CN103503481A - 声音传感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

在基板42上以从基板42的表面贯通至基板42的背面的方式设置有空洞44。在空洞44的上方，并在基板42的上方设置有感知声音振动的薄膜状的膜片43。空洞44的至少一个壁面由第一斜面47a和第二斜面47b构成，第一斜面47a在基板42的表面和基板42的厚度方向中间部之间，并随着从基板42的表面朝向所述中间部而逐渐向基板42的外侧变宽，所述第二斜面47b在所述中间部的和基板42的背面之间，并随着从所述中间部朝向基板42的背面而逐渐向基板42的内侧变窄。另外，空洞44的背面开口宽度小于表面开口宽度。

Description

声音传感器及其制造方法

技术领域

本发明涉及声音传感器及其制造方法，特别涉及能够作为高灵敏度的传声器（Microphone）使用的声音传感器及其制造方法。

背景技术

图1中的（A）、图1中的（B）以及图1中的（C）是表示将现有例的声音传感器容纳在箱体内的传声器模块的剖视图。声音传感器11在基板12的表面上设置有薄膜状的膜片（diaphragm）13（可动电极）和固定电极14，在膜片13的背面侧并在基板12内形成有空洞15。该声音传感器11是利用膜片13和固定电极14之间的静电容量的变化来检测声音振动的静电容量式传感器。箱体16包括底座17和覆盖该底座17的上方的罩体18。

就声音传感器11而言，最初如图1中的（A）那样，基板12的背面安装在底座17的上表面上，在罩体18上开设有声音导入孔19。在这样的实施方式中，箱体16内的空间20成为声音的前室，声音传感器11的空洞15成为声音的后室（back chamber）。

前室（front chamber）是相对于声音振动（空心箭头所示。）的进入方向而位于膜片的前方的空间。后室是相对于声音振动的进入方向而位于膜片的后方的空间，并是使膜片振动的声音振动进行传播的空间。该后室在传声器模块中发挥“空气弹簧”的作用，后室的容积越大，“空气弹簧”越柔软，而能够提高声音传感器11的灵敏度。

因此，在一部分传声器模块中，如图1中的（B）所示，在底座17上开设有声音导入孔19，在底座17的上表面上安装有声音传感器11，并使空洞15和声音导入孔19相连通。或者，如图1中的（C）所示，在罩体18上开设有声音导入孔19，在罩体18的下表面上安装有声音传感器11，并使空洞15和声音导入孔19相连通。

在图1中的（B）和图1中的（C）那样的传声器模块中，从声音导入孔19进入的声音振动从空洞15侧进入膜片13，所以箱体16内的空间20成为后室。若采用这样的结构，则与如图1中的（A）那样将空洞15作为后室的情况相比，能够增大后室（空间20）的容积，从而能够提高声音传感器11的灵敏度。因此，近年来，如图1中的（B）和图1中的（C）那样的结构的传声器模块备受关注。

另一方面，在制作声音传感器的情况下，作为基板12，通常使用价格便宜的（100）面Si基板。在通过对基板12从背面侧进行湿蚀刻来形成空洞15的情况下，如图2所示的声音传感器21那样，形成在基板12的背面上的开口（以下称为背面开口。）比在基板12的表面上的开口（以下称为表面开口。）更宽的锥状的空洞15。其原因在于，湿蚀刻从基板12的背面侧进行，并且，在与作为最稠密面的（111）面垂直的方向上蚀刻速率小，利用（111）面形成空洞15的壁面。

现在如图2所示，在（100）面Si基板中，在将（111）面与基板12的背面所形成的角度设为α=54°、将基板12的厚度设为d、将空洞15的表面开口宽度设为U、将空洞15的背面开口宽度设为D时，背面开口宽度D如下。

D=U+2×d/tanα≈U+1.5×d

因此，在以表面开口宽度U与膜片13的宽度大致相等的方式形成空洞15的情况下，空洞15的背面开口宽度D变得相当大。

另外，图3是在专利文献1中记载的声音传感器22的剖视图。该声音传感器22的空洞15为桶（barrel）状。即，在该空洞15中，从基板12的表面到厚度方向中央部为止，与基板12的表面平行的截面的宽度随着朝向基板12的背面而逐渐增加，从基板12的厚度方向中央部到背面为止，与基板12的表面平行的截面的宽度随着朝向基板12的背面而逐渐减少。在专利文献1公开的声音传感器22中，若与图2那样的锥状的空洞进行比较，则能够减小空洞15的背面开口宽度。但是，在专利文献1的声音传感器22中，与基板表面平行的截面的宽度从增加转为减少的部位（节部）相比基板12的厚度方向中央更接近背面侧，空洞15的背面开口宽度比表面开口宽度更宽。

图4中的（A）是在专利文献2中记载的MEMS器件23的剖视图。在MEMS器件23中，在从基板12的表面到厚度方向中央部为止，与基板12的表面平行的截面的宽度随着朝向基板12的背面而逐渐增加，从基板12的厚度方向中央部到背面为止，与基板12的表面平行的截面的宽度随着朝向基板12的背面而逐渐减少，由此形成空洞15。

