JP2008032469A

JP2008032469A - 容量型センサ及びその製造方法

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Publication number: JP2008032469A
Application number: JP2006204648A
Authority: JP
Inventors: Takahisa Otsuji; 貴久大辻; Seisaku Hirai; 誠作平井; Shinichi Saeki; 真一佐伯; Akira Yamamoto; 山本　　明
Original assignee: Hosiden Corp
Current assignee: Hosiden Corp
Priority date: 2006-07-27
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2008-02-14

Abstract

【課題】複雑ではない製造工程を用いて、感度の向上が実現された容量型センサを提供する。
【解決手段】一部が振動板Ｍとして機能する基板３と背極板Ｂとを互いに対向して備え、振動板Ｍとして機能する部分の基板３と背極板Ｂとの間を空間１１によって隔てる空間形成領域Ｘと、振動板Ｍとして機能しない部分の基板３と背極板Ｂとの間をスペーサ部材Ｓによって隔てるスペーサ形成領域Ｙとを設けてある容量型センサであって、スペーサ形成領域Ｙにおいて基板３と背極板Ｂとは全て互いに平行に対向し、空間形成領域Ｘにおいて基板３と背極板Ｂとは互いに平行に対向し、スペーサ形成領域Ｙにおける基板３と背極板Ｂとの間隔が、空間形成領域Ｘにおける基板３と背極板Ｂとの間隔よりも大きく形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、一部が振動板として機能する基板と背極板とを互いに対向して備え、前記振動板として機能する部分の前記基板と前記背極板との間を空間によって隔てる空間形成領域と、前記振動板として機能しない部分の前記基板と前記背極板との間をスペーサ部材によって隔てるスペーサ形成領域とを設けてある容量型センサ及びその製造方法に関する。

一部が振動板として機能する基板と背極板とを互いに対向して備え、振動板と背極板とでコンデンサを形成した容量型センサがある。このような容量型センサでは、振動板として機能する部分の基板と背極板との間を空間によって隔てる空間形成領域と、振動板として機能しない部分の基板と背極板との間をスペーサ部材によって隔てるスペーサ形成領域とが設けられている。そして、振動板の振動（つまり、変位）によって振動板と背極板との間隔が変化すると、その変化に応じたコンデンサの静電容量の変化が出力される。振動板は音響（音圧）や振動によって変位するので、この容量型センサを用いて音響センサ（コンデンサ型マイクロホン）や振動センサを実現できる。加えて、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いれば、携帯電話などの小型の電気機器で用いるための非常に小型のコンデンサ型マイクロホンや振動センサを製造できる。

このような容量型センサの感度を向上させるための手法として、基板（振動板）と背極板との間隔を狭くして、上記空間形成領域で形成されているコンデンサの静電容量を大きくする方法がある。しかし、基板と背極板との間の間隔が狭くなると、スペーサ形成領域に設けられているスペーサ部材に起因した寄生容量も大きくなり、容量型センサの感度が低下してしまう虞がある。

このような問題に対して、空間形成領域で形成されているコンデンサの静電容量を大きくしながら、スペーサ形成領域における寄生容量の増大を抑制することを目的とした構造の容量型センサが提案されている。例えば、図２２に示すように、特許文献１に記載されているコンデンサ型の音響・圧力センサは、基板３０の一方の表面をエッチングして、頂部が平坦な上に凸の形状を形成する。また、基板３０の他方の表面の頂部に対応する部分にキャビティ３０ａを形成する。その結果、図２２に示したように、平板を上に凸の状態で折り曲げたような形状の基板３０が得られる。また、その凸部の頂部は振動板ｍとして機能する。更に、上述のようにして形成された基板３０に対向して、貫通孔３１を有する背極板ｂがスペーサ部材ｓを介して形成されている。そして、振動板ｍとして機能する部分の基板３０と背極板ｂとの間を空間３２によって隔てる空間形成領域Ｘと、振動板ｍとして機能しない部分の基板３０と背極板ｂとの間をスペーサ部材ｓによって隔てるスペーサ形成領域Ｙとが形成されている。また、スペーサ形成領域Ｙにおいてスペーサ部材ｓが介装された基板３０と背極板ｂとの間隔は、振動板ｍから離れるにつれて徐々に増大しているので、スペーサ部材ｓが介装された基板３０と背極板ｂとの間の寄生容量は、振動板ｍから離れるにつれて徐々に減少することになる。

