特許 5941808 圧力センサ素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5941808

(24)【登録日】2016年5月27日

(45)【発行日】2016年6月29日

(54)【発明の名称】圧力センサ素子

(51)【国際特許分類】

   G01L 9/00 20060101AFI20160616BHJP

   H01L 29/84 20060101ALI20160616BHJP

【ＦＩ】

   G01L9/00 303H

   H01L29/84 B

【請求項の数】3

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-216246(P2012-216246)

(22)【出願日】2012年9月28日

(65)【公開番号】特開2014-70962(P2014-70962A)

(43)【公開日】2014年4月21日

【審査請求日】2015年5月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100126882

【弁理士】

【氏名又は名称】五十嵐 光永

(74)【代理人】

【識別番号】100160093

【弁理士】

【氏名又は名称】小室 敏雄

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】冨田 道和

【審査官】 森 雅之

(56)【参考文献】

【文献】 特許第５００２４６８（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 国際公開第２０１０／０５５７３４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−６９０３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第５２２０８６６（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体からなる矩形状の基板、
前記基板の一面において、薄板化された領域からなる、矩形状のダイアフラム部、
前記ダイアフラム部に配された抵抗部、及び、
前記基板の一面において、前記ダイアフラム部を除いた外周域に配され、前記抵抗部と電気的に接続された複数の第一導電部、を少なくとも備えた圧力センサ素子であって、
前記４つの抵抗部は、前記ダイアフラム部上に形成された金属配線を介してホイートストンブリッジ回路を構成するように接続されており、
前記金属配線は、前記ダイアフラム部の１つのコーナー（角部）を作る（なす）二辺と交差して形成されるとともに、前記ダイアフラム部上における前記金属配線および前記抵抗部は、前記ダイアフラム部の中心に対して、点対称かつ線対称となるように形成され、
前記金属配線が、前記ダイアフラム部の１つのコーナーに対応する位置に少なくとも１つの屈曲部を備えること、を特徴とする圧力センサ素子。

【請求項2】

前記外周域のうち、前記基板の一辺に沿った領域に、前記第一導電部が集合して配されていること、を特徴とする請求項１に記載の圧力センサ素子。

【請求項3】

前記第一導電部が集合してなる前記基板の一辺に沿った領域は、他の三辺の領域に比べて広い面積を有すること、を特徴とする請求項２に記載の圧力センサ素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧力を検知するための圧力センサ素子に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的なピエソ抵抗式圧力センサは、例えば特許文献１に記載のように、シリコンを薄肉に加工したダイアフラム（以下、本明細書では「ダイアフラム部」と呼ぶ）上に抵抗部を４つ形成してブリッジ回路を成し、ダイアフラム部の僥み具合によって変動する抵抗値の変化を検出することで圧力をモニタする。一般的に、ピエソ抵抗式圧力センサは、シリコンに不純物を拡散させることにより形成した半導体から成る抵抗部と、前記抵抗部同士を結線してブリッジ回路を成す金属配線及びチップ外部との電気的接続のためのワイヤボンディング用金属パッドと、シリコンと金属配線との間を絶縁するための絶縁層と、圧力により僥むシリコンから成る薄肉のダイアフラム部と、を少なくとも含む構造になっている。また、特許文献１のように、ダイアフラム部の上に金属配線及び金属パッドを配置しない構造となっているのが通常である。

【0003】

ダイアフラム部の上に金属配線や金属パッドを形成せずに、ダイアフラム部を避けて形成する理由については、例えば特許文献２にも記載されているように、金属と半導体（シリコン）の膨張係数が違うことなどから温度変化等の要因によって圧力検出に悪影響が出る場合があるからである。

【0004】

しかしながら、このようにダイアフラム部を避けて金属配線を形成することは、半導体装置を小さく形成し、コストダウンを測りたいという要求に反する。つまり、ダイアフラム部は圧力検知するための重要な部位であるが、その上部に配線をしないという制限を設けることで、配線レイアウトから見るとダイアフラム部は全くのデッドスペースと見ることができる。

