| 【発明の名称】 |
コンデンサマイクロホン及びコンデンサマイクロホンの製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】寺田 隆洋
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| 【要約】 |
【課題】コンデンサマイクロホンの感度を向上させる。
【構成】コンデンサマイクロホンは、静止電極を形成しているプレートと、前記静止電極に対する振動電極を形成し、外周端が自由端であるダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの中央部と前記プレートとがいずれも回転不能に固定されている柱部と、を備える。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静止電極を形成しているプレートと、
前記静止電極に対する振動電極を形成し、外周端が自由端であるダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムの中央部と前記プレートとがいずれもそれぞれの表面と平行な軸周りに回転不能に固定されている柱部と、
を備えるコンデンサマイクロホン。
【請求項２】
前記ダイヤフラムの前記柱部との結合部近傍の環状領域内の曲げ剛性は、前記ダイヤフラムの前記柱部との結合部近傍の環状領域より外側の環状領域内の曲げ剛性よりも低い、
請求項１に記載のコンデンサマイクロホン。
【請求項３】
前記振動電極は前記ダイヤフラムの外周近傍において環状に形成されている、
請求項１又は２に記載のコンデンサマイクロホン。
【請求項４】
前記静止電極は前記プレートの外周近傍において環状に形成されている、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のコンデンサマイクロホン。
【請求項５】
前記柱部の軸方向延長範囲内に形成され前記振動電極と信号処理回路とを接続するためのパッドをさらに備える、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のコンデンサマイクロホン。
【請求項６】
キャビティの側壁面を形成しているとともに前記プレートと前記ダイヤフラムと前記柱部とを支持するための基板をさらに備え、
前記柱部は、前記プレートの前記中央部の前記基板と反対側の面と前記ダイヤフラムの前記中央部とに密着し、
前記パッドは、前記ダイヤフラムの前記柱部との密着領域の裏側に密着している導電膜からなり、
前記プレートの外周部と前記ダイヤフラムの外周部との間に環状の音響抵抗空間が形成され、
前記プレートの前記外周部より内側の前記キャビティに被さっている領域に通孔が形成されている、
請求項５に記載のコンデンサマイクロホン。
【請求項７】
キャビティの側壁面を形成しているとともに前記プレートと前記ダイヤフラムと前記柱部とを支持するための基板と、
前記プレートを前記基板から離して前記キャビティ上に支持する支持部と、
をさらに備え、
前記プレートは導電膜からなり、
前記プレートの前記中央部に接合孔が形成され、
前記プレートの前記中央部の外側に音孔が形成され、
前記ダイヤフラムは、前記柱部によって前記プレートと前記基板との間に支持され、
前記ダイヤフラムの外周部の前記プレートと反対側の面と前記基板の前記キャビティの縁部との間に環状の音響抵抗空間が形成され、
前記柱部は、前記ダイヤフラムに密着し前記振動電極と導通し前記接合孔を通る導電性の芯部と、前記芯部の周囲に形成され前記プレートの前記接続孔の壁面に密着し前記プレートと前記芯部とを絶縁しているジャケット部とを有する、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のコンデンサマイクロホン。
【請求項８】
前記基板上に前記ダイヤフラムを形成し、
前記基板上と前記ダイヤフラム上とに前記支持部及び前記ジャケット部を構成するための絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜上に前記プレートを形成し、
前記プレートの前記接続孔から露出している前記絶縁膜に前記ダイヤフラムまで達する孔を形成し、
前記孔の内部に前記芯部を形成し、
前記プレートの前記音孔からエッチング液を導入することにより前記絶縁膜を侵蝕することにより前記絶縁膜の残部で構成される前記支持部と前記ジャケット部とを形成する、
ことを含む請求項７に記載のコンデンサマイクロホンの製造方法。
【請求項９】
前記柱部の軸方向延長範囲内に形成され前記静止電極と信号処理回路とを接続するためのパッドをさらに備える、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のコンデンサマイクロホン。
【請求項１０】
キャビティの側壁面を形成しているとともに前記プレートと前記ダイヤフラムと前記柱部とを支持するための基板と、
前記基板上に形成されている導電膜からなり前記振動電極と前記信号処理回路との接続を中継している中継膜と、
をさらに備え、
前記ダイヤフラムは、前記プレートと反対側に突出し凸面に前記中継膜が密着し凹面に前記柱部が密着している突部として前記中央部が形成されている導電膜からなり、
