JP2023161340A - 半導体圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】圧力に対する出力電圧のばらつきを抑制できる半導体圧力センサを提供する。【解決手段】半導体圧力センサ１は、第１シリコン基板２及び第２シリコン基板３を備え、第２シリコン基板３の主面２ｂには、凹部１０が形成されており、凹部１０には、第１シリコン基板２に向かって突出した支持部１１が形成されており、支持部１１は、矩形枠状に配置された４つの辺部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを有しており、凹部１０と第１シリコン基板２との間には、支持部１１よりも内側に配置された内側キャビティ５と、支持部１１よりも外側に配置された外側キャビティ７と、が形成されており、第１シリコン基板２の主面２ａには、ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが形成されており、ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは、第１シリコン基板２の法線方向に見たとき、支持部１１と重なる位置又はその付近に配置されている。【選択図】図１

Description

本開示は、半導体圧力センサに関するものである。

特許文献１には、半導体圧力センサが記載されている。この半導体圧力センサは、シリコン基板を有している。シリコン基板の表面には、複数のピエゾ抵抗が形成されている。シリコン基板の裏面には、凹部が形成されている。シリコン基板のうち厚みの少ない部分は、ダイヤフラムとなる。少なくとも一部のピエゾ抵抗は、ダイヤフラムに形成されている。

特開２００９－１３９２５８号公報

ピエゾ抵抗素子の形成工程、及びダイヤフラムの形成工程のそれぞれには、露光プロセスが用いられる。このため、ピエゾ抵抗素子とダイヤフラムとの間には、各工程の露光プロセスにおけるアライメント精度に起因して、相対的な位置ずれが生じ得る。したがって、圧力に対する出力電圧にばらつきが生じてしまうという課題があった。

本開示は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、圧力に対する出力電圧のばらつきを抑制できる半導体圧力センサを提供することを目的とする。

本開示に係る半導体圧力センサは、第１シリコン基板及び第２シリコン基板を備え、前記第１シリコン基板の一方の主面と、前記第２シリコン基板の一方の主面とは、互いに接合されており、前記第２シリコン基板の前記一方の主面には、凹部が形成されており、前記第１シリコン基板は、前記凹部と対向するダイヤフラムを有しており、前記凹部には、前記第１シリコン基板に向かって突出した支持部が形成されており、前記支持部は、矩形枠状に配置された４つの辺部を有しており、前記支持部の突出端面は、前記第１シリコン基板の前記一方の主面と接合されており、前記凹部と前記第１シリコン基板との間には、前記支持部よりも内側に配置された内側キャビティと、前記支持部よりも外側に配置された外側キャビティと、が形成されており、前記第１シリコン基板の他方の主面には、ピエゾ抵抗素子が形成されており、前記ピエゾ抵抗素子は、前記第１シリコン基板の法線方向に見たとき、前記支持部と重なる位置又はその付近に配置されている。

本開示によれば、圧力に対する出力電圧のばらつきを抑制することができる。

実施の形態１に係る半導体圧力センサの構成を示す平面図である。 図１のＩＩ－ＩＩ断面を示す模式図である。 実施の形態１に係る半導体圧力センサの電気回路の要部を示す図である。 実施の形態１の比較例に係る半導体圧力センサの構成を示す平面図である。 図４のＡ－Ａ線上の第１シリコン基板に生じる相対ひずみの分布を示すグラフである。 実施の形態１に係る半導体圧力センサのダイヤフラムに生じる相対ひずみの分布を示すグラフである。 実施の形態１に係る半導体圧力センサのダイヤフラムに生じる相対ひずみの分布の別の例を示すグラフである。 実施の形態１に係る半導体圧力センサのダイヤフラムに生じる相対ひずみの分布のさらに別の例を示すグラフである。 実施の形態１において、ピエゾ抵抗素子に位置ずれが生じた場合の半導体圧力センサの構成を示す平面図である。 実施の形態１に係る半導体圧力センサにおける支持部の幅と出力電圧変化率との関係を示すグラフである。 実施の形態１の変形例１に係る半導体圧力センサの構成を示す平面図である。 実施の形態１の変形例２に係る半導体圧力センサの断面構成を示す模式図である。 実施の形態１の変形例３に係る半導体圧力センサの断面構成を示す模式図である。

実施の形態１．
実施の形態１に係る半導体圧力センサについて説明する。図１は、本実施の形態に係る半導体圧力センサの構成を示す平面図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ断面を示す模式図である。図２の上下方向は、第１シリコン基板２及び第２シリコン基板３のそれぞれの厚さ方向、すなわち第１シリコン基板２及び第２シリコン基板３のそれぞれの法線方向を表している。

図１及び図２に示すように、半導体圧力センサ１は、第１シリコン基板２及び第２シリコン基板３を有している。第１シリコン基板２の一方の主面２ｂと、第２シリコン基板３の一方の主面３ａとは、互いに向かい合っている。第１シリコン基板２の主面２ｂと、第２シリコン基板３の主面３ａとは、互いに接合されている。

第１シリコン基板２の他方の主面２ａには、複数のピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが形成されている。主面２ａは、検出対象の圧力を受ける面である。第１シリコン基板２は、単結晶シリコン基板により形成されている。第１シリコン基板２の厚さは、第２シリコン基板３の厚さよりも薄くなっている。ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは、同じ特性を有している。

第２シリコン基板３は、単結晶シリコン基板により形成されている。第２シリコン基板３の主面３ａには、凹部１０が形成されている。凹部１０は、第１シリコン基板２の法線方向に見た平面視において、矩形状に形成されている。凹部１０は、主面３ａ側から第２シリコン基板３の厚さ方向への異方性エッチングにより形成されている。このため、凹部１０は、矩形状の断面を有している。

凹部１０の内部には、矩形枠状の支持部１１が形成されている。支持部１１は、凹部１０の底面１０ａから第１シリコン基板２に向かって突出している。支持部１１は、異方性エッチングにより凹部１０の形成と同時に形成されている。このため、支持部１１は、矩形状の断面を有している。支持部１１は、突出方向先端部に突出端面１１ａを有している。突出端面１１ａは、全周にわたって第１シリコン基板２の主面２ｂと接合されている。

