JP2006145462A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、高温の雰囲気内においても長期に亘り良好な検出精度を維持する圧力センサを提供する。
【解決手段】 抵抗素子３０は、支持基板１０上に形成した酸化膜２０上に形成されている。当該抵抗素子３０は、ピエゾ抵抗体３１、リード３２及び両パッド３３でもって構成されており、ピエゾ抵抗体３１及びリード３２は、半導体材料にボロンを注入して形成されている。ここで、当該ボロンの濃度は、ピエゾ抵抗体３１及びリード３２の各深さ方向において略一定となっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室や排気管内の雰囲気その他の各種の高温雰囲気において適用される圧力センサに関するものである。

従来、この種の圧力センサとしては、下記特許文献１に開示された半導体式圧力センサが提案されている。この圧力センサはＳＯＩ基板を有しており、このＳＯＩ基板は、表面側及び裏面側の両半導体層及びこれら両半導体層の間に形成した埋め込み酸化膜でもって構成されている。また、当該圧力センサは、複数のピエゾ抵抗体を有しており、これらピエゾ抵抗体は、ボロン等の不純物成分をＳＯＩ基板の表面側半導体層に例えばイオン注入することによって形成されている。
特開２００２−２８６５６７号公報

ところで、上述した半導体式圧力センサを用いて例えば自動車用内燃機関の燃焼室や排気管内の圧力を検出するにあたっては、当該圧力センサが内燃機関の燃焼室や排気管内に生ずる高温の燃焼ガスや排気ガスの雰囲気内に長時間に亘り晒されることとなる。

しかし、このように圧力センサが高温の雰囲気内に長時間に亘り晒されると、上述のようにＳＯＩ基板の表面側半導体層にイオン注入された不純物成分の拡散が進行する。このため、ピエゾ抵抗体の抵抗値が変化し、圧力センサとしての感度の変動や零点のオフセットが発生してしまう。その結果、当該圧力センサとしての検出精度が長時間に亘り良好には維持されにくいという不具合を招く。

そこで、本発明は、以上のようなことに対処するため、高温の雰囲気内においても長期に亘り良好な検出精度を維持する圧力センサを提供することを目的とする。

上記課題の解決にあたり、本発明に係る圧力センサは、請求項１の記載によれば、
基板（１０）と、
この基板上に形成される絶縁膜（２０）と、
半導体材料に不純物成分を拡散させて形成したピエゾ抵抗体（３１、４１）を有するように絶縁膜上に形成される抵抗素子（３０、４０）とを備えている。

当該圧力センサにおいて、上記不純物成分の濃度は、ピエゾ抵抗体の深さ方向において略一定であることを特徴とする。

このように、不純物成分の濃度がピエゾ抵抗体の深さ方向において略一定であることから、圧力センサを高温の雰囲気内に長時間晒しても、ピエゾ抵抗体内の深さ方向における当該不純物成分の拡散の進行が無視し得る程度に抑制され得る。このため、ピエゾ抵抗体の抵抗値の変化が大幅に抑制されて、当該圧力センサとしての感度の変動や零点のオフセットの発生が著しく減少する。その結果、当該圧力センサとしての検出精度が長時間に亘り良好に維持され得る。

また、本発明は、請求項２の記載によれば、請求項１に記載の圧力センサにおいて、
抵抗素子は、ピエゾ抵抗体から延出するように絶縁膜上に形成してなるリード（３２、４２）を有しており、
当該リードは、その深さ方向において略一定の濃度となるように上記不純物成分を半導体材料に拡散させて形成されていることを特徴とする。

このように、上記不純物成分の濃度が、ピエゾ抵抗体に加え、リードにおいても、その深さ方向において略一定であることから、請求項１に記載の発明の作用効果がリードにおいても確保され得る。

また、本発明は、請求項３の記載によれば、請求項２に記載の圧力センサにおいて、
上記不純物成分の濃度は、ピエゾ抵抗体及びリードの各面方向のうち少なくとも当該ピエゾ抵抗体とリードとの境界において、略一定であることを特徴とする。

