分毎に圧力を検出することができる。また、各検出用
凹溝の底面をそれぞれ異なる面積に形成することによっ
て、各検出用凹溝の内側部分毎に検出可能な圧力の範囲
を変えることができる。

【００２４】また、請求項５の発明は、前記基板は２つ
のシリコン基板間に酸化膜を介在させたＳＯＩ基板であ
る。

【００２５】ＳＯＩ基板を用いることにより、受圧凹溝
およびダイヤフラム部の形成を容易に行なうことができ
る。

【００２６】また、請求項６の発明は、検出用凹溝の底
面側周囲には、応力集中を緩和するため円弧状をなす面
取り部を形成したことにある。

【００２７】これにより、ダイヤフラム部に圧力が作用
し、検出用凹溝の内側部分が撓み変形したときに、検出
用凹溝の底面側周囲に応力集中が発生するのを面取り部
によって抑えることができる。

【００２８】また、請求項７の発明は、検出用凹溝の周
壁面を、前記底面側の面取り部に対応した凹湾曲面とし
て形成したことにある。

【００２９】これにより、検出用凹溝を例えばウエット
エッチング処理等の等方性のエッチング処理によって形
成することができる。このため、検出用凹溝の深さ寸法
を大きくしたときには、大きな曲率半径の凹湾曲面を形
成でき、検出用凹溝の深さ寸法を小さくしたときには、
小さい曲率半径の凹湾曲面を形成できる。従って、ダイ
ヤフラム部に作用する圧力に応じて凹湾曲面の曲率を設
定し、検出用凹溝の底面側周囲に応力が集中するのを確
実に緩和することができる。

【００３０】また、請求項８の発明は、検出用凹溝の周
壁面を底面に対してほぼ垂直に検出用凹溝の開口側へと
延びる平面により形成し、前記面取り部は検出用凹溝の
底面と周壁面との間に設けたことにある。

【００３１】このように構成したことにより、異方性の
エッチング処理によって検出用凹溝の平面となった周壁
面をほぼ形成した後に、等方性のエッチング処理によっ
て検出用凹溝の底面と周壁面との間に面取り部を形成す
ることができる。このため、比較的曲率半径の小さい面
取り部として形成することができ、小さい面積の検出用
凹溝を形成することができる。

【００３２】また、請求項９の発明は、検出用凹溝の開
口側に応力集中を緩和するため円弧状をなす面取り部を
形成したことにある。

【００３３】このように構成したことにより、ダイヤフ
ラム部に圧力が作用し、検出用凹溝の内側部分が撓み変
形したときに、検出用凹溝の開口側周囲に応力集中が発
生するのを面取り部によって緩和することができる。

【００３４】また、請求項１０の発明は、検出用凹溝は
開口側が矩形状をなす矩形状凹溝であり、該矩形状凹溝
の角隅には、応力集中を緩和するため円弧状をなす面取
り部を形成したことにある。

【００３５】これにより、ダイヤフラム部に圧力が作用
し、矩形状凹溝の内側部分が撓み変形したときに、矩形
状凹溝の角隅に応力集中が発生するのを面取り部によっ
て緩和することができる。

【００３６】また、請求項１１の発明は、面取り部を前
記矩形状凹溝の一辺の長さ寸法に対して８〜３０％の曲
率半径をもった凹湾曲部により形成したことにある。

【００３７】このように構成したことにより、ダイヤフ
ラム部に圧力が作用し、矩形状凹溝の内側部分が撓み変
形したときに、矩形状凹溝の角隅は凹湾曲部が全体に亘
って緩やかに撓み変形する。このため、凹湾曲部によっ
て矩形状凹溝の角隅に応力が集中するのを緩和すること
ができる。また、凹湾曲部が矩形状凹溝の長さ寸法に対
して８〜３０％の曲率半径をもっているから、凹湾曲部
間に形成された矩形状凹溝の４辺側には矩形状凹溝の長
さ寸法に対して８４〜４０％の長さをもった直線状の部
分を形成することができる。

【００３８】また、請求項１２の発明は、矩形状凹溝
は、前記面取り部間に位置する直線状部分の長さ寸法
を、前記ピエゾ抵抗素子の長さ寸法に対して２倍以上に
設定したことにある。

【００３９】これにより、矩形状凹溝の角隅に形成した
面取り部によって矩形状凹溝の角隅に応力が集中するの
を緩和しつつ、面取り部間に位置する直線状部分の近傍
を集中的に撓み変形させることができる。また、直線状
部分の長さ寸法をピエゾ抵抗素子の長さ寸法に対して２
倍以上に設定したから、より撓み変形が大きくなる直線
状部分の長さ方向中央部付近にピエゾ抵抗素子を配設す
ることができる。このため、直線状部分の長さ方向中央
部付近に発生する大きな撓みをピエゾ抵抗素子によっ
て、検出することができ、圧力センサの検出精度を向上
させることができる。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
圧力センサを添付図面に従って詳細に説明する。

【００４１】まず、本発明による第１の実施の形態を、
図１ないし図１４に基づいて説明する。

【００４２】１１は単結晶のシリコン材料からなる基板
としてのシリコン基板で、該シリコン基板１１は圧力セ
ンサの基板をなし、略四角形状に形成されている。そし
て、シリコン基板１１は、例えばホウ素等の不純物を添
加することによりｐ形半導体となった基底部１１Ａと、
該基底部１１Ａの中央に位置して表面側に形成され、例
えばリン等の不純物を添加することによりｎ形半導体と
なった表層部１１Ｂとから構成されている。

【００４３】そして、基底部１１Ａの裏面側にはシリコ
ンの酸化膜１２と窒化膜１３とが設けられている。ま
た、表層部１１Ｂは、例えば５〜２０μｍ程度の厚さ寸
法を有し、基底部１１Ａの表面側で突出している。

【００４４】１４は圧力センサに加わる圧力を受圧する
ための受圧凹溝を示し、該受圧凹溝は、従来技術による
受圧凹溝２と同様に、基底部１１Ａの中央に位置して裏
面側に略四角形状に凹設されている。そして、受圧凹溝
１４は、基底部１１Ａの裏面側にシリコンの酸化膜１
２，窒化膜１３の開口部１２Ａ，１３Ａとを介してウエ
ットエッチング処理等を施すことにより、基底部１１Ａ
の裏面側から表層部１１Ｂに達している。また、受圧凹
溝１４は、図２に示すように略四角形状をなして基底部
１１Ａの裏面側に開口し、受圧凹溝１４の一辺の寸法Ｌ
0 は例えば１５０μｍ程度となっている。

【００４５】１５は受圧凹溝１４によって基板１１の表
層部１１Ｂに設けられたダイヤフラム部で、該ダイヤフ
ラム部１５は受圧凹溝１４に対応して略四角形状をなし
ている。そして、ダイヤフラム部１５は後述の検出用凹
溝１６の内側では薄肉部１７を形成し、検出用凹溝１６
の外側では厚肉部１８を形成している。

【００４６】１６はダイヤフラム部１５に作用する圧力
を検出するための検出用凹溝を示し、該検出用凹溝１６
は、受圧凹溝１４に対向して表層部１１Ｂの表面側に略
四角形状に凹設されている。ここで、検出用凹溝１６
は、図１に示す如く表層部１１Ｂの表面側にドライエッ
チング処理等を施すことにより、浅溝状をなして形成さ
れている。そして、検出用凹溝１６は、後述する保護膜
２３上に形成された凹陥部１６Ａと、表層部１１Ｂ上に
形成された凹面部１６Ｂとを含んで構成されている。ま
た、検出用凹溝１６は、絶縁膜２１、保護膜２３の厚さ
が非常に薄いため、凹陥部１６Ａと実質的には同一の形
状をなすものである。

【００４７】そして、検出用凹溝１６の凹面部１６Ｂ
は、略四角形状をなして表層部１１Ｂの表面側に設けら
れ、検出用凹溝１６の一辺の寸法Ｌ1 は例えば１００μ
ｍ程度となっている。このため、検出用凹溝１６の凹面
部１６Ｂは、図１に示すように受圧凹溝１４の底面１４
Ａの面積よりも小さい面積を有している。

【００４８】１７は、図１および図２に示す如く検出用
凹溝１６の内側で表層部１１Ｂに形成された薄肉部で、
該薄肉部１７はダイヤフラム部１５に圧力が作用したと
きに、その圧力に応じて撓み変形する撓み変形部分を構
成している。

【００４９】ここで、薄肉部１７のうち凹陥部１６Ａの
周囲は、絶縁膜２１、保護膜２３を介して後述の閉塞板
２４が固着されているため、当該凹陥部１６Ａの周囲は
固定され、薄肉部１７のうち凹陥部１６Ａの部位のみが
撓み変形する。しかし、絶縁膜２１、保護膜２３の厚さ
は非常に薄いため、実質的には薄肉部１７の撓み変形を
妨げるものではない。

【００５０】１８は検出用凹溝１６の外側に形成された
厚肉部で、該厚肉部１８は、図１および図２に示す如く
薄肉部１７の外側を取囲み、略四角形の枠状をなしてシ
リコン基板１１の表層部１１Ｂに形成されている。そし
て、厚肉部１８は例えば２５μｍ程度の幅寸法Ｌ2 をも
って形成されている。

【００５１】１９，１９，…は検出用凹溝１６内に撓み
検出素子として設けられた例えば４個のピエゾ抵抗素子
で、該各ピエゾ抵抗素子１９は、薄肉部１７内の外周側
に位置して前，後，左，右に離間した位置に配設されて
いる。また、ピエゾ抵抗素子１９は、例えばイオン注入
法等を用いてホウ素等の不純物をシリコン基板１１の表
層部１１Ｂに注入、拡散し、その一部を略長方形状にピ
エゾ抵抗化することによって形成されている。そして、
各ピエゾ抵抗素子１９は、薄肉部１７が撓み変形するの
に伴って歪むことにより、この歪み量をダイヤフラム部
１５に加わる圧力として検出するものである。

【００５２】２０，２０，…は不純物をシリコン基板１
１の表面側に注入、拡散することによってシリコン基板
１１上に設けられた拡散層配線を示し、該各拡散層配線
２０は、その一端側が検出用凹溝１６内に達し、他端側
が検出用凹溝１６の外側に向けて延びている。そして、
各拡散層配線２０は、一端側が各ピエゾ抵抗素子１９に
接続され、他端側が後述する金属配線２２に接続されて
いる。

【００５３】また、各拡散層配線２０は、ピエゾ抵抗素
子１９と同様にイオン注入法等によって形成され、各拡
散層配線２０の導電率は、ピエゾ抵抗素子１９の導電率
よりも高くなっている。

