静電容量型振動センサ
【課題】キャパシタを構成する可動電極板と固定電極板のうち外側に位置している固定電極板の強度を向上させ、静電容量型センサの耐衝撃性、耐破損性を高める。
【解決手段】
シリコン基板３２に貫通孔などの空洞部３６を形成する。振動電極板３４は、空洞部３６の上方を覆うようにして、シリコン基板３２の上面に配置する。固定電極板３５は、振動電極板３４と微小なギャップを保って振動電極板３４の上方を覆っており、周辺部をシリコン基板３２の上面に固定されている。固定電極板３５の側壁部の外面は、Ａｕ、Ｃｒ、Ｐｔ等の金属からなる補強膜４４によって覆われている。
【解決手段】
シリコン基板３２に貫通孔などの空洞部３６を形成する。振動電極板３４は、空洞部３６の上方を覆うようにして、シリコン基板３２の上面に配置する。固定電極板３５は、振動電極板３４と微小なギャップを保って振動電極板３４の上方を覆っており、周辺部をシリコン基板３２の上面に固定されている。固定電極板３５の側壁部の外面は、Ａｕ、Ｃｒ、Ｐｔ等の金属からなる補強膜４４によって覆われている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は静電容量型センサに関し、特にＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術もしくはマイクロマシニング技術を用いて製作される微小サイズの静電容量型センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
（製作方法）
微小なサイズの静電容量型センサは、上記のようにＭＥＭＳ技術もしくはマイクロマシニング技術により製作される。例えば従来の静電容量型振動センサ（マイクロフォン）では、図１（ａ）〜（ｆ）に示すような工程によって製作されている。以下、この工程を簡単に説明する。
【０００３】
まず、図１（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１１の表面を熱酸化法によって酸化させ、Ｓｉ基板１１の表面を熱酸化膜（ＳｉＯ２膜）１２によって保護する。ついで、図１（ｂ）に示すように、Ｓｉ基板１１の上面において熱酸化膜１２の上にポリシリコン膜によって振動電極板１３（可動電極板）を成膜する。図１（ｃ）に示すように、振動電極板１３の上からＳｉ基板１１の上面にＳｉＯ２からなる犠牲層１４を堆積させ、犠牲層１４をエッチングすることによってメサ型の犠牲層１４を形成する。さらに、この上からＳｉ基板１１の上面にＳｉＮを堆積させることによってバックプレート１５を形成し、バックプレート１５の上に金属薄膜からなる固定電極１６を成膜してバックプレート１５及び固定電極１６からなる固定電極板１７を形成する。ついで、図１（ｄ）に示すように、エッチングによって固定電極板１７に複数の音響孔１８を開口する。
【０００４】
この後、図１（ｅ）に示すように、裏面側の熱酸化膜１２に窓１９を開口し、この窓１９からＳｉ基板１１を異方性エッチングすることによって空洞部２０を形成する。そして、空洞部２０をＳｉ基板１１の上面まで到達させてＳｉ基板１１に空洞部２０を貫通させる。ついで、図１（ｆ）に示すように、空洞部２０や音響孔１８を通して犠牲層１４をエッチング除去し、Ｓｉ基板１１と固定電極板１７との間の空間に、振動可能な振動電極板１３を設け、チップ状の振動センサ２３を得る。
【０００５】
図２（ａ）は上記のようにして作製された振動センサ２３の概略平面図を表し、図２（ｂ）は固定電極板１７を取り除いて振動電極板１３を露出させた状態の平面図である。ここで、符号２４は固定電極板１７の固定電極１６と導通した電極パッド、符号２５は振動電極板１３と導通した電極パッドである。また、振動電極板１３は四隅部分がＳｉ基板１１に固定された支持脚２６となっている。
【０００６】
（問題点）
しかし、従来の振動センサ２３では、図１（ａ）〜（ｆ）に示すようにして作製されるので、バックプレート１５の固定部近傍、特に固定部の端から立ち上がっている側壁部の強度が低下し易いという問題があった。図３（ａ）、（ｂ）は、振動センサの製作工程において側壁部の強度が低下する理由を説明する図である。
【０００７】
図３（ａ）はメサ型の犠牲層１４の上にＳｉＮを堆積させてバックプレート１５を形成した状態の部分拡大断面図であり、図１（ｃ）の初期の工程を表している。ＳｉＮの堆積工程においては、膜成長速度は鉛直方向で最も大きくなるので、バックプレート１５のうち水平面では最も膜厚が大きくなり、側壁部２１では水平面よりも膜厚が薄くなる。しかも、側壁部２１では、水平面よりも膜質が悪い。
【０００８】
また、図１（ｅ）の空洞部２０を形成する工程では、Ｓｉ基板１１をＴＭＡＨやＫＯＨ液でウェットエッチングしたり、ＸｅＦ２ガスを用いてドライエッチングしたりして空洞部２０を形成するが、このとき同時にバックプレート１５も幾分かエッチングされ、特に側壁部２１の厚みが薄くなりやすい。
【０００９】
さらに、図１（ｆ）の犠牲層１４をエッチング除去する工程では、フッ酸水溶液でウェットエッチングしたり、ＣＦ系ガスを用いてドライエッチングしたりして犠牲層１４を除去するが、このときも同時にバックプレート１５が幾分かエッチングされ、特に側壁部２１の厚みが薄くなりやすい。
【００１０】
こうして、図３（ｂ）に矢印で示すようにバックプレート１５がエッチングされる結果、側壁部２１の厚みが薄くなり、また膜質も悪いので、バックプレート１５の側壁部２１は他の箇所よりも強度が小さくなる。しかも、図３（ｂ）に示すように、バックプレート１５の固定部２２と側壁部２１との境界部には、バックプレート１５の成膜時や、Ｓｉ基板１１と犠牲層１４のエッチング時にクラックαが発生しやすい。
【００１１】
このため、振動センサ２３に外部からの衝撃が加わった場合に応力の逃げ場がなく、バックプレート１５の側壁部２１や、側壁部２１と固定部２２との境界部に応力が集中し、バックプレート１５にクラックが発生したり、破損したりすることがあった。
【００１２】
なお、バックプレート１５の成膜時の膜厚を大きくすることにより、バックプレート１５の強度を高くすることができるが、このような対処方法では、成膜時間が長くなるために振動センサ２３の生産性が悪くなり、また、バックプレートの加工精度が低下するので、実用的ではない。
【００１３】
（特許文献１における開示）
特許文献１には、バックプレート（窒化シリコンの薄膜板）の側壁部をリブ構造とすることでバックプレートの剛性を高め、バックプレートの反りを防ぐようにしたセンサが開示されている。このような構造では、バックプレートの側壁部にリブ構造を形成しているので、一見側壁部の強度が高くなっているように思える。
【００１４】
しかし、この構造のように側壁部をリブ構造にしたところで、基板や犠牲層をエッチングする際のバックプレートのエッチングを防ぐことはできず、またバックプレートを成膜する際の側壁部の膜質を良好にすることはできず、側壁部の強度を向上させるためには有効でない。
【００１５】
むしろ、側壁部をリブ構造とすることで、外部から衝撃が加わったときにリブに応力が集中しやすく、側壁部やその基部などにクラックが発生したり、破損したりしやすくなる。
【００１６】
【特許文献１】特開２００７−１１６７２１号公報（図１３、図１４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、キャパシタを構成する可動電極板と固定電極板のうち外側に位置している固定電極板の強度を向上させ、耐衝撃性と耐破損性を高めることのできる静電容量型センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の静電容量型センサは、基板と、前記基板の上面に配置された可動電極板と、前記可動電極板を覆うようにして前記基板の上面に配置された固定電極板とを備え、前記可動電極板と前記固定電極板との間の静電容量又はその変化によって物理量又はその変化を検知するようにした静電容量型センサにおいて、