これにより、圧力センサを高温の雰囲気内に長時間晒しても、ピエゾ抵抗体及びリード内の深さ方向だけでなく面方向における当該不純物成分の拡散の進行が無視し得る程度に抑制され得る。このため、ピエゾ抵抗体及びリードの各抵抗値の変化がより一層大幅に抑制されて、当該圧力センサとしての感度の変動や零点のオフセットの発生がより一層著しく減少する。その結果、当該圧力センサとしての検出精度が長時間に亘りより一層良好に維持され得る。

また、本発明は、請求項４の記載によれば、請求項２或いは３に記載の圧力センサにおいて、
抵抗素子のピエゾ抵抗体及びリードは、半導体単結晶に不純物成分を拡散させて形成されていることを特徴とする。

これによれば、抵抗素子のピエゾ抵抗体及びリードが半導体単結晶でもって構成されている。従って、当該圧力センサが高温の雰囲気内に長時間晒されても、請求項２或いは３に記載の発明の作用効果を達成しつつ、ピエゾ抵抗体及びリードに応力集中が発生し難いという作用効果をも確保し得る。

また、本発明は、請求項５の記載によれば、請求項４に記載の圧力センサにおいて、
リードは、ピエゾ抵抗効果を発現し難い結晶面方向に形成されていることを特徴とする。

これにより、圧力が圧力センサに作用しても、リードは、その不純物の濃度とは関わりなく、ピエゾ抵抗効果を発現しないか、或いはピエゾ抵抗体に対し無視し得る程小さなピエゾ抵抗効果しか発現しない。従って、当該圧力センサは、ピエゾ抵抗体のみでもって圧力を検出することとなり、その結果、請求項４に記載の発明の作用効果を達成しつつ、圧力センサとしての検出精度が向上する。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の各実施形態を図面により説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明に係る圧力センサの一実施形態を示しており、この圧力センサは、例えば、自動車に搭載の内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するために用いられる。

当該圧力センサは、図１にて示すごとく、支持基板１０、酸化膜２０、左右両側抵抗素子３０、上下両側抵抗素子４０及び保護膜５０を備えている。支持基板１０は、シリコン等の半導体材料からなるもので、この支持基板１０にはその裏面側から凹所１１が図１及び図２にて示すごとく形成されている。

本第１実施形態において、図１は、支持基板１０として、Ｐ型で結晶面方向（格子面方向）を＜１００＞方向とする基板、或いは＜１００＞方向と等価な結晶面方向を有する基板を用いた場合の圧力センサの平面図である。ここで、＜１００＞方向と等価な結晶面方向としては、＜−１００＞方向、＜０１０＞方向、＜０−１０＞方向、＜００１＞方向或いは＜００−１＞方向が挙げられる。なお、上記結晶面方向中の「−１」は、「−」を「１」の上に付すバーを意味する。

酸化膜２０は、図１及び図２にて示すごとく、支持基板１０の表面に沿い形成されており、この酸化膜２０は、支持基板１０から各抵抗素子３０、４０を電気的に絶縁する役割を果たす。従って、当該酸化膜２０は、一般的には、絶縁膜であればよい。なお、本第１実施形態において、当該圧力センサのダイアフラム部は、支持基板１０のうち凹所１１に対する対応部でもって構成されている。

左右両側抵抗素子３０及び上下両側抵抗素子４０は、当該圧力センサによる圧力検出にあたり、ブリッジ接続される。左右両側抵抗素子３０は、図１にて示すごとく、酸化膜２０の表面のうち凹所１１の図示左右両側部位にそれぞれ形成されている。

左側抵抗素子３０は、ピエゾ抵抗体３１、両リード３２及び両パッド３３を備えている。当該左側抵抗素子３０において、ピエゾ抵抗体３１は、シリコン等の半導体材料に不純物成分を拡散して形成してなるもので、このピエゾ抵抗体３１は、図１にて示すごとく、酸化膜２０の表面において、上記ダイアフラム部の図示左縁中央部から＜０１０＞方向、或いはこれと等価な結晶面方向に向けてコ字状に形成されている。ここで、＜０１０＞方向と等価な結晶面方向としては、＜−１００＞方向、＜０１０＞方向、＜０−１０＞方向、＜００１＞方向或いは＜００−１＞方向が挙げられる。

