JP2010187303A

JP2010187303A - 圧力センサ

Info

Publication number: JP2010187303A
Application number: JP2009031285A
Authority: JP
Inventors: Tamito Suzuki; 民人鈴木; Yuki Ueya; 夕輝植屋
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2010-08-26

Abstract

【課題】気室容量を拡張することによって圧力センサの感度を高める。
【解決手段】背部気室となる空間を有する基板と、固定電極を形成しているプレートと、前記固定電極とともに静電容量を構成する可動電極を形成し、前記背部気室を隔て、圧力変化によって変位するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムが前記基板から離間するように支持する絶縁部と、を備え、前記空間は、前記基板の底面に開口を有し前記ダイヤフラムを底とする柱形の主気室と、前記主気室と通じ、前記基板の前記底面に前記主気室の開口より狭い開口を有し前記主気室より浅い柱形の複数の副気室と、を有し、前記副気室は、前記主気室の周囲に配列され前記主気室に通じて前記空間を拡張している、圧力センサ。
【選択図】図１

Description

本発明はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）として構成される圧力センサに関する。

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静電容量型の圧力センサが知られている。静電容量型の圧力センサは、圧力変化によって撓むダイアフラムと、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、対象空間からダイヤフラムによって隔てられている対象外空間を構成する背部気室とを有する。ダイアフラムとプレートとの間の静電容量は、ダイアフラムが撓むことよって変化する。静電容量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。

ダイアフラムの撓みに伴う背部気室内の圧力変化を緩和することによって圧力センサの出力特性を高めることができる（特許文献１，２，３参照）。特許文献２には主気室の周囲に副気室を形成することによって背部気室の容量を拡張し、主気室の圧力変化を緩和する圧力センサが開示されている。

特開２００８−１７３９５号公報特開２００８−２８５１２号公報特開２００８−４２３７８号公報

しかし、ＡＲＤＥ（Aspect Ratio Dependent Etching）効果を利用して深さが異なる気室及び副気室を同時に形成する場合、副気室の開口形状によって副気室の深さが決まる。特許文献２に記載されているような主気室と中心が一致する同心円筒形状の副気室では、開口面積と深さで決まる副気室の容量を調整できる幅が小さい。

本発明は気室容量を拡張することによって圧力センサの感度を高めることを目的の１つとする。

（１）上記目的を達成するための圧力センサは、背部気室となる空間を有する基板と、固定電極を形成しているプレートと、前記固定電極とともに静電容量を構成する可動電極を形成し、前記背部気室を隔て、圧力変化によって変位するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムが前記基板から離間するように支持する絶縁部と、を備え、前記空間は、前記基板の底面に開口を有し前記ダイヤフラムを底とする柱形の主気室と、前記主気室と通じ、前記基板の前記底面に前記主気室の開口より狭い開口を有し前記主気室より浅い柱形の複数の副気室と、を有し、前記副気室は、前記主気室の周囲に配列され前記主気室に通じて前記空間を拡張している。

本発明によると、開口が主気室の開口よりも狭く大径孔より浅い柱形の小径孔からなる副気室を複数形成するため、ＡＲＤＥ効果を利用して主気室と副気室とを同時に形成する製法においても主気室と副気室とを合わせた容量を簡易に調整できる。したがって本発明によると、背部気室のうち基板内の空間の容量を拡張することによって圧力センサの感度を高めることができる。

（２）上記目的を達成するための圧力センサにおいて、前記基板の底面には、前記主気室と前記副気室または前記副気室同士を連絡する複数のトレンチが前記副気室より浅く形成されていてもよい。

トレンチを形成すると、仮にダイボンド剤によって封止された副気室が形成されてしまったとしても、トレンチによって副気室と主気室とを連絡できるため、気室全体の容量を安定して確保することができる。

