JP2002027595A - 圧力センサおよびその製造方法 - Google Patents
圧力センサおよびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡単な工程で、迅速に且つ安定してコンデン
サ型音響・圧力センサを製造すること。 【解決手段】 平行して近接させた振動板と背面板から
成る対向した電極によって、圧力の変化を容量変化に変
換して検出する。対向電極を形成する際に、対向電極１
０１，１０３の間隙部および周辺支持部に粉体酸化珪素
を主成分とし硼素またはリンを高濃度に含む接着層１０
５を堆積し、対向電極を形成する２枚の基板を接着した
後、対向電極間隙部１０４の接着層を取り去ることによ
って、対向電極構造を形成する。
サ型音響・圧力センサを製造すること。 【解決手段】 平行して近接させた振動板と背面板から
成る対向した電極によって、圧力の変化を容量変化に変
換して検出する。対向電極を形成する際に、対向電極１
０１，１０３の間隙部および周辺支持部に粉体酸化珪素
を主成分とし硼素またはリンを高濃度に含む接着層１０
５を堆積し、対向電極を形成する２枚の基板を接着した
後、対向電極間隙部１０４の接着層を取り去ることによ
って、対向電極構造を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、振動板を用いた
コンデンサ型の圧力センサに関する。
コンデンサ型の圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】マイクロホン等に用いるマイクロマシン
加工技術を用いて製作するコンデンサ型音響・圧力セン
サ装置はセンシング部分、初段増幅回路を一体製造でき
るため、品質安定性が高く、小型、軽量、量産に適して
いる。
加工技術を用いて製作するコンデンサ型音響・圧力セン
サ装置はセンシング部分、初段増幅回路を一体製造でき
るため、品質安定性が高く、小型、軽量、量産に適して
いる。
【０００３】このコンデンサ型音響・圧力センサで重要
なセンシング部分は、その周辺の支持部の絶縁物により
電気的に分離され、且つ近接して配置された、薄く平坦
な振動板と背面板で構成される対向電極である。このセ
ンサでは、音波による音圧変化で生じる振動板の変位を
対向電極間の容量変化として検出する。
なセンシング部分は、その周辺の支持部の絶縁物により
電気的に分離され、且つ近接して配置された、薄く平坦
な振動板と背面板で構成される対向電極である。このセ
ンサでは、音波による音圧変化で生じる振動板の変位を
対向電極間の容量変化として検出する。
【０００４】従来のセンサ部分の製作手法は先ず、平坦
な振動板となる側の基板と、同じく平坦な背面板となる
側の基板の層間に絶縁層を形成し、次にこれを挟んで２
つの基板を接着する。
な振動板となる側の基板と、同じく平坦な背面板となる
側の基板の層間に絶縁層を形成し、次にこれを挟んで２
つの基板を接着する。
【０００５】この後に、各基板をエッチング法により薄
くし、残った部分を振動板と背面板とする。さらにこの
振動板および背面板の周囲に支持部を残して絶縁層を除
去して空隙層を形成するというものである。
くし、残った部分を振動板と背面板とする。さらにこの
振動板および背面板の周囲に支持部を残して絶縁層を除
去して空隙層を形成するというものである。
【０００６】図２を参照して、従来の対向電極の製作手
法を説明する。
法を説明する。
【０００７】先ず、極めて平坦な振動板となる基板２０
２と同じく平坦な背面板となる基板２０１との間に絶縁
層２０３，２０４を形成し（ａ）、次にこれを挟んで平
坦な基板同士を接着する（ｂ）。
２と同じく平坦な背面板となる基板２０１との間に絶縁
層２０３，２０４を形成し（ａ）、次にこれを挟んで平
坦な基板同士を接着する（ｂ）。
【０００８】この後に、接着した基板を、振動板側から
（ｃ）、および適当なエッチングマスクを用いて背面板
側から（ｄ）それぞれエッチングして極めて薄い振動板
２０１Ａと背面板２０２Ａとを形成する。
（ｃ）、および適当なエッチングマスクを用いて背面板
側から（ｄ）それぞれエッチングして極めて薄い振動板
２０１Ａと背面板２０２Ａとを形成する。
【０００９】さらにこの振動板２０１Ａおよび背面板２
０２Ａの周囲に支持部２０３Ａを残して、絶縁層を除去
して空隙層２０５を形成するというものであった
（ｅ）。
０２Ａの周囲に支持部２０３Ａを残して、絶縁層を除去
