JP2008017395A - 圧力センサ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】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。
【選択図】図1
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。
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