CN107852559A - 静电电容式换能器及声音传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供在过大的压力作用在声音传感器的情况下,即使振动电极膜朝任意方向变形,都能够抑制振动电极膜的过度变形并避免振动电极膜破损的技术。静电电容式换能器具备背板(37)和以与背板(37)之间隔着空隙与背板(37)对置的方式配设的振动电极膜(35),还具备:压力释放孔(35b),其设置于振动电极膜(35);凸部(37b),其采用与背板(37)相同的部件与背板(37)一体设置,在振动电极膜(35)变形前的状态下进入压力释放孔(35b);压力释放流路,其是通过压力释放孔(35b)和凸部(37b)的间隙形成的空气流路,凸部(37b)在背板(37)侧的规定区域具有截面积减小部,与凸状(37b)的比上述规定区域靠前端侧的区域相比,截面积减小部的截面积小。
Description
技术领域
本申请涉及静电电容式换能器及具有该静电电容式换能器的声音传感器。更具体而言,本发明涉及通过由使用MEMS技术形成的振动电极膜和背板构成的电容器构造构成的静电电容式换能器及声音传感器。
背景技术
一直以来,作为小型麦克风,有时利用被称为ECM(Electret CondenserMicrophone,驻极体电容传声器)的声音传感器。但是,ECM不耐热,另外,在应对数字化及小型化方面,利用MEMS(Micro Electro Mechanical Syste ms,微机电系统)技术制造的静电电容式换能器的麦克风(以下,也称为M EMS麦克风)更为优异,因此,近年来正在采用MEMS麦克风(例如,参照专利文献1)。
在有些上述静电电容式换能器中,使用MEMS技术实现将受到压力而振动的振动电极膜隔着空隙与固定电极膜的背板对置配置的形式。这种静电电容式换能器的形式例如通过如下工序能够实现:在硅基板之上形成振动电极膜及覆盖振动电极膜的牺牲层后,在牺牲层之上形成背板,然后去除牺牲层。MEMS技术因以这种方式应用半导体制造技术,所以可得到极小的静电电容式换能器。
另一方面,使用MEMS技术制作的静电电容式换能器因由薄膜化的振动电极膜及背板构成,所以在作用过大压力等情况下振动电极膜可能会大幅变形、破损。这种不良例如在静电电容式换能器内施加了大声压的情况下发生,除此之外,在安装工序中吹空气的情况及该静电电容式换能器坠落的情况下也会发生。
对此,考虑过在振动电极膜设置释放压力的孔,在过大的压力作用时从该孔释放压力,但该措施有时会导致静电电容式换能器的频率特性恶化,特别是在低音域的灵敏度降低等。
另外,下述MEMS换能器的发明已被人所知,该MEMS换能器具有振动电极膜和插入部,插入部是用狭缝分隔所述振动电极膜而分离的一区域,插入部通过支承构造以与振动电极膜的其它部分相同的高度被支承于背板或基板。该发明中,振动电极膜响应膜两侧的压力差而位移,扩大与插入部之间的流动路径,从而释放过大的压力(例如,参照专利文献2)。
另外,在将声音振动转换为振动电极膜和背板的固定电极膜之间的静电电容的变化来进行检测的声音传感器中还具有下述技术:在振动电极膜变形前,处于一体设置于背板的凸部进入设置于振动电极膜的压力释放孔的状态,当振动电极膜受到过大压力而向背板的相反侧变形时,解除凸部向压力释放孔的进入,使空气流路的流路面积增大,由此,释放施加在振动电极膜的压力。
然而,在上述的振动电极膜受到过大的压力而向背板的相反侧变形时,通过解除凸部向压力释放孔的进入而使空气流路的流路面积增大的技术中,与背板一体设置的凸部的形状多为圆柱状或随着远离背板而直径变小的锥状。
于是,在声音传感器中,在压力从振动电极膜侧作用的情况下,振动电极膜向背板侧移动,因此,空气流路的流路面积不变或相反地变小,难以释放压力。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:(日本)特开2011-250170号公报
专利文献2:美国专利第8737171号说明书
发明内容
发明所要解决的课题
本发明是鉴于上述的状况而做出的,其目的在于,提供在过大的压力作用在声音传感器的情况下,即使振动电极膜向任意方向变形,也都能够抑制振动电极膜的过度变形,避免振动电极膜的破损的技术。
用于解决课题的技术方案
用于解决上述课题的本发明提供一种静电电容式换能器,其具备:
基板,其表面具有开口;
背板,其以与所述基板的开口对置的方式配设;
