JP2008244752A - Electrostatic pressure transducer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は静電型圧力変換器およびその製造方法に関し、特にマイクロホンとして好適な静電型圧力変換器に関する。 The present invention relates to an electrostatic pressure transducer and a method for manufacturing the same, and more particularly to an electrostatic pressure transducer suitable as a microphone.
従来、半導体製造プロセスを応用して製造される微小な静電型圧力変換器として例えば所謂シリコンマイクロホンが知られている。特許文献1に記載された静電型圧力変換器では、相対的に剛性の高い電極プレートと相対的に剛性の低いダイヤフラムとによって一対の対向電極が形成されている。また電極プレートとダイヤフラムとの間隙は、バイアス電圧による電界によってダイヤフラムが電極プレートに引きつけられると狭まり、電極プレートに形成されている凸部にダイヤフラムが接触することによって維持される。
しかし特許文献1に記載された静電型圧力変換器には次に述べる問題がある。すなわち、電極プレートとダイヤフラムとの間隔が狭いほど感度は高まるものの、加圧によって撓んだダイヤフラムがバイアス電圧によって電極プレートに吸着するプルイン現象が起こりやすくなるため機械的振動に対する安定性や定格圧力が低くなるという問題がある。また、ダイヤフラムが電極プレートに引き付けられると、ダイヤフラムと基板との間隔が広がるため、基板に形成されているバックキャビティに通じる空間の音響抵抗が小さくなり、低域の感度が下がるという問題がある。
However, the electrostatic pressure transducer described in
本発明は、これらの問題に鑑みて創作されたものであって、静電型圧力変換器の安定性と感度を高いレベルでバランス良く両立させることを目的とする。 The present invention has been created in view of these problems, and an object of the present invention is to balance the stability and sensitivity of an electrostatic pressure transducer at a high level with a good balance.
(1)上記目的を達成するための静電型圧力変換器は、基板と、前記基板上の堆積膜からなる電極プレートと、前記電極プレートとの間に間隙のある堆積膜からなるとともに前記間隙を間において前記電極プレートと対向する対向電極を形成しているダイヤフラムと、前記ダイヤフラムより前記電極プレートに近い層に堆積した堆積膜からなるとともに内部応力によって基端部から先端部に向かって前記ダイヤフラムに接近する方向に撓んだ状態で前記ダイヤフラムを押し込んでいる片持梁と、を備える。
この静電型圧力変換器によると、電極プレートとダイヤフラムを構成する膜を堆積した製造過程の状態よりも、電極プレートとダイヤフラムとの間隔が片持梁の内部応力によって広がっている。このため、この静電型圧力変換器によると、電極プレートとダイヤフラムを構成する膜を堆積した製造過程の状態における電極プレートとダイヤフラムの間隔が維持されている静電型圧力変換器に比べて安定性が高くなる。
(1) An electrostatic pressure transducer for achieving the above object comprises a substrate, an electrode plate comprising a deposited film on the substrate, and a deposited film having a gap between the electrode plate and the gap. A diaphragm forming a counter electrode facing the electrode plate, and a deposited film deposited in a layer closer to the electrode plate than the diaphragm, and the diaphragm from the base end portion toward the tip end portion due to internal stress And a cantilever beam that pushes in the diaphragm in a state of being bent in a direction approaching.
According to this electrostatic pressure transducer, the distance between the electrode plate and the diaphragm is expanded by the internal stress of the cantilever rather than the state of the manufacturing process in which the film constituting the electrode plate and the diaphragm is deposited. For this reason, this electrostatic pressure transducer is more stable than the electrostatic pressure transducer in which the distance between the electrode plate and the diaphragm is maintained in the state of the manufacturing process in which the film constituting the electrode plate and the diaphragm is deposited. Increases nature.