【００５４】２１はピエゾ抵抗素子１９と拡散層配線２
０を覆いシリコン基板１１の表面側に形成された絶縁膜
で、該絶縁膜２１は、例えば酸化シリコン等によって形
成され、０．３〜０．９μｍ程度の厚さ寸法となってい
る。また、絶縁膜２１には、図１および図２に示す如
く、各拡散層配線２０の他端側に対応する部位にそれぞ
れコンタクトホール２１Ａ，２１Ａ，…が形成されてい
る。

【００５５】２２，２２，…はシリコン基板１１上に絶
縁膜２１を介して設けられた金属配線で、該各金属配線
２２は、図１に示す如く、例えばアルミニウム等の金属
膜により形成されている。

【００５６】また、前記各金属配線２２は、一端側が絶
縁膜２１の各コンタクトホール２１Ａを介して各拡散層
配線２０に接続され、他端側にはダイヤフラム部１５の
外側に位置して電極部２２Ａ，２２Ａ，…が形成されて
いる。そして、各金属配線２２は、各電極部２２Ａが外
部の検出回路（図示せず）等に接続され、各ピエゾ抵抗
素子１９から出力される圧力の検出信号をこの検出回路
等に導出する。

【００５７】２３は金属配線２２を保護するための絶縁
性の保護膜で、該保護膜２３はシリコン基板１１の表面
側で全面に亘って設けられている。また、保護膜２３に
は、各電極部２２Ａに対応する部位にそれぞれコンタク
トホール２３Ａ，２３Ａ，…が形成されている。

【００５８】２４は検出用凹溝１６と各ピエゾ抵抗素子
１９とを一緒に閉塞する剛性の高い閉塞板を示し、該閉
塞板２４は、例えばパイレックスガラス等からなり、陽
極接合法等を用いることによって絶縁膜２１、保護膜２
３を介して厚肉部１８の表面側に固着されている。そし
て、該閉塞板２４は、厚肉部１８の機械的な強度を補強
し、ダイヤフラム部１５に圧力が作用したときに、厚肉
部１８が撓むのを防止するものである。

【００５９】また、閉塞板２４は、検出用凹溝１６を閉
塞することによって、閉塞板２４と凹陥部１６Ａとの間
に基準圧室Ｓとなる密閉空間を形成している。このた
め、受圧凹溝１４に圧力が加わるとき、ダイヤフラム部
１５の薄肉部１７に受圧凹溝１４側と基準圧室Ｓ側との
差圧が作用すると共に、薄肉部１７は撓み変形するもの
である。

【００６０】本発明による圧力センサは上述の如き構成
を有するもので、次に図３ないし図１４を参照しつつそ
の製造工程について説明する。

【００６１】まず、図３に示すシリコン単結晶からなる
単結晶基板２５を圧力センサの製造装置内（図示せず）
に配設する。ここで、単結晶基板２５は基底部１１Ａ、
表層部１１Ｂを形成するためのものであり、ｐ形半導体
によって構成されている。そして、単結晶基板２５の表
面側と裏面側とに酸化膜１２，１２を形成する。さら
に、各酸化膜１２上に窒化膜１３，１３をそれぞれ形成
し、図４に示す状態となる。

【００６２】次に、図５に示すように、露光工程、エッ
チング工程を実施することによって、表面側の窒化膜１
３を表層部１１Ｂが形成される部位を残して除去する。
そして、単結晶基板２５を部分的に酸化するＬＯＣＯＳ
酸化法（ＬｏｃａｌＯｘｉｄａｔｉｏｎｏｆＳｉ
ｌｉｃｏｎ）を用いて、図５に示す状態で単結晶基板２
５を酸素を含む雰囲気中で酸化する。これにより、図６
に示す如く単結晶基板２５の表面側に厚肉の酸化膜２６
が形成される。

【００６３】次に、表面側の窒化膜１３を除去すると共
に、イオン注入法等を用いて単結晶基板２５の表面側に
リン等の不純物を注入、拡散し、図７に示すようにｎ形
半導体の表層部１１Ｂを形成する。これにより、ｐ形半
導体の基底部１１Ａ、ｎ形半導体の表層部１１Ｂからな
るシリコン基板１１が形成される。そして、図８に示す
ように、露光工程、エッチング工程を実施することによ
って、検出用凹溝１６が形成される部分の酸化膜２６を
除去し、開口部２６Ａを形成する。

【００６４】次に、図８に示す状態では酸化膜２６がマ
スクとしての役割を果たすから、ドライエッチング法を
用いることによって、図９に示す如く表層部１１Ｂに検
出用凹溝１６が形成される。そして、図１０に示すよう
に、エッチング工程を実施することによって、表面側の
酸化膜２６を除去する。

【００６５】次に、図１１に示すように、イオン注入法
等によりホウ素等の不純物を注入、拡散し、検出用凹溝
１６内にｐ形半導体からなるピエゾ抵抗素子１９、拡散
層配線２０を形成すると共に、シリコン基板１１の表面
側に酸化膜等の絶縁膜２１を形成する。

【００６６】そして、図１２に示すように、拡散層配線
２０と金属配線２２とを接続するためのコンタクトホー
ル２１Ａを形成し、図１３に示すように、真空蒸着等に
より金属配線２２を絶縁層２０の表面側に形成する。

【００６７】次に、図１４に示すように、保護膜２３を
シリコン基板１１上の全面に亘って形成する。これによ
り、検出用凹溝１６に対応して凹陥部１６Ａが形成され
る。そして、保護膜２３には電極部２２Ａに対応した位
置にボンディングパット領域としてのコンタクトホール
２３Ａを設ける。

【００６８】また、露光工程、エッチング工程を実施す
ることによって、受圧凹溝１４が形成される部分の酸化
膜１２、窒化膜１３を除去し、開口部１２Ａ，１３Ａを
形成する。

【００６９】次に、例えばＫＯＨ、ヒドラジンまたはエ
チレンジアミンピロカテコール等を用いた異方性のエッ
チング処理を酸化膜１２、窒化膜１３をマスクとしてシ
リコン基板１１の裏面側に施す。このとき、電気化学エ
ッチング停止法を用い、ｎ形半導体の表層部１１Ｂに正
の電圧を印加することによって、ｎ形半導体の表層部１
１Ｂとｐ形半導体の基底部１１Ａとの界面でエッチング
を停止させる。これにより、シリコン基板１１に図１に
示す如く受圧凹溝１４を形成する。

【００７０】最後に、絶縁膜２１、保護膜２３とを介し
て閉塞板２４を表層部１１Ｂの表面側に載置すると共
に、陽極接合法等によって閉塞板２４を表層部１１Ｂに
接合する。

【００７１】かくして、本実施の形態では、シリコン基
板１１にはダイヤフラム部１５を設けると共に、該ダイ
ヤフラム部１５の位置で検出用凹溝１６を凹設したか
ら、ダイヤフラム部１５には検出用凹溝１６の内側部分
に薄肉部１７が形成される。このため、ダイヤフラム部
１５に圧力が作用したときに、薄肉部１７を厚肉部１８
に比してより大きく撓み変形させることができる。

【００７２】また、シリコン基板１１の表面側には検出
用凹溝１６を閉塞する閉塞板２４を設けたから、該閉塞
板２４によって検出用凹溝１６の外側部分を補強し、機
械的な強度を増加させることできる。従って、ダイヤフ
ラム部１５に圧力が作用したときに、厚肉部１８に撓み
が生じるのを防止しつつ、薄肉部１７を撓み変形させる
ことができ、薄肉部１７に設けた各ピエゾ抵抗素子１９
によってダイヤフラム部１５に作用する圧力を正確に検
出することができる。

【００７３】また、受圧凹溝１４は検出用凹溝１６の凹
面部１６Ｂの面積よりも大きい面積の底面１４Ａをもつ
から、ダイヤフラム部１５の表面側に検出用凹溝１６を
容易に凹設することができる。これにより、受圧凹溝１
４と検出用凹溝１６との間に位置ずれが生じたときで
も、検出用凹溝１６の内側部分に撓み変形部分となる薄
肉部１７を形成することができる。

【００７４】さらに、厚肉部１８は少なくとも１０μｍ
以上の幅寸法をもつ構成としたから、例えばシリコン基
板１１のカット面のずれによって、受圧凹溝１４の底面
１４Ａが１０μｍ程度位置ずれしたときでも、これを許
容し、ダイヤフラム部１５に薄肉部１７を形成すること
できる。

【００７５】また、検出用凹溝１６の内側部分に薄肉部
１７を形成し、薄肉部１７を撓み変形部分とすることが
できるから、検出用凹溝１６とピエゾ抵抗素子１９とを
シリコン基板１１の表面側から形成し、撓み変形部分と
なる薄肉部１７とピエゾ抵抗素子１９とを高精度に位置
合せすることができる。このため、ピエゾ抵抗素子１
９、薄肉部１７を小型化し、ダイヤフラム部１５とを従
来技術によるものに比してより小さくすることができる
から、圧力センサを微細化することができる。また、ピ
エゾ抵抗素子１９によってダイヤフラム部１５に作用す
る圧力を正確に検出することができる。

【００７６】また、検出用凹溝１６内にはピエゾ抵抗素
子１９を設けたから、ダイヤフラム部１５に圧力が作用
し、薄肉部１７に撓み変形が生じたときに、ピエゾ抵抗
素子１９に歪みが生じる。このとき、この歪み量に応じ
てピエゾ抵抗素子１９の抵抗値が変化するから、ピエゾ
抵抗素子１９の抵抗値に対応してダイヤフラム部１５に
加わる圧力を検出することができる。

【００７７】特に、検出用凹溝１６に不純物を注入、拡
散することによってシリコン基板１１の表面側にピエゾ
抵抗素子１９を形成したから、撓み変形部分となる薄肉
部１７とピエゾ抵抗素子１９とをより高精度で位置合せ
することができる。

【００７８】次に、本発明の第２の実施の形態による圧
力センサを図１５ないし図２７に基づいて説明するに、
本実施の形態の特徴は、圧力センサの基板として２つの
シリコン基板部間に酸化膜を介在させたＳＯＩ（Ｓｉｌ
ｉｃｏｎｏｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いたこ
とにある。

【００７９】図１５において、３１は圧力センサの基板
をなす四角形状のＳＯＩ基板で、該ＳＯＩ基板３１は、
シリコン単結晶からなる一のシリコン基板としての基底
部３１Ａと、該基底部３１Ａの表面側に形成された他の
シリコン基板としての表層部３１Ｂと、該表層部３１Ｂ
と前記基底部３１Ａとの間に介在した酸化膜としての絶
縁層部３１Ｃとから構成されている。