して空隙層２０５を形成するというものであった
（ｅ）。
【００１０】ここで、絶縁層の厚さは、対向電極の間隔
であり、センサの性能を決定する重要なパラメータであ
る。
であり、センサの性能を決定する重要なパラメータであ
る。
【００１１】すなわち、 １）対向電極の間隔が小さいほどセンサの感度は高くな
るが、ダイナミックレンジを大きくとるために振動板の
振幅を大きくする必要がある。 ２）さらにこのセンサは出力を検出するために対向電極
間に５〜１０Ｖの電圧を加える。このため、音圧により
振動板が振動して背面板に近接すると対向電極間の静電
力が増加して両者が吸着してしまう。
るが、ダイナミックレンジを大きくとるために振動板の
振幅を大きくする必要がある。 ２）さらにこのセンサは出力を検出するために対向電極
間に５〜１０Ｖの電圧を加える。このため、音圧により
振動板が振動して背面板に近接すると対向電極間の静電
力が増加して両者が吸着してしまう。
【００１２】これら１）および２）の兼ね合いから振動
板、背面板ともにシリコンで形成する場合は、対向電極
間（空隙層）の厚さは２〜５μｍにすることが公知であ
る（参考文献１参照）。
板、背面板ともにシリコンで形成する場合は、対向電極
間（空隙層）の厚さは２〜５μｍにすることが公知であ
る（参考文献１参照）。
【００１３】また、上記のように対向電極形成で重要な
接着基板の製作に、従来はシリコン基板に酸素をイオン
注入して絶縁層を形成した基板を用いるか、もしくは、
堆積技術、熱酸化技術等を用いて酸化珪素層を基板に形
成し、これを介して基板を密着させ、高温度中（５００
℃以上）で高電圧（数百Ｖ）を加えて２つの基板を接着
する直接接合技術を用いていた。
接着基板の製作に、従来はシリコン基板に酸素をイオン
注入して絶縁層を形成した基板を用いるか、もしくは、
堆積技術、熱酸化技術等を用いて酸化珪素層を基板に形
成し、これを介して基板を密着させ、高温度中（５００
℃以上）で高電圧（数百Ｖ）を加えて２つの基板を接着
する直接接合技術を用いていた。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】従来のセンサ製作に用
いられているイオン注入法で形成する絶縁層は、後に背
面板になるシリコン層に酸素イオンを透過させて形成す
る。このとき酸素イオンが透過できる背面板になるシリ
コン層の厚さは最大１０μｍ程度である。しかるにセン
サで必要とする背面板の厚さは、強度の点から１０μｍ
以上であり、この背面板を透過した上に２〜５μｍの厚
さの絶縁層を形成する必要があるが、これはイオン注入
法では実現困難である。
いられているイオン注入法で形成する絶縁層は、後に背
面板になるシリコン層に酸素イオンを透過させて形成す
る。このとき酸素イオンが透過できる背面板になるシリ
コン層の厚さは最大１０μｍ程度である。しかるにセン
サで必要とする背面板の厚さは、強度の点から１０μｍ
以上であり、この背面板を透過した上に２〜５μｍの厚
さの絶縁層を形成する必要があるが、これはイオン注入
法では実現困難である。
【００１５】また、直接接合の堆積法においては、品質
の高い（欠陥が少ない）絶縁層を形成することが困難で
ある。絶縁層に欠陥があると上記図２の（ｂ）の工程に
おいて、欠陥を通してリークする電流のために絶縁層に
十分な電界が印加されない。このため基板の接着が達成
されない。
の高い（欠陥が少ない）絶縁層を形成することが困難で
ある。絶縁層に欠陥があると上記図２の（ｂ）の工程に
おいて、欠陥を通してリークする電流のために絶縁層に
十分な電界が印加されない。このため基板の接着が達成
されない。
【００１６】熱酸化法によれば良質な絶縁層を得ること
が可能である。
が可能である。
【００１７】しかし熱酸化法では、 １）成膜速度が遅いために、基板の拡散条件から許され
る１１００度において２μｍの酸化膜を形成するのに８
時間必要とするので、センサの高性能化に必要な厚い絶
縁層を短時間で形成することは不可能である。 ２）さらに、基板に反りが生じないように接着面の平坦
性と清浄度をを極めて高くする必要がある。
る１１００度において２μｍの酸化膜を形成するのに８
時間必要とするので、センサの高性能化に必要な厚い絶
縁層を短時間で形成することは不可能である。 ２）さらに、基板に反りが生じないように接着面の平坦
性と清浄度をを極めて高くする必要がある。
【００１８】上記２）の管理が不十分である場合には、