(2)上記目的を達成するための静電型圧力変換器において、前記基板はバックキャビティの開口を形成し、かつ、前記電極プレートを形成している堆積膜は第一通気孔を有し、かつ、前記バックキャビティと前記第一通気孔との間における音響抵抗として機能する第二間隙が前記ダイヤフラムの縁部と前記基板の縁部との間にあり、かつ、前記ダイヤフラムを形成している堆積膜の前記バックキャビティの前記開口より外側には、前記第一通気孔と前記第二間隙とを連絡している第二通気孔が形成され、かつ、前記電極プレートと前記ダイヤフラムとの間にある前記間隙は前記第一通気孔に連絡していてもよい。
この静電型圧力変換器によると、ダイヤフラムを変位させる圧力振動は、電極プレートにある第一通気孔を通ってダイヤフラムに伝わる。仮に、ダイヤフラムの電極プレートと反対側の空間容量が狭く、かつ密閉されているとすれば、その空間の圧力が反力として作用するため、ダイヤフラムの変位が小さくなり、その結果感度が低下する。また、その空間の圧力と大気圧との差によってダイヤフラムが破壊される。本発明の場合、これらの問題が解消される。そして、本発明によると、ダイヤフラムと基板との間にある音響抵抗として機能する第二間隙を、ダイヤフラムを構成する堆積膜と基板との間に堆積させなければならない犠牲膜の厚さよりも狭めることができる。したがって、本発明の場合、低域の感度を上げると同時に安定性を高め、低域の感度と安定性を高いレベルでバランスさせることができる。
(2) In the electrostatic pressure transducer for achieving the above object, the substrate forms an opening of a back cavity, and the deposited film forming the electrode plate has a first vent hole, And the 2nd gap | interval which functions as an acoustic resistance between the said back cavity and the said 1st ventilation hole exists between the edge part of the said diaphragm, and the edge part of the said board | substrate, and forms the said diaphragm. A second vent hole that communicates the first vent hole and the second gap is formed outside the opening of the back cavity of the deposited film, and between the electrode plate and the diaphragm. The certain gap may communicate with the first vent hole.
According to this electrostatic pressure transducer, the pressure vibration that displaces the diaphragm is transmitted to the diaphragm through the first vent hole in the electrode plate. If the space capacity on the side opposite to the electrode plate of the diaphragm is narrow and sealed, the pressure in the space acts as a reaction force, so that the displacement of the diaphragm becomes small, resulting in a decrease in sensitivity. Moreover, the diaphragm is destroyed by the difference between the pressure in the space and the atmospheric pressure. In the present invention, these problems are solved. According to the present invention, the second gap that functions as an acoustic resistance between the diaphragm and the substrate is made narrower than the thickness of the sacrificial film that must be deposited between the deposited film constituting the diaphragm and the substrate. Can do. Therefore, in the case of the present invention, it is possible to increase the low-frequency sensitivity and at the same time improve the stability, and balance the low-frequency sensitivity and stability at a high level.
(3)上記目的を達成するための静電型圧力変換器において、前記ダイヤフラムは、先端が前記基板に接触しているとともに前記第二間隙を形成している凸部を有していてもよい。
この場合、ダイヤフラムと基板の間隙の広さがダイヤフラムの凸部によって定まるため、感度や安定性を高精度に設定することができる。
(3) In the electrostatic pressure transducer for achieving the above object, the diaphragm may have a convex portion whose tip is in contact with the substrate and forms the second gap. .
In this case, since the width of the gap between the diaphragm and the substrate is determined by the convex portion of the diaphragm, sensitivity and stability can be set with high accuracy.
(4)上記目的を達成するための静電型圧力変換器において、前記基板には、表面が前記ダイヤフラムに接触しているとともに前記第二間隙を形成している堆積膜からなる凸部の裏面が接合されていてもよい。
この場合、ダイヤフラムと基板の間隔の広さが基板に接合されている堆積膜からなる凸部によって定まるため、感度や安定性を高精度に設定することができる。
(4) In the electrostatic pressure transducer for achieving the above object, the back surface of the convex portion made of a deposited film whose surface is in contact with the diaphragm and forms the second gap is formed on the substrate. May be joined.
In this case, the width of the gap between the diaphragm and the substrate is determined by the convex portion made of the deposited film bonded to the substrate, so that sensitivity and stability can be set with high accuracy.
(5)上記目的を達成するための静電型圧力変換器において、前記基板には、前記第二間隙を形成している溝が前記バックキャビティの開口から外側に向かって形成されていてもよい。
この場合、ダイヤフラムと基板の間隔の広さが基板に形成される溝によって定まるため、感度や安定性を高精度に設定することができる。
(5) In the electrostatic pressure transducer for achieving the above object, the substrate may have a groove forming the second gap formed outward from the opening of the back cavity. .
In this case, since the width of the gap between the diaphragm and the substrate is determined by the groove formed in the substrate, the sensitivity and stability can be set with high accuracy.