【００８０】そして、表層部３１Ｂは、例えば５〜２０
μｍ程度の厚さ寸法を有し、リン等の不純物が添加され
ることによりｎ形半導体となっている。また、基底部３
１Ａの裏面側にはシリコンの酸化膜３２と窒化膜３３と
が設けられている。

【００８１】３４は基底部３１Ａの中央に位置して裏面
側に略四角形状に凹設された受圧凹溝を示し、該受圧凹
溝３４は、基底部３１Ａの裏面側にシリコンの酸化膜３
２，窒化膜３３の開口部３２Ａ，３３Ａとを介してエッ
チング処理等を施すことにより、基底部３１Ａの裏面側
から絶縁層部３１Ｃに達している。

【００８２】３５は受圧凹溝３４によってＳＯＩ基板３
１に設けられたダイヤフラム部で、該ダイヤフラム部３
５は受圧凹溝３４に対応して略四角形状をなしている。
そして、ダイヤフラム部３５は後述の検出用凹溝３６の
内側では薄肉部３７を形成し、検出用凹溝３６の外側で
は厚肉部３８を形成している。

【００８３】３６は受圧凹溝３４に対向して表層部３１
Ｂの表面側に凹設された検出用凹溝を示し、該検出用凹
溝３６は、第１の実施の形態による検出用凹溝１６と同
様に浅溝状をなして形成されている。そして、検出用凹
溝３６は、後述する保護膜４３上に形成された凹陥部３
６Ａと、表層部３１Ｂ上に形成された凹面部３６Ｂとを
含んで構成されている。また、検出用凹溝３６の凹面部
３６Ｂは、凹陥部３６Ａと実質的には同一の形状とな
り、受圧凹溝３４の底面３４Ａの面積よりも小さい面積
を有している。

【００８４】３７は検出用凹溝３６の位置で表層部３１
Ｂ、絶縁層部３１Ｃに形成された薄肉部で、該薄肉部３
７は、ダイヤフラム部３５に圧力が作用したときに、そ
の圧力に応じて撓み変形するものである。

【００８５】３８は検出用凹溝３６の外側に形成された
厚肉部で、該厚肉部３８は、薄肉部３７の外側を取囲
み、略四角形の枠状をなしてＳＯＩ基板３１の表層部３
１Ｂ、絶縁層部３１Ｃに形成されている。そして、厚肉
部３８は例えば１０〜３０μｍ程度の幅寸法をもって形
成されている。

【００８６】３９，３９，…は検出用凹溝３６内に設け
られた例えば４個のピエゾ抵抗素子（２個のみ図示）
で、該各ピエゾ抵抗素子３９は、ホウ素等の不純物をＳ
ＯＩ基板３１の表層部３１Ｂに注入、拡散し、その一部
を略長方形状にピエゾ抵抗化することによって形成され
ている。

【００８７】４０，４０，…は不純物をＳＯＩ基板３１
の表層部３１Ｂに注入、拡散することによってＳＯＩ基
板３１上に設けられた拡散層配線を示し、該各拡散層配
線４０は、第１の実施の形態による拡散層配線２０と同
様にその一端側が検出用凹溝３６内に達し、他端側が検
出用凹溝３６の外側に向けて延びている。そして、各拡
散層配線４０は、一端側が各ピエゾ抵抗素子３９に接続
され、他端側が後述する金属配線４２に接続されてい
る。

【００８８】４１はピエゾ抵抗素子３９と拡散層配線４
０との上側に形成された絶縁膜で、該絶縁膜４１は、第
１の実施の形態による絶縁膜２１と同様に例えば酸化シ
リコン等によって形成されている。また、絶縁膜４１に
は各拡散層配線４０の他端側に対応する部位にそれぞれ
コンタクトホール４１Ａ，４１Ａ，…が形成されてい
る。

【００８９】４２，４２，…はＳＯＩ基板３１上に絶縁
膜４１を介して設けられた金属配線で、該各金属配線４
２は、例えばアルミニウム等の金属膜により形成されて
いる。また、前記各金属配線４２は、第１の実施の形態
による金属配線２２と同様に一端側が絶縁膜４１の各コ
ンタクトホール４１Ａを介して各拡散層配線４０に接続
され、他端側にはダイヤフラム部３５の外側に位置して
電極部４２Ａ，４２Ａ，…が形成されている。

【００９０】４３は金属配線４２を保護するための絶縁
性の保護膜で、該保護膜４３はＳＯＩ基板３１の表面側
で全面に亘って設けられている。また、保護膜４３に
は、各電極部４２Ａに対応する部位にそれぞれコンタク
トホール４３Ａ，４３Ａ，…が形成されている。

【００９１】４４は検出用凹溝３６を閉塞する閉塞板を
示し、該閉塞板４４は、第１の実施の形態による閉塞板
２４と同様に陽極接合法等を用いることによって、絶縁
膜４１と保護膜４３とを介して厚肉部３８の表面側に固
着されている。そして、閉塞板４４は凹陥部３６Ａとの
間に基準圧室Ｓを画成している。

【００９２】本発明による圧力センサは上述の如き構成
を有するもので、次に図１６ないし図２７を参照しつつ
その製造工程について説明する。

【００９３】まず、図１６に示すＳＯＩ基板３１の表面
側と裏面側とに酸化膜３２，３２を形成する。そして、
各酸化膜３２上に窒化膜３３，３３をそれぞれ形成し、
図１７に示す状態となる。

【００９４】次に、図１８に示すように、露光工程、エ
ッチング工程を実施することによって、表面側の窒化膜
３３をダイヤフラム部３５が形成される部位を残して除
去する。そして、ＬＯＣＯＳ酸化法を用いて、図１８に
示す状態でＳＯＩ基板３１を酸素を含む雰囲気中で酸化
し、図１９に示す如く表層部３１Ｂの表面側に厚肉の酸
化膜４５を形成する。

【００９５】次に、図２０に示すように表面側の窒化膜
３３を除去すると共に、図２１に示すように、露光工
程、エッチング工程を実施することによって、検出用凹
溝３６が形成される部分の酸化膜４５を除去し、開口部
４５Ａを形成する。

【００９６】次に、図２１に示す状態では酸化膜４５が
マスクとしての役割を果たすから、ドライエッチング処
理を施すことによって、図２２に示す如く表層部３１Ｂ
に検出用凹溝３６が形成される。そして、図２３に示す
ように、エッチング工程を実施することによって、表面
側の酸化膜４５を除去する。

【００９７】次に、図２４に示すように、イオン注入法
等によりホウ素等の不純物を注入、拡散し、検出用凹溝
３６にｐ形半導体からなるピエゾ抵抗素子３９、拡散層
配線４０を形成すると共に、ＳＯＩ基板３１の表層部３
１Ｂに酸化膜等の絶縁膜４１を形成する。

【００９８】そして、図２５に示すように、絶縁膜４１
には拡散層配線４０と金属配線４２とを接続するための
コンタクトホール４１Ａを形成し、図２６に示すよう
に、スパッタ、真空蒸着等により金属配線４２を絶縁膜
４１の表面側に形成する。

【００９９】次に、図２７に示すように、保護膜４３を
ＳＯＩ基板３１上の全面に亘って形成する。これによ
り、検出用凹溝３６に対応して凹陥部３６Ａが形成され
る。また、保護膜４３には電極部４２Ａに対応した位置
にボンディングパット領域としてのコンタクトホール４
３Ａを設ける。そして、露光工程、エッチング工程を実
施することによって、受圧凹溝３４が形成される部分の
酸化膜３２，窒化膜３３を除去し、開口部３２Ａ，３３
Ａを形成する。

【０１００】次に、異方性のエッチング処理を酸化膜３
２、窒化膜３３をマスクとしてＳＯＩ基板３１の基底部
３１Ａに施す。このとき、ＳＯＩ基板３１のエッチング
は絶縁層部３１Ｃに達することによって停止する。これ
により、ＳＯＩ基板３１に図１５に示す如く受圧凹溝３
４を形成する。

【０１０１】最後に、絶縁膜４１、保護膜４３とを介し
て閉塞板４４を表層部３１Ｂの表面側に載置すると共
に、陽極接合法等によって閉塞板４４を表層部３１Ｂに
接合する。

【０１０２】かくして、このように構成される本実施の
形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果
を得ることができるが、特に本実施の形態では、表層部
３１Ｂと基底部３１Ａとの間に絶縁層部３１Ｃが設けら
れたＳＯＩ基板３１を用いたから、ｎ形半導体からなる
表層部３１Ｂを形成する工程を省略することができ、圧
力センサの製造時間を短縮することができる。

【０１０３】また、受圧凹溝３４を形成するときに、Ｓ
ＯＩ基板３１のエッチングを絶縁層部３１Ｃによって停
止することができ、例えば１枚にＳＯＩ基板３１から多
数の圧力センサを製造したときに、各圧力センサの受圧
凹溝３４の深さ寸法を均一化し、同一の圧力に対してほ
ぼ同一の値となる圧力の検出信号を出力することができ
る。

【０１０４】さらに、ＳＯＩ基板３１の表層部３１Ｂに
図１５中に仮想線で示す如く深さ方向に向って延びる酸
化シリコン等の絶縁壁部４６，４６を形成することによ
って、該各絶縁壁部４６によって取囲まれた領域と、他
の領域とを電気的に絶縁することができる。このため、
他の素子との絶縁が必要となるＭＯＳトランジスタ等の
能動素子をＳＯＩ基板３１に容易に形成することがで
き、ピエゾ抵抗素子３９からの検出信号を増幅し、波形
整形する処理回路等の能動素子を当該圧力センサと一体
に形成することができる。

【０１０５】次に、本発明の第３の実施の形態による圧
力センサを図２８ないし図３９に基づいて説明するに、
本実施の形態の特徴は、圧力センサの基板としてＳＯＩ
基板を用いると共に、ＬＯＣＯＳ酸化法によって検出用
凹溝を形成したことにある。

【０１０６】図２８において、５１は圧力センサの基板
をなす四角形状のＳＯＩ基板で、該ＳＯＩ基板５１は、
第２の実施の形態によるＳＯＩ基板３１と同様に、一の
シリコン基板としての基底部５１Ａ、他のシリコン基板
としての表層部５１Ｂ、酸化膜としての絶縁層部５１Ｃ
とから構成されている。そして、表層部５１Ｂはリン等
の不純物が添加されることによりｎ形半導体となってお
り、基底部５１Ａの裏面側にはシリコンの酸化膜５２と
窒化膜５３とが設けられている。