支持部１１は、第１辺部１２ａ、第２辺部１２ｂ、第３辺部１２ｃ及び第４辺部１２ｄを有している。第１辺部１２ａ、第２辺部１２ｂ、第３辺部１２ｃ及び第４辺部１２ｄは、矩形枠状に配置されている。第１辺部１２ａ、第２辺部１２ｂ、第３辺部１２ｃ及び第４辺部１２ｄは、いずれも平面視において直線状に形成されている。第１辺部１２ａ及び第３辺部１２ｃは、互いに対向している。第１辺部１２ａ及び第３辺部１２ｃは、図１の横方向に延伸している。第１辺部１２ａの幅と第３辺部１２ｃの幅とは同等である。

第２辺部１２ｂ及び第４辺部１２ｄは、互いに対向している。第２辺部１２ｂ及び第４辺部１２ｄは、図１の縦方向に延伸している。第１辺部１２ａ及び第３辺部１２ｃの延伸方向と、第２辺部１２ｂ及び第４辺部１２ｄの延伸方向とは、互いに直交している。第２辺部１２ｂの幅と第４辺部１２ｄの幅とは同等である。第１辺部１２ａ、第２辺部１２ｂ、第３辺部１２ｃ及び第４辺部１２ｄは、平面視において正方形状に形成されている。

第２シリコン基板３の主面３ａには、シリコン酸化膜４が形成されている。第１シリコン基板２の主面２ｂと、第２シリコン基板３の主面３ａとは、シリコン酸化膜４を介して接合されている。シリコン酸化膜４は、凹部１０の底面１０ａ及び支持部１１の突出端面１１ａにも形成されている。支持部１１の突出端面１１ａと、第１シリコン基板２の主面２ｂとは、シリコン酸化膜４を介して接合されている。

凹部１０と第１シリコン基板２との間には、空間が形成されている。この空間は、支持部１１によって内側キャビティ５と外側キャビティ７とに仕切られている。内側キャビティ５は、支持部１１よりも内側に形成されている。内側キャビティ５は、平面視において凹部１０の中央部に位置している。

外側キャビティ７は、支持部１１よりも外側に形成されている。外側キャビティ７は、平面視において凹部１０の外周部に位置している。外側キャビティ７は、内側キャビティ５の周囲を囲むように配置されている。内側キャビティ５及び外側キャビティ７はいずれも、大気圧よりも圧力の低い真空状態に維持されている。内側キャビティ５の圧力及び外側キャビティ７の圧力は、同等である。

第１シリコン基板２は、ダイヤフラム８を有している。ダイヤフラム８は、第１シリコン基板２のうち、第２シリコン基板３の凹部１０と対向する部分である。ダイヤフラム８は、検出対象の圧力に応じて変形する受圧部である。ダイヤフラム８には、受けた圧力に応じてひずみが生じる。ダイヤフラム８の大きさ及び厚さによって、ひずみの程度、すなわち感圧特性が決定される。本実施の形態の構成では、第１シリコン基板２の厚さがダイヤフラム８の厚さとなる。ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは、ダイヤフラム８に形成されている。

第１辺部１２ａ、第２辺部１２ｂ、第３辺部１２ｃ及び第４辺部１２ｄのそれぞれは、内壁面１２ｅと外壁面１２ｆとを有している。内壁面１２ｅは、内側キャビティ５側を向いている。外壁面１２ｆは、外側キャビティ７側を向いている。

ピエゾ抵抗素子６ｂ及びピエゾ抵抗素子６ｄは、互いに対向している。ピエゾ抵抗素子６ｂ及びピエゾ抵抗素子６ｄは、第２辺部１２ｂ及び第４辺部１２ｄが対向する方向に沿って並列している。ピエゾ抵抗素子６ｂ及びピエゾ抵抗素子６ｄのそれぞれの中心部同士の距離は、Ｄ１である。第２辺部１２ｂ及び第４辺部１２ｄのそれぞれの内壁面１２ｅ同士の距離は、Ｄ２である。第２辺部１２ｂ及び第４辺部１２ｄのそれぞれの外壁面１２ｆ同士の距離は、Ｄ３である。このとき、距離Ｄ１、距離Ｄ２及び距離Ｄ３は、Ｄ２≦Ｄ１≦Ｄ３の関係を満たしている。

本実施の形態では、距離Ｄ１は、第２辺部１２ｂ及び第４辺部１２ｄのそれぞれの幅方向中心部同士の距離（（Ｄ２＋Ｄ３）／２）と等しい。すなわち、距離Ｄ１、距離Ｄ２及び距離Ｄ３は、Ｄ１＝（Ｄ２＋Ｄ３）／２の関係を満たしている。

ピエゾ抵抗素子６ａ及びピエゾ抵抗素子６ｃは、互いに対向している。ピエゾ抵抗素子６ａ及びピエゾ抵抗素子６ｃは、第１辺部１２ａ及び第３辺部１２ｃが対向する方向に沿って並列している。ピエゾ抵抗素子６ａ及びピエゾ抵抗素子６ｃのそれぞれの中心部同士の距離は、Ｄ４である。第１辺部１２ａ及び第３辺部１２ｃのそれぞれの内壁面１２ｅ同士の距離は、Ｄ５である。第１辺部１２ａ及び第３辺部１２ｃのそれぞれの外壁面１２ｆ同士の距離は、Ｄ６である。このとき、距離Ｄ４、距離Ｄ５及び距離Ｄ６は、Ｄ５≦Ｄ４≦Ｄ６の関係を満たしている。

本実施の形態では、距離Ｄ４は、第１辺部１２ａ及び第３辺部１２ｃのそれぞれの幅方向中心部同士の距離（（Ｄ５＋Ｄ６）／２）と等しい。すなわち、距離Ｄ４、距離Ｄ５及び距離Ｄ６は、Ｄ４＝（Ｄ５＋Ｄ６）／２の関係を満たしている。

ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄはいずれも、支持部１１と接合される領域付近のダイヤフラム８上に配置されている。すなわち、ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄのそれぞれは、第１シリコン基板２の法線方向に見たとき、支持部１１と重なる位置又はその付近に配置されている。ピエゾ抵抗素子６ａは、第１辺部１２ａと重なる位置又はその付近に配置されている。ピエゾ抵抗素子６ｂは、第２辺部１２ｂと重なる位置又はその付近に配置されている。ピエゾ抵抗素子６ｃは、第３辺部１２ｃと重なる位置又はその付近に配置されている。ピエゾ抵抗素子６ｄは、第４辺部１２ｄと重なる位置又はその付近に配置されている。

