CN101189910A - 电容器传声器 - Google Patents

Abstract

一种电容式传声器包括具有固定电极的圆形板；具有中央部分和至少一个近端部分的隔膜电极，其中该中央部分与固定电极相关定位且随声波振动，并且刚度与近端部件相比有所增加，近端部分固定在隔膜电极的外侧周边；以及固定在板和隔膜的近端部分上的间隔物，并且该间隔物具有形成于隔膜和板之间空气间隙。替代地，隔膜电极由从圆形板延伸的延伸臂水平支承，并且所述隔膜电极垂直的保持在悬挂状态并与固定电极分开一段可控距离。

Description

电容器传声器

技本领域

本发明涉及电容器传声器，特别是使用半导体隔膜的电容器传声器。

本申请要求基于四项日本专利申请的优先权，即专利申请号2005-261804(申请日：2005年9月9日)，专利申请号2006-167308(申请日：2006年6月16日)，专利申请号2006-188459(申请日：2006年7月7日)，以及专利申请号2006-223425(申请日：2006年8月18日)，以上各专利申请的内容在此并入作为参考。

背景技术

众所周知，制造电容器传声器可以采用与制造半导体装置相同的方法。电容器传声器被设计为电极连接板和由于声波而振动的隔膜，其中板和隔膜被支承并且通过绝缘间隔物相互隔离。电容器传声器将电容的变化转换为电信号，所述电容的变化是由隔膜位移引起的，该隔膜包括在由板和隔膜组成的电容器中。要提高电容器传声器的灵敏度，可以通过增大隔膜的位移与电极间距离的比值，由此减少间隔物间的漏电流和寄生电容来实现。题目为“M22-01-34”的由日本电气工程师学院出版的文档中教导了一种电容器传声器，其中的板和由于声波而振动的隔膜都使用导电薄膜形成。由于隔膜各处的刚度均相同，即使隔膜传播声波，只有隔膜的中央部分以最大位移振动，并且隔膜振动引起的位移沿着从中央部分到固定到间隔物的外侧周边的方向变小。也就是说，在各处具有相同刚度的隔膜中，中央部分之外的其它部分可能降低了电容器传声器的灵敏度。通过增大隔膜最大位移与板到隔膜间距离的比值，以提高电容器传声器的灵敏度，这是一种可能方案。在这种情况下，当隔膜靠近板的时候会产生静电吸引力，板通过该吸引力吸引隔膜，这时会有偏压发生；换句话说，其中存在与吸引现象(pull-in event)的发生相关的问题。

公开号2004-506394(对应于WO2002/015636)的日本专利申请教导了一种电容器传声器(用作声学换能器)，其使用了半导体基板，诸如硅基板。其中，板状固定电极的外侧周边被固定在半导体基板上形成的绝缘层上，以致固定电极得到绝缘层的支承并跨在其上，而隔膜电极被以平行于固定电极并与其具有一定相对距离的方式支承，从而当膜电极由于声波发生振动的时候，所引起的相对距离的变化能够通过静电电容的变化被检测出来。

在上述电容器传声器中，一种优选方案是固定电极被绝缘层保持在固定状态，并且隔膜电极可以容易地被声波引起振动。特别地，支承件由绝缘层向内延伸，并且被用来将隔膜电极悬挂在它的内端，从而将隔膜电极与绝缘层隔开，由此实现关于隔膜电极的自由变形。

在电容器传声器的制造过程中，在高温下使用导电膜形成的隔膜电极中可能残余有张应力。由于张应力的存在，隔膜电极可能发生轻微的弯曲或变形，由此减小膜电极与固定电极之间的空气间隙。当这些电极相互靠近至非常接近时，这些电极可能会由于作用在它们之间的静电吸引力而相互接触，以使得吸引势能减小。为了避免吸引现象的发生，就必须减小施加在电容器传声器上的偏压。由于这样的限制，制造业者在制造高灵敏度的电容器传声器时遇到了困难。

尽管隔膜电极以悬挂的方式支承着，并且与绝缘层分隔开来，仍然有用于从外部装置施加电压的端子从隔膜电极的外侧周边的部分延伸出来，并且被固定在绝缘层上，借此隔膜电极以非平衡的方式被支承，其方式是隔膜电极通过支承件向下悬挂，并且还经由固定在绝缘层上的端子得到水平支承。这使得空气间隙(形成于隔膜电极与固定电极之间)容易变得不均匀，借此空气间隙可能被部分地减小，从而使吸引势能减小。这样的问题引起了对增大施加在电容器传声器上的偏压的又一限制。

此外，不均匀的空气间隙和端子的固定会对隔膜电极的振动产生干扰，这会导致与隔膜中央部分不一致的变形。这会对灵敏度产生耗散，并使得在设计中对性能的预测变得困难起来。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电容器传声器，其灵敏度可以在不引起吸引现象出现的条件下得到提高。

本发明的另一目的在于提供一种电容器传声器，其中隔膜电极和固定电极之间可靠地保持一定的空气间隙，从而提高声-电转换的灵敏度。

本发明的进一步的目的在于提供一种电容器传声器，其中的应力能够确保在隔膜电极中均匀分布，从而简化设计过程并提高灵敏度。

根据本发明的第一方面，一种电容器传声器包括具有固定电极的板，包括中央部分和至少一个固定在外侧周边上的近端部分的隔膜，所述隔膜的中央部分与近端部分相比刚度有所增加，该中央部分具有被相对于固定电极定位并随声波振动的振动电极，以及固定在板和隔膜近端部分上的、具有形成在板和隔膜间的空气间隙的间隔物。

在隔膜中，中央部分与近端部分相比在刚度上有所增强；因此，与公知的具有均匀刚度的隔膜相比，中央部分出现的由声压引起的变形量变小了。换句话说，由于位移在隔膜的中央部分的偏差变小，这使得有可能将传声器电容器的电容值(其响应声波而变化)增大，而不需要增大施加到隔膜的最大位移。于是可以在不引起吸引现象的条件下，增强电容器传声器的灵敏度。

在上文中，隔膜的中央部分与近端部分相比，其厚度被增大了。这使得隔膜的中央部分与近端部分相比，其刚度被增大了。此外，隔膜的近端部分是采用第一薄膜(即导电薄膜110)形成的，而隔膜的中央部分是采用第一薄膜和第二薄膜(即导电薄膜108)，该第二薄膜的硬度比第一薄膜有所增强。这样也使隔膜中央部分与近端部分相比刚度得以增强。替代地，可以使第二薄膜与第一薄膜相比在密度上有所降低。这样在增加隔膜中央部分的刚度的同时，还减少了隔膜中央部分的重量。由于隔膜中央部分的重量被减少了，可以增强电容器传声器响应高频声音的灵敏度。此外，隔膜的刚度可以沿外侧周边到中央部分的方向逐渐增加。这样使得隔膜可以在响应声波振动时发生平滑的变形。由于平滑的变形，变形所引起的应力可以在隔膜的整个表面上均匀分布；因此，可以减小隔膜的厚度，并减小隔膜的整体刚度，从而隔膜能够以相对较大的幅度振动。由于隔膜的厚度被减小了，可以增强电容器传声器响应高频声音的灵敏度。

隔膜可以使用薄的部分和厚的部分来形成，其中厚的部分的密度沿外侧周边到中央部分的方向逐渐增加，借此隔膜的刚度沿外侧周边到中央部分的方向逐渐增加。在这里，薄的部分使用第一薄膜形成，而厚的部分使用第一薄膜和在硬度方面比第一薄膜有所增强的第二薄膜形成。替代地，薄的部分使用第一薄膜形成，而厚的部分使用第一薄膜和在密度方面比第一薄膜有所降低的第二薄膜形成。这样，可以在减小厚的部分的重量的同时，增加隔膜的厚的部分的刚度。由于隔膜的厚的部分的重量的减小，可以使电容器传声器最低共振频率得到增加；由此，可以提高电容器传声器响应高频声音的灵敏度。

在本发明的第二方面，一种电容器传声器被设计为使用隔膜电极，该隔膜电极被与固定电极相间隔并相互平行地支承着，该固定电极跨于绝缘层的内部空间之上，该绝缘层在半导体基板的中空部分的周围区域形成，由此检测响应施加在隔膜电极上的声压变化在固定电极与隔膜电极之间形成的静电电容的变化。该电容器传声器包括圆形板，该圆形板并入隔膜电极并由支承件的内端支承为悬挂状态且平行于固定电极，该支承件从绝缘层向内延伸；还包括多个延伸臂，所述延伸臂从圆形板的外侧周边向外延伸，并且在圆形板的圆周方向上等间距地布置，其中延伸臂的末端被固定到绝缘层，并且其中延伸臂的末端与外部端子连接，所述外部端子从绝缘层暴露。

就是说，所述隔膜电极的圆形板以一种悬挂的状态被支承件垂直地支承着，同时还被延伸臂水平地支承着，其中延伸臂在圆形板的圆周方向上等间距地布置；因此，张应力在制造的过程中产生，并且在圆形板中沿放射方向均匀分布，从而均匀地保持隔膜电极与固定电极间形成的空隙。当圆形板振动的时候，所述延伸臂会产生均匀地、水平地施加在圆形板上的阻力；因此，可以避免圆形板以异步的方式发生变形。

