JP2019196960A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】熱応力あるいはこれに起因する実装応力によるゼロ点オフセットを、より良好に抑制すること。【解決手段】圧力センサ（１）は、センサチップ（２）と支持体（３）とを備えている。前記センサチップは、厚さ方向と直交する一対の主面である第一主面（２３ａ）および第二主面（２３ｂ）を有する薄板状に形成されたダイアフラム（２３）と、前記ダイアフラムにおける前記第一主面および前記第二主面にそれぞれ設けられた半導体ピエゾ抵抗素子（２４）とを有する。前記支持体は、前記センサチップと接合されている。前記半導体ピエゾ抵抗素子は、前記ダイアフラムにおける前記第一主面側および前記第二主面側にそれぞれ設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、圧力センサに関する。

半導体基板に形成されるダイアフラムにピエゾ抵抗を配置し、圧力に応じてピエゾ抵抗の抵抗値が変化することを利用して圧力に応じた検出信号を出力する圧力センサが知られている（例えば特許文献１等参照）。

特開２０１７−２２３６４３号公報

この種の圧力センサにおいて、熱応力あるいはこれに起因する実装応力によるゼロ点オフセットを、より良好に抑制することが求められている。本発明は、上記に例示した課題に鑑みてなされたものである。

請求項１に記載の圧力センサ（１）は、
厚さ方向と直交する一対の主面である第一主面（２３ａ）および第二主面（２３ｂ）を有する薄板状に形成されたダイアフラム（２３）と、前記ダイアフラムに設けられた半導体ピエゾ抵抗素子（２４）とを有するセンサチップ（２）と、
前記センサチップと接合された支持体（３）と、
を備え、
前記半導体ピエゾ抵抗素子は、前記ダイアフラムにおける前記第一主面側および前記第二主面側にそれぞれ設けられている。

上記構成において、前記ダイアフラムに、圧力測定対象の流体の圧力が作用した場合を想定する。この場合、前記第一主面側と前記第二主面側とのうちの一方にて圧縮応力が発生し、他方にて引張応力が発生する。このため、前記第一主面側に設けられた前記半導体ピエゾ抵抗素子と、前記第二主面側に設けられた前記半導体ピエゾ抵抗素子とでは、応力作用状態が異なる。

一方、前記センサチップと前記支持体との接合箇所にて、熱膨張係数の違いにより、熱応力が発生した場合を想定する。この場合、熱応力が前記センサチップに作用すると、前記センサチップ全体が、厚さ方向に凸または凹となるように変形する。すると、前記第一主面側と前記第二主面側との双方にて、圧縮応力と引張応力のうちの一方が発生する。このため、前記第一主面側に設けられた前記半導体ピエゾ抵抗素子と、前記第二主面側に設けられた前記半導体ピエゾ抵抗素子とで、応力作用状態が同様となる。

このように、上記構成においては、前記半導体ピエゾ抵抗素子が、前記ダイアフラムにおける前記第一主面側および前記第二主面側にそれぞれ設けられている。このため、前記ダイアフラムに流体圧力が作用した場合と熱応力が作用した場合とで、前記第一主面側および前記第二主面側のそれぞれに設けられた前記半導体ピエゾ抵抗素子による出力態様を異なせることが可能である。したがって、上記構成によれば、熱応力あるいはこれに起因する実装応力によるゼロ点オフセットを、より良好に抑制することが可能となる。

なお、出願書類中の各欄において、各要素に括弧付きの参照符号が付されている場合、かかる参照符号は、単に、同要素と後述する実施形態に記載の具体的構成との対応関係の一例を示すものである。よって、本発明は、かかる参照符号の記載によって、何ら限定されるものではない。

実施形態の圧力センサの概略構成を示す側断面図である。 図１に示されたセンサチップの平面図である。 図１および図２に示された圧力センサの概略的な回路構成図である。 図１および図２に示されたセンサチップの製造工程を示す側断面図である。 図１および図２に示されたセンサチップの製造工程を示す側断面図である。 図１および図２に示されたセンサチップの製造工程を示す側断面図である。 一変形例の圧力センサの概略構成を示す側断面図である。 他の一変形例の圧力センサの概略構成を示す側断面図である。 図６に示されたセンサチップの平面図である。 さらに他の一変形例の圧力センサの概略構成を示す側断面図である。 図８に示されたセンサチップの平面図である。 さらに他の一変形例の圧力センサの概略構成を示す側断面図である。 図１０に示されたセンサチップの平面図である。 図１１におけるXII−XII断面図である。 図１１および図１２に示された圧力センサの概略的な回路構成の一例を示す図である。 図１１および図１２に示された圧力センサの概略的な回路構成の他の一例を示す図である。 さらに他の一変形例のセンサチップの概略構成を示す平面図である。 さらに他の一変形例の圧力センサの概略構成を示す側断面図である。 さらに他の一変形例の圧力センサの概略構成を示す側断面図である。