（３）上記目的を達成するための圧力センサにおいて、前記複数の副気室は、複数の同心円上に配列されていてもよい。

（４）上記目的を達成するための圧力センサにおいて、前記複数の副気室は、格子点上に配列されていてもよい。

（５）上記目的を達成するための圧力センサにおいて、前記複数の副気室は、ハニカム状に配列されていてもよい。

（６）上記目的を達成するための圧力センサの製造方法は、背部気室となる空間を有する基板と、固定電極を形成しているプレートと、前記固定電極とともに静電容量を構成する可動電極を形成し前記背部気室を隔て圧力変化によって変位するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムが前記基板から離間するように支持する絶縁部と、を備える圧力センサの製造方法であって、第一開口と、前記第一開口の周囲に複数配列されるとともにそれぞれ前記第一開口より狭い第二開口とを有する保護膜を前記基板の底面に形成し、前記基板の底面の前記保護膜から露出している領域を異方的にエッチングすることによって、前記基板を貫通し前記空間の一部を構成する主気室を前記第一開口の直下に形成すると同時に前記基板を貫通せず前記空間の一部を構成する副気室を前記第二開口の直下に形成する。
本発明によるとＡＲＤＥ効果を利用して主気室と副気室とを同時に形成することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。尚、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。
１．第一実施形態
（構成）
本発明による圧力センサの第一実施形態としての静電容量型のマイクロホンを図１、図１０に示す。マイクロホン１は半導体パッケージ３０と積層構造体１０とを備える。半導体パッケージ３０は箱形のパッケージ本体３１と蓋３２とを備える。蓋３２には半導体パッケージ３０の外部空間と内部空間とを連絡する通孔である音響孔３２ｈが形成されている。積層構造体１０は、半導体パッケージ３０に収容されている。積層構造体１０は、半導体デバイスの製造プロセスを用いて形成されるダイであって、底面１０ｂがパッケージ本体３１に接着層２０を介して固定されている。

積層構造体１０には例えば次に述べる複数の層が順に積層されている。基板層１０８は厚さ５００μｍの単結晶シリコンウエハからなる。絶縁層１０６は厚さ１．５〜２．５μｍの二酸化シリコン薄膜からなる。導電層１０４は燐（Ｐ）等の不純物が拡散している厚さ０．５〜０．９μｍの多結晶シリコン薄膜からなる。絶縁スペーサ層１０２は厚さ３〜５μｍの二酸化シリコン薄膜からなる。導電層１００は燐（Ｐ）等の不純物が拡散している厚さ１．０〜２．０μｍの多結晶シリコン薄膜からなる。

積層構造体１０には、プレート１１と、ダイヤフラム１２と、孔１０６ｈ、１０８ｅからなる主気室と、それぞれが小径孔１０８ａまたは小径孔１０８ｃからなる複数の副気室とが形成されている。

プレート１１は検出対象の音波が伝搬する空間である対象空間ＴＳの半導体パッケージ３０内部である前部気室内に位置する板形の部分である。プレート１１には音波をダイヤフラム１２に伝搬させるための複数の通孔１１ｈが形成されている。プレート１１には対象空間ＴＳにおいて振動しない程度の剛性が必要である。このためプレート１１はダイヤフラム１２よりも厚く形成されている。プレート１１は導電層１００からなる。プレート１１は全体が導電層１００からなるため固定電極を形成している。プレート１１の一部のみが固定電極を形成しても良い。プレート１１は図示しない導線によって図示しないボンディングパッドと電気的に接続されている。

絶縁スペーサ層１０２はダイヤフラム１２の縁部とプレート１１の縁部とに結合している。すなわち絶縁スペーサ層１０２はダイヤフラム１２とプレート１１とを支持するとともに、ダイヤフラム１２とプレート１１との間の空隙を形成するスペーサとして機能する。また絶縁性を有する絶縁スペーサ層１０２はダイヤフラム１２とプレート１１とを絶縁している。絶縁スペーサ層１０２のパターンは環状であっても良いし、ダイヤフラム１２の縁部とプレート１１の縁部とを局所的に複数箇所で結合する離散形状であっても良い。

