JP6589810B2 - 圧力センサ - Google Patents

Description

本発明は、圧力センサに関する。

ダイアフラムが形成されたセンサチップと台座とを接合するとともに、パッケージ材等の基台上に接着剤を介して台座を搭載した構成を有する、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２００３−２７００６８号公報

この種の圧力センサにおいて、取付応力及び熱応力等の内部応力に起因して、センサ出力のオフセット変動が発生し、これにより検出精度が低下するという課題がある。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。即ち、本発明は、内部応力に起因する検出精度の低下を良好に抑制できる、可及的簡略な装置構成を提供する。

請求項１に記載の圧力センサ（１）は、流体圧に応じた電気出力を発生するように構成されている。
この圧力センサは、
薄板形状を有し前記流体圧によって前記薄板形状における板厚を規定する厚さ方向に撓むように形成されたダイアフラム（２３）と、前記ダイアフラムを支持するように前記ダイアフラムの外縁に接続されたフレーム部（２６）と、を有するセンサチップ（２）と、
前記ダイアフラムから離隔した位置にて前記センサチップを支持する支持部材（３）と、
を備え、
前記厚さ方向と直交する前記センサチップの表面であって前記支持部材と接合される接合面（２０ａ）と、前記厚さ方向と直交する前記センサチップの表面であって前記接合面とは反対側のゲージ面（２０ｂ）との間の距離をｈとし、
前記厚さ方向に沿って見た場合に、前記センサチップの外形が多角形である場合の内接円直径、又は前記センサチップの外形が円形である場合の直径をｄ１とし、
前記ダイアフラムにおける前記板厚をｔとし、
前記厚さ方向に沿って見た場合の前記ダイアフラムの外形が多角形である場合の内接円直径、又は前記ダイアフラムの外形が円形である場合の直径をｄ２とし、
前記厚さ方向に沿って見た場合の前記フレーム部の幅をｆとした場合、
ｈ＝０．３〜２．５ｍｍ
ｄ１＝０．７〜１ｍｍ
ｔ＝５〜１５μｍ
ｄ２＝３５０〜７００μｍ
ｆ＝（ｄ１−ｄ２）／２
となり、且つ、
ｘ＝ｈ／ｄ１、ｙ＝ｆ／ｄ１とした場合のｘｙ直交座標系にて、（ｘ，ｙ）は、（１．４３，０．０５）、（１．４３，０．３６）、（１，０．３６）、（０．６８，０．３３）、（０．５６，０．３）、（１，０．０８）、（１．４３，０．０５）をこの順に直線で結んで形成される領域に重なるように構成されている。

前記センサチップの前記接合面と前記支持部材との接合部にて、取付応力等の内部応力が発生し得る。この点、上記構成によれば、この内部応力が前記ダイアフラムに伝達されることによるセンサ出力のオフセット変動が、可及的に抑制され得る。したがって、上記構成によれば、内部応力に起因する検出精度の低下が、可及的簡略な装置構成により、良好に抑制され得る。

なお、上記及び特許請求の範囲欄における各手段に付された括弧付きの参照符号は、同手段と後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

第一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。 第一実施形態の圧力センサについてのシミュレーション結果を示すグラフである。 第二実施形態の圧力センサについてのシミュレーション結果を示すグラフである。 変形例の圧力センサの概略構成を示す平面図である。 他の変形例の圧力センサの概略構成を示す平面図である。 さらに他の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。 さらに他の変形例の圧力センサの概略構成を示す側断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態相互間において、また、実施形態と後述の変形例とにおいて、互いに同一又は均等である部分には、同一符号が付されている。この場合、後続の実施形態又は変形例においては、技術的矛盾又は特段の追加説明なき限り、先行する実施形態における説明が適宜援用され得る。

（第一実施形態の構成）
図１を参照すると、本実施形態の圧力センサ１は、流体圧に応じた電気出力を発生するように構成されている。具体的には、この圧力センサ１は、測定対象である流体の絶対圧（例えば車両のエンジンに吸入される空気の圧力）に応じた電圧を出力する構成を有している。