在上文中，每个延伸臂都有应力调节部分，用以调节在圆形板表面沿半径方向出现的张应力。就是说，优选施加在圆形板上的张应力被调节，从而避免圆形板过于靠近固定电极。每个应力调节部分，通过在多晶硅组成的隔膜电极的指定部分掺加杂质来减少残余应力。替代地，在隔膜电极的指定部分形成多个通孔，从而部分地减少截面面积。

如上所述，可以防止圆形板过于靠近固定电极；因此，可以均匀地保持隔膜电极与固定电极间的空隙。此外，可以防止圆形板过于靠近固定电极；因此，可以均匀地保持这些电极间的空隙。此外，可以防止这些电极之间的空隙出现不均匀的变化；因此，可以增大吸引电压，从而提高电容器传声器的灵敏度。

在本发明的第三个方面，一种电容器传声器被设计为，固定电极跨于绝缘层的内部空间之上，该绝缘层是在半导体基板的中空部分的周围区域形成的，还有隔膜电极被支承为与固定电极以预定的距离相间隔并相互平行，从而检测出响应施加在隔膜电极上的声压变化的，在固定电极与隔膜电极之间的静电电容的变化。隔膜电极具有圆形板，该圆形板经由从绝缘层向内延伸的支承件的内端，被支承为处于悬挂的状态并平行于固定电极；延伸端子的一端被固定在圆形板的外侧周边中的绝缘膜的指定部分；并且延伸端子的另一端从绝缘层暴露。此外，应力吸收部分形成在圆形板和绝缘层指定部分之间的延伸端子的指定部分，该应力吸收部分与圆形板相比更容易发生变形。

就是说，隔膜电极的圆形板以一种悬挂的状态被支承件垂直地支承着，同时还被延伸端子水平地支承着。延伸端子的应力吸收部分可靠地吸收着在制造过程后出现的张应力；因此，可以确保施加在圆形板上的应力均匀分布，且可以确保固定电极和隔膜电极之间的均匀间隙。当圆形板振动时，延伸端子相应地振动，其中延伸端子不会影响圆形板的振动，因为应力吸收部分具有相对较小的变形阻力。

在上文中，多个延伸臂在圆形板外侧周边上沿半径方向形成并向外延伸，而且以在圆周方向上以指定间隔定位。此处，每个延伸臂具有固定到绝缘层指定部分，从而在圆形板和绝缘层的指定部分之间形成应力吸收部分，该应力吸收部分与绝缘层相比更容易发生变形。这样，与隔膜电极的圆形板通过延伸端子水平地支承在一个位置上的电容器传声器相比，本发明可以通过延伸臂以分布式的方式支承圆形板；因此，可以实现施加到圆形板的应力均匀分布。

当延伸端子和延伸臂以相等的间隔定位在隔膜电极的圆形板的外侧周边时，可以进一步地提高施加在圆形板上的应力的均匀分布。

此外，应力吸收部分以弯曲或曲线的形状形成，从而它的总的长度比圆形板和绝缘层之间的半径方向上的距离更大。这使得应力吸收部分可以伸展、收缩、变形，以吸收应力。应力吸收部分可以形成为蜿蜒形(即水平弯曲的形状)或波浪形(即在厚度方向上垂直弯曲的形状)。替代地，所述应力吸收部分可以弯曲成悬链形状。

替代地，应力吸收部分中可以形成多个通孔，以实现自由扩张或收缩。这些通孔可以被加工为指定形状，譬如圆形、三角形、矩形，以及六角形。它们可以按锯齿形排列。

如上所述，所述电容器传声器实现了施加在隔膜电极的圆形板上的应力的均匀分布，因为延伸端子的应力吸收部分可靠地吸收了施加在圆形板上的应力，从而实现了施加在圆形板上的应力的均匀分布。这在固定电极与隔膜电极间产生了均匀的空隙，从而提高了设计的自由度。此外，可以提高响应度，因为圆形板可以不受干扰地平滑振动。这增大了施加在电容器传声器上的偏压，从而提高了灵敏度。

