トップ :: H 電気 :: H04 電気通信技術




【発明の名称】 圧力センサ及びその製造方法
【発明者】 【氏名】植屋 夕輝
【要約】 【課題】気室の容量が大きい圧力センサ及びその製造方法を提供する。

【構成】固定電極を有するプレートと、前記固定電極に対向する可動電極を有し、圧力変化によって変位するダイアフラムと、前記プレートの端部が固定され内側に第一気室を形成している第一内壁と、前記第一内壁に対して前記ダイアフラムの板厚方向に段差を形成し、内側に前記ダイアフラムの板面方向の断面積が前記第一気室より大きい第二気室を形成している第二内壁とを有する支持部と、を備える。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定電極を有するプレートと、
前記固定電極に対向する可動電極を有し、圧力変化によって変位するダイアフラムと、
前記プレートの端部が固定され内側に第一気室を形成している第一内壁と、前記第一内壁に対して前記ダイアフラムの板厚方向に段差を形成し、内側に前記ダイアフラムの板面方向の断面積が前記第一気室より大きい第二気室を形成している第二内壁とを有する支持部と、
を備える圧力センサ。
【請求項２】
前記第二内壁は前記ダイアフラムの板厚方向に段差を形成し、
前記第二気室の前記ダイアフラムの板面方向の断面積は、前記プレートと反対側に向けて拡大している、請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
固定電極を有するプレートと、前記固定電極に対向する可動電極を有し圧力変化によって変位するダイアフラムと、前記プレートを支持し内部に気室を有する支持部とを備える圧力センサの製造方法であって、
基板の第一面上に前記プレートを構成する薄膜と前記ダイアフラムを構成する薄膜とを堆積により形成し、
前記基板の前記第一面と反対側の第二面上に、第一開口部を有する第一マスクを形成し、
前記基板の前記第二面上に、前記第一マスクを覆い前記第一開口部の内側に前記基板の前記プレートを構成する前記薄膜の一部上の部位を露出させる第二開口部を有する第二マスクを形成し、
前記第二マスクを用いて前記第二開口部に露出する前記基板を異方性エッチングすることにより前記基板に凹部を形成し、
前記第二マスクを除去し、
前記第一マスクを用いて前記第一開口部に露出する前記基板を前記凹部の底が除去されるまで異方性エッチングすることにより、前記気室を構成する通孔を前記基板に形成する、
ことを含む圧力センサの製造方法。
【請求項４】
固定電極を有するプレートと、前記固定電極に対向する可動電極を有し圧力変化によって変位するダイアフラムと、前記プレートを支持し内部に気室を有する支持部とを備える圧力センサの製造方法であって、
基板の第一面上に前記プレートを構成する薄膜と前記ダイアフラムを構成する薄膜とを堆積により形成し、
前記基板の前記第一面と反対側の第二面上に、前記基板の前記プレートを構成する前記薄膜の一部上の部位を露出させる第一開口部と前記第一開口部の外縁に沿うスリット状の第二開口部とを有するマスクを形成し、
前記マスクを用いて前記第一開口部及び前記第二開口部に露出する前記基板を異方性エッチングすることにより、前記基板に前記第一開口部に対応する穴部及び前記第二開口部に対応する凹部を形成し、
前記基板の前記穴部と前記凹部との間の壁部を除去することにより、前記気室を構成する通孔を前記基板に形成する、
ことを含む圧力センサの製造方法。
【請求項５】
前記第一開口部から離れるほど幅の狭い複数の前記第二開口部が前記第一開口部の外側に多重に形成された前記マスクを用いて、複数の前記凹部を前記基板に形成し、
前記基板の隣り合う前記凹部の間の壁部を前記穴部と前記凹部との間の前記壁部とともに除去する、ことを含む請求項４に記載の圧力センサの製造方法。
【請求項６】
前記穴部及び前記凹部を前記基板の前記第二面から前記第一面に向けて逆テーパ状に形成する、請求項４または５に記載の圧力センサの製造方法。
【請求項７】
固定電極を有するプレートと、前記固定電極に対向する可動電極を有し圧力変化によって変位するダイアフラムと、前記プレートを支持し内部に気室を有する支持部とを備える圧力センサの製造方法であって、
基板の第一面上に前記プレートを構成する薄膜と前記ダイアフラムを構成する薄膜とを堆積により形成し、
前記基板の前記第一面と反対側の第二面上に、前記基板の前記プレートを構成する前記薄膜の一部上の部位を露出させる第一開口部と前記第一開口部に繋がっているスリット状の第二開口部とを有するマスクを形成し、
前記マスクを用いて前記第一開口部及び前記第二開口部に露出する前記基板を異方性エッチングすることにより、前記気室を構成する通孔を前記基板に形成する、
