CN110876108B - Mems传声器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种MEMS传声器，MEMS传声器(10)包括基板(20)以及设置在基板(20)上、将声音转换成电信号的第1转换部(10A)和第2转换部(10B)，第1转换部(10A)具有第1贯通孔(21A)、覆盖第1贯通孔(21A)的第1膜片(30A)和隔着第1气隙(G1)与第1膜片(30A)面对面的第1背板(40A)，第2转换部(10B)具有第2贯通孔(21B)、覆盖第2贯通孔(21B)的第2膜片(30B)和隔着第2气隙(G2)与第2膜片(30B)面对面的第2背板(40B)，从基板(20)的厚度方向看，第2膜片(30B)的面积为第1膜片(30A)的面积的1.21倍以上2.25倍以下。

Description

MEMS传声器
技术领域
本发明涉及MEMS传声器。
背景技术
近年来，包括MEMS传声器在内的超小型的传声器模块的需要升高。例如，在日本特开2011-055087号公报(专利文献1)、日本特开2015-502693号公报(专利文献2)、日本特开2007-295487号公报(专利文献3)中，公开有在硅基板上隔着气隙相对配置有膜片与背板的结构的MEMS传声器。在这样的MEMS传声器中，由膜片和背板形成电容器结构，当膜片受到声压而振动时电容器结构的电容发生变化。该电容变化随着在ASIC芯片转换成电信号而放大处理。
发明内容
但是，在上述的MEMS传声器能够对应的频带上存在制约。例如，存在在频带之外不能得到充分的S/N比的情况。因此存在具有宽的频带的MEMS传声器的需求。
根据本发明，提供能够在宽的频率范围内抑制S/N比的下降的MEMS传声器。
本发明的一个方式的MEMS传声器包括基板和设置在基板上、将声音转换成电信号的第1转换部和第2转换部，第1转换部具有贯通基板的第1贯通孔、在基板的一个面侧覆盖第1贯通孔的第1膜片和在基板的一个面侧覆盖上述第1贯通孔、且隔着第1气隙与上述第1膜片面对面的第1背板，第2转换部具有贯通基板的第2贯通孔、在基板的上述一个面侧覆盖第2贯通孔的第2膜片和在基板的上述一个面侧覆盖第2贯通孔、且隔着第2气隙与第2膜片面对面的第2背板，从基板的厚度方向看，上述第2膜片的面积为第1膜片的面积的1.1倍以上1.5倍以下。
该MEMS传声器包括第1转换部和第2转换部，第2转换部的第2膜片的面积为第1转换部的第1膜片的面积的1.1倍以上1.5倍以下。通常，具有相对小的面积的膜片容易在高频侧的区域得到良好的S/N比。反之，具有相对大的面积的膜片低频侧的区域容易得到良好的S/N比。上述的MEMS传声器通过使得第1转换部的第1膜片的面积成为第2转换部的第2膜片的面积的1.1倍以上1.5倍以下，能够利用第2转换部抑制低频侧的区域的S/N比的下降。因此，能够实现MEMS传声器的频带的放大。
在另一方式的MEMS传声器中，也可以为如下结构：第1膜片和第2膜片为圆形，第2膜片的直径为第1膜片的直径的1.1倍以上1.3倍以下。在该结构中，也能够利用第2转换部抑制低频区域的S/N比的下降。因此，能够实现MEMS传声器的频带的放大。
在另一方式的MEMS传声器中，也可以为如下结构：从基板的厚度方向看，第1膜片、第1背板、第2膜片和第2背板为圆形，第1膜片的直径相对于第1背板的直径的比例和第2膜片的直径相对于第2背板的直径的比例为0.95倍以上1.10倍以下。根据该结构，能够抑制第1转换部和第2转换部的频率特性误差的发生。