(6)上記目的を達成するための静電型圧力変換器において、前記第二通気孔は複数形成され、前記ダイヤフラムを形成している堆積膜は、隣り合う前記第二通気孔の間において屈曲した帯状の輪郭を有していてもよい。
この場合、ダイヤフラムが変位しやすくなるため、ダイヤフラムとプレートの間隔を広げるとともに低域の感度を上げるために製造時に生じさせることが必要になる片持梁の内部応力を小さくすることができる。
(6) In the electrostatic pressure transducer for achieving the above object, a plurality of the second vent holes are formed, and the deposited film forming the diaphragm is bent between the adjacent second vent holes. It may have a strip-shaped contour.
In this case, since the diaphragm is easily displaced, it is possible to reduce the internal stress of the cantilever beam that needs to be generated at the time of manufacturing in order to widen the gap between the diaphragm and the plate and increase the sensitivity of the low range.
(7)上記目的を達成するための静電型圧力変換器において、前記片持梁は複層の堆積膜からなっていてもよい。
この場合、膜厚方向に内部応力の変化を作り出すことが容易になる。
(7) In the electrostatic pressure transducer for achieving the above object, the cantilever may be composed of a multi-layered deposited film.
In this case, it becomes easy to create a change in internal stress in the film thickness direction.
(8)上記目的を達成するための静電型圧力変換器において、前記片持梁と前記電極プレートとは少なくとも一部が共通の堆積膜からなっていてもよい。
この場合、製造コストを低減できる。
(8) In the electrostatic pressure transducer for achieving the above object, at least a part of the cantilever beam and the electrode plate may be formed of a common deposited film.
In this case, the manufacturing cost can be reduced.
(9)上記目的を達成するための静電型圧力変換器において、前記片持梁は、前記ダイヤフラムに向かって突出しているとともに前記ダイヤフラムに先端が接触している凸部を前記先端部に有していてもよい。
この場合、片持梁をダイヤフラムに接触させるために製造過程で作り出すことが必要になる内部応力が小さくなる。
(9) In the electrostatic pressure transducer for achieving the above object, the cantilever has a protrusion at the tip that protrudes toward the diaphragm and has a tip that contacts the diaphragm. You may do it.
In this case, the internal stress that needs to be created in the manufacturing process to bring the cantilever into contact with the diaphragm is reduced.
(10)上記目的を達成するための静電型圧力変換器において、前記ダイヤフラムは、前記片持梁に向かって突出しているとともに前記片持梁の前記先端部に接触している凸部を有していてもよい。
この場合、片持梁をダイヤフラムに接触させるために製造過程で作り出すことが必要になる内部応力が小さくなる。
(10) In the electrostatic pressure transducer for achieving the above object, the diaphragm has a convex portion that protrudes toward the cantilever and contacts the tip portion of the cantilever. You may do it.
In this case, the internal stress that needs to be created in the manufacturing process to bring the cantilever into contact with the diaphragm is reduced.
(11)上記目的を達成するための静電型圧力変換器は、マイクロホンであってもよい。
このようなマイクロホンは、低域の感度が高く、感度と安定性のバランスに優れている。
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。
(11) The electrostatic pressure transducer for achieving the above object may be a microphone.
Such a microphone has a high sensitivity in the low range, and has an excellent balance between sensitivity and stability.
In the claims, “to the top” means both “without an intermediate on the top” and “with an intermediate on the top” unless there is a technical impediment. To do.
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら以下の順に説明する。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。
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1.構造
2.製造方法
3.作用効果
4.他の実施形態
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Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in the following order with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the corresponding component in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
*************
1.