ことを含む圧力センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は圧力センサ及びその製造方法に関し、特に半導体デバイスの製造プロセスを応用して製造可能なコンデンサマイクロホン及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体デバイスの製造プロセスを応用して製造可能なコンデンサ型の圧力センサが知られている。コンデンサ型の圧力センサは、圧力変化によって振動するダイアフラムと、空気などの誘電体を間に挟んでダイアフラムに対向するプレートと、気室とを有する。ダイアフラムとプレートとの間の静電容量は、ダイアフラムの振動によって変化する。コンデンサ型の圧力センサはこの静電容量の変化を電気信号に変換して出力する。一方、気室はダイアフラムの振動を妨げる内圧の変化を緩和する。したがって、気室の容量を大きくすることにより、圧力センサの出力特性を高めることができる。
【０００３】
特許文献１には、基板に形成した凹部とそれを覆うダイアフラムとで気室を構成するコンデンサマイクロホンが開示されている。しかしながら、特許文献１では凹部の内壁がダイアフラムに対して垂直に形成されている。こうした凹部の開口はダイアフラムを構成する薄膜よりも大きくすることができず、容量の大きな気室を形成することができない。また特許文献２には、基板に形成した通孔の内壁とダイアフラムとで気室を構成するコンデンサマイクロホンが開示されている。特許文献２では、通孔の内壁をプレート側からその反対側に向けて拡径するテーパ状に形成している。したがって、特許文献１に記載されているコンデンサマイクロホンよりも気室の容積を大きくすることができる。しかしながら、このようなテーパ状の通孔はシリコンの格子面を利用して形成されるため、そのテーパ角度は一定である。この結果、気室の容量はダイアフラムを構成する薄膜の大きさによって制限されるため、圧力センサを大型化することなく気室の容量を大きくすることができない。
【０００４】
【特許文献１】特表２００４−５３７１８２号公報
【特許文献２】特開２００４−３５６７０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上述の問題を解決するためになされたものであって、気室の容量が大きい圧力センサ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）上記目的を達成するための圧力センサは、固定電極を有するプレートと、前記固定電極に対向する可動電極を有し、圧力変化によって変位するダイアフラムと、前記プレートの端部が固定され内側に第一気室を形成している第一内壁と、前記第一内壁に対して前記ダイアフラムの板厚方向に段差を形成し、内側に前記ダイアフラムの板面方向の断面積が前記第一気室より大きい第二気室を形成している第二内壁とを有する支持部と、を備える。
第二気室のダイアフラムの板面方向の断面積は第一気室のダイアフラムの板面方向の断面積に対し不連続に拡大している。そしてプレートの端部は、第一気室を形成する第一内壁に固定されている。したがって、プレートの板面方向の大きさに制限されることなく、また圧力センサを大型化することなく、圧力センサの気室の容量を大きくすることができる。
【０００７】
（２）前記第二内壁は前記ダイアフラムの板厚方向に段差を形成し、前記第二気室の前記ダイアフラムの板面方向の断面積は、前記プレートと反対側に向けて拡大してもよい。
第二気室のダイアフラムの板面方向の断面積はプレートと反対側に向けて不連続に拡大する。したがって、圧力センサの気室の容量を大きくすることができる。
【０００８】
（３）上記目的を達成するための圧力センサの製造方法は、固定電極を有するプレートと、前記固定電極に対向する可動電極を有し圧力変化によって変位するダイアフラムと、前記プレートを支持し内部に気室を有する支持部とを備える圧力センサの製造方法であって、基板の第一面上に前記プレートを構成する薄膜と前記ダイアフラムを構成する薄膜とを堆積により形成し、前記基板の前記第一面と反対側の第二面上に、第一開口部を有する第一マスクを形成し、前記基板の前記第二面上に、前記第一マスクを覆い前記第一開口部の内側に前記基板の前記プレートを構成する前記薄膜の一部上の部位を露出させる第二開口部を有する第二マスクを形成し、前記第二マスクを用いて前記第二開口部に露出する前記基板を異方性エッチングすることにより前記基板に凹部を形成し、前記第二マスクを除去し、前記第一マスクを用いて前記第一開口部に露出する前記基板を前記凹部の底が除去されるまで異方性エッチングすることにより、前記気室を構成する通孔を前記基板に形成する、ことを含む。
第二マスクを用いて第二開口部に露出する基板を異方性エッチングすると、基板に凹部が形成される。そして第一マスクを用いて第一開口部に露出する基板の凹部とその周辺部分とを凹部の底が除去されるまで異方性エッチングすると、基板の板厚方向に段付きの通孔が形成される。ここで第二開口部は、基板のプレートを構成する薄膜の一部上の部位を露出させるようにパターニングされている。したがって、プレートを構成する薄膜の残部は通孔形成後も基板上に積まれている。このようにして上述した段付きの通孔を基板に形成することにより、気室の容量が大きい圧力センサを製造することができる。
【０００９】