振动电极膜,其以与所述背板之间隔着空隙与该背板对置的方式配设,
所述静电电容式换能器将所述振动电极膜的变形转换为该振动电极膜和所述背板之间的静电电容的变化,
所述静电电容式换能器还具备:
压力释放孔,其是设置于所述振动电极膜的贯通孔;
凸状部分,其采用与所述背板相同的部件与所述背板一体地设置,在所述振动电极膜变形前的状态下进入所述压力释放孔;
压力释放流路,其是由所述压力释放孔和所述凸状部分的间隙形成的空气流路,
所述凸状部分在该凸状部分的所述背板侧的规定区域具有截面积减小部,与该凸状部分的比该规定区域靠前端侧的区域相比,所述截面积减小部在与所述背板平行的方向的截面的截面积小。
由此,在过大的压力从背板的相反侧作用在振动电极膜上,振动电极膜向背板侧产生大变形的状态下,成为设置于凸状部分的规定区域的截面积减小部贯通压力释放孔的状态,所以释放压力的空气流路面积增大,能够防止振动电极膜的过度变形。
另外,在过大的压力从背板侧作用在振动电极膜,振动电极膜向背板的相反侧产生大的变形的状态下,成为凸状部分的前端侧的截面积大的部分贯通压力释放孔的状态,释放压力的空气流路面积暂时减小,但在凸状部分从振动电极膜的压力释放孔拔出的时刻,可获得对释放压力足够的尺寸的空气流路面积。结果,根据本发明,即使过大的压力从背板侧或其相反侧中的任意方向作用在振动电极膜上,也都能够防止振动电极膜的过度变形。
另外,在本发明中,也可以是,所述凸状部分具有以所述截面积随着接近所述背板而减小的方式变化的锥形。由此,在振动电极膜向背板侧变形时,可根据变形量连续增加空气的流路面积。其结果,在过大的压力从背板的相反侧作用在振动电极膜上,振动电极膜向背板侧变形时,能够更顺畅地防止振动电极膜的过度变形。
另外,本发明中,也可以是,在所述凸状部分设置有贯通所述背板的与该凸状部分相反侧的面和该凸状部分的所述规定区域的侧面的空间。由此,在背板形成凸状部分后,通过与形成声孔相同的工序,能够形成截面积减小部。
另外,在本发明中,也可以是,所述凸状部分具有平板状的形状,该平板状的形状的侧面与所述背板垂直形成。由此,凸状部分在垂直方向上的厚度比背板的其它的部分厚,因此,与在背板的其它部分形成声孔的工序同样地在凸部形成孔,由此,可在凸状部分的前端侧不进行蚀刻而自动保留具有大截面积的部分。即,通过采用干式蚀刻等垂直方向指向性强的蚀刻方法,利用与形成声孔同样的工序,能够更可靠地形成截面积减小部。
另外,在本发明中,也可以是,在所述背板及所述振动电极膜中的至少一方设置有在所述振动电极膜向该背板侧位移时与所述背板及所述振动电极膜中的另一方抵接的阻挡部,所述凸状部分中的所述空间在与所述背板垂直的方向上的深度,比所述阻挡部的高度和所述振动电极膜的膜厚的总和值大。
由此,在过大的压力从背板的相反侧作用在振动电极膜上而使振动电极膜向背板侧变形,设置于所述背板及所述振动电极膜中的一方的阻挡部与所述背板及所述振动电极膜中的另一方抵接的状态下,凸状部分的空间能够更可靠地贯通振动电极膜而在背板的相反侧开口。其结果,在振动电极膜与阻挡部抵接的状态下,能够更可靠地使振动电极膜的与背板相反侧的空气通过所述空间而逃逸,能够更可靠地释放压力。
另外,在本发明中,也可以是,从与所述背板垂直的方向观察,所述空间具有圆形的形状。由此,能够尽可能防止在背板及凸状部分的所述空间附近产生应力集中。其结果,能够相对地提高背板中凸状部分的强度。
另外,本发明也可以提供一种声音传感器,其具有前述的静电电容式换能器,将声压转换为所述振动电极膜和所述背板之间的静电电容的变化来进行检测。由此,对于声音传感器,在良好地维持声音检测时的频率特性的同时,即使在从任意方向作用过大的压力,也能够抑制振动电极膜的过度变形而避免振动电极膜的破损。其结果,可获得频率特性良好且可靠性高的声音传感器。
此外,上述的用于解决课题的方法可适当地组合使用。
发明效果
根据本发明,对于静电电容式换能器,在良好地维持压力检测时的频率特性的同时,在声音传感器上作用过大的压力的情况下,即使振动电极膜在任意方向变形,也能够抑制振动电极膜的过度变形,避免振动电极膜的破损。其结果,可更良好维持静电电容式换能器的性能,同时提高可靠性。
附图说明
图1是表示通过MEMS技术制造的现有的声音传感器的一例的立体图。
图2是表示现有的声音传感器的内部构造的一例的分解立体图。
图3是对过大的压力骤然作用在声音传感器的情况进行说明的图。
图4是对针对过大的压力骤然作用在声音传感器的情况的现有对策进行说明的图。