1.構造
図1Aおよび図1Bは本発明による静電型圧力変換器の一実施形態としてのコンデンサマイクロホンの要部を示す模式的な断面図である。コンデンサマイクロホン1は、シリコン等からなる基板16の上に複数の薄膜を堆積したチップであり、図示しない配線基板とカバーとによってパッケージされている。
1. Structure FIGS. 1A and 1B are schematic cross-sectional views showing a main part of a condenser microphone as an embodiment of an electrostatic pressure transducer according to the present invention. The
基板16には通孔H4が形成されている。通孔H4の開口161は、図示しない配線基板などによって塞がれているバックキャビティBCの開口を形成している。
第一スペーサ膜15は、基板16の表面に堆積した例えばSiO2などの絶縁膜からなる。第一スペーサ膜15には、ほぼ円形の通孔H3が形成されている。
ダイヤフラム電極膜14は、第一スペーサ膜15の表面に堆積した例えばPなどの不純物がドープされた多結晶Si等の導電膜からなる。
第二スペーサ膜13は、ダイヤフラム電極膜14の表面に堆積した例えばSiO2等の絶縁膜からなる。第二スペーサ膜13にはほぼ円形の通孔H2が形成されている。
プレート電極膜12は、第二スペーサ膜13の表面に堆積した例えばPなどの不純物がドープされた多結晶Si等の導電膜からなる。プレート電極膜12には引張方向の内部応力が残っている。
圧縮膜11は、プレート電極膜12の表面に堆積した例えばSiO2等の絶縁膜からなる圧縮膜11には圧縮方向の内部応力が残っている。
A through hole H4 is formed in the
The
The
The
The
In the
図1Cはコンデンサマイクロホン1の要部を示す平面図である。
電極プレート110はプレート電極膜12からなる。プレート電極膜12は、外縁部が第二スペーサ膜13に接合され、通孔H2を塞ぐようにして第二スペーサ膜13に張り渡されている。電極プレート110には第一通気孔としての通孔H1が複数形成されている。電極プレート110の輪郭は、通孔H2の輪郭によって決まるが、ダイヤフラム120との対向部分の面積が広く、十分な撓み剛性が得られる形状であれば特に制限はない。電極プレート110は配線のためのパッド112に接続されている。
FIG. 1C is a plan view showing a main part of the
The
電極プレート110とダイヤフラム120との間にある第一間隙G1は、第二スペーサ膜13に通孔H2が形成されることによって出現し、片持梁100が撓むことによって拡大し、ダイヤフラム120が基板16に接触することによって一定している。第一間隙G1は通孔H1およびスリットSを通じて大気圧空間に連絡している。
The first gap G1 between the
片持梁100は、図1Aに示すようにプレート電極膜12と圧縮膜11とからなり、プレート電極膜12に形成されているスリットSによって電極プレート110から隔てられている。片持梁100は、基端部が第二スペーサ膜13に接合され、第二スペーサ膜13の通孔H2の中心に向かって突出している。ダイヤフラム電極膜14に近いプレート電極膜12に引張方向の内部応力が残っているとともにダイヤフラム電極膜14から遠い圧縮膜11に圧縮方向の内部応力が残っているため、片持梁100は固定端である基端部から自由端である先端部に向かってダイヤフラム120に接近する方向に撓んだ状態でダイヤフラム120を基板16に向けて押し込んでいる。
As shown in FIG. 1A, the
片持梁100の先端部にはダイヤフラム120に向かって突出し、ダイヤフラム120に接触している凸部101が形成されている。凸部101の高さはダイヤフラム電極膜14とプレート電極膜12とを隔てている第二スペーサ膜13の膜厚よりも低い。しかし、内部応力によって片持梁100が撓んでいるため、凸部101の先端はダイヤフラム120に接触した状態でダイヤフラム120を基板16に向かって押し込んでいる。凸部101はダイヤフラム電極膜14で形成されていてもよいし、ダイヤフラム電極膜14に接合されている別の堆積膜で形成されていてもよい。また、凸部101は絶縁性であってもよいし、導電性であってもよい。
A protruding
ダイヤフラム120に接近する方向に片持梁100を撓ませるためには、圧縮方向を正としたとき、片持梁100の内部応力がダイヤフラム120に接近すると小さくなるように、片持梁100の内部応力が膜厚方向において異なっていることが望ましい。本実施形態のように二層構造の場合において、このように内部応力を膜厚方向において異ならせるには、ダイヤフラム120から遠い方の膜に圧縮方向の内部応力を残し、ダイヤフラム120から近い方の膜に引張方向の内部応力を残すことが望ましい。単層構造の場合であっても、膜の堆積途中に成膜条件を変えることによって、表面側ほど内部応力(圧縮方向を正とする)が大きくなるように制御することもできる。また、膜の堆積中に成膜条件を変えなくとも、表面側ほど内部応力(圧縮方向を正とする)が大きくなることもある。例えばPをインサイチュ(in-situ)でドープしながら多結晶Siを堆積させるときにドープ量を増加したり、多結晶Siの堆積後に表面側からPをイオン注入したり、多結晶Siの堆積後に表面側からランプアニールすると、多結晶Si膜の表面側ほど内部応力(圧縮方向を正とする)が大きくなる。尚、引張方向の内部応力だけで片持梁100をダイヤフラム120に接近する方向に撓ませることも可能である。この場合、引張方向の内部応力がダイヤフラム120に接近すると大きくなるように片持梁100を構成する堆積膜を形成すればよい。