ダイヤフラム１２は対象空間ＴＳと背部気室からなる対象外空間ＢＳとを隔てる膜の部分である。ダイヤフラム１２の振動境界は円形であるが、多角形や歯車形であってもよい。対象空間ＴＳと対象外空間ＢＳとはダイヤフラム１２によって気密に隔てられていても良いし、高い音響抵抗を有するスリット、トレンチ、孔、層間隙間等の通路によって連絡されていても良い。すなわち、ダイヤフラム１２は、対象空間ＴＳと対象外空間ＢＳとに動的な圧力差が生ずるように対象空間ＴＳと対象外空間ＢＳとを隔てていればよい。ダイヤフラム１２は圧力変化によって変位する。ダイヤフラム１２には検出対象範囲内の音波（気圧振動）を受けて撓み振動する程度の柔軟性が必要である。このためダイヤフラム１２はプレート１１よりも薄く形成されている。ダイヤフラム１２は、音波を受けると、絶縁層１０６の内端または絶縁スペーサ層１０２の内端を振動境界として振動する。ダイヤフラム１２は導電層１０４からなる。ダイヤフラム１２は全体が導電層１０４からなるため、プレート１１によって形成されている固定電極とともに静電容量を構成する可動電極を形成している。ダイヤフラム１２の一部のみが可動電極を形成していても良い。ダイヤフラム１２は図示しない導線によって図示しないボンディングパッドと電気的に接続されている。

ダイヤフラムが基板から離間するように支持する絶縁部としての絶縁層１０６は、一方の層間界面においてダイヤフラム１２および絶縁スペーサ層１０２と結合し、他方の層間界面において基板層１０８と結合している。絶縁層１０６はダイヤフラム１２と基板層１０８とを絶縁するとともに、基板層１０８に大径孔１０８ｅを形成する工程でのエッチングストッパとして機能する。絶縁層１０６のパターンは孔１０６ｈが形成されている環状であっても良いし、ダイヤフラム１２の縁部と基板層１０８とを局所的に複数箇所で結合する離散形状であっても良い。

２つの孔１０６ｈ、１０８ｅからなる主気室と、それぞれが小径孔１０８ａまたは小径孔１０８ｃからなる複数の副気室とは、基板層１０８に形成され、ダイヤフラム１２によって対象空間ＴＳと隔てられている対象外空間ＢＳを構成している。背部気室は主気室と副気室とパッケージ本体３１とによって画定される。大径孔１０８ｅ、小径孔１０８ａおよび小径孔１０８ｃは、いずれも積層構造体１０の底面１０ｂに開口を有する。接着層２０は積層構造体１０の底面１０ｂとパッケージ本体３１とを気密に結合し、パッケージ本体３１には通孔が形成されていない。すなわち、大径孔１０８ｅ、小径孔１０８ａおよび小径孔１０８ｃが構成している対象外空間ＢＳは、積層構造体１０の底面１０ｂと対向するパッケージ本体３１と接着層２０とによって閉塞されている。

大径孔１０８ｅは基板層１０８を貫通する円柱形である。積層構造体１０の底面１０ｂに形成されている大径孔１０８ｅの開口１０８ｆは、重心がダイヤフラム１２の重心と積層方向において重なっている。開口１０８ｆはダイヤフラム１２の振動境界の直径とほぼ等しい直径を有する。

副気室を構成する小径孔１０８ｃ、１０８ａは、いずれも円柱形である。小径孔１０８ｃ、１０８ａの深さＤｓは互いに等しく主気室を構成する大径孔１０８ｅの深さｔよりも浅い。すなわち小径孔１０８ｃ、１０８ａは基板層１０８を貫通していない。小径孔１０８ｃおよび小径孔１０８ａの開口１０８ｄ、１０８ｂは、それぞれ開口１０８ｆの周囲に配列されている。具体的には、円形の開口１０８ｄ、１０８ｂが、主気室を構成する大径孔１０８ｅの開口１０８ｆの中心を中心とし直径が異なる２つの同心円上に配列されている。開口１０８ｄおよび開口１０８ｂの口径は互いに等しく大径孔１０８ｅの口径よりも小さい。なお、小径孔１０８ｃ、１０８ａの深さを互いに異ならせても良い。小径孔１０８ｃ、１０８ａの深さが異なる場合、より深い方の口径が大きく設定される。