圧力センサ１は、センサチップ２と、支持部材３と、接合層４とを備えている。支持部材３は、センサチップ２を支持する部材（例えば、金属リードフレーム、セラミック基板、又は合成樹脂ケース）であって、接合層４を挟んでセンサチップ２と対向配置されている。接合層４は、エポキシ樹脂等の合成樹脂によって形成されている。即ち、センサチップ２は、接合層４によって支持部材３に接合されている。

図１は、図２のＩ−Ｉ断面図に相当する。以下、図１及び図２を参照しつつ、センサチップ２の構成の詳細について説明する。なお、図２においては、図示の簡略化のため、支持部材３及び接合層４の図示は省略されている。また、図示及び説明の簡略化のため、センサチップ２に通常設けられる、保護膜、配線用導体薄膜、等の細部については、各図において図示及び説明が省略されている。図５以降の変形例についても同様である。

本実施形態においては、センサチップ２は、直方体状に形成されている。センサチップ２の一表面（即ち底面）であって支持部材３と対向する接合面２０ａは、接合層４を介して支持部材３と接合されている。センサチップ２の他の一表面（即ち頂面）であるゲージ面２０ｂは、流体圧を受けるように、接合面２０ａとは反対側に設けられている。

センサチップ２は、下層部２１と上層部２２とを有している。下層部２１は、支持部材３と上層部２２との間に配置されている。即ち、下層部２１は、上述の接合面２０ａを有している。本実施形態においては、下層部２１は、（１００）面方位を有するシリコン半導体層として形成されている。上層部２２は、下層部２１における接合面２０ａとは反対側の面と接合されている。即ち、上層部２２は、絶対圧の測定対象である流体と下層部２１との間に配置されている。

本実施形態においては、上層部２２は、第一半導体層２２ａと、第二半導体層２２ｂと、中間酸化膜２２ｃとを有している。第一半導体層２２ａは、（１１０）面方位を有するシリコン半導体層であって、下層部２１から離隔した位置に配置されている。即ち、第一半導体層２２ａは、上述のゲージ面２０ｂを有している。

第二半導体層２２ｂは、（１１０）面方位を有するシリコン半導体層であって、下層部２１と第一半導体層２２ａとの間に配置されている。中間酸化膜２２ｃは、シリコン酸化膜であって、第一半導体層２２ａと第二半導体層２２ｂとの間に配置されている。即ち、上層部２２は、積層構造を有するＳＯＩ層であって、第一半導体層２２ａと中間酸化膜２２ｃと第二半導体層２２ｂとをこの順に積層及び接合することによって形成されている。

センサチップ２は、ダイアフラム２３と内部空間２４とを有している。ダイアフラム２３は、薄板形状を有していて、流体圧によって厚さ方向に撓むように形成されている。「厚さ方向」は、ダイアフラム２３が有する薄板形状における板厚を規定する方向であって、接合面２０ａ及びゲージ面２０ｂと直交する方向である。即ち、「厚さ方向」は、図１における上下方向に相当する。この方向は、センサチップ２の厚さ（即ち接合面２０ａとゲージ面２０ｂとの間の距離）を規定する方向でもある。故に、図１における上下方向を、以下単に「厚さ方向」と称する。

ダイアフラム２３は、センサチップ２における、支持部材３から離隔した位置に設けられている。即ち、センサチップ２は、ダイアフラム２３から離隔した位置にて、支持部材３によって支持されている。具体的には、ダイアフラム２３は、ゲージ面２０ｂにて、圧力センサ１の外側の空間から流体圧を受けるように構成されている。

図２に示されているように、本実施形態においては、ダイアフラム２３は、平面視にて（即ち厚さ方向に沿って見た場合に）、外形が正八角形状に形成されている。内部空間２４は、厚さ方向にダイアフラム２３と隣接する空間であって、ダイアフラム２３よりも第二半導体層２２ｂ側に設けられている。即ち、ダイアフラム２３は、第一半導体層２２ａにおける内部空間２４に対向する部分を主体として構成されている。