图5是对针对过大的压力骤然作用在声音传感器的情况的现有对策的另外例子进行说明的图。
图6是对针对过大的压力骤然地作用在声音传感器的情况的现有对策中压力释放孔及凸部的作用进行说明的图。
图7是对针对过大的压力骤然地作用在声音传感器的情况的现有的对策的压力释放孔及凸部的作用进行说明的图。
图8是对本发明的实施例1的压力释放孔及凸部的作用进行说明的图。
图9是对本发明的实施例1的压力释放孔及凸部的形成工序进行说明的第1图。
图10是对本发明的实施例1的压力释放孔及凸部的形成工序进行说明的第2图。
图11是对本发明的实施例1的压力释放孔及凸部的形成工序进行说明的第3图。
图12是对本发明的实施例1的压力释放孔及凸部的形成工序进行说明的第4图。
图13是对本发明的实施例1的压力释放孔及凸部的形成工序进行说明的第5图。
图14是形成于实施例2的背板的凸部和设置于振动电极膜的压力释放孔的剖视图。
图15是形成于实施例3的背板的凸部和设置于振动电极膜的压力释放孔的剖视图。
图16是对形成于实施例3的背板的凸部和设置于振动电极膜的压力释放孔中设置于背板的阻挡部的作用进行说明的剖视图。
图17是形成于实施例4的背板的凸部和设置于振动电极膜的压力释放孔的剖视立体图。
图18是对形成于实施例4的背板的凸部和设置于振动电极膜的压力释放孔的作用进行说明的图。
图19是对形成于实施例4的背板的凸部和设置于振动电极膜的压力释放孔的形成工序进行说明的图。
图20是对形成于实施例4的背板的凸部和设置于振动电极膜的压力释放孔的形成工序进行说明的第2图。
具体实施方式
<实施例1>
以下,参照附图对本申请发明的实施方式进行说明。以下所示的实施方式是本申请发明的一个方式,不限定本申请发明的技术范围。此外,本发明可应用于所有的静电换能器,以下,对使用静电换能器作为声音传感器的情况进行说明。然而,本发明的声音换能器只要是检测振动电极膜的位移,则也能够用作声音传感器以外的传感器。例如,除压力传感器外,也可以用作加速度传感器或惯性传感器等。另外,也可以用作传感器以外的元件,例如将电信号转换为位移的扬声器等。另外,以下说明的背板、振动电极膜、后室、基板等的配置是一例子,只要具有等同的功能,则不限于此。例如,背板和振动电极膜的配置可以颠倒。
图1是表示采用MEMS技术制造的现有的声音传感器1的一例的立体图。另外,图2是表示声音传感器1的内部构造的一例的分解立体图。声音传感器1是在设置有后室2的硅基板(基板)3的上表面层叠绝缘膜4、振动电极膜(隔膜)5及背板7的层叠体。背板7具有在固定板6上形成固定电极膜8的构造,在固定板6的硅基板3侧配置固定电极膜8。在背板7的固定板6上整面设置有作为穿孔的多个声孔(图1或图2所示的固定板6的阴影的各点相当于各声孔)。另外,在固定电极膜8的四角当中的一角设置有用于取得输出信号的固定电极焊盘10。
在此,硅基板3例如可以由单晶硅形成。另外,振动电极膜5例如可以由导电性的多晶硅形成。振动电极膜5是大致矩形的薄膜,在发生振动的大致四边形的振动部11的四角设置有固定部12。而且,振动电极膜5以覆盖后室2的方式设置于硅基板3的上表面,在作为锚部的四个固定部12被固定于硅基板3上。振动电极膜5的振动部11与声压感应而上下振动。
另外,在四个固定部12以外的部位,振动电极膜5既不与硅基板3接触,也不与背板7接触。因此,能够与声压感应而更顺利地上下振动。另外,在位于振动部11的四角的固定部12当中的一个上设置有振动膜电极焊盘9。设置于背板7的固定电极膜8以与振动电极膜5中除了四角的固定部12外的发生振动的部分对应的方式设置。这是因为,振动电极膜5中四角的固定部12不与声压感应而振动,振动电极膜5和固定电极膜8之间的静电电容不会发生变化。
当声音到达声音传感器1时,声音通过声孔,对振动电极膜5施加声压。即,声压通过该声孔施加在振动电极膜5上。另外,通过设置声孔,背板7和振动电极膜5之间的空气间隙中的空气容易向外部逃逸,能够减轻热杂音,减小噪声。
声音传感器1由于上述构造,振动电极膜5接收声音而振动,振动电极膜5和固定电极膜8之间的距离发生变化。当振动电极膜5和固定电极膜8之间的距离发生变化时,振动电极膜5和固定电极膜8之间的静电电容发生变化。因此,在与振动电极膜5电连接的振动膜电极焊盘9和与固定电极膜8电连接的固定电极焊盘10之间会有直流电压施加,输出上述静电电容的变化作为电信号,由此,能够将声压作为电信号进行检测。