ダイヤフラム８は、第１ダイヤフラム８ａと、第２ダイヤフラム８ｂと、を有している。第１ダイヤフラム８ａは、ダイヤフラム８のうち、内側キャビティ５と対向する部分である。第２ダイヤフラム８ｂは、ダイヤフラム８のうち、外側キャビティ７と対向する部分である。

以上のような構成において、第１シリコン基板２の主面２ａに検出対象の圧力が加えられると、第１ダイヤフラム８ａには、検出対象の圧力と内側キャビティ５の圧力との差圧に応じてひずみが生じる。第２ダイヤフラム８ｂには、検出対象の圧力と外側キャビティ７の圧力との差圧に応じてひずみが生じる。第１ダイヤフラム８ａ及び第２ダイヤフラム８ｂにひずみが生じると、ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄのそれぞれが形成されている領域にもひずみが生じる。ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄのそれぞれの抵抗値は、各領域のひずみに応じて変化する。ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの抵抗値は、電気信号に変換されて出力される。出力された電気信号は、拡散配線層及び金属配線を介して金属電極パッドから外部に取り出される。

図３は、本実施の形態に係る半導体圧力センサの電気回路の要部を示す図である。図３に示すように、ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは、ホイートストンブリッジをなすように接続されている。ピエゾ抵抗素子６ａの抵抗値はＲ１である。ピエゾ抵抗素子６ｂの抵抗値はＲ２である。ピエゾ抵抗素子６ｃの抵抗値はＲ３である。ピエゾ抵抗素子６ｄの抵抗値はＲ４である。

各ピエゾ抵抗素子の抵抗値とダイヤフラムのひずみ量との関係は、抵抗値をＲとし、ひずみ量をεとし、ひずみによる抵抗値の変化量をΔＲとし、ピエゾ抵抗素子のゲージ率をＫｓとすると、式（１）によって表される。ゲージ率は、ピエゾ抵抗素子の材料によって決まる定数である。
ΔＲ／Ｒ＝Ｋｓ・ε ・・・（１）

ピエゾ抵抗素子６ａ及びピエゾ抵抗素子６ｃは、互いに対称となる位置に配置されている。ピエゾ抵抗素子６ｂ及びピエゾ抵抗素子６ｄは、互いに対称となる位置に配置されている。抵抗値Ｒ１の変化量及び抵抗値Ｒ３の変化量が等しく、抵抗値Ｒ２の変化量及び抵抗値Ｒ４の変化量が等しく、ホイートストンブリッジに入力される電圧をＶｉｎとすると、ＶｂとＶａとの間の出力電圧Ｖｏｕｔは、式（２）によって表される。
Ｖｏｕｔ＝（Ｒ１・Ｒ３－Ｒ２・Ｒ４）／（（Ｒ１＋Ｒ２）（Ｒ３＋Ｒ４））・Ｖｉｎ ・・・（２）

抵抗値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４が全て同じ値であるとき、Ｖｏｕｔ＝０となる。各抵抗値が変化してバランスが崩れると、Ｖｏｕｔ≠０となる。ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの全てにひずみゲージが用いられており、ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄのそれぞれのゲージ率が同じであるとすると、出力電圧Ｖｏｕｔは、式（３）によって表される。
Ｖｏｕｔ＝Ｋｓ／４・（ε１－ε２＋ε３－ε４）・Ｖｉｎ ・・・（３）

図４は、本実施の形態の比較例に係る半導体圧力センサの構成を示す平面図である。図４に示すように、本比較例における凹部１０の内部には、キャビティ５ａが形成されている。凹部１０の内部には、枠状の支持部１１が形成されていない。凹部１０の外側には、支持部１３が形成されている。

図５は、図４のＡ－Ａ線上の第１シリコン基板に生じる相対ひずみの分布を示すグラフである。横軸は位置を表している。位置は、キャビティ５ａの中心からの距離［μｍ］によって表されている。横軸において、２００μｍ以下の範囲は、ダイヤフラムとなる領域を表している。縦軸は、相対ひずみ（ε／εｍａｘ）を表している。相対ひずみは、最大ひずみ量を１としてひずみ量を無次元化した値である。

図５に示すように、第１シリコン基板に生じる相対ひずみは、ダイヤフラムの外周端において最大になる。相対ひずみは、ダイヤフラムの外周端から内側方向に遠ざかると減少し、ダイヤフラムの外周端から外側方向に遠ざかっても減少する。ダイヤフラムの外周端から外側に１０μｍ離れた位置では、相対ひずみは約０．６５となる。各ピエゾ抵抗素子の基準位置は、相対ひずみが最大となる位置に設定される。基準位置とは、設計上の目標位置のことである。相対ひずみが最大となる位置は、ダイヤフラムの位置によって決まる。このため、各ピエゾ抵抗素子の基準位置は、ダイヤフラムの位置に対して相対的に定まる。

ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの形成工程及び凹部１０の形成工程のそれぞれには、露光プロセスが含まれる。ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄには、各露光プロセスにおけるアライメント精度に起因して、ダイヤフラムの位置に対して位置ずれが生じ得る。ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに位置ずれが生じると、各ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが実際に形成される位置は基準位置からずれる。

各ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが基準位置から図４中の横方向に５μｍずれた位置に形成された場合、式（３）によると、出力電圧は１．２％減少する。同様に、各ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが図４中の縦方向に５μｍずれた位置に形成された場合、出力電圧は１．２％減少する。各ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが図４中の斜め方向に５μｍずれた位置に形成された場合、出力電圧は２．３％減少する。

ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの位置ずれによって出力電圧が変化する要因は、ダイヤフラムに生じるひずみ量が位置によって異なることである。比較例の構成では、ダイヤフラムの外周端にひずみが集中している。このため、各ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの位置が基準位置からずれると、ひずみ量が大きく変化する。ピエゾ抵抗素子の位置がずれたとしてもひずみ量の変化を小さくするためには、ひずみが集中する領域を拡大し、ひずみを均一化することが有効である。

図６は、本実施の形態に係る半導体圧力センサのダイヤフラムに生じる相対ひずみの分布を示すグラフである。図６には、支持部１１の辺部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄのうちの１つの辺部の幅方向におけるダイヤフラム８のひずみ分布が示されている。横軸は位置を表している。位置は、支持部１１の外側に向かう方向を正とした場合の辺部の幅方向中心部からの距離［μｍ］によって表されている。縦軸は、相対ひずみ（ε／εｍａｘ）を表している。第１シリコン基板２の主面２ａには、圧力が加えられている。