【0005】

しかしながら、前述したとおり、ダイアフラム部の上の金属配線は圧力検知に悪影響を及ぼす場合があるため、ダイアフラム部の上に制限無く配線を形成することは好ましくない。特に、圧力を検知する抵抗部近傍のダイアフラム部に金属配線を形成すると、より不具合が顕著に現れる。一方、金属配線を用いず、高濃度拡散層のみを配線として用いれば、金属と半導体（シリコン）との膨張係数差に起因する圧力検出への悪影響という問題を解決できるが、配線抵抗値が金属に比べて各段に大きくなってしまう、配線自体の温度特性が大きくなる、というような問題があるため別の不具合が生じる。

【0006】

なお、ダイアフラム部によるデッドスペースを少なくするためにダイアフラム部の形を四角形でなく、円形や、八角形にする方法もあるが、この方法を取るとダイアフラム部の変移量が小さくなり感度が損なわれるため、小型で高感度なセンサの作成には適さない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１１−９４９６７号公報

【特許文献2】特公平３−００６６７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、ダイアフラム部の上に位置するデッドスペースを削減し、小型で高感度な圧力センサ素子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】

【0009】

本発明の請求項１に記載の圧力センサ素子は、半導体からなる矩形状の基板、前記基板の一面において、薄板化された領域からなる、矩形状のダイアフラム部、前記ダイアフラム部に配された抵抗部、及び、前記基板の一面において、前記ダイアフラム部を除いた外周域に配され、前記抵抗部と電気的に接続された複数の第一導電部、を少なくとも備えた圧力センサ素子であって、前記４つの抵抗部は、前記ダイアフラム部上に形成された金属配線を介してホイートストンブリッジ回路を構成するように接続されており、前記金属配線は、前記ダイアフラム部の１つのコーナー（角部）を作る（なす）二辺と交差して形成されるとともに、前記ダイアフラム部上における前記金属配線および前記抵抗部は、前記ダイアフラム部の中心に対して、点対称かつ線対称となるように形成され、前記金属配線が、前記ダイアフラム部の１つのコーナーに対応する位置に少なくとも１つの屈曲部を備えること、を特徴とする。
本発明の請求項２に記載の圧力センサ素子は、請求項１において、前記外周域のうち、前記基板の一辺に沿った領域に、前記第一導電部が集合して配されていること、を特徴とする。
本発明の請求項３に記載の圧力センサ素子は、請求項２において、前記第一導電部が集合してなる前記基板の一辺に沿った領域は、他の三辺の領域に比べて広い面積を有すること、を特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明の圧力センサ素子では、抵抗部と接続された金属配線が、ダイアフラム部の１つのコーナー（角部）を作る（なす）二辺と交差して形成されるとともに、抵抗部と金属配線とが、ダイアフラム部の中心に対して、点対称かつ線対称となるように配されている。これによりダイアフラム部において応力が各抵抗部に均等に発生する。このような構造とすることで、金属配線と半導体（シリコン）からなる基板との膨張係数差に起因して４つの抵抗部に加わる応力が不均一となり、その結果、圧力センサの特性が劣化するという問題点を軽減することが可能となる。さらに、本発明では、金属配線をダイアフラム部の上に形成しているので、ダイアフラム部の上に位置するデッドスペースが有効に活用され、その結果、小型で高感度な圧力センサ素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明に係る圧力センサ素子の第一実施形態を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図。

【図2】図１における抵抗部の内部構造を説明する図。

【図3】本発明に係る圧力センサ素子の第二実施形態を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図。

【図4】本発明に係る圧力センサ素子の第三実施形態を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図。

【図5】圧力センサ素子について、金属配線とダイアフラム部との位置関係を示す平面図。

【図6】金属配線がダイアフラム部の辺と垂直に交差する箇所と、抵抗部にかかる応力との関係についてシミュレーションした結果を示す図。

【図7】金属配線がダイアフラム部の辺と斜めに交差する箇所と、抵抗部にかかる応力との関係についてシミュレーションした結果を示す図。

【図8】図６と図７の結果を重ねて示す図。

【図9】圧力センサ素子の製造工程を示す断面図。

【図10】図９の次工程を示す断面図。

【図11】図１０の次工程を示す断面図。

【図12】図１１の次工程を示す断面図。

【図13】図１２の次工程を示す断面図。

【図14】図１３の次工程を示す断面図。

【図15】図１４の次工程を示す断面図。

【図16】図１５の次工程を示す断面図。

【図17】図１６の次工程を示す断面図。

【図18】図１７の次工程を示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明に係る圧力センサ素子の好適な実施形態について、図面に基づいて説明する。