本実施形態においては、内部空間２４は、センサチップ２の内部に設けられた密閉空間として形成されている。具体的には、第二半導体層２２ｂには、内部空間２４に対応する凹部２５が形成されている。凹部２５は、第二半導体層２２ｂにて、少なくとも下層部２１側に開口するように設けられている。一例として、凹部２５は、厚さ方向に第二半導体層２２ｂを貫通するように形成され得る。この場合、ダイアフラム２３は、第一半導体層２２ａ及び中間酸化膜２２ｃにおける、内部空間２４に対向する部分によって形成されている。即ち、この場合、ダイアフラム２３の板厚は、第一半導体層２２ａの厚さと中間酸化膜２２ｃの厚さとの和に相当するものとなる。

本実施形態においては、下層部２１と上層部２２との接合に伴って凹部２５が下層部２１により閉塞されることで、内部空間２４が密閉空間として形成されている。センサチップ２は、基準圧力室を構成する内部空間２４の内圧と、ダイアフラム２３の外側の空間の圧力との差に応じて、ダイアフラム２３が撓み変形するように構成されている。第二半導体層２２ｂにおける、内部空間２４の周囲の部分であるフレーム部２６は、ダイアフラム２３を支持するように、ダイアフラム２３の外縁に接続されている。

ダイアフラム２３には、複数のゲージ抵抗２７が設けられている。ゲージ抵抗２７は、歪みに応じて抵抗変化が生じるピエゾ抵抗素子であって、第一半導体層２２ａに対して不純物拡散を行うことによって形成されている。図２に示されているように、本実施形態においては、ダイアフラム２３には、４つのゲージ抵抗２７が形成されている。４つのゲージ抵抗２７は、周知のホイートストンブリッジ回路を構成するように、互いに電気的に接続されている。

４つのゲージ抵抗２７のうちの１つ（即ち図２における最も上側のゲージ抵抗２７）は、ダイアフラム２３の平面視にて正八角形状の外形における対辺のうちの１つ（即ち図２における破線の正八角形における上辺）の近傍に配置されている。４つのゲージ抵抗２７のうちの他の１つ（即ち図２における最も下側のゲージ抵抗２７）は、ダイアフラム２３の平面視にて正八角形状の外形における対辺のうちの他の１つ（即ち図２における破線の正八角形における下辺）の近傍に配置されている。これら２つのゲージ抵抗２７は、ダイアフラム２３における外縁近傍にて、ダイアフラム２３の平面視における中心について対称に配置されている。

４つのゲージ抵抗２７のうちのさらに他の１つ（即ち図２における最も左側のゲージ抵抗２７）は、ダイアフラム２３の平面視にて正八角形状の外形における対辺のうちのさらに他の１つ（即ち図２における破線の正八角形における左辺）とダイアフラム２３の平面視における中心とのほぼ中間位置に配置されている。４つのゲージ抵抗２７のうちのさらに他の１つ（即ち図２における最も右側のゲージ抵抗２７）は、ダイアフラム２３の平面視にて正八角形状の外形における対辺のうちのさらに他の１つ（即ち図２における破線の正八角形における右辺）とダイアフラム２３の平面視における中心とのほぼ中間位置に配置されている。これら２つのゲージ抵抗２７は、ダイアフラム２３の平面視における中心寄りの位置にて、ダイアフラム２３の平面視における中心について対称に配置されている。

本実施形態のセンサチップ２は、以下の各式を満たすように構成されている。以下の各式において、ｈは、センサチップ２の厚さである。ｄ１は、平面視におけるセンサチップ２の対辺間距離であり、内接円直径に相当する。ｔは、ダイアフラム２３の板厚である。ｄ２は、平面視における矩形状のダイアフラム２３の短辺長であり、内接円直径に相当する。
ｈ＝０．３〜２．５ｍｍ
ｄ１＝０．７〜２．５ｍｍ
ｈ／ｄ１≧１
ｔ＝５〜１５μｍ
ｄ２＝３５０〜７００μｍ