それぞれが小径孔１０８ａまたは小径孔１０８ｃからなる複数の副気室は、接着層２０によって形成されている積層構造体１０の底面１０ｂとパッケージ本体３１との間の空隙Ｇを介して２つの孔１０６ｈ、１０８ｅからなる主気室に通じている。すなわち、小径孔１０８ａ、１０８ｃは対象外空間ＢＳを構成している気室の全容量を拡張している。したがって、マイクロホン１の感度は小径孔１０８ａ、１０８ｃが無い場合に比べて高くなる。

小径孔１０８ｃ、１０８ａの深さＤｓは、大径孔１０８ｅの深さ（基板層１０８の厚さ）ｔと開口１０８ｆの口径と、小径孔１０８ｃ、１０８ａの開口１０８ｄ、１０８ｂの口径とに相関する。より具体的には、小径孔１０８ｃ、１０８ａの深さＤｓは、小径孔１０８ｃ、１０８ａの開口１０８ｄ、１０８ｂの口径と正の相関があり、大径孔１０８ｅの深さｔに対して正の相関があり、大径孔１０８ｅの開口１０８ｆの口径と小径孔１０８ｃ、１０８ａの開口１０８ｄ、１０８ｂの口径との差と負の相関がある。このような相関を設定することによって、大径孔１０８ｅおよび小径孔１０８ｃ、１０８ａをＡＲＤＥ効果によって同時に形成することができる。大径孔１０８ｅおよび小径孔１０８ｃ、１０８ａをＡＲＤＥ効果によって同時に形成する場合、上述した相関を設定しなければならないものの、副気室の総容量は小径孔１０８ｃ、１０８ａの配列数によって自由に調整することができる。したがって、副気室と主気室を含めた気室全体の総容量を任意に調整するとしても、小径孔１０８ｃ、１０８ａを追加するために工程数が増加することはなく、エッチングに用いる保護膜のパターンを変更するだけで気室全体の総容量を幅広く設定することができる。

なお、空隙Ｇによって連絡している主気室と副気室を含めた気室全体（すなわち対象外空間ＢＳ）の実質容量は空隙Ｇの音響抵抗の大きさによって変動する。積層構造体１０の底面１０ｂとパッケージ本体３１との間の空隙Ｇの高さは接着層２０の厚さと等しい。したがって空隙Ｇの音響抵抗は接着層２０の厚さによって調整される。空隙Ｇの音響抵抗と音波の周波数とには正の相関があるため、主気室と副気室を含めた気室全体の実質容量は音波の周波数によって変動することになる。

気室全体の容量に関係する各寸法を例えば以下のように設定することによって可聴域音波に対する感度特性が向上する。
小径孔１０８ａの深さ：４００〜４５０μｍ
小径孔１０８ａの開口１０８ｂの直径：１００μｍ
隣り合う２つの開口１０８ｂの間の距離：８０μｍ
小径孔１０８ｃの深さ：３００〜４００μｍ
小径孔１０８ｃの開口１０８ｄの直径：８０μｍ
隣り合う２つの開口１０８ｄの間の距離：７０μｍ
隣り合う開口１０８ｂと開口１０８ｄとの間の距離：８０μｍ
大径孔１０８ｅの深さ（基板層１０８の厚さ）：５００μｍ
大径孔１０８ｅの開口１０８ｆの直径：５００〜９００μｍ
開口１０８ｆと開口１０８ｄとの間の距離：１００μｍ
接着層２０の厚さ（空隙Ｇの高さ）：２０〜５０μｍ
ダイヤフラム１２の振動境界の直径：８００〜１０００μｍ

（製造方法）
図２から図５はマイクロホン１の製造方法を示す断面図であって、図１Ａに示すＢＢ線断面に対応する。

はじめに図２に示すように基板層１０８の表面上に絶縁層１０６および導電層１０４を順を積層し、導電層１０４をパターニングすることによってダイヤフラム１２を形成する。具体的には例えば単結晶シリコンウエハからなる基板層１０８の表面にプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いて二酸化シリコンを堆積させることにより絶縁層１０６を形成する。続いて減圧ＣＶＤ法を用いてＰが添加された多結晶シリコンを絶縁層１０６の表面に堆積させることにより導電層１０４を形成する。続いて図示しないフォトレジストからなる所定パターンの保護膜を導電層１０４の表面にフォトリソグラフィー法によって形成し、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法等で導電層１０４の露出部分をエッチングすると、ダイヤフラム１２が形成される。