图4中的（B）对MEMS器件23中的空洞15的形成方法进行说明。即，在基板12上形成空洞15时，从背面侧对基板12进行干蚀刻，由此，如图4中的（B）那样以比膜片13的宽度G更大的开口宽度D在基板12上形成长方形截面的空洞15。此时，空洞15的最里部的角为接近通过膜片13的端的（111）面那样的深度。然后，在空洞15内进行湿蚀刻来扩展，使各（111）面现出，由此将空洞15形成为桶形截面。在专利文献2的MEMS器件23中，由于采用这样的制造工序，所以空洞15的背面开口宽度D比空洞15的表面开口宽度U更大。

在图2所示的声音传感器21、图3所示的声音传感器22或图4所示的MEMS器件23中，空洞15的背面开口宽度都比表面开口宽度更宽。因此，在将这些声音传感器21、22或MEMS器件23在声音导入孔19的位置安装在罩体18或底座17上，并使声音导入孔19和空洞15连续的情况下，如以下说明那样，产生新的解决课题。

图5示出在声音导入孔19的位置将图3的声音传感器22安装在罩体18的下表面上的情况。在图5的传声器模块中，声音传感器22的空洞15成为前室，声音振动从背面侧进入膜片13。因此，若空洞15的容积大，则对声音传感器22的在高频区域的声音特性造成影响，高频特性容易受到共振的影响（图13的虚线部分）。

另外，由于面向声音导入孔19的空洞15的背面开口宽，所以在声音导入孔19位于传声器模块的上表面或面对组装有传声器模块的设备的开口部时，尘埃或灰尘从空洞15侵入而容易附着在膜片13上。当在膜片13上附着有尘埃或灰尘时，膜片13的振动特性发生变化，声音传感器22受到影响。

这种的问题在使用图4那样的MEMS器件23的情况下也同样产生。另外，在使用如图2那样具有锥状的空洞的声音传感器22的情况下，这种问题会变得更加显著。

相对于此，在专利文献3公开的声音传感器36中，如图6所示，具有倒倒锥状的空洞15。即，空洞15的与基板12的表面平行的截面的宽度随着从基板表面朝向基板背面而逐渐变窄。若采用这种形状的空洞15，则背面开口宽度变窄，空洞15的容积也变小，因而不会产生上述那样的问题。

但是，在专利文献3记载的声音传感器36中，从在背板（back plate）24上开设的蚀刻孔25和在膜片13上开设的蚀刻孔26向基板12的表面导入蚀刻液，从基板12的表面向背面侧对基板12进行蚀刻，由此形成空洞15。

因此，就专利文献3的声音传感器36而言，在以堵塞声音导入孔的方式安装在箱体上的情况下，空洞15（前室）和箱体内空间（后室）通过蚀刻孔25、26以小的声阻连通。因此，进入空洞15的声音振动容易如在图6中用箭头所示那样通过蚀刻孔25、26向箱体内空间泄漏。这样一来，声音振动容易泄漏的结果，难以对膜片13施加声音振动，导致灵敏度下降。特别是，如在图7中用实线所示的灵敏度特性那样，在可听频带（20Hz～20kHz）的低频区域产生显著的特性恶化。此外，在图7中以虚线示出的曲线是堵塞蚀刻孔时的灵敏度特性。

另外，在专利文献4中还公开了如图8所示那样具有倒锥状的空洞15的声音传感器37。该声音传感器37经由图9中的（A）-图9中的（D）所示的工序制造而成。即，如图9中的（A）所示，在基板12的表面的空洞形成区域形成牺牲层27，并且使牺牲层27的一部分在从基板12浮起的状态下向基板12的端部延伸。进而，在牺牲层27上形成保护膜28，并在保护膜28上形成膜片13。在膜片13上再形成保护膜28，进而在保护膜28上形成背板24，并且，在背板24的上表面上设置固定电极14。另外，在牺牲层27的延长部分的上方，在背板24上开设蚀刻孔29。

在蚀刻孔29的正下方对保护膜28进行蚀刻，在保护膜28上开孔而使牺牲层27的延长部分露出。接着，如图9中的（B）所示，从蚀刻孔29导入蚀刻液来对牺牲层27进行蚀刻。该蚀刻液由于对牺牲层27和基板12具有蚀刻特性，所以如图9中的（C）所示那样，在蚀刻液侵入蚀刻牺牲层27而形成的通路30内与基板12接触时，对基板12从表面侧进行蚀刻。其结果，如图9中的（D）所示，在基板12内逐渐变深地形成倒锥状的空洞15。在蚀刻到达基板12的背面后停止对基板12的蚀刻，通过蚀刻除去保护膜28就，得到如图8那样的声音传感器37。