附图说明

图1是示出依照本发明的第一实施例的电容器传声器的运转方式的截面图；

图2是示出依照本发明的第一实施例的电容器传声器的结构的截面图；

图3A是示出集成于图2所示的电容器传声器中的背板的俯视图；

图3B是示出集成于图2所示的电容器传声器中的隔膜的俯视图；

图4是示出一种公知的电容器传声器的运转方式的截面图；

图5A是沿图5E中的A1-A1线取的截面图，用于示出第一实施例的电容器传声器的制造过程的第一个步骤；

图5B是与图5F相对应的截面图，用于示出第一实施例的电容器传声器的制造过程的第二个步骤；

图5C是与图5G相对应的截面图，用于示出第一实施例的电容器传声器的制造过程的第三个步骤；

图5D是与图5H相对应的截面图，用于示出第一实施例的电容器传声器的制造过程的第四个步骤；

图5E是示出了与图5A相对应的电容器传声器的俯视图；

图5F是示出了与图5B相对应的电容器传声器的俯视图；

图5G是示出了与图5C相对应的电容器传声器的俯视图；

图5H是示出了与图5D相对应的电容器传声器的俯视图；

图6A是与图6E相对应的截面图，用于示出第一实施例中的电容器传声器的制造过程的第五个步骤；

图6B是与图6F相对应的截面图，用于示出第一实施例中的电容器传声器的制造过程的第六个步骤；

图6C是与图6G相对应的截面图，用于示出第一实施例中的电容器传声器的制造过程的第七个步骤；

图6D是与图6H相对应的截面图，用于示出第一实施例中的电容器传声器的制造过程的第八个步骤；

图6E是与图6A相对应的电容器传声器的俯视图；

图6F是与图6B相对应的电容器传声器的俯视图；

图6G是与图6C相对应的电容器传声器的俯视图；

图6H是与图6D相对应的电容器传声器的俯视图；

图7A是示出本发明第二实施例中的电容器传声器的结构的截面图；

图7B是示出集成于图7A所示的电容器传声器中的隔膜的俯视图；

图8A是示出集成于图7A所示的电容器传声器中的隔膜的一种变体的俯视图；

图8B是简单示出图8A所示的隔膜的结构的截面图；

图9是示出第二实施例中的电容器传声器的运转方式的截面图；

图10A是沿图10E中的A2-A2线取的剖视国，用于示出第二实施例中的电容器传声器的制造过程的第一个步骤；

图10B是与图10F相对应的截面图，用于示出第二实施例中的电容器传声器的制造过程的第二个步骤；

图10C是与图10G相对应的截面图，用于示出第二实施例中的电容器传声器的制造过程的第三个步骤；

图10D是与图10H相对应的截面图，用于示出第二实施例中的电容器传声器的制造过程的第四个步骤；

图10E是与图10A相对应的电容器传声器的俯视图；

图10F是与图10B相对应的电容器传声器的俯视图；

图10G是与图10C相对应的电容器传声器的俯视图；

图10H是与图10D相对应的电容器传声器的俯视图；

图11A是示出依照本发明第三实施例的电容器传声器的结构的截面图；

图11B是沿图11A中的B-B线取的截面图，用于示出集成在第三实施例中的电容器传声器中的隔膜的构造；

图12A是示出依照本发明第四实施例的电容器传声器的结构的截面图；

图12B是沿图12A中的C-C线取的截面图，用于示出集成在第四实施例的电容器传声器中的隔膜的构造；

图13A是示出依照本发明第五实施例的电容器传声器的结构的截面图；

图13B是沿图13A中的D-D线取的截面图，用于示出与集成在第五实施例的电容器传声器中的隔膜相关联的背板的构造；

图13C是沿图13A中的D-D线剖开得到的截面图，其中示出的是与集成在第五实施例中的电容器传声器中的背板相关联的隔膜的构造；

图14A是示出依照本发明的第六实施例的电容器传声器的结构的截面图；

图14B是沿图14A中的E-E线取的截面图，用于示出与集成在第六实施例的电容器传声器中的隔膜相关联的背板的构造；

图14C是沿图14A中的E-E线取的截面图，用于示出与集成在第六实施例的电容器传声器中的背板相关联的隔膜的构造；

图15A是沿图15B中的B-B线剖开得到的截面图，示出了依照本发明的第七实施例的电容器传声器的结构；

图15B是示出集成在电容器传声器中的固定电极和支承部件的俯视图；

图16是示出沿图15A中的A-A线取的截面的俯视图；

图17是沿图15B中的C-C线取的截面图；

图18A是示出与沿图15B中的C-C线取的截面图有关的电容器传声器的制造过程的第一个步骤；

图18B是示出电容器传声器的制造过程的第二个步骤的截面图；

图18C是示出电容器传声器的制造过程的第三个步骤的截面图；

图18D是示出电容器传声器的制造过程的第四个步骤的截面图；

图18E是示出电容器传声器的制造过程的第五个步骤的截面图；

图18F是示出电容器传声器的制造过程的第六个步骤的截面图；

图19A是示出具有三个延伸臂的隔膜电极中由张应力引起的变形的截面图；

图19B是示出具有单一延伸臂的隔膜电极中由张应力引起的变形的截面图；

图20是示出与磷掺杂相关的残余应力和退火温度之间关系的图表；

图21是沿图22中的B-B线取的截面图，示出了依照本发明第八实施例的电容器传声器的结构；

图22是示出集成在图21中所示的电容器传声器中的具有支承件的固定电极的俯视图；

图23是沿图21中的A-A线取的截面俯视图；

图24是示出具有应力吸收部分的外部端子的指定部分的放大视图；

图25A是示出与沿图22中的B-B线取的截面图相关的电容器传声器的制造过程的第一个步骤；

图25B是示出电容器传声器的制造过程的第二个步骤的截面图；

图25C是示出电容器传声器的制造过程的第三个步骤的截面图；

图25D是示出电容器传声器的制造过程的第四个步骤的截面图；

图25E是示出电容器传声器的制造过程的第五个步骤的截面图；

图26A是示出经由具有应力吸收部分的外部端子的张应力引起的隔膜电极的圆形板中变形的截面图；

图26B是示出经由不具有应力吸收部分的外部端子的张应力引起的隔膜电极的圆形板中变形的截面图；

图27示出的是外部端子中形成的应力吸收部分的第一变体；

图28示出的是外部端子中形成的应力吸收部分的第二变体；

图29示出的是外部端子中形成的应力吸收部分的第三变体；

图30示出的是外部端子中形成的应力吸收部分的第四变体；

图3 1示出的是外部端子中形成的应力吸收部分的第五变体；

图32示出的是外部端子中形成的应力吸收部分的第六变体；以及

图33是示出图23中所示的第八实施方式的电容器传声器的一种变体的截面图。

具体实施例

下面将通过实施例并参照附图对本发明进行详细地说明。

1.第一实施例

按照本发明的第一实施例的电容器传声器的总体结构将参照图2和图3A及图3B进行说明。图2是概略地示出电容器传声器1的结构的截面图；图3A是包括在电容器传声器1中的背板20的顶视图；以及图3B是包括在电容器传声器1中的隔膜10的底视图。

电容器传声器1被称作“硅传声器”，这种传声器是使用半导体的制造工艺生产的。如图2所示，电容器传声器1包括声音传感部分和由电路实现的检测部分。

(a)声音传感部分的结构

如图2所示，电容器传感器1的声音传感部分包括上述隔膜10和背板20，以及间隔物30和底部40。

隔膜10包括没有固定在导电膜110的绝缘膜102上的指定部分(下文中称作导电膜110的非固定部分)和绝缘膜112，以及固定在导电膜110上的导电膜108。隔膜10的外侧周边被固定在绝缘膜102和绝缘膜112上。导电膜108和导电膜110都是由诸如多晶硅这样的掺有杂质的多晶体硅组成的半导体膜。导电膜108连接到导电膜110的非固定部分的中央部分。也就是说，靠近隔膜10的外侧周边的近端部分仅使用导电膜110形成，而隔膜10的中央部分使用导电膜110和导电膜108形成。这样的设计使隔膜10的中央部分与隔膜10的近端部分相比在厚度上有所增加，由此使隔膜10的中央部分的刚度增加到比隔膜10的近端部分的刚度更高。

导电膜108和110可以都使用相同的材料形成，也可以使用不同的材料形成。当导电膜108和110使用不同的材料形成时，优选的是导电膜108比导电膜110的硬度高。也就是说，当导电膜108使用高硬度材料形成时，可以增加由导电膜108和110构成的隔膜10的中央部分的刚度，即使导电膜110是使用低硬度材料形成的，以减小隔膜10的近端部分的刚度。例如，当导电膜110使用多晶硅形成时，导电膜108可以使用指定的化合物形成，譬如SiCx，SiGe，SiGeC以及其它为调节导电膜108的电阻率而向所述指定化合物掺入杂质的化合物。

优选的是导电膜108使用比导电膜110密度低的材料形成。当导电膜108使用低密度材料形成时，可以减小由导电膜108和110形成的隔膜10的中央部分的重量。由于隔膜10的中央部分的重量的减小，可以显著改善电容器传声器1响应高频声音的灵敏度。

如图2所示，隔膜10的中央部分在底部40侧面突出。或者也可以在背板20侧面突出。当然，还可以同时在两者的侧面突出。隔膜10的整个部分不必都使用导电膜形成；也就是说，例如隔膜10可以使用中央部分比近端部分在厚度上有增加的绝缘膜和电极来形成。另外，导电膜108可以用绝缘膜代替；且导电膜110可以用绝缘膜代替。当使用绝缘膜代替导电膜110时，导电膜108的外部形状被设计为能够与检测部分的连接垫连接。隔膜10可以形成为如图3B中所示的盘状，也可以形成为其它形状。

如图2所示，背板20(用作“板”)使用一个非固定部分形成，该非固定部分没有固定在导电膜114的绝缘膜112上。例如，导电膜114是一个由多晶硅组成的半导体膜。在背板20中形成有多个通孔22。它们允许声波从声源(未示出)透过背板20传播。结果，来自声源的声波被传播通过隔膜10。此外，背板20可以形成为如图3A所示的盘状；或者可以形成为其它的形状。另外，通孔22可以形成为如图3A中所示的圆形，或者可以形成为其它形状。

如图2所示，间隔物30使用绝缘膜112形成，例如是由SiO₂组成的氧化膜。间隔物30支承着隔膜10和背板20，以使得它们互相绝缘，其中在隔膜10和背板20之间形成有空气间隙32.

底部40由绝缘膜102和基板100组成。基板100是单晶硅基板。绝缘膜102是氧化膜，例如由SiO₂组成的氧化薄膜。在底部40中形成有用作后腔的通孔42.

电容器传声器1可以修改为将隔膜10定位于比背板20更靠近声源的位置，由此使得声波直接穿过隔膜10传播。在这种情况下，背板20的通孔22起到了在空气间隙32(形成于隔膜10和背板20之间)和作为后腔的底部40的通孔(或凹口)42之间建立连通的通道的作用。

(b)检测部分的结构

隔膜10与电阻器300相连接，而背板20是接地的。具体地说，连接到电阻器300的一端的导线302与隔膜10的导电膜110相连，用来将电容器传声器1的基板接地的导线304与形成背板20的导电膜114相连。连接到偏压电源306的输出端子的导线308与电阻器300的另一端相连。电阻器300最好具有千兆欧姆(GΩ)级的相对高电阻。连接到电容302的一端的导线314与预放大器310的输入端子相连。连接于隔膜10和电阻器300之间的导线302与电容312的另一端相连。

(c)电容器放大器的运行

当声波经由背板20的通孔22朝向隔膜10传播时，隔膜10相对于背板20发生振动。当隔膜10发生振动时，隔膜10与背板20之间的距离发生变化，于是改变了由隔膜10和背板20组成的电容器(或称麦克风电容器)的静电电容。

如上所述，隔膜10与具有相对高电阻的电容器300相连；因此，即使麦克风电容器的静电电容响应隔膜20的振动而发生了变化，麦克风电容器中聚集的电荷基本不会流过电阻器300。换句话说，可以认为麦克风电容器中聚集的电荷基本上没有发生变化。这使得可以通过隔膜10与背板20之间的电压的变化来检测麦克风电容器的静电电容的变化。

在电容器传声器1中，隔膜10对地的电压变化被预放大器310所放大；因此，可以输出响应麦克风电容器的静电电容的非常微小的变化的电信号。简而言之，电容器传声器1被设计为这样的方式，其中施加到隔膜10上的声压的变化被转换为麦克风电容器的静电电容的变化，随后再被转换为电压的变化，由此输出与声压变化相关的电信号。

在图4所示的一种公知的具有均匀刚度隔膜410的电容器传声器400的情形中，仅有隔膜410的中央部分以最大位移振动，于是由隔膜410的振动所引起的位移沿着从中央部分到固定于间隔物30外侧周边的方向变小。因此，当施加到隔膜410(参见图4中的阴影区域460)上的总位移变小时，受隔膜410中除中央部分外的其它部分的影响，电容器传声器400的灵敏度减小。顺便指出，隔膜410的总位移被定义为隔膜410的各个部分所发生的位移的总和。为了增加电容器传声器400的灵敏度，就可能需要增加与隔膜410和背板20之间的距离(参见图4中的箭头462)有关的隔膜410的最大位移(参见图4中的箭头464)。在这种情况下，存在一个与吸引现象(pull-inevent)的出现相关的问题，其中由于当隔膜410靠近背板20时产生了偏压，背板20通过静电吸收(或静电吸引)吸引隔膜410。

图1概略地示出了按照本发明第一实施例的电容器传声器的运转方式。

如上所述，隔膜10的中央部分的硬度比隔膜10的近端部分的硬度高。这减小了在振动时隔膜10的中央部分的位移，使之小于现有的隔膜的位移；因此，位移可以集中在隔膜10的近端部分。也就是说，隔膜10的中央部分的位移的偏差变小了，于是中央部分可以整体地以基本上匹配于最大幅度(参见图1中的箭头64)的幅值振动。通过减小隔膜10的中央部分的幅值的偏差，可以使隔膜10(参见图1中的阴影区域60)的总位移与现有公知的隔膜(其中具有实现相同的最大位移的均匀刚度，参见图4中的阴影区域460)的总位移相比有所增加。简而言之，有可能在不增加隔膜10的最大位移的条件下，增加电容器传声器1(由隔膜10和背板20组成)的可变电容。由此，可以在增加电容器传声器1的灵敏度的同时，避免吸引现象的发生。当然，可以在一个不会引起吸引现象出现的指定范围内增加与隔膜10和背板20之间的距离相关的隔膜10的最大位移。

(d)制造方法

下面将参照图5A到5H和图6A到6H说明电容器传声器1的制造方法，其中图5A到5D是与图5E到5H所示的俯视图(参见图5E中的A1-A1线)相应的截面图，并且图6A到6D是与图6E到6H所示的俯视图相应的截面图。