また、当該左側抵抗素子３０において、両リード３２は、ピエゾ抵抗体３１の両端部から図１にて示すごとく＜１１０＞方向或いはこれと等価な結晶面方向へ放射状にかつ一体的に延出するように、ピエゾ抵抗体３１と同様に、シリコン等の半導体材料に不純物成分を拡散して酸化膜２０の表面に形成されている。ここで、＜１１０＞方向と等価な結晶面方向としては、＜−１１０＞方向、＜１−１０＞方向、＜−１−１０＞方向、＜１０１＞方向、＜−１０１＞方向、＜１０−１＞方向、＜−１０−１＞方向、＜０１１＞方向、＜０−１１＞方向、＜０１−１＞方向、或いは＜０−１−１＞方向が挙げられる。両パッド３３は、両リード３２の各延出端部上に白金或いは金等の導体膜でもって形成されている。

右側抵抗素子３０は、左側抵抗素子３０と同様に、ピエゾ抵抗体３１、両リード３２及び両パッド３３を備えており、当該右側抵抗素子３０は、上記ダイアフラム部の図１にて図示左右方向中央に対し、左側抵抗素子３０とは対称的な形状にて、酸化膜２０の表面に形成されている。

具体的には、当該右側抵抗素子３０において、ピエゾ抵抗体３１は、シリコン等の半導体材料に不純物成分を拡散して形成してなるもので、このピエゾ抵抗体３１は、図１にて示すごとく、酸化膜２０の表面において、上記ダイアフラム部の図示右縁中央部から＜０１０＞方向或いはこれと等価な結晶面方向に向けコ字状に形成されている。

また、当該右側抵抗素子３０において、両リード３２は、ピエゾ抵抗体３１の両端部から図１にて示すごとく＜１１０＞方向或いはこれと等価な結晶面方向に放射状にかつ一体的に延出するように、ピエゾ抵抗体３１と同様に、シリコン等の半導体材料に不純物成分を拡散して酸化膜２０の表面に形成されている。両パッド３３は、両リード３２の各延出端部上に白金或いは金等の導体膜でもって形成されている。

一方、上下両側抵抗素子４０は、図１にて示すごとく、酸化膜２０の表面のうち凹所１１の図示上下両側部位にそれぞれ形成されている。

上側抵抗素子４０は、ピエゾ抵抗体４１、両リード４２及び両パッド４３を備えている。当該上側抵抗素子４０において、ピエゾ抵抗体４１は、シリコン等の半導体材料に不純物成分を拡散して形成してなるもので、このピエゾ抵抗体４１は、図１にて示すごとく、酸化膜２０の表面において、上記ダイアフラム部の図示上縁部に沿い＜０１０＞方向或いはこれと等価な結晶面方向に形成されている。

また、当該上側抵抗素子４０において、両リード４２は、ピエゾ抵抗体４１の両端部から図１にて示すごとく＜１１０＞方向或いはこれと等価な結晶面方向に放射状にかつ一体的に延出するように、ピエゾ抵抗体４１と同様に、シリコン等の半導体材料に不純物成分を拡散して酸化膜２０の表面に形成されている。両パッド４３は、両リード４２の各延出端部上に白金或いは金等の導体膜でもって形成されている。

下側抵抗素子４０は、上側抵抗素子４０と同様に、ピエゾ抵抗体４１、両リード４２及び両パッド４３を備えており、当該下側抵抗素子４０は、上記ダイアフラム部の図１にて図示上下方向中央を基準とし、上側抵抗素子４０とは対称的な形状にて、酸化膜２０の表面に形成されている。

具体的には、当該下側抵抗素子４０において、ピエゾ抵抗体４１は、シリコン等の半導体材料に不純物成分を拡散して形成してなるもので、このピエゾ抵抗体４１は、図１にて示すごとく、酸化膜２０の表面において、上記ダイアフラム部の図示下縁部に沿い＜０１０＞方向或いはこれと等価な結晶面方向に形成されている。