（４）上記目的を達成するための圧力センサの製造方法は、固定電極を有するプレートと、前記固定電極に対向する可動電極を有し圧力変化によって変位するダイアフラムと、前記プレートを支持し内部に気室を有する支持部とを備える圧力センサの製造方法であって、基板の第一面上に前記プレートを構成する薄膜と前記ダイアフラムを構成する薄膜とを堆積により形成し、前記基板の前記第一面と反対側の第二面上に、前記基板の前記プレートを構成する前記薄膜の一部上の部位を露出させる第一開口部と前記第一開口部の外縁に沿うスリット状の第二開口部とを有するマスクを形成し、前記マスクを用いて前記第一開口部及び前記第二開口部に露出する前記基板を異方性エッチングすることにより、前記基板に前記第一開口部に対応する穴部及び前記第二開口部に対応する凹部を形成し、前記基板の前記穴部と前記凹部との間の壁部を除去することにより、前記気室を構成する通孔を前記基板に形成する、ことを含む。
第一開口部及び第二開口部を有するマスクを用いて第一開口部に穴部が形成されるまで基板を異方性エッチングすると、基板には第二開口部に対応する凹部が形成される。これはアスペクト依存エッチング効果によるものである。そして基板の穴部と凹部との間の壁部を除去すると、基板に段付きの通孔が形成される。ここで第一開口部は、基板のプレートを構成する薄膜の一部上の部位を露出させるようにパターニングされている。したがって、プレートを構成する薄膜の残部は通孔形成後も基板上に積まれている。このようにして上述した段付きの通孔を基板に形成することにより、気室の容量が大きい圧力センサを製造することができる。
【００１０】
（５）前記第一開口部の外側に前記第一開口部から離れるほど幅の狭い前記第二開口部を多重に形成し、前記基板の隣り合う前記凹部の間の壁部を前記穴部と前記凹部との間の前記壁部とともに除去してもよい。
第二開口部の幅は第一開口部から離れるほど狭いので、第二開口部に対応する凹部の基板の板厚方向の深さは第一開口部から離れるほど小さくなる。したがって、基板の隣り合う凹部の間の壁部を除去すると、多段の段付きの通孔が基板に形成される。このようにして多段の上述した段付きの通孔を基板に形成することにより、気室の容量が大きい圧力センサを製造することができる。
（６）前記穴部及び前記凹部を前記基板の前記第二面から前記第一面に向けて逆テーパ状に形成してもよい。
このような逆テーパ状の穴部及び凹部を基板に形成することにより、上述した壁部は基板の第二面から第一面に向けて薄くなる。この結果、壁部の薄肉部分で壁部を基板から分離することで、壁部を容易に除去することができる。
【００１１】
（７）上記目的を達成するための圧力センサの製造方法は、固定電極を有するプレートと、前記固定電極に対向する可動電極を有し圧力変化によって変位するダイアフラムと、前記プレートを支持し内部に気室を有する支持部とを備える圧力センサの製造方法であって、基板の第一面上に前記プレートを構成する薄膜と前記ダイアフラムを構成する薄膜とを堆積により形成し、前記基板の前記第一面と反対側の第二面上に、前記基板の前記プレートを構成する前記薄膜の一部上の部位を露出させる第一開口部と前記第一開口部に繋がっているスリット状の第二開口部とを有するマスクを形成し、前記マスクを用いて前記第一開口部及び前記第二開口部に露出する前記基板を異方性エッチングすることにより、前記気室を構成する通孔を前記基板に形成する、ことを含む。
第一開口部及び第二開口部を有するマスクを用いて第一開口部に穴部が形成されるまで基板を異方性エッチングすると、基板にはアスペクト依存エッチング効果により第二開口部に対応するスリット状の凹部が形成される。基板の凹部は穴部に繋がっており、穴部及び凹部は段付きの通孔を形成する。ここで第一開口部は、基板のプレートを構成する薄膜の一部上の部位を露出させるようにパターニングされている。したがって、プレートを構成する薄膜の残部は通孔形成後も基板上に積まれている。このようにして上述した段付きの通孔を基板に形成することにより、気室の容量が大きい圧力センサを製造することができる。
【００１２】
尚、本明細書において、「・・・上に形成する」とは、技術上の阻害要因がない限りにおいて、「・・・上に直に形成する」と、「・・・上に中間物を介して形成する」の両方を含む意味とする。
また、請求項に記載された方法の各動作の順序は、技術上の阻害要因がない限り、記載順に限定されるものではなく、どのような順番で実行されてもよく、また同時に実行されてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。各実施形態において同一の符号が付された構成要素は、その符号が付された他の実施形態の構成要素と対応する。
（第一実施形態）
図１に示す第一実施形態のコンデンサマイクロホン１は、半導体製造プロセスを用いて製造される所謂シリコンマイクロホンであって、プレート２１側から到達する音波を電気信号に変換する圧力センサである。
【００１４】
１．感音部の構成
コンデンサマイクロホン１の感音部は、基板１０、第一膜、第二膜、第三膜及び第四膜からなる積層構造を有している。
基板１０は例えば単結晶シリコン基板である。基板１０には段付きの通孔１２が板厚方向に形成されている。
【００１５】
第一膜は二酸化シリコン等からなる絶縁性の薄膜である。第一膜はダイアフラム２０と基板１０との間に空隙が形成されるように第二膜を基板１０上に支持している。第一膜には円形の開口１３が形成されている。
