JP6882850B2

JP6882850B2 - Stress sensor

Info

Publication number: JP6882850B2
Application number: JP2016072681A
Authority: JP
Inventors: 涼上野; 優永田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2036-03-31
Also published as: JP2017181436A

Description

本発明は、応力センサに関する。 The present invention relates to a stress sensor.

従来、ダイヤフラムを用いて圧力又は応力等を検出するセンサが知られている。例えば、特許文献１には、ダイヤフラムに加えられる圧力を、ダイヤフラムの撓みに基づいて検出する圧力センサが開示されている。 Conventionally, a sensor that detects pressure, stress, or the like using a diaphragm is known. For example, Patent Document 1 discloses a pressure sensor that detects the pressure applied to the diaphragm based on the deflection of the diaphragm.

特開２０１５−１４３７１３号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-143713

しかしながら、ダイヤフラムを用いた応力センサにおいて、応力の検出能力が必ずしも高くない場合がある。 However, in a stress sensor using a diaphragm, the stress detection ability may not always be high.

かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、検出能力を向上できる応力センサを提供することにある。 An object of the present invention made in view of such a point is to provide a stress sensor capable of improving the detection ability.

本発明の一実施形態に係る応力センサは、
ダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムの面上に配置された感応膜と、
前記ダイヤフラム上であって、前記感応膜の外縁部よりも外側の領域に配置された検出部と、を備え、
前記ダイヤフラムにおいて、前記検出部が配置された領域を含む配置領域の厚さは、該配置領域以外の他の領域の厚みよりも小さく、
前記感応膜の外縁部は、前記配置領域に位置している。
The stress sensor according to the embodiment of the present invention is
Diaphragm and
A sensitive film placed on the surface of the diaphragm,
A detection unit on the diaphragm and arranged in a region outside the outer edge of the sensitive film.
In the diaphragm, the thickness of the arrangement region including the detector is disposed regions, rather smaller than the thickness of other regions other than the arrangement region,
The outer edge of the sensitive film is located in the arrangement region .

本発明の一実施形態に係る応力センサによれば、検出能力を向上できる。 According to the stress sensor according to the embodiment of the present invention, the detection ability can be improved.

本発明の一実施形態に係る応力センサの概略構成を示す上面図である。It is a top view which shows the schematic structure of the stress sensor which concerns on one Embodiment of this invention. 図１に示す応力センサのＬ−Ｌ線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the LL line of the stress sensor shown in FIG. ガス分子が感応膜に吸着された際の図２に示す範囲Ａの拡大図である。It is an enlarged view of the range A shown in FIG. 2 when a gas molecule is adsorbed on a sensitive film. 本実施形態に係る応力センサの変形例を示す上面図である。It is a top view which shows the modification of the stress sensor which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る応力センサの他の変形例を示す上面図である。It is a top view which shows the other modification of the stress sensor which concerns on this embodiment. 図５に示す応力センサのＬ’−Ｌ’線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the L'-L'line of the stress sensor shown in FIG. 本実施形態に係る応力センサの製造に用いるＳＯＩ基板の概略構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the schematic structure of the SOI substrate used for manufacturing the stress sensor which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る応力センサの製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the stress sensor which concerns on this Embodiment. 本実施形態に係る応力センサの製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the stress sensor which concerns on this Embodiment. 本実施形態に係る応力センサの製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the stress sensor which concerns on this Embodiment. 本実施形態に係る応力センサの製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the stress sensor which concerns on this Embodiment. 本実施形態に係る応力センサの製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the stress sensor which concerns on this Embodiment. 本実施形態に係る応力センサの製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the stress sensor which concerns on this Embodiment.

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本発明に係る実施形態では、ダイヤフラムの面上に配置された膜（感応膜）への物質の吸着によって、ダイヤフラムが変形し、ダイヤフラムに応力が生じるものとして説明する。また、以下の説明で用いられる図は模式的なものである。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the embodiment of the present invention, it is assumed that the diaphragm is deformed by the adsorption of the substance on the film (sensitive film) arranged on the surface of the diaphragm, and stress is generated in the diaphragm. In addition, the figures used in the following description are schematic.

図１は、本発明の一実施形態に係る応力センサ１の概略構成を示す上面図であり、図２は、図１に示す応力センサ１のＬ−Ｌ線に沿った断面図である。なお、本明細書では、ｚ軸正方向が上側、ｚ軸負方向が下側であるとして、以下説明する。 FIG. 1 is a top view showing a schematic configuration of a stress sensor 1 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line LL of the stress sensor 1 shown in FIG. In this specification, it will be described below assuming that the positive direction of the z-axis is the upper side and the negative direction of the z-axis is the lower side.