【0013】

図１は、本発明に係る圧力センサ素子の第一実施形態を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。図１（ａ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ部分における断面図である。
図１に示すように、本発明の圧力センサ素子１Ａ（１）は、半導体からなる矩形状の基板２、前記基板２の薄板化された領域からなり、矩形状のダイアフラム部７、前記ダイアフラム部７に配された抵抗部Ｒ_１〜Ｒ_４、及び、前記基板２の一面において、前記ダイアフラム部７を除いた外周域に配され、前記抵抗部Ｒ_１〜Ｒ_４と電気的に接続された複数の第一導電部９Ａ、を少なくとも備える。

【0014】

この圧力センサ素子１Ａ（１）は、矩形平板状の第一基板３及び第二基板４を基板２とし、この第二基板４の内面４ｃにおいて、その中央域αの内部に第一基板３と略平行して広がる空間部５（基準圧力室）を備える。本実施形態では、圧力センサ１Ａ（１）において、前記第二基板４の中央域αに配された凹部４ａにより、前記空間部５が構成されている。そして、該空間部５の一方側（第一基板３側）に位置する薄板化された領域をダイアフラム部７（感圧部とも言う。）とする。この感圧部をなす前記第一基板３の外面３ｂには抵抗部Ｒ_１〜Ｒ_４が配されている（図１（ａ）ではＲ_１、Ｒ_２のみ表示）。

【0015】

図２は、図１の抵抗部Ｒ_１（Ｒ_２〜Ｒ_４も同一）の内部構造を説明する図である。抵抗部Ｒ_１には、ピエゾ抵抗素子として機能する２本の高抵抗部（ゲージ）８ｂが形成されている。また、金属配線９Ａと高抵抗部８ｂの一端とを接続する低抵抗部（リード）８ａが形成されている。金属配線９Ａの端部をなすパッド部９Ａｐと低抵抗部（リード）８ａとは、抵抗部Ｒ_１〜Ｒ_４を覆う絶縁膜１１（図１を参照）に形成されたコンタクトホール９Ａｃを介して接続されている。さらに、２本の高抵抗部の他端どうしを接続する低抵抗部８ｃが形成されている。
抵抗部Ｒ_１〜Ｒ_４は、ダイアフラム部７に加わる圧力変動を検出する検出回路（ストレンゲージ）を構成するものであり、金属配線９Ａを介して、いわゆるホイートストンブリッジ回路を構成するよう互いが接続されている。それぞれの抵抗部Ｒ_１〜Ｒ_４は、ダイアフラム部７を除いた外周域βに配された第一導電部１０（ワイヤボンディング用金属パッド）までを、金属配線９Ａから延設した配線部９Ｂによって電気的に接続されている。

【0016】

このような抵抗部Ｒ_１〜Ｒ_４は、ダイアフラム部７の周縁部に配置すると良い。周縁部においては圧縮と引張の両応力が抵抗部Ｒ_１〜Ｒ_４に加わり易いので、感度の良い圧力センサ１が得られる。また、各抵抗部Ｒ_１〜Ｒ_４は、ダイアフラム部７の表面に配されており、例えばシリコン基板中にボロンなどの拡散源を注入することによって形成することができる。

【0017】

そして本発明の圧力センサ素子１Ａ（１）では、金属配線９Ａが、ダイアフラム部７の１つのコーナー（角部）を作る（なす）二辺と交差して形成される。さらに、ダイアフラム部７上においては、抵抗部Ｒ_１〜Ｒ_４と金属配線９Ａとが、ダイアフラム部７の中心に対して、点対称かつ線対称となるレイアウトで配されている。特に、図１の圧力センサ素子１Ａ（１）における金属配線９Ａは、ダイアフラム部７の上方において、少なくとも１つの屈曲部を備える例である。
ここで、「点対称かつ線対称となるレイアウト」とは、抵抗部Ｒ_１〜Ｒ_４と金属配線９Ａが、ダイアフラム部７の中心に対して、完全に点対称かつ線対称であることを意味するのではなく、本発明の作用効果を得ることができる程度の対称性ズレは許容可能であることを意味する。