第二膜は例えばＰ（リン）が不純物として添加されたポリシリコンからなる導電性の薄膜である。第二膜の第三膜に固着していない部分はダイアフラム２０を構成している。ダイアフラム２０は第一膜とも第三膜とも固着しておらず、音波によって振動する可動電極として機能する。ダイアフラム２０は第一膜の開口１３を覆う円形である。
【００１６】
第三膜は第一膜と同様に例えば二酸化シリコンからなる絶縁性の薄膜である。第三膜は、導電性の第二膜と第四膜とを絶縁し、第四膜を第二膜上に支持している。第三膜には円形の開口１５が形成されている。
第四膜は、第二膜と同様に例えばＰが不純物として添加されたポリシリコンからなる導電性の薄膜である。第四膜の第三膜に固着していない部分はプレート２１を構成している。プレート２１には複数の通孔２２が形成されている。
【００１７】
基板１０と第一膜と第三膜と第二膜及び第四膜の第三膜に固着していない部分とは支持部２３を構成している。支持部２３には、第一気室４１及び第二気室４２からなる背部気室４０が形成されている。背部気室４０は音波の進行方向の反対側からダイアフラム２０が受ける圧力を緩和する。第一気室４１は、基板１０のプレート２１側の内壁１２ａと第二膜の開口１３の内壁１３ａとの内側に形成されている。第二気室４２は、基板１０のプレート２１と反対側の内壁１２ｂの内側に形成されている。第二気室４２のダイアフラム２０の板面方向の断面積は第一気室４１より大きい。基板１０の内壁１２ａと第二膜の内壁１３ａとが請求項に記載の「第一内壁」に相当し、基板１０の内壁１２ｂが「第二内壁」に相当する。
【００１８】
２．検出部の構成
図１（Ｂ）に示す回路図に基づいて、コンデンサマイクロホン１の検出部の一例を説明する。ダイアフラム２０はバイアス電源に接続されている。具体的には、バイアス電源の端子１０２に接続されているリード１０４及びリード１０６がそれぞれ第二薄膜及び基板１０に接続されている。この結果、ダイアフラム２０と基板１０とは実質的に同じ電位となる。また、プレート２１はオペアンプ１００の入力端子に接続されている。具体的には、オペアンプ１００の入力端子に接続されているリード１０８が第四膜に接続されている。オペアンプ１００の入力インピーダンスは高い。
【００１９】
３．コンデンサマイクロホンの作動
音波がプレート２１の通孔２２を通過してダイアフラム２０に伝搬すると、ダイアフラム２０は音波により振動する。ダイアフラム２０が振動すると、その振動によりダイアフラム２０とプレート２１との間の距離が変化し、ダイアフラム２０とプレート２１とにより形成される静電容量が変化する。
【００２０】
ここでプレート２１は、上述したように入力インピーダンスの高いオペアンプ１００に接続されている。そのため、ダイアフラム２０とプレート２１とにより形成される静電容量が変化したとしても、プレート２１に存在する電荷のオペアンプ１００への移動量は極わずかである。したがって、プレート２１及びダイアフラム２０に存在する電荷は変化しないものとみなすことができる。これにより、ダイアフラム２０とプレート２１とにより形成される静電容量の変化をプレート２１の電位変化として取り出すことができる。このようにしてコンデンサマイクロホン１は、ダイアフラム２０とプレート２１とにより形成される静電容量の極めてわずかな変化を電気信号として出力する。すなわち、コンデンサマイクロホン１は、ダイアフラム２０に加わる音圧の変化を静電容量の変化に変換し、静電容量の変化を電圧の変化に変換することにより、音圧の変化に相関する電気信号を出力する。
【００２１】
４．コンデンサマイクロホンの製造方法
はじめに、図２（Ａ１）に示すように、基板１０（図１参照）となるウェハ５０上に第一膜５１を堆積により形成する。例えばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）で単結晶シリコンウェハ５０上に二酸化シリコンを堆積させることにより第一膜５１を形成する。
【００２２】
次に、第一膜５１上に第二膜５２を堆積により形成する。具体的には、例えば次のとおりである。減圧ＣＶＤ法を用いてＰが添加されたポリシリコンを第一膜５１上に堆積させることにより、第二膜５２を形成する。次に、第二膜５２の表面全体にフォトレジスト膜を塗布した後、所定のレジストマスクを用いた露光及び現像を行うフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成する。そして、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等の異方性エッチングによって第二膜５２を選択的に除去することにより、円形の第二膜５２を形成する。
次に、図２（Ａ２）に示すように、第二膜５２上に第三膜５３を堆積により形成する。例えばプラズマＣＶＤを用いて第二膜５２上に二酸化シリコンを堆積させることにより第三膜５３を形成する。
【００２３】