前記ダイヤフラムの外周部と前記中継膜との間に環状の音響抵抗空間が形成され、
前記中継膜の前記ダイヤフラムの外周部より内側の前記キャビティに被さっている領域に通孔が形成され、
前記プレートは、前記柱部によって前記ダイヤフラムの前記基板と反対側に支持され、
前記プレートに音孔が形成されている、
請求項９に記載のコンデンサマイクロホン。
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【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明はコンデンサマイクロホン及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ製造プロセスによって製造されるコンデンサマイクロホンは、薄膜の積層により構造を形成できるため、機械加工によって製造されるコンデンサマイクロホンに比べて小型にすることができる。
【０００３】
しかし、薄膜を堆積によって形成すると内部応力のある薄膜が形成されるため、特許文献１に記載されているようにダイヤフラムの外周全部が固定されている場合には、内部応力によってダイヤフラムのヤング率が高くなり音波に対する振幅が小さくなるという問題がある。また、その場合、ダイヤフラムの外周近傍がほとんど振動しないため、実質的にはダイヤフラムの外周近傍は寄生容量を形成することになり、感度の低下を招く。
【０００４】
非特許文献１には、ダイヤフラムの外周端が自由端として構成される音源定位センサが開示されている。しかし、この音源定位センサは、ダイヤフラムの同相振動を抑制しその逆相振動を強調する構成であるため、マイクロホンとしての感度は低い。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２２３４９９号公報
【非特許文献１】第１８回センシングフォーラムシンポジウム「ヤドリバエを模倣した超小型音源定位センサの理論と実験」、小野順貴、平田飛仙、安藤繁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、コンデンサマイクロホンの感度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンは、静止電極を形成しているプレートと、前記静止電極に対する振動電極を形成し、外周端が自由端であるダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの中央部と前記プレートとがいずれもそれぞれの表面と平行な軸周りに回転不能に固定されている柱部と、を備える。
このコンデンサマイクロホンによると、ダイヤフラムの外周端が自由端であるため、ダイヤフラムの形成時に内部応力が生ずるとしても、ダイヤフラムの変形によって内部応力が緩和されるため、感度が向上する。また、このコンデンサマイクロホンによると、ダイヤフラムの中央部とプレートとがいずれも回転不能に柱部に固定されているため、ダイヤフラムをプレートに対して相対的に固定するための構造自体によってダイヤフラムの逆相振動が強調されることはない。
【０００８】
（２）上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンにおいて、前記ダイヤフラムの前記柱部との結合部近傍の環状領域内の曲げ剛性は、前記ダイヤフラムの前記柱部との結合部近傍よりも外側の環状領域内の曲げ剛性よりも低くてもよい。
このようにコンデンサマイクホロンが構成される場合、ダイヤフラムの逆相振動が抑制され、ダイヤフラムの外周近傍の振幅が大きくなるため、さらに感度が向上する。
【０００９】
（３）上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンにおいて、前記振動電極は前記ダイヤフラムの外周近傍において環状に形成されていてもよい。
このようにコンデンサマイクロホンが構成される場合、ダイヤフラムの振幅が小さい領域に形成される寄生容量が低減されるため、さらに感度が向上する。
【００１０】
（４）上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンにおいて、前記静止電極は前記プレートの外周近傍において環状に形成されていてもよい。
このようにコンデンサマイクロホンが構成される場合、ダイヤフラムの振幅が小さい領域に形成される寄生容量が低減されるため、さらに感度が向上する。
【００１１】
（５）全体が導電膜で構成されているダイヤフラムと全体が導電膜で構成されているプレートとをそれぞれの外周が固定されるようにコンデンサマイクロホンを構成する場合、ダイヤフラムを構成している導電膜とプレートを構成している導電膜にはそれらを固定するための絶縁物を間に挟んで対向する領域が静止電極と振動電極で構成される電極対の外周を囲むように存在することになる。またそのような領域とは別の領域において、対向電極と外部回路とを接続するためのパッドが絶縁物を間に挟んで導電膜と対向する。したがって、このような構成の場合、これらの領域において寄生容量が形成されることになる。