【０１０７】５４は基底部５１Ａの中央に位置して裏面
側に略四角形状に凹設された受圧凹溝を示し、該受圧凹
溝５４は、基底部５１Ａの裏面側にシリコンの酸化膜５
２，窒化膜５３の開口部５２Ａ，５３Ａとを介してエッ
チング処理等を施すことにより、基底部５１Ａの裏面側
から絶縁層部５１Ｃに達している。

【０１０８】５５は受圧凹溝５４によってＳＯＩ基板５
１に設けられたダイヤフラム部で、該ダイヤフラム部５
５は受圧凹溝５４に対応して略四角形状をなしている。
そして、ダイヤフラム部５５は後述の検出用凹溝５６の
内側では薄肉部５７を形成し、検出用凹溝５６の外側で
は厚肉部５８を形成している。

【０１０９】５６は受圧凹溝５４に対向して表層部５１
Ｂの表面側に凹設された検出用凹溝を示し、該検出用凹
溝５６は、ＬＯＣＯＳ酸化法によって形成され、検出用
凹溝５６は、後述する保護膜６４上に形成された凹陥部
５６Ａと、表層部５１Ｂ上に形成された凹面部５６Ｂと
を含んで構成されている。そして、検出用凹溝５６は凹
陥部５６Ａと実質的に同一の形状となっている。また、
検出用凹溝５６はその凹面部５６Ｂ側からＳＯＩ基板５
１の表面側に向けて緩やかに傾斜している。そして、検
出用凹溝５６の凹面部５６Ｂは、受圧凹溝５４の底面５
４Ａの面積よりも小さい面積となっている。

【０１１０】また、検出用凹溝５６の凹面部５６Ｂは、
図２９に示すように略四角形状の底面５６Ｂ1 と、該底
面５６Ｂ1 の４周囲から開口側に向けて延びる４つの側
面５６Ｂ2 とから構成されている。ここで、底面５６Ｂ
1 と各側面５６Ｂ2 との間には断面円弧状の丸み部５６
Ｂ3 が形成されると共に、検出用凹溝５６の開口側には
各側面５６Ｂ2 から連続した断面円弧状の丸み部５６Ｂ
4 が形成されている。そして、丸み部５６Ｂ3 ，５６Ｂ
4 は、底面５６Ｂ1 側周囲に位置して応力集中を緩和す
るための面取り部となっている。

【０１１１】５７は検出用凹溝５６の内側で表層部３１
Ｂ、絶縁層部３１Ｃに形成された薄肉部で、該薄肉部５
７はダイヤフラム部５５に圧力が作用したときに、その
圧力に応じて撓み変形するものである。

【０１１２】５８は検出用凹溝５６の外側に形成された
厚肉部で、該厚肉部５８は、薄肉部５７の外側を取囲
み、略四角形の枠状をなして基板５１の表層部５１Ｂ、
絶縁層部５１Ｃに形成されている。そして、厚肉部５８
は例えば１０〜３０μｍ程度の幅寸法をもって形成され
ている。

【０１１３】５９，５９，…は検出用凹溝５６内の凹面
部５６Ｂ側に設けられた例えば４個のピエゾ抵抗素子
（２個のみ図示）で、該各ピエゾ抵抗素子５９は、ホウ
素等の不純物をＳＯＩ基板５１の表層部５１Ｂに注入、
拡散し、その一部を略長方形状にピエゾ抵抗化すること
によって形成されている。

【０１１４】６０，６０，…は不純物をＳＯＩ基板５１
の表層部５１Ｂに注入、拡散することによってＳＯＩ基
板５１上に設けられた拡散層配線を示し、該各拡散層配
線６０は、第１の実施の形態による拡散層配線２０と同
様にその一端側が検出用凹溝５６内に達し、他端側が検
出用凹溝５６の外側に向けて延びている。そして、各拡
散層配線６０は、一端側が各ピエゾ抵抗素子５９に接続
され、他端側が後述する金属配線６３に接続されてい
る。

【０１１５】６１はピエゾ抵抗素子５９と拡散層配線６
０との上側に形成された表面酸化膜で、該表面酸化膜６
１は、ＳＯＩ基板５１の表面を酸化することにより形成
されている。また、表面酸化膜６１には、各拡散層配線
６０の他端側に対応する部位にそれぞれコンタクトホー
ル６１Ａ，６１Ａ，…が形成されている。

【０１１６】６２は表面酸化膜６１上に形成された絶縁
膜で、該絶縁膜６２は、第１の実施の形態による絶縁膜
２１と同様に例えば酸化シリコン等によって形成されて
いる。また、絶縁膜６２には各拡散層配線６０の他端側
に対応する部位にそれぞれコンタクトホール６２Ａ，６
２Ａ，…が形成されている。

【０１１７】６３，６３，…はＳＯＩ基板５１上に表面
酸化膜６１、絶縁膜６２を介して設けられた金属配線
で、該各金属配線６３は、例えばアルミニウム等の金属
膜により形成されている。また、前記各金属配線６３
は、第１の実施の形態による金属配線２２と同様に、一
端側が表面酸化膜６１、絶縁膜６２の各コンタクトホー
ル６１Ａ，６２Ａを介して各拡散層配線６０に接続さ
れ、他端側にはダイヤフラム部５５の外側に位置して電
極部６３Ａ，６３Ａ，…が形成されている。

【０１１８】６４は金属配線６３を保護するための絶縁
性の保護膜で、該保護膜６４はＳＯＩ基板５１の表面側
で全面に亘って設けられている。また、保護膜６４に
は、各電極部６３Ａに対応する部位にそれぞれコンタク
トホール６４Ａ，６４Ａ，…が形成されている。

【０１１９】６５は検出用凹溝５６とピエゾ抵抗素子５
９とを一緒に閉塞する閉塞板を示し、該閉塞板６５は、
第１の実施の形態による閉塞板２４と同様に陽極接合法
等を用いることによって、表面酸化膜６１、絶縁膜６
２、保護膜６４を介して厚肉部５８の表面側に固着され
ている。そして、閉塞板６５は検出用凹溝５６との間に
基準圧室Ｓを画成している。

【０１２０】本発明による圧力センサは上述の如き構成
を有するもので、次に図３０ないし図３９を参照しつつ
その製造工程について説明する。

【０１２１】まず、図３０に示すＳＯＩ基板５１の表面
側と裏面側とに酸化膜５２，５２を形成する。そして、
各酸化膜５２上に窒化膜５３，５３をそれぞれ形成し、
図３１に示す状態となる。

【０１２２】次に、図３２に示すように、露光工程、エ
ッチング工程を実施することによって、表面側の窒化膜
５３を厚肉部５８が形成される部位を残して除去する。
そして、ＬＯＣＯＳ酸化法を用いて、図３２に示す状態
でＳＯＩ基板５１を酸素を含む雰囲気中で酸化し、図３
３に示す如く表層部５１Ｂの表面側に厚肉の酸化膜６６
を形成する。

【０１２３】次に、図３４に示すように、エッチング工
程を実施することによって、表面側の窒化膜５３、酸化
膜６６を除去し、ＳＯＩ基板５１の表層部５１Ｂに検出
用凹溝５６を形成する。

【０１２４】次に、図３４に示す状態で、ＳＯＩ基板５
１を酸素を含む雰囲気中で酸化させることによって表面
酸化膜６１を形成する。そして、表面酸化膜６１を介し
てイオン注入法等によりホウ素等の不純物を注入、拡散
し、図３５に示すように、検出用凹溝５６内にｐ形半導
体からなるピエゾ抵抗素子５９、拡散層配線６０を形成
する。

【０１２５】そして、図３６に示すように、表面酸化膜
６１上に絶縁膜６２を形成すると共に、図３７に示すよ
うに、表面酸化膜６１，絶縁膜６２に、拡散層配線６０
と金属配線６３とを接続するためのコンタクトホール６
１Ａ，６２Ａをそれぞれ形成する。

【０１２６】次に、図３８に示すように、真空蒸着等に
より金属配線６３を絶縁膜６２の表面側に形成する。そ
して、図３９に示すように、保護膜６４をＳＯＩ基板５
１上の全面に亘って形成する。これにより、検出用凹溝
５６に対応して凹陥部５６Ａが形成される。また、保護
膜６４には電極部６３Ａに対応した位置にボンディング
パット領域としてのコンタクトホール６４Ａを設ける。

【０１２７】そして、露光工程、エッチング工程を実施
することによって、受圧凹溝５４が形成される部分の酸
化膜５２，窒化膜５３を除去し、開口部５２Ａ，５３Ａ
を形成する。

【０１２８】次に、異方性のエッチング処理を酸化膜５
２、窒化膜５３をマスクとしてＳＯＩ基板５１の基底部
５１Ａに施す。このとき、ＳＯＩ基板５１のエッチング
は絶縁層部５１Ｃに達することによって停止する。これ
により、ＳＯＩ基板５１に図２８に示す如く受圧凹溝５
４を形成する。

【０１２９】最後に、表面酸化膜６１、絶縁膜６２、保
護膜６４とを介して閉塞板６５を表層部５１Ｂの表面側
に載置すると共に、陽極接合法等によって閉塞板６５を
表層部５１Ｂに接合する。

【０１３０】かくして、このように構成される本実施の
形態でも、前記第２の実施の形態とほぼ同様の作用効果
を得ることができるが、特に本実施の形態では、検出用
凹溝５６をＬＯＣＯＳ酸化法によって形成したから、ド
ライエッチング工程を省略することができる。このた
め、製造工程を簡略化し、製造時間を短縮できるから、
製造コストを低減することができる。

【０１３１】また、検出用凹溝５６には底面５６Ｂ1 側
周囲に丸み部５６Ｂ3 を設けたから、ダイヤフラム部５
５に圧力が作用し、薄肉部５７が撓み変形したときに
は、丸み部５６Ｂ3 周辺が全体に亘って変形する。この
ため、丸み部５６Ｂ3 によって検出用凹溝５６の底面５
６Ｂ1 の周囲に応力が集中するのを緩和することがで
き、圧力センサの耐圧限界を高めることができる。

【０１３２】また、検出用凹溝５６の開口側には丸み部
５６Ｂ4 を設けたから、さらに大きな圧力がダイヤフラ
ム部５５に作用し、検出用凹溝５６の開口側に応力が作
用するときでも、丸み部５６Ｂ4 によって検出用凹溝５
６の開口側に応力集中が発生するのを抑制することがで
き、圧力センサの耐圧限界をより高めることができる。