ここで、内側キャビティ５の縦幅及び横幅はいずれも２００μｍであり、外側キャビティ７の幅は１５０μｍである。支持部１１の幅、すなわち支持部１１の各辺部の幅は３６μｍである。図６の横軸において、－１８μｍ以上１８μｍ以下の範囲は、支持部１１と重なる領域である。－１８μｍよりも小さい範囲は、第１ダイヤフラム８ａの領域である。１８μｍよりも大きい範囲は、第２ダイヤフラム８ｂの領域である。図６に示すように、ひずみが集中する領域は、支持部１１の辺部の幅方向中心部よりも内側及び外側の両方に形成されている。支持部１１と接合される領域付近では、ダイヤフラム８に生じるひずみが均一化されている。相対ひずみは、辺部の幅方向中心部を中心とした±２０μｍの範囲の全域において、０．８以上である。

ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄのそれぞれの基準位置は、支持部１１の対応する辺部における幅方向及び延伸方向の中心部に設定される。各ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが基準位置から図１の横方向に５μｍずれた位置に配置された場合、式（３）によると、出力電圧は１．０％増加する。各ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが基準位置から図１の縦方向に５μｍずれた位置に配置された場合、出力電圧は０．４％増加する。各ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが基準位置から図１の斜め方向に５μｍずれた位置に配置された場合、出力電圧は１．４％増加する。

本実施の形態では、ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄのそれぞれの基準位置の周囲におけるひずみ変化が、比較例よりも小さくなる。このため、ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄのそれぞれに位置ずれが生じたとしても、圧力に対する出力電圧のばらつきを抑制することができる。

本実施の形態では、凹部１０の内部に矩形枠状の支持部１１が形成されているため、全体的なひずみの大きさが比較例よりも小さくなる。ひずみの大きさを増加させてＳ／Ｎ比を大きくするためには、ダイヤフラム８の厚さを薄くするか、又は、第１ダイヤフラム８ａ及び第２ダイヤフラム８ｂの幅を広くすることが有効である。

図７は、本実施の形態に係る半導体圧力センサのダイヤフラムに生じる相対ひずみの分布の別の例を示すグラフである。図７には、支持部１１の幅が３２μｍであるときのひずみ分布が示されている。図７の横軸及び縦軸は、図６と同様である。図７の横軸において、－１６μｍ以上１６μｍ以下の範囲は、支持部１１と重なる領域である。－１６μｍよりも小さい範囲は、第１ダイヤフラム８ａの領域である。１６μｍよりも大きい範囲は、第２ダイヤフラム８ｂの領域である。

図７に示すように、支持部１１上では、辺部の幅方向中心部よりも内側に生じたひずみと、辺部の幅方向中心部よりも外側に生じたひずみと、が重なり合っている。つまり、辺部の幅方向中心部よりも内側にピークを有するひずみ分布と、辺部の幅方向中心部よりも外側にピークを有するひずみ分布と、が支持部１１上で重なり合っている。

図６のグラフでは、辺部の幅方向中心部での相対ひずみが約０．８であるのに対し、図７のグラフでは、辺部の幅方向中心部での相対ひずみが約０．９に増加している。このように、支持部１１の辺部の幅を狭くすることにより、辺部の幅方向中心部よりも内側に生じたひずみと、辺部の幅方向中心部よりも外側に生じたひずみと、が重なり合うため、支持部１１と接合される領域付近でのひずみの均一性がさらに向上する。相対ひずみは、辺部の幅方向中心部を中心とした±２０μｍの範囲の全域において、０．８５以上である。

ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄのそれぞれの基準位置は、支持部１１の対応する辺部における幅方向及び延伸方向の中心部に設定される。各ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが基準位置から図１の横方向に５μｍずれた位置に配置された場合、出力電圧の変化率は０．４％である。各ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが基準位置から図１の縦方向に５μｍずれた位置に配置された場合、出力電圧の変化率は０％である。各ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが基準位置から図１の斜め方向に５μｍずれた位置に配置された場合、出力電圧の変化率は０．４％である。これにより、ピエゾ抵抗素子の位置ずれによる出力電圧のばらつきをさらに抑制できることが分かる。

支持部１１と接合される領域付近でのひずみの均一性をさらに高めるためには、辺部の幅方向中心部近傍において、当該中心部よりも外側に生じるひずみの大きさと、当該中心部よりも内側に生じるひずみの大きさと、が同等であることが好ましい。このようなひずみ分布を得るためには、外側キャビティ７の幅と内側キャビティ５の幅との関係を適切に設計する必要がある。

例えば、図７では、第２ダイヤフラム８ｂ側の相対ひずみのピークが１であり、第１ダイヤフラム８ａ側の相対ひずみのピークが約０．９５である。すなわち、辺部の幅方向中心部よりも外側に生じるひずみの大きさのピークは、当該中心部よりも内側に生じるひずみの大きさのピークよりも大きくなっている。この場合、内側キャビティ５の幅を増加させるか、あるいは外側キャビティ７の幅を減少させるのが有効である。これにより、辺部の幅方向中心部近傍において、当該中心部よりも外側に生じるひずみの大きさのピークと、当該中心部よりも内側に生じるひずみの大きさのピークと、を同等にすることができる。

本実施の形態では、各ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの基準位置は、支持部１１の各辺部における幅方向及び延伸方向の中心部に配置されることが望ましい。これにより、各ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの位置が基準位置から図１の上下方向又は左右方向にずれた場合においても、出力電圧の変化率を小さくすることができる。

また、支持部１１の各辺部の幅は、各ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄのサイズと、各ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの位置公差と、の和と同等以上であるのが望ましい。これにより、各ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを確実に支持部１１上の領域に形成することができるため、位置ずれによる出力電圧のばらつきをさらに抑制することができる。

図８は、本実施の形態に係る半導体圧力センサのダイヤフラムに生じる相対ひずみの分布のさらに別の例を示すグラフである。図８には、支持部１１の幅が２９μｍであるときのひずみ分布が示されている。図８の横軸及び縦軸は、図６と同様である。図８の横軸において、－１４．５μｍ以上１４．５μｍ以下の範囲は、支持部１１と重なる領域である。－１４．５μｍよりも小さい範囲は、第１ダイヤフラム８ａの領域である。１４．５μｍよりも大きい範囲は、第２ダイヤフラム８ｂの領域である。

