JP4975265B2

JP4975265B2 - 圧力センサ及びその製造方法

Info

Publication number: JP4975265B2
Application number: JP2005108773A
Authority: JP
Inventors: 正英後藤; 利文田島; 義則井口; 太司武子
Original assignee: Panasonic Corp; Japan Broadcasting Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Japan Broadcasting Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-04-05
Filing date: 2005-04-05
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2025-04-05
Also published as: JP2006287165A

Description

本発明は、静電容量の変化量を検知して動作する圧力センサ及びその製造方法に関する。

従来の圧力センサとしては、図５に示すようなものが知られている。図５（ａ）は、従来の圧力センサの断面図、図５（ｂ）は、従来の圧力センサに係る背面板の上面図、図５（ｃ）〜（ｆ）は、貫通穴の説明図である。

図５（ａ）に示された従来の圧力センサ１は、音波による音圧変化に応じて振動する振動板２ａを含む半導体基板２と、空隙部６を介して振動板２ａと対向配置された背面板３と、半導体基板２と背面板３との間に設けられた絶縁膜４と、半導体基板２上に設けられた電極７と、背面板３上に設けられた電極８とを備え、背面板３には複数の貫通穴５が設けられている（例えば、特許文献１参照。）。

複数の貫通穴５は、図５（ｂ）に示すように、背面板３に網目状に形成され、空隙部６の空気を出入りさせてダンピングを低減するようになっている。また、複数の貫通穴５は、それぞれ、アルカリ系溶液の異方性エッチングで作製され、背面板３の振動板２ａ側の面（以下「下面」という。）に形成された正方形状の開口部５ａと、振動板２ａ側の面と反対側の面（以下「上面」という。）に形成された正方形状の開口部５ｂと、下面から上面に向かって広がる４つのテーパ状の内壁面５ｃとで構成されている。以下、貫通穴５を構成する１つの組を正方形状ユニットという。

従来の圧力センサは、正方形状ユニットが等間隔に並べられた均等配置となっており、空隙部６の空気を等方的に出入りさせることによって、振動板２ａの変位の偏りを防ぎ、指向性を持たない構成であり、音波に応じて振動板２ａが振動することにより生じる、振動板２ａと背面板３との間の静電容量の変化量に基づいて音を電気信号に変換するようになっている。

ところで、従来の圧力センサの感度は、振動板２ａと背面板３との間の距離（以下「空隙長」という。）に反比例することが知られており（例えば、非特許文献１参照。）、感度を十分に高くするためには、空隙長を小さくする必要があるが、空隙長を小さくするに従って高域におけるダンピングの影響が顕著になり高域の感度が低下するという問題が生じる。非特許文献１によれば、ダンピングの原因となる空隙部の空気による粘性抵抗をＲ_Ｇとすると、粘性抵抗Ｒ_Ｇは、背面板３の面積（開口部５ａの面積を含まない。以下同じ。）に比例し、また背面板３に形成された開口部５ａの開口率Ａをパラメータとする次式の関数Ｂ（Ａ）に比例することが知られている。なお、関数Ｂ（Ａ）は、開口率Ａの単調減少関数となっている。

したがって、従来の圧力センサでは、背面板３の面積を小さくするか、背面板３に形成された貫通穴５の開口率を大きくすることによって、ダンピングの低減を図っていた。

特開２００２−２７５９５号公報（第３−４頁、第１図）Ａｒｅｖｉｅｗｏｆｓｉｌｉｃｏｎｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅｓ，Ｐ．Ｒ．Ｓｃｈｅｅｐｅｒ，ｅｔａｌ．，ＳｅｎｓｏｒｓａｎｄＡｃｔｕａｔｏｒｓＡ４４（１９９４），ｐｐ．１−１１