前記固定電極板は、空間を介することなく前記基板の上面に固定されている部分の内縁に設けられた側壁部によって、空間を介して前記基板の上面に対向している部分が支持されており、前記側壁部の少なくとも一部に補強膜が形成されたことを特徴としている。
【００１９】
本発明の静電容量型センサにあっては、固定電極板のうち前記基板に固定された領域の内縁に位置する側壁部に補強膜を形成しているので、補強膜によって固定電極板の側壁部の強度を向上させることができる。また、静電容量型センサの製造工程において基板等をエッチングする際、補強膜で覆った領域においては固定電極板が基板等とともにエッチングされて厚みが薄くなるのを抑制することができる。このため、本発明にあっては、外部からの衝撃等によって固定電極板が破損するのを防止することができ、静電容量型センサの耐衝撃性、耐破損性を向上させることができる。
【００２０】
本発明の静電容量型センサのある実施態様は、前記補強膜が金属によって形成されており、前記補強膜が、前記可動電極板及び前記固定電極板のいずれとも電気的に絶縁されていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、補強膜が金属によって形成されているので、固定電極板その他の電極を形成する際に同時に補強膜を形成することが可能になり、静電容量センサの製造工程を簡略化することができる。また、固定電極板の成膜時に固定電極板にクラックが生じていても、固定電極板に補強膜を形成したときに、補強膜の材料である塑性を有する金属がクラック内に侵入してクラックを埋めるので、クラックがある程度修復される。しかも、金属製の補強膜が固定電極板や可動電極板と導通していないので、補強膜を形成したことによって固定電極板と可動電極板との間のキャパシタンスに影響を及ぼすことがない。
【００２１】
さらに、この補強膜は、Ａｕ、Ｃｒ及びＰｔのうちから選択された少なくとも１つの材料によって形成されていることが望ましい。Ａｕ、Ｃｒ、Ｐｔは耐薬品性を有しているので、補強膜をＡｕ、Ｃｒ、Ｐｔで形成すれば、補強膜を形成した後のエッチング工程（例えば、基板や犠牲層のエッチング工程）において補強膜がエッチングされて薄くなりにくく、補強膜の強度が低下しにくくなる。
【００２２】
さらに、この補強膜は、前記可動電極板の導電領域及び前記固定電極板の導電領域のいずれとも重なり合っていないことが望ましい。金属製の補強膜が可動電極板の導電領域とも固定電極板の導電領域とも重なり合っていないので、補強膜と可動電極板との間や補強膜と固定電極板との間に寄生容量が生じにくくなっており、寄生容量による静電容量型センサの感度低下を抑制することができる。
【００２３】
本発明の静電容量型センサの別な実施態様は、前記補強膜が、前記側壁部の外面に設けられていることを特徴としている。固定電極板は外周部を基板に固定されていることが多く、固定電極板のクラックや破損は固定電極板の側壁部に発生しやすいので、かかる実施態様によれば、補強膜を側壁部の外面に設けることにより固定電極板のクラックや破損を効果的に防ぐことができる。また、補強膜を固定電極板の外面に設けているので、補強膜を固定電極板の固定電極と同時に形成することができ、静電容量型センサの製造工程を簡略化することができる。
【００２４】
本発明の静電容量型センサのさらに別な実施態様は、前記補強膜が、前記側壁部の内面に設けられていることを特徴としている。固定電極板は外周部を基板に固定されていることが多く、固定電極板のクラックや破損は固定電極板の側壁部に発生しやすいので、かかる実施態様によれば、補強膜を側壁部の内面に設けることにより固定電極板のクラックや破損を効果的に防ぐことができる。
【００２５】
さらに、前記補強膜は、前記補強膜は、前記側壁部の外面または内面のうち少なくとも一方において、前記可動電極板の導電領域及び前記固定電極板の導電領域のいずれにも重なり合わない領域のうち、当該領域に隣接する絶縁のための領域を除く全体に形成されていることが望ましい。補強膜は前記のように固定電極板や可動電極板と導通しないようにして、また固定電極板の導電領域や可動電極板の導電領域と重なり合わないようにしてできるだけ広い面積に設けることが望ましく、それによって側壁部の強度をできるだけ高くすることができる。
【００２６】
なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。以下の実施形態においては、静電容量型センサの一種である静電容量型振動センサ（特に、音響センサ）を例にとって説明するが、本発明は振動センサ以外にも適用することができるものである。
【００２８】
（第１の実施形態）
以下、図４〜図７を参照して本発明の実施形態１による振動センサ３１を説明する。図４は実施形態１による振動センサ３１を示す斜視図であり、図５はその分解斜視図である。図６は図４のＸ−Ｘ線に沿った概略断面図である。また、図７（ａ）は、実施形態１の振動センサを模式的に表した平面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）の振動センサから固定電極板を取り除いて振動電極板を露出させた状態の概略平面図である。
【００２９】
この振動センサ３１は静電容量型のセンサであり、シリコン基板３２の上面に絶縁被膜３３を介して振動電極板３４（可動電極板）を設け、その上に微小ギャップ（空隙）を介して固定電極板３５を設けたものである。
【００３０】
図５に示すように、シリコン基板３２には、角柱状の貫通孔や角錐台状の凹部などからなる空洞部３６を設けている（図では上下に貫通した空洞部３６を示している。）。シリコン基板３２のサイズは、平面視で１〜１.５ｍｍ角（これよりも小さくすることも可能である。）であり、シリコン基板３２の厚みが４００〜５００μｍ程度である。シリコン基板３２の上面には酸化膜（ＳｉＯ２膜）等からなる絶縁被膜３３が形成されている。
【００３１】
振動電極板３４は、膜厚が１μｍ程度のポリシリコン薄膜によって形成されている。振動電極板３４はほぼ矩形状の薄膜であって、その四隅部分には対角方向外側に向けて支持脚３７が延出している。さらに、支持脚３７の一つからは延出部４７が延びている。振動電極板３４は、空洞部３６の上面を覆うようにしてシリコン基板３２の上面に配置され、四隅の各支持脚３７と延出部４７を絶縁被膜３３の上に固定されている。振動電極板３４のうち空洞部３６の上方で宙空に支持された部分（この実施形態では、支持脚３７及び延出部４７以外の部分）はダイアフラム３８（振動膜）となっており、音圧に感応して振動する。
【００３２】
固定電極板３５は、窒化膜からなるバックプレート３９の上面に金属薄膜からなる固定電極４０を設けたものである。図６に示すように、固定電極板３５は、ダイアフラム３８と対向する領域においては３μｍ程度の微小ギャップをあけてダイアフラム３８を覆っており、固定電極４０はダイアフラム３８と対向してキャパシタを構成している。固定電極板３５の外周部、すなわちダイアフラム３８と対向する領域の外側の部分は、酸化膜等からなる絶縁被膜３３を介してシリコン基板３２の上面に固定されている。この固定された部分を、以下においては固定部４２と呼ぶ。
【００３３】
固定電極４０からは引き出し部４５が延出されており、引き出し部４５の先端には固定電極４０と導通した電極パッド４６（Ａｕ膜）が設けられている。さらに、固定電極板３５には、振動電極板３４の延出部４７に接合して振動電極板３４と導通させる電極パッド４８（Ａｕ膜）が設けられている。電極パッド４６はバックプレート３９の上面に配置しており、電極パッド４８はバックプレート３９の開口内に位置している。また、固定部４２の内周縁に沿った領域の一部においては、バックプレート３９の外面を金属膜からなる補強膜４４で覆っている。
【００３４】