通常，若声音传感器的通气孔（Vent hole）未由非常窄的空间形成，则作为声音传感器无法获得高的声阻，声音振动通过通气孔而泄露。另一方面，在声音传感器37中，由于牺牲层27的延长部分变为蚀刻液的通路30，所以需要某种程度大的截面积。若蚀刻液的通路30窄则阻碍蚀刻液的循环，从而导致基板12的蚀刻速度下，声音传感器的生产性下降。但是，在专利文献4公开的声音传感器的制造方法中，如图9所示那样，牺牲层27的延长部分通过形成通气孔31的部分。因此，通气孔31的厚度大于牺牲层27的延长部分的厚度，不会使通气孔31变窄。进而，在背板24开设的蚀刻孔29如果不是某种程度大的开口，则阻碍蚀刻液的循环，从而导致基板12的蚀刻速度下降，声音传感器的生产性下降。

因此，在专利文献4的声音传感器中，从通气孔31至蚀刻孔29，声阻变小。因而，与专利文献3的声音传感器同样，进入空洞15的声音振动如图8中用箭头所示那样容易通过通气孔31和蚀刻孔29而向箱体内空间泄漏。其结果，导致声音传感器的灵敏度下降，特别是在低频区域，灵敏度特性显著恶化。

根据以上的情况，希望能够通过仅从基板的背面侧的加工来制作声音传感器的空洞。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4273438号公报

专利文献2：美国专利第7514287号说明书

专利文献3：日本专利第4539450号公报

专利文献4：日本特开2007-295487号公报

发明内容

发明所要解决的问题

本发明是鉴于上述技术问题而提出的，其目的在于提供能够通过从基板的背面侧蚀刻来在基板上形成在基板背面上的开口面积小于在基板表面上的开口面积的空洞的声音传感器及其制造方法。

用于解决问题的手段

本发明的声音传感器，

具有：

基板，具有从表面贯通至背面的空洞，

薄膜状的膜片，以覆盖所述空洞的方式配置在所述基板的表面侧，

变换单元，基于所述膜片的位移变化来将声音振动变换为电信号；其特征在于，

所述空洞具有多个壁面，

所述壁面中的至少一个壁面由第一斜面和第二斜面构成，所述第一斜面在所述基板的表面和所述基板的厚度方向中间部之间，并随着从所述基板的表面朝向所述中间部而逐渐向所述基板的外侧变宽，所述第二斜面在所述中间部和所述基板的背面之间，并随着从所述中间部朝向所述基板的背面而逐渐向所述基板的内侧变窄，

在与由所述第一斜面以及第二斜面构成的壁面垂直的截面中，所述空洞在所述基板的背面上的开口宽度小于所述空洞在所述基板的表面上的开口宽度。

在本发明的声音传感器中，空洞在基板背面侧的开口宽度小于在基板表面侧的开口宽度，所以在箱体上开口而形成的声音导入孔的位置将声音传感器的背面安装在箱体上的情况下，灰尘或尘埃也难以侵入空洞内。因而，能够防止侵入空洞内的灰尘或尘埃附着在膜片上而使声音传感器的特性或恶化。另外，由于空洞的背面开口变小，相应地能够使基板的背面面积扩大，所以能够提高将声音传感器安装在箱体上时的固定强度和稳定性。

进而，在本发明的声音传感器中，通过使空洞的背面开口宽度小于表面开口宽度，能够减小空洞的容积，所以能够提高声音传感器的高频特性。

而且，由于空洞的壁面中的至少一个壁面由随着从基板表面朝向厚度方向的中间部而逐渐向基板外侧变宽的第一斜面和在所述中间部和基板背面之间并随着从所述中间部朝向基板背面而逐渐向基板内侧变窄的第二斜面构成，所以如后述那样能够仅从基板的背面侧进行蚀刻加工来开设空洞，而无需在基板表面的传感器结构物上开设蚀刻孔。因此，从空洞进入的声音振动不会不施加在膜片上而从蚀刻孔泄漏，声音传感器的声阻变大，能够防止在低频区域的灵敏度特性的恶化。

另外，在本发明的声音传感器中，所述壁面中的相向的至少一对壁面可以由所述第一斜面和所述第二斜面构成，从所述基板的背面到第一斜面和第二斜面的交接处所测得的高度在相互相向的所述壁面彼此之间不同。

进而，在本发明的声音传感器中，优选在将所述基板的厚度设为d、将所述第一斜面以及所述第二斜面的倾斜角设为α、将在与由所述第一斜面以及所述第二斜面构成的所述壁面垂直的截面中的所述空洞在所述基板的表面上的开口宽度和在所述基板的背面上的开口宽度分别设为U、D时，满足如下条件：D>U-2×d/tanα。由于满足该条件，所以能够形成第一斜面和第二斜面。

另外，若将本发明的声音传感器与空洞的截面积相关地来表现，则在所述基板的表面上的开口的附近区域，所述空洞的与所述基板的表面平行的截面的面积随着从所述基板的表面朝向背面侧而逐渐增加，在所述基板的背面上的开口的附近区域，所述空洞的与所述基板的表面平行的截面的面积随着从所述基板的表面侧朝向背面而逐渐减少。