これらが接着を阻害するために、ごく一部でのみ接着す
る不完全な接着が行われることになる。
これらが接着を阻害するために、ごく一部でのみ接着す
る不完全な接着が行われることになる。
【００１９】したがって、従来の直接接合法では、高度
な工程管理が必要であり、厳しい制約のなかで歩留まり
よく接着を達成するのは至難の技であった。また直接接
合は、接着時の基板密着部は点接触であり基本的に全面
接合は困難である。
な工程管理が必要であり、厳しい制約のなかで歩留まり
よく接着を達成するのは至難の技であった。また直接接
合は、接着時の基板密着部は点接触であり基本的に全面
接合は困難である。
【００２０】そこで本発明の目的は以上のような問題を
解消した圧力センサおよびその製造方法を提供すること
にある。
解消した圧力センサおよびその製造方法を提供すること
にある。
【００２１】また、本発明の他の目的は、対向電極の周
囲に生じる寄生容量を低減することによって、感度低下
を回避した圧力センサを提供することにある。
囲に生じる寄生容量を低減することによって、感度低下
を回避した圧力センサを提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、粉体酸化珪素を主成分とし硼素または
リンを高濃度に含む接着層を用いる。振動板となる側の
基板または背面板となる側の基板の接着面にこの接着層
を堆積し、２枚の基板を合わせて熱処理することによ
り、基板を面内一様に容易に接着させ、しかも所望の厚
さの基板間絶縁層形成を同時に実現する。この手法で
は、堆積する接着層が粉体であるため、 酸化物の充填が完全であるため酸化膜に欠陥を生じる
ことがなく、 接着面の平坦性、清浄度の高度な工程管理を必要とせ
ずに接着させることが可能であり、 基板の厚さ、絶縁層の厚さ等の設計自由度が直接接合
に比べはるかに大きくできるという利点を持つ。また粉
体酸化珪素に硼素またはリンを高濃度に含ませることで
接着時の絶縁層の流動性が増すため、 基板接着の一様性が向上する。 また、従来構造の対向した電極の支持部の層間絶縁膜に
生じる寄生容量を低減し感度の向上を図る課題を解決す
るために、本発明では、対向した電極の振動板または背
面電極または双方の支持部に段差を持つ構造とし、これ
を接着して対向電極を作製した。これにより、支持部の
みの絶縁層が厚くなり、寄生容量が低減できる。さら
に、この段差を有する構造体を容易に実現し、さらに設
計自由度を増すために振動板と背面電極の接合に粉体酸
化珪素を主成分とし醐素またはリンを高濃度に含む接着
層を用いれば、対向した電極の空間層と支持部を一体化
して形成できる。
め、本発明では、粉体酸化珪素を主成分とし硼素または
リンを高濃度に含む接着層を用いる。振動板となる側の
基板または背面板となる側の基板の接着面にこの接着層
を堆積し、２枚の基板を合わせて熱処理することによ
り、基板を面内一様に容易に接着させ、しかも所望の厚
さの基板間絶縁層形成を同時に実現する。この手法で
は、堆積する接着層が粉体であるため、 酸化物の充填が完全であるため酸化膜に欠陥を生じる
ことがなく、 接着面の平坦性、清浄度の高度な工程管理を必要とせ
ずに接着させることが可能であり、 基板の厚さ、絶縁層の厚さ等の設計自由度が直接接合
に比べはるかに大きくできるという利点を持つ。また粉
体酸化珪素に硼素またはリンを高濃度に含ませることで
接着時の絶縁層の流動性が増すため、 基板接着の一様性が向上する。 また、従来構造の対向した電極の支持部の層間絶縁膜に
生じる寄生容量を低減し感度の向上を図る課題を解決す
るために、本発明では、対向した電極の振動板または背
面電極または双方の支持部に段差を持つ構造とし、これ
を接着して対向電極を作製した。これにより、支持部の
みの絶縁層が厚くなり、寄生容量が低減できる。さら
に、この段差を有する構造体を容易に実現し、さらに設
計自由度を増すために振動板と背面電極の接合に粉体酸
化珪素を主成分とし醐素またはリンを高濃度に含む接着
層を用いれば、対向した電極の空間層と支持部を一体化
して形成できる。
【００２３】請求項１の発明は、振動板および背面板か
ら成る対向電極を有する圧力センサであって、前記対向
電極の周辺支持部に前記振動板および前記背面板を所定
の間隙で対向させるための、粉体酸化珪素を主成分とし
硼素またはリンを高濃度に含む接着層を介在させたこと
を特徴とする。
ら成る対向電極を有する圧力センサであって、前記対向