固定電極４０及びバックプレート３９には、上面から下面に貫通するようにして、音圧（振動）を通過させるための音響孔４１（アコースティックホール）が穿孔されている。なお、振動電極板３４は、音圧に共鳴して振動するものであるから、１μｍ程度の薄膜となっているが、固定電極板３５は音圧によって励振されない電極であるので、その厚みは例えば２μｍ以上というように厚くなっている。
【００３５】
しかして、この振動センサ３１にあっては、表面側から音響振動（空気の疎密波）が到達すると、この音響振動は固定電極板３５の音響孔４１を通過してダイアフラム３８に達し、ダイアフラム３８を振動させる。ダイアフラム３８が振動すると、ダイアフラム３８と固定電極板３５との間のギャップ距離が変化するので、それによってダイアフラム３８と固定電極４０の間の静電容量が変化する。よって、電極パッド４６、４８間に直流電圧を印加しておき、この静電容量の変化を電気的な信号として取り出すようにすれば、音の振動を電気的な信号に変換して検出することができる。
【００３６】
（補強膜の構成）
図７（ａ）、（ｂ）は、実施形態１の基本構造を分かりやすくするために、図４及び図５に図示した構造を簡略化して表したものである。以下においては、図４及び図５の代わりに、図７（ａ）、（ｂ）を用いて補強膜４４の構成を説明する。また、後述の実施形態２、３についても、同様な簡略化した図を用いて説明するものとする。
【００３７】
図６及び図７（ａ）に示すように、バックプレート３９の外周部、すなわち固定部４２はシリコン基板３２の上面に固定されており、その内側の領域はシリコン基板３２の上面から浮き上がっていて振動電極板３４と対向している。シリコン基板３２から浮き上がっているバックプレート３９の上面と固定部４２との間は、水平面に対して傾斜した側壁部４３となっている。背景技術において説明したように、固定電極板３５は側壁部４３の強度が低下しやすいので、本実施形態では、側壁部４３に沿ってその一部に補強膜４４を形成している。
【００３８】
補強膜４４は、シリコン基板３２や犠牲層などのエッチング時にエッチングされない（あるいは、エッチングレートが小さい）材料を用いるのが好ましい。また、補強膜４４は、衝撃によって破損しにくい材料が好ましいので、脆性材料でなく、延性または靱性を有する材料が好ましい。従って、補強膜４４としては、金属材料を用いることが望ましく、特にＡｕ、Ｃｒ、Ｐｔなどのエッチング液に浸食されにくいものが好ましい。
【００３９】
補強膜４４の最も好ましい材料は、Ａｕ膜である。その理由は、Ａｕ膜を用いることにより電極パッド４６、４８を作製する際に、同時に補強膜４４を作製できるからである。また、Ａｕ膜は延性に優れた金属であり、補強膜４４に適している。また、Ａｕ膜は、耐薬品性に優れ、エッチング液に浸食されにくいからである。
【００４０】
さらには、補強膜４４は、上層Ａｕ膜／下層Ｃｒ膜の二層構造とすることが望ましい。Ｃｒ膜は他材料との密着性に優れるので、下層にＣｒ膜を用いることにより、Ａｕ膜とバックプレート３９との密着力を高めることができるからである。しかも、Ｃｒ膜は耐薬品性にも優れているからである。
【００４１】
また、Ｃｒ膜は耐薬品性と他材料との密着性に優れているので、Ｃｒ膜単独での使用も補強膜４４に適している。
【００４２】
次に、補強膜４４の形態について説明する。図６に示すように、補強膜４４は、固定部４２及びバックプレート３９の上面へ延びている。すなわち、バックプレート３９の成膜時にクラックの発生しやすい側壁部４３の上端と下端の屈曲部分を補強膜４４で覆っている。
【００４３】
また、補強膜４４は、図７（ａ）に示すように、固定電極板３５の導電領域（固定電極４０、引き出し部４５、電極パッド４６）や振動電極板３４の導電領域（振動電極板３４そのもの）に接触しないようにして、しかも、固定電極板３５の導電領域や振動電極板３４の導電領域に重なり合わないようにして、側壁部４３の一部に設けている。ただし、固定電極板３５や振動電極板３４の導電領域と接触せず、また重なり合わない限度で、側壁部４３のできるだけ広い面積を補強膜４４で覆った方が、側壁部４３の強度が増して望ましい。つまり、側壁部４３の、振動電極板３４の導電領域及び固定電極板３５の導電領域のいずれにも重なり合わない領域のうち、当該領域に隣接する絶縁のための領域を除く全体に補強膜４４を形成しておくことが望ましい。
【００４４】
補強膜４４が固定電極板３５の導電領域や振動電極板３４の導電領域と接触したり、重なり合ったりしないように設けている理由を、図８及び図９に示す比較例（望ましくない例）と比較することによって説明する。なお、図９は図８のＹ−Ｙ線断面図である。
【００４５】
図８及び図９に示す比較例では、側壁部４３の全周にわたって補強膜４４を設けている。この比較例のように、金属製の補強膜４４が引き出し部４５を通過していると、補強膜４４が引き出し部４５に接触して補強膜４４と固定電極板３５が導通し、振動センサ３１の特性が変化したり、感度が低下したりする。
【００４６】
さらに、延出部４７の上方を通過している補強膜４４が電極パッド４８の上にはみ出たり、電極パッド４８の位置ずれによって電極パッド４８が補強膜４４に接触したりすると、補強膜４４によって振動電極板３４と固定電極板３５とが短絡し、振動センサ３１が不良品となる。
【００４７】
また、補強膜４４が電極パッド４８に接触しない場合であっても、補強膜４４が延出部４７の上方を通過していると、図９に示すように、補強膜４４と振動電極板３４との間に寄生容量Ｃが発生するので、寄生容量Ｃによってセンサ感度が低下する恐れがある。
【００４８】
これに対し、本実施形態の振動センサ３１では、補強膜４４を部分的に除去して振動電極板３４の導電領域や固定電極板３５の導電領域を補強膜４４が通過しないようにしているので、補強膜４４と固定電極４０などとの導通、振動電極板３４と固定電極板３５との短絡、寄生容量の発生といった不具合を回避することができ、振動センサ３１の感度や特性を良好に保持することができる。
【００４９】
（製造方法）
図１０（ａ）〜（ｆ）により実施形態１の振動センサ３１の製造方法を説明する。まず、図１０（ａ）に示すように、シリコン基板３２の表面を熱酸化法によって酸化させ、シリコン基板３２の表面を絶縁被膜３３（ＳｉＯ２膜）によって覆う。ついで、図１０（ｂ）に示すように、シリコン基板３２の上面において絶縁被膜３３の上にポリシリコン膜によって振動電極板３４を成膜する。図１０（ｃ）に示すように、振動電極板３４の上からシリコン基板３２の上面にＳｉＯ２からなる犠牲層４９を堆積させ、犠牲層４９をエッチングすることによってメサ型の犠牲層４９を形成する。さらに、この上からシリコン基板３２の上面にＳｉＮを堆積させることによってバックプレート３９を形成し、バックプレート３９の上面に金属薄膜からなる固定電極４０を成膜してバックプレート３９及び固定電極４０からなる固定電極板３５を形成する。また、スパッタ法などによってバックプレート３９の側壁部４３及びその近傍に補強膜４４を形成する。このとき、固定電極４０と補強膜４４が同じ材料であれば、固定電極４０と補強膜４４を一つの工程で同時に作製することができ、製造工程を簡略化できる。
【００５０】
ついで、図１０（ｄ）に示すように、エッチングによって固定電極板３５に複数の音響孔４１を開口する。この後、図１０（ｅ）に示すように、裏面側の絶縁被膜３３に窓５０を開口し、この窓５０からシリコン基板３２を異方性エッチングすることによって空洞部３６を形成する。そして、空洞部３６をシリコン基板３２の上面まで到達させてシリコン基板３２に空洞部３６を貫通させる。ついで、図１０（ｆ）に示すように、空洞部３６や音響孔４１を通して犠牲層４９をエッチング除去し、シリコン基板３２と固定電極板３５との間の空間に、振動可能な振動電極板３４を設け、チップ状の振動センサ３１を得る。
【００５１】
（作用効果）