図８に示すように、相対ひずみは、支持部１１上の全ての領域において０．９５以上となっている。すなわち、支持部１１の幅が２９μｍのときには、支持部１１上の領域において、ひずみの大きさが同等となり、ひずみが均一になる。本実施の形態では、支持部１１の幅が２９μｍのとき、ひずみの均一性が最も高くなった。相対ひずみは、辺部の幅方向中心部を中心とした±２０μｍの範囲の全域において、０．８５以上である。

支持部１１の幅が２９μｍであり、各ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの位置公差が±５μｍである場合、各ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄのサイズが１９μｍ以下であれば、位置ずれが生じたとしても各ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを確実に支持部１１上の領域に配置することができる。このため、出力電圧のばらつきをさらに抑制できる。

図９は、本実施の形態において、ピエゾ抵抗素子に位置ずれが生じた場合の半導体圧力センサの構成を示す平面図である。図９に示すように、ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄには、ダイヤフラムの位置に対して位置ずれが生じている。ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄのそれぞれは、第１シリコン基板２の法線方向に見たとき支持部１１と重なっていない。ただし、ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄのそれぞれは、支持部１１と接合される領域付近に配置されている。このように、本実施の形態では、支持部１１が設けられているため、図９に示すようにピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに位置ずれが生じても、出力電圧のばらつきを抑制することができる。

ピエゾ抵抗素子の形成工程において、ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの位置は、同一の露光プロセスにより同時に決められる。このため、ダイヤフラムの位置に対してピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに位置ずれが生じたとしても、ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ同士の相対的な位置関係は維持される。したがって、図９の距離Ｄ１は図１の距離Ｄ１と同一であり、図９の距離Ｄ４は図１の距離Ｄ４と同一である。

各ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは、１素子により構成されていてもよいし、直列又は並列に配置された複数素子により構成されていてもよい。また、各ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは、互いに異なる形状を有していてもよい。各ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの形状は、適切に設計されることが好ましい。

図１０は、本実施の形態に係る半導体圧力センサにおける支持部の幅と出力電圧変化率との関係を示すグラフである。横軸は、支持部１１の各辺部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの幅［μｍ］を表している。縦軸は、出力電圧変化率（％）を表している。グラフ中の四角印は、各ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが基準位置から図１の横方向に５μｍずれた場合の出力電圧変化率を表している。グラフ中の丸印は、各ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが基準位置から図１の縦方向に５μｍずれた場合の出力電圧変化率を表している。グラフ中の三角印は、各ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが基準位置から図１の斜め方向に５μｍずれた場合の出力電圧変化率を表している。各ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの基準位置は、支持部１１の対応する辺部における幅方向及び延伸方向の中心部である。

図１０に示すように、出力電圧変化率は、支持部１１の幅に対して一次関数的に変化することが分かった。各ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが斜め方向にずれた場合の出力電圧変化率は、各ピエゾ抵抗素子が縦方向にずれた場合の出力電圧変化率と、各ピエゾ抵抗素子が横方向にずれた場合の出力電圧変化率と、の和になった。

また、出力電圧変化率が０になる支持部１１の幅は、縦方向にずれた場合と横方向にずれた場合とで異なることが分かった。横方向の位置ずれに影響を受けるピエゾ抵抗素子６ｂ及びピエゾ抵抗素子６ｄは、それぞれ第２辺部１２ｂ及び第４辺部１２ｄと重なって配置されている。縦方向の位置ずれに影響を受けるピエゾ抵抗素子６ａ及びピエゾ抵抗素子６ｃは、それぞれ第１辺部１２ａ及び第３辺部１２ｃと重なって配置されている。本実施の形態では、第２辺部１２ｂ及び第４辺部１２ｄのそれぞれの幅を２９μｍとし、第１辺部１２ａ及び第３辺部１２ｃのそれぞれの幅を３２μｍとしたときに、出力電圧変化率が最も小さくなることが分かった。このように、支持部１１の第１辺部１２ａ、第２辺部１２ｂ、第３辺部１２ｃ及び第４辺部１２ｄのそれぞれの幅は、互いに異なっていてもよい。ただし、互いに対向する２つの辺部の幅は、同等であるのが望ましい。

次に、半導体圧力センサ１の製造方法について簡単に説明する。ここで、半導体圧力センサ１は、平面視において１辺が１．０～１．６ｍｍ程度の正方形状の形状を有する。第１ダイヤフラム８ａは、平面視において１辺が２００μｍ程度の正方形状の形状を有する。

まず、第２シリコン基板３の主面３ａに、エッチングにより凹部１０を形成する。内側キャビティ５及び外側キャビティ７の形状、つまりダイヤフラム８の形状を精度良く形成するためには、ボッシュプロセスを利用した誘導結合型の反応性イオンエッチング（ＩＣＰ－ＲＩＥ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ－Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）を用いることが好ましい。ただし、エッチング方法はこれに限定されるものではなく、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、テトラメチル水酸化アンモニウム（ＴＭＡＨ：ＴｅｔｒａＭｅｔｈｙｌＡｍｍｏｎｉｕｍ Ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）等のエッチング液を用いたウェット異方性エッチングを用いてもよい。

凹部１０の深さは、内側キャビティ５及び外側キャビティ７のそれぞれの容積に関わる。水素圧用の半導体圧力センサ１の場合には、水素等の何らかのガスが侵入すると、内側キャビティ５及び外側キャビティ７のそれぞれの内圧が変化しやすい。このため、ガスが侵入したとしても内圧の変化を小さく抑えるという観点からは、内側キャビティ５及び外側キャビティ７のそれぞれの容積は大きい方が好ましい。したがって、水素圧用の半導体圧力センサ１の場合には、凹部１０の深さを可能な限り深くする方がよい。凹部１０の深さが深くなると、内側キャビティ５及び外側キャビティ７のそれぞれの容積が増加する。このため、水素ガスの侵入による内側キャビティ５及び外側キャビティ７のそれぞれの内圧変化を小さくすることができ、これによりセンサ出力の変動を小さくすることができる。

一方、凹部１０の深さを浅くした場合、エッチング工程における加工負荷を低減できるとともに、第２シリコン基板３の機械的強度の低下を抑えることができる。大気圧用の半導体圧力センサ１の場合、ガスが侵入したとしても、内側キャビティ５及び外側キャビティ７のそれぞれには内圧の変化が生じにくい。このため、大気圧用の半導体圧力センサ１の場合には、凹部１０の深さを浅くしてもよい。本実施の形態では、内側キャビティ５及び外側キャビティ７のいずれにおいても凹部１０の深さを５０μｍとしたが、凹部１０の深さは自由に設定することができる。