更具体地说，存在如下情况，即，所述空洞的与所述基板的表面平行的截面的面积随着从所述基板的表面朝向背面而逐渐增加后，在所述基板的表面和背面之间的中间处，该截面的面积从增加转为减少。例如为第一斜面和第二斜面之间的交界的高度在各壁面相同的情况。

另外，存在如下情况，即，所述空洞的与所述基板的表面平行的截面的面积随着从所述基板的表面朝向背面而以比较大的增加率逐渐增加，并在该截面的面积的增减变小后，该截面的面积以比较大的减少率逐渐减少。例如为第一斜面和第二斜面之间的交界的高度因壁面而不同的情况。

在这些具体的方式中，如果在所述空洞中，与所述基板的表面平行的截面的面积随着从所述基板的表面朝向背面而增加的区域的厚度，小于与所述基板的表面平行的截面的面积随着从所述基板的表面朝向背面而减少的区域的厚度，则能够使空洞在基板的背面上的开口面积小于空洞在基板的表面上的空洞的开口面积。

作为将声音振动变换为电信号的单元，具有静电容量式的单元和压电电阻式的单元。例如，静电容量式的所述变换单元能够由在基板的表面侧以与由导电材料形成的所述膜片平行的方式配置的固定电极构成。在这样的变换单元中，在膜片因声音振动而发生挠曲时，作为膜片和固定电极之间的静电容量的变化而输出电信号。

本发明的声音传感器的制造方法，包括：

在所述基板的表面上制作牺牲层的工序；

在所述牺牲层的上方制作薄膜状的膜片的工序；

制作基于所述膜片的位移变化来将声音振动变换为电信号的变换单元的工序；

通过从所述基板的背面对所述基板进行干蚀刻，在所述基板的厚度方向上使孔从所述基板的背面贯通至所述基板的表面，以在所述基板上形成在与所述基板的背面平行的一个方向上的开口宽度小于所述牺牲层的宽度的贯通孔的工序；

一边向所述贯通孔导入蚀刻液，来蚀刻除去所述牺牲层，一边从所述基板的表面对所述基板进行各向异性蚀刻，并且，从所述贯通孔的内壁面对所述基板进行各向异性蚀刻，以在所述基板上形成所述空洞的工序。

根据本发明的声音传感器的制造方法，能够一边利用导入贯通孔内的蚀刻液来蚀刻除去牺牲层，一边从基板的表面对基板进行各向异性蚀刻，形成第一斜面，并且能够通过从牺牲层的内壁面对基板进行各向异性蚀刻来形成第二斜面，因此仅从背面进行蚀刻加工就能够形成由第一斜面和第二斜面构成的空洞。

而且，在该制造方法中，所述牺牲层形成在所述基板的表面的与所述空洞的表面开口对应的区域，所述贯通孔的在所述基板的背面侧的开口形成在所述基板的背面的与所述空洞的背面开口相对应的区域。

并且，空洞的在基板表面上的开口宽度或开口面积取决于牺牲层的宽度或面积，空洞的在基板背面上的开口宽度或开口面积取决于贯通孔的在基板背面上的开口宽度或开口面积，所以能够容易控制空洞的表面开口和背面开口的尺寸。

另外，在本发明的声音传感器的制造方法中，也可以在形成所述贯通孔的工序中，使所述贯通孔的中心从所述牺牲层的在水平方向上的中心偏移来形成所述贯通孔。这样，若使贯通孔的位置从牺牲层的中心偏移，则能够使在使贯通孔偏移的方向上的一对壁面中的第一斜面和第二斜面之间的交界的高度不同。

即使在这样使贯通孔的位置偏移的情况下，如果在从与基板的表面垂直的方向观察时，贯通孔的至少一部分与牺牲层重合，则也能够利用导入贯通孔内的蚀刻液来蚀刻除去牺牲层。

此外，本发明的用于解决所述问题的手段具有适当组合以上说明的构成要素而成的特征，本发明能够利用构成要素的组合而进行多种变形。

附图说明

图1中的（A）是将现有例的声音传感器以传感器内部的空洞成为后室的方式安装在箱体上的传声器模块的剖视图。图1中的（B）以及图1中的（C）分别是将现有例的声音传感器以传感器内部的空洞成为前室的方式安装在箱体上的传声器模块的剖视图。