本実施形態の振動センサ３１にあっては、上記のような構造を有しているので、バックプレート３９（特に、製造工程において強度の低下しやすい側壁部４３）を補強膜４４によって補強することができる。また、シリコン基板３２に空洞部３６を開口する工程や、犠牲層４９をエッチング除去する工程においては、耐エッチング性を有する補強膜４４で側壁部４３を覆っておくことにより、側壁部４３がエッチングによって浸食されて肉厚が薄くなるのを防ぐことができる。さらに、バックプレート３９を成膜する工程においては、バックプレート３９の側壁部４３にクラックが発生することがあるが、側壁部４３に塑性材料である金属からなる補強膜４４を形成すると、クラックが補強膜４４の金属で埋められて修復される。こうして、補強膜４４によりバックプレート３９の機械的強度を向上させることができるので、振動センサ３１の耐衝撃性、耐破損性が向上し、振動センサ３１の耐久性や寿命が向上する。
【００５２】
（第２の実施形態）
図１１は本発明の実施形態２による振動センサ５１を示す概略平面図である。この実施形態においては、バックプレート３９の側壁部４３及びその近傍領域のうち、平面視で側壁部４３の四隅部分にあたる領域にのみ補強膜４４を設けている。
【００５３】
図１１は振動センサ５１を模式的に表した図であるが、実施形態１の詳細な図である図４及び図５から分かるように、側壁部４３の四隅部分は、実際には振動電極板３４の支持脚３７に合わせて対角方向外側に向けて膨らんでいる。そのため、側壁部４３のうちでも、四隅部分が特に強度の低下しやすい部分となっている。よって、実施形態２では、側壁部４３のうちでも最も強度の低下しやすい、最小限の領域に補強膜４４を形成した実施形態となっている。
【００５４】
（第３の実施形態）
図１２は本発明の実施形態３による振動センサ６１を示す概略平面図である。図１３は実施形態３の振動センサ６１の概略断面図である。この実施形態は、バックプレート３９の側壁部４３及びその近傍領域の内面に補強膜４４を設けたものである。
【００５５】
側壁部４３の内面に補強膜４４を設ける場合にも、補強膜４４が固定電極板３５の導電領域や振動電極板３４の導電領域に触れないようにし、また補強膜４４が固定電極板３５の導電領域や振動電極板３４の導電領域と重なり合わないようにする点は、実施形態１の場合と同様である。また、補強膜４４を最小限の領域に設けるため、側壁部４３の内面の四隅部分にのみ補強膜４４を設けるようにすることも可能である。
【００５６】
図１４（ａ）〜（ｆ）は実施形態３の振動センサ６１の製造工程を示す概略断面図である。この製造工程は、図１０に示した実施形態１の製造工程とほぼ同じである。異なっている点は、図１４（ｃ）において犠牲層４９の側壁面に予め補強膜４４を形成しておく点である。補強膜４４を形成した後に、図１４（ｄ）のように犠牲層４９の上にバックプレート３９を成膜することで、バックプレート３９の側壁部４３の内面に補強膜４４が形成される。
【００５７】
この実施形態では、図１４（ｆ）のように犠牲層４９をエッチング除去する際に、補強膜４４によって側壁部４３を保護することができるので、バックプレート３９の材料が犠牲層４９のエッチングに用いるエッチャントに対してエッチングレートが比較的高い場合に有効である。
【００５８】
なお、側壁部４３の内面と外面の両面にそれぞれ補強膜４４を設けてもよいことは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１（ａ）〜（ｆ）は、従来の静電容量型振動センサの製作工程を説明する概略断面図である。
【図２】図２（ａ）は、図１（ａ）〜（ｆ）の工程により作製された振動センサの概略平面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の振動センサから固定電極板を除いて振動電極板を露出させた状態の概略平面図である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、振動センサの製作工程において固定電極板の強度が低下する理由を説明する図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態１による振動センサを示す斜視図である。
【図５】図５は、実施形態１の振動センサの分解斜視図である。
【図６】図６は、図４のＸ−Ｘ線に沿った概略断面図である。
【図７】図７（ａ）は、実施形態１の振動センサを模式的に表した平面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）の振動センサから固定電極板を除いて振動電極板を露出させた状態の概略平面図である。
【図８】図８は、比較例の振動センサを示す概略平面図である。
【図９】図９は、図８のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｆ）は、実施形態１の静電容量型振動センサの製作工程を説明する概略断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態２によるの振動センサを模式的に表した平面図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態３によるの振動センサを模式的に表した平面図である。
【図１３】図１３は、実施形態３の振動センサの概略断面図である。
【図１４】図１４（ａ）〜（ｆ）は、実施形態３の静電容量型振動センサの製作工程を説明する概略断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
３１、５１、６１ 振動センサ
３２ シリコン基板
３４ 振動電極板
３５ 固定電極板
３７ 支持脚
３８ ダイアフラム
３９ バックプレート
４０ 固定電極
４１ 音響孔
４２ 固定部
４３ 側壁部
４４ 補強膜
４５ 引き出し部
４６ 電極パッド
４７ 延出部
４８ 電極パッド
４９ 犠牲層
【技術分野】
【０００１】
本発明は静電容量型センサに関し、特にＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術もしくはマイクロマシニング技術を用いて製作される微小サイズの静電容量型センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
（製作方法）
微小なサイズの静電容量型センサは、上記のようにＭＥＭＳ技術もしくはマイクロマシニング技術により製作される。例えば従来の静電容量型振動センサ（マイクロフォン）では、図１（ａ）〜（ｆ）に示すような工程によって製作されている。以下、この工程を簡単に説明する。
【０００３】
まず、図１（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１１の表面を熱酸化法によって酸化させ、Ｓｉ基板１１の表面を熱酸化膜（ＳｉＯ２膜）１２によって保護する。ついで、図１（ｂ）に示すように、Ｓｉ基板１１の上面において熱酸化膜１２の上にポリシリコン膜によって振動電極板１３（可動電極板）を成膜する。図１（ｃ）に示すように、振動電極板１３の上からＳｉ基板１１の上面にＳｉＯ２からなる犠牲層１４を堆積させ、犠牲層１４をエッチングすることによってメサ型の犠牲層１４を形成する。さらに、この上からＳｉ基板１１の上面にＳｉＮを堆積させることによってバックプレート１５を形成し、バックプレート１５の上に金属薄膜からなる固定電極１６を成膜してバックプレート１５及び固定電極１６からなる固定電極板１７を形成する。ついで、図１（ｄ）に示すように、エッチングによって固定電極板１７に複数の音響孔１８を開口する。
【０００４】
この後、図１（ｅ）に示すように、裏面側の熱酸化膜１２に窓１９を開口し、この窓１９からＳｉ基板１１を異方性エッチングすることによって空洞部２０を形成する。そして、空洞部２０をＳｉ基板１１の上面まで到達させてＳｉ基板１１に空洞部２０を貫通させる。ついで、図１（ｆ）に示すように、空洞部２０や音響孔１８を通して犠牲層１４をエッチング除去し、Ｓｉ基板１１と固定電極板１７との間の空間に、振動可能な振動電極板１３を設け、チップ状の振動センサ２３を得る。