しかしながら、従来の圧力センサでは、ダンピングを低減すると感度が低下するという問題があった。以下、具体的に説明する。

まず、背面板３の面積を小さくしてダンピングを低減することの適否について説明する。背面板３の面積は、以下に述べるように圧力センサの感度と密接な関係がある。

圧力センサの感度は、振動板２ａが変位して生じる静電容量の変化量で決定される。また、振動板２ａの変位は、振動板２ａの中心部が大きく周辺部は小さいため、中心部の静電容量は感度に寄与するが、周辺部の静電容量は寄生容量となり感度を低下させる。このため、振動板２ａに対向する背面板３の面積が、小さすぎると感度に寄与する容量が減少し、大きすぎると寄生容量が増加することから、最大の感度が得られる最適値に基づいて背面板３の面積が決定される。よって、ダンピングを低減するために背面板３の面積を小さくすることは、背面板３の面積に比例して感度が低下してしまうので好ましくない。

次に、背面板３に形成された貫通穴５の開口率を大きくしてダンピングを低減することの適否について、図５（ａ）〜（ｆ）を参照して説明する。なお、図５（ｃ）及び（ｄ）に示すように、寸法ａは開口部４ａの一辺の長さ、寸法ｂはテーパ部分を背面板の上面に投影した長さ、寸法ｃは枠部分の一辺の長さ、ｗは正方形状ユニットの幅であり、ｗ＝ａ＋２ｂ＋２ｃである。

まず、正方形状ユニットの幅ｗを変えずに開口率を上げようとすると、寸法ｂ又はｃを小さくして寸法ａを大きくする必要がある。ここで、寸法ｂは、前述のようにアルカリ系溶液の異方性エッチングで製作されたテーパ部分で決まる長さであり、図５（ｃ）に示すように、このエッチングはシリコン（１００）面から約５５度の角度で進行するため、背面板の厚さをｔとすると、寸法ｂ＝ｔ／ｔａｎ５５°となり、寸法ｂは背面板３の厚さで決まる。

よって寸法ｂを小さくするには背面板３を薄くすればよいが、背面板３を薄くすることは背面板３の強度を低下させるため好ましくない。同様に、寸法ｃを小さくして枠部分を細くすることは、背面板３の強度を低下させるため好ましくない。

前述のように寸法ｂ及びｃを変更することは好ましくないため、図５（ｅ）及び（ｆ）に示すように、寸法ｂ及びｃを変更しないで、寸法ａのみを大きくすることで開口率を上げる方法があるが、この場合、寸法ａをｎ倍すると、正方形状ユニットの幅ｗは、ｗ＝ｎａ＋２ｂ＋２ｃとなり、正方形状ユニットの面積が大きくなる。そのため、背面板３の全体の面積が大きくなる。背面板３の面積を最適値よりも大きくすることは、前述のように寄生容量を増やすこととなり、感度を低下させてしまうため、寸法ａを大きくすることは好ましくない。

以上のように、従来の圧力センサでは、ダンピングを低減するために、背面板３の面積を小さくしたり、背面板３に形成された貫通穴５の開口率を大きくしたりすると感度が低下してしまうという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、感度をほぼ一定に維持してダンピングを低減することができる圧力センサ及びその製造方法を提供するものである。

本発明の圧力センサは、印加された圧力に応じて振動する振動電極板と、この振動電極板から所定の間隔をおいて対向配置された固定電極板とを備え、前記固定電極板は、前記振動電極板に対向する第１の面と、この第１の面と平行な第２の面と、前記第１の面から前記第２の面まで貫通する貫通穴とを有し、前記第１及び前記第２の面は、それぞれ、前記貫通穴の第１及び第２の開口部を有し、前記貫通穴は、前記第１の開口部から前記第２の開口部に向かって広がる複数のテーパ状の内壁面を有し、前記第１の開口部の形状は、所定の開口率を有するよう前記固定電極板に網目状に仮配置された仮開口部の正方形と、複数の前記仮開口部の内のいくつかを結合することによって設定された長方形が混在している構成を有している。