電極の周辺支持部に前記振動板および前記背面板を所定
の間隙で対向させるための、粉体酸化珪素を主成分とし
硼素またはリンを高濃度に含む接着層を介在させたこと
を特徴とする。
【００２４】請求項２の発明は、請求項１において、前
記接着層の厚さを２〜５μｍとしたことを特徴とする。
記接着層の厚さを２〜５μｍとしたことを特徴とする。
【００２５】請求項３の発明は、所定間隙で対向する振
動板および背面板から成る対向電極を形成する際に、前
記振動板または前記背面板に、粉体酸化珪素を主成分と
し硼素またはリンを高濃度に含む接着層を堆積し、前記
振動板および前記背面板を前記接着層によって接着し、
前記対向電極の周辺部を残して前記接着層を取り去るこ
とによって、前記振動板および前記背面板間に間隙を形
成することを特徴とする。
動板および背面板から成る対向電極を形成する際に、前
記振動板または前記背面板に、粉体酸化珪素を主成分と
し硼素またはリンを高濃度に含む接着層を堆積し、前記
振動板および前記背面板を前記接着層によって接着し、
前記対向電極の周辺部を残して前記接着層を取り去るこ
とによって、前記振動板および前記背面板間に間隙を形
成することを特徴とする。
【００２６】請求項４の発明は、周辺支持部の絶縁層を
介して所定間隙で対向する振動板および背面板から成る
対向電極を有する圧力センサであって、前記周辺支持部
を構成する前記振動板の支持部および前記背面板の支持
部の少なくとも一方に段差を有する構造を持たせ、たこ
とを特徴とする。
介して所定間隙で対向する振動板および背面板から成る
対向電極を有する圧力センサであって、前記周辺支持部
を構成する前記振動板の支持部および前記背面板の支持
部の少なくとも一方に段差を有する構造を持たせ、たこ
とを特徴とする。
【００２７】請求項５の発明は、請求項４において、前
記周辺支持部における絶縁層の厚みが、前記所定間隙よ
りも厚いことを特徴とする。
記周辺支持部における絶縁層の厚みが、前記所定間隙よ
りも厚いことを特徴とする。
【００２８】請求項６の発明は、請求項４において、前
記絶縁層を粉体酸化珪素を主成分とし硼素またはリンを
高濃度に含む接着層で構成したことを特徴とする。
記絶縁層を粉体酸化珪素を主成分とし硼素またはリンを
高濃度に含む接着層で構成したことを特徴とする。
【００２９】請求項７の発明は、請求項４において、前
記振動板の支持部および前記背面板の支持部の少なくと
も一方に溝を設けたことを特徴とする。
記振動板の支持部および前記背面板の支持部の少なくと
も一方に溝を設けたことを特徴とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）この発明の
第１の実施の形態について図を用いて説明する。
第１の実施の形態について図を用いて説明する。
【００３１】図１の（ａ）および（ｂ）はマイクロホン
等に用いるマイクロマシン加工技術を用いて製作するコ
ンデンサ型音響・圧力センサの構造の平面図および断面
図である。
等に用いるマイクロマシン加工技術を用いて製作するコ
ンデンサ型音響・圧力センサの構造の平面図および断面
図である。
【００３２】１０１は振動板であり、１０２がその支持
基板である。１０３は背面板で、その支持部１０５を挟
んで振動板１０１とともに対向電極を形成する。１０４
は空隙層である。対向電極に生じる容量の変化は電極端
子１０６，１０７で検出する。センシング部分（振動板
１０１，背面板１０３，空隙層１０４）および電極端子
１０６，１０７から取り出した圧力変化に応答した信号
を増幅する初段増幅回路１３１を一体製造できるため、
品質安定性が高く、小型、軽量であり、量産に適してい
る。
基板である。１０３は背面板で、その支持部１０５を挟
んで振動板１０１とともに対向電極を形成する。１０４
は空隙層である。対向電極に生じる容量の変化は電極端
子１０６，１０７で検出する。センシング部分（振動板
１０１，背面板１０３，空隙層１０４）および電極端子
１０６，１０７から取り出した圧力変化に応答した信号
を増幅する初段増幅回路１３１を一体製造できるため、
品質安定性が高く、小型、軽量であり、量産に適してい
る。
【００３３】次に、図３の（ａ）〜（ｄ）を用いてコン
デンサ型音響・圧力センサの製作例を示す。 （ａ）：振動板となる側の基板１１０または背面板とな
る側の基板１０８にＣＶＤ技術等での粉体酸化珪素を主
成分とし硼素またはリンを高濃度に含む接着層１０９を
所望の厚さにに堆積する。 （ｂ）：堆積させた接着層１０９を介して振動板となる