次に、第２シリコン基板３の主面３ａに、熱酸化によってシリコン酸化膜４を形成する。シリコン酸化膜４は、凹部１０及び支持部１１のそれぞれの表面にも形成される。一般的に、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハでは、ウエハ接合面に厚さ０．１μｍ～１μｍの酸化膜が用いられる。水素圧用の半導体圧力センサ１の場合、シリコン酸化膜４の厚さが厚いほど、水素等のガスが透過する経路の経路断面積が増大し、外側キャビティ７及び内側キャビティ５の内部にガスが侵入しやすくなる。一方、シリコン酸化膜４の厚さが薄いと、水素圧用及び大気圧用に関わらず、接合の面内均一性が低下する可能性がある。

本実施の形態では、シリコン酸化膜４の厚さを０．５μｍとした。シリコン酸化膜４の厚さは特に限定されず、一般的なＳＯＩウエハに用いられる酸化膜の厚さとすればよい。本実施の形態では、第２シリコン基板３の主面３ａにシリコン酸化膜４を形成しているが、第１シリコン基板２の主面２ｂにシリコン酸化膜４を形成してもよい。

次に、第２シリコン基板３の主面３ａと第１シリコン基板２の主面２ｂとを、シリコン酸化膜４を介して真空中で接合する。これにより、内側キャビティ５及び外側キャビティ７が形成される。第２シリコン基板３と第１シリコン基板２との接合は、１１００℃程度の高温の酸化雰囲気中において行われるのが好ましい。ただし、凹部１０の面積がウエハ全体の面積に占める割合によっては、接合強度をさらに向上させるために、酸化雰囲気の温度を１２００℃程度まで上げてもよい。

第１シリコン基板２の一部はダイヤフラム８となる。このため、第２シリコン基板３と第１シリコン基板２とが接合された後、測定対象の圧力範囲に応じて、第１シリコン基板２の厚さが調整される。具体的には、第１シリコン基板２の主面２ａ全体に研削及び研磨を施し、第１シリコン基板２の厚さが調整される。これにより、ダイヤフラム８の厚さは、測定対象の圧力範囲に応じて、適切な厚さに調整される。

次に、第１シリコン基板２の主面２ａにピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを形成する。ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄのそれぞれは、第１ダイヤフラム８ａの外縁部、すなわち、ダイヤフラム８のうち支持部１１と接合される領域に形成される。ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄのそれぞれは、ボロンなどの不純物のイオン注入、及びその後の熱処理等により形成される。さらに、イオン注入及びその後の熱処理によって拡散配線層を形成する。その後、スパッタリング又は電子ビーム蒸着等の方法を用いてＡｌ、Ａｌ－Ｓｉ、Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ等の金属膜を成膜し、金属配線層及び金属電極パッドを形成する。

以上の工程により、ウエハには、複数の半導体圧力センサ１が同時に形成される。その後、ダイシング工程によって各半導体圧力センサ１が切り離される。

次に、本実施の形態の変形例について説明する。図１１は、本実施の形態の変形例１に係る半導体圧力センサの構成を示す平面図である。図１１に示すように、支持部１１は、第１シリコン基板２の法線方向に見たとき、４つの角部を有している。４つの角部のそれぞれには、面取り部１１ｂが形成されている。面取り部１１ｂは、支持部１１の高さ方向の全体にわたって形成されている。面取り部１１ｂは、外側キャビティ７に面している。面取り部１１ｂは、各ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄから十分に離れている。面取り部１１ｂは、Ｃ面取りにより形成されている。面取り部１１ｂは、Ｒ面取りにより形成されていてもよい。

矩形枠状の支持部１１において、ひずみが最も集中するのは角部である。本変形例では、角部に面取り部１１ｂが形成されているため、ひずみの集中による角部の破損を抑制することができる。また、各辺部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの幅が保たれたまま、支持部１１の平面形状が八角形又は角丸矩形となるため、支持部１１の機械的強度を向上させることができる。

図１２は、本実施の形態の変形例２に係る半導体圧力センサの断面構成を示す模式図である。図１２に示すように、第１シリコン基板２の主面２ｂと、第２シリコン基板３の主面３ａとは、シリコン酸化膜を介さずに直接接合されている。第１シリコン基板２の主面２ｂと支持部１１の突出端面１１ａとの間も、シリコン酸化膜を介さずに直接接合されている。第１シリコン基板２及び第２シリコン基板３のそれぞれの接合面は、シリコンのみによって形成されている。これにより、半導体圧力センサ１の機械的強度を高めることができる。また、シリコンとシリコン酸化物との接合ではなく、シリコン同士の接合となるため、異種材料が接合されることによる内部応力の影響を軽減できる。したがって、本変形例では、熱膨張に対するロバスト性を高めることができる。

内側キャビティ５及び外側キャビティ７のそれぞれの圧力は、経時的に変化する場合がある。各キャビティの圧力が変化してしまうと、測定対象の圧力に対してダイヤフラムに生じるひずみの大きさが変化してしまう。このため、内側キャビティ５と外側キャビティ７との間は、開口部を介して空間的につながっていてもよい。

図１３は、本実施の形態の変形例３に係る半導体圧力センサの構成を示す平面図である。図１３に示すように、支持部１１の４つの角部のそれぞれには、開口部１１ｃが形成されている。内側キャビティ５と外側キャビティ７との間は、開口部１１ｃを介して空間的につながっている。開口部１１ｃは、各ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄから十分に離れている。支持部１１の幅が保たれていれば、開口部１１ｃの開口面積は自由に設定することができる。内側キャビティ５と外側キャビティ７との間が空間的につながることにより、内側キャビティ５と外側キャビティ７とが同等の圧力に維持される。このため、内側キャビティ５及び外側キャビティ７のそれぞれの圧力が経時的に変化するのを抑制することができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る半導体圧力センサ１は、第１シリコン基板２及び第２シリコン基板３を備えている。第１シリコン基板２の一方の主面２ｂと、第２シリコン基板３の一方の主面３ａとは、互いに接合されている。第２シリコン基板３の主面３ａには、凹部１０が形成されている。第１シリコン基板２は、凹部１０と対向するダイヤフラム８を有している。凹部１０には、第１シリコン基板２に向かって突出した支持部１１が形成されている。支持部１１は、矩形枠状に配置された４つの辺部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを有している。支持部１１の突出端面１１ａは、第１シリコン基板２の主面２ｂと接合されている。凹部１０と第１シリコン基板２との間には、支持部１１よりも内側に配置された内側キャビティ５と、支持部１１よりも外側に配置された外側キャビティ７と、が形成されている。第１シリコン基板２の他方の主面２ａには、ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが形成されている。ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは、第１シリコン基板２の法線方向に見たとき、支持部１１と重なる位置又はその付近に配置されている。