【０００５】
図２（ａ）は上記のようにして作製された振動センサ２３の概略平面図を表し、図２（ｂ）は固定電極板１７を取り除いて振動電極板１３を露出させた状態の平面図である。ここで、符号２４は固定電極板１７の固定電極１６と導通した電極パッド、符号２５は振動電極板１３と導通した電極パッドである。また、振動電極板１３は四隅部分がＳｉ基板１１に固定された支持脚２６となっている。
【０００６】
（問題点）
しかし、従来の振動センサ２３では、図１（ａ）〜（ｆ）に示すようにして作製されるので、バックプレート１５の固定部近傍、特に固定部の端から立ち上がっている側壁部の強度が低下し易いという問題があった。図３（ａ）、（ｂ）は、振動センサの製作工程において側壁部の強度が低下する理由を説明する図である。
【０００７】
図３（ａ）はメサ型の犠牲層１４の上にＳｉＮを堆積させてバックプレート１５を形成した状態の部分拡大断面図であり、図１（ｃ）の初期の工程を表している。ＳｉＮの堆積工程においては、膜成長速度は鉛直方向で最も大きくなるので、バックプレート１５のうち水平面では最も膜厚が大きくなり、側壁部２１では水平面よりも膜厚が薄くなる。しかも、側壁部２１では、水平面よりも膜質が悪い。
【０００８】
また、図１（ｅ）の空洞部２０を形成する工程では、Ｓｉ基板１１をＴＭＡＨやＫＯＨ液でウェットエッチングしたり、ＸｅＦ２ガスを用いてドライエッチングしたりして空洞部２０を形成するが、このとき同時にバックプレート１５も幾分かエッチングされ、特に側壁部２１の厚みが薄くなりやすい。
【０００９】
さらに、図１（ｆ）の犠牲層１４をエッチング除去する工程では、フッ酸水溶液でウェットエッチングしたり、ＣＦ系ガスを用いてドライエッチングしたりして犠牲層１４を除去するが、このときも同時にバックプレート１５が幾分かエッチングされ、特に側壁部２１の厚みが薄くなりやすい。
【００１０】
こうして、図３（ｂ）に矢印で示すようにバックプレート１５がエッチングされる結果、側壁部２１の厚みが薄くなり、また膜質も悪いので、バックプレート１５の側壁部２１は他の箇所よりも強度が小さくなる。しかも、図３（ｂ）に示すように、バックプレート１５の固定部２２と側壁部２１との境界部には、バックプレート１５の成膜時や、Ｓｉ基板１１と犠牲層１４のエッチング時にクラックαが発生しやすい。
【００１１】
このため、振動センサ２３に外部からの衝撃が加わった場合に応力の逃げ場がなく、バックプレート１５の側壁部２１や、側壁部２１と固定部２２との境界部に応力が集中し、バックプレート１５にクラックが発生したり、破損したりすることがあった。
【００１２】
なお、バックプレート１５の成膜時の膜厚を大きくすることにより、バックプレート１５の強度を高くすることができるが、このような対処方法では、成膜時間が長くなるために振動センサ２３の生産性が悪くなり、また、バックプレートの加工精度が低下するので、実用的ではない。
【００１３】
（特許文献１における開示）
特許文献１には、バックプレート（窒化シリコンの薄膜板）の側壁部をリブ構造とすることでバックプレートの剛性を高め、バックプレートの反りを防ぐようにしたセンサが開示されている。このような構造では、バックプレートの側壁部にリブ構造を形成しているので、一見側壁部の強度が高くなっているように思える。
【００１４】
しかし、この構造のように側壁部をリブ構造にしたところで、基板や犠牲層をエッチングする際のバックプレートのエッチングを防ぐことはできず、またバックプレートを成膜する際の側壁部の膜質を良好にすることはできず、側壁部の強度を向上させるためには有効でない。
【００１５】
むしろ、側壁部をリブ構造とすることで、外部から衝撃が加わったときにリブに応力が集中しやすく、側壁部やその基部などにクラックが発生したり、破損したりしやすくなる。
【００１６】
【特許文献１】特開２００７−１１６７２１号公報（図１３、図１４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、キャパシタを構成する可動電極板と固定電極板のうち外側に位置している固定電極板の強度を向上させ、耐衝撃性と耐破損性を高めることのできる静電容量型センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の静電容量型センサは、基板と、前記基板の上面に配置された可動電極板と、前記可動電極板を覆うようにして前記基板の上面に配置された固定電極板とを備え、前記可動電極板と前記固定電極板との間の静電容量又はその変化によって物理量又はその変化を検知するようにした静電容量型センサにおいて、
前記固定電極板は、空間を介することなく前記基板の上面に固定されている部分の内縁に設けられた側壁部によって、空間を介して前記基板の上面に対向している部分が支持されており、前記側壁部の少なくとも一部に補強膜が形成されたことを特徴としている。
【００１９】
本発明の静電容量型センサにあっては、固定電極板のうち前記基板に固定された領域の内縁に位置する側壁部に補強膜を形成しているので、補強膜によって固定電極板の側壁部の強度を向上させることができる。また、静電容量型センサの製造工程において基板等をエッチングする際、補強膜で覆った領域においては固定電極板が基板等とともにエッチングされて厚みが薄くなるのを抑制することができる。このため、本発明にあっては、外部からの衝撃等によって固定電極板が破損するのを防止することができ、静電容量型センサの耐衝撃性、耐破損性を向上させることができる。
【００２０】
本発明の静電容量型センサのある実施態様は、前記補強膜が金属によって形成されており、前記補強膜が、前記可動電極板及び前記固定電極板のいずれとも電気的に絶縁されていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、補強膜が金属によって形成されているので、固定電極板その他の電極を形成する際に同時に補強膜を形成することが可能になり、静電容量センサの製造工程を簡略化することができる。また、固定電極板の成膜時に固定電極板にクラックが生じていても、固定電極板に補強膜を形成したときに、補強膜の材料である塑性を有する金属がクラック内に侵入してクラックを埋めるので、クラックがある程度修復される。しかも、金属製の補強膜が固定電極板や可動電極板と導通していないので、補強膜を形成したことによって固定電極板と可動電極板との間のキャパシタンスに影響を及ぼすことがない。
【００２１】
さらに、この補強膜は、Ａｕ、Ｃｒ及びＰｔのうちから選択された少なくとも１つの材料によって形成されていることが望ましい。Ａｕ、Ｃｒ、Ｐｔは耐薬品性を有しているので、補強膜をＡｕ、Ｃｒ、Ｐｔで形成すれば、補強膜を形成した後のエッチング工程（例えば、基板や犠牲層のエッチング工程）において補強膜がエッチングされて薄くなりにくく、補強膜の強度が低下しにくくなる。
【００２２】
さらに、この補強膜は、前記可動電極板の導電領域及び前記固定電極板の導電領域のいずれとも重なり合っていないことが望ましい。金属製の補強膜が可動電極板の導電領域とも固定電極板の導電領域とも重なり合っていないので、補強膜と可動電極板との間や補強膜と固定電極板との間に寄生容量が生じにくくなっており、寄生容量による静電容量型センサの感度低下を抑制することができる。
【００２３】
本発明の静電容量型センサの別な実施態様は、前記補強膜が、前記側壁部の外面に設けられていることを特徴としている。固定電極板は外周部を基板に固定されていることが多く、固定電極板のクラックや破損は固定電極板の側壁部に発生しやすいので、かかる実施態様によれば、補強膜を側壁部の外面に設けることにより固定電極板のクラックや破損を効果的に防ぐことができる。また、補強膜を固定電極板の外面に設けているので、補強膜を固定電極板の固定電極と同時に形成することができ、静電容量型センサの製造工程を簡略化することができる。