图2是表示具有锥状的空洞的现有例的声音传感器的剖视图。

图3是在专利文献1中记载的声音传感器的剖视图。

图4中的（A）是在专利文献2中记载的声音传感器的剖视图。图4中的（B）是说明专利文献2的声音传感器的制造方法的图。

图5是表示将在专利文献1中记载的图3的声音传感器以传感器内部的空洞成为前室的方式安装在箱体上的状态的剖视图。

图6是在专利文献3中记载的声音传感器的剖视图。

图7是表示在专利文献3中记载的图6的声音传感器的频率-灵敏度特性的图。

图8是在专利文献4中记载的声音传感器的剖视图。

图9中的（A）-图9中的（D）是说明在专利文献4中记载的图8的声音传感器的制造方法的剖视图。

图10是本发明的第一实施方式的声音传感器的剖视图。

图11是在图10所示的第一实施方式的声音传感器中使用的基板的俯视图。

图12是表示将图10所示的第一实施方式的声音传感器以传感器内部的空洞成为前室的方式安装在箱体上的状态的剖视图。

图13是表示本发明的第一实施方式的声音传感器的频率-灵敏度特性的图。

图14中的（A）以及图14中的（B）是说明图10所示的声音传感器的制造方法的剖视图。

图15中的（A）以及图15中的（B）是说明图10所示的声音传感器的制造方法的剖视图，示出紧接着图14（B）的工序的工序。

图16是说明通过各向异性蚀刻来在基板内形成桶型的空洞的样子的概略图。

图17是表示本发明的第一实施方式的变形例的声音传感器的剖视图。

图18中的（A）是表示在本发明的第一实施方式的其他变形例中使用的基板的X-X截面（图11）的概略图。图18中的（B）是表示该基板的Y-Y截面（图11）的概略图。

图19中的（A）是表示本发明的第二实施方式的声音传感器的剖视图。图19中的（B）是说明图19中的（A）所示的声音传感器的制造方法的概略图。

附图标记的说明

41、81声音传感器

42基板

43膜片

44空洞

44a表面开口

44b背面开口

46固定电极

47a第一斜面

47b第二斜面

61传声器模块

62箱体

63底座

64罩体

65声音导入孔

71牺牲层

76贯通孔

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的优选的实施方式。但是，本发明并不限于以下的实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内能够进行各种设计变更。

（第一实施方式的声音传感器）

图10是表示本发明的第一实施方式的声音传感器41的结构的剖视图。声音传感器41具有基板42、薄膜状的膜片43、背板45以及固定电极46。基板42是表面以及背面为（100）面的（100）面Si基板。在基板42上形成有通过从背面侧蚀刻而贯通表面和背面的空洞44。空洞44在4个方向具有壁面，在从与基板42的表面垂直的方向观察时，如图11所示，空洞44为各边朝向（110）方向或与（110）方向等价的方向的矩形状。

图10示出声音传感器41的沿着图11的K-K线的截面。空洞44的各壁面包括由（111）面或与（111）面等价的结晶面构成的第一斜面47a和第二斜面47b。斜面47a、47b都相对于基板42的背面具有α=54°的倾斜角，并在彼此不同的方向上倾斜。即，第一斜面47a在基板42的表面和基板42的厚度方向中间部（节部P）之间，以随着从基板42的表面朝向所述中间部而逐渐向基板42的外侧变宽的方式倾斜。第二斜面47b在所述中间部（节部P）和基板42的背面之间，以随着从所述中间部朝向基板42的背面而逐渐向基板42的内侧收窄的方式倾斜。在下面，将位于第一斜面47a和第二斜面47b的交界且斜面的倾斜方向发生变化的部位称为节部P。

因此，就空洞44而言，在图11的基板42的X-X截面或Y-Y截面中，从基板42的背面至节部P为止，利用第二斜面47b形成为倒锥状。另外，从节部P至基板42的表面为止，利用第一斜面47a形成为锥状。作为整体，空洞44为宽度在中间部宽的桶状。

在第一实施方式中，相向的壁面中的节部P的高度H（从基板的背面起测得的在厚度方向上的高度）彼此相等。进而，X-X截面中的节部P的高度H与Y-Y截面中的节部P的高度H也相等。因此，就空洞44而言，与基板42的表面平行的截面的面积以随着从基板的表面朝向背面而逐渐增加，并且，在位于所述基板的表面和背面的中间的节部P，从增加转为减少并逐渐减少。进而，在第一实施方式中，节部P的高度H大于基板42的厚度d的1/2。即，由于H>d/2，所以空洞44的在基板背面上的开口（背面开口44b）的面积小于在基板表面上的开口（表面开口44a）的面积。

如图10所示，若将基板42的厚度设为d、将节部P的高度设为H、将空洞44的在基板表面上的开口宽度（以下称为表面开口宽度。）设为U、将空洞44的在基板背面上的开口宽度（以下称为背面开口宽度。）设为D，则由于第一以及第二斜面47a、47b的倾斜角为α=54°，所以空洞44的背面开口宽度D以下面的式1表示。

D=U+2×（d-H）/tanα-2×H/tanα

=U+2×（d-2×H）/tanα…（式1）

因而，根据式1可知，在背面开口宽度D小于表面开口宽度U（D<U）的情况下，d/2<H。即，节部P位于基板42的厚度方向的中心之上。另外，由于节部P的高度H必须位于基板42的表面之下（H<d），所以空洞44的空洞宽度D如下。

D>U-2×d/tanα…（式2）

膜片43是大致矩形状的具有导电性的薄膜，并从四角分别向对角方向延伸出脚部48。膜片43以覆盖空洞44的表面开口44a的方式配置在基板42的上方，各脚部48通过支撑台49固定在基板42的表面上。