在另一方式的MEMS传声器中，也可以为如下结构：从基板的厚度方向看，第1膜片的中心与第1背板的中心大致一致或者具有第1膜片和第1背板中直径小的一方的直径的5％以下的偏离。根据该结构，第1膜片与第1背板之间的静电电容均匀。因此，能够实现第1转换部的灵敏度特性的稳定化。
在另一方式的MEMS传声器中，也可以为如下结构：从基板的厚度方向看，第2膜片的中心与第2背板的中心大致一致或者具有第2膜片和第2背板中直径小的一方的直径的5％以下的偏离。根据该结构，第2膜片与第2背板之间的静电电容均匀。因此，能够实现第2转换部的灵敏度特性的稳定化。
附图说明
图1是表示一个实施方式的传声器模块的概略截面图。
图2是图1所示的MEMS传声器的俯视图。
图3是表示沿图2的III-III线的截面的图。
图4是表示沿图2的IV-IV线的截面的图。
图5是表示沿图2的V-V线的截面的图。
图6是表示图1所示的传声器模块的框图。
图7是表示图6所示的控制电路芯片的第1控制电路的结构的图。
图8A～图8C是表示制造图2所示的MEMS传声器时的各工序的图。
图9A～图9C是表示制造图2所示的MEMS传声器时的各工序的图。
图10是表示图2所示的MEMS传声器的频率特性的曲线图。
图11是表示变形例的MEMS传声器的截面图。
图12A～图12C是表示制造图11所示的MEMS传声器时的各工序的图。
图13A～图13C是表示制造图11所示的MEMS传声器时的各工序的图。
具体实施方式
以下，参照附图对各种实施方式进行详细说明。另外，对各图中相同或相当的部分标注相同的附图标记，省略重复的说明。
如图1所示，本实施方式的传声器模块1至少包括模块基板2、控制电路芯片3(ASIC)、盖6和MEMS传声器10。
模块基板2具有平板状的外形形状，例如由陶瓷材料构成。模块基板2既可以为单层结构，也可以为包含内部配线的多层结构。在模块基板2的一个面2a和另一个面2b分别设置有端子电极4、5，端子电极4、5彼此通过未图示的贯通导体及内部配线相互连接。
盖6在后述的基板20的上表面20a侧形成有中空结构。具体而言，盖6在与基板20之间划出空洞H，在该空洞H的内部收纳有MEMS传声器10及控制电路芯片3。在本实施方式中，盖6是由金属材料构成的金属盖。在盖6设置有连接外部与空洞H的音孔(sound hole)6a。
MEMS传声器10搭载在模块基板2的一个面2a上。MEMS传声器10具有当受到声压时其一部分发生振动的结构。如图2和图3所示，MEMS传声器10至少包括第1转换部10A、第2转换部10B和基板20。
基板20例如由Si或石英玻璃(SiO2)构成。在本实施方式中，基板20由以硅酸盐为主成分、实质上不含碱金属氧化物的玻璃构成。基板20具有矩形平板状的外形形状。基板20的厚度作为一个例子为500μm。基板20能够如图2所示那样，具有在俯视呈大致长方形(作为一个例子，为1500μm×3000μm)。
如图4所示，第1转换部10A具有第1贯通孔21A、第1膜片30A、第1背板40A和一对端子部51A、52A。第1贯通孔21A在俯视中(即，从基板20的厚度方向看)例如为真圆形状。第1贯通孔21A的直径D1作为一个例子为1000μm。第1膜片30A还称为振动膜(diaphragm)，是通过声压振动的膜。第1膜片30A位于作为基板20的一个面侧的上表面20a侧，直接层叠于上表面20a。第1膜片30A以覆盖基板20的整个第1贯通孔21A的方式设置。