次に、図２（Ａ３）に示すように、第三膜５３上に第四膜５４を堆積により形成する。具体的には、例えば次のとおりである。減圧ＣＶＤ法を用いてＰが添加されたポリシリコンを第三膜５３上に堆積させることにより第四膜５４を形成する。次に、第四膜５４の表面全体にフォトレジスト膜を塗布した後、所定のレジストマスクを用いた露光及び現像を行うフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成する。そして、ＲＩＥ等の異方性エッチングによって第四膜５４を選択的に除去することにより、多数の通孔２２を有する円形の第四膜５４を形成する（図２（Ａ３）参照）。
【００２４】
次に、図３（Ａ４）に示すように、ウェハ５０の第一膜５１〜第四膜５４を積層した第一面５０ａと反対側の第二面５０ｂ上に、第一開口部５５ａを有する第一マスク５５を形成する。例えば、接着剤を用いて金属製の第一マスク５５をウェハ５０に貼り付ける。接着剤は有機系の接着剤が望ましく、第一マスク５５はニッケル、クロム等が望ましい。尚、第一マスク５５は、後述する第二マスク５６と選択的に除去可能である限りどのような材料で形成してもよい。また、ウェハ５０に金属をめっきすることにより第一マスク５５を形成してもよい。
【００２５】
次に、ウェハ５０の第二面５０ｂ及び第一マスク５５上に、第二開口部５６ａを有する第二マスク５６を形成する。例えばウェハ５０の第二面５０ｂ及び第一マスク５５の表面の全体にフォトレジスト膜を塗布した後、所定のレジストマスクを用いた露光及び現像を行うフォトリソグラフィにより第二マスク５６を形成する。第二開口部５６ａは、第一開口部５５ａの内側にウェハ５０の第二膜５２及び第四膜５４の一部上の部位を露出させている。
【００２６】
次に、図３（Ａ５）に示すように、第二マスク５６を用いて第二開口部５６ａに露出するウェハ５０を異方性エッチングすることにより、ウェハ５０に凹部６０を形成する。例えばＤｅｅｐ−ＲＩＥによってウェハ５０を選択的に除去することにより、ウェハ５０に凹部６０を形成する。
次に、図３（Ａ６）に示すように、第二マスク５６を除去する。例えば、第二マスク５６の除去にはＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）等のレジスト剥離液を用いる。
【００２７】
次に、第一マスク５５を用いて第一開口部５５ａに露出するウェハ５０を異方性エッチングすることにより、ウェハ５０に段付きの通孔１２を形成する。例えば、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥによって凹部６０の底がなくなるまでウェハ５０を選択的に除去することにより、ウェハ５０に段付きの通孔１２を形成する。この結果、通孔１２に第一膜５１の第二膜５２及び第四膜５４の一部上の部位が露出する。そして第二膜５２及び第四膜５４の残部は、通孔１２の形成後もウェハ５０の第二面５０ｂ側の開口周辺に積まれている。
【００２８】
次に、例えばバッファードフッ酸（Buffered HF）等のエッチング液を使用した等方的なウェットエッチング、若しくは等方的なエッチングと異方的なエッチングの組み合わせにより、シリコン酸化膜である第一膜５１及び第三膜５３を選択的に除去する。このときエッチング液は、第四膜５４の通孔２２及びウェハ５０の通孔１２から浸入し、第一膜５１及び第三膜５３を溶解させる。通孔２２及び通孔１２の形状及び配置を適切に設計することにより、第一膜５１及び第三膜５３にそれぞれ開口１３及び開口１５が形成される。この結果、感音部のダイアフラム２０、プレート２１、支持部２３が形成される（図１参照）。
その後のダイシング、パッケージングなどの工程を経て、コンデンサマイクロホン１が完成する。
【００２９】
（第二実施形態）
１．感音部
図４に示す第二実施形態のコンデンサマイクロホン２の感音部は、第一実施形態のコンデンサマイクロホン１の感音部と基板１０の形状が異なる。コンデンサマイクロホン２の基板１０には、多段の段付きの通孔２１２が形成されている。基板１０と第一膜と第三膜と第二膜及び第四膜の第三膜に固着していない部分とは支持部２２３を構成している。
【００３０】
支持部２２３には、第一気室２４１及び第二気室２４２からなる背部気室２４０が形成されている。第一気室２４１は基板１０のプレート２１側の内壁２１２ａと第二膜の開口１３の内壁１３ａとの内側に形成されている。第二気室２４２は基板１０のプレート２１と反対側の内壁２１２ｂの内側に形成されている。基板１０の内壁２１２ｂはダイアフラム２０の板厚方向に段差を形成している。これにより第二気室２４２のダイアフラム２０の板厚方向の断面積はプレート２１側からその反対側に向けて不連続に拡大している。基板１０の内壁２１２ａと第二膜の内壁１３ａとが請求項に記載の「第一内壁」に相当し、基板１０の内壁２１２ｂが「第二内壁」に相当する。
尚、コンデンサマイクロホン２の検出部は、第一実施形態のコンデンサマイクロホン１の検出部と実質的に同一である。またコンデンサマイクロホン２の作動は、第一実施形態のコンデンサマイクロホン１の作動と実質的に同一である。したがって、これらの説明は省略する。
【００３１】
２．コンデンサマイクロホンの製造方法
はじめに、図５（Ａ１）に示すように、第一実施形態の製造方法と同様にしてウェハ５０の第一面５０ａ上に第一膜５１〜第四膜５４を堆積により形成する。