応力センサ１は、ダイヤフラム１０と、感応膜２０と、２個のピエゾ抵抗素子（検出部）４０，４１とを備える。感応膜２０は、ダイヤフラム１０の上面に配置される。応力センサ１は、感応膜２０が流体中の特定の物質を吸着することにより、特定の物質を検出する。応力センサ１には、例えば上面側から気体が吹きかけられる。応力センサ１は、吹きかけられた気体中に、検出対象となる特定のガス分子が含まれるか否かを検出できる。応力センサ１は、例えばＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いて製造される。応力センサ１の製造方法の一例については後述する。 The stress sensor 1 includes a diaphragm 10, a sensitive film 20, and two piezoresistive elements (detection units) 40 and 41. The sensitive film 20 is arranged on the upper surface of the diaphragm 10. The stress sensor 1 detects a specific substance by adsorbing the specific substance in the fluid by the sensitive film 20. Gas is sprayed onto the stress sensor 1 from, for example, the upper surface side. The stress sensor 1 can detect whether or not the sprayed gas contains a specific gas molecule to be detected. The stress sensor 1 is manufactured using, for example, an SOI (Silicon on Insulator) substrate. An example of the method for manufacturing the stress sensor 1 will be described later.

ダイヤフラム１０は、変形可能な部材である。ダイヤフラム１０は、例えば、薄い基板である。ダイヤフラム１０は、例えば、ｎ型のＳｉ基板とすることができる。ダイヤフラム１０は、図１に示すように、上面側から見て矩形状としてもよい。ダイヤフラム１０は、その周囲において、ダイヤフラム１０よりも厚い基板と一体として構成されている。ダイヤフラム１０は、上面に配置された感応膜２０が変形すると、感応膜２０の変形の度合いに応じて変形する。 The diaphragm 10 is a deformable member. The diaphragm 10 is, for example, a thin substrate. The diaphragm 10 can be, for example, an n-type Si substrate. As shown in FIG. 1, the diaphragm 10 may have a rectangular shape when viewed from the upper surface side. Around the diaphragm 10, the diaphragm 10 is integrally formed with a substrate thicker than the diaphragm 10. When the sensitive film 20 arranged on the upper surface of the diaphragm 10 is deformed, the diaphragm 10 is deformed according to the degree of deformation of the sensitive film 20.

感応膜２０は、本実施形態では上面視において円形状である。感応膜２０は、検出対象となる物質がその表面に吸着されると、その物質との物理的な接触又はその物質との化学反応等によって、伸縮等して変形する。感応膜２０には、検出対象となる物質に応じた材料が用いられる。ダイヤフラム１０及び感応膜２０の厚さは、感応膜２０に用いられる材料、検出対象となる物質等を考慮して適宜選択することができる。一例として、感応膜２０の材料は、例えば、ポリスチレン、クロロプレンゴム、ポリメチルメタクリレートまたはニトロセルロース等が挙げられる。 In the present embodiment, the sensitive film 20 has a circular shape when viewed from above. When a substance to be detected is adsorbed on the surface of the sensitive film 20, the sensitive film 20 expands and contracts and deforms due to physical contact with the substance or a chemical reaction with the substance. For the sensitive film 20, a material corresponding to the substance to be detected is used. The thickness of the diaphragm 10 and the sensitive film 20 can be appropriately selected in consideration of the material used for the sensitive film 20, the substance to be detected, and the like. As an example, the material of the sensitive film 20 includes, for example, polystyrene, chloroprene rubber, polymethylmethacrylate, nitrocellulose and the like.

ピエゾ抵抗素子４０，４１は、自身が受ける応力によって抵抗値が変化する。ピエゾ抵抗素子４０，４１は、例えば、ｐ型Ｓｉである。ピエゾ抵抗素子４０，４１は、ダイヤフラム１０がｎ型Ｓｉである場合には、ボロン（Ｂ）を拡散させて形成したものであってもよい。ピエゾ抵抗素子４０，４１は、ダイヤフラム１０上に配置される。本明細書において、ダイヤフラム１０上に配置されるとは、平板状のダイヤフラム１０の上面に配置された状態と、図２に示すようにダイヤフラム１０の上面側においてダイヤフラム１０に埋め込まれた状態とを含む。ピエゾ抵抗素子４０，４１は、ダイヤフラム１０上において、応力変化領域に位置する。 The resistance values of the piezoresistive elements 40 and 41 change depending on the stress received by the piezoresistive elements 40 and 41. The piezoresistive elements 40 and 41 are, for example, p-type Si. When the diaphragm 10 is n-type Si, the piezoresistive elements 40 and 41 may be formed by diffusing boron (B). The piezoresistive elements 40 and 41 are arranged on the diaphragm 10. In the present specification, the term “arranged on the diaphragm 10” means a state in which the diaphragm 10 is arranged on the upper surface of the flat plate-shaped diaphragm 10 and a state in which the diaphragm 10 is embedded in the diaphragm 10 on the upper surface side as shown in FIG. Including. The piezoresistive elements 40 and 41 are located in the stress change region on the diaphragm 10.