特開２００２−２７５９５号公報

特許文献１に記載の容量型センサでは、基板３０はスペーサ形成領域Ｙにおいて傾斜面３０ｂを有しており、基板３０と背極板ｂとの間隔は振動板ｍから離れるにつれて徐々に増大している。つまり、スペーサ形成領域Ｙにおいて基板３０と背極板ｂとは全てが平行に対向してはいない。そのため、特許文献１に記載の容量型センサのスペーサ形成領域Ｙにおいて、基板３０と背極板ｂとの間隔が大きい部分では寄生容量の低減効果は大きいものの、基板３０と背極板ｂとの間隔が小さい部分では寄生容量の低減効果は期待できない。よって、スペーサ形成領域Ｙに設けられているスペーサ部材ｓに起因した寄生容量を充分に低減させることができず、容量型センサの感度が低下してしまう虞がある。

更に、特許文献１において、スペーサ形成領域Ｙの基板３０と背極板ｂとの間隔を振動板ｍから離れるにつれて徐々に増大させるような構造を作製するとき、その部分の形状は基板３０を三次元的にエッチングすることにより得られる。しかしながら、エッチング深さを二次元的に制御するような場合に比べて、このような三次元的な構造のエッチングを正確に制御することは困難であり、容量型センサの製造工程を複雑にしている。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複雑ではない製造工程を用いて作製でき、感度の向上が実現された容量型センサ及びその製造方法を提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係る容量型センサの特徴構成は、一部が振動板として機能する基板と背極板とを互いに対向して備え、前記振動板として機能する部分の前記基板と前記背極板との間を空間によって隔てる空間形成領域と、前記振動板として機能しない部分の前記基板と前記背極板との間をスペーサ部材によって隔てるスペーサ形成領域とを設けてある容量型センサであって、
前記スペーサ形成領域において前記基板と前記背極板とは全て互いに平行に対向し、前記空間形成領域において前記基板と前記背極板とは互いに平行に対向し、
前記スペーサ形成領域における前記基板と前記背極板との間隔が、前記空間形成領域における前記基板と前記背極板との間隔よりも大きく形成されている点にある。

上記特徴構成によれば、スペーサ形成領域において基板と背極板とが全て平行に対向しているので、基板と背極板との間隔はスペーサ形成領域において一定である。更に、スペーサ形成領域における基板と背極板との間隔が、空間形成領域における基板と背極板との間隔よりも大きく形成されている。つまり、スペーサ形成領域における基板と背極板との間の寄生容量は、一様に充分低減される。よって、容量型センサの感度を向上させることができる。
また、スペーサ形成領域の基板と背極板との間隔は一様であるので、容量型センサの製造工程が複雑になることもない。
従って、複雑ではない製造工程を用いて作製でき、感度の向上が実現された容量型センサを提供できる。

上記目的を達成するための本発明に係る容量型センサの製造方法の特徴構成は、一部が振動板として機能する基板と背極板とを互いに対向して備え、前記振動板として機能する部分の前記基板と前記背極板との間を空間によって隔てる空間形成領域と、前記振動板として機能しない部分の前記基板と前記背極板との間をスペーサ部材によって隔てるスペーサ形成領域とを設けてある容量型センサの製造方法であって、
前記基板上の前記空間形成領域に対応する部位に犠牲層を形成する工程と、
前記基板上の前記スペーサ形成領域に対応する部位に、前記犠牲層よりも厚いスペーサ部材を形成する工程と、
前記犠牲層上及び前記スペーサ部材上に、前記空間形成領域において前記犠牲層まで達する複数の貫通孔を有し、前記スペーサ形成領域において前記基板と全て互いに平行に対向する前記背極板を形成する工程と、
前記複数の貫通孔を介して前記犠牲層をエッチングして、前記基板と前記背極板との間に前記空間を形成する工程とを含む点にある。

上記特徴構成によれば、スペーサ形成領域において基板と背極板とが全て平行に対向しているので、基板と背極板との間隔はスペーサ形成領域において一定である。更に、スペーサ形成領域における基板と背極板との間隔が、空間形成領域における基板と背極板との間隔よりも大きく形成されている。つまり、スペーサ形成領域における基板と背極板との間の寄生容量は、一様に充分低減される。よって、容量型センサの感度を向上させることができる。
また、スペーサ形成領域の基板と背極板との間隔は一様であるので、容量型センサの製造工程が複雑になることもない。
従って、複雑ではない製造工程を用いて作製でき、感度の向上が実現された容量型センサの製造方法を提供できる。

本発明に係る容量型センサの製造方法の別の特徴構成は、前記背極板を形成する工程は、
前記犠牲層上に複数の棒状部材を形成する工程と、
前記複数の棒状部材が形成された前記犠牲層上及び前記スペーサ部材上に、前記棒状部材を内包した状態で背極板材料層を形成する工程と、
前記背極板材料層から前記棒状部材をエッチングにより除去して前記背極板を形成する工程とを含む点にある。

上記特徴構成によれば、犠牲層上に複数の棒状部材を形成し、複数の棒状部材が形成された犠牲層上及びスペーサ部材上に、棒状部材を内包した状態で背極板材料層を形成し、その背極板材料層から棒状部材をエッチングにより除去して背極板を形成する。つまり、物質の堆積とエッチングによる除去という簡単な工程を用いて容量型センサを製造することができる。