接着,对在上述的现有的声音传感器1产生的不良进行说明。图3是对过大的压力作用在声音传感器1的情况进行描述的示意图。如图3所示,在过大的压力作用在声音传感器1的情况下,有时大压力从设置于背板7的声孔7a作用在振动电极膜5的振动部11,在振动部11产生大的变形,振动电极膜5破损。除过大的空气压作用在声音传感器1的情况外,这种不良例如还在声音传感器1坠落的情况等也产生。
对此,考虑图4所示的对策。即,如图4(a)所示,对于振动电极膜5,通过设置用于释放作用的压力的孔5a,如图4(b)所示,在从声音传感器1的背板7的声孔7a作用过大的压力的情况下,通过从孔5a使压力释放,可防止振动电极膜5的破损。然而,在振动电极膜5上设置上述总是开放的孔5a时,虽然耐压性得以提高,但特别是在低音域的灵敏度下降,即容易产生衰减,具有声音传感器1的频率特性恶化的缺点。
另外,考虑过下述对策。即,具有振动电极膜和插入部,插入部是用狭缝隔开该振动电极膜而分离的一区域,相对于背板以与振动电极膜的其它部分相同的高度通过支承构造支承插入部。在该对策中,振动电极膜响应于膜两侧的压力差而发生位移,由此,通过与插入部之间的流路扩大,释放过大的压力(例如,参照专利文献2)。
但是,该对策具有以下的缺点。首先,插入部使用非常薄的振动电极膜的一区域构成,所以容易破损。另外,盖状的插入部使用由棒状的不同部件构成的支承构造支承于背板,因此,不仅制造工序复杂,而且插入部有可能从支承构造破损脱落。
另外,在该对策中,振动电极膜响应于膜两侧的压力差而发生位移,由此,使该振动电极膜和通过狭缝隔开该振动电极膜而分离的一区域(即,插入部)之间的流动路径扩大,释放过大的压力。即,将振动电极膜与通过狭缝隔开该振动电极膜而分离的一区域(即,称为插入部)的薄膜彼此之间的间隙用作流路,因此,在受到较大的压力而振动电极膜的振幅增大时,即使是在使用压力范围内,插入部和振动电极膜的位置也会偏离膜厚以上,成为流路稍微扩大的状态,有可能导致声音传感器1的频率特性不稳定。
对于上述的缺点,考虑过如下对策。即,在振动电极膜上具备释放所施加的压力的孔,而且,在振动电极膜变形前的状态下,作为背板的一部分且形成为凸状的柱构造贯通孔,堵住至少其一部分,并且,在振动电极膜受压力而变形的状态下,通过振动电极膜和背板的相对移动,解除背板的柱构造对孔的贯通,使孔整体露出,由此释放施加在振动电极膜的压力。
图5表示采取上述对策的情况下的声音传感器的振动电极膜15及背板17附近的概略图。图5(a)是振动电极膜15的平面图,图5(b)是振动电极膜15及背板17、基板13的截面B-B′的剖视图。如图5(a)所示,该对策中,在振动电极膜15的振动部21的四角设置有压力释放孔15b。而且,如图5(b)所示,在过大的压力作用在振动电极膜15前的状态下,与背板17一体地设置为凸状的柱构造(即,凸部17b)贯通压力释放孔15b,由此堵住压力释放孔15b。此外,在通过半导体制造工序形成背板17时,该凸部17b作为背板17的一部分同时形成。
接着,使用图6对上述的压力释放孔15b及凸部17b的作用进行说明。图6(a)表示过大的压力作用在振动电极膜15前的状态。图6(b)表示因过大的压力作用在振动电极膜15上而振动电极膜15大幅变形的状态。如图6(a)所示,在振动电极膜15变形前的状态下,成为背板17的凸部17b贯通设置于振动电极膜15的压力释放孔15b并将其堵住的状态,在该状态下,在压力从背板17侧作用在振动电极膜15上时,通过压力释放孔15b的空气量少,压力不能充分释放。
然而,在过大的压力作用在振动电极膜15的情况下,因该压力而振动电极膜15大幅变形,如图6(b)所示,向远离背板17的方向变形。于是,凸部17b从压力释放孔15b被拔出(解除贯通),解除压力释放孔15b的封堵。由此,使压力作用在振动电极膜15的空气从压力释放孔15b向图中下侧泄漏,由此,作用在振动电极膜15的压力被瞬时释放。由此,凸部17b从压力释放孔15b被拔出后的振动电极膜15的进一步变形被抑制,可避免振动电极膜15的破损。
接着,图7对在上述对策中凸部27b的直径以无段差的直线朝前端变细的例子进行了图示。在这样的情况下,在过大的压力作用在振动电极膜25,使振动电极膜25产生大的变形的状态下,成为凸部27b的前端侧的小径部分贯通压力释放孔25b的状态,释放压力的空气流路面积增大,因此,能够防止振动电极膜25的过度变形。