ここで、応力変化領域とは、検出対象となる物質が感応膜２０に吸着された際に、感応膜２０の変形に起因したダイヤフラム１０の変形に伴い応力が大きく変化する領域である。応力変化領域は、例えば、ダイヤフラム１０において感応膜２０の外縁部２１と接触する領域（以下「接触領域」ともいう）を含む。接触領域は、ダイヤフラム１０において感応膜２０の外縁部２１と接触する領域の近辺を含む。ダイヤフラム１０において感応膜２０の外縁部２１と接触する領域の近辺は、上面視において、外縁部２１を基準に、外縁部２１よりも内側及び外側の所定の距離内の領域を含む。応力変化領域は、後述する図３において、一例として領域Ｄとして示されている。本実施形態では、図１に示すように、２個のピエゾ抵抗素子４０，４１は、上面視において外縁部２１よりも外側の領域に、感応膜２０を挟んで対向する位置に配置されている。 Here, the stress change region is a region in which the stress changes significantly with the deformation of the diaphragm 10 due to the deformation of the sensitive film 20 when the substance to be detected is adsorbed on the sensitive film 20. The stress change region includes, for example, a region in the diaphragm 10 that comes into contact with the outer edge portion 21 of the sensitive film 20 (hereinafter, also referred to as a “contact region”). The contact area includes the vicinity of the area in contact with the outer edge portion 21 of the sensitive film 20 in the diaphragm 10. The vicinity of the region of the diaphragm 10 in contact with the outer edge portion 21 of the sensitive film 20 includes a region within a predetermined distance inside and outside the outer edge portion 21 with respect to the outer edge portion 21 in top view. The stress change region is shown as region D as an example in FIG. 3 described later. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the two piezoresistive elements 40 and 41 are arranged at positions facing each other with the sensitive film 20 sandwiched in a region outside the outer edge portion 21 in a top view. ..

また、ピエゾ抵抗素子４０，４１は、ホイートストンブリッジ回路を構成する。応力センサ１は、ピエゾ抵抗素子４０，４１で構成されたホイートストンブリッジ回路から、ピエゾ抵抗素子４０，４１の抵抗値の変化を電気信号として検出することで、検出対象となる物質の感応膜２０への吸着を検出できる。なお、ホイートストンブリッジ回路は、必ずしも２個のピエゾ抵抗素子４０，４１の全てを用いて構成する必要はなく、ピエゾ抵抗素子４０，４１の何れか１個を用いて構成してもよい。また、ピエゾ抵抗素子４０，４１の何れか１個を用いてホイートストンブリッジ回路を構成する際には、応力センサ１は、ホイートストンブリッジ回路に用いられる個数のピエゾ抵抗素子を、ダイヤフラム１０上に備えるようにしてもよい。 The piezoresistive elements 40 and 41 form a Wheatstone bridge circuit. The stress sensor 1 detects a change in the resistance value of the piezoresistive elements 40 and 41 as an electric signal from the Wheatstone bridge circuit composed of the piezoresistive elements 40 and 41, thereby moving to the sensitive film 20 of the substance to be detected. Adsorption can be detected. The Wheatstone bridge circuit does not necessarily have to be configured by using all of the two piezoresistive elements 40 and 41, and may be configured by using any one of the piezoresistive elements 40 and 41. Further, when the Wheatstone bridge circuit is configured by using any one of the piezoresistive elements 40 and 41, the stress sensor 1 is provided with the number of piezoresistive elements used in the Wheatstone bridge circuit on the diaphragm 10. It may be.