本発明に係る容量型センサの製造方法の別の特徴構成は、前記棒状部材は樹脂材料である点にある。

上記特徴構成によれば、取り扱いの容易な樹脂材料を用いて上記棒状部材が形成されるので、容量型センサの製造工程が複雑にならないようにできる。

以下に図面を参照して本発明に係る容量型センサについて説明する。図１は、本発明に係る容量型センサの斜視図であり、図２はその線分ＩＩ−ＩＩにおける断面図である。また、図３〜図１０は、容量型センサの製造方法を説明する工程図である。

図１及び図２に示すように、容量型センサはＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板１５上に形成されている。また、ＳＯＩ基板１５は、シリコン支持基板１とシリコン活性層３との間に絶縁層２を設けて形成されている。そして、容量型センサは、一部が振動板Ｍとして機能する基板としてのシリコン活性層３と背極板Ｂとを互いに対向して備えている。この容量型センサには、振動板Ｍとして機能する部分のシリコン活性層３と背極板Ｂとの間を空間１１によって隔てる空間形成領域Ｘと、振動板Ｍとして機能しない部分のシリコン活性層３と背極板Ｂとの間をスペーサ部材Ｓによって隔てるスペーサ形成領域Ｙとを設けてある。そして、振動板Ｍと背極板Ｂとスペーサ部材Ｓとによってコンデンサが形成される。背極板Ｂには複数の貫通孔１０が設けられているので、振動板Ｍが振動するとき、その振動板Ｍの周囲の空気は貫通孔１０を通って容易に動ける。また、図１に示すように、ＳＯＩ基板１５上には４個のスペーサ部材Ｓが互いに分離して形成されている。つまり、本実施形態では、４個のスペーサ形成領域Ｙが設けられている。

次に、空間形成領域Ｘ及びスペーサ形成領域Ｙにおける静電容量について説明する。静電容量：Ｃは、真空の誘電率：ε₀と、シリコン活性層３と背極板Ｂとの間の比誘電率：ε_r（本実施形態では、空間８の比誘電率及びスペーサ部材Ｓの比誘電率）と、シリコン活性層３と背極板Ｂとの間の対向面積：Ｓと、シリコン活性層３と背極板Ｂとの間隔：ｄとを用いて、下記〔数１〕のように表すことができる。

〔数１〕
Ｃ＝ε₀×ε_r×Ｓ／ｄ

つまり、シリコン活性層３と背極板Ｂとの間隔：ｄが大きいほど、静電容量：Ｃは小さくなる。よって、振動板Ｍの振動（変位）を高い感度で捉えるためには、空間形成領域Ｘにおけるシリコン活性層３と背極板Ｂとの間の間隔：ａをできるだけ小さくすることが好ましい。また、寄生容量の起源となり得るスペーサ形成領域Ｙにおけるシリコン活性層３と背極板Ｂとの間の間隔：ｂはできるだけ大きくすることが好ましい。

本発明に係る容量型センサでは、スペーサ形成領域Ｙにおいて、シリコン活性層３と背極板Ｂとは互いに全て平行に対向しており、空間形成領域Ｘにおいて、シリコン活性層３と背極板Ｂとは互いに平行に対向している。更に、スペーサ形成領域Ｙにおけるシリコン活性層３と背極板Ｂとの間隔：ｂは、空間形成領域Ｘにおけるシリコン活性層３と背極板Ｂとの間隔：ａよりも大きく形成されている。よって、寄生容量を低減するとともに、容量型センサの感度を十分に向上させることができる。
また、図２に示しているように、ＳＯＩ基板１５には、シリコン支持基板１及び絶縁層２を部分的に除去することでキャビティ１ａが設けられており、このキャビティ１ａが形成される領域に対応する部分のシリコン活性層３が振動板Ｍとして機能する。キャビティ１ａは、振動板Ｍが音響により振動するときの音響特性を調節するために設けられている。よって、発生した音響が背極板Ｂの孔１０及び振動板Ｍと背極板Ｂとの間の空間１１を介して振動板Ｍに到達すると、その音響による振動板Ｍの振動（つまり、変位）によって背極板Ｂと振動板Ｍとの間隔が変化し、その変化に応じてコンデンサの静電容量が変化する。或いは、容量型センサに振動が加えられると、振動板Ｍが振動することによって背極板Ｂと振動板Ｍとの間隔が変化し、その変化に応じてコンデンサ部分の静電容量が変化する。