次に、ウェハ５０の第二面５０ｂ上に、開口部２５５ａ〜開口部２５５ｄを有するマスク２５５を形成する。例えば、ウェハ５０の第二面５０ｂ全体にフォトレジスト膜を塗布した後、所定のレジストマスクを用いた露光及び現像を行うフォトリソグラフィによりマスク２５５を形成する。開口部２５５ａはウェハ５０の第二膜５２及び第四膜５４の一部上の部位を露出させる円形である。開口部２５５ｂ〜開口部２５５ｄは開口部２５５ａの外周に沿う円環状であり、径方向の幅が開口部２５５ａの直径よりも小さいスリット状である。開口部２５５ｃの径方向の幅は開口部２５５ｂの径方向の幅よりも小さい。開口部２５５ｄの径方向の幅は、開口部２５５ｃの径方向の幅よりも小さい。
【００３２】
次に、図５（Ａ２）に示すように、マスク２５５を用いてウェハ５０を異方性エッチングすることにより、ウェハ５０に穴部２６０、凹部２６１〜凹部２６３を形成する。具体的には、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ等の異方性エッチングによってマスク２５５から露出するウェハ５０を選択的に除去する。この異方性エッチングは、ウェハ５０の開口部２５５ａに対応する部位に穴部２６０が形成されるまで行う。ここで開口部２５５ｂ〜開口部２５５ｄの径方向の幅は開口部２５５ａの直径より小さい。そのためアスペクト依存エッチング効果により、ウェハ５０の開口部２５５ｂ〜開口部２５５ｄに対応する部位には、それぞれ凹部２６１〜凹部２６３が形成される。また、開口部２５５ｃの径方向の幅は開口部２５５ｂの径方向の幅より小さいため、凹部２６２のウェハ５０の板厚方向の大きさ（深さ）は凹部２６１よりも小さい。開口部２５５ｄの径方向の幅は開口部２５５ｃの径方向の幅より小さいため、凹部２６３のウェハ５０の板厚方向の大きさ（深さ）は凹部２６２よりも小さい。
【００３３】
次に、穴部２６０と凹部２６１の間の壁部２７１、凹部２６１と凹部２６２との間の壁部２７２及び凹部２６２と凹部２６３との間の壁部２７３を除去する。具体的には、例えば次のとおりである。単結晶シリコンのウェハ５０の第二面５０ｂを熱酸化させることにより、壁部２７１〜壁部２７３を酸化シリコンに変質させる。次に、バッファードフッ酸等のエッチング液を用いたウェットエッチングにより、変質したウェハ５０の第二面５０ｂの表面部分とともに壁部２７１〜壁部２７３を選択的に除去する。この結果、ウェハ５０には多段の段付きの通孔２１２が形成され、通孔２１２に第一膜５１の第二膜５２及び第四膜５４の一部上の部位が露出する。そして第二膜５２及び第四膜５４の残部は、通孔２１２形成後もウェハ５０の第二面５０ｂ側の開口周辺に積まれている。
その後の工程は第一実施形態の製造方法と実質的に同一である。
【００３４】
（第三実施形態）
第二実施形態の製造方法では、ウェハ５０の壁部２７１〜壁部２７３を変質させることにより、これらを選択的に除去した。しかし、壁部の除去方法はこれに限定されない。以下、第二実施形態の製造方法と壁部の除去方法が異なる第三実施形態の製造方法について説明する。
はじめに、図６（Ａ１）に示すように、第一実施形態の製造方法と同様にしてウェハ５０の第一面５０ａ上に第一膜５１〜第四膜５４を堆積により形成する。
次に、ウェハ５０の第二面５０ｂ上に、開口部３５５ａ及び開口部３５５ｂを有するマスク３５５を形成する。例えばウェハ５０の第二面５０ｂ全体にフォトレジスト膜を塗布した後、所定のレジストマスクを用いた露光及び現像を行うフォトリソグラフィによりマスク３５５を形成する。開口部３５５ａはウェハ５０の第二膜５２及び第四膜５４の一部上の部位を露出させる円形である。開口部３５５ｂは第一開口部の外周に沿う円環状であり、径方向の幅が開口部３５５ａの直径よりも小さいスリット状である。
【００３５】
次に、図６（Ａ２）に示すようにマスク３５５を用いてウェハ５０を異方性エッチングすることにより、ウェハ５０に穴部３６０及び凹部３６１を形成する。穴部３６０及び凹部３６１は、ウェハ５０の第二面５０ｂから第一面５０ａに向けて逆テーパ状に形成する。具体的には、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥによってマスク３５５から露出するウェハ５０を選択的に除去する。この異方性エッチングは、ウェハ５０の開口部３５５ａに対応する部位に穴部３６０が形成されるまで行う。このとき、エッチング条件を調整することにより逆テーパ状の穴部３６０及び凹部３６１を形成することができる。例えば側壁保護膜へのデポ性の低い条件でウェハ５０をエッチングしたり、側壁保護膜の形成時間とエッチング時間とを調整しながらウェハ５０をエッチングする。この結果、ウェハ５０の穴部３６０と凹部３６１との間の壁部３７１は第二面５０ｂから第一面５０ａに向けて薄くなる。
【００３６】