首先，如图5A所示，绝缘膜102形成于基板100之上，基板100例如用单晶硅片形成。具体地说，在基板100的表面进行CVD(化学气相沉积)以实现SiO₂的沉积，从而在基板100上形成绝缘膜102。这一步骤可以通过使用SOI基板而省略。

下一步，如图5B和5C所示，凹口104形成于绝缘膜102之上。具体地说，与凹口104相对应的、用于实现前述部分曝光的抗蚀膜(resist film)106，通过光刻法(photolithography)形成于绝缘膜102上。其中，抗蚀膜106是通过在绝缘膜102上面施加抗蚀剂的方法形成的。随后，通过使用具有预定形状的掩膜，对抗蚀膜106进行曝光和显影，从而移除抗蚀膜106中不需要的部分。这样，可以在绝缘膜102上形成抗蚀膜106，如图5B所示。抗蚀膜106中不需要的部分是利用诸如NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮，)这样的抗蚀剂脱离溶剂去除的。随后，从抗蚀膜106曝露出的绝缘膜102通过RIE(反应离子蚀刻，Reactive Ion Etching)进行加工，由此在绝缘膜102中形成凹口104。随后，抗蚀膜106被彻底去除。在后续加工工艺中(下文将详细说明)，形成隔膜10的导电膜108形成于凹口104中。因此，凹口104可以按照导电膜108的构成来形成。

随后，如图5C和5G所示，形成隔膜电极10的中央部分的导电膜108形成于绝缘膜102的凹口104中。具体地说，凹口104嵌入于绝缘膜102中，p+多晶硅层通过CVD方法形成于绝缘膜102上。其中，p+多晶硅是包含受主杂质的多晶硅。更具体地说，多晶硅层通过CVD方法形于绝缘层102上，并且再将硼(B)离子作为杂质植入于多晶硅层中。在离子植入之后，对多晶硅层进行退火处理，从而形成p+多晶硅层。p+多晶硅层和绝缘膜102都通过CMP(化学机械抛光)进行夷平，从而只有在绝缘膜102的凹口104中的p+多晶硅层保留下来。于是，可以形成由p+多晶硅组成的导电膜108。

随后，如图5D到5H所示，形成隔膜10的导电膜110通过CVD方法形成以覆盖绝缘膜102的表面，以及导电膜108的表面。例如，导电膜110是p+多晶硅膜。

随后，形成间隔物30的绝缘膜112通过CVD方法形成于导电膜110上。优选的是绝缘膜112使用与绝缘膜102相同的材料形成。由于绝缘膜102和112都使用相同的材料形成，可以对它们实施相等的蚀刻率。结果，在随后的部分移除绝缘膜的步骤中(下文将详细说明)，可以容易地控制施加于绝缘膜上的蚀刻值。

随后，形成背板20的导电膜114通过CVD方法形成于绝缘膜112上。例如，导电膜114是p+多晶硅薄膜。

随后，如图6A和6E所示，通孔22形成于导电膜114中。具体地说，用于形成通孔22的、将指定区域曝光的抗蚀膜118通过光刻法(lithography)形成在导电膜114上。随后，从抗蚀膜118暴露出来的导体膜114接受RIE的加工，使得蚀刻进行并达到绝缘层112，由此形成了导电膜114中的通孔22。然后，抗蚀膜118被移除。

随后，如图6B和6F所示，导电膜110被部分地暴露出来。具体地说，掩蔽导电膜114的剩余部分的抗蚀膜120通过光刻法(lithography)形成于导电膜114上。随后，从抗蚀膜120暴露出来的导电膜114和绝缘膜112通过RIE方式加工，以使得蚀刻进行并达到因此被曝光的导电膜110。然后，抗蚀膜120被移除。导电膜110的部分曝露使得可以在导电膜110和检测部分之间建立连接。

随后，如图6C所示，形成通孔22的开口被形成于基板100中。具体地说，用于暴露出与基板100的开口相应的指定部分的抗蚀膜124通过光刻法(lithography)形成。随后，从抗蚀膜124暴露出来的基板100中的指定部分通过深度RIE方式移除，以使得蚀刻进行并达到绝缘膜102，从而在基板100中形成通孔22。随后，抗蚀膜124被移除。

随后，如图6D所示，绝缘膜102和112被移除，除了绝缘膜102中用做底部40的指定部分，以及绝缘膜112中用做间隔物30的指定部分之外。具体地说，绝缘膜102和112通过湿法蚀刻移除。例如，由SiO₂组成的绝缘膜通过由氢氟酸制成的蚀刻液移除。蚀刻液流动穿过基板100的开口，以及导电膜114的通孔22，以达到绝缘膜102和112，于是绝缘膜102和112被溶解。这形成了位于隔膜10和背板20之间的空气间隙32，从而实现电容器传声器1的声音传感部分。

2.第二实施例

接下来，将参照图7A和7B对根据本发明中的第二实施例中的电容器传声器2进行详细的说明。图7A是概略地示出了电容器传声器2的构造的截面图，而图7B是概略地示出了集成在电容器传声器2中的隔膜210的底视图。电容器传声器2具有检测部分，其组成结构与电容器传声器1中的检测部分的结构实质上相同。

隔膜210由导电膜110和多个突出部200构成。突出部200使用多晶硅组成的半导体膜(或第二膜)形成，并且相对于导电膜110(或第一膜)的非固定部分的中心呈放射状定位。突出部200的密度沿隔膜210的外侧周边到隔膜210的中心的方向逐渐增加。每个突出部200可以通过修改导电膜108的轮廓形状来实现。隔膜210具有仅由导电膜110形成的薄的部分，以及由导电部分110和突出部200共同实现的厚的部分。

第二薄膜需要具有沿隔膜210的外侧周边到隔膜210的中心的方向逐渐增加的密度；因此，突出部200不是必需的。此外，突出部200也不一定要布置成放射状的方式。此外，突出部200也不一定要以所示的形状形成。例如，有可能用图gA和8B中所示的方式来修改隔膜210，其中突出部201分别被直线地延伸，并且在隔膜210的中心周围排列成放射状。如图7B所示，突出部200可以被布置在导电膜110上靠近背板20一侧。替代地，它们也可以被布置在导电膜110上靠近底部40的一侧。当然，突出部200可以形成在导电膜110的两面上。顺便说明的是，隔膜210可以使用对应于绝缘膜和电极的导电膜110和突出部200形成。

第二实施例的优越之处在于可以减小隔膜210的重量；因此，就使得进一步提高电容器传声器2响应高频声音的灵敏度成为可能。

接下来，将参照图9对电容器传声器2的运转方式进行说明。

如上所述，突出部200的密度沿隔膜210的外侧周边到隔膜210的中心的方向逐渐增加；因此，隔膜210的刚度沿隔膜210的外侧周边到隔膜210的中心的方向逐渐增加。由于这个原因，当隔膜210响应声波而平滑地变形时，它振动起来并使得它的中央部分保持与背板20基本平行。

也就是说，隔膜210的中央部分在保持与背板20基板平行的同时，基本以最大位移振动。因此，可以使隔膜210的总位移(参见图9中的阴影区域260)与前文所述的具有均匀刚度的隔膜(参见图4中的阴影区域46)相比有所增加。这提高了电容式传声器2的灵敏度，同时避免了吸引现象的出现。

如上所述，隔膜210在平滑地变形时发生振动。也就是说，施加到发生变形的隔膜210上的应力分布在整个隔膜210上，因此可以减少隔膜210的厚度。由于隔膜210的厚度的减小，可以减小整个隔膜210的刚度；因此，可以使隔膜210以相对较大的幅度振动。由于隔膜210的厚度的减小，可以减小隔膜210的重量；因此，可以进一步地改善电容器传声器2响应高频声音的灵敏度。

接下来，将参照图10A到10H对电容器传声器2的制造方法进行说明。图10A是沿图10E中的A2-A2线剖开得到的截面图。如图10A所示，与用于制造第一实施例中的电容器传声器1的方法的第一步类似，绝缘膜102形成在基板100上。

随后，如图10B和10F所示，多个凹口202形成在绝缘膜102中。具体地说，用于暴露出绝缘膜102与凹口202相对应的指定部分的抗蚀膜204通过光刻法(lithography)形成在绝缘膜102上。然后，从抗蚀膜204暴露出来的绝缘层102的曝露部分通过RIE方法进行加工，从而在绝缘膜102中形成凹口204。此后，抗蚀膜204被移除。在后处理中(下文将详细说明)，多个集成在隔膜210中的突出部200形成在凹口202中；因此，凹口202可以形成为适合突出部200形状的指定形状。

也就是说，如图10C和10G所示，突出部200被形成在凹口202中。具体地说，用于嵌入凹口202的p+多晶硅薄膜通过CVD方法形成于绝缘膜102上。然后，该p+多晶硅薄膜和绝缘膜102通过CMP方法进行夷平，使得仅仅在绝缘膜102的凹口202内的p+多晶硅能保留下来。这使得可以形成p+多晶硅组成的突出部200。

随后，如图10D所示，导电膜110通过CVD方法形成以覆盖绝缘膜102和突出部200的表面。用于制造第二实施例中的电容器传声器2的方法的后续步骤与用于制造第一实施例中的电容器传声器1的方法的相应步骤基本上相同。