【００１２】
そこで、上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンは、前記柱部の軸方向延長範囲内に形成され前記振動電極と信号処理回路とを接続するためのパッドをさらに備えてもよい。
このようにコンデンサマイクロホンを構成することにより、ダイヤフラムがプレートに対して相対的に固定されている領域である柱部の軸方向延長範囲内に振動電極と信号処理回路とを接続するためのパッドが位置するため、寄生容量を低減することができる。
【００１３】
（６）上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンは、キャビティの側壁面を形成しているとともに前記プレートと前記ダイヤフラムと前記柱部とを支持するための基板をさらに備えてもよく、前記柱部は、前記プレートの前記中央部の前記基板と反対側の面と前記ダイヤフラムの前記中央部とに密着していてもよく、前記パッドは、前記ダイヤフラムの前記柱部との密着領域の裏側に密着している導電膜からなってもよく、前記プレートの外周部と前記ダイヤフラムの外周部との間に環状の音響抵抗空間が形成されていてもよく、前記プレートの前記外周部より内側の前記キャビティに被さっている領域に通孔が形成されていてもよい。
このようにコンデンサマイクロホンが構成される場合、キャビティの内圧と大気圧がプレートの通孔と音響抵抗空間とを介して平衡するため、大気圧変動に感度が影響されることもなく、大気圧変動による破壊が起こることもない。また、プレートの外周部とダイヤフラムの外周部との間に形成される環状の音響抵抗空間の形状を薄く幅広く設定することにより、検出対象波長領域における感度低下を抑制できる。
【００１４】
（７）上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンは、キャビティの側壁面を形成しているとともに前記プレートと前記ダイヤフラムと前記柱部とを支持するための基板と、前記プレートを前記基板から離して前記キャビティ上に支持する支持部と、をさらに備えてもよく、前記プレートは導電膜からなってもよく、前記プレートの前記中央部に接合孔が形成されてもよく、前記プレートの前記中央部の外側に音孔が形成されてもよく、前記ダイヤフラムは、前記柱部によって前記プレートと前記基板との間に支持されてもよく、前記ダイヤフラムの外周部の前記プレートと反対側の面と前記基板の前記キャビティの縁部との間に環状の音響抵抗空間が形成されてもよく、前記柱部は、前記ダイヤフラムに密着し前記振動電極と導通し前記接合孔を通る導電性の芯部と、前記芯部の周囲に形成され前記プレートの前記接続孔の壁面に密着し前記プレートと前記芯部とを絶縁しているジャケット部とを有してもよく、前記パッドは、前記芯部の端面に密着している導電膜からなってもよい。
このようにコンデンサマイクロホンが構成される場合、キャビティの内圧と大気圧が音響抵抗空間を介して平衡するため、大気圧変動に感度が影響されることもなく、大気圧変動による破壊が起こることもない。また、プレートの外周部とダイヤフラムの外周部との間に形成される環状の音響抵抗空間の形状を薄く幅広く設定することにより、検出対象波長領域における感度低下を抑制できる。
【００１５】
（８）このように構成されるコンデンサマイクロホンの製造方法は、前記基板上に前記ダイヤフラムを形成し、前記基板上と前記ダイヤフラム上とに前記支持部及び前記ジャケット部を構成するための絶縁膜を形成し、前記絶縁膜上に前記プレートを形成し、前記プレートの前記接続孔から露出している前記絶縁膜に前記ダイヤフラムまで達する孔を形成し、前記孔の内部に前記芯部を形成し、前記プレートの前記音孔からエッチング液を導入することにより前記絶縁膜を侵蝕することにより前記絶縁膜の残部で構成される前記支持部と前記ジャケット部とを形成する、ことを含んでもよい。
【００１６】
（９）上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンは、前記柱部の軸方向延長範囲内に形成され前記静止電極と信号処理回路とを接続するためのパッドをさらに備えてもよい。
このようにコンデンサマイクロホンを構成することにより、ダイヤフラムがプレートに対して相対的に固定されている領域である柱部の軸方向延長範囲内に静止電極と信号処理回路とを接続するためのパッドが位置するため、寄生容量を低減することができる。
【００１７】
（１０）上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンは、キャビティの側壁面を形成しているとともに前記プレートと前記ダイヤフラムと前記柱部とを支持するための基板と、前記基板上に形成されている導電膜からなり前記振動電極と前記信号処理回路との接続を中継している中継膜と、をさらに備えてもよく、前記ダイヤフラムは、前記プレートと反対側に突出し凸面に前記中継膜が密着し凹面に前記柱部が密着している突部として前記中央部が形成されている導電膜からなってもよく、前記ダイヤフラムの外周部と前記中継膜との間に環状の音響抵抗空間が形成されてもよく、前記中継膜の前記ダイヤフラムの外周部より内側の前記キャビティに被さっている領域に通孔が形成されていてもよく、前記プレートは、前記柱部によって前記ダイヤフラムの前記基板と反対側に支持されてもよく、前記プレートに音孔が形成されていてもよい。