この構成によれば、ダイヤフラム８に生じるひずみは、支持部１１と接合される領域付近において均一化される。このため、ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに位置ずれが生じたとしても、圧力に対する出力電圧のばらつきを抑制することができる。

ここで、支持部１１と重なる位置の付近とは、支持部１１と重なる位置からの距離が１０μｍ以下の範囲のことである。ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの形成工程及び凹部１０の形成工程のそれぞれの露光プロセスでは、約２～３μｍのアライメントずれが生じ得る。このため、各ピエゾ抵抗素子と支持部１１との間には、最大で約４～６μｍの位置ずれが生じ得る。また、支持部１１の幅が２０μｍであり、支持部１１の幅方向におけるピエゾ抵抗素子の幅が２６μｍである場合、支持部１１の幅方向中心部の位置とピエゾ抵抗素子の中心部の位置とが一致したとしても、ピエゾ抵抗素子は、幅方向両側において支持部１１から３μｍずつはみ出す。ピエゾ抵抗素子と支持部１１との間の位置ずれ幅約４～６μｍと、支持部１１からのピエゾ抵抗素子のはみ出し幅３μｍと、を加算すると、約７～９μｍとなる。すなわち、本実施の形態のピエゾ抵抗素子は、支持部１１と重なる位置だけでなく、支持部１１と重なる位置から約１０μｍ離れた位置まで存在し得る。

本実施の形態に係る半導体圧力センサ１では、４つの辺部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄのうちの１つの辺部の幅方向におけるダイヤフラム８のひずみ分布において、辺部の幅方向中心部よりも内側の領域に生じるひずみの大きさのピークと、辺部の幅方向中心部よりも外側の領域に生じるひずみの大きさのピークと、は同等である。この構成によれば、支持部１１と接合される領域付近において、ダイヤフラム８に生じるひずみがより均一化される。したがって、ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに位置ずれが生じたとしても、圧力に対する出力電圧のばらつきを抑制することができる。

本実施の形態に係る半導体圧力センサ１では、４つの辺部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄのうちの１つの辺部の幅方向におけるダイヤフラム８のひずみ分布において、最大ひずみ量を１としたときの相対ひずみは、辺部の幅方向中心部において０．８以上である。この構成によれば、支持部１１と接合される領域付近において、ダイヤフラム８に生じるひずみがより均一化される。したがって、ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに位置ずれが生じたとしても、圧力に対する出力電圧のばらつきを抑制することができる。

本実施の形態に係る半導体圧力センサ１では、４つの辺部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄのうちの１つの辺部の幅方向におけるダイヤフラム８のひずみ分布において、第１シリコン基板２の法線方向に見て辺部と重なる領域に生じるひずみの大きさは、辺部の幅方向において均一である。この構成によれば、ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに位置ずれが生じたとしても、圧力に対する出力電圧のばらつきを抑制することができる。

本実施の形態に係る半導体圧力センサ１において、４つの辺部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄのうち互いに対向する２つの辺部の幅は同等であってもよい。

本実施の形態に係る半導体圧力センサ１では、ピエゾ抵抗素子は、互いに対向する２つのピエゾ抵抗素子６ｂ、６ｄを含んでいる。２つのピエゾ抵抗素子６ｂ、６ｄのそれぞれの中心部同士の距離Ｄ１は、４つの辺部のうち互いに対向する２つの辺部１２ｂ、１２ｄのそれぞれの幅方向中心部同士の距離（（Ｄ２＋Ｄ３）／２）と等しい。この構成によれば、ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに位置ずれが生じたとしても、圧力に対する出力電圧のばらつきを抑制することができる。

本実施の形態に係る半導体圧力センサ１では、複数のピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄのそれぞれは、第１シリコン基板２の法線方向に見たとき、支持部１１と重なる位置に配置されていてもよい。

本実施の形態に係る半導体圧力センサ１では、４つの辺部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄのそれぞれの幅は、ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄのサイズと、ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの位置公差と、の和と同等以上である。この構成によれば、ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに位置ずれが生じたとしても、ピエゾ抵抗素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄのそれぞれを支持部１１と重なる領域に形成することができる。

本実施の形態に係る半導体圧力センサ１では、支持部１１の角部には、面取り部１１ｂが形成されている。この構成によれば、ひずみの集中による支持部１１の角部の破損を抑制することができるとともに、支持部１１の機械的強度を向上させることができる。

本実施の形態に係る半導体圧力センサ１では、内側キャビティ５と外側キャビティ７とは、空間的につながっている。この構成によれば、内側キャビティ５と外側キャビティ７とが同等の圧力に維持されるため、内側キャビティ５及び外側キャビティ７のそれぞれの圧力が経時的に変化するのを抑制することができる。

本実施の形態に係る半導体圧力センサ１では、突出端面１１ａは、第１シリコン基板２の主面２ｂと直接接合されている。この構成によれば、半導体圧力センサ１の機械的強度を高めることができるとともに、熱膨張に対するロバスト性を高めることができる。