【0018】

本発明の圧力センサ素子１Ａ（１）では、抵抗部Ｒ_１〜Ｒ_４と接続される金属配線８が、ダイアフラム部７の１つのコーナー（角部）を作る（なす）二辺と交差して形成される。さらに、前記ダイアフラム部７上においては、前記抵抗部Ｒ_１〜Ｒ_４と金属配線８とが、前記ダイアフラム部７の中心に対して、点対称かつ線対称となるレイアウトで配されている。これによりダイアフラム部７において応力が各抵抗部Ｒ_１〜Ｒ_４に均等に発生する。このような構造とすることで、金属配線９Ａと半導体（シリコン）からなる基板２との膨張係数差に起因して４つの抵抗部に加わる応力が不均一となり、その結果、ダイアフラム部７の撓みが不均一となることで圧力センサの特性が劣化するという問題点を軽減することが可能となる。また、本発明では、ダイアフラム部７におけるデッドスペースを有効に活用し、小型で高感度な圧力センサ素子１Ａ（１）を提供することができる。

【0019】

また、前記第一基板３の外面３ｂにおいて、前記ダイアフラム部７を除いた外周域βには、前記抵抗体Ｒ_１〜Ｒ_４ごとに電気的に接続された第一導電部１０（金属パッド）が配されている。したがって、圧力センサ素子１Ａ（１）は、絶対圧センサとして機能する構造を備えている。

【0020】

また、前記第一基板３の外面３ｂに配されている配線部９Ｂは、金属薄膜などを第一基板３の外面３ｂ面上に形成して、さらにフォトリソグラフィによってパターニングすることによって形成することができる。そして、この配線部９Ｂの一端部は、金属配線９Ａを介して抵抗部Ｒ_１〜Ｒ_４と電気的に接続され、他端部は、第一導電部１０と電気的に接続されている。また、この配線部９Ｂは、抵抗部Ｒ_１〜Ｒ_４よりも高濃度の拡散源を注入することによって得られる配線を介し、抵抗部Ｒ_１〜Ｒ_４と電気的に接続してもよい。

【0021】

第一導電部１０を除く第一基板３の外面３ｂ面上には、絶縁材料によって第二絶縁層１１を形成することが望ましい。第二絶縁層１１を設けることにより、抵抗部Ｒ_１〜Ｒ_４が第二絶縁層１１によって被覆した構造が得られる。
第二絶縁層１１は、抵抗部Ｒ_１〜Ｒ_４の外気との接触を遮断するため、抵抗部Ｒ_１〜Ｒ_４の耐食性を向上させるとともに、抵抗部Ｒ_１〜Ｒ_４が空間部５（圧力基準室）を介さずに、直接、外部から受ける機械的な影響による圧力センサ素子の特性変動を抑制する効果も奏する。

【0022】

なお、本実施形態の圧力センサ素子１Ａ（１）では、前記外周域βのうち、前記基板２の一辺に沿った領域β１に、前記第一導電部１０が集合して配されている。特許文献１（特開２０１１−９４９６７号公報）のように、圧力センサ素子の四隅にパッドを配置すると、圧力センサ素子と信号処理ＩＣとを同一パッケージ内に配置する場合、圧力センサ素子と信号処理ＩＣとをワイヤ接続する際に不具合が生じ易くなる。そのため、圧力センサ素子のパッドは一辺に集合して配置することが好ましい。
第一導電部１０を、基板２の一辺に沿った領域β１に集合させることで、導電部をよりダイアフラム部７側に寄せる構造とすることが可能となる。これにより、ダイアフラム部７におけるデッドスペースを少なくすることができる。

【0023】

このとき、本実施形態の圧力センサ素子１Ａ（１）では、前記第一導電部１０が集合してなる前記基板２の一辺に沿った領域β１は、他の三辺の領域に比べて広い面積を有することが好ましい。
これにより、第一導電部１０をよりダイアフラム部７側に寄せる構造とすることが可能となる。これにより、ダイアフラム部７におけるデッドスペースを少なくすることができる。

【0024】

また、図１（ｂ）に示すように、本実施形態の圧力センサ素子１Ａ（１）では、前記外周域βのうち、前記基板２の一辺に沿った領域β１を除いた領域β２に、印字部１２が配されていてもよい。
第一導電部１０を、基板２の一辺に沿った領域β１に集合させることで、第一導電部１０が配置されていない辺にも空きスペースができるため、その領域β２に印字部１２を配することで、空きスベースを有効活用することができる。この印字部１２としては、例えば、レーザマーカ等によるチップ識別のための印字部１２が挙げられる。