このようにコンデンサマイクロホンが構成される場合、キャビティの内圧と大気圧が中継膜の通孔と音響抵抗空間を介して平衡するため、大気圧変動に感度が影響されることもなく、大気圧変動による破壊が起こることもない。また、ダイヤフラムの外周部と中継膜との間に形成される環状の音響抵抗空間の形状を薄く幅広く設定することにより、検出対象波長領域における感度低下を抑制できる。
【００１８】
尚、請求項において「〜上に」というときは、技術的な阻害要因がない限りにおいて「上に中間物を介在させずに」と「〜上に中間物を介在させて」の両方を意味する。また、請求項に記載された動作の順序は、技術的な阻害要因がない限りにおいて記載順に限定されず、同時に実行されても良いし、記載順の逆順に実行されても良いし、連続した順序で実行されなくても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。各実施形態において対応している構成要素には共通の符号を付し、重複する説明は省略する。
１．第一実施形態：
図１、図２Ａ、図２Ｂは、それぞれ本発明のコンデンサマイクロホンの第一実施形態を示す断面図、上面図、底面図である。図１の切断面は図２Ａに矢印で示されている。各図に示すようにコンデンサマイクロホン１は、静止電極を形成しているプレート２８、静止電極に対する振動電極を形成しているダイヤフラム２０、プレート２８上にダイヤフラム２０を支持する柱部１８などを備え、実装基板１１に接着などによって固定されている。
【００２０】
プレート２８は導電膜で構成され、部分的に絶縁膜１２を間に挟んで基板１０上に固定されている。図示されているプレート２８の輪郭は円形であるが、円形である必要はない。プレート２８の厚さは例えば２μｍ程度、直径は例えば１ｍｍ程度である。
【００２１】
プレート２８のキャビティ３０に被さっている領域には複数の通孔２６が形成されている。通孔２６は、基板１０によって側壁面３２が形成されているキャビティ３０を大気に対して開放している。プレート２８とダイヤフラム２０との間隔は非常に狭いため、ダイヤフラム２０が振動するとダイヤフラム２０とプレート２８との間の空間において圧力変動が生ずる。この圧力変動はコンデンサマイクロホン１によって検出しようとしている音波によるダイヤフラム２０の振動を妨げる反力として作用する。プレート２８の通孔２６は、ダイヤフラム２０とプレート２８との間の空間とその空間よりも十分大きなキャビティ３０とを連絡しているため、ダイヤフラム２０とプレート２８との間の空間における圧力変動を緩和する。
【００２２】
そして、プレート２８の通孔２６が形成されている領域よりも外側の環状領域とダイヤフラム２０との間には薄く扁平な音響抵抗空間２４が形成されている。キャビティ３０の内圧は音響抵抗空間２４と通孔２６とを介して大気圧と平衡する。一方、ダイヤフラム２０のプレート２８と反対側の面に到達する検出対象の音波はダイヤフラム２０のプレート２８側の面にも到達する。ダイヤフラム２０のプレート２８側の面に到達した音波は、コンデンサマイクロホン１の感度を低下させる。そこで、音響抵抗空間２４の音響抵抗が検出対象波長領域において高くなるように、環状の音響抵抗空間２４の高さ（Ｈ）と幅（Ｗ）とが適切な値に設定される。具体的には、幅（Ｗ）を大きく、高さ（Ｈ）を小さく設定するほど、低い周波数領域までコンデンサマイクロホン１の感度が良好に保たれる。
【００２３】
プレート２８を構成している導電膜は、信号処理回路とワイヤーボンディングなどにより電気的に接続されるパッド１６と静止電極とを導通させるリード３４をも構成している。
【００２４】
柱部１８は、プレート２８に一端面が密着し、ダイヤフラム２０の中央部に他端面が密着している絶縁膜で構成されている。柱部１８は例えば円柱形であって、ダイヤフラム２０をプレート２８から離して基板１０上においてプレート２８と実質的に平行な姿勢に支持している。ダイヤフラム２０とプレート２８との間隔（Ｈ）は例えば２〜４μｍに設定される。柱部１８とプレート２８とダイヤフラム２０との接合面の面積は、ダイヤフラム２０の逆相振動を抑制するため、プレート２８及びダイヤフラム２０が回転できない程度に広く設定される。例えば柱部１８の半径はダイヤフラム２０の半径に対して１／１５〜１／２０に設定される。尚、柱部１８の形状は円柱に限られるものではもちろんない。
【００２５】
ダイヤフラム２０は、円形の導電膜で構成されている。ダイヤフラム２０の輪郭は円形でなくともよいが、後述する音響抵抗を増大させるためには円形であることが望ましい。ダイヤフラム２０はプレート２８に比べて十分薄い膜からなるため、音波を受けるとプレート２８に対して相対的に振動する。すなわち、導電膜からなるダイヤフラム２０によって形成される電極（振動電極）が導電膜からなるプレート２８によって形成される電極（静止電極）を基準とする座標系において振動することにより、コンデンサマイクロホン１の静電容量が変化する。ダイヤフラム２０の厚さは例えば０．６〜１μｍに設定される。ダイヤフラム２０の直径はプレート２８の直径と同等以下に設定され、例えば直径が１〜１．５ｍｍに設定される。