In order to bend the
図2Bはダイヤフラム電極膜14のパターンを示す平面図である。ダイヤフラム電極膜14は、ダイヤフラム120と、ダイヤフラム120を第一スペーサ膜15に張り渡すための接続部121と、ガード電極130と、パッド131、124とを形成している。ダイヤフラム電極膜14は、例えば不純物としてPがドープされた多結晶Si等の導電膜からなる。ダイヤフラム120の輪郭は、基板16に形成されたバックキャビティBCの開口161を内包している。すなわち、バックキャビティBCの開口161はダイヤフラム120によって覆われている。
FIG. 2B is a plan view showing a pattern of the
ダイヤフラム120とガード電極130とは隔てられており、ダイヤフラム120とガード電極130とを隔てている間隙の一部が通気孔122(第二通気孔)を構成している。図2Bにおいて通気孔122に相当する部分はハッチングによって示されている。通気孔122はバックキャビティBCの開口161よりも外側に形成されているため、ダイヤフラム120の縁部と基板16の縁部との間に第二間隙G2が形成されている(図1B参照)。第二間隙G2はバックキャビティBCおよび通気孔122と連絡している。したがって、バックキャビティBCは、第二間隙G2、通気孔122、第一間隙G1および通孔H1を通じて大気圧の空間と連絡している。第二間隙G2、通気孔122、第一間隙G1および通孔H1のうち、第二間隙G2の音響抵抗が最も高い。第二間隙G2の高さを低く(すなわち凸部123の高さを低く)、ダイヤフラム120の縁部と基板16の縁部とが重なる幅を広くするほど、第二間隙G2の音響抵抗が大きくなり、特に低域の感度が向上する。
The
図1Aおよび図2Bに示すように、円形のダイヤフラム120の外周から外側に向かって接続部121が延びている。ダイヤフラム120は接続部121によってパッド112に接続されている。接続部121の先端部は第一スペーサ膜15に接合されているためダイヤフラム120は通孔H3に張り渡されている。接続部121は、その輪郭が屈曲した帯状であるため、ダイヤフラム120の径方向において弾性係数が小さい。したがって、ダイヤフラム電極膜14のダイヤフラム120の部分の内部応力は接続部121によって解放される。このため、ダイヤフラム120の圧力に対する変位が大きくなり、全域で感度が増大する。
As shown in FIGS. 1A and 2B, a connecting
図1Aに示すように、ダイヤフラム120には基板16に向かって突出する凸部123が形成されている。凸部123はダイヤフラム電極膜14で構成されていてもよいし、ダイヤフラム電極膜14に接合された別の堆積膜で構成されていてもよい。ダイヤフラム120の凸部123の先端は基板16の表面に接触している。このため、凸部123によってダイヤフラム120と基板16の間の第二間隙G2の高さが一定に維持されている。ダイヤフラム120の凸部123と片持梁100の凸部101との上下の位置関係は、互いに重なる関係でもよいし、重ならない関係でもよい。
As shown in FIG. 1A, the
2.製造方法
コンデンサマイクロホン1は、半導体デバイスのプロセス技術の応用によって製造される。具体的には、バルク材料である基板16の上に順次薄膜を堆積させるとともに、エッチングやリフトオフによって間隙を形成することによって図1に示す構造体が形成される。
2. Manufacturing Method The
図2Aは、コンデンサマイクロホン1の製造工程における中間物を示す模式的な断面図である。基板16の上に第一スペーサ膜15、ダイヤフラム電極膜14、第二スペーサ膜13、プレート電極膜12、圧縮膜11が形成されており、ダイヤフラム電極膜14とプレート電極膜12と圧縮膜11とは完成状態にパターニングされている。基板16にDeep−RIE等によって通孔H4を形成し、圧縮膜11をフォトレジストで保護した状態において等方性エッチングにより第一スペーサ膜15と第二スペーサ膜13とを選択的に除去すると、図1に示すコンデンサマイクロホン1を形成することができる。第一スペーサ膜15の通孔H3の形状と第二スペーサ膜13の通孔H2の形状は、基板16の開口161の形状とプレート電極膜12の通孔H1とスリットSの形状によって決まる。
FIG. 2A is a schematic cross-sectional view showing an intermediate in the manufacturing process of the