【００２４】
本発明の静電容量型センサのさらに別な実施態様は、前記補強膜が、前記側壁部の内面に設けられていることを特徴としている。固定電極板は外周部を基板に固定されていることが多く、固定電極板のクラックや破損は固定電極板の側壁部に発生しやすいので、かかる実施態様によれば、補強膜を側壁部の内面に設けることにより固定電極板のクラックや破損を効果的に防ぐことができる。
【００２５】
さらに、前記補強膜は、前記補強膜は、前記側壁部の外面または内面のうち少なくとも一方において、前記可動電極板の導電領域及び前記固定電極板の導電領域のいずれにも重なり合わない領域のうち、当該領域に隣接する絶縁のための領域を除く全体に形成されていることが望ましい。補強膜は前記のように固定電極板や可動電極板と導通しないようにして、また固定電極板の導電領域や可動電極板の導電領域と重なり合わないようにしてできるだけ広い面積に設けることが望ましく、それによって側壁部の強度をできるだけ高くすることができる。
【００２６】
なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。以下の実施形態においては、静電容量型センサの一種である静電容量型振動センサ（特に、音響センサ）を例にとって説明するが、本発明は振動センサ以外にも適用することができるものである。
【００２８】
（第１の実施形態）
以下、図４〜図７を参照して本発明の実施形態１による振動センサ３１を説明する。図４は実施形態１による振動センサ３１を示す斜視図であり、図５はその分解斜視図である。図６は図４のＸ−Ｘ線に沿った概略断面図である。また、図７（ａ）は、実施形態１の振動センサを模式的に表した平面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）の振動センサから固定電極板を取り除いて振動電極板を露出させた状態の概略平面図である。
【００２９】
この振動センサ３１は静電容量型のセンサであり、シリコン基板３２の上面に絶縁被膜３３を介して振動電極板３４（可動電極板）を設け、その上に微小ギャップ（空隙）を介して固定電極板３５を設けたものである。
【００３０】
図５に示すように、シリコン基板３２には、角柱状の貫通孔や角錐台状の凹部などからなる空洞部３６を設けている（図では上下に貫通した空洞部３６を示している。）。シリコン基板３２のサイズは、平面視で１〜１.５ｍｍ角（これよりも小さくすることも可能である。）であり、シリコン基板３２の厚みが４００〜５００μｍ程度である。シリコン基板３２の上面には酸化膜（ＳｉＯ２膜）等からなる絶縁被膜３３が形成されている。
【００３１】
振動電極板３４は、膜厚が１μｍ程度のポリシリコン薄膜によって形成されている。振動電極板３４はほぼ矩形状の薄膜であって、その四隅部分には対角方向外側に向けて支持脚３７が延出している。さらに、支持脚３７の一つからは延出部４７が延びている。振動電極板３４は、空洞部３６の上面を覆うようにしてシリコン基板３２の上面に配置され、四隅の各支持脚３７と延出部４７を絶縁被膜３３の上に固定されている。振動電極板３４のうち空洞部３６の上方で宙空に支持された部分（この実施形態では、支持脚３７及び延出部４７以外の部分）はダイアフラム３８（振動膜）となっており、音圧に感応して振動する。
【００３２】
固定電極板３５は、窒化膜からなるバックプレート３９の上面に金属薄膜からなる固定電極４０を設けたものである。図６に示すように、固定電極板３５は、ダイアフラム３８と対向する領域においては３μｍ程度の微小ギャップをあけてダイアフラム３８を覆っており、固定電極４０はダイアフラム３８と対向してキャパシタを構成している。固定電極板３５の外周部、すなわちダイアフラム３８と対向する領域の外側の部分は、酸化膜等からなる絶縁被膜３３を介してシリコン基板３２の上面に固定されている。この固定された部分を、以下においては固定部４２と呼ぶ。
【００３３】
固定電極４０からは引き出し部４５が延出されており、引き出し部４５の先端には固定電極４０と導通した電極パッド４６（Ａｕ膜）が設けられている。さらに、固定電極板３５には、振動電極板３４の延出部４７に接合して振動電極板３４と導通させる電極パッド４８（Ａｕ膜）が設けられている。電極パッド４６はバックプレート３９の上面に配置しており、電極パッド４８はバックプレート３９の開口内に位置している。また、固定部４２の内周縁に沿った領域の一部においては、バックプレート３９の外面を金属膜からなる補強膜４４で覆っている。
【００３４】
固定電極４０及びバックプレート３９には、上面から下面に貫通するようにして、音圧（振動）を通過させるための音響孔４１（アコースティックホール）が穿孔されている。なお、振動電極板３４は、音圧に共鳴して振動するものであるから、１μｍ程度の薄膜となっているが、固定電極板３５は音圧によって励振されない電極であるので、その厚みは例えば２μｍ以上というように厚くなっている。
【００３５】
しかして、この振動センサ３１にあっては、表面側から音響振動（空気の疎密波）が到達すると、この音響振動は固定電極板３５の音響孔４１を通過してダイアフラム３８に達し、ダイアフラム３８を振動させる。ダイアフラム３８が振動すると、ダイアフラム３８と固定電極板３５との間のギャップ距離が変化するので、それによってダイアフラム３８と固定電極４０の間の静電容量が変化する。よって、電極パッド４６、４８間に直流電圧を印加しておき、この静電容量の変化を電気的な信号として取り出すようにすれば、音の振動を電気的な信号に変換して検出することができる。
【００３６】
（補強膜の構成）
図７（ａ）、（ｂ）は、実施形態１の基本構造を分かりやすくするために、図４及び図５に図示した構造を簡略化して表したものである。以下においては、図４及び図５の代わりに、図７（ａ）、（ｂ）を用いて補強膜４４の構成を説明する。また、後述の実施形態２、３についても、同様な簡略化した図を用いて説明するものとする。
【００３７】
図６及び図７（ａ）に示すように、バックプレート３９の外周部、すなわち固定部４２はシリコン基板３２の上面に固定されており、その内側の領域はシリコン基板３２の上面から浮き上がっていて振動電極板３４と対向している。シリコン基板３２から浮き上がっているバックプレート３９の上面と固定部４２との間は、水平面に対して傾斜した側壁部４３となっている。背景技術において説明したように、固定電極板３５は側壁部４３の強度が低下しやすいので、本実施形態では、側壁部４３に沿ってその一部に補強膜４４を形成している。
【００３８】
補強膜４４は、シリコン基板３２や犠牲層などのエッチング時にエッチングされない（あるいは、エッチングレートが小さい）材料を用いるのが好ましい。また、補強膜４４は、衝撃によって破損しにくい材料が好ましいので、脆性材料でなく、延性または靱性を有する材料が好ましい。従って、補強膜４４としては、金属材料を用いることが望ましく、特にＡｕ、Ｃｒ、Ｐｔなどのエッチング液に浸食されにくいものが好ましい。
【００３９】
補強膜４４の最も好ましい材料は、Ａｕ膜である。その理由は、Ａｕ膜を用いることにより電極パッド４６、４８を作製する際に、同時に補強膜４４を作製できるからである。また、Ａｕ膜は延性に優れた金属であり、補強膜４４に適している。また、Ａｕ膜は、耐薬品性に優れ、エッチング液に浸食されにくいからである。
【００４０】
さらには、補強膜４４は、上層Ａｕ膜／下層Ｃｒ膜の二層構造とすることが望ましい。Ｃｒ膜は他材料との密着性に優れるので、下層にＣｒ膜を用いることにより、Ａｕ膜とバックプレート３９との密着力を高めることができるからである。しかも、Ｃｒ膜は耐薬品性にも優れているからである。
【００４１】
また、Ｃｒ膜は耐薬品性と他材料との密着性に優れているので、Ｃｒ膜単独での使用も補強膜４４に適している。
【００４２】