（実施形態）
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、一つの実施形態に対して適用可能な各種の変形例については、当該実施形態に関する一連の説明の途中に挿入されると当該実施形態の理解が妨げられるおそれがあるため、当該実施形態の説明の後にまとめて記載する。

（構成）
図１を参照すると、本実施形態においては、圧力センサ１は、車両に搭載される流体圧センサであって、測定空間Ｃを内部に有している。測定空間Ｃは、車両内の流体、すなわち、車両内を通流する流体又は車両内にて貯留された流体を導入可能な空間である。なお、説明の便宜上、図示の通りに右手系ＸＹＺ直交座標を設定する。かかる直交座標は、技術的に矛盾しない限り、図２以降に対しても統一的に適用されるものとする

圧力センサ１は、測定空間Ｃ内に導入された圧力測定対象の流体の圧力、例えば、過給圧、燃料圧、ブレーキ油圧、水素ガス圧力、等に応じた電気信号（例えば電圧）を出力するように構成されている。具体的には、圧力センサ１は、センサチップ２と、支持体３と、接着層４とを備えている。

センサチップ２は、基板２１とダイアフラム形成層２２とを有している。本実施形態においては、基板２１は、（１１０）または（１００）面方位のｐ型単結晶シリコン基板であって、図中Ｚ軸方向に厚さ方向を有する薄板状に形成されている。なお、図中Ｚ軸正側から負側に向かって対象物を見ることを、以下「平面視」と称する。すなわち、「平面視」とは、対象物を、厚さ方向と平行な視線で見ることをいう。平面視における位置、形状、および寸法は、それぞれ、図中ＸＹ平面内における位置、形状、および寸法である。

基板２１は、厚さ方向と直交する一対の主面である、基板表面２１ａおよび基板裏面２１ｂを有している。すなわち、基板表面２１ａは、基板裏面２１ｂとは反対側に設けられている。また、基板２１には、厚さ方向に基板２１を貫通する貫通孔であるダイアフラム形成孔２１ｃが設けられている。

基板表面２１ａ上には、ダイアフラム形成層２２が設けられている。半導体層であるダイアフラム形成層２２は、本実施形態においては、ｎ型エピタキシャル層であって、基板２１上にエピタキシャル成長させることによって形成されている。

基板裏面２１ｂは、接着層４を介して支持体３と接合されている。支持体３は、回路基板であって、ガラスエポキシ等の合成樹脂系材料によって板状に形成されている。支持体３には、厚さ方向に貫通する貫通孔３ａが形成されている。

ダイアフラム形成孔２１ｃは、厚さ方向と直交する面内方向について、ダイアフラム２３に対応する位置に配置されている。すなわち、ダイアフラム形成孔２１ｃは、ダイアフラム２３に向かって厚さ方向に凹設されている。「面内方向」は、図中、ＸＹ平面内における任意の方向をいう。

ダイアフラム２３は、図中Ｚ軸方向に厚さ方向を有する薄板状あるいは薄膜状に形成されている。具体的には、ダイアフラム２３は、ダイアフラム形成層２２における、ダイアフラム形成孔２１ｃに対向あるいは対応する部分によって構成されている。ダイアフラム２３は、ダイアフラム形成孔２１ｃによって形成される測定空間Ｃ内に導入された流体の圧力により、厚さ方向に撓み変形するように設けられている。

ダイアフラム２３は、厚さ方向と直交する一対の主面である、第一主面２３ａおよび第二主面２３ｂを有している。すなわち、第一主面２３ａは、第二主面２３ｂとは反対側に設けられている。第二主面２３ｂは、測定空間Ｃ側すなわち基板２１側に配置されている。

ダイアフラム２３には、半導体ピエゾ抵抗素子２４が設けられている。半導体ピエゾ抵抗素子２４は、印加された応力に応じて抵抗値が変化するように構成されている。半導体ピエゾ抵抗素子２４によるブリッジ回路を構成するために、ダイアフラム２３は、複数の半導体ピエゾ抵抗素子２４を有している。