ピエゾ抵抗素子４０，４１は、図１に示すように、上面視において外縁部２１よりも外側に位置しているが、ピエゾ抵抗素子４０，４１は応力変化領域に位置していればよい。従って、ピエゾ抵抗素子４０，４１は、外縁部２１又は外縁部２１よりも内側に位置していてもよい。また、ピエゾ抵抗素子４０，４１は、図１及び図２では、ダイヤフラム１０の上面側に位置しているが、ダイヤフラム１０の内部又は下面側に位置していてもよい。 As shown in FIG. 1, the piezoresistive elements 40 and 41 are located outside the outer edge portion 21 in the top view, but the piezoresistive elements 40 and 41 may be located in the stress change region. Therefore, the piezoresistive elements 40 and 41 may be located inside the outer edge portion 21 or the outer edge portion 21. Further, although the piezoresistive elements 40 and 41 are located on the upper surface side of the diaphragm 10 in FIGS. 1 and 2, they may be located inside or on the lower surface side of the diaphragm 10.

また、本実施形態では、応力センサ１は２個のピエゾ抵抗素子４０，４１を備えるが、応力センサ１が備えるピエゾ抵抗素子の個数は２個に限られない。応力センサ１は、検出対象となる物質を検出可能な任意の個数のピエゾ抵抗素子を備えていればよい。 Further, in the present embodiment, the stress sensor 1 includes two piezoresistive elements 40 and 41, but the number of piezoresistive elements included in the stress sensor 1 is not limited to two. The stress sensor 1 may be provided with an arbitrary number of piezoresistive elements capable of detecting a substance to be detected.

また、ダイヤフラム１０に生じる応力を検出する検出部として、ピエゾ抵抗素子の代わりに、他の圧電素子が用いられてもよい。 Further, as a detection unit for detecting the stress generated in the diaphragm 10, another piezoelectric element may be used instead of the piezoresistive element.

本実施形態のダイヤフラム１０において、配置領域の厚さは、配置領域以外の他の領域の厚さよりも小さい。ここで、配置領域は、ピエゾ抵抗素子４０，４１が配置された領域から所定の範囲内の領域を含む領域である。すなわち、配置領域は、例えば図１及び図２に領域Ｂとして示すように、上面視においてピエゾ抵抗素子４０，４１が配置された領域と、ピエゾ抵抗素子４０，４１が配置された領域から所定の範囲内の領域とを含む。配置領域Ｂは、図３に示す応力変化領域Ｄに含まれる。配置領域Ｂの厚さが、他の領域の厚さよりも小さいことにより、検出対象となる物質が感応膜２０に吸着された際に配置領域Ｂに生じる応力が、他の領域よりも大きくなる。この原理の詳細について説明する。 In the diaphragm 10 of the present embodiment, the thickness of the arrangement area is smaller than the thickness of the area other than the arrangement area. Here, the arrangement region is a region including a region within a predetermined range from the region where the piezoresistive elements 40 and 41 are arranged. That is, the arrangement region is predetermined from the region where the piezoresistive elements 40 and 41 are arranged and the region where the piezoresistive elements 40 and 41 are arranged in the top view, for example, as shown as the region B in FIGS. 1 and 2. Includes areas within range. The arrangement region B is included in the stress change region D shown in FIG. Since the thickness of the arrangement region B is smaller than the thickness of the other region, the stress generated in the arrangement region B when the substance to be detected is adsorbed on the sensitive film 20 becomes larger than that of the other region. The details of this principle will be described.

図３は、ガス分子２が感応膜２０に吸着された際の図２に示す範囲Ａの拡大図である。なお、ガス分子２は、応力センサ１を用いて検出する対象のガス分子を模式的に示すものである。 FIG. 3 is an enlarged view of the range A shown in FIG. 2 when the gas molecule 2 is adsorbed on the sensitive film 20. The gas molecule 2 schematically shows a gas molecule to be detected by using the stress sensor 1.

図３に示すように、ガス分子２が感応膜２０に吸着されると、感応膜２０が変形する。感応膜２０の変形に伴い、ダイヤフラム１０において感応膜２０が配置された領域も変形する。ダイヤフラム１０の変形により、配置領域Ｂに応力が生じる。 As shown in FIG. 3, when the gas molecule 2 is adsorbed on the sensitive film 20, the sensitive film 20 is deformed. As the sensitive film 20 is deformed, the region where the sensitive film 20 is arranged in the diaphragm 10 is also deformed. Due to the deformation of the diaphragm 10, stress is generated in the arrangement region B.