この構成により、本発明の圧力センサは、第１の開口部の形状が、所定の開口率を有するよう固定電極板に網目状に仮配置された複数の仮開口部の形状に基づいて設定されるので、感度をほぼ一定に維持してダンピングを低減することができる。

また、本発明の圧力センサは、前記第１の開口部の形状の一部は、少なくとも２つの前記仮開口部を含む形状であり、前記仮開口部の形状は、正方形である構成を有している。

この構成により、本発明の圧力センサは、開口部を形成する従来の製造工程を適用することができ、新たな設備投資を必要としないので、製造コストを増大させることなく開口率を上げてダンピングを低減することができる。

さらに、本発明の圧力センサは、前記第１の開口部の一部は、同一の長方形が繰り返されてなる構成を有している。

この構成により、本発明の圧力センサは、ほぼ同一の略長方形状の開口部を任意に組み合わせることができ、所望の開口率を設定することができる。

さらに、本発明の圧力センサは、前記第１の開口部の一部は、互いに異なる長方形が繰り返されてなる構成を有している。

この構成により、本発明の圧力センサは、互いに異なる略長方形状の開口部を任意に組み合わせることができ、所望の開口率を設定することができる。

さらに、本発明の圧力センサは、前記振動電極板及び前記固定電極板の少なくとも一方は、単結晶シリコンからなり、アルカリ系溶液の異方性エッチングによって形成される構成を有している。

本発明の圧力センサの製造方法は、振動電極板を形成する工程と、前記振動電極板に対向する第１の面及び前記第１の面と平行な第２の面を有する固定電極板を前記振動電極板から所定の間隔をおいて形成する工程と、前記第１及び前記第２の面にそれぞれ形成される第１及び第２の開口部と前記第１の開口部から前記第２の開口部に向かって広がる複数のテーパ状の内壁面とを有する貫通穴をウェットエッチングによって形成する工程と、所定の開口率を有するよう前記固定電極板に網目状に仮配置された複数の仮開口部の内のいくつかを結合することによって前記第１の開口部の形状を設定する工程とを含む構成を有している。

この構成により、本発明の圧力センサの製造方法は、第１の開口部の形状が、所定の開口率を有するよう固定電極板に網目状に仮配置された複数の仮開口部の形状に基づいて設定されるので、感度をほぼ一定に維持してダンピングを低減することができる。

また、本発明の圧力センサの製造方法は、前記固定電極板は、同一ウェハ上に一括して複数形成され、前記第１の開口部は、前記固定電極板毎に互いに異なる形状で形成される
構成を有している。

この構成により、本発明の圧力センサの製造方法は、互いに異なる開口率を有する複数の固定電極板を同一ウェハ上に一括して作製することができるので、種々の周波数特性を有する圧力センサを同時に作製することができる。

本発明は、感度をほぼ一定に維持してダンピングを低減することができるという効果を有する圧力センサ及びその製造方法を提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

まず、本実施の形態の圧力センサの構成について図１を用いて説明する。図１（ａ）は、本実施の形態の圧力センサの断面図、図１（ｂ）は、本実施の形態の圧力センサに係る背面板を概念的に表した上面図、図１（ｃ）は、本実施の形態の圧力センサに係る背面板に仮配置された仮開口部を示す図である。なお、図１（ａ）は、図１（ｂ）における線分ＡＡの断面図である。

図１（ａ）に示すように、本実施の形態の圧力センサ１０は、印加された圧力に応じて振動する振動板１１ａを含む半導体基板１１と、空隙部１６を介して振動板１１ａと対向配置された背面板１２と、半導体基板１１と背面板１２との間に設けられた絶縁膜１３と、半導体基板１１上に設けられた電極１７と、背面板１２上に設けられた電極１８とを備え、背面板１２には複数の貫通穴１５が設けられている。