【００２６】
ダイヤフラム２０の膜厚が薄くなるほどその振幅は大きくなり、コンデンサマイクロホン１の感度は上がる。そこで、強度を確保しながらダイヤフラム２０の振幅を大きくするため、ダイヤフラム２０の柱部１８との結合部近傍の環状領域内の曲げ剛性を外周近傍の環状領域内の曲げ剛性よりも低く設定しても良い。この構成はダイヤフラム２０の外周部の振動状態における姿勢をプレート２８の表面に対して平行に近づけて逆相振動を抑制し、その結果、容量変化を増大させるという効果ももたらす。
【００２７】
例えば、図３Ａに示すように柱部１８との結合部近傍の環状領域内においてダイヤフラム２０に同心円状の起伏からなるバネ構造を形成しても良い。また例えば、図３Ｂに示すように、ダイヤフラム２０の柱部１８との結合部近傍の環状領域内の膜厚を外周部に比べて薄くしてもよい。また例えば、図３Ｃに示すように、ダイヤフラム２０を構成している導電膜の柱部１８との結合部近傍の環状領域内に孔２１を形成し、外周部を構成している導電膜よりもヤング率の小さい材料、例えば樹脂２３などで孔２１を埋めても良い。また例えば、柱部１８との結合部近傍の環状領域と外周近傍の環状領域とにおいてアニール温度を変えて柱部１８との結合部近傍の環状領域を外周近傍の環状領域よりも柔らかく形成しても良い。
【００２８】
ダイヤフラム２０は、中央部が柱部１８に固定され、外周端が自由端であるため、柱部１８の近傍領域では振幅が小さく、柱部１８から外周端に近づくほど振幅が大きくなる。コンデンサマイクロホン１を基板１０の表面に対して垂直な方向から見るとき（図４Ａ参照）、ダイヤフラム２０の振幅が小さい領域によって容量が形成されている場合には、その容量は感度を低下させる要因（寄生容量）となる。そこで、ダイヤフラム２０の振幅が小さい領域内の容量を低減するため、ダイヤフラム２０の外周近傍の環状領域４０においてのみ静止電極と振動電極とを対向させる構成を採用しても良い。
【００２９】
例えばパッド２２と外周近傍の環状領域４０との導通領域４２と、外周近傍の環状領域４０とにおいては図４Ｂに示すように不純物濃度が高い多結晶Ｓｉ膜５０でダイヤフラム２０を構成し、柱部１８に近い領域４１においては不純物濃度が非常に低い多結晶Ｓｉ膜５２でダイヤフラム２０を構成しても良い。また例えば図４Ｃに示すように、導電膜５４と絶縁膜５６とを一部重ねてダイヤフラム２０を構成しても良い。また例えば、図４Ｄに示すように、ダイヤフラム２０の外周近傍の環状領域４０においてはプレート２８を導電膜５８と絶縁膜６０とで構成し、柱部１８に近い領域４１においてはプレート２８を絶縁膜６０のみで構成しても良い。
【００３０】
ところで、ダイヤフラム２０の内部応力はダイヤフラム２０のヤング率を増大させ、その結果コンデンサマイクロホン１の感度を低下させる。しかし、本実施形態によると、ダイヤフラム２０は中央部のみが固定されており、外周端が自由端であるため、たとえダイヤフラム２０を構成する膜の堆積時やアニール時に内部応力が生じるとしても、その内部応力はダイヤフラム２０が成膜後に径方向に変形することにより減少する。すなわち、本実施形態の構成は、外周全体が固定されているダイヤフラムに比べ、ダイヤフラム２０の内部応力が小さくなるため、コンデンサマイクロホン１の感度を高めることができる。
【００３１】
ダイヤフラム２０のプレート２８と反対側の面の中央部にはパッド２２が密着している。パッド２２はダイヤフラム２０が形成している振動電極と信号処理回路とを電気的に接続するための例えばＡｌ等の導電膜からなる。
【００３２】
ここで、本実施形態のようにダイヤフラム２０が中央部において柱部１８に固定され、柱部１８の軸方向（ダイヤフラム２０と垂直な方向）延長範囲内にパッド２２が形成されている場合と、ダイヤフラムの外周が固定され振動電極と信号処理回路とを接続するパッドがダイヤフラムの外側に形成されている場合とを比較する。
【００３３】
後者の場合、ダイヤフラムを構成している導電膜の外周部が絶縁膜に接合され、その絶縁膜を間に挟んでプレートを構成している導電膜と向かい合う。振動するダイヤフラムの上にパッドを形成することは不可能であるため、パッドはダイヤフラムを構成している導電膜のダイヤフラムから離れた領域によって形成される。したがって、ダイヤフラムを構成している導電膜とプレートを構成している導電膜とは、パッドの形成されている領域においても絶縁膜を間に挟んで向かい合う。このように、ダイヤフラムとプレートを構成している導電膜の振動しない領域が絶縁膜を間に挟んで向かい合う場合、その領域によって寄生容量が形成される。
【００３４】
これに対し、本実施形態のように構成されている場合、ダイヤフラムが固定されている領域とパッドが形成されている領域とがともに柱部１８の軸方向延長範囲内にあって一致しているため、寄生容量が形成される領域が小さくなる。
【００３５】
・製造方法
図５及び図６は、上述のコンデンサマイクロホン１の製造工程を示す断面図である。図５及び図６においてはウェハの１チップ領域内が断面図として示されている。
【００３６】