次に図３に示すように、導電層１０４および絶縁層１０６の表面上に絶縁スペーサ層１０２、導電層１００を順に積層し、導電層１００をパターニングすることによってプレート１１を形成する。具体的には例えば導電層１０４および絶縁層１０６の表面にプラズマＣＶＤ法を用いて二酸化シリコンを堆積させることにより絶縁スペーサ層１０２を形成する。続いて減圧ＣＶＤ法を用いてＰが添加された多結晶シリコンを絶縁スペーサ層１０２の表面に堆積させることにより導電層１００を形成する。続いて図示しないフォトレジストからなる所定パターンの保護膜を導電層１００の表面にフォトリソグラフィー法によって形成し、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法等で導電層１００の露出部分をエッチングすると、通孔１１ｈとともにプレート１１が形成される。

次に図４に示すように積層構造体１０の底面１０ｂ（すなわち基板層１０８の裏面）にフォトレジストを塗布し、大径孔１０８ｅの開口１０８ｆ、小径孔１０８ａの開口１０８ｂおよび小径孔１０８ｃの開口１０８ｄにそれぞれ対応する開口Ｒｆ、Ｒｂ、Ｒｄを有する保護膜Ｒをフォトリソグラフィー法によって形成する。

次に図５に示すように、基板層１０８の保護膜Ｒの開口Ｒｆ、Ｒｂ、Ｒｄの直下領域に、大径孔１０８ｅ、小径孔１０８ａ、小径孔１０８ｃを異方性エッチングによって同時に形成する。具体的には例えば、Ｃ_４Ｆ_８プラズマを用いたパッシベーションとＳＦ_６プラズマを用いたエッチングのステップを短い時間間隔で交互に繰り返すＤｅｅｐ−ＲＩＥ（いわゆるボッシュプロセス）によって大径孔１０８ｅ、小径孔１０８ａおよび小径孔１０８ｃを基板層１０８に形成する。

大径孔１０８ｅ、小径孔１０８ａ、小径孔１０８ｃを異方性エッチングによって同時に形成するとき、大径孔１０８ｅの開口１０８ｆに対応する開口Ｒｆよりも、小径孔１０８ａの開口１０８ｂ、小径孔１０８ｃの開口１０８ｄにそれぞれ対応する開口Ｒｂ、Ｒｄが狭いため、開口Ｒｂ、Ｒｄ直下のエッチング速度は開口Ｒｆ直下のエッチング速度よりも遅くなる。これがＡＲＤＥ効果と呼ばれるものである。したがって、開口Ｒｆ直下において基板層１０８が貫通し、絶縁層１０６が露出した時点でエッチングを終了させると、開口Ｒｂ、Ｒｄ直下に形成される小径孔１０８ａ、小径孔１０８ｃの深さは基板層１０８を貫通する大径孔１０８ｅの深さよりも浅くなる。すなわち、ＡＲＤＥ効果を用いることによって、大径孔１０８ｅより浅く基板層１０８を貫通しない小径孔１０８ａ、小径孔１０８ｃを基板層１０８を貫通する大径孔１０８ｅと同時に形成することができる。既に述べたように小径孔１０８ｃ、１０８ａの深さＤｓは、小径孔１０８ｃ、１０８ａの開口１０８ｄ、１０８ｂの口径と正の相関があるため、小径孔１０８ｃ、１０８ａを深くしたければ開口１０８ｄ、１０８ｂの口径を大きくし、小径孔１０８ｃ、１０８ａを浅くしたければ開口１０８ｄ、１０８ｂの口径を小さくすればよい。

次に、絶縁層１０６の大径孔１０８ｅから露出している部分を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とを組み合わることによって除去する。このとき同時に、プレート１１に形成されている通孔１１ｈの近傍において絶縁層１０２が除去されるため、プレート１１とダイヤフラム１２の間の対象空間ＴＳも形成される。その結果、絶縁層１０６に孔１０６ｈ（図１Ｂ参照）が形成される。