本実施形態においては、半導体ピエゾ抵抗素子２４は、拡散抵抗であって、ダイアフラム形成層２２内に設けられている。すなわち、半導体ピエゾ抵抗素子２４は、ダイアフラム２３の厚さの範囲内に設けられている。具体的には、半導体ピエゾ抵抗素子２４は、ｎ型エピタキシャル層であるダイアフラム形成層２２の表層部に、ｐ型不純物を拡散させることによって形成されている。

半導体ピエゾ抵抗素子２４は、ダイアフラム２３における第一主面２３ａ側および第二主面２３ｂ側にそれぞれ設けられている。具体的には、本実施形態においては、センサチップ２は、半導体ピエゾ抵抗素子２４としての、第一素子Ｒ１、第二素子Ｒ２、第三素子Ｒ３、および第四素子Ｒ４を有している。

図１および図２を参照すると、第一素子Ｒ１および第三素子Ｒ３は、第一主面２３ａ側に設けられている。一方、第二素子Ｒ２および第四素子Ｒ４は、第二主面２３ｂ側に設けられている。第一素子Ｒ１と第二素子Ｒ２とは、平面視にて重なるように、面内方向について同一形状且つ同一位置に配置されている。同様に、第三素子Ｒ３と第四素子Ｒ４とは、平面視にて重なるように、面内方向について同一形状且つ同一位置に配置されている。

図２を参照すると、本実施形態においては、ダイアフラム２３は、平面視にて、二組の対辺がそれぞれ図中Ｘ軸およびＹ軸と平行な正八角形状に形成されている。第一素子Ｒ１、第二素子Ｒ２、第三素子Ｒ３、および第四素子Ｒ４は、ダイアフラム２３の図中Ｙ軸方向における中央位置に配置されている。

図１および図２を参照すると、第一素子Ｒ１および第二素子Ｒ２は、ダイアフラム２３の図中Ｘ軸方向における一端側に配置されている。一方、第三素子Ｒ３および第四素子Ｒ４は、ダイアフラム２３の図中Ｘ軸方向における他端側に配置されている。第一素子Ｒ１と第三素子Ｒ３とは、ダイアフラム２３の平面視における中心を挟んで対称に配置されている。第二素子Ｒ２と第四素子Ｒ４とは、ダイアフラム２３の平面視における中心を挟んで対称に配置されている。

図３を参照すると、第一素子Ｒ１、第二素子Ｒ２、第三素子Ｒ３、および第四素子Ｒ４は、ブリッジ回路Ｗを構成するように、互いに電気接続されている。ブリッジ回路Ｗは、直流電源Ｂにおける正負極間に設けられた、フルブリッジすなわちホイートストンブリッジである。第一素子Ｒ１と第四素子Ｒ４との直列接続体と、第二素子Ｒ２と第三素子Ｒ３との直列接続体は、直流電源Ｂにおける正負極間にて並列に設けられている。

すなわち、圧力センサ１は、ブリッジ出力電圧Ｖｏに基づいて、流体圧力を検出するように構成されている。ブリッジ出力電圧Ｖｏは、第一素子Ｒ１と第四素子Ｒ４との直列接続体における中点電位と、第二素子Ｒ２と第三素子Ｒ３との直列接続体における中点電位との電位差である。

（製造方法の一例）
図１に示された圧力センサ１の製造方法の一例について、図４Ａ〜図４Ｃを用いて説明する。

まず、図４Ａに示されているように、（１１０）または（１００）面方位のｐ型単結晶シリコン基板である基板２１上に、ｎ型エピタキシャル層であるダイアフラム形成層２２を形成する。次に、図４Ｂに示されているように、基板裏面２１ｂ側から、異方性エッチング等により、ダイアフラム形成孔２１ｃを形成する。これにより、ダイアフラム形成孔２１ｃに対応する位置に、ダイアフラム２３が形成される。

続いて、図４Ｃに示されているように、ダイアフラム２３における第一主面２３ａおよび第二主面２３ｂのそれぞれにおける所定位置に、半導体ピエゾ抵抗素子２４を形成する。具体的には、第一主面２３ａ側に、第一素子Ｒ１および第三素子Ｒ３を形成する。一方、第二主面２３ｂ側に、第二素子Ｒ２および第四素子Ｒ４を形成する。これにより、センサチップ２が形成される。その後、センサチップ２と支持体３とを接合することで、図１に示されているような圧力センサ１が形成される。