次に、図６（Ａ３）に示すようにウェハ５０の壁部３７１を除去する。具体的には、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）等のエッチング液を用いてウェハ５０をウェットエッチングする。このとき、壁部３７１の薄肉部分は他の部分より先に溶解し、壁部３７１はウェハ５０から分離される。ウェハ５０から分離した壁部３７１はエッチング液に完全に溶解する。この結果ウェハ５０には段付きの通孔１２が形成される。尚、壁部３７１のウェハ５０からの分離方法は上述した方法に限定されない。例えば、壁部３７１に超音波や機械的振動を加えることにより、ウェハ５０から壁部３７１を分離してもよい。その後の工程は第一実施形態の製造方法と実質的に同一である。
【００３７】
（第四実施形態）
１．感音部
図７に示す第四実施形態のコンデンサマイクロホン４の感音部は、第一実施形態のコンデンサマイクロホン１の感音部と基板１０の形状が異なる。コンデンサマイクロホン２の基板１０には、円柱状の穴部４００と、穴部４００の外周に放射状に配置され穴部に繋がっている複数の凹部４０１とからなる段付きの通孔４１２が板厚方向に形成されている。基板１０と第一膜と第三膜と第二膜及び第四膜の第三膜に固着していない部分とは支持部４２３を構成している。
【００３８】
支持部４２３には、第一気室４４１及び第二気室４４２からなる背部気室４４０が形成されている。第一気室４４１は穴部４００のプレート２１側の内壁４１２ａと第二膜の開口１３の内壁１３ａとの内側に形成されている。第二気室４４２は穴部４００のプレート２１と反対側の内壁と凹部４０１の内壁からなる内壁４１２ｂの内側に形成されている。基板１０の内壁４１２ａと第二膜の内壁１３ａとが請求項に記載の「第一内壁」に相当し、基板１０の内壁４１２ｂが「第二内壁」に相当する。
尚、コンデンサマイクロホン４の検出部は、第一実施形態のコンデンサマイクロホン１の検出部と実質的に同一である。またコンデンサマイクロホン４の作動は、第一実施形態のコンデンサマイクロホン１の作動と実質的に同一である。したがって、これらの説明は省略する。
【００３９】
２．コンデンサマイクロホンの製造方法
はじめに、図８に示すように、第一実施形態の製造方法と同様にしてウェハ５０の第一面５０ａ上に第一膜５１〜第四膜５４を堆積により形成する。
次に、ウェハ５０の第二面５０ｂ上に、開口部４５５ａ及び複数の開口部４５５ｂを有するマスク４５５を形成する。例えばウェハ５０の第二面５０ｂ全体にフォトレジスト膜を塗布した後、所定のレジストマスクを用いた露光及び現像を行うフォトリソグラフィによりマスク４５５を形成する。開口部４５５ａはウェハ５０の第二膜５２及び第四膜５４の一部上の部位を露出させる円形である。開口部４５５ｂは開口部４５５ａから放射状に延びるスリット状である。開口部４５５ｂの開口部４５５ａの周方向の幅は開口部４５５ａの直径より小さい。
【００４０】
次に、マスク４５５を用いてウェハ５０を異方性エッチングすることにより、ウェハ５０に通孔４１２を形成する。具体的には、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ等の異方性エッチングによってマスク４５５から露出するウェハ５０を選択的に除去する。この異方性エッチングは、ウェハ５０の開口部４５５ａに対応する部位に穴部４００（図７参照）が形成されるまで行う。ここで開口部４５５ｂの開口部４５５ａの径方向の幅は開口部４５５ａの直径より小さい。そのためアスペクト依存エッチング効果により、ウェハ５０の開口部４５５ｂに対応する部位には凹部４０１が形成される。この結果、ウェハ５０には穴部４００と複数の凹部４０１とからなる段付きの通孔４１２が形成され、通孔４１２に第一膜５１の第二膜５２及び第四膜５４の一部上の部位が露出する。そして第二膜５２及び第四膜５４の残部は、通孔４１２形成後もウェハ５０の第二面５０ｂ側の開口周辺に積まれている。
その後の工程は第一実施形態の製造方法と実質的に同一である。
【００４１】
以上説明した複数の実施形態では、第二気室のダイアフラム２０の板面方向の断面積が第一気室のダイアフラム２０の板面方向の断面積に対して急激に拡大している。そして、第一気室を形成している内壁にダイアフラム２０及びプレート２１の板厚方向の端部を固定している。したがって、ダイアフラム２０やプレート２１の板面方向の大きさに制限されることなく、またコンデンサマイクロホンを大型化することなく、背部気室の容量を大きくすることができる。
また第二実施形態では、第二気室２４２のダイアフラム２０の板面方向の断面積がプレート２１と反対側に向けて段階的に拡大している。このように第二気室２４２のダイアフラム２０の板面方向の断面積をプレート２１と反対側に向けて不連続に拡大させることにより、背部気室２４０の容量を大きくすることができる。
【００４２】
（他の実施形態）
上記複数の実施形態では圧力センサとしてのコンデンサマイクロホンを説明した。しかし、本発明は音圧以外の圧力変化を検出する圧力センサにも適用可能である。