その後、ダイシングすると積層構造体１０が完成し、積層構造体１０を半導体パッケージ３０に収容すると図１０に示すマイクロホン１が完成する。

以上説明した製造方法によると、１つの保護膜Ｒを用いて大径孔１０８ｅより浅い小径孔１０８ａ、小径孔１０８ｃを大径孔１０８ｅと同時に形成することができるため、気室容量を拡大するために製造コストが増大することがない。

２．第二実施形態
図６は本発明による圧力センサの第二実施形態としての静電容量型のマイクロホン２を示している。マイクロホン２が備える積層構造体１０の底面１０ｂには、トレンチ１０８ｈ、１０８ｊ、１０８ｋ、１０８ｍがそれぞれ複数形成されている。

それぞれのトレンチ１０８ｈは大径孔１０８ｅと小径孔１０８ｃとを連絡している。それぞれのトレンチ１０８ｊは小径孔１０８ｃと小径孔１０８ａとを連絡している。それぞれのトレンチ１０８ｍは隣り合う２つの小径孔１０８ｃを連絡している。それぞれのトレンチ１０８ｋは隣り合う２つの小径孔１０８ａを連絡している。

トレンチ１０８ｈ、１０８ｊ、１０８ｋ、１０８ｍは、大径孔１０８ｅ、小径孔１０８ａ、１０８ｃと同時に形成することができる。すなわち図４に示した工程において大径孔１０８ｅの開口１０８ｆに対応する開口と小径孔１０８ａの開口１０８ｂに対応する開口と小径孔１０８ｃの開口１０８ｄに対応する開口とトレンチ１０８ｈ、１０８ｊ、１０８ｋ、１０８ｍの開口に対応するスリット状の開口とを有する保護膜Ｒを形成する。すると図５に示した工程において保護膜Ｒを用いた異方性エッチングによって大径孔１０８ｅ、小径孔１０８ａ、１０８ｃおよびトレンチ１０８ｈ、１０８ｊ、１０８ｋ、１０８ｍが同時に形成される。トレンチ１０８ｈ、１０８ｊ、１０８ｋ、１０８ｍを形成すると、仮にダイボンド剤によって副気室を構成する小径孔１０８ｃ、１０８ａが封止されてしまったとしても、副気室と主気室とを連絡できるため、気室全体の容量を安定して確保することができる。

このようにして大径孔１０８ｅ、小径孔１０８ａ、１０８ｃおよびトレンチ１０８ｈ、１０８ｊ、１０８ｋ、１０８ｍが同時に形成されるとき、ＡＲＤＥ効果が生ずるため、トレンチ１０８ｈ、１０８ｊ、１０８ｋ、１０８ｍの深さＤｈ、Ｄｊ、Ｄｋ、Ｄｍは、それぞれトレンチ１０８ｈ、１０８ｊ、１０８ｋ、１０８ｍの幅Ｗｈ、Ｗｊ、Ｗｋ、Ｗｍと正の相関がある。また、トレンチ１０８ｈ、１０８ｊ、１０８ｋ、１０８ｍの幅Ｗｈ、Ｗｊ、Ｗｋ、Ｗｍはいずれも小径孔１０８ｃ、１０８ａの口径よりも狭いため、トレンチ１０８ｈ、１０８ｊ、１０８ｋ、１０８ｍの深さＤｈ、Ｄｊ、Ｄｋ、Ｄｍは、いずれも小径孔１０８ｃ、１０８ａの深さＤｓよりも浅い。

本実施形態では、空隙Ｇおよびトレンチ１０８ｈ、１０８ｊ、１０８ｋ、１０８ｍによって連絡している主気室と副気室を含めた気室全体（すなわち対象外空間ＢＳ）の実質容量は空隙Ｇおよびトレンチ１０８ｈ、１０８ｊ、１０８ｋ、１０８ｍの音響抵抗の大きさによって変動する。