はじめに、単結晶Ｓｉウェハなどの基板１００の上にエッチストッパ膜１０２を形成する。エッチストッパ膜１０２は後述するＤｅｅｐ−ＲＩＥの終点制御のための膜であって、例えばＣＶＤによって形成されるＳｉＯ２からなる膜である。
次にリソグラフィで形成するレジストマスクのパターンをエッチストッパ膜１０２にウェットエッチングによって転写することにより、プレート２８を基板１０に接合するための通孔１０５を形成する。
【００３７】
次に図５Ａに示すように、エッチストッパ膜１０２の上にプレート２８等を構成するための導電膜１０４を形成する。導電膜１０４は例えばＰを高濃度にドープした多結晶Ｓｉからなる膜である。
次に、リソグラフィで形成するレジストマスクのパターンをＲＩＥで導電膜１０４に転写することによりプレート２８、通孔２６及びリード３４を形成する。
【００３８】
次に、パターニングされた導電膜１０４の上にエッチストッパ膜１０２と同じ組成の絶縁膜１０６を図５Ｂに示すように形成する。絶縁膜１０６はプレート２８の上にダイヤフラム２０を固定する柱部１８を構成するための膜であって、例えばＳｉＯ２からなる膜である。
【００３９】
次に図５Ｃに示すように、絶縁膜１０６の上に導電膜を形成し、リソグラフィで形成するレジストマスクのパターンをＲＩＥでその導電膜に転写することによりダイヤフラム２０を形成する。ダイヤフラム２０を構成する導電膜は例えばＰを高濃度にドープした多結晶Ｓｉからなる膜である。
【００４０】
次に図５Ｄに示すように、リソグラフィで形成するレジストマスクのパターンを絶縁膜１０６にＲＩＥで転写する。この工程は、リード３４の上にパッド１６を形成するために実施される。
【００４１】
次に図６Ａに示すように、リソグラフィで形成するレジストマスクの開口内にスパッタで膜を堆積することにより、ダイヤフラム２０の上とリード３４の上とにそれぞれパッド２２、パッド１６を形成する。
【００４２】
次に図６Ｂに示すように、中間物の両面をレジスト１０８で被覆し、基板１００の下面側においてリソグラフィでレジスト１０８に開口を形成し、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥによって基板１００に通孔を形成することによりキャビティ３０の側壁面３２を形成する。
【００４３】
次に、レジスト１０８を除去し、基板１００の上面全体を新たなレジストで保護した状態でエッチストッパ膜１０２及び絶縁膜１０６を例えばＨＦエッチャントにより図６Ｃに示すようにウェットエッチングし、レジストを除去する。本工程では、通孔２６からエッチャントがプレート２８とダイヤフラム２０の間に進入し、設計通りの柱部１８が残存するように終点制御される。このため、通孔２６の配置や大きさや形状は柱部１８の形状やプレート２８とダイヤフラム２０の間隔などと密接に関連する。
【００４４】
最後に、基板１００をダイシングにより分断すると、コンデンサマイクロホン１が完成する。
【００４５】
２．第二実施形態：
図７Ａ、図７Ｂは、それぞれ本発明のコンデンサマイクロホンの第二実施形態を示す断面図、上面図である。図７Ａの切断面は図７Ｂに矢印で示されている。図７Ａに示すように、コンデンサマイクロホン２は、ダイヤフラム２０が柱部１８によってプレート２８と基板１０の間に支持されている構造である。
【００４６】
プレート２８は、導電膜１０４と絶縁膜１１０とで構成され、基板１０の上に環状の支持部６８によって支持されている。支持部６８はエッチストッパ膜１２と絶縁膜１０６とで構成されている。プレート２８の中央部には柱部１８が貫通している接合孔６５が形成されている。プレート２８の接合孔６５の周囲には複数の音孔７２が形成されている。音波は音孔７２からコンデンサマイクロホン２の内部に進入し、ダイヤフラム２０を振動させる。
絶縁膜１１０の中央部には環状突部６２が形成されており、環状突部６２はプレート２８の接合孔６５の側壁に密着している。
【００４７】
プレート２８の絶縁膜１１０の上には振動電極と信号処理回路とを接続するためのリード７０が形成されている。リード７０と芯部６４とは同じ導電膜で構成されており、絶縁膜１１０の環状突部６２の内部に突出している導電膜の突部が芯部６４を構成している。リード７０はプレート２８の中央部から支持部６８の上まで延びている。リード７０の支持部６８上にある端部にはパッド２２が接合されている。
【００４８】
芯部６４は絶縁膜１１０の環状突部６２の内壁に密着し、基板１０側に突出している。芯部６４のプレート２８から突出している部分の周囲には絶縁膜１０６が密着している。芯部６４と、その周囲を覆っている絶縁膜１１０の環状突部６２と絶縁膜１０６とが柱部１８を構成している。芯部６４の周囲を覆っている絶縁膜１０６が特許請求の範囲に記載されたジャケット部に相当する。
【００４９】
ダイヤフラム２０は、その中央部が柱部１８の基板１０側の端面に密着し、柱部１８によってプレート２８と基板１０との間に支持されている。プレート２８とダイヤフラム２０とは、柱部１８の側壁を構成している絶縁膜１０６及び絶縁膜の環状突部６２とによって絶縁されている。リード７０を構成している導電膜の突部である芯部６４の端面がダイヤフラム２０に密着しているため、ダイヤフラム２０は芯部６４及びリード７０を介してパッド２２と電気的に接続されている。