また、当該下側抵抗素子４０において、両リード４２は、ピエゾ抵抗体４１の両端部から図１にて示すごとく＜１１０＞方向或いはこれと等価な結晶面方向に放射状にかつ一体的に延出するように、ピエゾ抵抗体４１と同様に、シリコン等の半導体材料に不純物成分を拡散して酸化膜２０の表面に形成されている。両パッド４３は、両リード４２の各延出端部上に白金或いは金等の導体膜でもって形成されている。

本第１実施形態では、左右両側抵抗素子３０の各ピエゾ抵抗体３１及び各リード３２並びに上下両側抵抗素子４０の各ピエゾ抵抗体４１及び各リード４２において、上記不純物成分の濃度は、当該ピエゾ抵抗体及びリードの深さ方向（当該ピエゾ抵抗体及びリードの各厚さ方向）において略一定となっている。ここで、上述した不純物成分の濃度が略一定とは、上記ピエゾ抵抗体の表裏面の各濃度の差及び上記リードの表裏面の各濃度の差が、共に、５０（％）以下であることをいう。

保護膜５０は、上述の各両抵抗素子３０、４０のうち、各パッド３３、４３以外の各ピエゾ抵抗体３１、４１及び各リード３２、４２を被覆するように、酸化膜２０の表面に形成されている。また、当該保護膜５０は、複数の開口部５１を備えており、これら各開口部５１は、保護膜５０のうち各パッド３３、４３に対応する部位に形成されている。しかして、各パッド３３、４３は、保護膜５０の複数の開口部５１のうち各対応開口部を通し各対応リード３２、４３の延出端部上に形成されて、当該各対応開口部から外部に露呈している。

次に、上述のように構成した圧力センサの製造工程について説明する。当該圧力センサの製造にあたり、図３にて示すような構成の貼り合わせＳＯＩ（silicon on insulator）基板６０を準備する。この貼り合わせＳＯＩ基板６０は、支持基板６１上に中間酸化膜６２及び活性層６３を順次積層状に貼り合わせて形成されている。

本第１実施形態において、支持基板６１は、５２５（μｍ）の厚さ及び１０（Ω・ｃｍ）〜２０（Ω・ｃｍ）の範囲以内の抵抗値を有するＰ型半導体材料からなる。中間酸化膜６２は１（μｍ）の厚さを有する。また、活性層６３は、２（μｍ）以下（例えば、１．５（μｍ））の厚さ及び１０（Ω・ｃｍ）〜２０（Ω・ｃｍ）の範囲以内の抵抗値を有するＰ型半導体材料からなる。なお、支持基板６１及び中間酸化膜６２は、それぞれ、上述した支持基板１０及び酸化膜２０に相当する。
１．ピエゾ抵抗体及びリードの形成工程
不純物成分、例えば、ボロンを、１×１０¹⁹（ａｔｏｍ／ｃｍ³）の濃度にて、イオン注入装置（図示しない）により、活性層６３にその表面から裏面に向けて注入する。次に、活性層６３のうち、左右両側抵抗素子３０の各ピエゾ抵抗体３１及び上下両側抵抗素子４０の各ピエゾ抵抗体４１となる部位をレジストにて被覆した後、ボロンを、１×１０²⁰（ａｔｏｍ／ｃｍ³）の濃度にて、イオン注入装置により、レジストで被覆されていない活性層６３に対し、その表面から裏面に向けて注入する。その後、当該レジストを剥離する。

然る後、このように形成してなる貼り合わせＳＯＩ基板６０に対し、窒素ガス（Ｎ₂ガス）の雰囲気内において、所定のアニール条件（アニール温度１２００（℃）、アニール時間２（時間））にてアニールを施す。これにより、注入活性層６４が、図４にて示すごとく、中間酸化膜６２上に形成される。

ここで、当該所定のアニール条件において、アニール時間を２（時間）としたのは、この程度の時間であれば、アニール温度を１２００（℃）としても、貼り合わせＳＯＩ基板６０に対し損傷を与えることなく、円滑にアニールを終了でき、これによって、注入活性層６４の表裏面における各濃度の差が５０（％）以内にし得るからである。