【０１３３】次に、本発明の第４の実施の形態による圧
力センサを図４０に基づいて説明するに、本実施の形態
の特徴は、基板の表面側に検出用凹溝を複数個形成する
と共に、基板の裏面側には各検出用凹溝全体よりも広い
面積をもった受圧凹溝を形成したことにある。

【０１３４】７１は圧力センサの基板をなす四角形状の
単結晶のシリコン基板で、該シリコン基板７１は、第１
の実施の形態によるシリコン基板１１と同様にｐ形半導
体となった基底部７１Ａと、ｎ形半導体となった表層部
７１Ｂとから構成されている。そして、基底部７１Ａの
裏面側にはシリコンの酸化膜７２と窒化膜７３とが設け
られ、表層部７１Ｂは基底部７１Ａの表面側で突出して
いる。

【０１３５】７４は基底部７１Ａの中央に位置して裏面
側に略四角形状に凹設された受圧凹溝を示し、該受圧凹
溝７４は、基底部７１Ａの裏面側にシリコンの酸化膜７
２，窒化膜７３の開口部７２Ａ，７３Ａとを介してエッ
チング処理等を施すことにより、基底部７１Ａの裏面側
から表層部７１Ｂに達している。

【０１３６】７５は受圧凹溝７４によってシリコン基板
７１に設けられたダイヤフラム部で、該ダイヤフラム部
７５は受圧凹溝７４に対応して略四角形状をなしてい
る。そして、ダイヤフラム部７５は後述の検出用凹溝７
６，７７の内側では薄肉部７８，７９を形成し、検出用
凹溝７６，７７の外側では厚肉部８０を形成している。

【０１３７】７６，７７は受圧凹溝７４に対向して表層
部７１Ｂの表面側にそれぞれ凹設された検出用凹溝を示
し、該各検出用凹溝７６，７７は、図１の実施の形態に
よる検出用凹溝１６と同様に浅溝状をなして形成されて
いる。そして、検出用凹溝７６，７７は、後述する保護
膜８８上に形成された凹陥部７６Ａ，７７Ａと、表層部
７１Ｂ上に形成された凹面部７７Ｂとを含んで構成さ
れ、略四角形状をなして表層部７１Ｂの表面側に形成さ
れている。また、検出用凹溝７６，７７は、その凹面部
７６Ｂ，７７Ｂを合計した面積が受圧凹溝７４の底面７
４Ａの面積よりも小さくなるように形成されると共に、
検出用凹溝７６の凹面部７６Ｂは検出用凹溝７７の凹面
部７７Ｂよりも大きな面積となっている。

【０１３８】７８，７９は表層部７１Ｂに形成された薄
肉部で、該薄肉部７８，７９は、ダイヤフラム部７５に
圧力が作用したときに、その圧力に応じて撓み変形する
ものである。

【０１３９】８０は検出用凹溝７６，７７の外側に形成
された厚肉部で、該厚肉部８０は薄肉部７８，７９の外
側を取囲む枠状をなしてシリコン基板７１の表層部７１
Ｂに形成されている。そして、厚肉部８０は例えば１０
〜３０μｍ程度の幅寸法をもって形成されている。

【０１４０】８１，８１，…は検出用凹溝７６内に設け
られた例えば４個のピエゾ抵抗素子（２個のみ図示）
で、該各ピエゾ抵抗素子８１は、第１の実施の形態によ
るピエゾ抵抗素子１９と同様にｐ形半導体によって形成
されている。

【０１４１】８２，８２，…は検出用凹溝７７内に設け
られた例えば４個のピエゾ抵抗素子（２個のみ図示）
で、該各ピエゾ抵抗素子８２は、ピエゾ抵抗素子８１と
同様にｐ形半導体によって形成されている。

【０１４２】８３，８３，…はシリコン基板７１上に設
けられた拡散層配線を示し、該各拡散層配線８３は、第
１の実施の形態による拡散層配線２０と同様に、その一
端側が検出用凹溝７６内に達すると共に、他端側が検出
用凹溝７６の外側に向けて延びている。そして、拡散層
配線８３の一端側は各ピエゾ抵抗素子８１に接続され、
他端側は後述する金属配線８６に接続されている。

【０１４３】８４，８４，…はシリコン基板７１上に設
けられた拡散層配線を示し、該各拡散層配線８４は、拡
散層配線８３と同様に、その一端側が検出用凹溝７７内
に達すると共に、他端側が検出用凹溝７７の外側に向け
て延びている。そして、拡散層配線８４の一端側は各ピ
エゾ抵抗素子８２に接続され、他端側は後述する金属配
線８７に接続されている。

【０１４４】８５はピエゾ抵抗素子８１，８２と拡散層
配線８３，８４との上側に形成された絶縁膜で、該絶縁
膜８５は、例えば酸化シリコン等によって形成され、
０．３〜０．９μｍ程度の厚さ寸法となっている。ま
た、絶縁膜８５には、各拡散層配線８３，８４の他端側
に対応する部位にそれぞれコンタクトホール８５Ａ，８
５Ｂが形成されている。

【０１４５】８６，８７はシリコン基板７１上に絶縁膜
８５を介して設けられた金属配線で、該各金属配線８
６，８７は、例えばアルミニウム等の金属膜により形成
されている。そして、前記金属配線８６，８７は、一端
側が絶縁膜８５の各コンタクトホール８５Ａ，８５Ｂを
介して各拡散層配線８３，８４に接続され、他端側には
ダイヤフラム部７５の外側に位置して電極部８６Ａ，８
７Ａが形成されている。

【０１４６】８８は金属配線８６，８７を保護するため
の絶縁性の保護膜で、該保護膜８８はシリコン基板７１
の表面側で全面に亘って設けられている。また、保護膜
８８には、各電極部８６Ａ，８７Ａに対応する部位にそ
れぞれコンタクトホール８８Ａ，８８Ｂが形成されてい
る。

【０１４７】８９は検出用凹溝７６，７７を閉塞する閉
塞板を示し、該閉塞板８９は、第１の実施の形態による
閉塞板２４と同様に、陽極接合法等を用いることによっ
て絶縁膜８５、保護膜８８を介して厚肉部８０の表面側
に固着されている。そして、閉塞板８９は検出用凹溝７
６，７７との間に基準圧室Ｓ1 ，Ｓ2 を画成している。

【０１４８】かくして、このように構成される本実施の
形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果
を得ることができるが、特に本実施の形態では、受圧凹
溝７４に対向して２つの検出用凹溝７６，７７を設けた
から、シリコン基板７１に撓み変形部分となる２つの薄
肉部７８，７９を形成することができる。このため、ダ
イヤフラム部７５に圧力が作用したときに、２つの薄肉
部７８，７９をそれぞれ撓み変形させることができ、薄
肉部７８，７９に設けたピエゾ抵抗素子８１，８２によ
って、圧力を検出することができる。

【０１４９】また、各検出用凹溝７６，７７の凹面部７
６Ｂ，７７Ｂの面積をそれぞれ相違させることによっ
て、各薄肉部７８，７９毎に検出可能となる圧力の範囲
を相違させることができる。即ち、大きな面積となる薄
肉部７８ではより低い圧力の検出を行なうことができ、
小さい面積となる薄肉部７９ではより高い圧力の検出を
行なうことができる。このため、２つの薄肉部７８，７
９を用いて圧力センサを構成することによって、より広
い範囲の圧力を検出することができる。

【０１５０】次に、本発明の第５の実施の形態による圧
力センサを図４１および図４２に基づいて説明するに、
本実施の形態の特徴は、圧力センサの基板としてＳＯＩ
基板と該ＳＯＩ基板に形成されたＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈ
ｏ−ＳｉｌｉｃａｔｅＧｌａｓｓ）膜とによって構成
すると共に、検出用凹溝の周壁面を面取り部に対応した
凹湾曲面として形成したことにある。

【０１５１】図４１において、１０１は圧力センサの基
板で、該基板１０１は四角形状のＳＯＩ基板とＰＳＧ膜
１０２とによって大略構成されている。このため、基板
１０１は、第２の実施の形態によるＳＯＩ基板３１の基
底部３１Ａ、表層部３１Ｂ、絶縁層部３１Ｃと同様の基
底部１０１Ａ、表層部１０１Ｂ、絶縁層部１０１Ｃを有
すると共に、表層部１０１Ｂの表面側に形成された酸化
膜部１０１Ｄ、該酸化膜部１０１Ｄの表面側に形成され
たＰＳＧ膜１０２を含んで構成されている。そして、基
底部１０１Ａの裏面側にはシリコンの酸化膜１０３が設
けられている。

【０１５２】１０４は基底部１０１Ａの中央に位置して
裏面側に略四角形状に凹設された受圧凹溝を示し、該受
圧凹溝１０４は、基底部１０１Ａの裏面側にシリコンの
酸化膜１０３の開口部１０３Ａとを介してエッチング処
理等を施すことにより、基底部１０１Ａの裏面側から絶
縁層部１０１Ｃに達している。

【０１５３】１０５は受圧凹溝１０４によって基板１０
１に設けられたダイヤフラム部で、該ダイヤフラム部１
０５は受圧凹溝１０４に対応して略四角形状をなしてい
る。そして、ダイヤフラム部１０５は後述の矩形状凹溝
１０６の内側では薄肉部１０７を形成し、矩形状凹溝１
０６の外側では厚肉部１０８を形成している。

【０１５４】１０６は検出用凹溝としての略四角形状の
矩形状凹溝で、該矩形状凹溝１０６は受圧凹溝１０４に
対向して基板１０１の表面側に設けられ、ＰＳＧ膜１０
２に例えばウエットエッチング処理等の等方性のエッチ
ング処理を施すことによって形成されている。そして、
矩形状凹溝１０６は、後述の保護膜１１３上に形成され
た凹陥部１０６Ａと、表層部１０１Ｂ上に形成された凹
面部１０６Ｂとを含んで構成され、凹陥部１０６Ａと実
質的に同一の形状となっている。また、矩形状凹溝１０
６の凹面部１０６Ｂは、受圧凹溝１０４の底面１０４Ａ
の面積よりも小さい面積となっている。

【０１５５】そして、矩形状凹溝１０６の凹面部１０６
Ｂは、図４２に示すように略四角形状の底面１０６Ｂ1
と、該底面１０６Ｂ1 の周囲に設けられ開口側に向けて
断面円弧状に延びる周壁面としての４つの側面１０６Ｂ
2 と、該各側面１０６Ｂ2 間に設けられ周方向に向けて
円弧状となった面取り部としての４つの丸み部１０６Ｂ
3 とから構成されている。