環状の音響抵抗空間２４は、ダイヤフラム２０の外周部と基板１０との間に形成される。音響抵抗空間２４の高さ（Ｈ）はエッチストッパ膜１２の膜厚によって設定される。
【００５０】
・製造方法
図８及び図９は、上述のコンデンサマイクロホン２の製造工程を示す断面図である。図８及び図９においてはウェハの１チップ領域内が断面図として示されている。尚、図９Ａ及び図９Ｃの切断面は、図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ及び図９Ｂの切断面と異なっている。
【００５１】
はじめに図８Ａに示すように、単結晶Ｓｉウェハなどの基板１００の上にエッチストッパ膜１０２を形成した後、導電膜からなるダイヤフラム２０をエッチストッパ膜１０２の上に形成する。
【００５２】
次に図８Ｂに示すように、柱部１８と支持部６８とを構成するための絶縁膜１０６をエッチストッパ膜１０２の上とダイヤフラム２０の上とに形成する。続いて、プレート２８を構成するための導電膜１０４を絶縁膜１０６の上に形成し、リソグラフィで形成するレジストマスクのパターンをＲＩＥで導電膜１０４に転写することにより音孔７２及び接合孔６５を形成する。
【００５３】
次に図８Ｃに示すように、導電膜１０４の上と、接合孔６５から露出している絶縁膜１０６の上とにプレート２８を構成するための絶縁膜１１０を形成し、リソグラフィで形成するレジストマスクのパターンを転写することにより、環状突部６２を形成して絶縁膜１０６を露出させるとともに、パッド１６に対応する通孔１０５を形成する。
【００５４】
次に図８Ｄに示すように、リソグラフィで形成するレジストマスクを用いて、環状突部６２の内側に露出している絶縁膜１０６にダイヤフラム２０まで達する通孔１１３をＲＩＥで形成する。このとき、絶縁膜１０６の音孔７２から露出している部分もエッチングしても良い。
【００５５】
次に図９Ａに示すように、ＣＶＤでタングステンなどを中間物の片面全体に堆積させ、絶縁膜１１０の環状突部６２の内側と絶縁膜１０６の通孔１１３の内側とに芯部６４を形成する。続いてリソグラフィで形成するレジストマスクのパターンをＲＩＥで導電膜に転写することによりリード７０を形成する。続いてリード７０の端部の上にパッド２２を、通孔１０５の中にパッド１６をそれぞれ形成する。
【００５６】
次に図９Ｂに示すように、中間物の両面をレジスト１０８で被覆し、基板１００の下面側においてリソグラフィでレジスト１０８に開口を形成し、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥによって基板１００にキャビティ３０の側壁面３２を形成する。
【００５７】
次に図９Ｃに示すように、エッチストッパ膜１０２及び絶縁膜１０６をＨＦエッチャントにより一部除去する。本工程では、音孔７２及びキャビティ３０からＨＦエッチャントが進入し、設計通りの柱部１８が残存するように終点制御される。
【００５８】
最後に、基板１００をダイシングにより分断すると、コンデンサマイクロホン２が完成する。
【００５９】
３．第三実施形態：
図１０は、本発明のコンデンサマイクロホンの第三実施形態を示す断面図である。図１０に示すように、コンデンサマイクロホン３は、キャビティ３０が中継膜８２によって仕切られ、中継膜８２の上に中央部が密着しているダイヤフラム２０の上にプレート２８が柱部１８によって支持されている構成である。
【００６０】
中継膜８２は、第一実施形態におけるプレート２８及びリード３４を構成する導電膜と実質的に同一構成の導電膜からなり、エッチストッパ膜１２を間に挟んで基板１０上に支持されている。中継膜８２のキャビティ３０に被さっている領域にはキャビティ３０の内圧を大気圧と平衡させるための通孔８０が形成されている。中継膜８２には、導電膜からなるダイヤフラム２０によって構成される振動電極と信号処理回路とを接続するためのパッド２２が接合されている。
【００６１】
ダイヤフラム２０の中央部には、凸面に中継膜８２が密着している突部が形成されている。ダイヤフラム２０の外周部と中継膜８２の間には環状の音響抵抗空間２４が形成されている。
ダイヤフラム２０の中央部の凹面には柱部１８の端面が密着している。柱部１８のダイヤフラム２０と反対側の端面にはプレート２８の中央部が密着している。
【００６２】
プレート２８には、音波を通過させるための音孔７２が複数形成されている。音孔７２を通過した音波はダイヤフラム２０を振動させる。
プレート２８の中央部には、導電膜からなるプレート２８によって構成される静電電極と信号処理回路とを接続するためのパッド１６が密着している。
【００６３】
プレート２８とダイヤフラム２０とが柱部１８によって中央部同士で連結され、パッド１６が柱部１８の軸方向延長範囲内に形成されているため、プレートとダイヤフラムとが外周部同士で連結されている構成に比べ、コンデンサマイクロホン３の寄生容量が小さくなっている。
【００６４】
・製造方法
図１１、図１２及び図１３は、上述のコンデンサマイクロホン１の製造工程を示す断面図である。図１１、図１２及び図１３においてはウェハの１チップ領域内が断面図として示されている。
【００６５】