側の基板１１０と背面板となる側の基板１０８を合わ
せ、熱処理をおこない、基板の接着をおこなう。その後
に背面板基板１０８を研磨して背面板の所望の厚さを得
る。次にこの基板の両面に酸化膜を熱処理等で成長させ
る。 （ｃ）：振動板となる側の基板１１０と背面板となる側
の基板１０８の両面に成長させた酸化膜をホトリソグラ
フィ技術で加工してエッチングマスク１１２を形成し、
このエッチングマスク用いてアルカリエッチング液で処
理して振動板１０１と背面板１０３を形成する。この背
面板１０３は、振動板の振動によって空隙層に生じる空
気の圧力を逃がす目的で、支持部を除き網目構造にして
いる。 （ｄ）：最後に背面板１０３をエッチングマスクにし
て、この背面板の網目構造から絶縁層１１１をフッ化水
素酸でエッチングすることにより、絶縁層１１１の、振
動板１０１および背面板１０３の周辺部の支持部１０５
に相当する部分を残して空隙層１０４を得る。その後に
背面板側から金属膜を蒸着して電極端子１０６，１０７
を形成し、一体構造のセンサをを完成させる。
デンサ型音響・圧力センサの製作例を示す。 （ａ）：振動板となる側の基板１１０または背面板とな
る側の基板１０８にＣＶＤ技術等での粉体酸化珪素を主
成分とし硼素またはリンを高濃度に含む接着層１０９を
所望の厚さにに堆積する。 （ｂ）：堆積させた接着層１０９を介して振動板となる
側の基板１１０と背面板となる側の基板１０８を合わ
せ、熱処理をおこない、基板の接着をおこなう。その後
に背面板基板１０８を研磨して背面板の所望の厚さを得
る。次にこの基板の両面に酸化膜を熱処理等で成長させ
る。 （ｃ）：振動板となる側の基板１１０と背面板となる側
の基板１０８の両面に成長させた酸化膜をホトリソグラ
フィ技術で加工してエッチングマスク１１２を形成し、
このエッチングマスク用いてアルカリエッチング液で処
理して振動板１０１と背面板１０３を形成する。この背
面板１０３は、振動板の振動によって空隙層に生じる空
気の圧力を逃がす目的で、支持部を除き網目構造にして
いる。 （ｄ）：最後に背面板１０３をエッチングマスクにし
て、この背面板の網目構造から絶縁層１１１をフッ化水
素酸でエッチングすることにより、絶縁層１１１の、振
動板１０１および背面板１０３の周辺部の支持部１０５
に相当する部分を残して空隙層１０４を得る。その後に
背面板側から金属膜を蒸着して電極端子１０６，１０７
を形成し、一体構造のセンサをを完成させる。
【００３４】このような対向電極構造をＣＶＤ技術等で
粉体酸化珪素を主成分とし硼素またはリンを高濃度に含
む接着層を接着面に堆積し、後の熱処理で基板を接着す
る手法を用いることで、 １）基板の平坦性を厳密に管理しなくても面内一様の接
着が短時間で行える。 ２）さらに接着面の極端に高度な清浄度の管理も必要と
せずに厚い基板間絶縁層の形成と基板の接着を同時、且
つ容易に実現できる。これらにより音響・圧力センサに
必要な対向電極を形成することができる。 ３）さらにこの手法では基板の厚さ、不純物濃度分布、
酸化珪素層厚さ等の設計自由度は従来の直接接合に比べ
はるかに大きくできる。
粉体酸化珪素を主成分とし硼素またはリンを高濃度に含
む接着層を接着面に堆積し、後の熱処理で基板を接着す
る手法を用いることで、 １）基板の平坦性を厳密に管理しなくても面内一様の接
着が短時間で行える。 ２）さらに接着面の極端に高度な清浄度の管理も必要と
せずに厚い基板間絶縁層の形成と基板の接着を同時、且
つ容易に実現できる。これらにより音響・圧力センサに
必要な対向電極を形成することができる。 ３）さらにこの手法では基板の厚さ、不純物濃度分布、
酸化珪素層厚さ等の設計自由度は従来の直接接合に比べ
はるかに大きくできる。
【００３５】（第２の実施の形態）平坦な基板同士を接
着して作製したセンサは、振動板と背面板よりなる対向
電極の周囲に形成した支持部に生じる寄生容量が、有効
容量と同程度となってしまう。このため、音圧による容
量変化を検出する際の、感度低下の原因となっていた。
この寄生容量の低減法として、これまでは、支持部の面
積を背面電極の面積に比べて小さくすることが行われて
きた。しかし、この方法では構造強度が低下してしまう
ため、寄生容量の低減には限界があり、そのため感度の
向上にも限界があった。
着して作製したセンサは、振動板と背面板よりなる対向
電極の周囲に形成した支持部に生じる寄生容量が、有効
容量と同程度となってしまう。このため、音圧による容