但是,在上述的现有对策中,因压力从上(即,背板侧)作用,在振动电极膜从上侧向下侧移动的情况下能够良好地释放压力,但如果压力从下作用,使振动电极膜从下侧向上侧移动时,不能增大释放压力的空气流路面积,不能防止振动电极膜向上侧的过度变形。
例如,凸部27b的直径以无段差的直线朝向前端变细的例子中,如图8(a)所示,在振动电极膜25从下侧向上侧移动的情况下,释放压力的空气流路面积反而会减小,不能防止向振动电极膜25的上侧的过度变形。
对此,在本实施例中,如图8(b)所示,凸部37b的与背板37平行方向的截面积以无段差的直线朝向根部(即,背板37侧)变小。由此,即使在过大的压力从下侧作用在振动电极膜35上,振动电极膜35向上侧产生大的变形的状态下,也成为凸部37b的根部侧的截面积小的部分贯通压力释放孔35b的状态,释放压力的空气流路面积增大,因此,能够防止振动电极膜35的过度变形。
另一方面,在本实施例中,在过大的压力从上侧(即,背板37侧)作用在振动电极膜35上,使振动电极膜35向下侧大幅变形的状态下,成为凸部37b的前端侧的截面积大的部分贯通压力释放孔35b的状态,释放压力的空气流路面积暂时减小,但在凸部37b从振动电极膜35的压力释放孔35b被拔出的时刻,可获得释放压力的足够大小的空气流路面积。结果,根据本实施例,即使过大的压力从上下任意方向作用在振动电极膜35上,也都能够防止振动电极膜35的过度变形。
接着,使用本实施例的图9~图10,对本实施例的凸部和压力释放孔的形成工序进行说明。首先,如图9(a)所示,在硅(Si)基板43的表面形成氧化硅(SiO2)的绝缘层44a,在绝缘层44a之上形成欲成为振动电极膜的多晶硅(Poly Si)膜45。接着,通过蚀刻局部地去除欲成为振动电极膜的多晶硅(Poly Si)膜45,形成成为压力释放孔45b的部分。
接着,如图9(b)所示,在多晶硅(Poly Si)膜45之上形成用于形成凸部的氮化硅(SiN)膜46。而且,如图9(c)所示,通过使用了光致抗蚀剂的蚀刻,以仅保留成为凸部47b的部分的方式去除氮化硅(SiN)膜46。此时,通过削弱蚀刻在垂直方向上的指向性的方法,可实现锥形。
接着,如图10(a)所示,进一步形成氧化硅(SiO2)的牺牲层44b。并且,通过应用CMP(化学机械抛光,Chemical Mechanical Polishing)法等平坦化方法,使由氮化硅(SiN)构成的凸部47b成为被埋设于氧化硅(SiO2)之中的形态。接着,如图10(b)所示,通过形成成为背板47的氮化硅(Si N)膜,形成具有倒锥形的凸部47b的背板47。
接着,与一般的声音传感器的制造工序同样地,通过蚀刻去除Si基板43,利用氢氟酸(HF)蚀刻除去氧化硅(SiO2)的绝缘层44a及牺牲层44b,由此,形成具有图10(c)所示的凸部47b的背板47和具有压力释放孔45b的振动电极膜45。
接着,使用图11~图12,对本实施例的凸部和压力释放孔的形成工序的第二例进行说明。首先,如图11(a)所示,在硅(Si)基板52的表面形成P SG(含磷的氧化硅(SiO2)膜53),在膜53之上形成不含杂质的氧化硅(Si O2)膜即NSG 54a。另外,在NSG 54a上形成欲成为振动电极膜的多晶硅(P oly Si)膜55,再通过蚀刻局部地去除而形成成为压力释放孔55b的部分。进而,在其上形成NSG 54b。
接着,如图11(b)所示,在NSG54a上形成光致抗蚀剂(光致抗蚀剂在形成凸部的部分设有开口),利用HF水溶液通过蚀刻去除相当于NSG54a、54b的凸部的部分。HF水溶液的蚀刻以各向同性的方式进行,如图11(c)所示,PSG53也被去除,达到硅(Si)基板52的表面。
接着,如图12(a)所示,与NSG膜54a、54b相比,在PSG膜53的蚀刻速率快数倍左右,因此,蚀刻沿水平方向快速地进行。另外,在NSG膜54a、54b上,蚀刻从下层进行,因此,在NSG膜54a、54b上形成图12(b)所示的与图12(a)相反的锥形空间。
接着,如图12(c)所示,去除光致抗蚀剂后,通过形成成为背板57及凸部57b的氮化硅(SiN)膜,形成具有倒锥形的凸部57b的背板57。
此外,在本实施例中,使用PSG膜53及NSG膜54a、54b实施了处理,但这只不过是一例。只要是蚀刻速率不同的组合,也可以使用其它材料的组合。例如,也可以使用通过进行退火来提高了蚀刻速度的氧化硅(SiO2)和不进行退火的氧化硅(SiO2)的组合、或蚀刻速率高的TEOS膜和蚀刻速度低的热氧化膜的组合。