半導体基板１１及び背面板１２は、例えば単結晶シリコン半導体で構成される。また、絶縁膜１３は、例えば酸化シリコン膜で構成され、電極１７及び１８は、例えばアルミニウム膜で構成される。なお、振動板１１ａは、本発明の振動電極板を構成している。また、背面板１２は、本発明の固定電極板を構成している。

背面板１２に設けられた貫通穴１５は、図１（ｂ）に示すように構成されている。図１（ｂ）において、貫通穴１５は、背面板１２の振動板１１ａ側の面（以下「下面」という。）に形成された長方形状の開口部１５ａと、振動板１１ａ側の面と反対側の面（以下「上面」という。）に形成された長方形状の開口部１５ｂと、下面から上面に向かって広がる４つのテーパ状の内壁面１５ｃとで構成されている。以下、貫通穴１５を構成する１つの組を長方形状ユニットという。

開口部１５ａは、図１（ｃ）に示すように、所定の開口率を有するよう網目状に仮配置された複数の仮開口部２０の形状に基づいて設定されている。ここでは一例として、前述の従来例で示した、アルカリ系溶液の異方性エッチングによる正方形状ユニット（図５（ｂ）参照。）と同様な構成に基づいて開口部１５ａが設定されたものを示している。

図１（ｃ）に示された仮開口部２０は、背面板１２の下面に仮想的に形成される正方形状の開口部２０ａと、背面板１２の上面に仮想的に形成される正方形状の開口部２０ｂと、下面から上面に向かって仮想的に広がる４つのテーパ状の内壁面２０ｃとで構成されて縦方向及び横方向に配列され、例えば５％の開口率となるよう開口部２０ａの面積が決定されるようになっている。そして、ユニット幅（図面横方向）を変えずに、縦方向に隣接する２つの仮開口部２０の開口部２０ａを２つずつ結合することにより、図１（ｂ）に示すような長方形状の開口部１５ａが構成される。

なお、図１（ｃ）における開口率とは、背面板１２の面積に対する複数の開口部２０ａの総面積の比率をいう。同様に、図１（ｂ）における開口率とは、背面板１２の面積に対する複数の長方形状の開口部１５ａの総面積の比率をいう。ここで、背面板１２の面積とは、背面板１２の下面の面積から、４つの絶縁膜１３が背面板１２と接触する面積を除いた面積をいう。

次に、図１（ｂ）に示された長方形状ユニットについて図２を用いて詳細に説明する。図２（ａ）は、長方形状ユニットの詳細上面図、図２（ｂ）は、長方形状ユニットの断面図、図２（ｃ）〜（ｅ）は、長方形状ユニットの配置例を示す図である。

図２（ａ）に示すように、長方形状ユニットは、開口部１５ａ及び１５ｂと、テーパ状の内壁面１５ｃとを有している。図２（ａ）において、寸法ａは開口部１５ａの一辺の長さ、寸法ｂはテーパ部分を背面板１２の上面に投影した長さ、寸法ｃは枠部分の一辺の長さ、ｗは長方形状ユニットの幅であり、ｗ＝ａ＋２ｂ＋２ｃである。ゆえに、開口部１５ａの縦寸法は（ｗ＋ａ）、横寸法はａである。なお、寸法の具体例を挙げれば、背面板１２の厚さを５０μｍ程度とした場合、ａ＝５〜３０μｍ程度、ｂ＝３５μｍ程度、ｃ＝５〜１０μｍ程度、ｗ＝８５〜１２０μｍ程度が好ましい。

したがって、所望の開口率が得られるように、正方形状ユニットを縦方向Ｎ個×横方向Ｍ個として、縦寸法（（Ｎ−１）ｗ＋ａ）、横寸法（（Ｍ−１）ｗ＋ａ）の貫通穴を配置することができる（Ｎ、Ｍは１以上の整数）。ただし、Ｎ及びＭの少なくとも一方は１であることが、背面板１２の強度を保つために望ましい。