次に、図３〜図１０を参照して、本発明に係る容量型センサの製造方法について説明する。
本発明の容量型センサはＳＯＩ基板１５を用いて製造される。よって、図３に示すように、シリコン支持基板１とシリコン活性層３との間に絶縁層２が形成された構造のＳＯＩ基板１５を用意する。その後、図４に示すように、シリコン活性層３上の空間形成領域Ｘに対応する部分に犠牲層４を形成する。例えば、先ずシリコン活性層３上にＳｉＯ₂などの絶縁物を形成し、その後、空間形成領域Ｘに対応する部分以外をＣＦ_Xガスなどを用いたドライエッチングにより除去することで上記犠牲層４を形成することができる。或いは、犠牲層４を形成する部分のみを露出させ、且つ、他の部分を覆うようなマスク（図示せず）をシリコン活性層３上に形成する。その後、シリコン活性層３上の露出部分に、例えば、ＳｉＯ₂などの絶縁物を形成して犠牲層４とした後、上記マスクを除去してもよい。

次に、図５に示すように、犠牲層４上に複数の棒状部材５を形成する。この棒状部材５は図１及び図２に示した貫通孔１０を形成するためのものである。例えば、犠牲層４上に、棒状材料を構成するための樹脂材料層を一面に形成し、更に、複数の棒状部材５を形成する部分のみを覆い、且つ、他の部分を露出させるようなマスク（図示せず）を樹脂材料層上に形成する。その後、上記マスクで一部が覆われた樹脂材料層に対してエッチングを施すことで、図５に示したような構造の棒状部材５が得られる。このエッチング工程は、Ｏ₂プラズマなどを利用したドライエッチング又は所定のアルカリ溶液を用いたウェットエッチングによって実施できる。
或いは、シリコン活性層３上及び犠牲層４上に、複数の棒状部材５を形成する部分のみを露出させ、且つ、他の部分を覆うようなマスク（図示せず）を形成し、その後、犠牲層４上の露出部分に、例えば、樹脂材料を形成して棒状部材５とした後、上記マスクを除去してもよい。

その後、図６に示すように、シリコン活性層３上のスペーサ形成領域Ｙに対応する部分に、図１及び図２に示したようなスペーサ部材Ｓを形成する。このとき、シリコン活性層３の表面を高さの基準面とすると、スペーサ部材Ｓは犠牲層４よりも高く形成されている。但し、棒状部材５は、スペーサ部材Ｓよりも高く形成されている。このようなスペーサ部材Ｓを形成するとき、例えば、スペーサ部材Ｓを形成する部分のみを露出させ、且つ、他の部分を覆うようなマスク（図示せず）をシリコン活性層３上、犠牲層４上及び棒状部材５上に形成する。その後、シリコン活性層３上の露出部分に、例えば、ＳｉＮ_Xなどの絶縁物を形成してスペーサ部材Ｓとした後、上記マスクを除去する。結果として、シリコン活性層３の表面を基準面とした場合、スペーサ部材Ｓは犠牲層４よりも厚く形成される。

次に、図７に示すように、複数の棒状部材５が形成された犠牲層４上及びスペーサ部材Ｓ上に、上記棒状部材５を内包した状態で背極板材料層７を形成する。このとき、シリコン活性層３の表面を基準面とすると、背極板材料層７の高さは棒状部材５の高さと同じにされている。つまり、棒状部材５は、背極板材料層７を貫通した状態になっている。また、棒状部材５はスペーサ部材Ｓよりも高く形成されているので、結果として、背極板材料層７はスペーサ部材Ｓよりも高く形成されている。このような背極板材料層７としては、多結晶シリコンなどを用いることができる。

図７に示した構造において、最終的に、シリコン活性層３の一部は振動板Ｍとして機能し、背極板材料層７は背極板Ｂとして機能することになる。そのため、図１、図２及び図８に示すように、シリコン活性層３及び背極板材料層７の夫々の表面に電極９及び電極８を形成する。この電極９及び電極８はシリコン活性層３及び背極板材料層７の夫々との間にオーミック接触を形成する。よって、電極材料としてはオーミック接触を形成できる材料であればよく、本実施形態では金（Ａｕ）電極をスパッタリングにより作製した。但し、背極板材料層７を構成する多結晶シリコン上に電極８を形成するとき、それらの間にＡｌやＮｉなどの下地層を形成しておく必要がある。

次に、図９に示すように、背極板材料層７中に内包されていた棒状部材５をエッチングにより除去して、空間形成領域Ｘにおいて犠牲層４まで達する複数の貫通孔１０を有する背極板Ｂを形成する。このエッチング工程は、ウェットエッチング及びドライエッチングの何れの手法も利用できる。例えば、ウェットエッチングを行う場合、ＫＯＨなどのアルカリ溶液をエッチャントとして利用できる。また、ドライエッチングを行う場合、Ｏ₂プラズマなどを利用したイオンエッチングを採用できる。