3.第三实施例

接下来，将参照图11A和11B对本发明的第三实施例中的电容器传声器3进行说明。其中，隔膜11的中央部分14具有包括导电膜23和导电膜110的双层结构。导电膜110用作增强隔膜11的中央部分14的刚度的增强膜，并且以覆盖整个中央部分14的方式形成。多个近端部分15通过利用导电膜110形成于隔膜11中，它们在那里起到了使中央部分14和间隔物30相互连接的桥接结构的作用。每个近端部分15被以锯齿的方式弯曲并折叠，以起到弹簧的作用。由于这个原因，近端部分15的刚度与中央部分14的刚度相比得到了显著的减小，从而保证传播声波的隔膜11的变形必定集中在近端部分15。即使当声波在通过隔膜11传播时，中央部分11基本上没有变形；因此，中央部分14基本上是以平行运动的方式振动。

由于近端部分15在振幅上与中央部分相比得到了减小，近端部分1 5在单位面积上所形成的平均寄生电容与中央部分14相比得到了增加。在使用导电膜23连接靠近背板20的导电膜110的第三实施例中，背板20与隔膜11之间的距离在接近中央部分14处变小，而在接近近端部分15处变大。结果，第三实施例中的电容器传声器3的优越之处在于与第一实施例中的电容器传声器1相比寄生电容能够得到减小。

4.第四实施例

图12A和12B示出了按照本发明第四实施例的电容器传声器4。第四实施例的特征在于环状的导电膜24形成在隔膜12的中央部分116周围，由此隔膜12的刚度得到了增加。

5.第五实施例

图13A、13B和13C示出了按照本发明第五实施例的电容器传声器5。其中，隔膜13的中央部分18通过近端部分19悬挂起来。近端部分19由连接部分27(使用绝缘膜112的部分形成)和导电膜114构成，从而在多个位置支承中央部分18。背板20通过切口28与隔膜13的近端部分19机械地隔离。近端部分19允许隔膜13响应于制造过程中产生的应力而收缩，其中由于收缩的产生，可以减小施加在隔膜13上的应力。环状的导电膜25形成在中央部分18的周围，以增加隔膜13的刚度。由于导电膜25是用来增加隔膜13的中央部分18的刚度的，例如，它可以使用由SiN和SiON组成的绝缘膜形成。

6.第六实施例

图14A、14B和14C示出了按照本发明第六实施例的电容器传声器6，其中与图13A到13C所示相同的部件使用相同的附图标记表示。

也就是说，第五实施例以这样的方式被修改为第六实施例，隔膜13的中央部分18的刚度通过连接部分27得以增加。其中的连接部分27与适用于第五实施例中的连接部分27相比，在圆周方向上的长度被分别延伸，其中连接部分27布置成环状从而形成中央部分18的外侧周边。即使当连接部分27在隔膜13的中央部分18的圆周方向上相互间隔，中央部分18的总刚度也可以被增加，因为它的的外侧周边基本上通过连接部分27被连接在一起。第六实施例的优越之处在于增强部件(第五实施例可能需要)不必关于相对于隔膜13的中央部分18定位的背板20的相对侧的外侧周边布置。

由于连接部件27分别沿圆周方向在长度上进行了延伸，背板20的刚度可能被减小。为了克服这个微小的缺陷，最好将背板20的厚度增加。具体地说，最好使得背板20的厚度增加到大于隔膜13的近端部分19的厚度。

7.变体

半导体膜组成的隔膜的刚度可以通过杂质的离子植入进行控制。具体地说，可以通过执行使用杂质进入隔膜的中央部分的离子植入，从而增加半导体膜的刚度。替代地，可以通过执行使用杂质进入隔膜近端部分的离子植入，从而减小半导体膜的刚度。这样，与第一实施例中的电容器传声器1的隔膜10相似，可以得到中央部分以最大位移振动响应声波的隔膜。具体地说，C离子被植入到由Si组成的隔膜的中央部分以形成SiC，由此隔膜的中央部分的刚度得以增加。此外，可以把大量的Ar离子植入到隔膜的近端部分中，其中Ar离子被引导入形成隔膜的近端部分的Si晶体之间，从而减小Si晶体之间的结合强度，由此减小隔膜的中央部分的刚度。或者，可以通过使用杂质向隔膜中进行这样方式的离子植入，以致植入区域和非植入区域之间的比例沿中央部分到隔膜的外侧周边的方向逐渐增加。这样，与集成在第二实施例的电容器传声器2中的隔膜10类似，可以获得响应声波平滑地变形的且中央部分以最大位移振动的隔膜。

8.第七实施例

图15A和15B示出了按照本发明第七实施例的电容器传声器。在块状半导体基板1002上，中空部分1001形成在其中央，具有比中空部分1001更大的内部空间1003的环状绝缘层1004被布置成环绕在中空部分1001的周边；板状固定电极1005的外侧周边固定在绝缘层1004的上表面；并且隔膜电极1007通过空气间隙1006被支承为与固定电极1005平行。

固定电极1005以直径比绝缘层1004的内部空间1003大的圆板状整体形成。如图15B所示，三个凹口1008被形成以三个在圆周方向上相互间隔120度角的位置部分地将固定电极1005的外侧周边隔断，其中的每个舌状支承部件1011被保持在凹口1008的内部，并且以一定的空气间隙与固定电极1005稍微隔开。也就是说，支承部件1011被布置在固定电极1005的凹口1007内，从而在支承部件1011和固定电极1005之间形成弯曲缝1012。固定电极1005的除支承部件1011之外的外侧周边被牢固地连接到绝缘层1004，并且支承部件1011的外部端子被牢固地连接到绝缘层1004上，借此支承部件1011的内部端子沿半径方向从绝缘层1004向内延伸到内部空间1003中。

支承部件1011的内部端子与隔膜电极1007的外侧周边分别经由由绝缘物质组成的互连杆1013在三个位置相互连接。隔膜电极1007整体形成为圆形，并且圆形板1014的外侧周边通过互连杆1013在三个位置被固定在支承部件1011上；因此，隔膜电极1007被支承部件1011支承住并且悬挂在中空部分1001中。隔膜电极1007的圆形板1014形成为圆形板状，其内径小于绝缘层1004的内部空间1003。此外，环状空间1015形成在圆形板1014的外侧周边与绝缘层1004的内壁之间。

如图15B和图16所示，三个分别沿半径方向向外延伸的延伸臂1016A到1016C，与圆形板1014的外侧圆周周边一体地形成。穿过环状空间1015的延伸臂1016A到1016C被嵌入到绝缘层1004内，并且在延伸臂1016A的突出端处形成有连接盘1017。

如图15B和图16所示，延伸臂1016A到1016C以适应于互连杆1013的位置的方式形成，于是它们在圆周方向上以相互距离120度角的方式分布。除去连接盘1017外，延伸臂1016A到1016C都以相同的尺寸(例如宽度)形成。

固定电极1005和隔膜电极1007都是使用由多晶体硅(或多晶硅)组成的导电半导体膜形成的。隔膜电极1007被形成为响应声波而振动的薄膜状。磷(P)组成的杂质被掺杂入延伸臂1016A到1016C的桥接部分中，这些延伸臂连接并跨于圆形板1014和绝缘层1004上。桥接部分用做应力调节部分1020，其中的残余张应力与其它部分相比得到了减小。多个用于传输声波的通孔1021被形成于固定电极1005除去它的外侧周边之外的中央部分上。如图15A所示，固定电极1005和隔膜电极1007的圆形板1014都被布置为沿着相同的轴线X。

除了接近中空部分1001的内部，绝缘层1004以环状方式层压在半导体基板1002的外侧周边上。所有的绝缘层1004和互连杆1013都是由诸如二氧化硅之类的绝缘物质组成的。

如图17所示，输入端子1022(与外部装置相连，没有示出)与凸起在隔膜电极1007的延伸端子116A的末端的连接盘1017相接，并且暴露在上表面。此外，用来将连接盘1017连接到半导体基板1002的导电部分1023在与连接盘1017的背面接触的位置形成。此外，输出端子(没有示出)在固定电极1005处形成。

接下来，将参照图18A至图18F对电容式传声器1001的制作方法进行描述，这些图示出了延伸端子16A沿图15B中的C-C方向取的截面结构的转变。

(a)层压步骤

首先，如图18A所示，用作半导体基板1002的由单晶硅组成的板状基板1031的表面，遭受诸如CVD(化学气相沉积)这样的薄膜成形技术，从而沉积了诸如二氧化硅(SiO₂)这样的绝缘物质，由此形成第一绝缘层1032。

接下来，通过CVD在第一绝缘层1032上形成一层用作隔膜电极1007的由多晶硅组成的导电层1033。抗蚀层1034被形成以整体地覆盖导电层1033，除了用作隔膜电极延伸臂1016A至1016C的桥接部分(参见图18A所示虚线)。诸如磷(P)这样的杂质通过离子注入的形式掺入桥接部分。

接下来，抗蚀层1034被去除；然后，通过使用例如RTA(快速热退火)装置对所述中间结构在800℃到900℃之间的指定温度下进行退火。

在隔膜电极1017的延伸臂1016A的末端形成的连接盘1017的位置形成有贯穿第一绝缘层1032的通孔，且导电层1033部分地填充在所述通孔，从而整体的形成连接导电层1033和板状基板1031的导电部分1022。

抗蚀剂被施加到导电层1033上，然后经过曝光和显影处理，形成了抗蚀层1035用以覆盖作为隔膜电极1007的指定区域(参见图18B)。隔膜电极1007是通过诸如RIE(Reactive Ion Etching，反应离子蚀刻)这样的刻蚀方法形成的。其后，使用抗蚀剂脱离溶剂移除抗蚀层1035；由此，可以产出如图18C所示的中间结构。