在基板42的表面上，以与膜片43隔着间隙并覆盖膜片43的上方方式设置有具有刚性的背板45。在背板45的上表面上，利用金属材料设置有固定电极46。另外，在背板45上设置有与固定电极46导通的电极焊盘51和与膜片43导通的电极焊盘52。在背板45以及固定电极46上开设有多个声孔50。

在声音振动从空洞44侧进入声音传感器41或声音振动通过声孔50从背板45侧进入时，膜片43对声音振动起感应而进行振动。因振动使膜片43发生位移，而使膜片43和固定电极46之间的距离发生变化，因此，使膜片43和固定电极46之间的静电容量发生变化，从而将声音振动变换为电信号并从声音传感器41输出。

图12是将声音传感器41安装在箱体62内的传声器模块61的剖视图。箱体62包括平板状的底座63和覆盖底座63的上表面的盖状的罩体64，在罩体64的上表面上开设有声音导入孔65。声音传感器41以上下反转的状态固定在罩体64的下表面上。声音传感器41以空洞44与声音导入孔65相连续的方式被安装，空洞44成为声音传感器41的前室。另外，在箱体62内形成的空间66成为声音传感器41的后室。

若采用使用了声音传感器41的传声器模块61，则由于能够减小空洞44的背面开口宽度或背面开口面积，所以灰尘或尘埃不会从背面开口44b侵入到空洞44内，能够抑制灰尘或尘埃附着在膜片13上而使声音传感器41的特性发生变化或恶化。

另外，使空洞44的背面开口变小，就相应地使基板42的背面的面积变大，因此能够扩大声音传感器41的安装面。其结果，能够提高将声音传感器41芯片焊接（die bond）在箱体62时的固定强度和稳定性。尤其是，能够减小被芯片焊接的声音传感器41的倾斜度，能够使声音传感器41的安装姿势稳定。

进而，由于空洞44的表面开口面积与膜片43的面积大致相等，所以通过使空洞44的背面开口面积小于表面开口面积，能够减小空洞44的容积。其结果，能够提高声音传感器41的高频特性。在图13中以实线示出的曲线表示声音传感器41的频率-灵敏度特性。在图13中以虚线示出的曲线表示在空洞44的背面开口面积比表面开口面积大而使空洞44的容积大时的频率-灵敏度特性。这样，在使空洞44的背面开口面积小于表面开口面积而使空洞44的容积变小时，如在图14中以实线示出的曲线那样，频率-灵敏度特性的共振部分（峰部）向高频侧偏移，所以频率-灵敏度特性的平坦的区域比可听频带的上限向高频侧延伸，能够得到良好的特性。

另外，在声音传感器41中，通过使节部P的高度H变化，能够使空洞44的背面开口宽度或背面开口面积变化，由此也能够调整空洞44的容积。

进而，在声音传感器41中，如以下说明那样，仅从背面侧进行蚀刻来在基板42上形成空洞44，因此无需在膜片43和背板45上开设蚀刻孔。因此，从空洞44进入的声音振动不会不施加在膜片43上而从蚀刻孔泄漏，声音传感器41的声阻变大，能够防止在低频区域的灵敏度特性的恶化（参照图7）。

（第一实施方式的声音传感器的制造方法）

接着，基于图14以及图15，来说明本发明的第一实施方式的声音传感器41的制造方法。声音传感器41在晶片上一次制造多个，但是在以下的说明中，仅图示1个声音传感器41来进行说明。

首先，使用通常的MEMS技术，如图14中的（A）所示那样，在（100）面Si基板42的表面上制造传感器结构物。即，在基板42的表面上制作由多晶硅形成的牺牲层71、膜片43、用于支撑膜片43的脚部48的支撑台49、用于支撑背板45的外周部下表面的支持部72、由SiO₂形成的保护膜73、74、由SiN形成的背板45、由金属膜（例如下层Cr/上层Au的双层膜）形成的固定电极46和电极焊盘51、52。在此，牺牲层71在要形成空洞44的表面开口44a的区域，形成为与膜片43大致相同的面积。保护膜73、74覆盖膜片43的表面。在背板45以及固定电极46上开设有多个声孔50。另外，基板42的背面被由SiO₂形成的保护膜75覆盖。

然后，通过DRIE等方法，对基板42从背面侧向上方进行干蚀刻，如图14中的（B）所示那样，在基板42上开设柱状的贯通孔76。此时，需要通过干蚀刻使牺牲层71露出在贯通孔76的上表面，但是也可以通过干蚀刻在贯通孔76的正上方对牺牲层71进行蚀刻，所以无需对蚀刻深度进行精密的控制。另外，该贯通孔76形成为，水平截面与空洞44的背面开口44b大致相等。