具体的には、ダイヤフラム１０において感応膜２０が配置された領域Ｃは、円形の感応膜２０の中心部が上側に盛り上がった凸形状に変形する。領域Ｃの変形により、ダイヤフラム１０において感応膜２０が配置されていない領域に対し、上側への力が働く。このとき、ダイヤフラム１０の配置領域Ｂは、他の領域よりも薄くなっているため、他の領域よりも変形しやすくなっている。そのため、配置領域Ｂでは、他の領域と比較して、ダイヤフラム１０の変形の度合いが大きくなり、当該箇所に生じる応力が大きくなる。そして、このように大きな応力が生じやすい配置領域Ｂは、ピエゾ抵抗素子４０，４１が配置された領域であるため、検出対象となる物質が感応膜２０に吸着された際におけるピエゾ抵抗素子４０，４１の変形も大きくなる。そのため、ピエゾ抵抗素子４０，４１の抵抗値も、大きく変化しやすくなる。 Specifically, the region C in which the sensitive film 20 is arranged in the diaphragm 10 is deformed into a convex shape in which the central portion of the circular sensitive film 20 is raised upward. Due to the deformation of the region C, an upward force acts on the region where the sensitive film 20 is not arranged in the diaphragm 10. At this time, since the arrangement region B of the diaphragm 10 is thinner than the other regions, it is more easily deformed than the other regions. Therefore, in the arrangement region B, the degree of deformation of the diaphragm 10 is larger than in other regions, and the stress generated at the location is larger. Since the arrangement region B in which a large stress is likely to occur is the region in which the piezoresistive elements 40 and 41 are arranged, the piezoresistive element 40 when the substance to be detected is adsorbed on the sensitive film 20. The deformation of 41 also becomes large. Therefore, the resistance values of the piezoresistive elements 40 and 41 are also likely to change significantly.

以上のように、本実施形態に係る応力センサ１では、検出対象となる物質が感応膜２０に吸着された際に、配置領域Ｂにおけるダイヤフラム１０の変形の度合いが、他の領域と比較して、より大きくなる。そのため、配置領域Ｂに生じる応力もより大きくなる。そのため、配置領域Ｂに配置されたピエゾ抵抗素子４０，４１の抵抗値の変化もより大きくなる。これにより、応力センサ１では、検出対象となる物質が感応膜２０に吸着された際に、ダイヤフラム１０に生じる応力の検出能力を向上させることができる。そのため、応力センサ１では、検出対象となる物質の検出能力を向上させることができる。従って、応力センサ１によれば、検出能力を向上できる。 As described above, in the stress sensor 1 according to the present embodiment, when the substance to be detected is adsorbed on the sensitive film 20, the degree of deformation of the diaphragm 10 in the arrangement region B is compared with that of the other regions. , Will be bigger. Therefore, the stress generated in the arrangement region B also becomes larger. Therefore, the change in the resistance values of the piezoresistive elements 40 and 41 arranged in the arrangement region B becomes larger. As a result, the stress sensor 1 can improve the ability to detect the stress generated in the diaphragm 10 when the substance to be detected is adsorbed on the sensitive film 20. Therefore, the stress sensor 1 can improve the detection ability of the substance to be detected. Therefore, according to the stress sensor 1, the detection ability can be improved.

（本実施形態の変形例）
次に、本実施形態に係る応力センサ１の変形例について説明する。 (Modified example of this embodiment)
Next, a modified example of the stress sensor 1 according to the present embodiment will be described.

図４は、本実施形態に係る応力センサ１の変形例（応力センサ１ａ）を示す上面図である。なお、図４に示す各構成要素において、図１に示す構成要素と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。 FIG. 4 is a top view showing a modified example (stress sensor 1a) of the stress sensor 1 according to the present embodiment. In each component shown in FIG. 4, the same components as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

応力センサ１ａは、ダイヤフラム１０ａと、感応膜２０ａと、２個のピエゾ抵抗素子（検出部）４０，４１とを備える。応力センサ１ａにおいて、配置領域Ｂ’は、上面視において円形状である。配置領域Ｂ’は、感応膜２０ａと同心円の円環形状となるように形成されてもよい。すなわち、配置領域Ｂ’は、感応膜２０ａの外縁部２１ａよりも外側に、所定の幅Ｗの領域として、形成されている。 The stress sensor 1a includes a diaphragm 10a, a sensitive film 20a, and two piezoresistive elements (detection units) 40 and 41. In the stress sensor 1a, the arrangement region B'is circular in top view. The arrangement region B'may be formed so as to have an annular shape concentric with the sensitive film 20a. That is, the arrangement region B'is formed as a region having a predetermined width W outside the outer edge portion 21a of the sensitive film 20a.

このような応力センサ１ａであっても、第１の実施形態に係る応力センサ１と同様の効果を得ることができる。 Even with such a stress sensor 1a, the same effect as that of the stress sensor 1 according to the first embodiment can be obtained.