また、上記複数の実施形態では、支持部に全周で固定された円形のダイアフラム２０及びプレート２１を備えるコンデンサマイクロホンを例示したが、ダイアフラム及びプレートにより構成されるセンサ部の構成はこれに限定されない。例えばダイアフラム及びプレートの板厚方向の端の一部を支持部に固定してもよい。具体的には両持ち梁状にダイアフラムを支持部に固定してもよいし、片持ち梁状にダイアフラムを支持部に固定してもよい。また、ダイアフラム及びプレートの形状は円形に限定されない。具体的にはダイアフラム及びプレートは多角形でもよい。また、プレートをダイアフラムより背部気室側に設けてもよい。また、ダイアフラムを支持部に直に固定しなくてもよい。具体的にはダイアフラムをプレートに吊り下げてもよいし、ダイアフラムをプレートに担持させてもよい。
また、上記複数の実施形態では、直角の段差を有する段付きの通孔を基板１０に形成したが、支持部の内壁に形成する段差は直角でなくてもよい。
【００４３】
また、上記第一実施形態〜第三実施形態では、第一気室の全周から外側に第二気室を拡げたが、第二気室は第一気室の一部から外側に拡げてもよい。
また、第一実施形態の製造方法は、第二実施形態のコンデンサマイクロホン２の製造にも適用可能である。この場合、段付きの通孔１２の段数に応じた層数の複層マスクを形成すればよい。また、上記第一実施形態の製造方法では、第一マスク５５及び第二マスク５６からなる複層マスクを用いたが、段付きの通孔１２の形状に応じてその厚さが設計されたレジストからなる単層マスクを用いてもよい。
【００４４】
また、上記第二実施形態の製造方法は、第一実施形態のコンデンサマイクロホン１の製造にも適用可能である。この場合、径方向の幅が等しい開口部２５５ｂ〜開口部２５５ｄをマスク２５５に形成すればよい。
また、上記第二実施形態の製造方法では、円環状の開口部２５５ｂ〜開口部２５５ｄを有するマスク２５５を形成したが、開口部２５５ｂ〜開口部２５５ｄは帯状でもよい。
また、上記第二実施形態の製造方法において、開口部２５５ｂ〜開口部２５５ｄと交差する他のスリット状の開口部をマスク２５５に形成してもよい。この場合、基板１０の開口部２５５ｂ〜開口部２５５ｄに対応する凹部の間の壁部が上述した他の開口部に対応する凹部により分断される。この結果、ウェットエッチング等により壁部を容易に除去することができる。
【００４５】
また、上記第三実施形態では第一実施形態のコンデンサマイクロホン１を製造する方法を説明した。しかし、第三実施形態の製造方法は、第二実施形態のコンデンサマイクロホン２の製造にも適用可能である。
また、上記第四実施形態では複数の凹部４０１を形成したが、凹部４０１は１つでもよい。
また、上記第四実施形態では複数の凹部４０１を穴部４００の外側に放射状に配置したが、凹部４０１は穴部４００の外側に偏在させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】（Ａ）は第一実施形態のコンデンサマイクロホンを示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ１−Ｂ１線による断面図。
【図２】第一実施形態のコンデンサマイクロホンの製造方法を示す模式図。
【図３】第一実施形態のコンデンサマイクロホンの製造方法を示す模式図。
【図４】（Ａ）は第二実施形態のコンデンサマイクロホンを示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ４−Ｂ４線による断面図。
【図５】第二実施形態のコンデンサマイクロホンの製造方法を示す模式図。
【図６】第三実施形態のコンデンサマイクロホンの製造方法を示す模式図。
【図７】（Ａ）は（Ｂ）のＡ７−Ａ７線による断面図、（Ｂ）は第四実施形態のコンデンサマイクロホンを示す底面図。
【図８】第四実施形態のコンデンサマイクロホンの製造方法を示す模式図。
【符号の説明】
【００４７】
１、２、４：コンデンサマイクロホン、１２、２１２、４１２：通孔、１２ａ、２１２ａ、４１２ａ：内壁（第一内壁）、１２ｂ、２１２ｂ、４１２ｂ：内壁（第二内壁）、１３ａ：内壁（第一内壁）、２０：ダイアフラム、２１：プレート、２３、２２３、４２３：支持部、４１、２４１、４４１：第一気室、４２、２４２、４４２：第二気室、５０：ウェハ（基板）、５０ａ：第一面（基板の第一面）、５０ｂ：第二面（基板の第二面）、５２：第二膜（ダイアフラムを構成する薄膜）、５４：第四膜（プレートを構成する薄膜）、５５：第一マスク、５５ａ：第一開口部、５６：第二マスク、５６ａ：第二開口部、６０：凹部、２５５、３５５、４５５：マスク、２５５ａ、３５５ａ、４５５ａ：開口部（第一開口部）、２５５ｂ〜２５５ｄ、３５５ｂ、４５５ｂ：開口部（第二開口部）、２６０、３６０：穴部、２６１〜２６３、３６１：凹部、２７１、３７１：壁部（穴部と凹部との間の壁部）、２７２、２７３：壁部（隣り合う凹部の間の壁部）
【出願人】 【識別番号】０００００４０７５
【氏名又は名称】ヤマハ株式会社
【出願日】 平成１８年７月１０日（２００６．７．１０）
【代理人】 【識別番号】１０００９３７７９
【弁理士】
【氏名又は名称】服部 雅紀

【識別番号】１００１２５８８５
【弁理士】
【氏名又は名称】南島 昇
【公開番号】 特開２００８−１７３９５（Ｐ２００８−１７３９５Ａ）
【公開日】 平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【出願番号】 特願２００６−１８９０２１（Ｐ２００６−１８９０２１）