（第一実施形態の構成の製造方法）
上記構成を有するセンサチップ２は、以下のようにして製造することができる。なお、上述の通り、センサチップ２に通常設けられる、保護膜、配線用導体薄膜、等の細部については、説明を省略する。

まず、第一半導体層２２ａと中間酸化膜２２ｃと第二半導体層２２ｂとの積層体であるＳＯＩ基板が用意される。次に、このＳＯＩ基板に、ゲージ抵抗２７が形成される。また、このＳＯＩ基板に、第二半導体層２２ｂ側から凹部２５を設けることで、ダイアフラム２３が形成される。

凹部２５即ちダイアフラム２３の形成において、異方性ドライエッチングを用いることが好適である。その理由は以下の通りである。異方性ドライエッチングにおいて、シリコン酸化膜である中間酸化膜２２ｃのエッチング速度は、シリコン半導体層である第二半導体層２２ｂのエッチング速度よりも低い。故に、中間酸化膜２２ｃがエッチストップ層として機能することで、ダイアフラム２３が良好な加工精度で形成される。具体的には、ダイアフラム２３の板厚が、良好な精度で設定され得る。

上述のようにして、上層部２２が形成される。その後、下層部２１によって凹部２５を閉塞するように、上層部２２に下層部２１が接合される。これにより、密閉された内部空間２４を有するセンサチップ２が形成される。

（第一実施形態の構成による効果）
センサチップ２の接合面２０ａと支持部材３との接合部においては、取付応力等の内部応力が発生し得る。この点、本実施形態においては、センサチップ２は、ｈ＝０．３〜２．５ｍｍ，ｄ１＝０．７〜２．５ｍｍ，ｈ／ｄ１≧１，ｔ＝５〜１５μｍ，ｄ２＝３５０〜７００μｍを満たすように構成されている。

かかる構成においては、上述の接合部にて発生する内部応力の、ダイアフラム２３への伝達が、下層部２１によって良好に緩和され得る。故に、かかる構成によれば、上述の内部応力がダイアフラム２３に伝達されることによるセンサ出力のオフセット変動が、可及的に抑制され得る。したがって、本実施形態によれば、内部応力に起因する検出精度の低下が、可及的簡略な装置構成により、良好に抑制され得る。具体的には、センサチップ２の構造を複雑化したり大型化させたりすることなく、内部応力の影響が良好に低減され得る。

また、本実施形態においては、センサチップ２は、（１１０）面方位を有するシリコン半導体層を主体として構成されている。また、ダイアフラム２３は、平面視にて正八角形状に形成されている。更に、ダイアフラム２３の中心付近と外縁近傍とに、それぞれ２つずつゲージ抵抗２７が配置される。これにより、センサ出力のオフセット変動が、さらに良好に抑制され得る。

なお、ｄ１≦１ｍｍである場合、ｈ≧１ｍｍであれば、ｈ／ｄ１≧１となる。故に、例えば、研磨により厚さを０．３ｍｍに調整した上層部２２に対して、厚さ約０．７ｍｍの標準的なシリコンウェハにより形成される下層部２１を貼り合せることにより、センサチップ２を形成することが可能である。具体的には、例えば、ＳＥＭＩ（Semiconductor Equipment and Materials International）規格に準拠して製造された、ウェハ直径２００ｍｍ，厚さ７２５±２０μｍのシリコンウェハを用いて、下層部２１が形成され得る。したがって、本具体例によれば、ｈ／ｄ１≧１の条件を満たすための、ウェハ厚さ調整等の特別な加工を必要とせずに、内部応力に起因する検出精度の低下が良好に抑制され得る装置構成を実現することが可能となる。

（第一実施形態に関するシミュレーション結果）
図３は、図１及び図２に示されたセンサチップ２の構成を前提として、ｈ、ｄ１、ｔ、ｄ２を変化させた場合の、センサ出力のオフセット変動をシミュレーションした結果を示す。なお、このシミュレーションにおいて、センサチップ２の平面形状は正方形とした。