図５は、本実施形態に係る応力センサ１の他の変形例（応力センサ１ｂ）を示す上面図であり、図６は、図５に示す応力センサ１ｂのＬ’−Ｌ’線に沿った断面図である。なお、図５及び図６に示す各構成要素において、それぞれ図１及び図２に示す構成要素と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。 FIG. 5 is a top view showing another modification (stress sensor 1b) of the stress sensor 1 according to the present embodiment, and FIG. 6 is taken along the L'-L'line of the stress sensor 1b shown in FIG. It is a sectional view. In each of the components shown in FIGS. 5 and 6, the same components as those shown in FIGS. 1 and 2, respectively, are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

応力センサ１ｂは、ダイヤフラム１０ｂと、感応膜２０ｂと、２個のピエゾ抵抗素子（検出部）４０，４１とを備える。応力センサ１ｂにおいて、配置領域Ｂ’’は、上面視において、感応膜２０ｂの外縁部２１ｂの内側及び外側に跨るように形成されている。すなわち、図６に示す断面図において、他の領域よりも厚さが小さい配置領域Ｂ’’は、感応膜２０ｂの一部の下方にまで及んでいる。 The stress sensor 1b includes a diaphragm 10b, a sensitive film 20b, and two piezoresistive elements (detection units) 40 and 41. In the stress sensor 1b, the arrangement region B ″ is formed so as to straddle the inside and the outside of the outer edge portion 21b of the sensitive film 20b in a top view. That is, in the cross-sectional view shown in FIG. 6, the arrangement region B ″, which is smaller in thickness than the other regions, extends below a part of the sensitive film 20b.

このような応力センサ１ｂであっても、第１の実施形態に係る応力センサ１と同様の効果を得ることができる。 Even with such a stress sensor 1b, the same effect as that of the stress sensor 1 according to the first embodiment can be obtained.

（本実施形態に係る応力センサの製造工程）
次に、本実施形態に係る応力センサの製造工程について、図７〜図１３を参照して説明する。なお、図７〜図１３に示す各構成要素において、同一の構成要素には同一符号を付す。 (Manufacturing process of stress sensor according to this embodiment)
Next, the manufacturing process of the stress sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 7 to 13. In each of the components shown in FIGS. 7 to 13, the same components are designated by the same reference numerals.

（１）ＳＯＩ基板の準備
まず、応力センサの製造に用いるＳＯＩ基板を準備する。図７に、本実施形態に係る応力センサの製造に用いるＳＯＩ基板の概略構造を示す。図７に示すように、ＳＯＩ基板１００は、第１基板１１０と、第１のＳｉＯ_２層１１１と、第２基板１１３と、第２のＳｉＯ_２層１１４と、第３基板１１２とを備える。第１基板１１０、第２基板１１３及び第３基板１１２は、Ｓｉ基板である。第１基板１１０及び第２基板１１３は、ダイヤフラムとして機能させるものであり、第３基板１１２よりも薄い。ＳＯＩ基板１００では、第３基板１１２上に第２のＳｉＯ_２層１１４が配置され、第２のＳｉＯ_２層１１４上に第２基板１１３が配置され、第２基板１１３上に第１のＳｉＯ_２層１１１が配置され、第１のＳｉＯ_２層１１１上に第１基板１１０が配置されている。ＳＯＩ基板１００は、例えばいわゆる貼り合わせ法によって製造される。なお、以下では、第１基板１１０はｎ型であるとする。 (1) Preparation of SOI substrate First, an SOI substrate used for manufacturing a stress sensor is prepared. FIG. 7 shows the schematic structure of the SOI substrate used for manufacturing the stress sensor according to the present embodiment. As shown in FIG. 7, the SOI substrate 100 includes a first substrate 110, a first SiO ₂ layer 111, a second substrate 113, a second SiO ₂ layer 114, and a third substrate 112. The first substrate 110, the second substrate 113, and the third substrate 112 are Si substrates. The first substrate 110 and the second substrate 113 function as a diaphragm, and are thinner than the third substrate 112. In the SOI substrate 100, a second SiO ₂ layer 114 is disposed on the third substrate 112, second substrate 113 is disposed on the second SiO ₂ layer 114, a first SiO on the second substrate 113 ₂ The layer 111 is arranged, and the first substrate 110 is arranged on the first _{SiO 2 layer 111.} The SOI substrate 100 is manufactured by, for example, a so-called bonding method. In the following, it is assumed that the first substrate 110 is n-type.