接下来，由二氧化硅组成的绝缘物质被通过CVD的方式沉积覆盖整个隔膜电极1007，从而形成第二绝缘层136。

除此之外，由多晶硅组成的导电层通过CVD的方式在第二绝缘层1036上形成；其后，抗蚀层被形成以覆盖导电层上的指定区域(之后用作固定电极105和支承件1011的区域)，并经过诸如RIE这样的刻蚀，形成具有通孔121和支承件1011的固定电极1005。在完成了固定电极1005和支承件1011的成形后，上面形成的前述抗蚀层被去除，从而形成如图18D所示的中间结构。在这种情况下，固定电极1005与支承件1011通过它们之间的弯缝1012可靠地分开。

在隔膜电极1007的延伸臂1016A的连接盘1017上方，通孔在第二绝缘层1036中形成且镀上铝，从而形成输入端子1022，用以建立与外部装置(未示出)的连接。

(b)中空部分形成步骤

抗蚀层1037(参见图18D中虚线)被形成用以覆盖板状基板1031的背部，除去用作中空部分1001的中央部分之外。然后，进行深RIE刻蚀，以致蚀刻进行并到达板状基板1031和第一绝缘层1032之间的界面处，借此板状基板1031的中央部分被去除，从而形成如图18E中所示的中间结构，即具有中空部分1001的半导体基板1002。在完成制作中空部分1001后，抗蚀层1037从半导体基板1002上移除。

(c)湿法刻蚀步骤

接下来，如图18F所示，环状抗蚀层1038被形成以覆盖支承件的外端，以及固定电极1005中除去有通孔1021形成的中央部分之外的外侧周边。图18F的中间结构完全浸没在由氢氟酸组成的刻蚀液中进行湿法刻蚀。

通过湿法刻蚀，与半导体基板1002的中空部分1001中刻蚀液接触的第一绝缘层1032的中央部分溶解了，从而隔膜电极1007暴露出来，刻蚀液流入隔膜电极1007的圆形板1014的周围区域，从而溶解了圆形板1014上的第二绝缘层1036。此外，第二绝缘层1036也通过固定电极105的通孔1021和支承件1011的狭缝1012接触刻蚀液，并由此被溶解而与通孔1021和狭缝1012连通。绝缘层1032和1036的溶解并不只是沿厚度方向进行；因此，也进行平面蚀刻和侧面蚀刻。通过设置合适的刻蚀时间，可以可靠地从固定电极1005和隔膜电极1007之间指定区域移除绝缘物质，从而在电极1005和1007之间形成空气间隙1006。除此之外，可以形成互连杆1013，用以建立在具有内部空间1003的绝缘层1004、支承件1011，以及隔膜电极1007之间的相互连接。

在前述过程中，当被用作隔膜电极1007的导电层1033在第一绝缘层1032上形成时，在高温下提供了多晶硅，所述多晶硅的热膨胀系数比用来形成第一绝缘层1032的二氧化硅的要高。由于这个原因，当导电层1033被完全嵌入第一绝缘层1032和第二绝缘层1036内，然后温度降到室温时，张应力在相应的隔膜电极1007中发生。当第一绝缘层1032和第二绝缘层1036溶解，从而使得隔膜电极1007处于如图18F所示的悬挂状态时，隔膜电极1007可以在张应力的作用下发生变形并且沿半径方向向内收缩。

上述现象将参照图19A和19B详细描述。如图19A所示，当隔膜电极1007上的圆形板1014沿半径方向向内收缩时，与支承件1011连接的互连杆1013的较低端被迫朝如箭头所示的半径方向向内移动，从而使互连杆1013变形和倾斜，借此圆形板1014的中央部分被轻微的向上升起。

从圆形板1014延伸出的延伸臂1016A至1016C的末端嵌于绝缘层1004中。在前述状态中，延伸臂1016A至1016C可以对圆形板1014的收缩产生水平阻力，该水平阻力能均匀分布，因为延伸臂1016A至1016C均匀分布在圆形板1014的圆周方向上。因此，圆形板1014的变形是均匀的，同时电极1005和1007之间的距离也是均匀的。除此之外，尽管圆形板1014被迫向上弯曲，延伸臂1016A至1016C仍将水平地牵拉圆形板1014的外侧圆周周边，由此可以抑制圆形板1014的过度收缩。

本实施例是这样设计的，以致应力调节部分1020形成在圆形板1014(延伸臂1016A至1016C从它上延伸)和固定在绝缘层1014上的指定部分之间，从而与其他部分相比张应力得以减少。图20示出了退火后剩余应力情况在A、B两种情况下比较，其中第一种情形A中在多晶硅中掺入诸如磷(P)这样的杂质，第二种情形B中不进行掺杂。结果表明在掺杂的情形A中产生了张应力。

通过调节掺杂量和退火温度，可以最优化施加在延伸臂1016A至1016C的应力调节部分1020上的张应力，借此由于延伸臂1016A至1016C的张应力，可以在电极1005和1007之间保持适当距离。这样就可以将退火温度设定在二氧化硅膜的玻璃化转变温度以下的指定温度区域中。这样增加了吸引电压。结果，可以增大偏置电压；因此，可以产出具有高灵敏度的传声器。

图19B示出了另一种情形，其中相对于隔膜电极1007仅形成单个带连接盘1017的延伸臂1016，其中在布置了延伸臂1016的指定区域中，尽管圆形板1014收缩，它仍然被延伸臂1016水平牵拉。因此与其他互连杆1013相比，防止与延伸臂1016靠近的互连杆1013(位于图19B的右边)发生变形，同时也不会出现很大倾斜。这样就在圆形板1014上产生了不对称的变形，从而使得固定电极1005与隔膜电极1007之间的距离变得不均匀。

本实施例具有以下特征，其中的三个延伸臂1016A至1016C彼此等距离(或等角度)地布置在圆形板1014的外侧周边，因此圆形板1014同时在三个方向被物理上地平衡并支承。这样就在圆形板1014上产生了如图19A所示的对称变形；因此固定电极1005和隔膜电极1007之间的距离可以保持均匀。除此之外，由于互连杆1013均匀倾斜和变形，可以减小拉伸残余应力的分布和量级。

在本实施例的电容器传声器1001中，当隔膜电极1007的圆形板1014响应由固定电极1005的通孔1021传播的声压而振动时，固定电极1005和隔膜电极1007的圆形板1014之间的距离变化，以致这个距离的变化由电极1005和1007之间的静态电容变化来检测。此处，隔膜电极1007的圆形板1014通过延伸臂1016A至1016C的应力调节部分1020被均匀地支承着；因此，可以保持张应力的均匀分布，并可以降低振动阻力。因此，本实施例的电容器传声器1001对声压有高灵敏度的响应。

此外，本实施例能确保圆盘1014获得均匀变形，同时提高了对振动的相应。这样就使得可以通过适当地调节残余应力来增大吸引电压。于是，可以增大偏压；因此，可以制造出具有高灵敏度的电容器传声器1001。

在本实施例中，除连接盘1017外，所有延伸臂1016A至1016C都是以同一尺寸(或者说是同样宽度)形成的，同时对在圆形板1014和固定于绝缘层1004的指定区域之间的桥接部分进行掺杂，由此通过降低弱施加在桥接部分上的残余应力的应力调节部分1020。替代地，可以在延伸臂宽度范围内形成多个通孔，或者可以局部地减小延伸臂的宽度，从而通过局部地减小延伸臂的截面积来形成应力调节部分。也就是说，优选的是应力调节部分形成为以一定程度施加适用到隔膜电极1007的指定范围的张应力，在这一程度中隔膜电极1007的圆形板1014不会过于接近固定电极1005。

本实施例被这样设计，以致延伸臂1016A至1016C以与互连杆1013相适应的方式定位，它们将圆形板1014支承在悬挂的状态。替代地，它们还可以定位在互连杆1013中间。此外，可以布置三个或更多个支承件1011和三个或更多个互连杆1013，它们将隔膜电极1007支承在悬挂的状态。更进一步地，根据需要可以增加延伸臂1016的数目。

9.第八实施例

图21是示出了按照本发明的第八实施例的电容器传声器的结构的截面图。其中，电容器传声器2001是用块状的、在它的中央具有中空部分2001的半导体基板2002形成的。环状绝缘层2004形成为围绕中空部分2001的周边，绝缘层2004中具有比中空部分2001尺寸更大的内部空间2003。板状固定电极2005的外侧周边被固定在绝缘层2004的上表面。隔膜电极207被支承为平行于固定电极2005，隔膜电极207和固定电极2005之间具有空气间隙2006.