以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
（付記１）
第１シリコン基板及び第２シリコン基板を備え、
前記第１シリコン基板の一方の主面と、前記第２シリコン基板の一方の主面とは、互いに接合されており、
前記第２シリコン基板の前記一方の主面には、凹部が形成されており、
前記第１シリコン基板は、前記凹部と対向するダイヤフラムを有しており、
前記凹部には、前記第１シリコン基板に向かって突出した支持部が形成されており、
前記支持部は、矩形枠状に配置された４つの辺部を有しており、
前記支持部の突出端面は、前記第１シリコン基板の前記一方の主面と接合されており、
前記凹部と前記第１シリコン基板との間には、前記支持部よりも内側に配置された内側キャビティと、前記支持部よりも外側に配置された外側キャビティと、が形成されており、
前記第１シリコン基板の他方の主面には、ピエゾ抵抗素子が形成されており、
前記ピエゾ抵抗素子は、前記第１シリコン基板の法線方向に見たとき、前記支持部と重なる位置又はその付近に配置されている半導体圧力センサ。
（付記２）
前記４つの辺部のうちの１つの辺部の幅方向における前記ダイヤフラムのひずみ分布において、前記１つの辺部の幅方向中心部よりも内側の領域に生じるひずみの大きさのピークと、前記１つの辺部の幅方向中心部よりも外側の領域に生じるひずみの大きさのピークと、は同等である付記１に記載の半導体圧力センサ。
（付記３）
前記４つの辺部のうちの１つの辺部の幅方向における前記ダイヤフラムのひずみ分布において、最大ひずみ量を１としたときの相対ひずみは、前記１つの辺部の幅方向中心部において０．８以上である付記１に記載の半導体圧力センサ。
（付記４）
前記４つの辺部のうちの１つの辺部の幅方向における前記ダイヤフラムのひずみ分布において、前記第１シリコン基板の法線方向に見て前記１つの辺部と重なる領域に生じるひずみの大きさは、前記幅方向において均一である付記１に記載の半導体圧力センサ。
（付記５）
前記４つの辺部のうち互いに対向する２つの辺部の幅は同等である付記１～付記４のいずれか一項に記載の半導体圧力センサ。
（付記６）
前記４つの辺部のそれぞれの幅は、前記ピエゾ抵抗素子のサイズと、前記ピエゾ抵抗素子の位置公差と、の和と同等以上である付記１～付記５のいずれか一項に記載の半導体圧力センサ。
（付記７）
前記ピエゾ抵抗素子は、互いに対向する２つのピエゾ抵抗素子を含んでおり、
前記２つのピエゾ抵抗素子のそれぞれの中心部同士の距離は、前記４つの辺部のうち互いに対向する２つの辺部のそれぞれの幅方向中心部同士の距離と等しい付記１～付記６のいずれか一項に記載の半導体圧力センサ。
（付記８）
前記支持部の角部には、面取り部が形成されている付記１～付記７のいずれか一項に記載の半導体圧力センサ。
（付記９）
前記内側キャビティと前記外側キャビティとは、空間的につながっている付記１～付記８のいずれか一項に記載の半導体圧力センサ。
（付記１０）
前記突出端面は、前記第１シリコン基板の前記一方の主面と直接接合されている付記１～付記９のいずれか一項に記載の半導体圧力センサ。

１ 半導体圧力センサ、２ 第１シリコン基板、２ａ、２ｂ 主面、３ 第２シリコン基板、３ａ 主面、４ シリコン酸化膜、５ 内側キャビティ、５ａ キャビティ、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ ピエゾ抵抗素子、７ 外側キャビティ、８ ダイヤフラム、８ａ 第１ダイヤフラム、８ｂ 第２ダイヤフラム、１０ 凹部、１０ａ 底面、１１ 支持部、１１ａ 突出端面、１１ｂ 面取り部、１１ｃ 開口部、１２ａ 第１辺部、１２ｂ 第２辺部、１２ｃ 第３辺部、１２ｄ 第４辺部、１２ｅ 内壁面、１２ｆ 外壁面。

Claims (10)

1. 第１シリコン基板及び第２シリコン基板を備え、
   前記第１シリコン基板の一方の主面と、前記第２シリコン基板の一方の主面とは、互いに接合されており、
   前記第２シリコン基板の前記一方の主面には、凹部が形成されており、
   前記第１シリコン基板は、前記凹部と対向するダイヤフラムを有しており、
   前記凹部には、前記第１シリコン基板に向かって突出した支持部が形成されており、
   前記支持部は、矩形枠状に配置された４つの辺部を有しており、
   前記支持部の突出端面は、前記第１シリコン基板の前記一方の主面と接合されており、
   前記凹部と前記第１シリコン基板との間には、前記支持部よりも内側に配置された内側キャビティと、前記支持部よりも外側に配置された外側キャビティと、が形成されており、
   前記第１シリコン基板の他方の主面には、ピエゾ抵抗素子が形成されており、
   前記ピエゾ抵抗素子は、前記第１シリコン基板の法線方向に見たとき、前記支持部と重なる位置又はその付近に配置されている半導体圧力センサ。
2. 前記４つの辺部のうちの１つの辺部の幅方向における前記ダイヤフラムのひずみ分布において、前記１つの辺部の幅方向中心部よりも内側の領域に生じるひずみの大きさのピークと、前記１つの辺部の幅方向中心部よりも外側の領域に生じるひずみの大きさのピークと、は同等である請求項１に記載の半導体圧力センサ。
3. 前記４つの辺部のうちの１つの辺部の幅方向における前記ダイヤフラムのひずみ分布において、最大ひずみ量を１としたときの相対ひずみは、前記１つの辺部の幅方向中心部において０．８以上である請求項１に記載の半導体圧力センサ。
4. 前記４つの辺部のうちの１つの辺部の幅方向における前記ダイヤフラムのひずみ分布において、前記第１シリコン基板の法線方向に見て前記１つの辺部と重なる領域に生じるひずみの大きさは、前記幅方向において均一である請求項１に記載の半導体圧力センサ。
5. 前記４つの辺部のうち互いに対向する２つの辺部の幅は同等である請求項１に記載の半導体圧力センサ。
6. 前記４つの辺部のそれぞれの幅は、前記ピエゾ抵抗素子のサイズと、前記ピエゾ抵抗素子の位置公差と、の和と同等以上である請求項１に記載の半導体圧力センサ。
7. 前記ピエゾ抵抗素子は、互いに対向する２つのピエゾ抵抗素子を含んでおり、
   前記２つのピエゾ抵抗素子のそれぞれの中心部同士の距離は、前記４つの辺部のうち互いに対向する２つの辺部のそれぞれの幅方向中心部同士の距離と等しい請求項１～請求項６のいずれか一項に記載の半導体圧力センサ。
8. 前記支持部の角部には、面取り部が形成されている請求項７に記載の半導体圧力センサ。
9. 前記内側キャビティと前記外側キャビティとは、空間的につながっている請求項７に記載の半導体圧力センサ。
10. 前記突出端面は、前記第１シリコン基板の前記一方の主面と直接接合されている請求項７に記載の半導体圧力センサ。