はじめに図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、第一実施形態のプレート２８を形成する工程と同一の工程を実施して基板１００上にエッチストッパ膜１０２と中継膜８２を形成し、続いて絶縁膜１０６を形成する。
【００６６】
次に図１１Ｂに示すように、中継膜８２にダイヤフラム２０を密着させるための通孔１０７を絶縁膜１０６に形成する。このとき、ドライエッチングを用いても、ウェットエッチングを用いても良い。
【００６７】
次に図１１Ｃに示すように、絶縁膜１０６の上と通孔１０７から露出している中継膜８２の上とにダイヤフラム２０を形成する。
【００６８】
次に図１１Ｄに示すように、絶縁膜１０６の上とダイヤフラム２０の上とに絶縁膜１０９を形成する。この絶縁膜１０９は柱部１８を構成するための膜である。続いて絶縁膜１０９の上にプレート２８を形成する。
【００６９】
次に図１２Ａ、図１２Ｂに示すように、絶縁膜１０６と絶縁膜１０９の一部を除去し、プレート２８の上と、中継膜８２の上とにそれぞれパッド１６、パッド２２を形成する。
【００７０】
次に図１３Ａに示すように、レジスト１０８を用いて基板１００にキャビティ３０の側壁面３２を形成する。
【００７１】
次に、ＨＦエッチャントを用いてエッチストッパ膜１０２と絶縁膜１０６と絶縁膜１０９とをウェットエッチングする。本工程では、通孔８０から進入するＨＦエッチャントが主に絶縁膜１０６を除去し、音孔７２から進入するＨＦエッチャントが主に絶縁膜１０９を除去し、設計通りの柱部１８が残存するように終点制御される。
【００７２】
最後に、基板１００をダイシングにより分断すると、コンデンサマイクロホン３が完成する。
【００７３】
以上、本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明は、上記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、本発明の第二実施形態であるコンデンサマイクロホン２においてリード７０をなくし、柱部１８の芯部６４の真上にパッド２２を接合しても良い。また上述した製造工程において、膜の組成、成膜方法、膜の輪郭形成方法、工程順序などは、コンデンサマイクロホンを構成しうる物性を持つ膜材料の組み合わせや、膜厚や、要求される輪郭形状精度などに応じて適宜選択されるものであって、特に限定されない。例えば、図５Ａに示すエッチストッパ膜１０２を単結晶Ｓｉウェハの部分的な熱酸化によって形成すれば、エッチストッパ膜１０２に通孔１０５を形成する工程は不要になる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】第一実施形態にかかる断面図。
【図２】分図２Ａは第一実施形態にかかる上面図。分図２Ｂは第一実施形態にかかる底面図。
【図３】第一実施形態にかかる断面図。
【図４】分図４Ａは第一実施形態にかかる模式図。分図４Ｂ、４Ｃ、４Ｄは第一実施形態にかかる断面図。
【図５】第一実施形態にかかる断面図。
【図６】第一実施形態にかかる断面図。
【図７】分図７Ａは第二実施形態にかかる断面図。分図７Ｂは第二実施形態にかかる上面図。
【図８】第二実施形態にかかる断面図。
【図９】第二実施形態にかかる断面図。
【図１０】第三実施形態にかかる断面図。
【図１１】第三実施形態にかかる断面図。
【図１２】第三実施形態にかかる断面図。
【図１３】第三実施形態にかかる断面図。
【符号の説明】
【００７５】
１、２、３：コンデンサマイクロホン、１０：基板、１６：パッド、１８：柱部、２０：ダイヤフラム、２２：パッド、２４：音響抵抗空間、２６：通孔、２８：プレート、３０：キャビティ、３２：側壁面、３４：リード、６４：芯部、６５：接合孔、６８：支持部、７０：リード、７２：音孔、８０：通孔、８２：中継膜、１００：基板、１０２：エッチストッパ膜、１０４：導電膜、１０５：通孔、１０５：開口、１０６：絶縁膜、１０７：通孔、１０８：レジスト、１０９：絶縁膜、１１０：絶縁膜、１１３：通孔
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４０７５
【氏名又は名称】ヤマハ株式会社
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| 【出願日】 |
平成１８年６月２６日（２００６．６．２６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１１７３９６
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 大
【識別番号】１００１１７４６６
【弁理士】
【氏名又は名称】岩上 渉
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| 【公開番号】 |
特開２００８−５４４０（Ｐ２００８−５４４０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成２０年１月１０日（２００８．１．１０） |
| 【出願番号】 |
特願２００６−１７５７９７（Ｐ２００６−１７５７９７） |
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