背面板１２に貫通穴を設ける構成としては、図１（ｂ）に示されたものに限定されるものではない。例えば、図２（ｃ）に示すように、縦方向２個×横方向１個の正方形状ユニットで構成された長方形ユニット２１を、縦及び横方向に繰り返して展開する配置としてもよい。また、図２（ｄ）に示すように、縦方向２個×横方向１個の正方形状ユニットで構成された長方形ユニット２１と、縦方向１個×横方向２個の正方形状ユニットで構成された長方形ユニット２２とを１組として、縦及び横方向に繰り返して展開する配置としてもよい。さらに、図２（ｅ）に示すように、縦方向３個×横方向１個の正方形状ユニットで構成された長方形ユニット２３と、縦方向１個×横方向２個の正方形状ユニットで構成された長方形ユニット２２と、２つの正方形状ユニット２４とを１組として、縦及び横方向に繰り返して展開する配置としてもよい。

なお、本実施の形態に係る背面板１２における貫通穴１５の構成は、正方形状ユニットを接続していく配置のため、正方形状ユニットを選択して接続し、接続されたものを配置していく方法としては、図示したもの以外に様々なものが考えられる。また、様々な貫通穴を設けることが可能なので、本実施の形態の圧力センサ１０は、開口率を自在に設定できることとなる。

また、図１（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、同一の長方形ユニットを配置し、長方形状の開口部の方向が同一方向になるような場合は、空隙部１６の空気の出入りのしやすさに方向依存性が生じる可能性があるので、図２（ｄ）及び（ｅ）に示すように、開口部の方向や長さが互いに異なる複数の組み合わせに基づいて、空隙部１６の空気の出入りが等方的に行われるような配置とするのが好ましい。

ここで、空隙部１６の空気の出入りが等方的に行われるような配置とは、例えば図３に示すような配置をいう。図３において、縦方向２個×横方向１個の正方形状ユニットで構成された長方形ユニット２１と、縦方向１個×横方向２個の正方形状ユニットで構成された長方形ユニット２２と、正方形状ユニット２４との組み合わせによって、左右及び上下方向に対照的に開口部が構成されている。

また、本発明では、感度が最大になるように設定した背面板の面積とほぼ同等の面積で開口率を変更することを前提としている。したがって、開口率を変更する範囲は、開口率の変更によって感度が影響を受けない範囲となるよう設定する。

例えば、図１（ｃ）に示す仮配置の状態で背面板の面積が９９％（開口率１％）で、図１（ｂ）に示す貫通穴の結合後の状態で背面板の面積が９５％（開口率５％）ならば、０．９５／０．９９＝０．９６であり、４％の感度低下となるが、本実施の形態の圧力センサ１０を例えばシリコンマイクに適用する場合、５％程度の感度の低下では影響のない範囲である。したがって、シリコンマイクに適用する場合は、図１（ｃ）に示された正方形状の仮開口部を仮配置したときに感度が最大になるよう貫通穴の数や配置を決めた後、開口率が５％程度以下になるよう正方形状の開口部を結合して図１（ｂ）に示すような長方形の開口部にすればよい。

また、例えば、図１（ｃ）に示す仮配置の状態で背面板の面積が９０％（開口率１０％）で、図１（ｂ）に示す貫通穴の結合後の状態で背面板の面積が７０％（開口率３０％）ならば、０．７／０．９＝０．７８であり、２２％の感度低下となる。このような場合は、図１（ｃ）に示された正方形状の開口部を仮配置したときに開口率３０％で最適な背面板の面積を設定した後、背面板の面積が例えば６８％（開口率３２％）程度になるよう正方形状の開口部を結合して図１（ｂ）に示すような長方形の開口部にすれば、０．６８／０．７＝０．９７であり、感度の低下を３％に抑えることができる。