図３における縦軸の「オフセット量（％ＦＳ）」は、以下の式により算出したものである。以下の式において、定格出力電圧σｓは、ダイアフラム２３に定格圧力を印加した場合の出力電圧である。オフセット電圧σｎは、ダイアフラム２３に圧力を印加しない状態で、センサチップ２の接合面２０ａに応力を印加した場合の出力電圧である。σｎ及びσｓは、シミュレーションによって算出した結果である。
オフセット量（単位：％ＦＳ）＝１００×（σｎ／σｓ）

図３において、細い一点鎖線の折れ線は、ｄ１＝０．７ｍｍ、ｄ２＝５００μｍ、ｔ＝９μｍとし、ｈを０．３ｍｍから１．２ｍｍまで変化させた場合のシミュレーション結果を示す。太い実線の折れ線は、ｄ１＝１．８ｍｍ、ｄ２＝５００μｍ、ｔ＝９μｍとし、ｈを０．７ｍｍから２．５ｍｍまで変化させた場合のシミュレーション結果を示す。太い一点鎖線の折れ線は、ｈ＝１ｍｍ、ｄ２＝５００μｍ、ｔ＝９μｍとし、ｄ１を０．７ｍｍから２．５ｍｍまで変化させた場合のシミュレーション結果を示す。細い実線の折れ線は、ｈ＝１ｍｍ、ｄ２＝６３０μｍ、ｔ＝１５μｍとし、ｄ１を０．７ｍｍから２．５ｍｍまで変化させた場合のシミュレーション結果を示す。

図３において、太い破線の折れ線は、ｈ＝１ｍｍ、ｄ２＝５００μｍ、ｔ＝５μｍとし、ｄ１を０．７ｍｍから２．５ｍｍまで変化させた場合のシミュレーション結果を示す。太い二点鎖線の折れ線は、ｈ＝１ｍｍ、ｄ２＝５００μｍ、ｔ＝１５μｍとし、ｄ１を０．７ｍｍから２．５ｍｍまで変化させた場合のシミュレーション結果を示す。細い破線の折れ線は、ｈ＝１ｍｍ、ｄ２＝３５０μｍ、ｔ＝９μｍとし、ｄ１を０．７ｍｍから２．５ｍｍまで変化させた場合のシミュレーション結果を示す。細い二点鎖線の折れ線は、ｈ＝１ｍｍ、ｄ２＝７００μｍ、ｔ＝９μｍとし、ｄ１を０．７ｍｍから２．５ｍｍまで変化させた場合のシミュレーション結果を示す。

図３において、一点鎖線の水平線は、０．２５％ＦＳ及び−０．２５％ＦＳのオフセット量を示す。図３のシミュレーション結果から明らかなように、ｈ／ｄ１の値が大きくなるほど、オフセット量が０に向かって収束する。特に、ｈ＝０．３〜２．５ｍｍ、ｄ１＝０．７〜２．５ｍｍ、ｔ＝５〜１５μｍ、ｄ２＝３５０〜７００μｍの条件において、ｈ／ｄ１≧１とすることで、オフセット量が±０．２５％ＦＳの範囲内に収まる。これにより、良好なセンサ特性が得られる。

（第二実施形態）
本実施形態のセンサチップ２は、図１及び図２に示された構成を前提として、さらに以下の各式を満たすように構成されている。以下の各式において、ｆは平面視におけるフレーム部２６の幅である。
ｈ＝０．３〜２．５ｍｍ
ｄ１＝０．７〜２．５ｍｍ
ｔ＝５〜１５μｍ
ｄ２＝３５０〜７００μｍ
ｆ＝（ｄ１−ｄ２）／２

また、本実施形態のセンサチップ２は、以下の条件を満たすように構成されている。
「ｘ＝ｈ／ｄ１、ｙ＝ｆ／ｄ１とした場合のｘｙ直交座標系にて、（ｘ，ｙ）は、（１．４３，０．０５）、（１．４３，０．３６）、（１，０．３６）、（０．６８，０．３３）、（０．５６，０．３）、（１，０．０８）、（１．４３，０．０５）をこの順に直線で結んで形成される領域に重なる。」