固定电极2005的总体形状形成为圆形板状，其直径比绝缘层2004的内部空间2003的直径更大。如图22所示，固定电极2005的外侧周边被部分地切除，从而形成三个凹口2008，它们相互之间以120度的角度在圆周方向上等距隔开。此外，舌状支承件2011被布置于固定电极2005的凹口2008内部，其间具有小的空隙；因此，弯曲缝2012被形成于支承件2011和固定电极2005的凹口2008的内壁之间。固定电极2005的外侧周边(除去支承件2011)和支承件2011的外部端子被牢固地连接到绝缘层2004；因此，支承件2011的内部端子从绝缘层2004向内沿半径方向突出进入内部空间2003。

支承件2011的内部端子通过由绝缘物质组成的互连杆2013在三个位置上与隔膜电极2007的外侧周边相互连接。隔膜电极2007作为整体形成为圆形，由圆形板2014实现。圆形板2014的外侧周边通过互连杆2013在三个位置固定到支承件2011上，因此隔膜电极2007通过支承部件2011在中空部分2001内被支承为悬挂状态。隔膜电极2007的圆形板2014形成为类似圆形，它的直径小于绝缘层2004中内部空间的直径。因此在圆形板2014的外侧周边和绝缘层2004的内圆周壁之间形成环状空间2015。如图22和23所示，沿半径方向向外突出的延伸端子2016与圆形板2014的外侧周边整体地形成。延伸端子2016横穿过环形空间2015然后嵌入绝缘层2004中，并且在它的末端形成连接盘2017。

延伸端子2016在与一个互连杆2013大致上相配的指定位置形成，并且以很小的宽度向连接盘2017延伸。如图24所示，多个通孔2018在延伸端子2016横截环状空间2015的指定部分形成。由于通孔2018的形成，延伸端子2016的刚度被部分减弱从而容易发生变形。通孔2018以锯齿方式形成。这样使得当通孔2018在其周围区域随施加在延伸端子2016长度方向上的张应力变化而变形时能发生延伸。也就是说，通孔2018的锯齿型排列使得延伸端子2016的指定部分用作应力吸收部分2019。

与直线排列的通孔2018相比，锯齿构形的通孔2018能改善应力吸收效果。这在下面将会说明。

假设在0.66μm厚，40μm宽和160μm长的板上有8个同样尺寸(例如直径是10μm)的通孔。第一种样品是在盘的宽度方向将4个通孔分别排成2列，这使得8个通孔均匀地排列在整个板上。第二种样品是将通孔以2个和1个的交替变化方式排列在板的宽度方向，这样8个通孔就在整个板上形成了锯齿型排列。为了比较第一和第二种样品对应力吸收的效果，板的一端固定，测定在另一端产生0.1μm的位移所需的反应。可以得知的是，与第一种样品相比，第二种样品(与本实施例相对应)的反应减弱到大约86％。

固定电极2005和隔膜电极2007都是由多晶体硅(即多晶硅)组成的导电半导体膜形成的。隔膜电极2007被形成为能很容易地随声波振动的薄膜状。多个允许传递声波的通孔2020均匀地分布形成在固定电极2005除外侧周边的中央区域。如图21所示，固定电极2005和隔膜电极2007的圆形板2014都沿同一轴线X布置。

在半导体基板2002除中空部分2001的周围区域的外侧周边中，绝缘层2004被层压为环形。绝缘层2004和互连杆2013都是由诸如二氧化硅之类的相同的绝缘物质组成。

与外部装置(未示出)建立连接的输入端子2021与在隔膜电极2007的延伸端子2016末端形成的连接盘2017连接，其中输入端子2021的上表面暴露且在连接盘2017的背部形成在连接盘2017和半导体基板2002之间建立连接的导电部件2022。与此同时，输出端子(未示出)与固定电极2005连接。

接着，电容式传声器2001的制作方法将参照图25A至25E描述，其中示出了制作过程中与延伸端子2016有关的沿图22中B-B线取得的截面结构的变化。

(a)层压步骤

如图25A，通过诸如CVD(化学气相沉积)的薄膜形成技术的方法在用作半导体基板2002的由单晶体硅组成的板状基板2031的表面上沉积一层如二氧化硅之类的绝缘物质，由此形成了第一绝缘层2032。

在第一绝缘层2032上形成一层用作隔膜电极2007的由多晶硅组成的导电层2033。

在隔膜电极2007的延伸端子2016的连接盘2017相配的位置预先形成通孔，其中导电层2033形成时填充了这个通孔，因此整体地形成了导电部分2022，用以建立导电层2033和板状基板2031之间的连接。

抗蚀剂施加在导电层2033上，并且进行曝光和显影处理，形成一层覆盖用作隔膜电极2007的指定区域的抗蚀层2034。在抗蚀层2034中用作延伸端子2016的应力吸收部分2019的区域形成了多个孔2035。然后，执行RIE(Reactive Ion Etching，反应离子蚀刻)从而形成隔膜电极2007，其中在应力吸收部分2019中形成多个通孔2018。之后，抗蚀层2034通过抗蚀剂脱离溶剂被去除，由此形成如图25B所示的中间结构。

然后，通过CVD沉积由二氧化硅组成的绝缘物质以覆盖整个隔膜电极2007，从而形成第二绝缘层2036。

除此之外，通过CVD在第二绝缘层2036上形成由多晶硅组成的导电层，从而在导电层上形成覆盖与固定电极2005和支承件2011相配的区域的抗蚀层。使用诸如RIE这样的蚀刻方法从而形成具有通孔2020的固定电极2005和支承件2011。在固定电极2005和支承件2011的成形完成后，抗蚀层被去除，从而产生如图25C所示的中间结构。这里，固定电极2005通过弯曲缝2012可靠地与支承件2011隔开。

在隔膜电极2007的连接盘2017上方，在第二绝缘层2036中形成通孔；然后，通过在通孔上镀上铝从而形成输入端子2021，用于与外部装置(未示出)建立连接。

(b)中空部分形成步骤

接着，如图25C所示(参见虚线)，形成抗蚀层2037以覆盖除用作中空部分2001的中央部分以外的板状基板2031的背部。然后用这样的方法执行深RIE从而去除板状基板2031的中央部分，以致刻蚀到达板状基板2031和第一绝缘层2032的界面，从而形成如图25D所示的带中空部分2001的半导体基板2002。在中空部分2001制作完成后，抗蚀层2037从半导体基板2002上去除。

(c)湿法刻蚀阶段

接下来，如图25E所示，形成环状抗蚀层2038以覆盖固定电极2005的外侧周边以及除去形成有固定电极2005的通孔2020的中央部分之外的支承件2011的外部端子。如图25E所示的中间结构被浸没在如氢氟酸之类的刻蚀液中进行湿法刻蚀。

由于湿法刻蚀，与半导体基板2002的中空部分200 1中的刻蚀液接触的第一绝缘层2032的中央部分被溶解，从而使隔膜电极2007暴露。刻蚀液流入隔膜电极2007的圆形板2014的周围区域，从而溶解了圆形板2014上的第二绝缘层2036。除此之外，第二绝缘层上通过固定电极2005上的通孔2020和固定电极2005与支承件2011之间形成的狭缝2012接触刻蚀液的区域也发生溶解，与通孔2020和狭缝2012相关联。另外，溶解并不只是发生在相对于绝缘层2032和2036的厚度方向，由于侧面刻蚀也发生在水平方向(或平面方向)。通过设置合适的刻蚀时间，固定电极2005和隔膜电极2007之间的绝缘层被去除，从而在它们之间形成空气间隙2006。除此之外，形成了互连杆2013将带内部空间2003的绝缘层2004，支承件2011和隔膜电极2007相互连接到一起。

在上述制造过程的一系列步骤中，当用作隔膜电极207的导电层2033在第一绝缘层2032上形成时，提供的多晶硅在高温下的热膨胀系数比形成第一绝缘层2032的二氧化硅要高。由于这个原因，当隔膜电极2007(即导电层2003)被嵌入到第一绝缘层2032和第二绝缘层2036然后温度降低到室温时，会产生张应力。当绝缘层2032和2036被溶解从而使得隔膜电极2007处于如图5E所示的悬挂状态时，由于施加的张应力隔膜电极2007将受迫变形并沿半径方向收缩。

上述现象将参照图26A进行说明，其中由于隔膜电极2007的圆形板20 14沿半径方向向内收缩，上端与支承件相连的互连杆2013的下端将被迫沿箭头方向向内移动，从而使互连杆2013倾斜并变形。因此圆盘2014的中央部分将被轻微的向上升起并且在此处受到支承。应力吸收部分2019形成在圆形板2014和与延伸端子2016相关的绝缘层2004之间，该应力吸收部分2019从圆形板2014延伸，并能被拉伸或变形从而吸收张应力；因此，可以避免对互连杆2013的自由倾斜和变形产生干扰。

如图26B延伸端子2016没有应力吸收部分2019的情形，即使当圆形板2014接触时，圆形板2014仍被延伸端子2016部分地牵拉。和其它互连杆2013(即图26B中的左侧互连杆)相比，这样减少了靠近延伸端子2016的互连杆2013(即图26B中右侧互连杆)的变形和倾斜；因此，圆形板2014遭受不对称的变形，使得圆形板2014与固定电极2005之间的间隙变得不均匀。

相比之下，本实施例的电容器传声器2001具有如下特征，它的延伸端子2016具有应力吸收部分2019，如图26A所示，它能实现关于圆盘2014的对称变形，因此可以使圆盘2014和固定电极2005之间的间隙保持均匀。除此之外，由于互连杆2013均匀的倾斜和变形，圆形板2014上的残余拉伸应力分布在相对小的区域并且量级也减小了。

在具有所述构造的电容器传声器2001中，当隔膜电极2007的圆形板2014响应经由固定电极2005的通孔2020传播的声压而振动时，固定电极2005和隔膜电极2007的圆形板2014之间的距离也随之变化，从而引起它们之间的静态电容的变化，然后所述静态电容的变化被检测出。本发明设计成通过应力吸收部分2019来减小施加到隔膜电极2007的圆形板2014上的张应力；由此，可以在不干扰圆形板2014振动的情况下实现对声压的高灵敏度响应。