以上のように、本実施の形態の圧力センサ１０に係る開口部１５ａは、正方形状の複数の仮開口部２０の形状に基づいて設定されるので、本実施の形態の圧力センサ１０では、仮開口部２０を仮配置した際の開口率の算出や、仮配置をやり直して開口率を再計算することが容易となる。

なお、前述の構成説明において使用した「長方形状」、「正方形状」という文言は、完全な長方形や、完全な正方形を限定して意味するものでない。

次に、本実施の形態の圧力センサ１０の製造方法について、図４を用いて説明する。図４は、本実施の形態の圧力センサ１０の製造工程の説明図である。なお、以下に記載の材質、膜厚、製造手法等は一例であり、これらに限定されるものではない。

まず、図４（ａ）に示すように、圧力センサ１０の振動板が形成される半導体基板１１に、粉体酸化ケイ素を主成分としホウ素又はリンを高濃度に含む絶縁膜１３を所望の厚さに堆積する。例えば、化学気相堆積法によって、膜厚３〜１５μｍ程度の絶縁膜１３を３００μｍ以上の厚さの半導体基板１１に堆積する。ここで、半導体基板１１に代えて半導体基板で構成される背面板１２に絶縁膜１３を堆積する工程としてもよい。

次いで、図４（ｂ）に示すように、半導体基板１１と背面板１２とを絶縁膜１３を介して重ね合わせて熱処理を行い接着する。そして、背面板１２を研削及び研磨して、背面板１２の厚さを例えば５０μｍ程度にする。なお、以下の記載において、半導体基板１１と背面板１２とが接着されたものをシリコンウェハという。また、シリコンウェハの背面板１２側の面を表面といい、半導体基板１１側の面を裏面という。

続いて、図４（ｃ）に示すように、シリコンウェハの表面及び裏面に例えば熱処理によって酸化膜１４を成長させ、この酸化膜１４をフォトリソグラフィ技術で加工し、エッチングマスクを形成する。

ここで形成されるエッチングマスクのパターンは、例えば、図１（ｃ）に示すように、所定の開口率を有するよう網目状に仮配置された複数の仮開口部２０の形状に基づき、隣接する２つの仮開口部２０の開口部２０ａを２つずつ結合し、図１（ｂ）に示すような長方形状の開口部１５ａのパターンとされる。

引き続き、図４（ｄ）に示すように、酸化膜１４で形成されたエッチングマスクを用いてアルカリ系の溶液、例えばＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）によるエッチングによって、振動板１１ａと、背面板１２と、貫通穴１５とを形成する。

なお、例えば８０℃のＴＭＡＨを使用する場合は、エッチングレートは約２０〜２５μｍ／時間であり、半導体基板１１の厚さが３００μｍ以上であるので、エッチング時間は１５〜１８時間程度となる。また、エッチングに用いるアルカリ系の溶液は、ＴＭＡＨに限定されるものではなく、例えば、水酸化カリウム溶液やＥＤＰ（エチレンジアミンピロカテコール）溶液等を用いてもよい。

続いて、図４（ｅ）に示すように、背面板１２をエッチングマスクにして絶縁膜１３をフッ化水素酸でエッチングすることにより、空隙部１６が得られる。そして、背面板１２側から金属膜を蒸着して電極１７及び１８を形成する。

なお、図４に示された本実施の形態の圧力センサ１０の製造工程の説明図は、説明を簡略化するため１つの圧力センサ１０を製造する工程を示したものであるが、同時に複数の圧力センサ１０を製造する工程としてもよい。図４（ｃ）に示された製造工程において、酸化膜１４で形成されたエッチングマスクにより、互いに異なる開口率を有する複数の背面板を同時に作製することによって、種々の周波数特性を有する圧力センサを同時に作製することができる。

また、貫通穴１５を形成する製造方法としては、前述のアルカリ系溶液の異方性エッチングに限定されるものではなく、ドライエッチングを用いることもできるが、下記の理由によりアルカリ系溶液の異方性エッチングによって形成するのが好ましい。