（効果）
上記構成において、ダイアフラム２３に圧力測定対象の流体の圧力が作用して、ダイアフラム２３が図１にて上側に凸に変形した場合を想定する。この場合、第一主面２３ａ側にて引張応力が発生し、第二主面２３ｂ側にて圧縮応力が発生する。

このため、第一主面２３ａ側に設けられた半導体ピエゾ抵抗素子２４である第一素子Ｒ１および第三素子Ｒ３には、引張応力が作用する。一方、第二主面２３ｂ側に設けられた半導体ピエゾ抵抗素子２４である第二素子Ｒ２および第四素子Ｒ４には、圧縮応力が作用する。

このように、ダイアフラム２３に圧力測定対象の流体の圧力が作用した場合、第一主面２３ａ側に設けられた第一素子Ｒ１および第三素子Ｒ３と、第二主面２３ｂ側に設けられた第二素子Ｒ２および第四素子Ｒ４とでは、応力作用状態が異なる。よって、この場合、ブリッジ出力電圧Ｖｏが正側にシフトする。

一方、センサチップ２と支持体３との接合箇所にて、両者の熱膨張係数の違いにより熱応力が発生し、これにより、センサチップ２が図１にて上側に凸に変形するような実装応力が発生した場合を想定する。この場合、熱応力すなわち実装応力がセンサチップ２に作用すると、センサチップ２の全体が、上側に凸となるように変形する。

この場合、第一主面２３ａ側と第二主面２３ｂ側との双方にて、引張応力が発生する。このため、第一主面２３ａ側に設けられた半導体ピエゾ抵抗素子２４である第一素子Ｒ１および第三素子Ｒ３には、引張応力が作用する。また、第二主面２３ｂ側に設けられた半導体ピエゾ抵抗素子２４である第二素子Ｒ２および第四素子Ｒ４にも、引張応力が作用する。

このように、実装応力が作用した場合、第一主面２３ａ側に設けられた第一素子Ｒ１および第三素子Ｒ３と、第二主面２３ｂ側に設けられた第二素子Ｒ２および第四素子Ｒ４とで、応力作用状態が同様となる。また、第一素子Ｒ１と第二素子Ｒ２とはダイアフラム２３の外縁から同一距離に配置されており、第三素子Ｒ３と第四素子Ｒ４とはダイアフラム２３の外縁から同一距離に配置されている。よって、この場合、ブリッジ出力電圧Ｖｏはほとんど変化しない。すなわち、実装応力が良好にキャンセルされ得る。

上記の通り、本実施形態の構成においては、半導体ピエゾ抵抗素子２４が、ダイアフラム２３における第一主面２３ａ側および第二主面２３ｂ側にそれぞれ設けられている。このため、ダイアフラム２３に流体圧力が作用した場合と実装応力が作用した場合とで、第一主面２３ａ側および第二主面２３ｂ側のそれぞれに設けられた半導体ピエゾ抵抗素子２４による出力態様を異ならしめることが可能である。

すなわち、本実施形態の構成においては、ダイアフラム２３に流体圧力が作用した場合と実装応力が作用した場合とで、ブリッジ出力電圧Ｖｏの変化態様を異ならしめることが可能である。したがって、上記構成によれば、熱応力あるいはこれに起因する実装応力によるゼロ点オフセットを、より良好に抑制することが可能となる。

（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。故に、上記実施形態に対しては、適宜変更が可能である。以下、代表的な変形例について説明する。

以下の変形例の説明においては、上記実施形態と異なる部分についてのみ説明する。また、上記実施形態と変形例とにおいて、互いに同一または均等である部分には、同一符号が付されている。したがって、以下の変形例の説明において、上記実施形態と同一の符号を有する構成要素に関しては、技術的矛盾または特段の追加説明なき限り、上記実施形態における説明が適宜援用され得る。

実装応力を良好にキャンセルするためには、第一素子Ｒ１と第二素子Ｒ２とで実装応力が同一であり、且つ、第三素子Ｒ３と第四素子Ｒ４とで実装応力が同一であることが望ましい。かかる観点から、第一素子Ｒ１と第二素子Ｒ２との平面視における位置、および、第三素子Ｒ３と第四素子Ｒ４との平面視における位置を、一致させることが好ましい。但し、この場合でも、ダイアフラム２３の厚さに起因して、第一素子Ｒ１と第二素子Ｒ２との間、および、第三素子Ｒ３と第四素子Ｒ４との間で、実装応力に無視できない差が生じる可能性がある。