【０１５６】このため、各丸み部１０６Ｂ3 は、矩形状
凹溝１０６の角隅に位置し、矩形状凹溝１０６の角隅に
応力集中が発生するのを緩和するものである。また、丸
み部１０６Ｂ3 は、周方向に対しての曲率半径Ｒ1 が矩
形状凹溝１０６の一辺の長さ寸法Ｌ3 の８〜３０％程
度、好ましくは１０％程度以上に設定されている。そし
て、各丸み部１０６Ｂ3 は、断面円弧状にも形成され、
底面１０６Ｂ1 に滑らかに連続している。

【０１５７】一方、各丸み部１０６Ｂ3 間に形成された
各側面１０６Ｂ2 は周方向に向って直線状に延びる直線
状部分となっている。また、各側面１０６Ｂ2 は、図４
１に示すように底面１０６Ｂ1 側近傍が面取り部となる
と共に、この面取り部に対応して底面１０６Ｂ1 から開
口側に向けて断面円弧状となって滑らかに連続してい
る。このため、各側面１０６Ｂ2 は、曲率半径Ｒ2 をも
った断面円弧状の凹湾曲面となっている。

【０１５８】そして、各側面１０６Ｂ2 の曲率半径Ｒ2
は、高圧力を検出する圧力センサでは大きな値に設定さ
れている。これにより、ダイヤフラム部１０５に高圧力
に作用し、底面１０６Ｂ1 の周囲に大きな応力が作用す
るのを緩和する。一方、低圧力を検出する圧力センサで
は、各側面１０６Ｂ2 の曲率半径Ｒ2 は、小さい値に設
定されている。これにより、矩形状凹溝１０６の開口面
積を小さくし、圧力センサを小型化することができる。

【０１５９】さらに、凹陥部１０６Ａと閉塞板１１４と
のクリアランスＣは、高圧力を検出する圧力センサでは
大きな値に設定され、低圧力を検出する圧力センサでは
小さい値に設定されるものである。

【０１６０】１０７は矩形状凹溝１０６の内側で表層部
１０１Ｂ、絶縁層部１０１Ｃに形成された薄肉部で、該
薄肉部１０７はダイヤフラム部１０５に圧力が作用した
ときに、その圧力に応じて撓み変形するものである。

【０１６１】１０８は矩形状凹溝１０６の外側に形成さ
れた厚肉部で、該厚肉部１０８は、薄肉部１０７の外側
を取囲み、略四角形の枠状をなして基板１０１の表層部
１０１Ｂ、絶縁層部１０１Ｃ、ＰＳＧ膜１０２等によっ
て形成されている。そして、厚肉部１０８は例えば１０
０〜３００μｍ程度の幅寸法をもって形成されている。

【０１６２】１０９，１０９，…は、図４２に示すよう
に矩形状凹溝１０６内の凹面部１０６Ｂ側に設けられた
例えば１６個のピエゾ抵抗素子で、該各ピエゾ抵抗素子
１０９は、ホウ素等の不純物を基板１０１の表層部１０
１Ｂに注入、拡散し、その一部を略長方形状にピエゾ抵
抗化することによって形成されている。

【０１６３】１１０，１１０，…は第３の実施の形態に
よる拡散層配線４０と同様の拡散層配線で、該各拡散層
配線１１０は、一端側が各ピエゾ抵抗素子１０９に接続
され、他端側が後述する金属配線１１２に接続されてい
る。

【０１６４】１１１は第３の実施の形態による絶縁膜４
１と同様の絶縁膜で、該絶縁膜１１１は、基板１０１の
表面側で全面に亘って設けられている。

【０１６５】１１２，１１２，…は第３の実施の形態に
よる金属配線４２と同様の金属配線で、該各金属配線１
１２は絶縁膜１１１のコンタクトホール１１１Ａを介し
て拡散層配線１１０に接続されている。

【０１６６】１１３は第３の実施の形態による保護膜４
３と同様の保護膜で、該保護膜１１３は基板１０１の表
面側で全面に亘って設けられている。

【０１６７】１１４は第３の実施の形態による閉塞板４
４と同様の閉塞板１１４で、保護膜１１３を介して厚肉
部１０８の表面側に固着されている。そして、閉塞板１
１４は矩形状凹溝１０６との間に基準圧室Ｓを画成して
いる。

【０１６８】かくして、このように構成される本実施の
形態によっても前記各実施の形態とほぼ同様の作用効果
を得ることができる。しかし、本実施の形態では矩形状
凹溝１０６の角隅に丸み部１０６Ｂ3 を形成したから、
丸み部１０６Ｂ3 によって矩形状凹溝１０６の角隅に応
力集中が発生するのを抑えることができる。

【０１６９】また、矩形状凹溝１０６を例えばウエット
エッチング処理等の等方性のエッチング処理によって形
成したから、矩形状凹溝１０６の深さ寸法を大きくした
ときには、大きな曲率半径Ｒ2 の円弧をもった凹湾曲面
として側面１０６Ｂ2 等を形成でき、矩形状凹溝１０６
の深さ寸法を小さくしたときには、小さな曲率半径Ｒ2
の円弧をもった凹湾曲面として側面１０６Ｂ2 等を形成
できる。

【０１７０】従って、ダイヤフラム部１０５に作用する
圧力に応じて側面１０６Ｂ2 等の曲率半径Ｒ2 を設定
し、矩形状凹溝１０６の底面１０６Ｂ1 側の周囲に応力
集中が発生するのを確実に緩和することができる。

【０１７１】また、丸み部１０６Ｂ3 の曲率半径Ｒ1 を
大きな値にしたときには、各側面１０６Ｂ2 の近傍が不
均質に撓み変形し、圧力の検出精度が低下する傾向があ
る。しかし、本実施の形態による圧力センサでは、丸み
部１０６Ｂ3 の曲率半径Ｒ1を矩形状凹溝１０６の一辺
の長さ寸法Ｌ3 に対して８〜３０％程度に設定したか
ら、各丸み部１０６Ｂ3 間の側面１０６Ｂ2 の長さ寸法
Ｌ4 を矩形状凹溝１０６の一辺の長さ寸法Ｌ3 の８４〜
４０％程度の値にすることができる。このため、ダイヤ
フラム部１０５に圧力が作用し、薄肉部１０７が撓み変
形したときに、各側面１０６Ｂ2 の近傍を均質的に撓み
変形させることができる。これにより、側面１０６Ｂ2
の近傍に配設されたピエゾ抵抗素子１０９は、このよう
な均質な撓み変形を検出するため、圧力センサの検出精
度を向上させることができる。

【０１７２】また、側面１０６Ｂ2 は断面円弧状の凹湾
曲面として形成したから、ダイヤフラム部１０５に圧力
が作用し、薄肉部１０７が撓み変形するときには、側面
１０６Ｂ2 が全体に亘って僅かに変形する。このため、
より高い圧力がダイヤフラム部１０５に作用したときで
も、底面１０６Ｂ1 側の周囲に作用する応力を分散させ
ることができ、圧力センサの耐圧限界を高めることがで
きる。

【０１７３】また、本実施の形態による構成は、矩形状
凹溝１０６の一辺の長さ寸法Ｌ3 、矩形状凹溝１０６の
一辺の長さ寸法Ｌ3 に対して８〜３０％程度に設定され
た丸み部１０６Ｂ3 の曲率半径Ｒ1 、ピエゾ抵抗素子１
０９の長さ寸法Ｌ5 とを用いて以下の数１のような関係
で表わすことができる。

【０１７４】

【数１】Ｌ3 ≧２×Ｒ1 ＋Ｌ5

【０１７５】そして、各側面１０６Ｂ2 の長さ寸法Ｌ4
をピエゾ抵抗素子１０９の長さ寸法Ｌ5 に近い値に設定
したときには、矩形状凹溝１０６の一辺の長さ寸法Ｌ3
を曲率半径Ｒ1 の２倍の値とピエゾ抵抗素子１０９の長
さ寸法Ｌ5 とを加算した値まで小さくすることができ
る。これにより、圧力センサを小型化することができ
る。

【０１７６】なお、本実施の形態では、ＳＯＩ基板とＰ
ＳＧ膜とによって圧力センサの基板を構成するものとし
たが、本発明はこれに限らず、ＰＳＧ膜に替えて例えば
ＮＳＧ（ＮｏｎＳｉｌｉｃａｔｅＧｌａｓｓ）、Ｂ
ＰＳＧ（ＢｏｒｏＰｈｏｓｐｈｏＳｉｌｉｃａｔｅ
Ｇｌａｓｓ）、ＳｉＮ（窒化シリコン）等の絶縁膜を
用いてもよく、多結晶シリコン等の膜を用いてもよい。

【０１７７】また、例えば図４３に示す第１の変形例よ
うに、前記第５の実施の形態による矩形状凹溝１０６′
の各側面１０６Ｂ2 ′の長さ寸法Ｌ4 をピエゾ抵抗素子
１０９′の長さ寸法Ｌ5 ′の２倍以上の値に設定しても
よい。これにより、側面１０６Ｂ2 ′の長さ方向中央部
付近の大きな撓み変形を均質に発生させることができ
る。このため、ピエゾ抵抗素子１０９′は大きく、均質
な撓み変形を検出することができるから、圧力を高精度
に検出することができる。

【０１７８】次に、本発明の第６の実施の形態による圧
力センサを図４４および図４５に基づいて説明するに、
本実施の形態の特徴は、検出用凹溝の周壁面を底面に対
してほぼ垂直方向に延びる平面として形成したことにあ
る。

【０１７９】１２１は本実施の形態によるＳＯＩ基板
で、該ＳＯＩ基板１２１は第３の実施の形態によるＳＯ
Ｉ基板３１の基底部３１Ａ、表層部３１Ｂ、絶縁層部３
１Ｃと同様の基底部１２１Ａ、表層部１２１Ｂ、絶縁層
部１２１Ｃによって構成されている。そして、ＳＯＩ基
板１２１の裏面側には酸化膜１２２と窒化膜１２３とが
設けられている。

【０１８０】１２４はＳＯＩ基板１２１の裏面側に形成
された受圧凹溝で、該受圧凹溝１２４は、第３の実施の
形態によるダイヤフラム部３５とほぼ同様のダイヤフラ
ム部１２５を形成している。

【０１８１】１２６は表層部１２１Ｂの表面側に凹設さ
れた検出用凹溝で、該検出用凹溝１２６は第３の実施の
形態による検出用凹溝３６と同様に、保護膜１３３上の
凹陥部１２６Ａと表層部１２１Ｂ上の凹面部１２６Ｂと
を含んで構成されている。