量変化を検出する際の、感度低下の原因となっていた。
この寄生容量の低減法として、これまでは、支持部の面
積を背面電極の面積に比べて小さくすることが行われて
きた。しかし、この方法では構造強度が低下してしまう
ため、寄生容量の低減には限界があり、そのため感度の
向上にも限界があった。
【００３６】そこで、第２の実施の形態では、このよう
な問題を解消した。
な問題を解消した。
【００３７】図４の（ａ）および（ｂ）は、振動板支持
部に段差を持つコンデンサ型音響・圧力センサの構造の
平面図および断面図である。１０１は振動板であり、１
０２がその支持部で、基板１１０をエッチングして形成
する。１０３は背面板で、その支持部１０５を挟んで振
動板１０１とともに対向電極を形成する。１０４は空隙
層である。対向電極の容量変化は電極端子１０６，１０
７から検出する。
部に段差を持つコンデンサ型音響・圧力センサの構造の
平面図および断面図である。１０１は振動板であり、１
０２がその支持部で、基板１１０をエッチングして形成
する。１０３は背面板で、その支持部１０５を挟んで振
動板１０１とともに対向電極を形成する。１０４は空隙
層である。対向電極の容量変化は電極端子１０６，１０
７から検出する。
【００３８】図５は、振動板支持部および背面板支持部
にともに段差を持つコンデンサ型音響・圧力センサの構
造説明の断面図である。
にともに段差を持つコンデンサ型音響・圧力センサの構
造説明の断面図である。
【００３９】図６は本発明によるコンデンサ型音響・圧
力センサの作製工程例である。 （ａ）先ず、振動板基板１１０の表面に成長させた酸化
膜をホトリソグラフィ技術で加工して、エッチングマス
クを形成し、エッチング処理して振動板領域が残るかた
ちの段差を作る（振動板領域は上に凸）。その上にＴＥ
ＯＳＣＶＤ技術等で酸化珪素層１０９を形成し、振動板
上に所望の厚さの酸化珪素層を残しＣＭＰ技術等で平坦
化する。このような振動板基板１１０と背面板基板１０
８を接着して対向した電極基板を形成する。 （ｂ）次に背面板基板１０８を研磨して所望の厚さの背
面板を得る。 （ｃ）次に接合基板の両面に熱処理等で酸化膜を成長さ
せ振動板基板１１０と背面板基板１０８の両面にホトリ
ソグラフィ技術で酸化膜のエッチングマスクを形成し、
これをアルカリエッチング液で処理して振動板１０１と
背面板１０３を形成する。この背面板１０３は、振動板
の振動によって空隙層に生じる空気の圧力を逃がす目的
で、支持部を除き網目構造にしている。 （ｄ）最後に背面板１０３をエッチングマスクにしてこ
の背面板の網目構造から絶縁層１１１をフッ化水素酸で
エッチングして空隙層１０４と、その周辺で背面板１０
３を支持する、酸化珪素層１０９からなる支持部１０５
を得る。その後に背面板側から金属膜（１０６，１０
７）を蒸着し一体構造の対向電極を完成させる。
力センサの作製工程例である。 （ａ）先ず、振動板基板１１０の表面に成長させた酸化
膜をホトリソグラフィ技術で加工して、エッチングマス
クを形成し、エッチング処理して振動板領域が残るかた
ちの段差を作る（振動板領域は上に凸）。その上にＴＥ
ＯＳＣＶＤ技術等で酸化珪素層１０９を形成し、振動板
上に所望の厚さの酸化珪素層を残しＣＭＰ技術等で平坦
化する。このような振動板基板１１０と背面板基板１０
８を接着して対向した電極基板を形成する。 （ｂ）次に背面板基板１０８を研磨して所望の厚さの背
面板を得る。 （ｃ）次に接合基板の両面に熱処理等で酸化膜を成長さ
せ振動板基板１１０と背面板基板１０８の両面にホトリ
ソグラフィ技術で酸化膜のエッチングマスクを形成し、
これをアルカリエッチング液で処理して振動板１０１と
背面板１０３を形成する。この背面板１０３は、振動板
の振動によって空隙層に生じる空気の圧力を逃がす目的
で、支持部を除き網目構造にしている。 （ｄ）最後に背面板１０３をエッチングマスクにしてこ
の背面板の網目構造から絶縁層１１１をフッ化水素酸で
エッチングして空隙層１０４と、その周辺で背面板１０
３を支持する、酸化珪素層１０９からなる支持部１０５
を得る。その後に背面板側から金属膜（１０６，１０
７）を蒸着し一体構造の対向電極を完成させる。
【００４０】また、図６の（ａ）の工程における、酸化
珪素層形成段階で、粉体酸化珪素を主成分とし硼素また
はリンを高濃度に含む接着層を用いた基板接着技術を適
用することで、振動板もしくは背面板の段差構造の設計
白由度がはるかに向上し電極構造体を容易に形成でき