なお、凸部123は、その直下層である第一スペーサ膜15にエッチングにより凹部を形成し、その凹部をダイヤフラム電極膜14で埋めることによって形成してもよいし、ダイヤフラム電極膜14とは別の絶縁性または導電性の堆積膜でその凹部を埋め、その堆積膜の凹部からはみ出している部分を平坦化によって除去した後にダイヤフラム電極膜14を堆積させてもよい。凸部101も同様に、その直下層である第二スペーサ膜13に形成する凹部を型として利用することにより、形成することが出来る。
The
3.作用効果
図2Aに示す状態において、プレート電極膜12および圧縮膜11の片持梁100となる部分には膜厚方向において異なる内部応力が生じている。すなわち、前述したとおり、ダイヤフラム電極膜14に近いプレート電極膜12よりも圧縮膜11において圧縮方向に強い内部応力が生じている。このため、第一スペーサ膜15に通孔H3が形成され、第二スペーサ膜13に通孔H2が形成されると、先端部がダイヤフラム120に接近する方向に片持梁100が撓み、ダイヤフラム120に接触した凸部101がダイヤフラム120を基板16に向かって押し込む。その結果、ダイヤフラム120と電極プレート110との第一間隙G1が拡がり、ダイヤフラム120と基板16との第二間隙G2が狭まる。このとき、ダイヤフラム電極膜14においては、屈曲した帯状の接続部121がダイヤフラム120の径方向に伸びるため、ダイヤフラム120の内部応力は引張方向に増大せずに減少する。ダイヤフラム120の凸部123の先端が基板16に接触すると片持梁100および接続部121は図1Aおよび図1Bに示す形状で安定する。
3. Operation and Effect In the state shown in FIG. 2A, different internal stresses are generated in the film thickness direction at the portions of the
大気圧空間とバックキャビティBCを連絡する空間における最大の音響抵抗となる第二間隙G2の高さはダイヤフラム120の凸部123の高さによって決まる。第二間隙G2の幅(ダイヤフラムの径方向長さ)は、バックキャビティBCの開口161からはみ出しているダイヤフラム120の幅によって決まる。コンデンサマイクロホン1の低域の感度特性は、第二間隙G2の高さと幅とバックキャビティの容積によって支配される。
The height of the second gap G2, which is the maximum acoustic resistance in the space connecting the atmospheric pressure space and the back cavity BC, is determined by the height of the
本実施形態によると、低域の感度特性を支配する第二間隙G2の高さはダイヤフラム電極膜14が第一スペーサ膜15の上に堆積した直後の状態におけるダイヤフラム120と基板16との距離よりも小さくなっている。また機械的振動に対する安定性と定格圧力に相関するダイヤフラム120と電極プレート110との第一間隙G1の高さは、片持梁100が変形した結果、第二スペーサ膜13の膜厚よりも大きくなっている。すなわち本実施形態によると、間隙の高さの設定に堆積膜の内部応力を用いるため、第一間隙G1を広げながら第二間隙G2を狭めることができる。従って本実施形態によると、低域の感度を上げながら定格圧力を増大し安定性を高めることができ、感度と安定性を高次元でバランスさせたコンデンサマイクロホン1が実現される。
According to the present embodiment, the height of the second gap G2 that governs the sensitivity characteristics in the low range is based on the distance between the
4.他の実施形態
図3Aおよび図3Bは、第二間隙G2を形成するための他の実施形態を示す模式的な断面図である。図4および図5は、第二間隙G2を形成するための他の実施形態を示す模式的な平面図である。図3A、図3Bの切断面はそれぞれ図1(C)に示す1A、1Bに対応している。図3A、図3Bおよび図4および図5に示すように、第二間隙G2をダイヤフラム120の縁部においてダイヤフラム120の径方向に延びる溝125によって形成してもよい。また溝125の幅は、図4に示すように狭くてもよいし、図5に示すように広くてもよく、適度な音響抵抗が得られるように適宜設計可能である。溝125の一端部は通気孔122に連なり、その他端部はバックキャビティBCの開口161に連なっている。この場合、第二間隙G2の高さは溝125の深さによって決まる。溝125は、図3Cに示すようにダイヤフラム電極膜14を堆積させる前に、基板16の上に溝125に対応する犠牲膜17を形成することによって形成できる。犠牲膜17は第一スペーサ膜15および第二スペーサ膜13と同時にエッチング可能な材料であることが望ましい。
4). Other Embodiments FIG. 3A and FIG. 3B are schematic cross-sectional views showing other embodiments for forming the second gap G2. 4 and 5 are schematic plan views showing other embodiments for forming the second gap G2. 3A and 3B correspond to 1A and 1B shown in FIG. 1C, respectively. As shown in FIGS. 3A, 3B and 4 and 5, the second gap G <b> 2 may be formed by a