ちなみに、活性層６３の厚さが５（μｍ）である場合、注入活性層６４の表裏面の各濃度の差を５０（％）以内にするには、アニール条件が、例えば１２００（℃）で１５（時間）となり、貼り合わせＳＯＩ基板に対する損傷やアニール処理時間の長期化が懸念され、好ましくない。

上述のような所定のアニール条件によるアニールによって、上述のように注入したボロンが、注入活性層６４の深さ方向において均一に拡散される。通常、ボロンの濃度拡散は、拡散進行方向において指数関数的に小さくなるため、注入活性層６４の表裏面における各濃度の差が５０（％）以内であれば、ボロンの濃度は注入活性層６４の深さ方向において均一とみなし得る。

従って、上述のボロンの拡散均一とは、当該ボロンの濃度が注入活性層６４の深さ方向において略一定であること、換言すれば、当該ボロンの注入活性層６４の表裏面における各濃度の差が５０（％）以内であることをいう。

ちなみに、ボロンの拡散定数は、１２００（℃）において約１．３×１０^-12（ｃｍ²／秒）である。従って、上述したアニールを２（時間）とした場合、注入活性層６４の裏面におけるボロンの濃度は、理論的には、当該注入活性層６４の表面におけるボロンの濃度の５５（％）程度である。

よって、この程度までボロンの濃度を注入活性層６４の深さ方向において均一にしておけば、当該圧力センサが４００（℃）（例えば、自動車の内燃機関の燃焼室内温度）の雰囲気内に長時間晒されても、注入活性層６４でもって形成されるピエゾ抵抗体及びリードにおけるボロンの拡散進行は無視できる程度に抑制され得る。

なぜならば、４００（℃）におけるボロンの拡散定数は約５×１０^-29（ｃｍ²／秒）でしかないため、１２００（℃）で２（時間）アニールすることと同様の拡散をボロンに発生させるには、理論上、４００（℃）で１０⁹年程度に亘りアニールすることに相当するからである。

なお、９５０（℃）でアニールする場合、ボロンの拡散定数は約３×１０^-15（ｃｍ²／秒）である。従って、上記アニールの時間を３０（分）とすると、理論的には、注入活性層６４の表面から０．１（μｍ）程度の深さにおいて、ボロンの濃度は、注入活性層６４の表面の濃度の１０分の１程度になる。このようなアニール条件のように、ボロンが注入活性層６４の表面付近に偏在した状態で、上記圧力センサが４００（℃）程度の高温の雰囲気内において長期間に亘り晒されると、ボロンの拡散進行が発生しピエゾ抵抗体の抵抗値が変化し、圧力センサとしてのオフセットや感度の変動を招き適切でない。

ついで、注入活性層６４が所定のパターン形状となるように当該注入活性層６４に対し反応性イオンエッチングを施す。ここで、上記所定のパターン形状は、上述した両抵抗素子３０のピエゾ抵抗体３１及び両リード３２並びに上述した両抵抗素子４０のピエゾ抵抗体４１及び両リード４２に対応する形状をいう。

上述のように注入活性層６４をイオンエッチングすることで、注入活性層６４が、上記所定のパターン形状に形成されて、左右両側ピエゾ抵抗体６５、６７及び左右両側リード６６、６８（図５参照）並びに上下両側ピエゾ抵抗体（図示しない）及び上下両側両リード（図示しない）として形成される。

ここで、左右両側ピエゾ抵抗体６５、６７が左右両側抵抗素子３０の各ピエゾ抵抗体３１に相当する。左右両側リード６６が左右両側抵抗素子３０の両リード３２の各一方に相当する。残りの上下両側ピエゾ抵抗体及び上下両側リードが両抵抗素子４０の各ピエゾ抵抗体４１及び両リード４２の一方に相当する。また、上述のようにボロンの濃度が注入活性層６４の深さ方向において略一定であるということは、不純物成分であるボロンの濃度が、左右両側抵抗素子３０の各ピエゾ抵抗体３１及び各リード３２並びに上下両側抵抗素子４０の各ピエゾ抵抗体４１及び各リード４２の各深さ方向において略一定であることに相当する。
２．貼り合わせＳＯＩ基板の凹部の形成工程
上述のようにピエゾ抵抗体及びリードを形成した後は、支持基板６１に対しその裏面側から水酸化テトラメチルアンモニウムでもってエッチングを施す。ここで、エッチング量を２７５（μｍ）とする。これにより、支持基板６１において凹部６９が形成される。これに伴い、支持基板６１に２５０（μｍ）の厚さの上記ダイアフラムが形成される。ここで、当該凹部６９が上述した凹部１１に相当する。
３．酸化膜の形成工程
次に、酸化膜７０を、３００（ｎｍ）の厚さでもって、上述のように形成した両抵抗素子３０のピエゾ抵抗体３１及び両リード３２並びに両抵抗素子４０のピエゾ抵抗体４１及び両リード４２を被覆するように、中間酸化膜６２上に形成する（図７参照）。