第1膜片30A具有多层结构，在本实施方式中具有2层结构。位于下侧的第1膜片30A的第1层31由绝缘体材料(在本实施方式中为SiN)构成。第1层31的厚度作为一个例子为200nm。第1层31设置在包含第1贯通孔21A的基板20的上表面20a。位于上侧的第1膜片30A的第2层32由导电体材料(在本实施方式中为Cr)构成。第2层32的厚度作为一个例子为100nm。第2层32在与基板20的第1贯通孔21A对应的区域和为第1贯通孔21A的边缘区域且为一对端子部51A、52A的一个端子部(在本实施方式中为端子部51A)的形成区域一体地设置。
当用第1膜片30A将基板20的第1贯通孔21A完全堵塞时，可能会在第1膜片30A的上侧与下侧产生气压差。为了降低这样的气压差，在本实施方式中，在第1膜片30A设置有小的贯通孔33。另外，也可以在第1膜片30A设置多个贯通孔33。
第1背板40A位于基板20的上表面20a侧，且位于第1膜片30A的上侧。第1背板40A与第1膜片30A一样，以覆盖基板20的第1贯通孔21A的整体的方式设置。第1背板40A隔着第1气隙G1与第1膜片30A面对面。更详细而言，第1背板40A的相对面44(图4的下表面)在基板20的形成有第1贯通孔21A的区域与第1膜片30A的相对面34(图4的上表面)面对面。
第1背板40A与第1膜片30A一样，具有多层结构，在本实施方式中具有2层结构。位于下侧的第1背板40A的第1层41由导电体材料(在本实施方式中为Cr)构成。第1层41的厚度作为一个例子为300nm。位于上侧的第1背板40A的第2层42由绝缘体材料(在本实施方式中为SiN)构成。第2层42的厚度作为一个例子为50nm。第1背板40A的第1层41和第2层42在基板20的与第1贯通孔21A对应的区域和为第1贯通孔21A的边缘区域且为一对端子部51A、52A的另一个端子部(在本实施方式中为端子部52A)的形成区域一体地设置。第1背板40A的第2层42在一对端子部51A、52A的形成区域不设置，在一对端子部51A、52A的形成区域，第1膜片30A的第2层32和第1背板40A的第1层41露出。第1背板40A具有多个孔43。多个孔43也可以均具有例如真圆形的开口形状(参照图2)，规则地配置(在本实施方式中为交错配置)。
一对端子部51A、52A由导电体材料构成，在本实施方式中由Cu构成。一对端子部51A、52A中，一个端子部51A在设置于第1贯通孔21A的边缘区域的第1膜片30A的第2层32上形成，另一个端子部52A在设置于第1贯通孔21A的边缘区域的第1背板40A的第1层41上形成。
第1转换部10A如上述那样，第1膜片30A作为导电层具有第2层32，且第1背板40A作为导电层具有第1层41。因此，在第1转换部10A，由第1膜片30A和第1背板40A形成平行平板型的电容器结构。而且，当第1膜片30A由于声压而振动时，第1膜片30A与第1背板40A之间的第1气隙G1的宽度发生变化，电容器结构的电容发生变化。第1转换部10A是将该电容变化从一对端子部51A、52A输出的静电电容型的转换部。
如图5所示，第2转换部10B具有与第1转换部10A大致相同的结构。第2转换部10B设置在与第1转换部10A相同的基板20上。第2转换部10B与第1转换部10A并排地配置。第2转换部10B包括第2贯通孔21B、第2膜片30B、第2背板40B和一对端子部51B、52B。第2贯通孔21B在俯视中(即，从基板20的厚度方向看)例如具有真圆形状。第2贯通孔21B的直径D2大于第1贯通孔21A的直径D1，作为一个例子为1300μm。第2膜片30B与第1膜片30A一样，是通过声压振动的膜。第2膜片30B位于作为基板20的一个面侧的上表面20a侧，直接层叠于上表面20a。第2膜片30B以覆盖基板20的第2贯通孔21B的方式设置。