図6Aおよび図6Bは、第二間隙G2を形成するための他の実施形態を示す模式的な断面図である。図7は第二間隙G2を形成するための他の実施形態を示す模式的な平面図である。図6A、図6Bの切断面はそれぞれ図1(C)に示す1A、1Bに対応している。図6A、図6Bおよび図7に示すように、第二間隙G2は基板16の縁部において開口161から外側に向かって延びる溝165によって形成してもよい。溝165の一端部は通気孔122に連なり、その他端部はバックキャビティBCの開口161に連なっている。この場合、第二間隙G2の高さは溝165の深さによって決まる。図6Cに示すように第一スペーサ膜15を堆積させる前に基板16に溝165を形成し、溝165を埋める犠牲膜18を形成することによって溝165を形成できる。犠牲膜18は第一スペーサ膜15および第二スペーサ膜13と同時にエッチング可能な材料であることが望ましい。
6A and 6B are schematic cross-sectional views showing another embodiment for forming the second gap G2. FIG. 7 is a schematic plan view showing another embodiment for forming the second gap G2. 6A and 6B correspond to 1A and 1B shown in FIG. 1C, respectively. As shown in FIGS. 6A, 6B, and 7, the second gap G2 may be formed by a
図8Aおよび図8Bは、第一間隙G1、第二間隙G2を形成するための他の実施形態を示す模式的な断面図である。図8A、図8Bの切断面はいずれも図1(C)に示す1Aに対応している。図8Aに示すように、ダイヤフラム120と凸部101とを一体とし、凸部101の先端を片持梁100に接触させることによって第一間隙G1の高さを決めてもよい。図8Aに示すように、基板16と凸部123とを一体とし、凸部123の先端にダイヤフラム120を接触させることによって第二間隙G2(図1B参照)の高さを決めてもよい。つまり、凸部123を堆積膜で構成し、その堆積膜の裏面が基板16に接合されていてもよい。また図8Bに示すように、片持梁100にもダイヤフラム120にも凸部を形成しなくてもよい。
FIG. 8A and FIG. 8B are schematic cross-sectional views showing other embodiments for forming the first gap G1 and the second gap G2. 8A and 8B correspond to 1A shown in FIG. 1C. As shown in FIG. 8A, the height of the first gap G <b> 1 may be determined by integrating the
その他、電極プレート110、ダイヤフラム120は一部が絶縁性である単層構造でもよいし、一層以上が導電性である複層構造でもよい。ダイヤフラム120および電極プレート110は円形でなくともよく、例えば矩形でもよい。片持梁100はプレート電極膜12と別の層、例えばプレート電極膜12とダイヤフラム電極膜14の間の層にある堆積膜によって構成してもよい。
In addition, the
さらに、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、上記実施形態で示した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、コンデンサマイクロホンの他、様々な静電型圧力変換器に適用することができる。 Furthermore, the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, the materials, dimensions, film forming methods, and pattern transfer methods shown in the above embodiments are merely examples, and descriptions of addition and deletion of processes and replacement of process orders that are obvious to those skilled in the art are omitted. ing. Further, the present invention can be applied to various electrostatic pressure transducers in addition to condenser microphones.