更に、図１０に示すように、ＳＯＩ基板１５のシリコン支持基板１側の表面の、上記空間形成領域Ｘに対応する部分に、シリコン支持基板２及び絶縁層２の一部を除去して得られるキャビティ１ａを形成する。これにより、ＳＯＩ基板１５を構成する３つの層のうち、空間形成領域Ｘにはシリコン活性層３のみが残される。よって、残されたシリコン活性層３が振動板Ｍとして機能することになる。このキャビティ１ａの形成工程は、ＨＦとＨＮＯ₃との混合溶液、ＫＯＨ、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）などのアルカリ溶液をエッチャントとして用いたウェットエッチングによって実施できる。或いは、ＸｅＦ₂やＢｒＦ₃などのガスを用いたドライエッチングによっても実施できる。また、キャビティ１ａの形状は、単結晶シリコンからなるシリコン支持基板２の面方位により決定される。

最後に、貫通孔１０を介して犠牲層４をエッチングにより除去して、シリコン活性層３と背極板Ｂとの間に空間１１を形成することで、図２に示した構造が得られる。この犠牲層４の除去工程は、ＨＦとＨＮＯ₃との混合溶液をエッチャントとして用いたウェットエッチングにより実施できる。

以上のように、本発明に係る容量型センサでは、犠牲層４とスペーサ部材Ｓとを別々に形成する手法を採用している。そして、スペーサ形成領域Ｙにおいてシリコン活性層３と背極板Ｂとは全て互いに平行に対向し、空間形成領域Ｘにおいてシリコン活性層３と背極板Ｂとは互いに平行に対向している構造を得ている。つまり、シリコン活性層３と背極板Ｂとの間隔はスペーサ形成領域Ｙにおいて一定であるので、スペーサ形成領域Ｙにおけるシリコン活性層３と背極板Ｂとの間の寄生容量は、一様に充分低減される。よって、容量型センサの感度を向上させることができる。
また、スペーサ形成領域Ｙのシリコン活性層３と背極板Ｂとの間隔は一様であるので、容量型センサの製造工程が複雑になることもない。具体的には、犠牲層４、スペーサ部材Ｓ及び棒状部材５の堆積厚さを調節するだけで、スペーサ形成領域Ｙにおけるシリコン活性層３と背極板Ｂとの間隔、及び、空間形成領域Ｘにおけるシリコン活性層３と背極板Ｂとの間隔を制御できる。
更に、振動板Ｍが単結晶シリコンで形成されるので、多結晶シリコンなどで形成された場合に比べて機械的な強度が充分に確保される。よって、安定した性能を長期間に渡って発揮できる容量型センサが得られる。

＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態では、ＳＯＩ基板を用いて容量型センサを製造する方法について説明したが、他の基板を用いて容量型センサを製造することもできる。以下に、図１１〜図１６を参照して、容量型センサの製造方法の別実施形態について説明する。よって、ここで説明する容量型センサも、図１６に示すように、一部が振動板Ｍとして機能する単結晶シリコンからなる基板２０と背極板Ｂとを互いに対向して備え、振動板Ｍとして機能する部分の単結晶シリコン基板２０と背極板Ｂとの間を空間２６によって隔てる空間形成領域Ｘと、振動板Ｍとして機能しない部分の単結晶シリコン基板２０と背極板Ｂとの間をスペーサ部材Ｓによって隔てるスペーサ形成領域Ｙとを設けてある構成となっている。
また、上記実施形態と同様に、スペーサ形成領域Ｙにおける基板２０と背極板Ｂとの間隔：ｂは、空間形成領域Ｘにおける基板２０と背極板Ｂとの間隔：ａよりも大きく形成されている。よって、寄生容量を低減するとともに、容量型センサの感度を十分に向上させることができる。

この別実施形態では、単結晶シリコンの基板２０を出発材料とする。単結晶シリコンの基板２０はＳＯＩ基板に比べて安価であるので、ＳＯＩ基板を出発材料とした場合に比べて安価に容量型センサを製造できる利点がある。具体的には、図１１に示すように、単結晶シリコンからなる基板２０の裏面上の、空間形成領域Ｘに対応する部位にキャビティ２０ａを形成する。このキャビティ２０ａの形成工程は、ＨＦとＨＮＯ₃との混合溶液、ＫＯＨ、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）などをエッチャントとして用いたウェットエッチングによって行われる。また、キャビティ２０ａの形状は、単結晶シリコンからなる基板２０の面方位により決定される。基板２０の面方位は、好ましくは（１００）であるが、他の面方位を有するものであってもよい。

次に、図１２に示すように、基板２０の表面上の空間形成領域Ｘに対応する部位に犠牲層２１を形成する。例えば、基板２０の表面の、犠牲層２１を形成しない部分にマスク（図示せず）を形成した後、熱酸化などを行うことでＳｉＯ₂などの絶縁物からなる上記犠牲層２１を形成する。