【0025】

さらに、図１（ｂ）に示すように、本実施形態の圧力センサ素子１Ａ（１）では、前記外周域βのうち、前記基板２の一辺に沿った領域β１を除いた領域β２に、検査用の第二導電部１３が配されていてもよい。
第一導電部１０を、基板２の一辺に沿った領域β１に集合させることで、第一導電部１０が配置されていない辺にも空きスペースができるため、その領域β２に検査用の第二導電部１３を配することで、空きスベースを有効活用することができる。この第二導電部１３としては、例えば、ＰＮジャンクションの検査用パッド等が挙げられる。

【0026】

なお、ダイアフラム部７の二辺と金属配線９Ａとが交差する箇所は、図１に示す構成に限定されるものではなく、例えば図３又は図４に示す構成としてもよい。すなわち、
図３は、本発明に係る圧力センサ素子の第二実施形態を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。図３は、図１と比べて、ダイアフラム部７の四つの角部になるべく距離が近い位置でダイアフラム部７の２辺と金属配線９Ａとが交差するように構成した例である。
図４は、本発明に係る圧力センサ素子の第三実施形態を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。図４は、図１及び図３の構成において金属配線９Ａが備える屈曲部を持たず、ダイアフラム部７の四つの角部を金属配線８が斜めに横断するように構成した例である。
図２や図３に示すように、ダイアフラム部７の四つの角部になるべく距離が近い位置でダイアフラム部７の２辺と金属配線９Ａとが交差するように配置した例と、頂点から離れた位置に金属配線９Ａを形成した例（例えば図１）とを比較した場合、ダイアフラム部７の四つの角部に近い位置の方が、圧力によるダイアフラム部７の変移量が少ないため、繰り返し圧力印加等への耐性が向上する。ゆえに、図３又は図４に示す構成は、ダイアフラム部７の変移の影響を受けにくいので、より好ましい。

【0027】

以下、ダイアフラム部７の二辺と金属配線９Ａとが交差する箇所について行った、シミュレーションについて説明する。本シミュレーションにおいては、圧力センサ素子（基板）の形状およびダイアフラム部の形状は共に、平面視したとき正方形を成すものとした。また、金属配線９Ａは、ダイアフラム部７の上方において、１つの屈曲部を備えるものとした。
図５は、圧力センサ素子について、金属配線９Ａとダイアフラム部７との位置関係を示す平面図である。
金属配線９Ａは、ダイアフラム部７の二辺に対し、それぞれ直交している。そして、金属配線８がダイアフラム部８の辺と交差する箇所８ａについて、ダイアフラム部７の角部７ａからの距離（Ｌ_２）の、ダイアフラム部の辺の長さ（Ｌ_１）に対する割合（％）と、抵抗部に加わる応力との関係についてシミュレーションを行った。

【0028】

ここで、シミュレーションに用いたパラメータは、圧力センサ素子（基板）のサイズを０．８１〜１．４４［ｍｍ^２］、ダイアフラム部のサイズを０．２５〜０．４９［ｍｍ^２］、ダイアフラム部の厚さを５〜２０［μｍ］、圧力センサ素子の厚さを１００〜３００［μｍ］の範囲の中から選んで実施した。
このような圧力センサ素子を、常温（例えば２２℃）から、１５０℃まで上昇させた場合に、圧力センサ素子を構成する各部材の熱膨張率の違いにより、抵抗部に加わる応力を計算した。金属配線とダイアフラム部との交差箇所（Ｌ_２／Ｌ_１）を変えて、その場合についてもそれぞれ計算した。その結果を図５に示す。

【0029】

図６は、金属配線がダイアフラム部の辺と垂直に交差する箇所と、抵抗部にかかる応力との関係についてシミュレーションした結果を示す図である。
図６から明らかなように、金属配線とダイアフラム部との交差箇所（Ｌ_２／Ｌ_１）が、０〜８％の範囲では、抵抗部に加わる応力は０〜０．３Ｍｐａであり、極めて小さく抑えられる。その後、（Ｌ_２／Ｌ_１）が８％を超えると、応力は緩やかに増加していくが、４０％を超えると応力は急激に増大する傾向を示した。
したがって、ダイアフラム部のコーナー（角部）から、辺の長さに対し１０％以下、好ましくは８％以下の箇所で、ダイアフラム部７の２辺と金属配線９Ａとが交差するように形成することがわかった。このように設計すれば、抵抗部に加わる応力を最小限に抑えつつ、ダイアフラム部におけるデッドスペースの削減も図ることが可能となる。