接着,使用图13,对本实施例的凸部和压力释放孔的形成工序的第三例进行说明。首先,如图13(a)所示,在硅(Si)基板63的表面形成PSG膜(含磷的氧化硅(SiO2)膜64),在膜64之上形成欲成为振动电极膜的多晶硅(Poly Si)膜65,再通过蚀刻局部地去除而形成成为压力释放孔65b的部分。另外,在膜64之上形成不含杂质的氧化硅(SiO2)膜即NSG膜66。另外,NSG膜66上再形成PSG(含磷的氧化硅(SiO2)膜)68,在其上形成光致抗蚀剂69(光致抗蚀剂69在形成凸部的部分设置了开口)。
接着,如图13(b)所示,利用氢氟酸(HF)水溶液,通过蚀刻去除PS G膜(含磷的氧化硅(SiO2)膜64、68)、相当于NSG膜66的凸部的部分。该情况下,因各层的蚀刻速率不同,斜面的形状可进行各种调整。而且,通过HF水溶液的蚀刻还去除PSG膜64,达到硅(Si)基板63的表面。
接着,如图13(c)所示,去除了光致抗蚀剂后,通过形成成为背板67及凸部67b的氮化硅(SiN)膜,形成具有倒锥形的凸部67b的背板67。
此外,在本实施例中,将最上侧的层设为PSG膜68,但该PSG膜68不一定需要。即使省略PSG膜68,因光致抗蚀剂69的密接面通常具有蚀刻速度局部地变快的趋势,所以利用该蚀刻速率的趋势,可生成等同的形状。
此外,在本实施例的凸部67b,水平方向的截面积至少小于平均的背板67侧的区域相当于本发明的规定区域。另外,在凸部67b,水平方向的截面积至少小于平均的部分相当于截面积减小部。
<实施例2>
接着,对本发明的实施例2进行说明。在本实施例中说明的例子为,对于一体设置于背板的大致圆柱状的凸部,在水平方向上采取包含凸部侧面的形式,在沿垂直方向至凸部中途的区域形成声孔,由此,在凸部的根侧增加用于压力释放的流路面积。
图14表示本实施例的形成于背板77的凸部77b和设置于振动电极膜75的压力释放孔75b的剖视图。本实施例的凸部77b形成大致圆柱状的形状,在通过蚀刻形成背板77的声孔时,在水平方向上采取包含圆柱状的凸部77b的侧面的形式,在沿垂直方向上至圆柱状的凸部77b的中途以留下凸部77b的前端部的形式形成空间77c,由此完成凸部77b。
由此,在凸部77b侧面的背板77侧的区域,成为空间77c与凸部77b的侧面交叉而形成的开口部77d开口的形状。于是,根据图14所示的状态,在过大的压力从背板77的相反侧(图中下侧)作用在振动电极膜75上的情况下,振动电极膜75向背板77侧(图中上侧)变形。并且,在振动电极膜75从开口部77d的下端进一步变形至背板77侧时,使压力作用在振动电极膜75的空气从开口部77d通过空间77c向背板77的上侧逃逸,由此释放从背板77的相反侧作用在振动电极膜75的压力。
由此,在形成有凸部77b的背板77形成声孔的工序中,同时通过以平面视图中包含凸部77b的侧面的方式形成空间77c,可在凸部77b的背板77侧的区域容易地减小凸部77b的截面积。在此,凸部77b的高度方向的区域且形成有空间77c的区域相当于本发明的规定区域。另外,在凸部77b中形成了空间77c的部分相当于截面积减小部。
<实施例3>
接着,作为本发明的实施例3所说明的例子,对于具有随着远离背板朝向前端侧直径减小的锥状形状的凸部,形成从侧面的中途在背板侧开口的开口部和贯通该开口部和背板的上侧的空间。
图15是表示现有的包含具有随着远离背板朝向前端侧而直径减小的锥状形状的凸部的情况和对于该凸部形成从侧面的中途在背板侧开口的开口部和贯通该开口部和背板的上侧的空间的情况的作用的图。
图15(a)表示具有通常的锥状的凸部的情况,图15(b)表示在锥状的凸部形成上述的开口部和贯通开口部和背板的上侧空间的情况。如图15(a)所示,在凸部87b具有简单的锥形的情况下,如果过大的压力从背板87的相反侧作用在振动电极膜85,振动电极膜85就会向背板87侧变形。并且,此时,振动电极膜85越向背板87侧变形,凸部87b和压力释放孔85b之间的间隙面积越是减小,难以进一步释放压力。
相比之下,如图15(b)所示,对于在锥状凸部的背板87侧的区域形成开口部87d和贯通开口部87d与背板87的上侧空间87c的情况,表示了不同的状况。即,在过大的压力从背板87的相反侧作用在振动电极膜85的情况下,振动电极膜85虽向背板87侧变形,但在振动电极膜85达到开口部87d存在的区域时,经由开口部87d、空间87c能够向背板87的上侧排放向振动电极膜85作用着压力的空气。