（２）拡散配線（高ドープ層）の形成
次に、図７に示すＳＯＩ基板１００に、拡散配線を形成する。図８に示すように、第１基板１１０上にマスクパターン２００を形成した後、イオン注入法によってマスクパターン２００の開口部に高濃度のボロン（Ｂ）を注入し、拡散配線４０ａ，４０ｂ，４１ａ，４１ｂを形成する。 (2) Formation of Diffusion Wiring (High Doping Layer) Next, the diffusion wiring is formed on the SOI substrate 100 shown in FIG. 7. As shown in FIG. 8, after the mask pattern 200 is formed on the first substrate 110, high-concentration boron (B) is implanted into the opening of the mask pattern 200 by the ion implantation method, and the diffusion wirings 40a, 40b, 41a , 41b are formed.

（３）ピエゾ抵抗素子（低ドープ層）の形成
図８に示すマスクパターン２００を除去した後、ピエゾ抵抗素子４０，４１を形成する。図９に示すように、第１基板１１０上にマスクパターン２０１を形成した後、イオン注入法によってマスクパターン２０１の開口部に低濃度のボロン（Ｂ）を注入し、ピエゾ抵抗素子４０，４１を形成する。 (3) Formation of Piezoresistive Elements (Low Doping Layer) After removing the mask pattern 200 shown in FIG. 8, the piezoresistive elements 40 and 41 are formed. As shown in FIG. 9, after the mask pattern 201 is formed on the first substrate 110, low-concentration boron (B) is implanted into the opening of the mask pattern 201 by the ion implantation method to form the piezoresistive elements 40 and 41. Form.

（４）金属配線の形成
図９に示すマスクパターン２０１を除去し、所定のパターンの絶縁層３１０ａ，３１０ｂを積層した後、アルミニウム等の金属配線を形成する。図１０（ａ）に示すように、第１基板１１０上の全面にスパッタによって金属（例えばアルミニウム）を堆積させ、金属層３００（例えばアルミニウム層）を形成する。次に、図１０（ｂ）に示すように、金属層３００上にマスクパターン２０２を形成する。その後、図１０（ｃ）に示すように、マスクパターン２０２により保護されていない金属層３００をエッチングすることにより、金属配線３００ａ，３００ｂを形成する。金属配線３００ａ等及び拡散配線４０ａ等による接続によって、ピエゾ抵抗素子４０，４１は、ホイートストンブリッジ回路を構成する。 (4) Formation of Metal Wiring After removing the mask pattern 201 shown in FIG. 9 and laminating the insulating layers 310a and 310b of a predetermined pattern, a metal wiring such as aluminum is formed. As shown in FIG. 10A, a metal (for example, aluminum) is deposited on the entire surface of the first substrate 110 by sputtering to form a metal layer 300 (for example, an aluminum layer). Next, as shown in FIG. 10B, the mask pattern 202 is formed on the metal layer 300. Then, as shown in FIG. 10C, the metal wirings 300a and 300b are formed by etching the metal layer 300 that is not protected by the mask pattern 202. The piezoresistive elements 40 and 41 form a Wheatstone bridge circuit by connecting with a metal wiring 300a or the like and a diffusion wiring 40a or the like.

（５）ダイヤフラムの形成
ＳＯＩ基板１００の上下を反転させた後、ダイヤフラムを形成する。図１１（ａ）に示すように、第３基板１１２上にマスクパターン２０３を形成した後、マスクパターン２０３により保護されていない第３基板１１２を、ドライエッチングして凹部４００を形成する。このとき、第２のＳｉＯ_２層１１４がストップ層の役割を果たすように、予めドライエッチングの条件を設定する。その後、ドライエッチングの条件を変更し、図１１（ｂ）に示すように、第２のＳｉＯ_２層１１４を除去して、ダイヤフラム１０のうち、配置領域Ｂではない他の領域を形成する。 (5) Formation of Diaphragm After the SOI substrate 100 is turned upside down, a diaphragm is formed. As shown in FIG. 11A, after the mask pattern 203 is formed on the third substrate 112, the third substrate 112 not protected by the mask pattern 203 is dry-etched to form the recess 400. At this time, the dry etching conditions are set in advance so that _{the second SiO 2 layer 114 acts as a stop layer.} After that, the dry etching conditions are changed, and as shown in FIG. 11B, the second SiO ₂ layer 114 is removed to form another region of the diaphragm 10 that is not the arrangement region B.