次に、補強膜４４の形態について説明する。図６に示すように、補強膜４４は、固定部４２及びバックプレート３９の上面へ延びている。すなわち、バックプレート３９の成膜時にクラックの発生しやすい側壁部４３の上端と下端の屈曲部分を補強膜４４で覆っている。
【００４３】
また、補強膜４４は、図７（ａ）に示すように、固定電極板３５の導電領域（固定電極４０、引き出し部４５、電極パッド４６）や振動電極板３４の導電領域（振動電極板３４そのもの）に接触しないようにして、しかも、固定電極板３５の導電領域や振動電極板３４の導電領域に重なり合わないようにして、側壁部４３の一部に設けている。ただし、固定電極板３５や振動電極板３４の導電領域と接触せず、また重なり合わない限度で、側壁部４３のできるだけ広い面積を補強膜４４で覆った方が、側壁部４３の強度が増して望ましい。つまり、側壁部４３の、振動電極板３４の導電領域及び固定電極板３５の導電領域のいずれにも重なり合わない領域のうち、当該領域に隣接する絶縁のための領域を除く全体に補強膜４４を形成しておくことが望ましい。
【００４４】
補強膜４４が固定電極板３５の導電領域や振動電極板３４の導電領域と接触したり、重なり合ったりしないように設けている理由を、図８及び図９に示す比較例（望ましくない例）と比較することによって説明する。なお、図９は図８のＹ−Ｙ線断面図である。
【００４５】
図８及び図９に示す比較例では、側壁部４３の全周にわたって補強膜４４を設けている。この比較例のように、金属製の補強膜４４が引き出し部４５を通過していると、補強膜４４が引き出し部４５に接触して補強膜４４と固定電極板３５が導通し、振動センサ３１の特性が変化したり、感度が低下したりする。
【００４６】
さらに、延出部４７の上方を通過している補強膜４４が電極パッド４８の上にはみ出たり、電極パッド４８の位置ずれによって電極パッド４８が補強膜４４に接触したりすると、補強膜４４によって振動電極板３４と固定電極板３５とが短絡し、振動センサ３１が不良品となる。
【００４７】
また、補強膜４４が電極パッド４８に接触しない場合であっても、補強膜４４が延出部４７の上方を通過していると、図９に示すように、補強膜４４と振動電極板３４との間に寄生容量Ｃが発生するので、寄生容量Ｃによってセンサ感度が低下する恐れがある。
【００４８】
これに対し、本実施形態の振動センサ３１では、補強膜４４を部分的に除去して振動電極板３４の導電領域や固定電極板３５の導電領域を補強膜４４が通過しないようにしているので、補強膜４４と固定電極４０などとの導通、振動電極板３４と固定電極板３５との短絡、寄生容量の発生といった不具合を回避することができ、振動センサ３１の感度や特性を良好に保持することができる。
【００４９】
（製造方法）
図１０（ａ）〜（ｆ）により実施形態１の振動センサ３１の製造方法を説明する。まず、図１０（ａ）に示すように、シリコン基板３２の表面を熱酸化法によって酸化させ、シリコン基板３２の表面を絶縁被膜３３（ＳｉＯ２膜）によって覆う。ついで、図１０（ｂ）に示すように、シリコン基板３２の上面において絶縁被膜３３の上にポリシリコン膜によって振動電極板３４を成膜する。図１０（ｃ）に示すように、振動電極板３４の上からシリコン基板３２の上面にＳｉＯ２からなる犠牲層４９を堆積させ、犠牲層４９をエッチングすることによってメサ型の犠牲層４９を形成する。さらに、この上からシリコン基板３２の上面にＳｉＮを堆積させることによってバックプレート３９を形成し、バックプレート３９の上面に金属薄膜からなる固定電極４０を成膜してバックプレート３９及び固定電極４０からなる固定電極板３５を形成する。また、スパッタ法などによってバックプレート３９の側壁部４３及びその近傍に補強膜４４を形成する。このとき、固定電極４０と補強膜４４が同じ材料であれば、固定電極４０と補強膜４４を一つの工程で同時に作製することができ、製造工程を簡略化できる。
【００５０】
ついで、図１０（ｄ）に示すように、エッチングによって固定電極板３５に複数の音響孔４１を開口する。この後、図１０（ｅ）に示すように、裏面側の絶縁被膜３３に窓５０を開口し、この窓５０からシリコン基板３２を異方性エッチングすることによって空洞部３６を形成する。そして、空洞部３６をシリコン基板３２の上面まで到達させてシリコン基板３２に空洞部３６を貫通させる。ついで、図１０（ｆ）に示すように、空洞部３６や音響孔４１を通して犠牲層４９をエッチング除去し、シリコン基板３２と固定電極板３５との間の空間に、振動可能な振動電極板３４を設け、チップ状の振動センサ３１を得る。
【００５１】
（作用効果）
本実施形態の振動センサ３１にあっては、上記のような構造を有しているので、バックプレート３９（特に、製造工程において強度の低下しやすい側壁部４３）を補強膜４４によって補強することができる。また、シリコン基板３２に空洞部３６を開口する工程や、犠牲層４９をエッチング除去する工程においては、耐エッチング性を有する補強膜４４で側壁部４３を覆っておくことにより、側壁部４３がエッチングによって浸食されて肉厚が薄くなるのを防ぐことができる。さらに、バックプレート３９を成膜する工程においては、バックプレート３９の側壁部４３にクラックが発生することがあるが、側壁部４３に塑性材料である金属からなる補強膜４４を形成すると、クラックが補強膜４４の金属で埋められて修復される。こうして、補強膜４４によりバックプレート３９の機械的強度を向上させることができるので、振動センサ３１の耐衝撃性、耐破損性が向上し、振動センサ３１の耐久性や寿命が向上する。
【００５２】
（第２の実施形態）
図１１は本発明の実施形態２による振動センサ５１を示す概略平面図である。この実施形態においては、バックプレート３９の側壁部４３及びその近傍領域のうち、平面視で側壁部４３の四隅部分にあたる領域にのみ補強膜４４を設けている。
【００５３】
図１１は振動センサ５１を模式的に表した図であるが、実施形態１の詳細な図である図４及び図５から分かるように、側壁部４３の四隅部分は、実際には振動電極板３４の支持脚３７に合わせて対角方向外側に向けて膨らんでいる。そのため、側壁部４３のうちでも、四隅部分が特に強度の低下しやすい部分となっている。よって、実施形態２では、側壁部４３のうちでも最も強度の低下しやすい、最小限の領域に補強膜４４を形成した実施形態となっている。
【００５４】
（第３の実施形態）
図１２は本発明の実施形態３による振動センサ６１を示す概略平面図である。図１３は実施形態３の振動センサ６１の概略断面図である。この実施形態は、バックプレート３９の側壁部４３及びその近傍領域の内面に補強膜４４を設けたものである。
【００５５】
側壁部４３の内面に補強膜４４を設ける場合にも、補強膜４４が固定電極板３５の導電領域や振動電極板３４の導電領域に触れないようにし、また補強膜４４が固定電極板３５の導電領域や振動電極板３４の導電領域と重なり合わないようにする点は、実施形態１の場合と同様である。また、補強膜４４を最小限の領域に設けるため、側壁部４３の内面の四隅部分にのみ補強膜４４を設けるようにすることも可能である。
【００５６】
図１４（ａ）〜（ｆ）は実施形態３の振動センサ６１の製造工程を示す概略断面図である。この製造工程は、図１０に示した実施形態１の製造工程とほぼ同じである。異なっている点は、図１４（ｃ）において犠牲層４９の側壁面に予め補強膜４４を形成しておく点である。補強膜４４を形成した後に、図１４（ｄ）のように犠牲層４９の上にバックプレート３９を成膜することで、バックプレート３９の側壁部４３の内面に補強膜４４が形成される。
【００５７】
この実施形態では、図１４（ｆ）のように犠牲層４９をエッチング除去する際に、補強膜４４によって側壁部４３を保護することができるので、バックプレート３９の材料が犠牲層４９のエッチングに用いるエッチャントに対してエッチングレートが比較的高い場合に有効である。
【００５８】