次に、図１３に示すように、犠牲層２１上に複数の棒状部材２２を形成する。この棒状部材２２は上記実施形態と同様に、背極板Ｂに貫通孔２５を形成するためのものである。例えば、犠牲層２１上に、棒状材料を構成するための樹脂材料層を一面に形成し、更に、複数の棒状部材２２を形成する部分のみを覆い、且つ、他の部分を露出させるようなマスク（図示せず）を樹脂材料層上に形成する。その後、上記マスクで一部が覆われた樹脂材料層に対してエッチングを施すことで、図１３に示したような構造の棒状部材２２が得られる。このエッチング工程は、Ｏ₂プラズマなどを利用したドライエッチングによって実施できる。
或いは、基板２０上及び犠牲層２１上に、複数の棒状部材２２を形成する部分のみを露出させ、且つ、他の部分を覆うようなマスク（図示せず）を形成し、その後、犠牲層２１上の露出部分に、例えば、樹脂材料を形成して棒状部材２２とした後、上記マスクを除去してもよい。

その後、図１４に示すように、基板２０上のスペーサ形成領域Ｙに対応する部分にスペーサ部材Ｓを形成する。このとき、スペーサ部材Ｓの厚さは犠牲層２１の厚さよりも大きく形成されている。但し、棒状部材２２は、基板２０の表面を基準面とするとスペーサ部材Ｓよりも高く形成されている。このようなスペーサ部材Ｓを形成するとき、例えば、スペーサ部材Ｓを形成する部分のみを露出させ、且つ、他の部分を覆うようなマスク（図示せず）を基板２０上、犠牲層２１上及び棒状部材２２上に形成する。その後、基板２０上の露出部分に、例えば、ＳｉＮ_Xなどの絶縁物を形成してスペーサ部材Ｓとした後、上記マスクを除去する。

次に、図１５に示すように、複数の棒状部材２２が形成された犠牲層２１上及びスペーサ部材Ｓ上に、上記棒状部材２２を内包した状態で背極板材料層２４を形成する。このとき、基板２０の表面を基準面とすると、背極板材料層２４の高さは棒状部材２２の高さと同じにされている。つまり、棒状部材２２は、背極板材料層２４を貫通した状態になっている。また、棒状部材２２はスペーサ部材Ｓよりも高く形成されているので、結果として、背極板材料層２４はスペーサ部材Ｓよりも高く形成されている。このような背極板材料層２４としては、多結晶シリコンなどを用いることができる。
また、最終的に、基板２０の一部は振動板Ｍとして機能し、背極板材料層２４は背極板Ｂとして機能することになる。そのため、上記実施形態と同様に、基板２０及び背極板材料層２４の夫々の表面に電極８等を形成する。この電極８等は基板２０及び背極板材料層２４の夫々との間にオーミック接触を形成する。よって、電極材料としてはオーミック接触を形成できる材料であればよく、本実施形態では金（Ａｕ）電極をスパッタリングにより作製した。但し、背極板材料層２４を構成する多結晶シリコン上に電極８を形成するとき、それらの間にＡｌやＮｉなどの下地層を形成しておく必要がある。

次に、図１６に示すように、背極板材料層２４中に内包されていた棒状部材２２をエッチングにより除去して、空間形成領域Ｘにおいて犠牲層２１まで達する複数の貫通孔２５を有する背極板Ｂを形成する。このエッチング工程は、ウェットエッチング及びドライエッチングの何れの手法も利用できる。例えば、ウェットエッチングを行う場合、ＫＯＨなどのアルカリ溶液をエッチャントとして利用できる。また、ドライエッチングを行う場合、Ｏ₂プラズマなどを利用したイオンエッチングを採用できる。
更に、この貫通孔２５を介して犠牲層２１をエッチングにより除去して、基板２０と背極板Ｂとの間に空間２６を形成する。この犠牲層２１の除去工程は、ＨＦとＨＮＯ₃との混合溶液をエッチャントとして用いたウェットエッチングにより実施できる。

以上のように、この別実施形態の容量型センサの製造方法は、単結晶シリコン基板２０上の空間形成領域Ｘに対応する部位の一方の表面に犠牲層２１を形成する工程と、単結晶シリコン基板２０上のスペーサ形成領域Ｙに対応する部位に、犠牲層２１よりも厚いスペーサ部材Ｓを形成する工程と、犠牲層２１上及びスペーサ部材Ｓ上に、空間形成領域Ｘにおいて犠牲層２１まで達する複数の貫通孔２５を有し、スペーサ形成領域において基板２０と全て互いに平行に対向する背極板Ｂを形成する工程と、複数の貫通孔２５を介して犠牲層２１をエッチングして、単結晶シリコン基板２０と背極板Ｂとの間に空間２６を形成する工程とを含んでいる。