ここで、上述のごとく活性層６３の厚さは２（μｍ）以下である。従って、上述のように酸化膜７０でもって中間酸化膜６２上に両抵抗素子３０のピエゾ抵抗体３１及び両リード３２並びに両抵抗素子４０のピエゾ抵抗体４１及び両リード４２を被覆しても、この被覆が良好に行われる。なお、当該酸化膜７０は、上述した保護膜５０に相当する。
４．酸化膜のエッチング工程
酸化膜７０にエッチングを施して上述した保護膜５０の複数の開口部５１に相当する複数の開口部７１を形成する（図８参照）。
５．パッドの形成工程
複数の導体膜８０を、それぞれ、酸化膜７０の各開口部７１を通し各対応リードの延出端部上にパターニング形成する（図９参照）。なお、当該複数の導体膜８０は、上述した複数のパッド３３、４３に相当する。

以上の製造工程でもって、上述のように構成した圧力センサの製造が終了する。

以上のように構成した本第１実施形態によれば、当該圧力センサを４００（℃）以上の高温の雰囲気内に長時間晒しても、ピエゾ抵抗体及びリードにおけるボロンの拡散進行は無視し得る程度となって、ピエゾ抵抗体及びリードの各抵抗値の変化が極めて少ない。その結果、当該圧力センサの検出特性としての零点のオフセットや感度の変動が大幅に抑制され、熱耐久性に非常に優れた圧力センサが提供され得る。

また、本第１実施形態では、貼り合わせＳＯＩ基板の活性層に対し不純物をイオン注入することにより、ピエゾ抵抗体及びリードを形成している。このため、ピエゾ抵抗体及びリードを所望の不純物濃度に精度よく制御することができる。その結果、センサ感度や抵抗値の抵抗温度係数を所望の値に精度よく制御し得る。
（第２実施形態）
次に、本発明に係る圧力センサの第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、上記第１実施形態にて述べた圧力センサの左右両側抵抗素子３０の各ピエゾ抵抗体３１及び各リード３２並びに上下両側抵抗素子４０の各ピエゾ抵抗体４１及び各リード４２において、ボロンの濃度は、当該ピエゾ抵抗体及びリードの面方向において略一定となっている。

ここで、上述のようにボロンの濃度がピエゾ抵抗体及びリードの面方向において略一定とは、互いに一体となっているピエゾ抵抗体とリードとの間のボロンの濃度差が５０（％）以下であることをいう。その他の構成は、上記第１実施形態にて述べた圧力センサと同様である。

このように構成した本第２実施形態の圧力センサの製造工程は、上記第１実施形態にて述べた製造工程とは次の点で相違する。

即ち、ピエゾ抵抗体及びリードの形成工程において、上記第１実施形態にて述べた貼り合わせＳＯＩ基板の活性層６３に対し、上記イオン注入装置でもって、ボロンを注入するにあたり、活性層６３の面方向においてボロンの濃度を略一定にするように行う。その他の工程は上記第１実施形態と同様である。

これにより、当該圧力センサのピエゾ抵抗体及びリードにおけるボロンの濃度は、上記深さ方向だけでなく上記面方向にも略一定となる。従って、当該圧力センサを高温の雰囲気内に長時間晒しても、ピエゾ抵抗体及びリード内の深さ方向だけでなく面方向における当該不純物成分の拡散の進行が無視し得る程度に抑制され得る。