【0030】

図７は、金属配線がダイアフラム部の辺と斜めに交差する箇所と、抵抗部にかかる応力との関係についてシミュレーションした結果を示す図である。
図７から明らかなように、金属配線とダイアフラム部との交差箇所（Ｌ_２／Ｌ_１）が、０〜１２％の範囲では、抵抗部に加わる応力は０〜０．３Ｍｐａであり、極めて小さく抑えられる。その後、（Ｌ_２／Ｌ_１）が１２％を超えると、応力は緩やかに増加していくが、２５％を超えると応力は急激に増大する傾向を示した。
したがって、ダイアフラム部のコーナー（角部）から、辺の長さに対し１２％以下、好ましくは７％以下の箇所で、ダイアフラム部７の２辺と金属配線９Ａとが交差するように形成することがわかった。このように設計すれば、抵抗部に加わる応力を最小限に抑えつつ、ダイアフラム部におけるデッドスペースの削減も図ることが可能となる。

【0031】

図８は、図６と図７の結果を重ねて示す図である。
図８から、図６と図７の結果は同様の傾向を示すことが分かる。ただし、（Ｌ_２／Ｌ_１）が２５％以下の範囲で比較した場合、図６の構成より、図７の構成とした方が好ましいことが分かった。逆に、（Ｌ_２／Ｌ_１）が２５％を超える範囲で設計せざるを得ない場合には、図７の構成より、図６の構成を採用した方が好ましいことも明らかになった。

【0032】

次に、このような圧力センサ素子の製造方法について説明する。
図９〜図１８は、圧力センサ素子１Ａ（１）の製造工程を示す断面図である。
まず、例えばＮ型シリコンなどの半導体からなる第二基板４の一面４ｃにおいて、中央域αに凹部４ａを形成する。凹部４ａは、例えばＤＲＩＥ（Deep-Reactive Ion Etching） 法によりエッチングすることで形成することができる。ＤＲＩＥ法とは、エッチングガスに六フッ化硫黄（ＳＦ_６）を用い、高密度プラズマによるエッチングと、側壁へのパッシベーション成膜を交互に行うことにより（Bosch プロセス）、第二基板４を深堀エッチングするものである。なお、凹部４ａを形成する方法はＤＲＩＥ法に限定されるものではなく、ＲＩＥ法を用いても良いし、酸やアルカリ等の溶液を用いたウェットエッチング、サンドブラスト、レーザ等の物理的加工も可能である。

【0033】

次に、図９に示すように、第二基板４の凹部４ａを形成した面４ｃに、例えばシリコンからなる第一基板３を貼り合わせる。この貼り合わせは、例えばウエハ直接接合技術などにより行うことができる。この時、貼り合わせの前に、第一基板３や第二基板４を酸化することにより表面に酸化膜を形成し、該酸化膜を介して貼り合わせても良い。なお、これらの接合方法はこれに限定されるものではなく、例えば低融点ガラスを介して接着する方法や、プラズマ接合、ダイレクトボンディングなど、既知の手法を選択することも可能である。

【0034】

その後、第一基板３の一面３ｂを研磨等により薄板化して所望の厚さとし、ダイアフラム部７を形成する。第二基板４を薄板化する方法については特に限定されるものではなく、研削及びポリッシング加工に加え、反応性ガスを用いたドライエッチング、薬液を用いたウェットエッチング、または電気化学エッチング等による加工も可能である。

【0035】

次に、図１０に示すように、基板２のダイアフラム部面（第一基板３の外面３ｂ）に第一絶縁層６を形成する、第一絶縁層６としては、ＳｉＯ_２ などを使用することができる。第一絶縁層６の形成には、熱酸化法またはＣＶＤ法などを用いることができる。
さらに図１１に示すように、フォトリソグラフィとエッチングを用いて、必要箇所に開口部６ａを形成する。エッチングはウェットエッチングまたはドライエッチングによる。