接着，从基板42的背面侧向贯通孔76内导入TMAH等蚀刻液。蚀刻液对基板42和牺牲层71具有蚀刻特性，但是，对保护层73、75不具有蚀刻特性。因此，利用侵入贯通孔76内的蚀刻液来蚀刻除去牺牲层71，蚀刻液沿着基板42的表面扩展，蚀刻液对基板42从表面侧进行蚀刻。这样一来，就基板42而言，如图15中的（A）所示，在贯通孔76的周围被从其表面向背面侧进行各向异性蚀刻，同时，也被从贯通孔76的内壁面进行各向异性蚀刻。

其结果，如图16所示，利用从基板42的表面进行的各向异性蚀刻，形成通过牺牲层71的端的斜面47a，利用从贯通孔76的内壁面进行的各向异性蚀刻，形成通过贯通孔76的内壁面的下端的斜面47b。这样一来，如图15中的（B）那样，利用从贯通孔76扩展的空间形成桶状的空洞44。

然后，通过蚀刻来除去表面侧的保护膜73、74和背面侧的保护膜75，由此制作如图10那样的声音传感器41。

若利用上述那样的制造方法，仅通过从基板42的背面侧进行的干蚀刻以及湿蚀刻，就能够形成桶状的空洞44，所以无需在基板42的表面侧的传感器结构物上开设用于制作空洞44的蚀刻孔。因此，能够提高针对从空洞44侧进入的声音振动的声阻，抑制在低频区域的灵敏度的下降。

从上述制造方法可知，空洞44的表面开口宽度取决于牺牲层71的宽度，空洞44的背面开口宽度取决于通过干蚀刻开设的贯通孔76的宽度。但是，由于过蚀刻（overetching），空洞44的背面开口宽度比贯通孔76的宽度宽一些。

（第一实施方式的变形例）

图10所示的声音传感器41具有桶型的空洞44。相对于此，如果使节部P尽可能接近基板42的表面，来减小第一斜面47a的区域，则如图17所示那样，通过仅从背面侧进行的蚀刻能够形成大致锥状的空洞44。

另外，也可以因截面的方向的不同而使节部P的高度不同。例如，在图11的基板42中，在X-X截面下的节部P的高度为H1，在Y-Y截面下的节部P的高度为H2，节部P的高度H1、H2可以相互不同。图18中的（A）表示该基板42的X-X截面，图18中的（B）表示基板42的Y-Y截面。当节部P的高度为H1<H2时，在这种形状的空洞44中，空洞44的与基板42的表面平行的截面的面积（以下称为水平截面积。）随着从基板42的表面朝向背面，而如下那样进行变化。在从基板42的表面至高度H2之间，在X-X截面中，随着从表面朝向背面，截面的宽度逐渐增加，在Y-Y截面中，随着从表面朝向背面，截面的宽度也逐渐增加，因此，空洞44的水平截面积以比较的大的增加率逐渐增加。在从高度H2至高度H1之间，在X-X截面中，随着从表面朝向背面，截面的宽度逐渐增加，但是在Y-Y截面中，随着从表面朝向背面，截面的宽度逐渐减少，因此空洞44的水平截面积的增减几乎为零或发生小的增减。在从高度H1至基板42的背面之间，在X-X截面中，随着从表面朝向背面，截面的宽度逐渐减少，在Y-Y截面中，随着表面朝向背面，截面的宽度也逐渐减少，因此空洞44的水平截面积以比较大的减少率逐渐减少。

此外，作为将声音振动变换为电信号的变换单元，并不限于如上述那样使用了固定电极的静电容量式的单元，例如也可以是例如使用压电电阻来检测膜片的变形的类型的单元。

（第二实施方式）

图19中的（A）所示的是本发明的第二实施方式的声音传感器81的剖视图。在该声音传感器81中，在空洞44的相向的壁面彼此之间，使节部P的高度H3、H4不同，而使壁面的截面形状彼此不同。此时，一方的节部P的高度H4大于基板42的厚度的二分之一，但是另一方的节部P的高度H3既可以大于基板42的厚度的二分之一，也可以小于基板42的厚度的二分之一。

为了形成这种非对称的空洞44，在第一实施方式叙述的声音传感器的制造方法中，在利用干蚀刻在基板42上开设贯通孔76时，如图19中的（B）所示那样，使贯通孔76的中心从牺牲层71的水平方向的中心偏移即可。

另外，从与基板42的表面垂直的方向观察，贯通孔76整体无需与牺牲层71重合，至少一部分与牺牲层71重合即可。但是，贯通孔76的开口宽度或开口面积必须小于牺牲层71的宽度或面积。

在空洞44在X-X截面和Y-Y截面中都具有如图19中的（A）那样的相同的截面形状的情况下，在高度H3<H4时，空洞44的水平截面积随着从基板42的表面朝向背面而如以下那样进行变化。在从基板42的表面至高度H4之间，空洞44的水平截面积以比较大的增加率逐渐增加。在从高度H4至高度H3之间，空洞44的水平截面积的增减几乎为零或发生小的增减。另外，在从高度H3至基板42的背面之间，空洞44的水平截面积以比较大的减少率逐渐减少。