このため、ピエゾ抵抗体及びリードの各抵抗値の変化がより一層大幅に抑制されて、当該圧力センサとしての感度の変動や零点のオフセットの発生がより一層著しく減少する。その結果、当該圧力センサとしての検出精度が長時間に亘りより一層良好に維持され得る。
（第３実施形態）
次に、本発明に係る圧力センサの第３実施形態について説明する。この第３実施形態では、上記第１実施形態にて述べた圧力センサにおいて、各抵抗素子３０のピエゾ抵抗体３１及び両リード３２並びに各抵抗素子４０のピエゾ抵抗体４１及び両リード４２が、その各深さ方向において略一定の濃度でもって、ボロンを、半導体単結晶に拡散して形成されている。その他の構成は上記第１実施形態と同様である。

このように構成した本第３実施形態によれば、各抵抗素子３０のピエゾ抵抗体３１及び両リード３２並びに各抵抗素子４０のピエゾ抵抗体４１及び両リード４２が半導体結晶で構成されている。従って、当該圧力センサが高温の雰囲気内に長時間晒されても、各ピエゾ抵抗体及び各リードに応力集中が発生しにくい。

しかも、各ピエゾ抵抗体及び各リードは、その各深さ方向において略一定の濃度でもって、ボロンを半導体単結晶に拡散してなる。このため、当該圧力センサを高温の雰囲気内に長時間晒しても、各ピエゾ抵抗体及び各リードの深さ方向におけるボロンの拡散の進行が無視し得る程度に抑制され得る。従って、ピエゾ抵抗体の抵抗値の変化が大幅に抑制されて、当該圧力センサとしての感度の変動や零点のオフセットの発生が著しく減少する。

その結果、各ピエゾ抵抗体及び各リードにおける応力集中の発生を防止しつつ、当該圧力センサとしての検出精度が長時間に亘り良好に維持され得る。

さらに、各ピエゾ抵抗体１３、４１は、＜０１０＞方向、或いはこれと等価な結晶面方向に形成されているのに対し、各リード３２、４２は、ピエゾ抵抗効果を発現し難い結晶面方向である＜１１０＞方向、或いはこれと等価な結晶面方向に形成されている。

このため、圧力が当該圧力センサに作用しても、各リード３２、４２は、ピエゾ抵抗効果を発現しないか、或いはピエゾ抵抗体に対して無視し得る程小さなピエゾ抵抗効果しか発現しない。従って、当該圧力センサは、ピエゾ抵抗体１３、４１のみでもって圧力を検出することとなり、その結果、圧力センサとしての検出精度が向上する。
（第４実施形態）
次に、本発明に係る圧力センサの第４実施形態について説明する。この第４実施形態では、上記第３実施形態にて述べた圧力センサの左右両側抵抗素子３０の各ピエゾ抵抗体３１及び各リード３２並びに上下両側抵抗素子４０の各ピエゾ抵抗体４１及び各リード４２において、その各面方向においても、ボロンの濃度は、上記第２実施形態と同様に略一定となっている。その他の構成は上記第３実施形態と同様である。

このように構成した本第４実施形態によれば、当該圧力センサを高温の雰囲気内に長時間晒しても、ピエゾ抵抗体及びリード内の深さ方向だけでなく面方向におけるボロンの拡散の進行が無視し得る程度に抑制され得る。このため、ピエゾ抵抗体及びリードの各抵抗値の変化がより一層大幅に抑制されて、当該圧力センサとしての感度の変動や零点のオフセットの発生がより一層著しく減少する。その結果、ピエゾ抵抗体及びリードにおける応力集中の発生を防止しつつ、当該圧力センサとしての検出精度が長時間に亘りより一層良好に維持され得る。

さらに、各ピエゾ抵抗体３１、４１は、＜０１０＞方向、或いはこれと等価な結晶面方向に形成されているのに対し、各リード３２、４２は、ピエゾ抵抗効果を発現し難い結晶面方向である＜１１０＞方向、或いはこれと等価な結晶面方向に形成されている。