このため、ダイアフラム２３の厚さに応じ、図５に示されているように、第一素子Ｒ１の図中Ｘ軸方向における位置と、第二素子Ｒ２の図中Ｘ軸方向における位置とに、差を設けることが好ましい場合がある。第三素子Ｒ３および第四素子Ｒ４についても同様である。

ダイアフラム２３の平面視における中心部は、実装応力の影響が最も小さくなる。そこで、図６および図７に示されているように、第一素子Ｒ１、第二素子Ｒ２、第三素子Ｒ３、および第四素子Ｒ４を、ダイアフラム２３の平面視における中心部に配置してもよい。かかる構成によれば、圧力変化を効率よく検出することが可能となる。

本発明の圧力センサ１は、４個の半導体ピエゾ抵抗素子２４によるフルブリッジ構成に限定されない。すなわち、例えば、図８および図９に示されているように、ダイアフラム２３は、第一主面２３ａ側に設けられた第一素子Ｒ１と、第二主面２３ｂ側に設けられた第二素子Ｒ２とによる、一対の半導体ピエゾ抵抗素子２４を有していてもよい。

図８および図９を参照すると、第一素子Ｒ１と第二素子Ｒ２とは、平面視にて重なるように、面内方向について同一形状且つ同一位置に配置されている。具体的には、第一素子Ｒ１および第二素子Ｒ２は、ダイアフラム２３の平面視における中心位置に設けられている。この場合、圧力センサ１は、第一素子Ｒ１と第二素子Ｒ２とによるハーフブリッジ回路を有している。

かかる構成によれば、第一素子Ｒ１および第二素子Ｒ２は、実装応力の影響が最も小さくなる、ダイアフラム２３の平面視における中心部に設けられる。したがって、かかる構成によれば、圧力変化を効率よく検出することが可能となる。

図１０〜図１２を参照すると、第一主面２３ａ側および第二主面２３ｂ側には、それぞれ、４個の半導体ピエゾ抵抗素子２４が設けられていてもよい。すなわち、センサチップ２は、第一素子Ｒ１、第二素子Ｒ２、第三素子Ｒ３、および第四素子Ｒ４に加えて、第五素子Ｒ５と、第六素子Ｒ６と、第七素子Ｒ７と、第八素子Ｒ８とを有していてもよい。

ダイアフラム２３を構成するｎ型エピタキシャル層であるダイアフラム形成層２２は、（１１０）面方位のｐ型単結晶シリコン基板である基板２１上に形成されている。第一素子Ｒ１、第二素子Ｒ２、第三素子Ｒ３、および第四素子Ｒ４の配置は、上記実施形態と同様である。第五素子Ｒ５、第六素子Ｒ６、第七素子Ｒ７、および第八素子Ｒ８は、ダイアフラム２３の平面視における中心部に配置されている。

第五素子Ｒ５および第七素子Ｒ７は、第一主面２３ａ側に設けられている。第六素子Ｒ６および第八素子Ｒ８は、第二主面２３ｂ側に設けられている。第五素子Ｒ５と第六素子Ｒ６とは、平面視にて重なるように、面内方向について同一形状且つ同一位置に配置されている。第七素子Ｒ７と第八素子Ｒ８とは、平面視にて重なるように、面内方向について同一形状且つ同一位置に配置されている。

第五素子Ｒ５および第六素子Ｒ６は、ダイアフラム２３の平面視における中心よりも、図中Ｙ軸方向における一方側に配置されている。第七素子Ｒ７および第八素子Ｒ８は、ダイアフラム２３の平面視における中心よりも、図中Ｙ軸方向における他方側に配置されている。第五素子Ｒ５と第七素子Ｒ７とは、ダイアフラム２３の平面視における中心を挟んで対称に配置されている。第六素子Ｒ６と第八素子Ｒ８とは、ダイアフラム２３の平面視における中心を挟んで対称に配置されている。

図１３を参照すると、圧力センサ１は、第一ブリッジ回路Ｗ１と第二ブリッジ回路Ｗ２とを有している。第一ブリッジ回路Ｗ１と第二ブリッジ回路Ｗ２とは、直流電源Ｂに対して並列に電気接続されている。