第2膜片30B与第1膜片30A一样，具有多层结构。在本实施方式中，第2膜片30B具有第1层31和第2层32的2层结构。第2膜片30B的厚度与第1膜片30A大致相同，作为一个例子为2000nm。第2膜片30B设置在包含第2贯通孔21B的基板20的上表面20a。位于上侧的第2膜片30B的第2层32由导电体材料(在本实施方式中为Cr)构成。第2层32的厚度作为一个例子为100nm。第2层32在基板20的与第2贯通孔21B对应的区域和为第2贯通孔21B的边缘区域且为一对端子部51B、52B的一个端子部(在本实施方式中为端子部51B)的形成区域一体地设置。在第2膜片30B也为了降低第2膜片30B的上侧与下侧之间的气压差而设置有贯通孔33。另外，也可以在第2膜片30B设置有多个贯通孔33。
第2背板40B位于基板20的上表面20a侧，且位于第2膜片30B的上侧。第2背板40B与第2膜片30B一样，以覆盖基板20的第2贯通孔21B的整体的方式设置。第2背板40B隔着第2气隙G2与第2膜片30B面对面。更详细而言，第2背板40B的相对面44(图5的下表面)在基板20的形成有第2贯通孔21B的区域，与第2膜片30B的相对面34(图5的上表面)面对面。
第2背板40B与第1背板40A一样，具有多层结构，在本实施方式中具有2层结构。位于下侧的第2背板40B的第1层41由导电体材料(在本实施方式中为Cr)构成。第1层41的厚度作为一个例子为300nm。位于上侧的第2背板40B的第2层42由绝缘体材料(在本实施方式中为SiN)构成。第2层42的厚度作为一个例子为50nm。第2背板40B的第1层41和第2层42在基板20的与第2贯通孔21B对应的区域和为第2贯通孔21B的边缘区域且为一对端子部51B、52B的另一个端子部(在本实施方式中为端子部52B)的形成区域一体地设置。第2背板40B的第2层42在一对端子部51B、52B的形成区域不设置，在一对端子部51B、52B的形成区域，第2膜片30B的第2层32和第2背板40B的第1层41露出。第2背板具有多个孔43。多个孔43也可以均具有例如真圆形的开口形状(参照图2)，规则地配置(在本实施方式中为交错配置)。
第2转换部10B的一对端子部51B、52B由导电体材料构成，在本实施方式中由Cu构成。一对端子部51B、52B中，一个端子部51B在设置于第2贯通孔21B的边缘区域的第2膜片30B的第2层32上形成，另一个端子部52B在设置于第2贯通孔21B的边缘区域的第2背板40B的第1层41上形成。
在第2转换部10B，与第1转换部10A一样，由第2膜片30B和第2背板40B形成平行平板型的电容器结构。当第2膜片30B由于声压而振动时，第2膜片30B与第2背板40B之间的第2气隙G2的宽度发生变化，电容器结构的电容发生变化。第2转换部10B是将该电容变化从一对端子部51B、52B输出的静电电容型的转换部。
在本实施方式中，如图2所示，第2膜片30B的面积为第1膜片30A的面积的1.69倍，第2膜片30B的直径L2为第1膜片30A的直径L1的1.3倍。此外，第1膜片30A的中心与第1背板40A的中心大致一致。第2膜片30B的中心与第2背板40B的中心大致一致。
控制电路芯片3接近MEMS传声器10地搭载在模块基板2的一个面2a上。向控制电路芯片3输入MEMS传声器10的电容变化。控制电路芯片3与MEMS传声器10例如通过引线接合等电连接。控制电路芯片3与设置在模块基板2的一个面2a的端子电极4连接，控制电路芯片3的信号通过端子电极4、5向外部输出。