＜２＞
ＳＯＩ基板以外の基板を用いて容量型センサを製造する方法として、更に別の方法もある。以下に、図１７〜図２１を参照して、別実施形態の容量型センサについて説明する。但し、上記実施形態及び別実施形態と同様の構成については説明を省略する。例えば、各材料のエッチングの手法などは上記実施形態及び別実施形態と同様である。
ここで説明する容量型センサも、図２１に示すように、一部が振動板Ｍとして機能するイオン注入層４１と背極板Ｂとを互いに対向して備え、振動板Ｍとして機能する部分のイオン注入層４１と背極板Ｂとの間を空間４７によって隔てる空間形成領域Ｘと、振動板Ｍとして機能しない部分のイオン注入層４１と背極板Ｂとの間をスペーサ部材Ｓによって隔てるスペーサ形成領域Ｙとを設けてある構成となっている。
また、上記実施形態と同様に、スペーサ形成領域Ｙにおけるイオン注入層４１と背極板Ｂとの間隔：ｂは、空間形成領域Ｘにおけるイオン注入層４１（振動板Ｍ）と背極板Ｂとの間隔：ａよりも大きく形成されている。よって、寄生容量を低減するとともに、容量型センサの感度を十分に向上させることができる。

この別実施形態でも、単結晶シリコンの基板４０を出発材料とする。図１７に示すように、単結晶シリコンからなる基板４０の一方の表面に、ホウ素などのイオン注入とその熱拡散を行う。その結果、基板の表面に所定の厚さのイオン注入層４１が形成される。また、基板４０の面方位は、好ましくは（１００）であるが、他の面方位を有するものであってもよい。

次に、図１８に示すように、イオン注入層４１の表面上の空間形成領域Ｘに対応する部位に犠牲層４２を形成し、その犠牲層４２上に複数の棒状部材４３を形成する。この棒状部材４３は上記実施形態と同様に、背極板Ｂに貫通孔４６を形成するためのものである。その後、イオン注入層４１上のスペーサ形成領域Ｙに対応する部分にスペーサ部材Ｓを形成する。このとき、スペーサ部材Ｓの厚さは犠牲層４２の厚さよりも大きく形成されている。但し、棒状部材４３は、イオン注入層４１の表面を基準面とするとスペーサ部材Ｓよりも高く形成されている。

次に、図１９に示すように、複数の棒状部材４３が形成された犠牲層４２上及びスペーサ部材Ｓ上に、上記棒状部材４３を内包した状態で背極板材料層４５を形成する。更に、上記実施形態と同様に、基板４０及び背極板材料層４５の夫々の表面に電極８等を形成する。この電極８等はイオン注入層４１及び背極板材料層４５の夫々との間にオーミック接触を形成する。

次に、図２０に示すように、背極板材料層４５中に内包されていた棒状部材４３をエッチングにより除去して、空間形成領域Ｘにおいて犠牲層４２まで達する複数の貫通孔４６を有する背極板Ｂ（４５）を形成する。また、単結晶シリコンからなる基板４０の裏面上の、空間形成領域Ｘに対応する部位にキャビティ４０ａを形成する。具体的には、基板４０の裏面の空間形成領域Ｘに対応する部位をイオン注入層４１が露出するまでエッチングすることで、このキャビティ４０ａが形成される。このとき、イオン注入層４１と基板４０とはエッチング速度が異なるので、イオン注入層４１はエッチストップ層として機能している。
更に、図２０〜図２１に示すように、背極板Ｂ（４５）に形成された上記貫通孔４６を介して犠牲層４２をエッチングにより除去して、イオン注入層４１と背極板Ｂとの間に空間４７を形成する。

以上のように、この別実施形態の容量型センサの製造方法は、単結晶シリコン基板４０上にイオン注入層４１を形成する工程と、イオン注入層４１の空間形成領域Ｘに対応する部位の表面に犠牲層４２を形成する工程と、イオン注入層４１上のスペーサ形成領域Ｙに対応する部位に、犠牲層４２よりも厚いスペーサ部材Ｓを形成する工程と、犠牲層４２上及びスペーサ部材Ｓ上に、空間形成領域Ｘにおいて犠牲層４２まで達する複数の貫通孔４６を有し、スペーサ形成領域Ｙにおいてイオン注入層４１と全て互いに平行に対向する背極板Ｂを形成する工程と、複数の貫通孔４６を介して犠牲層４２をエッチングして、イオン注入層４１と背極板Ｂとの間に空間４７を形成する工程と、上記イオン注入層４１が形成されていない方の基板４０の表面の空間形成領域Ｘに対応する部位をイオン注入層４１までエッチングして、基板４０にキャビティ４０ａを形成する工程とを含んでいる。その結果、一部が振動板Ｍとして機能するイオン注入層４１と背極板Ｂとを互いに対向して備え、振動板Ｍとして機能する部分のイオン注入層４１と背極板Ｂとの間を空間４７によって隔てる空間形成領域Ｘと、振動板Ｍとして機能しない部分の単結晶シリコン基板４０と背極板Ｂとの間をスペーサ部材Ｓによって隔てるスペーサ形成領域Ｙとを設けてある構成の容量型センサが得られる。