第一ブリッジ回路Ｗ１は、第一素子Ｒ１、第三素子Ｒ３、第五素子Ｒ５、および第七素子Ｒ７によって構成されたホイートストンブリッジである。第一素子Ｒ１と第五素子Ｒ５との直列接続体と、第七素子Ｒ７と第三素子Ｒ３との直列接続体は、直流電源Ｂにおける正負極間にて並列に設けられている。

第二ブリッジ回路Ｗ２は、第二素子Ｒ２、第四素子Ｒ４、第六素子Ｒ６、および第八素子Ｒ８によって構成されたホイートストンブリッジである。第二素子Ｒ２と第六素子Ｒ６との直列接続体と、第八素子Ｒ８と第四素子Ｒ４との直列接続体は、直流電源Ｂにおける正負極間にて並列に設けられている。

かかる構成を有する圧力センサ１は、第一ブリッジ出力電圧Ｖ１と第二ブリッジ出力電圧Ｖ２とに基づいて、流体圧力を検出する。第一ブリッジ出力電圧Ｖ１は、第一ブリッジ回路Ｗ１の出力電圧である。第二ブリッジ出力電圧Ｖ２は、第二ブリッジ回路Ｗ２の出力電圧である。具体的には、圧力センサ１は、両者の差であるブリッジ出力電圧ΔＶ＝Ｖ１−Ｖ２に基づいて、流体圧力を検出する。

第一ブリッジ出力電圧Ｖ１は、第一素子Ｒ１と第五素子Ｒ５との直列接続体における中点電位と、第七素子Ｒ７と第三素子Ｒ３との直列接続体における中点電位との電位差である。また、第二ブリッジ出力電圧Ｖ２は、第二素子Ｒ２と第六素子Ｒ６との直列接続体における中点電位と、第八素子Ｒ８と第四素子Ｒ４との直列接続体における中点電位との電位差である。

かかる構成においては、第一ブリッジ出力電圧Ｖ１と第二ブリッジ出力電圧Ｖ２との差であるブリッジ出力電圧ΔＶを用いることで、実装応力の影響が良好にキャンセルされ得る。また、上記実施形態の場合のブリッジ出力電圧Ｖｏよりも、流体圧力に基づく出力が大きくなる。具体的には、ブリッジ出力電圧ΔＶは、上記実施形態の場合のブリッジ出力電圧Ｖｏのほぼ２倍となる。したがって、かかる構成によれば、流体圧力を良好に検出することが可能となる。

なお、第一素子Ｒ１〜第八素子Ｒ８は、図１４に示されているように、互いに電気接続され得る。図１４においては、第一ブリッジ回路Ｗ１は、第一素子Ｒ１、第二素子Ｒ２、第三素子Ｒ３、および第四素子Ｒ４によって構成されたホイートストンブリッジである。一方、第二ブリッジ回路Ｗ２は、第五素子Ｒ５、第六素子Ｒ６、第七素子Ｒ７、および第八素子Ｒ８によって構成されたホイートストンブリッジである。

第一素子Ｒ１と第四素子Ｒ４との直列接続体と、第二素子Ｒ２と第三素子Ｒ３との直列接続体は、直流電源Ｂにおける正負極間にて並列に設けられている。また、第五素子Ｒ５と第八素子Ｒ８との直列接続体と、第六素子Ｒ６と第七素子Ｒ７との直列接続体は、直流電源Ｂにおける正負極間にて並列に設けられている。

かかる構成を有する圧力センサ１は、第一ブリッジ出力電圧Ｖ１と第二ブリッジ出力電圧Ｖ２とに基づいて、流体圧力を検出する。第一ブリッジ出力電圧Ｖ１は、第一ブリッジ回路Ｗ１の出力電圧である。第二ブリッジ出力電圧Ｖ２は、第二ブリッジ回路Ｗ２の出力電圧である。具体的には、圧力センサ１は、両者の差であるブリッジ出力電圧ΔＶ＝Ｖ１−Ｖ２に基づいて、流体圧力を検出する。

第一ブリッジ出力電圧Ｖ１は、第一素子Ｒ１と第四素子Ｒ４との直列接続体における中点電位と、第二素子Ｒ２と第三素子Ｒ３との直列接続体における中点電位との電位差である。第二ブリッジ出力電圧Ｖ２は、第五素子Ｒ５と第八素子Ｒ８との直列接続体における中点電位と、第六素子Ｒ６と第七素子Ｒ７との直列接続体における中点電位との電位差である。