図４は、図１及び図２に示されたセンサチップ２の構成を前提として、ｈ、ｄ１、ｔ、ｄ２、ｆを変化させた場合の、センサ出力のオフセット変動をシミュレーションした結果を示す。なお、このシミュレーションにおいても、センサチップ２の平面形状は正方形とした。

図４における複数のプロット中、×印は、オフセット量が±０．２５％ＦＳの範囲内に収まらなかった例を示す。一方、○印は、オフセット量が±０．２５％ＦＳの範囲内に収まった例を示す。図中に描かれた多角形は、ｘ＝ｈ／ｄ１、ｙ＝ｆ／ｄ１とした場合のｘｙ直交座標系にて、（ｘ，ｙ）は、（１．４３，０．０５）、（１．４３，０．３６）、（１，０．３６）、（０．６８，０．３３）、（０．５６，０．３）、（１，０．０８）、（１．４３，０．０５）をこの順に直線で結んで形成される領域の境界線を示す。

図４のシミュレーション結果から明らかなように、ｈ＝０．３〜２．５ｍｍ、ｄ１＝０．７〜２．５ｍｍ、ｔ＝５〜１５μｍ、ｄ２＝３５０〜７００μｍの条件において、上記の領域（境界線を含む）に重なるように各値を設定することで、オフセット量が±０．２５％ＦＳの範囲内に収まる。これにより、良好なセンサ特性が得られる。

（変形例）
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、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。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、技術的矛盾又は特段の説明なき限り、上記実施形態における説明が適宜援用され得る。

上記実施形態において、「底面」、「頂面」、「下層部２１」、「上層部２２」等の、上下方向の概念は、あくまで、説明の便宜のために仮に設定されたものである。即ち、図１における圧力センサ１の姿勢は、説明の簡略化のため、ゲージ面２０ｂが上方を向くように便宜的に設定されているにすぎない。故に、例えば、圧力センサ１の使用態様によっては、ゲージ面２０ｂが圧力センサ１の「底面」あるいは「側面」となり得る。

センサチップ２の平面視における外形形状は、矩形に限定されない。センサチップ２の平面視における外形形状が矩形の場合は短辺長、矩形以外の多角形の場合は内接円直径、円形である場合はその直径が、ｄ１に該当する。

下層部２１及び上層部２２を構成する半導体の組成についても、特段の限定はない。また、下層部２１は、シリコン半導体基板であってもよいし、ガラス基板であってもよい。

上記実施形態においては、ダイアフラム２３の板厚は、第一半導体層２２ａの厚さと中間酸化膜２２ｃの厚さとの和に相当するものであった。しかしながら、本発明は、かかる構成に限定されない。即ち、例えば、第二半導体層２２ｂを厚さ方向に貫通しないように、凹部２５を形成することが可能である。この場合、ダイアフラム２３の板厚には、第二半導体層２２ｂにおける凹部２５を形成した残りの部分の厚さが加算される。

ダイアフラム２３の平面形状も、適宜変更され得る。具体的には、例えば、図５に示されているように、ダイアフラム２３は、平面視にて、四角形状、より好適には矩形状に形成され得る。この場合、平面視にて四角形状のダイアフラム２３に対応して、フレーム部２６は、四角筒状に形成される。

即ち、例えば、センサチップ２が（１１０）面方位を有するシリコン半導体層を主体として構成され、且つダイアフラム２３が平面視にて四角形状に形成され得る。この場合、ｄ２は、四角形状における内接円直径、あるいは矩形状における短辺長に相当する。また、この場合、アルカリ異方性エッチングを用いることで、ダイアフラム２３が安価で精度良く形成され得る。

あるいは、例えば、図６に示されているように、ダイアフラム２３は、平面視にて円形に形成され得る。ダイアフラム２３の平面形状が図６に示されている円形である場合、ｄ２は当該円形における直径に対応する。ダイアフラム２３の平面形状が、図６に示されている円形、又は図２に示されている正八角形の場合、図５に示されている四角形の場合と比較して、内部応力によるセンサ出力への影響をよりいっそう低減することが可能となる。