トレンチ１０８ｈ、１０８ｊ、１０８ｋ、１０８ｍの幅Ｗｈ、Ｗｊ、Ｗｋ、Ｗｍは、トレンチ１０８ｈ、１０８ｊ、１０８ｋ、１０８ｍが可聴域において音響抵抗とならないように３μｍ以上に設定することが好ましい。

トレンチ１０８ｈ、１０８ｊ、１０８ｋ、１０８ｍの幅および深さを例えば以下のように設定することによって可聴域音波に対する感度特性が向上する。
トレンチ１０８ｈの幅Ｗｈ：３〜１０μｍ
トレンチ１０８ｈの深さＤｈ：２００〜３５０μｍ
トレンチ１０８ｊの幅Ｗｊ：２〜１０μｍ
トレンチ１０８ｊの深さＤｊ：２００〜３５０μｍ
トレンチ１０８ｋの幅Ｗｋ：３〜１０μｍ
トレンチ１０８ｋの深さＤｋ：２００〜３５０μｍ
トレンチ１０８ｍの幅Ｗｍ：３〜１０μｍ
トレンチ１０８ｍの深さＤｍ：２００〜３５０μｍ

３．第三実施形態
図７は本発明による圧力センサの第三実施形態としての静電容量型のマイクロホン３を示している。図７に示すように副気室を構成する小径孔１０８ｃと小径孔１０８ａとを相互に連絡するトレンチ１０８ｊ、１０８ｋ、１０８ｍを形成し、主気室を構成する大径孔１０８ｅに対して小径孔１０８ｃと小径孔１０８ａとを連絡させるトレンチは形成しなくても良い。

４．他の実施形態
尚、本発明の技術的範囲は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
例えば大径孔１０８ｅ、小径孔１０８ｃ、１０８ａは異方性エッチングによって形成可能な柱形であれば良く、多角柱形であってもよい。すなわち大径孔１０８ｅ、小径孔１０８ｃ、１０８ａの開口１０８ｆ、１０８ｄ、１０８ｂの形状はどのようなものであってもよい。小径孔１０８ｃ、１０８ａの深さは、開口１０８ｄ、１０８ｂの形状がどのようなものであれ、開口１０８ｄ、１０８ｂの面積と扁平の程度を調整することによって調整することができる。

また小径孔１０８ｃ、１０８ａは大径孔１０８ｅの周囲に配列されていれば良く、例えば図８に示すように格子点上に複数の小径孔１０８ｎを配列しても良いし、図９に示すように、ハニカム状に複数の小径孔１０８ｎを配列してもよい。また主気室と副気室とを連絡するトレンチも副気室同士を連絡するトレンチもどのように配列しても良い。例えば図８、図９に示すように１つの副気室を構成する小径孔１０８ｎが３つ以上の小径孔１０８ｎと連絡するようにトレンチ１０８ｊを形成しても良い。また図８、図９に示すように小径孔１０８ｃ、１０８ａを配列する場合に、トレンチを形成しなくても良い。

要するに、ダイヤフラム１２によって対象外空間ＴＳから隔てられる対象外空間ＢＳの静的容量も周波数依存性のある実質容量も、小径孔の配列、数、口径、深さ、トレンチの配列、幅、深さを調整することによって幅広く調整することができるのである。

また、ダイヤフラム１２とプレート１１との位置関係は、ダイヤフラム１２が対象空間ＴＳと対象外空間ＢＳとを隔てる位置にあれば良く、例えばプレート１１が対象外空間ＢＳ内に位置しても良い。すなわち例えば、図１、図６、図７に示したプレート１１とダイヤフラム１２との位置関係を入れ替えても良い。図１、図６、図７に示したプレート１１とダイヤフラム１２との位置関係ではダイヤフラム１２が大径孔１０８ｅの底となるが、図１、図６、図７に示したプレート１１とダイヤフラム１２との位置関係が逆転するとプレート１１が大径孔１０８ｅの底となる。

また、上記実施形態で示した積層構造や各層の材質や寸法や成膜方法やパターン転写方法はあくまで例示であるし、当業者であれば自明である工程の追加や削除や工程順序の入れ替えについては説明が省略されている。