如图6所示，控制电路芯片3包括第1控制电路3A、第2控制电路3B和混频器3C。第1控制电路3A与MEMS传声器10的第1转换部10A电连接。第2控制电路3B与MEMS传声器10的第2转换部10B电连接。即，第1转换部10A的电容变化输入第1控制电路3A，第2转换部10B的电容变化输入第2控制电路3B。第1控制电路3A具有将第1转换部10A的电容器结构的电容变化转换成模拟或数字的电信号的功能和放大功能。同样，第2控制电路3B具有将第2转换部10B的电容器结构的电容变化转换成模拟或数字的电信号的功能和放大功能。混频器3C与第1控制电路3A和第2控制电路3B连接。第1控制电路3A的输出和第2控制电路3B的输出被输入混频器3C。混频器3C将第1控制电路3A的输出和第2控制电路3B的输出进行合成，作为控制电路芯片3的输出，输出电信号。
接着，参照图7，对第1控制电路3A的结构进行更详细的说明。在以下的说明中，对第1控制电路3A将第1转换部10A的电容器结构的电容变化转换成模拟电信号的情况进行说明。另外，第2控制电路3B的结构与第1控制电路3A相同，因此省略其说明。
图7所示，第1控制电路3A具有升压电路CP、基准电压产生电路VR、前置放大器PA和滤波器F。升压电路CP与MEMS传声器10的第1转换部10A的一个端子部51A连接，是向第1转换部10A供给偏压的电路。基准电压产生电路VR与升压电路CP连接，是产生该升压电路CP的基准电压的电路。此外，基准电压产生电路VR还与前置放大器PA和滤波器F连接并供给电压。前置放大器PA与第1转换部10A的另一个端子部52A连接，是针对第1转换部10A的电容器结构的电容变化进行阻抗转换和增益调节的电路。在前置放大器PA的后级连接有滤波器F。滤波器F是相对于来自前置放大器PA的信号、仅使规定的频带的成分通过的电路。第1控制电路3A和第2控制电路3B分别具有滤波器F，第1控制电路3A的滤波器F与第2控制电路3B的滤波器F相互连接(参照图6)。
另外，在第1控制电路3A将1转换部10A的电容器结构的电容变化转换成数字电信号的情况下，第1控制电路3A在前置放大器PA与滤波器F之间进一步具有调制器。通过该调制器，来自前置放大器PA的模拟信号被转换成PDM(Pulse Density Modulation)信号。
控制电路芯片3与由MEMS传声器10检测到的声波的频率相应地进行第1转换部10A和第2转换部10B的切换。具体而言，控制电路芯片3在声波的频率为规定的阈值以上的情况下，输出基于第1转换部10A的电容变化的信号(即，从第1控制电路3A输出的信号)，在声波的频率低于上述阈值的情况下，输出基于第2转换部10B的电容变化的信号(即，从第2控制电路3B输出的信号)。作为一个例子，控制电路芯片3的频率的阈值能够为500Hz以上1000Hz以下的范围内的值。另外，阈值能够根据第1转换部10A的第1膜片30A的尺寸和第2转换部10B的第2膜片30B的尺寸适当地设定。
另外，控制电路芯片3也可以基于2个阈值(高频侧的第1阈值和低频侧的第2阈值)对声波的频率进行切换。例如，在声波的频率为高频侧的第1阈值以上的情况下，输出基于第1转换部10A的电容变化的信号(即，从第1控制电路3A输出的信号)。在声波的频率低于第1阈值且高于低频侧的第2阈值的情况下，利用混频器3C将基于第1转换部10A的电容变化的信号和基于第2转换部10B的电容变化的信号进行合成输出。在声波的频率为第2阈值以下的情况下，输出基于第2转换部10B的电容变化的信号(即，从第2控制电路3B输出的信号)。