文献（ＡＳｉｌｉｃｏｎｃｏｎｄｅｎｓｅｒｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅｕｓｉｎｇｂｏｎｄａｎｄｅｔｃｈ−ｂａｃｋｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊ．Ｂｅｒｇｑｖｉｓｔ，ｅｔａｌ．，ＳｅｎｓｏｒｓａｎｄＡｃｔｕａｔｏｒｓＡ４５（１９９４），ｐｐ．１１５−１２４）によれば、背面板の貫通穴によって振動板が受ける粘性抵抗をＲ_Ｈとすると、貫通穴の断面がテーパ形状ではなくストレート形状の場合の粘性抵抗Ｒ_Ｈは式（２）によって表され、前述のＲ_Ｇと同様にダンピングの原因となることが知られている。

ここで、μは空気の粘度、ｔは背面板の厚さ、Ａは背面板の面積（貫通穴の面積を含まない。）、ｎは背面板の穴密度、ｒは背面板の貫通穴の半径を示している。

一方、貫通穴の断面がテーパ形状の場合の粘性抵抗Ｒ_Ｈは式（３）で表される。

次に、図５（ｃ）に示されたテーパ形状の貫通穴のＲ_Ｈ（Ｒ_Ｈ１）を計算し、また、これと同じ開口率を持ちドライエッチングで作製される貫通穴として、図５（ｃ）に示された距離ａを１辺とし、断面がストレート形状の貫通穴を仮定し、この貫通穴のＲ_Ｈ（Ｒ_Ｈ２）を計算して、Ｒ_Ｈ１とＲ_Ｈ２との比をとると式（４）が得られる。ここで、図５（ｃ）における距離ａを１０μｍ、図５（ｄ）における背面板の厚さｔを５０μｍとする。

したがって、アルカリ系溶液の異方性エッチングにより作製されるテーパ状の貫通穴では、ドライエッチングにより作製される断面が一様なストレート形状の貫通穴に比べ、粘性抵抗を約５％までに低減できるので、ドライエッチングよりもアルカリ系溶液の異方性エッチングによって貫通穴１５を形成する方が好ましい。

以上のように、本実施の形態の圧力センサ１０によれば、開口部１５ａの形状は、所定の開口率を有するよう固定電極板に網目状に仮配置された複数の仮開口部２０の形状に基づいて設定される構成としたので、感度をほぼ一定に維持してダンピングを低減することができる。

また、本実施の形態の圧力センサ１０によれば、開口部１５ａを形成する製造工程は、従来の製造工程を適用することができ、新たな設備投資を必要としないので、製造コストを増大させることなく開口率を上げてダンピングを低減することができる。

また、本実施の形態の圧力センサ１０によれば、図１（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、ほぼ同一の略長方形状の開口部を任意に組み合わせることができるので、所望の開口率を容易に設定することができ、感度をほぼ一定に維持してダンピングを低減することができる。

また、本実施の形態の圧力センサ１０によれば、図２（ｄ）及び（ｅ）に示すように、互いに異なる略長方形状の開口部を任意に組み合わせることができるので、所望の開口率を容易に設定することができ、感度をほぼ一定に維持してダンピングを低減することができる。

また、本実施の形態の圧力センサ１０によれば、感度をほぼ一定に維持してダンピングを低減しながら、図３に示すように、空隙部１６の空気の出入りが等方的に行われるように開口部を配置することができる。

なお、前述の実施の形態において、開口部１５ａを長方形状に形成する例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、長方形以外の多角形で形成しても同様の効果が得られる。

また、前述の実施の形態において、開口部１５ａが、正方形状の複数の仮開口部２０の形状に基づいて設定される構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、仮開口部を正方形状以外の形状で形成してもよい。ただし、正方形状の開口部は、従来用いられている形状であり、開口率の算出も容易なので、仮開口部を正方形状とするのが好ましい。