＜３＞
上記実施形態において、容量型センサの構造を材料例を挙げて説明したが、それらの材料は適宜変更可能である。例えば、犠牲層、棒状部材、スペーサ部材の夫々は、本発明の容量型センサを製造するときに選択的なエッチングが可能な材料であることが好ましく、下記表１の例のように変更することができる。

＜４＞
上記実施形態において各層の材料を具体的に例示したが、他の材料を用いてもよい。例えば、背極板材料層として単結晶シリコンを用いてもよい。或いは、背極板材料層としてＡｌ、Ｔｉなどの金属材料を用いてもよい。背極板材料層としてこれらの材料を用いた場合、電極８、９としての金（Ａｕ）電極を背極板材料層に直接形成するだけで、両者のオーミック接触が確保される点で好ましい。

本発明の容量型センサは、音響センサ（コンデンサ型マイクロホン）や振動センサなどに用いることができる。特に、コンデンサ部分がＭＥＭＳ技術を利用して製造されるので、小型の容量型センサが得られる。

容量型センサの斜視図図１の線分ＩＩ−ＩＩにおける断面図容量型センサの製造方法を説明する工程図容量型センサの製造方法を説明する工程図容量型センサの製造方法を説明する工程図容量型センサの製造方法を説明する工程図容量型センサの製造方法を説明する工程図容量型センサの製造方法を説明する工程図容量型センサの製造方法を説明する工程図容量型センサの製造方法を説明する工程図容量型センサの別の製造方法を説明する工程図容量型センサの別の製造方法を説明する工程図容量型センサの別の製造方法を説明する工程図容量型センサの別の製造方法を説明する工程図容量型センサの別の製造方法を説明する工程図容量型センサの別の製造方法を説明する工程図容量型センサの別の製造方法を説明する工程図容量型センサの別の製造方法を説明する工程図容量型センサの別の製造方法を説明する工程図容量型センサの別の製造方法を説明する工程図容量型センサの別の製造方法を説明する工程図従来の容量型センサの断面図

符号の説明

３シリコン活性層（基板）
４犠牲層
５棒状部材
１１空間
Ｂ背極板
Ｍ振動板
Ｓスペーサ部材
Ｘ空間形成領域
Ｙスペーサ形成領域

Claims

一部が振動板として機能する基板と背極板とを互いに対向して備え、前記振動板として機能する部分の前記基板と前記背極板との間を空間によって隔てる空間形成領域と、前記振動板として機能しない部分の前記基板と前記背極板との間をスペーサ部材によって隔てるスペーサ形成領域とを設けてある容量型センサであって、
前記スペーサ形成領域において前記基板と前記背極板とは全て互いに平行に対向し、前記空間形成領域において前記基板と前記背極板とは互いに平行に対向し、
前記スペーサ形成領域における前記基板と前記背極板との間隔が、前記空間形成領域における前記基板と前記背極板との間隔よりも大きく形成されている容量型センサ。
一部が振動板として機能する基板と背極板とを互いに対向して備え、前記振動板として機能する部分の前記基板と前記背極板との間を空間によって隔てる空間形成領域と、前記振動板として機能しない部分の前記基板と前記背極板との間をスペーサ部材によって隔てるスペーサ形成領域とを設けてある容量型センサの製造方法であって、
前記基板上の前記空間形成領域に対応する部位に犠牲層を形成する工程と、
前記基板上の前記スペーサ形成領域に対応する部位に、前記犠牲層よりも厚いスペーサ部材を形成する工程と、
前記犠牲層上及び前記スペーサ部材上に、前記空間形成領域において前記犠牲層まで達する複数の貫通孔を有し、前記スペーサ形成領域において前記基板と全て互いに平行に対向する前記背極板を形成する工程と、
前記複数の貫通孔を介して前記犠牲層をエッチングして、前記基板と前記背極板との間に前記空間を形成する工程とを含む容量型センサの製造方法。
前記背極板を形成する工程は、
前記犠牲層上に複数の棒状部材を形成する工程と、
前記複数の棒状部材が形成された前記犠牲層上及び前記スペーサ部材上に、前記棒状部材を内包した状態で背極板材料層を形成する工程と、
前記背極板材料層から前記棒状部材をエッチングにより除去して前記背極板を形成する工程とを含む請求項２記載の容量型センサの製造方法。
前記棒状部材は樹脂材料である請求項３記載の容量型センサの製造方法。