このため、圧力が当該圧力センサに作用しても、各リード３２、４２は、ピエゾ抵抗効果を発現しないか、或いはピエゾ抵抗体に対して無視し得る程小さなピエゾ抵抗効果しか発現しない。従って、当該圧力センサは、ピエゾ抵抗体３１、４１のみでもって圧力を検出することとなり、その結果、圧力センサとしての検出精度が向上する。

なお、本発明の実施にあたり、上記実施形態に限らず、次のような種々の変形例が挙げられる。
（１）上記第２或いは第４の実施形態において、互いに一体となっているピエゾ抵抗体とリードとの間の少なくとも境界におけるボロンの濃度の差が一定範囲以内にあれば、上記第２或いは第４の実施形態と同様の作用効果が達成され得る。
（２）上記第１或いは第３の実施形態において、ボロンの濃度は、ピエゾ抵抗体のみにおいて略一定になるようにしてもよい。
（３）活性層に注入する不純物成分は、ボロンに限ることなく、例えば、ガリウムやインジウム等であってもよい。また、活性層をＮ型とする場合には、不純物成分は、ヒ素やリンであってもよい。
（４）貼り合わせＳＯＩ基板に代えて、半導体材料からなる支持基板上に酸化膜を形成した基板を採用し、当該酸化膜上に各上記抵抗素子を形成するようにしてもよい。
（５）支持基板１０において凹所１１の形成を廃止してもよい。
（６）エッチングストップ機能を発揮する絶縁膜を、上記第１実施形態にて述べた貼り合わせＳＯＩ基板の支持基板内に形成してなる新たなＳＯＩ基板を用いて、上記第１実施形態にて述べた製造工程でもって圧力センサを製造してもよい。

これによれば、圧力センサの上記ダイアフラム部の厚さを均一にすることができる。従って、圧力センサの検出感度が当該ダイアフラム部の厚さに依存しても、上述のようにダイアフラム部の厚さを均一にすることによって、上記第１実施形態にて述べた作用効果を達成しつつ、検出感度が上記ダイアフラム部の厚さとの関連にて一定となる圧力センサの提供が可能となる。このようなことは、他の実施形態でも同様に成立する。

本発明に係る圧力センサの第１実施形態を示す平面図である。 図１にて２−２線に沿う断面図である。 上記第１実施形態の圧力センサの製造に用いる貼り合わせＳＯＩ基板の断面図である。 図３の貼り合わせＳＯＩ基板において活性層にボロンを注入した状態を示す断面図である。 図４の貼り合わせＳＯＩ基板において注入活性層をリード及びピエゾ抵抗体として形成した状態を示す断面図である。 図５の貼り合わせＳＯＩ基板において支持基板に凹所を形成した状態を示す断面図である。 図６の貼り合わせＳＯＩ基板に酸化膜を形成した状態を示す断面図である。 図７の酸化膜に複数の開口部を形成した状態を示す断面図である。 図８の酸化膜の各開口部を通し導体膜を形成した状態を示す断面図である。

符号の説明

１０…支持基板、２０…酸化膜、３０、４０…抵抗素子、
３１、４１…ピエゾ抵抗体、３２、４２…リード。

Claims (5)

1. 基板と、
   この基板上に形成される絶縁膜と、
   半導体材料に不純物成分を拡散させて形成したピエゾ抵抗体を有するように前記絶縁膜上に形成される抵抗素子とを備えている圧力センサにおいて、
   前記不純物成分の濃度は、前記ピエゾ抵抗体の深さ方向において略一定であることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記抵抗素子は、当該ピエゾ抵抗体から延出するように前記絶縁膜上に形成してなるリードを有しており、
   当該リードは、その深さ方向において略一定の濃度となるように前記不純物成分を前記半導体材料に拡散させて形成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。
3. 前記不純物成分の濃度は、前記ピエゾ抵抗体及び前記リードの各面方向のうち少なくとも当該ピエゾ抵抗体とリードとの境界において、略一定であることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
4. 前記抵抗素子の前記ピエゾ抵抗体及び前記リードは、半導体単結晶に前記不純物成分を拡散させて形成されていることを特徴とする請求項２或いは３に記載の圧力センサ。
5. 前記リードは、ピエゾ抵抗効果を発現し難い結晶面方向に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の圧力センサ。

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