因此,在该时刻能够释放作用在振动电极膜85的压力,可防止振动电极膜85的进一步变形。另外,在本实施例中,在使来自背板87的相反侧的压力作用在振动电极膜85的空气中混入异物等情况下,因异物可经由上述的开口部87d及空间87c排放,所以能够降低在凸部87b和压力释放孔85b之间或其附近异物被卡住或堆积的风险。
此外,在采用本实施例的结构的情况下,在背板87上也可以设有图16所示的阻挡部87e。原本,阻挡部87e用于防止背板87和振动电极膜85粘合或两者接触时发生电短路,但在本实施例中,在将该阻挡部87e的高度设为h1,将开口部87d距背板87的深度设为d1,将振动电极膜85的厚度设为t1的情况下,下式成立。
d1>h1+t1·····(1)
由此,在过大的压力从背板87的相反侧作用在振动电极膜85的情况下,振动电极膜85虽向背板87侧位移,但此时,振动电极膜85位移至与背板87的阻挡部87e抵接,通过抵接来维持稳定的姿势。而且,在该状态下,开口部87d的一部分可靠地在振动电极膜85的背板87的相反侧开口。因此,在过大的压力从背板87的相反侧作用在振动电极膜85的情况下,经由开口部87d及空间87c更可靠地向背板87的上侧排放空气,可释放作用在振动电极膜85的压力。此外,在图15中,开口部87d的下端部的高度与凸部87b的内壁的底部是同一面,但开口部87d的下端部的高度也可以是不必与凸部87b的内壁的底部成为同一面。如图16所示,也可以是不同的面。
另外,在本实施例中,在背板87上设置有阻挡部87e,但也可以在振动电极膜85上设置起到阻挡部的作用的突起。通过使振动电极膜85的一部分突出或在振动电极膜85的上部另行设置构造体,与设有上述的阻挡部87e的情况同样地,能够期待抑制与背板87粘合等效果。而且,在阻挡部的高度h1、开口部距背板的深度d1、振动电极膜的厚度t1之间(1)式成立,由此可得到本实施例的效果。
<实施例4>
接着,对本发明的实施例4进行说明。在本实施例中所说明的例子为,使设置于振动电极膜的压力释放孔形成狭缝状,设置于背板的凸部不是圆柱状或锥状,而是具有可进入压力释放孔的平板状的形状。
图17表示本实施例的背板97及凸部97b、振动电极膜95及压力释放孔95b的截面立体图。本实施例中,如上所述,压力释放孔95b在平面视图中不是圆形,而是狭缝状。另外,凸部97b具有可进入狭缝状的压力释放孔95b的平板状的形状。图17表示在狭缝状的压力释放孔95b和平板状的凸部97b的中央部切断振动电极膜95及背板97的图。在采用狭缝状的压力释放孔95b和平板状的凸部97b的情况下,因它们的宽度窄,通过半导体作制工序容易平坦地形成背板97,能够降低应力集中。例如,通过将狭缝的宽度设为振动电极膜95和背板97之间的距离的2倍以内,可容易地形成平坦的背板97。
在本实施例中,在背板97上形成声孔97a的工序中,对于平板状的凸部97b也形成达到高度方向中途的空间97c。由此,成为开口部97d在平板状的凸部97b的左右两侧开口的形式。此外,在本实施例中,声孔97a及空间97c在平面视图中的形状优选为圆形。由此,可避免背板97的各部,特别是平板状的凸部97b附近的应力集中。
图18是对本实施例的背板97及振动电极膜95的作用进行说明的图。图18是从截面的法线方向观察图17的背板97及振动电极膜95的剖视图,图18(a)表示振动电极膜95变形前的状态,图18(b)表示过大的压力从背板97的相反对侧作用在振动电极膜95,振动电极膜95向背板97侧变形的状态。
根据本实施例,过大的压力从背板97的相反侧作用在振动电极膜95而使振动电极膜95向背板97侧变形的情况下,从在平板状的凸部97b的左右两侧开口的开口部97d,使压力作用在振动电极膜95的空气通过空间97c向背板97的上侧排放。由此,能够释放作用在振动电极膜95的压力,防止振动电极膜95的过度变形。
另一方面,在本实施例中,在过大的压力从背板97侧作用在振动电极膜95而使振动电极膜95向背板97的相反侧产生大的变形的状态下,在平板状的凸部97b从振动电极膜95的狭缝状的压力释放孔95b被拔出的时刻,空气可通过整个压力释放孔95b。因此,能够获得足够大小的空气流路面积以释放作用在振动电极膜95的压力。结果,根据本实施例,即使过大的压力从上下任意方向作用在振动电极膜95上,都可防止振动电极膜95的过度变形。