接着，参照图8A～图8C和图9A～图9C对制造上述的MEMS传声器10的顺序进行说明。另外，第1转换部10A与第2转换部10B具有大致相同的结构，通过同样的工序一起形成，因此在图8A～图8C和图9A～图9C中仅表示第1转换部10A的截面。
在制造MEMS传声器10的情况下，首先，如图8A所示那样，在未形成第1贯通孔21A的平板状的基板20的上表面20a上，依次形成第1膜片30A的第1层31和第2层32。第1层31能够利用绝缘材料(在本实施方式中为SiN)的CVD(化学气相沉积)形成。第2层32通过导电体材料(在本实施方式中为Cr)的溅射形成。第1层31和第2层32能够通过未图示的光刻胶和RIE(反应离子蚀刻)图形化。
接着，如图8B所示那样，在第1膜片30A设置贯通孔33。贯通孔33例如能够通过使用在贯通孔33的区域设置有开口的光刻胶的RIE形成。RIE中使用的气体种类能够根据构成第1膜片30A的层的材料适当地选择。
进一步，如图8C所示那样，在将要成为上述的第1气隙G1的区域形成牺牲层60。牺牲层60例如通过SiO2的CVD形成。牺牲层60的厚度作为一个例子为2μm。牺牲层60能够通过未图示的光刻胶和RIE图形化。
接着，如图9A所示那样，依次形成第1背板40A的第1层41和第2层42。第1层41通过导电体材料(在本实施方式中为Cr)的溅射形成。第2层42通过绝缘体材料(在本实施方式中为SiN)的CVD形成。第1层41和第2层42能够通过未图示的光刻胶和RIE图形化。
此外，如图9B所示那样，形成一对端子部51A、52A。具体而言，在第1膜片30A的第2层32上形成端子部51A，并且在第1背板40A的第1层41上形成端子部52A。端子部51A、52A通过导电体材料(在本实施方式中为Cu)的溅射形成。端子部51A、52A能够通过未图示的光刻胶和RIE图形化。
进一步，如图9C所示那样，在基板20通过蚀刻形成第1贯通孔21A。第1贯通孔21A通过使用缓冲氢氟酸(BHF)的湿蚀刻形成。第1贯通孔21A还能够通过使用氟化氢(HF)的蒸汽的干蚀刻形成。在蚀刻时，基板20的整个上表面20a和形成第1贯通孔21A的区域以外的下表面20b被光刻胶等覆盖。此外，也可以作为蚀刻的阻挡膜，在基板20的上表面20a(第1膜片的下侧)形成厚度50nm左右的SiN层。该SiN层能够在形成第1贯通孔21A之后，通过蚀刻除去从第1贯通孔21A露出的部分。
然后，通过蚀刻除去牺牲层60。牺牲层60通过使用缓冲氢氟酸(BHF)的湿蚀刻除去。牺牲层60还能够通过使用氟化氢(HF)的蒸汽的干蚀刻除去。在蚀刻时，形成有牺牲层60的区域以外的基板20的上表面20a和下表面20b全部被光刻胶等覆盖。通过以上的顺序，制造上述的MEMS传声器10。
如以上说明的那样，MEMS传声器10包括第1转换部10A和第2转换部10B，第2转换部10B的第2膜片30B的面积为第1转换部10A的第1膜片30A的面积的1.21倍以上2.25倍以下。通常，具有相对较小的面积的膜片虽然对高频侧的声波容易跟随，但是对低频侧的声波不易跟随。因此，虽然在低频侧的区域容易发生S/N比的下降，但是在高频侧的区域不易发生S/N比的下降。相反，具有相对较大的面积的膜片虽然对高频侧的声波不易跟随，但是对低频侧的声波容易跟随。因此，虽然在低频侧的区域不易发生S/N比的下降，但是在高频侧的区域容易发生S/N比的下降。
图10是表示MEMS传声器10的第1转换部10A和第2转换部10B的频率与S/N比的关系的曲线图。图10的纵轴以频率1000Hz的第1转换部10A的S/N比(-40dB)为基准、表示与该值的差。如图10所示，在声波的频率为1000Hz以上的区域，第1转换部10A的S/N比良好，声波的频率为100Hz以下的区域第2转换部10B的S/N比良好。因此，例如在第1转换部10A的频率特性与第2转换部10B的频率特性相交叉的频带，通过设定切换第1转换部10A和第2转换部10B的阈值，能够在宽的频带得到良好的S/N比。