1:コンデンサマイクロホン、11:圧縮膜、12:プレート電極膜、13:第二スペーサ膜、14:ダイヤフラム電極膜、15:第一スペーサ膜、16:基板、17:犠牲膜、18:犠牲膜、100:片持梁、101:凸部、110:電極プレート、112:パッド、120:ダイヤフラム、121:接続部、122:通気孔、123:凸部、124:パッド、125:溝、130:ガード電極、131:パッド、161:開口、162:通孔、165:溝、BC:バックキャビティ、G1:第一間隙、G2:第二間隙、H1:通孔、H2:通孔、H3:通孔、H4:通孔、S:スリット 1: condenser microphone, 11: compression film, 12: plate electrode film, 13: second spacer film, 14: diaphragm electrode film, 15: first spacer film, 16: substrate, 17: sacrificial film, 18: sacrificial film, 100: cantilever, 101: convex portion, 110: electrode plate, 112: pad, 120: diaphragm, 121: connection portion, 122: vent hole, 123: convex portion, 124: pad, 125: groove, 130: guard Electrode, 131: Pad, 161: Opening, 162: Through hole, 165: Groove, BC: Back cavity, G1: First gap, G2: Second gap, H1: Through hole, H2: Through hole, H3: Through hole , H4: Through hole, S: Slit
Claims (11)
前記基板上の堆積膜からなる電極プレートと、
前記電極プレートとの間に間隙のある堆積膜からなるとともに前記間隙を間において前記電極プレートと対向する対向電極を形成しているダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムより前記電極プレートに近い層に堆積した堆積膜からなるとともに内部応力によって基端部から先端部に向かって前記ダイヤフラムに接近する方向に撓んだ状態で前記ダイヤフラムを押し込んでいる片持梁と、
を備える静電型圧力変換器。 A substrate,
An electrode plate comprising a deposited film on the substrate;
A diaphragm formed of a deposited film having a gap with the electrode plate and forming a counter electrode opposed to the electrode plate with the gap in between;
A cantilever made of a deposited film deposited in a layer closer to the electrode plate than the diaphragm and pushing the diaphragm in a state of being bent in a direction approaching the diaphragm from the proximal end portion toward the distal end portion due to internal stress When,
An electrostatic pressure transducer comprising:
前記電極プレートを形成している堆積膜は第一通気孔を有し、
前記バックキャビティと前記第一通気孔との間における音響抵抗として機能する第二間隙が前記ダイヤフラムの縁部と前記基板の縁部との間にあり、
前記ダイヤフラムを形成している堆積膜の前記バックキャビティの前記開口より外側には、前記第一通気孔と前記第二間隙とを連絡している第二通気孔が形成され、
前記電極プレートと前記ダイヤフラムとの間にある前記間隙は前記第一通気孔に連絡している、
請求項1に記載の静電型圧力変換器。 The substrate forms an opening in the back cavity;
The deposited film forming the electrode plate has a first vent hole,
A second gap that functions as an acoustic resistance between the back cavity and the first vent is between the edge of the diaphragm and the edge of the substrate;
Outside the opening of the back cavity of the deposited film forming the diaphragm, a second ventilation hole communicating the first ventilation hole and the second gap is formed,
The gap between the electrode plate and the diaphragm communicates with the first vent;
The electrostatic pressure transducer according to claim 1.
請求項2に記載の静電型圧力変換器。 The diaphragm has a convex portion whose tip is in contact with the substrate and forms the second gap.
The electrostatic pressure transducer according to claim 2.
請求項2に記載の静電型圧力変換器。 The back surface of the convex portion made of a deposited film that is in contact with the diaphragm and forms the second gap is bonded to the substrate.
The electrostatic pressure transducer according to claim 2.
請求項2に記載の静電型圧力変換器。 In the substrate, a groove forming the second gap is formed outward from the opening of the back cavity.
The electrostatic pressure transducer according to claim 2.
前記ダイヤフラムを形成している堆積膜は、隣り合う前記第二通気孔の間において屈曲した帯状の輪郭を有する、
請求項2に記載の静電型圧力変換器。 A plurality of the second vent holes are formed,
The deposited film forming the diaphragm has a belt-like contour bent between the adjacent second vent holes,
The electrostatic pressure transducer according to claim 2.
請求項1に記載の静電型圧力変換器。 The cantilever is composed of a multilayer film.
The electrostatic pressure transducer according to claim 1.
請求項1に記載の静電型圧力変換器。 The cantilever and the electrode plate are at least partially made of a common deposited film,
The electrostatic pressure transducer according to claim 1.
請求項1に記載の静電型圧力変換器。 The cantilever beam has a convex portion at the tip portion that protrudes toward the diaphragm and the tip is in contact with the diaphragm.
The electrostatic pressure transducer according to claim 1.
請求項1に記載の静電型圧力変換器。 The diaphragm has a convex portion that protrudes toward the cantilever and is in contact with the tip of the cantilever.
The electrostatic pressure transducer according to claim 1.
請求項1〜10のいずれか一項に記載の静電型圧力変換器。 A microphone,
The electrostatic pressure transducer according to any one of claims 1 to 10.
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2007
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