なお、側壁部４３の内面と外面の両面にそれぞれ補強膜４４を設けてもよいことは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１（ａ）〜（ｆ）は、従来の静電容量型振動センサの製作工程を説明する概略断面図である。
【図２】図２（ａ）は、図１（ａ）〜（ｆ）の工程により作製された振動センサの概略平面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の振動センサから固定電極板を除いて振動電極板を露出させた状態の概略平面図である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、振動センサの製作工程において固定電極板の強度が低下する理由を説明する図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態１による振動センサを示す斜視図である。
【図５】図５は、実施形態１の振動センサの分解斜視図である。
【図６】図６は、図４のＸ−Ｘ線に沿った概略断面図である。
【図７】図７（ａ）は、実施形態１の振動センサを模式的に表した平面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）の振動センサから固定電極板を除いて振動電極板を露出させた状態の概略平面図である。
【図８】図８は、比較例の振動センサを示す概略平面図である。
【図９】図９は、図８のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｆ）は、実施形態１の静電容量型振動センサの製作工程を説明する概略断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態２によるの振動センサを模式的に表した平面図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態３によるの振動センサを模式的に表した平面図である。
【図１３】図１３は、実施形態３の振動センサの概略断面図である。
【図１４】図１４（ａ）〜（ｆ）は、実施形態３の静電容量型振動センサの製作工程を説明する概略断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
３１、５１、６１ 振動センサ
３２ シリコン基板
３４ 振動電極板
３５ 固定電極板
３７ 支持脚
３８ ダイアフラム
３９ バックプレート
４０ 固定電極
４１ 音響孔
４２ 固定部
４３ 側壁部
４４ 補強膜
４５ 引き出し部
４６ 電極パッド
４７ 延出部
４８ 電極パッド
４９ 犠牲層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板の上面に配置された可動電極板と、前記可動電極板を覆うようにして前記基板の上面に配置された固定電極板とを備え、前記可動電極板と前記固定電極板との間の静電容量又はその変化によって物理量又はその変化を検知するようにした静電容量型センサにおいて、
前記固定電極板は、空間を介することなく前記基板の上面に固定されている部分の内縁に設けられた側壁部によって、空間を介して前記基板の上面に対向している部分が支持されており、
前記側壁部の少なくとも一部に補強膜が形成されたことを特徴とする静電容量型センサ。
【請求項２】
前記補強膜は金属によって形成されており、
前記補強膜は、前記可動電極板及び前記固定電極板のいずれとも電気的に絶縁されていることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量型センサ。
【請求項３】
前記補強膜は、Ａｕ、Ｃｒ及びＰｔのうちから選択された少なくとも１つの材料によって形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の静電容量型センサ。
【請求項４】
前記補強膜は、前記可動電極板の導電領域及び前記固定電極板の導電領域のいずれとも重なり合っていないことを特徴とする、請求項２に記載の静電容量型センサ。
【請求項５】
前記補強膜は、前記側壁部の外面に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量型センサ。
【請求項６】
前記補強膜は、前記側壁部の内面に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量型センサ。
【請求項７】
前記補強膜は、前記側壁部の外面または内面のうち少なくとも一方において、前記可動電極板の導電領域及び前記固定電極板の導電領域のいずれにも重なり合わない領域のうち、当該領域に隣接する絶縁のための領域を除く全体に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量型センサ。
【請求項１】
基板と、前記基板の上面に配置された可動電極板と、前記可動電極板を覆うようにして前記基板の上面に配置された固定電極板とを備え、前記可動電極板と前記固定電極板との間の静電容量又はその変化によって物理量又はその変化を検知するようにした静電容量型センサにおいて、
前記固定電極板は、空間を介することなく前記基板の上面に固定されている部分の内縁に設けられた側壁部によって、空間を介して前記基板の上面に対向している部分が支持されており、
前記側壁部の少なくとも一部に補強膜が形成されたことを特徴とする静電容量型センサ。
【請求項２】
前記補強膜は金属によって形成されており、
前記補強膜は、前記可動電極板及び前記固定電極板のいずれとも電気的に絶縁されていることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量型センサ。
【請求項３】
前記補強膜は、Ａｕ、Ｃｒ及びＰｔのうちから選択された少なくとも１つの材料によって形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の静電容量型センサ。
【請求項４】
前記補強膜は、前記可動電極板の導電領域及び前記固定電極板の導電領域のいずれとも重なり合っていないことを特徴とする、請求項２に記載の静電容量型センサ。
【請求項５】
前記補強膜は、前記側壁部の外面に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量型センサ。
【請求項６】
前記補強膜は、前記側壁部の内面に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量型センサ。
【請求項７】
前記補強膜は、前記側壁部の外面または内面のうち少なくとも一方において、前記可動電極板の導電領域及び前記固定電極板の導電領域のいずれにも重なり合わない領域のうち、当該領域に隣接する絶縁のための領域を除く全体に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の静電容量型センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−５６７４５（Ｐ２０１０−５６７４５Ａ）
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１８１４９（Ｐ２００８−２１８１４９）
【出願日】平成２０年８月２７日（２００８．８．２７）
【特許番号】特許第４４１９１０３号（Ｐ４４１９１０３）
【特許公報発行日】平成２２年２月２４日（２０１０．２．２４）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２７日（２００８．８．２７）
【特許番号】特許第４４１９１０３号（Ｐ４４１９１０３）
【特許公報発行日】平成２２年２月２４日（２０１０．２．２４）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
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