る。さらにまた、図７のように振動板基板１１０の支持
部に溝を形成することで、酸化珪素層との接触面積が増
し、基板接合の安定性が一層向上する。
珪素層形成段階で、粉体酸化珪素を主成分とし硼素また
はリンを高濃度に含む接着層を用いた基板接着技術を適
用することで、振動板もしくは背面板の段差構造の設計
白由度がはるかに向上し電極構造体を容易に形成でき
る。さらにまた、図７のように振動板基板１１０の支持
部に溝を形成することで、酸化珪素層との接触面積が増
し、基板接合の安定性が一層向上する。
【００４１】本実施の形態のように、対向電極の支持部
に段差のある構造を用いることで対向電極間隔よりも大
きな間隔を持つ支持部を形成し、支持部の寄生容量の低
減を実現しセンサ感度の向上に寄与する。
に段差のある構造を用いることで対向電極間隔よりも大
きな間隔を持つ支持部を形成し、支持部の寄生容量の低
減を実現しセンサ感度の向上に寄与する。
【００４２】センサ寸法の一例を図４の（ｂ）および図
５に示した（単位はμｍ）。センサの感度は振動板と背
面板間の有効容量Ｃｄと支持部の寄生容量Ｃｓとの比Ｃ
ｄ／Ｃｓに比例する。支持部の寄生容量は、段差のない
構造では、電極間の有効容量とほぼ同等の値になってい
る。ここで背面電極支持部のスペーサ（図６の１０５）
の比誘電率は空気に比べてはるかに大きく、一般的に使
われている酸化珪素では４〜４.５である。
５に示した（単位はμｍ）。センサの感度は振動板と背
面板間の有効容量Ｃｄと支持部の寄生容量Ｃｓとの比Ｃ
ｄ／Ｃｓに比例する。支持部の寄生容量は、段差のない
構造では、電極間の有効容量とほぼ同等の値になってい
る。ここで背面電極支持部のスペーサ（図６の１０５）
の比誘電率は空気に比べてはるかに大きく、一般的に使
われている酸化珪素では４〜４.５である。
【００４３】これに本発明を適用すれば容易にスペーサ
の厚さを１．５倍以上の値に採ることができ、寄生容量
を２／３以下に低減できる。これにより、感度を３／２
倍以上に向上させることができ、大きな改善効果が得ら
れる。
の厚さを１．５倍以上の値に採ることができ、寄生容量
を２／３以下に低減できる。これにより、感度を３／２
倍以上に向上させることができ、大きな改善効果が得ら
れる。
【００４４】（参考文献１）：Ａ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃ
ｏｎｄｅｎｓｅｒ ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ ｕｓｉｎｇ
ｂｏｎｄ ａｎｄ ｅｔｃｈ−ｂａｃｋ ｔｅｃｈｎ
ｏｌｏｇｙ， Ｊ．Ｂｅｒｇｑｖｉｓｔ，Ｓｅｎｓｏｒ
ｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ４５（９４）１１
５−１２４
ｏｎｄｅｎｓｅｒ ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ ｕｓｉｎｇ
ｂｏｎｄ ａｎｄ ｅｔｃｈ−ｂａｃｋ ｔｅｃｈｎ
ｏｌｏｇｙ， Ｊ．Ｂｅｒｇｑｖｉｓｔ，Ｓｅｎｓｏｒ
ｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ４５（９４）１１
５−１２４
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡単な工程で、迅速に且つ安定して圧力センサを製造す
ることができる。また、本発明によれば、寄生容量を低
減して感度を向上させることができる。
簡単な工程で、迅速に且つ安定して圧力センサを製造す
ることができる。また、本発明によれば、寄生容量を低
減して感度を向上させることができる。
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態の平面図、
（ｂ）は同断面図である。
（ｂ）は同断面図である。
【図２】従来のコンデンサ型音響・圧力センサの製作工
程の例を示す図である。
程の例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の圧力センサの製作工
程の例を示す図である。
程の例を示す図である。
【図４】（ａ）は本発明の第２の実施形態の平面図、
（ｂ）は同断面図である。
（ｂ）は同断面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態の断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の圧力センサの製作工