内部空間２４は、密閉空間に限定されない。即ち、図７に示されているように、下層部２１における、上層部２２の凹部２５に対応する位置には、当該下層部２１を厚さ方向に貫通する連通孔２８が形成され得る。また、支持部材３における、連通孔２８に対応する位置には、当該支持部材３を厚さ方向に貫通する開口孔３１が形成され得る。内部空間２４は、凹部２５の内側の空間と、下層部２１に設けられた連通孔２８の内側の空間とを含むように形成され得る。また、内部空間２４は、支持部材３に設けられた開口孔３１を介して、外部と連通され得る。

かかる構成を有する圧力センサ１は、ダイアフラム２３の両側（即ち図７におけるダイアフラム２３の上側及び下側）の圧力差に応じた電圧を出力する。即ち、本発明は、上記実施形態にて示した絶対圧センサ構成のみならず、図７に示されているような差圧センサ構成に対しても、良好に適用され得る。具体的には、かかる圧力センサ１は、例えば、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）の上流側排気圧と下流側排気圧との差圧を検出する、いわゆる排気ガス差圧センサとして利用可能である。

上層部２２の構成は、上記実施形態のようなＳＯＩ層に限定されない。具体的には、図８に示されているように、上層部２２は、ダイアフラム２３と、内部空間２４に対応する凹部２５とを有する半導体層２２１として形成され得る。即ち、本変形例における上層部２２は、半導体層２２１に対して、凹部２５及びゲージ抵抗２７を設けることによって形成され得る。かかる半導体層２２１は、継ぎ目のない一層構造の半導体基板として形成され得る。この場合、半導体層２２１は、（１１０）面方位を有することが好適である。なお、本変形例は、図８に示されている差圧センサ構成に限定されない。即ち、本変形例は、図１に示されているような絶対圧センサ構成に対しても適用され得る。

各半導体層における面方位も、特段の限定はない。例えば、第一半導体層２２ａの面方位は、（１１０）に限定されない。第二半導体層２２ｂは、（１１０）面方位を有していてもよいし、（１００）面方位を有していてもよいし、（１１１）面方位を有していてもよい。下層部２１についても同様であり、（１１０）面方位を有していてもよいし、（１１１）面方位を有していてもよい。具体的には、例えば、下層部２１、第一半導体層２２ａ、及び第二半導体層２２ｂが、いずれも（１１０）面方位を有する構成も可能である。これらのいずれの場合においても、内部応力の低減効果が奏され得る。

上記の各例においては、センサチップ２は、下層部２１と上層部２２との積層構造を有していた。しかしながら、本発明は、かかる構造に限定されない。即ち、図９に示されているように、センサチップ２は、半導体層２２１に対して、凹部２５及びゲージ抵抗２７を設けることによって形成され得る。この場合も、半導体層２２１は、かかる半導体層２２１は、継ぎ目のない一層構造の半導体基板として形成され得る。また、半導体層２２１は、（１１０）面方位を有することが好適である。なお、本変形例は、図９に示されている差圧センサ構成に限定されない。即ち、本変形例は、図１に示されているような絶対圧センサ構成に対しても適用され得る。

ゲージ抵抗２７の数、配置、及び電気的接続構成も、上記の例に限定されない。

本発明は、上記の例のような、ゲージ抵抗タイプ（即ち圧電タイプ）の圧力センサ１に限定されない。即ち、本発明は、ゲージ抵抗タイプとは異なるタイプの圧力センサに対しても好適に適用可能である。また、本発明の適用対象は、車載センサに限定されない。

圧力の測定対象である流体も、吸入空気、排気、等のような気体に限定されない。即ち、液体、ゲル、超臨界流体、等も、測定対象となり得る。また、圧力測定時における流体は、流動状態であってもよいし、静止状態あるいはこれに準ずる状態であってもよい。即ち、測定圧力は、静圧であってもよい。なお、本明細書において、「測定」とは、流体圧に応じた電気出力を発生することをいう。電気出力には、アナログ信号（例えば電圧等）の他にも、デジタル信号又はデジタルデータが含まれ得る。「測定」は「検出」又は「検知」とも言い換えられ得る。