また本発明はマイクロホン以外の圧力センサにも適用できる。例えば検出対象の圧力は、可聴域外の音波であってもよいし、静的な気圧であっても良いし、液体の圧力振動又は静的圧力であっても良い。

図１Ａは本発明の第一実施形態にかかる底面図。図１Ｂは図１Ａに示すＢＢ線に対応する断面図。本発明の第一実施形態にかかる断面図。本発明の第一実施形態にかかる断面図。本発明の第一実施形態にかかる断面図。本発明の第一実施形態にかかる断面図。図６Ａは本発明の第二実施形態にかかる底面図。図６Ｂは図６Ａに示すＢＢ線に対応する断面図。図７Ａは本発明の第三実施形態にかかる底面図。図７Ｂは図７Ａに示すＢＢ線に対応する断面図。本発明の他の実施形態にかかる底面図。本発明の他の実施形態にかかる底面図。本発明の第一実施形態にかかる断面図。

１：マイクロホン、２：マイクロホン、１０：積層構造体、１０ｂ：底面、１１：プレート、１１ｈ：通孔、１２：ダイヤフラム、２０：接着層、３０：半導体パッケージ、３１：パッケージ本体、３２：蓋、３２ｈ：音響孔、１００：導電層、１０２：絶縁スペーサ層、１０４：導電層、１０６：絶縁層、１０６ｈ：孔、１０８：基板層、１０８ａ：小径孔、１０８ｂ：開口、１０８ｃ：小径孔、１０８ｄ：開口、１０８ｅ：大径孔、１０８ｆ：開口、１０８ｈ：トレンチ、１０８ｊ：トレンチ、１０８ｋ：トレンチ、１０８ｍ：トレンチ、１０８ｎ：小径孔、ＢＳ：対象外空間、Ｇ：空隙、Ｒ：保護膜、Ｒｂ：開口、Ｒｆ：開口、ＴＳ：対象空間

Claims

背部気室となる空間を有する基板と、
固定電極を形成しているプレートと、
前記固定電極とともに静電容量を構成する可動電極を形成し、前記背部気室を隔て、圧力変化によって変位するダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムが前記基板から離間するように支持する絶縁部と、
を備え、
前記空間は、
前記基板の底面に開口を有し前記ダイヤフラムを底とする柱形の主気室と、
前記主気室と通じ、前記基板の前記底面に前記主気室の開口より狭い開口を有し前記主気室より浅い柱形の複数の副気室と、
を有し、
前記副気室は、前記主気室の周囲に配列され前記主気室に通じて前記空間を拡張している、
圧力センサ。
前記基板の底面には、前記主気室と前記副気室または前記副気室同士を連絡する複数のトレンチが前記副気室より浅く形成されている、
請求項１に記載の圧力センサ。
前記複数の副気室は、複数の同心円上に配列されている、
請求項１または２に記載の圧力センサ。
前記複数の副気室は、格子点上に配列されている、
請求項１または２に記載の圧力センサ。
前記複数の副気室は、ハニカム状に配列されている、
請求項１または２に記載の圧力センサ。
前記背部気室は、前記圧力センサが半導体パッケージに接着層を介して搭載され、前記基板の底面と前記半導体パッケージの底面との間に形成された空間と、前記主気室および前記複数の副気室とからなる空間とで形成される、
請求項１から５のいずれか一項に記載の圧力センサ。
背部気室となる空間を有する基板と、固定電極を形成しているプレートと、前記固定電極とともに静電容量を構成する可動電極を形成し前記背部気室を隔て圧力変化によって変位するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムが前記基板から離間するように支持する絶縁部と、を備える圧力センサの製造方法であって、
第一開口と、前記第一開口の周囲に複数配列されるとともにそれぞれ前記第一開口より狭い第二開口とを有する保護膜を前記基板の底面に形成し、
前記基板の底面の前記保護膜から露出している領域を異方的にエッチングすることによって、前記基板を貫通し前記空間の一部を構成する柱形の主気室を前記第一開口の直下に形成すると同時に前記基板を貫通せず前記空間の一部を構成する柱形の副気室を前記第二開口の直下に形成する、
圧力センサの製造方法。