（６）配置領域の形成
ダイヤフラム１０の他の領域を形成した後、配置領域Ｂを形成する。図１２（ａ）に示すように、第２基板１１３上にマスクパターン２０４を形成した後、マスクパターン２０４により保護されていない第２基板１１３を、ドライエッチングして、配置領域Ｂとなる箇所に凹部４０１を形成する。このとき、第１のＳｉＯ_２層１１１がストップ層の役割を果たすように、予めドライエッチングの条件を設定する。その後、ドライエッチングの条件を変更し、図１２（ｂ）に示すように、第１のＳｉＯ_２層１１１を除去して、配置領域Ｂを形成する。 (6) Formation of Arrangement Region After forming another region of the diaphragm 10, the arrangement region B is formed. As shown in FIG. 12A, after the mask pattern 204 is formed on the second substrate 113, the second substrate 113 which is not protected by the mask pattern 204 is dry-etched to be a portion to be the arrangement region B. A recess 401 is formed. At this time, the dry etching conditions are set in advance so that _{the first SiO 2 layer 111 acts as a stop layer.} After that, the dry etching conditions are changed, and as shown in FIG. 12B, the first SiO ₂ layer 111 is removed to form the arrangement region B.

（７）感応膜の形成
図１２（ｂ）に示すマスクパターン２０３，２０４を除去し、さらにＳＯＩ基板１００の上下を反転させた後、感応膜２０を形成する。図１３に示すように、感応膜材料をダイヤフラム上に塗布した後、乾燥させて感応膜２０を形成する。 (7) Formation of Sensitive Film The mask patterns 203 and 204 shown in FIG. 12B are removed, and the SOI substrate 100 is turned upside down to form the sensitive film 20. As shown in FIG. 13, the sensitive film material is applied onto the diaphragm and then dried to form the sensitive film 20.

なお、ここでは第１基板１１０がｎ型であるとして説明したが、例えば第１基板１１０がｐ型である場合には、上記（２）拡散配線（高ドープ層）の形成及び（３）ピエゾ抵抗素子（低ドープ層）の形成において、ボロン（Ｂ）に替えてリン（Ｐ）を注入する。 Although it has been described here that the first substrate 110 is n-type, for example, when the first substrate 110 is p-type, the above (2) diffusion wiring (highly doped layer) is formed and (3) piezo. In the formation of the resistance element (low-doping layer), phosphorus (P) is injected instead of boron (B).

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。 Although the present invention has been described with reference to the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various modifications and modifications based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these modifications and modifications are included in the scope of the present invention. For example, the functions included in each component, each step, etc. can be rearranged so as not to be logically inconsistent, and a plurality of components, steps, etc. can be combined or divided into one. Is.

１，１ａ，１ｂ応力センサ
２ガス分子
１０，１０ａ，１０ｂダイヤフラム
２０，２０ａ，２０ｂ感応膜
２１，２１ａ，２１ｂ外縁部
４０，４１ピエゾ抵抗素子（検出部）
４０ａ，４０ｂ，４１ａ，４１ｂ拡散配線
１００ＳＯＩ基板
１１０第１基板
１１１第１のＳｉＯ_２層
１１２第３基板
１１３第２基板
１１４第２のＳｉＯ_２層
２００，２０１，２０２，２０３，２０４マスクパターン
３００金属層
３００ａ，３００ｂ金属配線
３１０ａ，３１０ｂ絶縁層
４００，４０１凹部 1,1a, 1b Stress sensor 2 Gas molecule 10,10a, 10b Diaphragm 20,20a, 20b Sensitive film 21,21a, 21b Outer edge 40,41 Piezoresistive element (detector)
40a, 40b, 41a, 41b Diffusion wiring 100 SOI substrate 110 1st substrate 111 1st SiO _2nd layer 112 3rd substrate 113 2nd substrate 114 2nd SiO _2nd layer 200, 201, 202, 203, 204 Mask pattern 300 Metal layer 300a, 300b Metal wiring 310a, 310b Insulation layer 400,401 Recess

Claims

Diaphragm and
A sensitive film placed on the surface of the diaphragm,
A detection unit on the diaphragm and arranged in a region outside the outer edge of the sensitive film.
In the diaphragm, the thickness of the arrangement area including the area where the detection unit is arranged is smaller than the thickness of the other areas other than the arrangement area.
The outer edge of the sensitive film is a stress sensor located in the arrangement region.

The stress sensor according to claim 1, wherein the detection unit is located in a stress change region where a stress change occurs due to deformation of the sensitive film in the diaphragm.

The stress sensor according to claim 2 , wherein the stress change region is a region including a contact region in contact with the outer edge portion of the sensitive film and a region in the vicinity of the contact region.

The stress sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the detection unit includes a piezoresistive element.