変形例も、上記の例示に限定されない。即ち、複数の変形例が、互いに組み合わされ得る。また、複数の実施形態が、互いに組み合わされ得る。更に、複数の実施形態の組み合わせに対して、上述の変形例の全部又は一部が、適宜組み合わされ得る。

１ 圧力センサ
２ センサチップ
２０ａ 接合面
２０ｂ ゲージ面
２３ ダイアフラム
２４ 内部空間
２５ 凹部
２６ フレーム部
３ 支持部材
４ 接合層

Claims (4)

1. 流体圧に応じた電気出力を発生するように構成された圧力センサ（１）であって、
   薄板形状を有し前記流体圧によって前記薄板形状における板厚を規定する厚さ方向に撓むように形成されたダイアフラム（２３）と、前記ダイアフラムを支持するように前記ダイアフラムの外縁に接続されたフレーム部（２６）と、を有するセンサチップ（２）と、
   前記ダイアフラムから離隔した位置にて前記センサチップを支持する支持部材（３）と、
   を備え、
   前記厚さ方向と直交する前記センサチップの表面であって前記支持部材と接合される接合面（２０ａ）と、前記厚さ方向と直交する前記センサチップの表面であって前記接合面とは反対側のゲージ面（２０ｂ）との間の距離をｈとし、
   前記厚さ方向に沿って見た場合に、前記センサチップの外形が多角形である場合の内接円直径、又は前記センサチップの外形が円形である場合の直径をｄ１とし、
   前記ダイアフラムにおける前記板厚をｔとし、
   前記厚さ方向に沿って見た場合の前記ダイアフラムの外形が多角形である場合の内接円直径、又は前記ダイアフラムの外形が円形である場合の直径をｄ２とし、
   前記厚さ方向に沿って見た場合の前記フレーム部の幅をｆとした場合、
   ｈ＝０．３〜２．５ｍｍ
   ｄ１＝０．７〜１ｍｍ
   ｔ＝５〜１５μｍ
   ｄ２＝３５０〜７００μｍ
   ｆ＝（ｄ１−ｄ２）／２
   となり、且つ、
   ｘ＝ｈ／ｄ１、ｙ＝ｆ／ｄ１とした場合のｘｙ直交座標系にて、（ｘ，ｙ）は、（１．４３，０．０５）、（１．４３，０．３６）、（１，０．３６）、（０．６８，０．３３）、（０．５６，０．３）、（１，０．０８）、（１．４３，０．０５）をこの順に直線で結んで形成される領域に重なるように構成された、圧力センサ。
2. 前記厚さ方向に沿って見た場合の前記ダイアフラムの前記外形が円形、四角形又は八角形である、請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記センサチップは、
   （１１０）面方位を有するシリコン半導体層であって前記ダイアフラムを有する第一半導体層（２２ａ）、シリコン半導体層であって前記厚さ方向に前記ダイアフラムと隣接する空間である内部空間（２４）に対応する凹部（２５）が形成された第二半導体層（２２ｂ）、及び前記第一半導体層と前記第二半導体層との間に設けられたシリコン酸化膜である中間酸化膜（２２ｃ）の積層構造を有するＳＯＩ層である上層部（２２）と、
   シリコン半導体層であって、前記上層部と接合された下層部（２１）と、
   を有する、請求項１または２に記載の圧力センサ。
4. 前記センサチップは、
   （１１０）面方位を有するシリコン半導体層であって、前記ダイアフラムと、前記厚さ方向に前記ダイアフラムと隣接する空間である内部空間（２４）に対応する凹部（２５）とを有する上層部（２２）と、
   シリコン半導体層であって、前記上層部と接合された下層部（２１）と、
   を有する、請求項１〜３のいずれか１つに記載の圧力センサ。

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