【０１８２】そして、検出用凹溝１２６の凹面部１２６
Ｂは、図４５に示すように略四角形状の底面１２６Ｂ1
と、該底面１２６Ｂ1 に対してほぼ垂直方向に直線状に
延びる平面となった４つの側面１２６Ｂ2 と、該各側面
１２６Ｂ2 と底面１２６Ｂ1との間に位置して設けられ
た断面円弧状となった面取り部としての丸み部１２６Ｂ
3 とから構成されている。また、そして各側面１２６Ｂ
2 は検出用凹溝１２６の周壁面を形成している。そし
て、各側面１２６Ｂ2 間は円弧状に連続して形成され、
検出用凹溝１２６の角隅に応力が集中するのを緩和して
いる。

【０１８３】ここで、検出用凹溝１２６は異方性のドラ
イエッチング処理によって断面矩形状の凹溝を形成した
後に等方性のウエットエッチング処理を施すことによっ
て形成される。また、不純物の濃度差を用いた選択性ウ
エットエッチング法を用いたときにも、ほぼ同様の形状
の検出用凹溝１２６を形成することができるものであ
る。

【０１８４】１２７は検出用凹溝１２６の内側に形成さ
れた薄肉部、１２８は検出用凹溝１２６の外側に形成さ
れた厚肉部をそれぞれ示し、ダイヤフラム部１２５に圧
力が作用したときに、薄肉部１２７が撓み変形するもの
である。

【０１８５】１２９は第３の実施の形態によるピエゾ抵
抗素子３９とほぼ同様のピエゾ抵抗素子で、該各ピエゾ
抵抗素子１２９には拡散層配線１３０が接続されてい
る。

【０１８６】１３１は第３の実施の形態による絶縁膜４
１と同様の絶縁膜で、該絶縁膜１３１は、ＳＯＩ基板１
２１の表面側で全面に亘って設けられている。

【０１８７】１３２，１３２，…は第３の実施の形態に
よる金属配線４２と同様の金属配線で、該各金属配線１
３２は絶縁膜１３１のコンタクトホール１３１Ａを介し
て拡散層配線１３０に接続されている。

【０１８８】１３３は第３の実施の形態による保護膜４
３と同様の保護膜で、該保護膜１３３は基板１０１の表
面側で全面に亘って設けられている。

【０１８９】１３４は検出用凹溝１２６とピエゾ抵抗素
子１２９とを一緒に閉塞する閉塞板を示し、該閉塞板１
３４は、第３の実施の形態による閉塞板４４と同様に陽
極接合法等を用いることによって、保護膜１３３を介し
て厚肉部１２８の表面側に固着されている。そして、閉
塞板１３４は検出用凹溝１２６との間に基準圧室Ｓを画
成している。

【０１９０】かくして、このように構成される本実施の
形態によっても前記各実施の形態とほぼ同様の作用効果
を得ることができる。しかし、本実施の形態では検出用
凹溝１２６の凹面部１２６Ｂを底面１２６Ｂ1 、側面１
２６Ｂ2 、丸み部１２６Ｂ3によって構成したから、丸
み部１２６Ｂ3 によって検出用凹溝１２６の底面１２６
Ｂ1 側の周囲に応力集中が発生するのを抑えることがで
きる。

【０１９１】また、検出用凹溝１２６の凹面部１２６Ｂ
には底面１２６Ｂ1 に対して垂直方向に延びる側面１２
６Ｂ2 を設けたから、例えばドライエッチング処理等の
異方性のエッチング処理を用いて検出用凹溝１２６の側
面１２６Ｂ2 をほぼ形成することができる。このため、
ドライエッチング処理等の異方性のエッチング処理を用
いて検出用凹溝１２６の開口面積、深さ寸法をほぼ設定
した後に、ウエットエッチング処理等の等方性のエッチ
ング処理を用いて丸み部１２６Ｂ3 を形成することがで
き、丸み部１２６Ｂ3 の曲率半径を検出用凹溝１２６の
深さ寸法によらず最適化することができる。従って、検
出用凹溝１２６の開口面積、深さ寸法を容易に設定でき
ると共に、面積の小さい検出用凹溝１２６を形成するこ
とができ、圧力センサの小型化を図ることができる。

【０１９２】なお、前記第６の実施の形態による検出用
凹溝１２６の凹面部１２６Ｂは表層部１２１Ｂ上に形成
するものとしたが、図４６に示す第２の変形例のよう
に、ＳＯＩ基板１２１′の表面側にＳＯＧ（Ｓｐｉｎ
ＯｎＧｌａｓｓ）を塗布することによって圧力センサ
の基板を形成し、ＳＯＩ基板１２１′と、ＳＯＧからな
るＳＯＧ膜層１４１によって検出用凹溝１２６′を形成
してもよい。これにより、検出用凹溝１２６′には、Ｓ
ＯＧ膜層１４１上に凹面部１２６Ｂ′を底面１２６Ｂ1
′、側面１２６Ｂ2 ′、丸み部１２６Ｂ3 ′からなる
凹面部１２６Ｂ′を形成することができる。

【０１９３】また、前記第５の実施の形態による矩形状
凹溝１０６の開口側に応力集中を緩和する面取り部を設
けてもよく、第６の実施の形態による検出用凹溝１２６
の開口側に面取り部を設けてもよい。

【０１９４】また、前記各実施の形態では、各ピエゾ抵
抗素子をイオン注入により基板に形成したｐ型半導体に
よって構成したが、本発明はこれに限らず、例えば多結
晶シリコンや金属膜等によりピエゾ抵抗素子を形成して
もよい。

【０１９５】また、前記各実施の形態では、保護膜上に
閉塞板を固着するものとしたが、保護膜上にアモルファ
ス状態、多結晶状態のシリコン膜を形成し、このシリコ
ン膜に閉塞板を陽極接合する構成としてもよい。

【０１９６】また、前記各実施の形態では、検出用凹溝
を四角形状に形成するものとしたが、本発明はこれに限
らず、他の多角形状、円形、楕円形等に形成してもよ
い。

【０１９７】

【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１の発明によ
れば、基板には受圧凹溝と検出用凹溝とを設け、ダイヤ
フラム部を検出用凹溝の内側部分に形成された薄肉部
と、検出用凹溝の外側部分に形成された厚肉部とによっ
て構成したから、ダイヤフラム部に圧力が作用したとき
に、薄肉部をより大きく撓み変形させることができる。
また、受圧凹溝と検出用凹溝との間に位置ずれ生じたと
きでも、厚肉部によって位置ずれを許容することができ
る。さらに、撓み変形部分となる薄肉部にピエゾ抵抗素
子を設けたから、ピエゾ抵抗素子の抵抗値に対応してダ
イヤフラム部に作用する圧力を検出することができる。

【０１９８】特に、検出用凹溝とピエゾ抵抗素子とを基
板の表面側から形成できるから、撓み変形部分とピエゾ
抵抗素子とを高精度に位置合せすることができる。これ
により、ダイヤフラム部に作用する圧力を正確に検出す
ることができると共に、ピエゾ抵抗素子とダイヤフラム
部とをより小さくすることができ、圧力センサを微細化
することができる。

【０１９９】また、請求項２の発明によれば、閉塞板に
よって検出用凹溝の外側部分を補強し、機械的な強度を
増加させることできるから、ダイヤフラム部に圧力が作
用したときに、検出用凹溝の外側部分（厚肉部）が撓み
変形するのを防止しつつ、検出用凹溝の内側部分（薄肉
部）を撓み変形させることができる。これにより、検出
用凹溝内に設けたピエゾ抵抗素子によって圧力を正確に
検出することができる。

【０２００】また、請求項３の発明によれば、厚肉部を
少なくとも１０μｍ以上の幅寸法をもって形成したか
ら、受圧凹溝と検出用凹溝との間に１０μｍ程度の位置
ずれが生じたときでも、これを許容することができる。

【０２０１】また、請求項４の発明によれば、基板の表
面側に検出用凹溝を複数個形成すると共に、基板の裏面
側に各検出用凹溝全体よりも広い面積をもった受圧凹溝
を形成したから、各検出用凹溝の内側部分に撓み変形部
分を形成することができ、各検出用凹溝毎に圧力を検出
することができる。また、各検出用凹溝の底面をそれぞ
れ異なる面積に形成することによって、各検出用凹溝毎
に検出可能な圧力の範囲を相違させることができ、より
広い範囲の圧力を検出することができる。

【０２０２】また、請求項５の発明によれば、基板とし
て２つのシリコン基板と酸化膜とからなるＳＯＩ基板を
用いたから、受圧凹溝を形成するときに、ＳＯＩ基板の
エッチングを酸化膜によって自動的に停止させ、ダイヤ
フラム部の形成を容易に行なうことができる。また、Ｓ
ＯＩ基板の表面側のシリコン基板に電気的に絶縁した領
域を容易に形成することができ、ピエゾ抵抗素子からの
信号を増幅等するための能動素子を圧力センサと共にＳ
ＯＩ基板に容易に形成することができる。

【０２０３】また、請求項６の発明によれば、検出用凹
溝の底面側周囲には面取り部を形成したから、面取り部
によって検出用凹溝の底面と側面との間に作用する応力
を分散させることができ、圧力センサの耐圧限界を高め
ることができる。

【０２０４】また、請求項７の発明によれば、検出用凹
溝の周壁面を底面側が面取り部に対応した凹湾曲面とし
て形成したから、圧力が作用し、検出用凹溝の内側部分
が撓み変形したときに、検出用凹溝の周壁面全体が僅か
に変形する。これにより、圧力センサの耐圧限界をさら
に高めることができる。

【０２０５】また、請求項８の発明によれば、検出用凹
溝の周壁面を底面に対して垂直方向へと延びる平面とし
て形成し、周壁面と底面との間に面取り部を設けたか
ら、面積の小さい検出用凹溝を形成でき、圧力センサの
小型化を図ることができると共に、面取り部によって底
面側周囲の応力集中を緩和することができる。

【０２０６】また、請求項９の発明によれば、検出用凹
溝の開口側には面取り部を設けたから、面取り部によっ
て検出用凹溝の開口側に作用する応力を分散させること
ができ、圧力センサの耐圧限界をさらに高めることがで
きる。

【０２０７】また、請求項１０の発明によれば、検出用
凹溝となる矩形状凹溝の角隅には面取り部を設けたか
ら、面取り部によって矩形状凹溝の角隅に応力が集中す
るのを抑制し、耐圧限界を高めることができる。