程の例を示す図である。
程の例を示す図である。
【図７】支持部にＶ字状の溝を形成した構造の模式図で
ある。
ある。
１０１ 振動板 １０２ 振動板支持部 １０３ 背面板 １０４ 空隙層 １０５ 支持部 １０６ 振動板電極 １０７ 背面板電極 １０８ 背面板基板 １０９ 接着層 １１０ 振動板基板 １１１ 犠牲層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 信雄 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 (72)発明者 庄田 清武 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 (72)発明者 西口 敏行 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 (72)発明者 阿部 正英 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 (72)発明者 江刺 正喜 宮城県仙台市太白区八木山南一丁目11番９ 号 Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB20 CC02 DD05 EE25 FF11 FF43 GG01 GG11 4M112 AA01 BA07 CA02 CA16 DA04 DA05 DA06 DA18 EA02 EA06 EA10 5D021 CC02 CC04 CC05 CC19
Claims (7)
- 【請求項１】 振動板および背面板から成る対向電極を
有する圧力センサであって、 前記対向電極の周辺支持部に前記振動板および前記背面
板を所定の間隙で対向させるための、粉体酸化珪素を主
成分とし硼素またはリンを高濃度に含む接着層を介在さ
せたことを特徴とする圧力センサ。 - 【請求項２】 請求項１において、 前記接着層の厚さを２〜５μｍとしたことを特徴とする
圧力センサ。 - 【請求項３】 所定間隙で対向する振動板および背面板
から成る対向電極を形成する際に、 前記振動板または前記背面板に、粉体酸化珪素を主成分
とし硼素またはリンを高濃度に含む接着層を堆積し、 前記振動板および前記背面板を前記接着層によって接着
し、 前記対向電極の周辺部を残して前記接着層を取り去るこ
とによって、前記振動板および前記背面板間に間隙を形
成することを特徴とする圧力センサの製造方法。 - 【請求項４】 周辺支持部の絶縁層を介して所定間隙で
対向する振動板および背面板から成る対向電極を有する
圧力センサであって、 前記周辺支持部を構成する前記振動板の支持部および前
記背面板の支持部の少なくとも一方に段差を有する構造
を持たせたことを特徴とする圧力センサ。 - 【請求項５】 請求項４において、 前記周辺支持部における絶縁層の厚みが、前記所定間隙
よりも厚いことを特徴とする圧力センサ。 - 【請求項６】 請求項４において、 前記絶縁層を粉体酸化珪素を主成分とし硼素またはリン
を高濃度に含む接着層で構成したことを特徴とする圧力
センサ。 - 【請求項７】 請求項４において、 前記振動板の支持部および前記背面板の支持部の少なく
とも一方に溝を設けたことを特徴とする圧力センサ。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000202754A JP3945613B2 (ja) | 2000-07-04 | 2000-07-04 | 圧力センサの製造方法および圧力センサ |
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| JP2000202754A JP3945613B2 (ja) | 2000-07-04 | 2000-07-04 | 圧力センサの製造方法および圧力センサ |
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-
2000
- 2000-07-04 JP JP2000202754A patent/JP3945613B2/ja not_active Expired - Lifetime
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