如上所述，电容器传声器2001实现了圆形板2014的均匀变形并增强了对振动的响应。通过合理地设置残余应力可以增加吸引电压，结果可以提高偏置电压从而实现高灵敏度。

在本实施例中，延伸端子2016除了连接盘2017外宽度都是一致的，其中多个通孔218在连接盘的宽度内形成，从而形成了应力吸收部分2019。图27至32展示了几个延伸端子2016上应力吸收部分2019的变体，其中与图21至23上相同的部件使用相同的参考标记标出；因此形状差异将由下文详细描述。

图27展示了第一种变体，其中延伸端子2016面向环状空间2015的指定部分与其他部分相比厚度有所减小，从而形成薄的部分2041，它在延伸端子2016的水平面内弯成蜿蜒状，从而形成应力吸收部分2042。

由于应力吸收部分2042是通过弯曲环形空间2015中的薄的部分2041形成的，因此它的总尺寸和长度比环状空间2015在半径方向上的尺寸大。也就是说，薄的部分2041伸展从而可以吸收制造过程中产生的张应力或在圆形板2014响应声压振动时薄的部分2043被伸展。

图28展示了第二种变体，其中延伸端子2016面向环形空间2015的指定部分使用成对的薄的部分2043形成，所述薄的部分2043弯曲成悬链状从而形成应力吸收部分2044。

由于应力吸收部分2044是通过弯曲环形空间2015中的薄的部分2043形成的，所以它的总尺寸和长度要大于环形空间2015沿半径方向上的尺寸，也就是说，薄的部分2043伸展从而可以吸收制造过程中产生的张应力或者在圆盘2014响应声压振动时薄的部分2043被伸展。

图29展示了第三种变体，其中应力吸收部分2045是通过三个薄的部分2046实现的，所述三个薄的部分2046平行地布置在延伸端子2016的宽度内。

图30展示了第四种变体，其中应力吸收部分2047是通过多个矩形通孔2048实现的，所述多个矩形通孔2048梯状排列布置在延伸端子2016的宽度内。

图31展示了第五种变体，其中应力吸收部分2049是通过单一线性的薄的部分实现的，所述单一线性的薄的部分的宽度比延伸端子2016其他部分的宽度有所减小。

图32展示了第六种变体，其中应力吸收部分2051是通过形成多个三角形通孔2050实现的，所述多个三角形通孔2050以交替改变它们的方向180度方式布置在延伸端子2016的宽度内。

所有上述应力吸收部分的变体都能很容易的拉伸和变形。除此之外，当应力吸收部分通过将薄的部分弯折或弯曲成蜿蜒形状而实现时，不必一定在水平面内弯曲或弯折，也可以在厚度方向(或垂直方向)有起伏。当应力吸收部分是通过形成多个通孔实现时，可以将通孔做成诸如圆形、三角形、矩形和六边形等多种形状。其中优选的是将通孔排列成锯齿形。由于隔膜电极2007是通过支承件2011支承处于悬挂状态，延伸端子2016需要与隔膜电极2007的圆形板2014建立电连接。换句话说，延伸端子2016不必具有相对较大的刚度去支承圆形板2014。

图33展示了第八实施例的一个变体，其中隔膜电极2061除了有带连接盘2017的延伸端子2016外，还有两个在圆形板2014外侧周边独立形成的延伸臂2062。每个延伸臂2062(不带连接盘2017)被做成宽度与延伸端子2016相配的形状，且在延伸臂2062面向环形空间2015的指定部分形成有两个与延伸端子2016上应力吸收部分2019相对应的应力吸收部分。与延伸端子2016相似，延伸臂2062被定位在与互连杆2013相配的位置，借此延伸臂2062与延伸终端2016等间距(即成120度角)地布置在圆形板2014的外侧周边。应力吸收部分2019不需要通过形成多个通孔2018来实现，因此，可以采用前述的图27至32的变体。

在上述电容器传声器中，在同一平面的三个位置支承隔膜电极2061的圆形板2014，其中应力吸收部分2019被适当地变形以吸收制造过程中产生的张应力或在圆形板2014响应声压振动时被适当地变形。由于延伸端子2016和延伸臂2062等间距均匀分布在圆形板2014的外侧圆周方向上，圆形板2014被均匀地支承，并且它的质量在三个方向上也得到了平衡；因此，可以保持圆形板2014的应力分布均匀。

在上文中，延伸臂2062和延伸端子2016不需要定位在与互连杆2013相配的位置，用以支承圆形板2014使其处于悬挂状态，而是可以将延伸端子2016和延伸臂2062定位在互连杆之间。不需要设置三组支承件2011和互连杆2013来支承隔膜电极2007使其处于悬挂状态；因此，可以增加延伸臂2062的数量。

如上所述，本发明能够在由附加的权利要求所定义的范围内被进一步修改，因此所有的实施例和变体只是说明性的而不是限定性的。

工业应用性

本发明可用于具有简单结构的电容器传声器，其可以使用半导体基板制造，所述电容器传声器可用于家用电器、视/听设备、通信设备、信息终端及类似场合。

Claims (15)

1.一种电容器传声器，包括：

具有固定电极的板；

隔膜，包括中央部分和固定在外侧周边上的至少一个近端部分，其中，具有振动电极的所述中央部分与所述近端部分相比刚度增大，该振动电极相对于所述固定电极定位且响应声波而振动；以及

间隔物，被固定到所述板和所述隔膜的近端部分且具有在所述板和所述隔膜之间形成的空气隙。

2.如权利要求1所述的电容器传声器，其中，所述隔膜的中央部分与所述近端部分相比厚度增大。

3.如权利要求2所述的电容器传声器，其中，使用第一膜形成所述隔膜的近端部分，且使用所述第一膜和第二膜形成所述隔膜的中央部分，所述第二膜与所述第一模相比硬度增大。

4.如权利要求2所述的电容器传声器，其中，使用第一膜形成所述隔膜的近端部分，且使用所述第一膜和第二膜形成所述隔膜的中央部分，所述第二膜与所述第一模相比密度减小。

5.如权利要求1所述的电容器传声器，其中，所述隔膜的刚度沿从所述外侧周边到所述中央部分的方向逐渐增大。

6.如权利要求5所述的电容器传声器，其中，使用薄部分和厚部分形成所述隔膜，所述厚部分的密度沿从所述外侧周边到所述中央部分的方向逐渐增大。

7.如权利要求6所述的电容器传声器，其中，使用第一膜形成所述薄部分，而使用所述第一膜和第二膜形成所述厚部分，所述第二膜与所述第一膜相比硬度增大。

8.如权利要求6所述的电容器传声器，其中，使用第一膜形成所述薄部分，而使用所述第一膜和第二膜形成所述厚部分，所述第二膜与所述第一膜相比密度减小。

9.一种电容器传声器，在该传声器中隔膜电极与固定电极分离且被支承为与所述固定电极平行，所述固定电极跨在形成于半导体基板的中空部分的周围区域中的绝缘层的内部空间之上，以使得可以响应施加到所述隔膜电极上的声压的变化来检测形成于所述固定电极和所述隔膜电极之间的静电电容的变化，所述电容器传声器包括：

并入到所述隔膜电极中的圆形板，其中，所述圆形板由从所述绝缘层向内延伸的支承件的内端支承且处于与所述固定电极平行的悬挂状态；

多个延伸臂，从所述圆形板的外侧周边向外突出且相互之间等间隔地布置在所述圆形板的圆周方向上，其中，所述延伸臂的末端固定到所述绝缘层中，且一个延伸臂的末端与外部连接端子相连，所述外部连接端子从所述绝缘层暴露。

10.如权利要求9所述的电容器传声器，其中，每一个所述延伸臂都具有应力调整部分，用于调整沿半径方向向外施加于所述圆形板上的张应力。

11.一种电容器传声器，在该传声器中固定电极跨在绝缘层的内部空间之上，所述绝缘层被形成为围绕半导体基板的中空部分的外侧周边，以及隔膜电极被支承为与所述固定电极平行并且在它们之间具有指定的距离，以使得可以响应施加到所述隔膜电极上的压力的变化来检测所述固定电极和所述隔膜电极之间的静电电容的变化，

其中，所述隔膜电极具有圆形板，所述圆形板通过从所述绝缘层向内延伸的支承件的内端而被支承为处于平行于所述固定电极的悬挂状态，延伸端子的一端固定在处于所述圆形板外侧周边中的所述绝缘层的指定部分上，而所述延伸端子的另一端从所述绝缘层向外暴露，以及

其中，与所述圆形板相比可以很容易地变形的应力吸收部分形成于所述圆形板和所述绝缘层的指定部分之间的延伸端子的指定位置上。

12.如权利要求11所述的电容器传声器，进一步包括多个延伸臂，所述多个延伸臂在所述圆形板的外侧周边沿半径方向向外延伸且沿圆周方向相互之间以指定间隔定位，其中，每一个所述延伸臂都具有固定到所述绝缘层的指定部分，以使得在所述圆形板和所述绝缘层的指定部分之间形成与所述圆形板相比更容易变形的应力吸收部分。

13.如权利要求12所述的电容器传声器，其中，所述延伸端子和所述延伸臂被相互之间等间隔地定位在所述隔膜电极的所述圆形板的外侧周边。

14.如权利要求11到13中任一项所述的电容器传声器，其中，所述应力吸收部分被形成为弯形或者曲线形，以使得它的整体长度大于所述圆形板和所述绝缘层之间沿半径方向的距离。

15.如权利要求11到13中任一项所述的电容器传声器，其中，在所述应力吸收部分中形成多个通孔。

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