【0036】

次に、図１２に示すように、第一基板３の外面３ｂに抵抗部Ｒ_１〜Ｒ_４を形成する。拡散層は、イオン注入または不純物を基板表面に塗布し、それを熱処理して拡散させる方法で作成する。不純物材料は例えばボロンなどを使用する。このとき、抵抗部Ｒ_１〜Ｒ_４がホイートストンブリッジ回路を構成するように配する。この抵抗部Ｒ_１〜Ｒ_４の抵抗値変動をブリッジ回路で検出することで、圧力センサ素子として動作する。
次に、図１３に示すように、マスク材料１５をフォトリソグラフィによりパターニングする。マスク材料１５はフォトレジストなどを使用する。

【0037】

次に、図１４に示すように、第一基板３の外面３ｂに金属配線９Ａを形成する。形成方法は蒸着法またはスパッタリング法などを用いる。配線材料はＡｌまたはＡｌを含む合金とする。
特にこのとき、金属配線９Ａを、ダイアフラム部７の１つのコーナー（角部）を作る（なす）二辺と交差して形成される。さらに、ダイアフラム部７上においてはダイアフラム部７の中心に対して、抵抗部Ｒ_１〜Ｒ_４のと、金属配線９Ａとが点対称かつ線対称となるレイアウトとなるように形成する。これにより、ダイアフラム部７上の応力分布が均等化され、金属配線９Ａがダイアフラム部７上の抵抗部Ｒ_１〜Ｒ_４に与える影響を軽減することができる。

【0038】

また、第一基板３の外面３ｂに低抵抗部（リード）８ａを形成してもよい。形成方法は、高抵抗部（ゲージ）８ｂと同様な手法が適用可能である。低抵抗部（リード）８ａは、高抵抗部８ｂよりも不純物濃度を高くし、抵抗率が小さくなるように形成する。この低抵抗部８ａは、ダイアフラム部７上に形成された抵抗部Ｒ_１〜Ｒ_４と、ダイアフラム部外に形成された金属配線９Ａの端部をなすパッド部９Ａｐとを、抵抗部Ｒ_１〜Ｒ_４を覆う絶縁膜１１に形成されたコンタクトホール９Ａｃを介して接続する役割を担う。
そして、図１５に示すように、マスク材料１５を除去する。

【0039】

次に、図１６に示すように、抵抗部Ｒ_１〜Ｒ_４を覆うように、第一基板３の外面３ｂに第二絶縁層１１を形成する。そして、フォトリソグラフィによりパターニングし、必要箇所に開口部１１ａを形成する。このとき、開口部１１ａはダイアフラム部７の外側とし、この開口箇所が配線部９とのコンタクトホールとなる。第二絶縁層１１は、ＳｉＯ_２ などを用いる。第二絶縁層１１の形成には、通常、ＣＶＤ法を用いる。

【0040】

次に、図１７に示すように、第二絶縁層１１上に、配線部９Ｂ及び第一導電部１０をなす金属層１６を形成する。金属層１６の形成方法は蒸着法またはスパッタリング法などを用いる。金属層１６の材料はＡｌまたはＡｌを含む合金とする。
次に、図１８に示すように、フォトリソグラフィとエッチングを用いて金属層１６をパターニングし、配線部９Ｂ及び第一導電部１０を形成する。
このとき、外周域βのうち、基板２の一辺に沿った領域β１に、第一導電部１０を集合して形成することにより、ダイアフラム部７におけるデッドスペースを少なくすることができる。

【0041】

さらに、外周域βのうち、基板２の一辺に沿った領域β１を除いた領域β２に、印字部１２或いは検査用の第二導電部１３を形成してもよい。第一導電部１０を、基板２の一辺に沿った領域β１に集合させることで、それ以外の辺にも空きスペースができるため、その領域β２に印字部１２或いは検査用の第二導電部１３を形成することで、空きスベースを有効活用することができる。

【0042】

以上、本発明の圧力センサ素子について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。

【産業上の利用可能性】

【0043】

本発明は、圧力センサ素子に広く適用可能である。

【符号の説明】

【0044】

１Ａ（１） 圧力センサ素子、２ 基板、３ 第一基板、４ 第二基板、５ 空間部（基準圧力室）、６ 第一絶縁部、７ ダイアフラム部、８ 抵抗部（Ｒ_１〜Ｒ_４）、８ａ 低抵抗部、８ｂ 高抵抗部、９Ａ 金属配線、９Ｂ 配線部、１０ 第一導電部、１１ 第二絶縁部、１２ 第二導電部、１３ 印字部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】