另外，也可以在X-X截面和Y-Y截面中，都如图19中的（A）那样在相向的壁面彼此之间，使节部P的高度不同，进而，在X-X截面和Y-Y截面中，使各节部P的高度不同，由此空洞44具有四个不同的高度的节部P。

Claims (12)

1.一种声音传感器，

具有：

基板，具有从表面贯通至背面的空洞，

薄膜状的膜片，以覆盖所述空洞的方式配置在所述基板的表面侧，

变换单元，基于所述膜片的位移变化来将声音振动变换为电信号；其特征在于，

所述空洞具有多个壁面，

所述壁面中的至少一个壁面由第一斜面和第二斜面构成，所述第一斜面在所述基板的表面和所述基板的厚度方向中间部之间，并随着从所述基板的表面朝向所述中间部而逐渐向所述基板的外侧变宽，所述第二斜面在所述中间部和所述基板的背面之间，并随着从所述中间部朝向所述基板的背面而逐渐向所述基板的内侧变窄，

在与由所述第一斜面以及第二斜面构成的壁面垂直的截面中，所述空洞在所述基板的背面上的开口宽度小于所述空洞在所述基板的表面上的开口宽度。

2.如权利要求1所述的声音传感器，其特征在于，

所述壁面中的相向的至少一对壁面由所述第一斜面和所述第二斜面构成，

在由所述第一斜面和第二斜面构成的壁面中的至少一对的相向的壁面上，从所述基板背面到第一斜面和第二斜面的交界处所测得的高度在相互相向的所述壁面彼此之间不同。

3.如权利要求1所述的声音传感器，其特征在于，

在将所述基板的厚度设为d、将所述第一斜面以及所述第二斜面的倾斜角设为α、将在与由所述第一斜面以及所述第二斜面构成的所述壁面垂直的截面中的所述空洞在所述基板的表面上的开口宽度和在所述基板的背面上的开口宽度分别设为U、D时，满足如下条件：D>U-2×d/tanα。

4.如权利要求1所述的声音传感器，其特征在于，

在所述基板的表面上的开口的附近区域，所述空洞的与所述基板的表面平行的截面的面积随着从所述基板的表面朝向背面侧而逐渐增加，

在所述基板的背面上的开口的附近区域，所述空洞的与所述基板的表面平行的截面的面积随着从所述基板的表面侧朝向背面而逐渐减少。

5.如权利要求4所述的声音传感器，其特征在于，

所述空洞的与所述基板的表面平行的截面的面积随着从所述基板的表面朝向背面而逐渐增加后，在所述基板的表面和背面之间的中间处，该截面的面积从增加转为减少。

6.如权利要求4所述的声音传感器，其特征在于，

所述空洞的与所述基板的表面平行的截面的面积随着从所述基板的表面朝向背面而以比较大的增加率逐渐增加，并在该截面的面积的增减变小后，该截面的面积以比较大的减少率逐渐减少。

7.如权利要求5或6所述的声音传感器，其特征在于，

在所述空洞中，与所述基板的表面平行的截面的面积随着从所述基板的表面朝向背面而增加的区域的厚度，小于与所述基板的表面平行的截面的面积随着从所述基板的表面朝向背面而减少的区域的厚度。

8.如权利要求1所述的声音传感器，其特征在于，

所述膜片由导电材料形成，

所述变换单元是在所述基板的表面侧以与所述膜片平行的方式配置的固定电极。

9.一种声音传感器的制造方法，用于制造权利要求1记载的声音传感器，其特征在于，包括：

在所述基板的表面上制作牺牲层的工序；

在所述牺牲层的上方制作薄膜状的膜片的工序；

制作基于所述膜片的位移变化来将声音振动变换为电信号的变换单元的工序；

通过从所述基板的背面对所述基板进行干蚀刻，在所述基板的厚度方向上使孔从所述基板的背面贯通至所述基板的表面，以在所述基板上形成在与所述基板的背面平行的一个方向上的开口宽度小于所述牺牲层的宽度的贯通孔的工序；

一边向所述贯通孔导入蚀刻液，来蚀刻除去所述牺牲层，一边从所述基板的表面对所述基板进行各向异性蚀刻，并且，从所述贯通孔的内壁面对所述基板进行各向异性蚀刻，以在所述基板上形成所述空洞的工序。

10.如权利要求9所述的声音传感器的制造方法，其特征在于，

所述牺牲层形成在所述基板的表面的与所述空洞的表面开口对应的区域，

所述贯通孔的在所述基板的背面侧的开口形成在所述基板的背面的与所述空洞的背面开口相对应的区域。

11.如权利要求9所述的声音传感器的制造方法，其特征在于，

在形成所述贯通孔的工序中，使所述贯通孔的中心从所述牺牲层的在水平方向上的中心偏移来形成所述贯通孔。

12.如权利要求11所述的声音传感器的制造方法，其特征在于，

在从与所述基板的表面垂直的方向观察时，所述贯通孔的至少一部分与所述牺牲层重合。

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