【０２０８】また、請求項１１の発明によれば、面取り
部を矩形状凹溝の一辺の長さ寸法に対して８〜３０％の
曲率半径をもった凹湾曲部によって形成したから、各凹
湾曲部間にピエゾ抵抗素子を配設することによって、ダ
イヤフラム部に作用する圧力を精度良く検出することが
できる。

【０２０９】さらに、請求項１２の発明によれば、面取
り部間に位置する直線状部分の長さ寸法をピエゾ抵抗素
子の長さ寸法に対して２倍以上に設定したから、直線状
部分の長さ方向中央部に大きな撓み変形を均質に発生さ
せることができる。このため、このような撓み変形を直
線状部分の長さ方向中央部の近傍に配設したピエゾ抵抗
素子によって検出することでき、圧力センサの検出精度
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態による圧力センサを示す断面
図である。

【図２】図１中の矢示II−II方向から見たときの圧力セ
ンサの検出用凹溝、受圧凹溝、ピエゾ抵抗素子等を示す
断面図である。

【図３】第１の実施の形態によるシリコン基板を形成す
るための単結晶基板を示す断面図である。

【図４】図３に示す単結晶基板に酸化膜、窒化膜を形成
した状態を示す断面図である。

【図５】図４に示す単結晶基板から表面側の窒化膜を表
層部に対応した部位を残して除去した状態を示す断面図
である。

【図６】図５に示す単結晶基板に厚肉の酸化膜を形成し
た状態を示す断面図である。

【図７】図６に示す単結晶基板から表面側の窒化膜を除
去し、本実施の形態に用いるシリコン基板を形成した状
態を示す断面図である。

【図８】図７に示すシリコン基板から検出用凹溝に対応
した部位の厚肉の酸化膜を除去した状態を示す断面図で
ある。

【図９】図８に示すシリコン基板に検出用凹溝を形成し
た状態を示す断面図である。

【図１０】図９に示すシリコン基板から厚肉の酸化膜を
除去した状態を示す断面図である。

【図１１】図１０に示すシリコン基板にピエゾ抵抗素
子、拡散層配線を形成すると共に、絶縁膜を形成した状
態を示す断面図である。

【図１２】図１１に示すシリコン基板に形成された絶縁
膜にコンタクトホールを形成した状態を示す断面図であ
る。

【図１３】図１２に示すシリコン基板に金属配線を形成
した状態を示す断面図である。

【図１４】図１３に示すシリコン基板に保護膜を形成す
ると共に、裏面側の酸化膜、窒化膜に開口部を形成した
状態を示す断面図である。

【図１５】第２の実施の形態による圧力センサを示す断
面図である。

【図１６】第２の実施の形態に用いるＳＯＩ基板を示す
断面図である。

【図１７】図１６に示すＳＯＩ基板に酸化膜、窒化膜を
形成した状態を示す断面図である。

【図１８】図１７に示すＳＯＩ基板から表面側の窒化膜
をダイヤフラム部に対応した部位を残して除去した状態
を示す断面図である。

【図１９】図１８に示すＳＯＩ基板に厚肉の酸化膜を形
成した状態を示す断面図である。

【図２０】図１９に示すＳＯＩ基板から表面側の窒化膜
を除去した状態を示す断面図である。

【図２１】図２０に示すＳＯＩ基板から検出用凹溝に対
応した部位の厚肉の酸化膜を除去した状態を示す断面図
である。

【図２２】図２１に示すＳＯＩ基板に検出用凹溝を形成
した状態を示す断面図である。

【図２３】図２２に示すＳＯＩ基板から厚肉の酸化膜を
除去した状態を示す断面図である。

【図２４】図２３に示すＳＯＩ基板にピエゾ抵抗素子、
拡散層配線を形成すると共に、絶縁膜を形成した状態を
示す断面図である。

【図２５】図２４に示すＳＯＩ基板に形成された絶縁膜
にコンタクトホールを形成した状態を示す断面図であ
る。

【図２６】図２５に示すＳＯＩ基板に金属配線を形成し
た状態を示す断面図である。

【図２７】図２６に示すＳＯＩ基板に保護膜を形成し、
裏面側の酸化膜、窒化膜に開口部を形成した状態を示す
断面図である。

【図２８】第３の実施の形態による圧力センサを示す断
面図である。

【図２９】図２８中の検出用凹溝を拡大して示す断面図
である。

【図３０】第３の実施の形態に用いるＳＯＩ基板を示す
断面図である。

【図３１】図３０に示すＳＯＩ基板に酸化膜、窒化膜を
形成した状態を示す断面図である。

【図３２】図３１に示すＳＯＩ基板から表面側の窒化膜
を厚肉部に対応した部位を残して除去した状態を示す断
面図である。

【図３３】図３２に示すＳＯＩ基板に厚肉の酸化膜を形
成した状態を示す断面図である。

【図３４】図３３に示すＳＯＩ基板から表面側の窒化
膜、厚肉の酸化膜を除去した状態を示す断面図である。

【図３５】図３４に示すＳＯＩ基板の表面に酸化膜を形
成すると共に、ピエゾ抵抗素子、拡散層配線を形成した
状態を示す断面図である。

【図３６】図３５に示すＳＯＩ基板に絶縁膜を形成した
状態を示す断面図である。

【図３７】図３６に示すＳＯＩ基板に形成された酸化
膜、絶縁膜にコンタクトホールを形成した状態を示す断
面図である。

【図３８】図３７に示すＳＯＩ基板に金属配線を形成し
た状態を示す断面図である。

【図３９】図３８に示すＳＯＩ基板に保護膜を形成する
と共に、裏面側の酸化膜、窒化膜に開口部を形成した状
態を示す断面図である。

【図４０】第４の実施の形態による圧力センサを示す断
面図である。

【図４１】第５の実施の形態による圧力センサを示す断
面図である。

【図４２】第５の実施の形態による検出用凹溝の凹面部
を示す平面図である。

【図４３】第１の変形例による検出用凹溝の凹面部を示
す平面図である。

【図４４】第６の実施の形態による圧力センサを示す断
面図である。

【図４５】第６の実施の形態による検出用凹溝を拡大し
て示す断面図である。

【図４６】第２の変形例による圧力センサの検出用凹溝
を拡大して示す断面図である。

【図４７】従来技術による圧力センサを示す斜視図であ
る。

【図４８】従来技術による圧力センサを示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１１，７１シリコン基板（基板）１４，３４，５４，７４，１０４，１２４受圧凹溝１４Ａ，３４Ａ，５４Ａ，７４Ａ底面１５，３５，５５，７５，１０５，１２５ダイヤフラ
ム部１６，３６，５６，７６，７７，１２６検出用凹溝１６Ｂ，３６Ｂ，５６Ｂ，７６Ｂ，７７Ｂ，１０６Ｂ，
１２６Ｂ凹面部１７，３７，５７，７８，７９，１０７，１２７薄肉
部１８，３８，５８，８０，１０８，１２８厚肉部１９，３９，５９，８１，８２，１０９，１２９ピエ
ゾ抵抗素子２４，４４，６５，８９，１１４，１３４閉塞板３１，５１，１２１ＳＯＩ基板５６Ｂ1 ，１０６Ｂ1 ，１２６Ｂ1 底面５６Ｂ2 ，１０６Ｂ2 ，１２６Ｂ2 側面５６Ｂ3 ，５６Ｂ4 ，１０６Ｂ3 ，１２６Ｂ3 丸み部
（面取り部）１０１基板１０６矩形状凹溝

フロントページの続き (56)参考文献特開平５−72070（ＪＰ，Ａ) 特開平３−158731（ＪＰ，Ａ) 特開平５−251715（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−211615（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−114689（ＪＰ，Ａ) 特開平７−140027（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01L 9/04 101

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコン材料からなる基板と、該基板の
裏面側に受圧凹溝を形成することにより該基板に設けら
れたダイヤフラム部と、該ダイヤフラム部の位置で前記
基板の表面側に設けられた検出用凹溝と、少なくとも該
検出用凹溝内に設けられ前記ダイヤフラム部に生じる撓
みを検出するピエゾ抵抗素子とから構成してなる圧力セ
ンサにおいて、前記受圧凹溝は前記検出用凹溝よりも大きい面積の底面
を有し、前記ダイヤフラム部は前記検出用凹溝の内側部
分を薄肉部とし、前記検出用凹溝の外側部分を厚肉部と
し、前記ピエゾ抵抗素子は前記薄肉部に配置する構成と
したことを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】前記基板の表面側には前記検出用凹溝と
ピエゾ抵抗素子とを一緒に閉塞する剛性の高い閉塞板を
設けてなる請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】前記厚肉部は薄肉部の周囲に少なくとも
１０μｍ以上の幅寸法をもって形成してなる請求項１ま
たは２に記載の圧力センサ。
【請求項４】前記基板の表面側には前記検出用凹溝を
複数個形成し、前記基板の裏面側には該各検出用凹溝全
体よりも広い面積をもって前記受圧凹溝を形成してなる
請求項１，２または３に記載の圧力センサ。
【請求項５】前記基板は２つのシリコン基板間に酸化
膜を介在させたＳＯＩ基板である請求項１，２，３また
は４に記載の圧力センサ。
【請求項６】前記検出用凹溝の底面側周囲には、応力
集中を緩和するため円弧状をなす面取り部を形成してな
る請求項１，２，３，４または５に記載の圧力センサ。
【請求項７】前記検出用凹溝の周壁面は、前記底面側
の面取り部に対応した凹湾曲面として形成してなる請求
項６に記載の圧力センサ。
【請求項８】前記検出用凹溝の周壁面は、前記底面に
対してほぼ垂直に検出用凹溝の開口側へと延びる平面に
より形成し、前記面取り部は検出用凹溝の底面と周壁面
との間に設けてなる請求項６に記載の圧力センサ。
【請求項９】前記検出用凹溝の開口側には、応力集中
を緩和するため円弧状をなす面取り部を形成してなる請
求項６，７または８に記載の圧力センサ。
【請求項１０】前記検出用凹溝は開口側が矩形状をな
す矩形状凹溝であり、該矩形状凹溝の角隅には、応力集
中を緩和するため円弧状をなす面取り部を形成してなる
請求項１，２，３，４，５，６，７，８または９に記載
の圧力センサ。
【請求項１１】前記面取り部は、前記矩形状凹溝の一
辺の長さ寸法に対して８〜３０％の曲率半径をもった凹
湾曲部により形成してなる請求項１０に記載の圧力セン
サ。
【請求項１２】前記矩形状凹溝は、前記面取り部間に
位置する直線状部分の長さ寸法を、前記ピエゾ抵抗素子
の長さ寸法に対して２倍以上に設定してなる請求項１０
または１１に記載の圧力センサ。