接着,使用图19,对本实施例的凸部和压力释放孔的形成工序进行说明。首先,如图19(a)所示,在硅(Si)基板103的表面形成氧化硅(SiO2)的绝缘层104a,在绝缘层104a之上形成欲成为振动电极膜的多晶硅(Poly Si)膜105,通过蚀刻局部地去除该多晶硅(PolySi)膜105而形成压力释放孔105b。然后,再在多晶硅(Poly Si)膜105之上形成氧化硅(SiO2)牺牲层104b后,通过蚀刻去除成为凸部的部分的绝缘层104a及牺牲层104b。
接着,如图19(b)所示,形成成为固定电极膜的多晶硅(Poly Si)膜106,再形成用于形成背板及凸部的氮化硅(SiN)膜107、107b。此时,形成用于形成凸部的氮化硅(SiN)膜107b的氧化硅(SiO2)的绝缘层104a、牺牲层104b的狭缝宽度窄,因此,在背板107成膜时,该狭缝完全由氮化硅(S iN)膜充满,最终凸部107b变成平板状。然后,蚀刻形成声孔107a、凸部107b的上部的空间107c。接着,如图19(c)所示,通过蚀刻,以只保留成为背板107及凸部107b的部分和振动电极膜105的方式去除Si基板103、绝缘层104a及牺牲层104b。由此,形成背板107的凸部107b和振动电极膜105的压力释放孔105b。
此外,在本实施例中,如图20所示,当从垂直方向观察时,成为平板状的凸部107b的部分膜厚增加。干燥蚀刻等因为垂直方向的指向性强,所以在对声孔107a和凸部107b的上部空间107c同时进行蚀刻时,仅凸部107b的前端侧留下膜,因此,能够容易地制作出“仅在凸部107b的背板107侧的一部分存在空间”的构造。此外,这些不是必须的必要条件,也可以分别对声孔107a和凸部107b的上部空间107c进行蚀刻。另外,凸部107b的侧面可以是垂直,也可以是锥形(斜面)。但是,在凸部107b的侧面为垂直的情况下,成为平板状的凸部107b的部分的垂直方向的膜厚增加,所以更易执行上述蚀刻方法。
符号说明
1···声音传感器
2···后室
3、13、43、52、63···(硅)基板
5、15、25、35、45、55、65、75、85、95、105···振动电极膜
7、17、27、37,47,57、67、77、87、97、107···背板
15b、25b、35b、45b、55b、65b、75b、85b、95b、105b···压力释放孔
17b、27b、37b、47b、57b、67b、77b、87b、97b、107b···凸部
Claims (7)
1.一种静电电容式换能器,其具备:
基板,其表面具有开口;
背板,其以与所述基板的开口对置的方式配设;
振动电极膜,其以与所述背板之间隔着空隙与该背板对置的方式配设,
所述静电电容式换能器将所述振动电极膜的变形转换为该振动电极膜和所述背板之间的静电电容的变化,
所述静电电容式换能器的特征在于,还具备:
压力释放孔,其是设置于所述振动电极膜的贯通孔;
凸状部分,其采用与所述背板相同的部件与所述背板一体地设置,在所述振动电极膜变形前的状态下进入所述压力释放孔;
压力释放流路,其是由所述压力释放孔和所述凸状部分的间隙形成的空气流路,
所述凸状部分在该凸状部分的所述背板侧的规定区域具有截面积减小部,与该凸状部分的比该规定区域靠前端侧的区域相比,所述截面积减小部在与所述背板平行的方向的截面的截面积小。
2.如权利要求1所述的静电电容式换能器,其特征在于,
所述凸状部分具有以所述截面积随着接近所述背板而减小的方式变化的锥形。
3.如权利要求1或2所述的静电电容式换能器,其特征在于,
在所述凸状部分设置有贯通所述背板的与该凸状部分相反侧的面和该凸状部分的所述规定区域的侧面的空间。
4.如权利要求3所述的静电电容式换能器,其特征在于,
所述凸状部分具有平板状的形状,该平板状的形状的侧面与所述背板垂直形成。
5.如权利要求3或4所述的静电电容式换能器,其特征在于,
在所述背板及所述振动电极膜中的至少一方设置有在所述振动电极膜向该背板侧位移时与所述背板及所述振动电极膜中的另一方抵接的阻挡部,
所述凸状部分中的所述空间在与所述背板垂直的方向上的深度,比所述阻挡部的高度和所述振动电极膜的膜厚的总和值大。
6.如权利要求3~5中任一项所述的静电电容式换能器,其特征在于,
从与所述背板垂直的方向观察,所述空间具有圆形的形状。
7.一种声音传感器,其具有权利要求1~6中任一项所述的静电电容式换能器,将声压转换为所述振动电极膜和所述背板之间的静电电容的变化来进行检测。
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