かかる構成においては、第一ブリッジ出力電圧Ｖ１と第二ブリッジ出力電圧Ｖ２との双方にて、実装応力の影響が良好にキャンセルされ得る。また、両者の差であるブリッジ出力電圧ΔＶ＝Ｖ１−Ｖ２を用いることで、上記実施形態の場合のブリッジ出力電圧Ｖｏよりも、流体圧力に基づく出力が大きくなる。具体的には、ブリッジ出力電圧ΔＶは、上記実施形態の場合のブリッジ出力電圧Ｖｏのほぼ２倍となる。したがって、かかる構成によれば、流体圧力を良好に検出することが可能となる。

図１５は、図１０〜図１２の構成において、基板２１を（１００）面方位のｐ型単結晶シリコン基板に変更した場合の、半導体ピエゾ抵抗素子２４の平面視における配置を示す。この場合、図１５に示されているように、第五素子Ｒ５、第六素子Ｒ６、第七素子Ｒ７、および第八素子Ｒ８は、ダイアフラム２３の図中Ｙ軸方向における端部に配置される。

第二主面２３ｂ側に設けられる半導体ピエゾ抵抗素子２４、すなわち、第二素子Ｒ２等は、エピタキシャル成長によるダイアフラム形成層２２の形成途中で設けられ得る。すなわち、第二素子Ｒ２等は、埋め込みエピタキシャル抵抗として形成され得る。この場合、図１６に示されているように、ダイアフラム２３の下方には、基板２１の薄層が設けられる。すなわち、この場合、ダイアフラム形成孔２１ｃは、非貫通孔として形成される。

半導体ピエゾ抵抗素子２４は、ダイアフラム形成層２２上に設けられた多結晶シリコン層であってもよい。この場合、図１７に示されているように、半導体ピエゾ抵抗素子２４は、ダイアフラム形成層２２すなわちダイアフラム２３における第一主面２３ａから、半導体ピエゾ抵抗素子２４の膜厚分、厚さ方向に凸設される。

その他、圧力センサ１の製造方法については、特段の限定はない。

上記実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に本発明が限定されることはない。

同様に、構成要素等の形状、方向、位置関係等が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に特定の形状、方向、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、方向、位置関係等に本発明が限定されることはない。各部を構成する材料についても、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の材料に限定される場合等を除き、特段の限定はない。

変形例も、上記の例示に限定されない。すなわち、例えば、複数の変形例が、互いに組み合わされ得る。

１ 圧力センサ
２ センサチップ
２１ 基板
２１ｃ ダイアフラム形成孔
２２ ダイアフラム形成層
２３ ダイアフラム
２３ａ 第一主面
２３ｂ 第二主面
２４ 半導体ピエゾ抵抗素子
３ 支持体

Claims (4)

1. 圧力センサ（１）であって、
   厚さ方向と直交する一対の主面である第一主面（２３ａ）および第二主面（２３ｂ）を有する薄板状に形成されたダイアフラム（２３）と、前記ダイアフラムに設けられた半導体ピエゾ抵抗素子（２４）とを有するセンサチップ（２）と、
   前記センサチップと接合された支持体（３）と、
   を備え、
   前記半導体ピエゾ抵抗素子は、前記ダイアフラムにおける前記第一主面側および前記第二主面側にそれぞれ設けられた、
   圧力センサ。
2. 前記センサチップは、
   前記ダイアフラムに向かって前記厚さ方向に凹設されるとともに前記厚さ方向と直交する面内方向について前記ダイアフラムに対応する位置に配置されたダイアフラム形成孔（２１ｃ）を有する基板（２１）と、
   前記基板の表面（２１ａ）上に設けられた半導体層であるダイアフラム形成層（２２）と、
   を備え、
   前記ダイアフラムは、前記ダイアフラム形成層における前記ダイアフラム形成孔に対向する部分によって形成され、
   前記基板の裏面（２１ｂ）が前記支持体と接合された、
   請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記半導体ピエゾ抵抗素子は、前記ダイアフラム形成層内に設けられた拡散抵抗である、
   請求項２に記載の圧力センサ。
4. 前記半導体ピエゾ抵抗素子は、前記ダイアフラム形成層上に設けられた多結晶シリコン層である、
   請求項２に記載の圧力センサ。

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