（ａ）本実施の形態の圧力センサの断面図（ｂ）本実施の形態の圧力センサに係る背面板を概念的に表した上面図（ｃ）本実施の形態の圧力センサに係る背面板に仮配置された仮開口部を示す図（ａ）本実施の形態の圧力センサに係る長方形状ユニットの詳細上面図（ｂ）本実施の形態の圧力センサに係る長方形状ユニットの断面図（ｃ）本実施の形態の圧力センサに係る長方形状ユニットの配置例を示す図（ｄ）本実施の形態の圧力センサに係る長方形状ユニットの配置例を示す図（ｅ）本実施の形態の圧力センサに係る長方形状ユニットの配置例を示す図本実施の形態の圧力センサにおいて、空隙部の空気の出入りが等方的に行われるような配置例を示す図本実施の形態の圧力センサに係る製造工程の説明図（ａ）従来の圧力センサの断面図（ｂ）従来の圧力センサに係る背面板の上面図（ｃ）従来の圧力センサに係る貫通穴の説明図（ｄ）従来の圧力センサに係る貫通穴の断面図（ｅ）従来の圧力センサに係る貫通穴の説明図（ｆ）従来の圧力センサに係る貫通穴の断面図

符号の説明

１０圧力センサ
１１半導体基板
１１ａ振動板（振動電極板）
１２背面板（固定電極板）
１３絶縁膜
１４酸化膜
１５貫通穴
１５ａ長方形状の開口部
１５ｂ長方形状の開口部
１５ｃテーパ状の内壁面
１６空隙部
１７、１８電極
２０仮開口部
２０ａ正方形状の開口部
２０ｂ正方形状の開口部
２０ｃテーパ状の内壁面
２１、２２、２３長方形ユニット
２４正方形状ユニット

Claims

印加された圧力に応じて振動する振動電極板と、この振動電極板から所定の間隔をおいて対向配置された固定電極板とを備え、前記固定電極板は、前記振動電極板に対向する第１の面と、この第１の面と平行な第２の面と、前記第１の面から前記第２の面まで貫通する貫通穴とを有し、前記第１及び前記第２の面は、それぞれ、前記貫通穴の第１及び第２の開口部を有し、前記貫通穴は、前記第１の開口部から前記第２の開口部に向かって広がる複数のテーパ状の内壁面を有し、前記第１の開口部の形状は、所定の開口率を有するよう前記固定電極板に網目状に仮配置された仮開口部の正方形と、複数の前記仮開口部の内のいくつかを結合することによって設定された長方形が混在していることを特徴とする圧力センサ。
前記第１の開口部の形状の一部は、少なくとも２つの前記仮開口部を含む形状であり、前記仮開口部の形状は、正方形であることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
前記第１の開口部の一部は、同一の長方形が繰り返されてなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧力センサ。
前記第１の開口部の一部は、互いに異なる長方形が繰り返されてなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧力センサ。
前記振動電極板及び前記固定電極板の少なくとも一方は、単結晶シリコンからなり、アルカリ系溶液の異方性エッチングによって形成されることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の圧力センサ。
振動電極板を形成する工程と、前記振動電極板に対向する第１の面及び前記第１の面と平行な第２の面を有する固定電極板を前記振動電極板から所定の間隔をおいて形成する工程と、前記第１及び前記第２の面にそれぞれ形成される第１及び第２の開口部と前記第１の開口部から前記第２の開口部に向かって広がる複数のテーパ状の内壁面とを有する貫通穴をウェットエッチングによって形成する工程と、所定の開口率を有するよう前記固定電極板に網目状に仮配置された複数の仮開口部の内のいくつかを結合することによって前記第１の開口部の形状を設定する工程とを含むことを特徴とする圧力センサの製造方法。
前記固定電極板は、同一ウェハ上に一括して複数形成され、前記第１の開口部は、前記固定電極板毎に互いに異なる形状で形成されることを特徴とする請求項６に記載の圧力センサの製造方法。