这样，在MEMS传声器10，第2转换部10B的第2膜片30B的面积成为第1转换部10A的第1膜片30A的面积的1.21倍以上2.25倍以下，由此能够通过第2转换部10B抑制低频侧的区域的S/N比的下降。因此，能够实现MEMS传声器10的频带的放大。
此外，在MEMS传声器10，第1膜片30A和第2膜片30B为圆形(参照图2)，第2膜片30B的直径L2为第1膜片30A的直径L1的1.1倍以上1.3倍以下。由此，能够通过第2转换部10B抑制低频区域的S/N比的下降。因此，能够实现MEMS传声器10的频带的放大。
此外，在MEMS传声器10，从基板20的厚度方向看，第1膜片30A、第1背板40A、第2膜片30B和第2背板40B为圆形，第1膜片30A的直径L1相对于第1背板40A的直径L3的比例和第2膜片30B的直径L2相对于第2背板40B的直径L4的比例为0.95倍以上1.10倍以下。因为各转换部的频率特性与各背板的直径相关，所以能够由此抑制第1转换部和第2转换部的频率特性偏移的发生。另外，第1膜片30A的直径L1相对于第1背板40A的直径L3的比例与第2膜片30B的直径L2相对于第2背板40B的直径L4的比例既可以相同也可以彼此不同。
此外，在MEMS传声器10，从基板20的厚度方向看，第1膜片30A的中心与第1背板40A的中心大致一致。当发生第1转换部10A的第1膜片30A的中心与第1背板40A的中心的偏离时，第1膜片30A与第1背板40A的相对面积变小。其结果是，相对于声压的、第1转换部10A的静电电容的变化量变小，灵敏度变差。与此相对，通过使得第1膜片30A的中心与第1背板40A的中心大致一致，第1膜片30A与第1背板40A之间的静电电容在最大化的同时变得均匀。因此，能够实现第1转换部10A的灵敏度特性的稳定化。
另外，膜片的中心与背板的中心也可以具有膜片和背板中直径较小的一方的直径的5％以下的偏离。
此外，在MEMS传声器10，从基板20的厚度方向看，第2膜片30B的中心与第2背板40B的中心大致一致。当发生第2转换部10B的第2膜片30B的中心与第2背板40B的中心的偏离时，第2膜片30B与第2背板40B的相对面积变小。其结果是，相对于声压的、第2转换部10B的静电电容的变化量变小，灵敏度变差。与此相对，通过使得第2膜片30B的中心与第2背板40B的中心大致一致，第2膜片30B与第2背板40B之间的静电电容在最大化的同时变得均匀。因此，能够实现第2转换部10B的灵敏度特性的稳定化。
此外，在MEMS传声器10，作为基板使用玻璃制的基板20。玻璃制的基板20与硅基板等的半导体基板相比具有高的绝缘电阻。即，在MEMS传声器10，能够通过玻璃制的基板20实现高的绝缘性。
此处，可知相比玻璃制的基板20绝缘性较差的硅基板是不完全的不导体，可能在与在基板上形成的导体层(第1膜片30A和第2膜片30B的第2层32、或第1背板40A和第2背板40B的第1层41、端子部51A、52A、51B、52B)之间产生不想要的寄生电容。此外，在硅基板与导体层之间设置有绝缘薄膜(在硅基板的情况下为氧化硅薄膜)来提高基板的绝缘性的情况下，也可能在该绝缘薄膜产生寄生电容。因此，在使用硅基板的情况下，存在需要在硅基板追加设置端子，利用ASIC(专用集成电路)进行硅基板与导电层之间的电位调整的情况。
另一个面，利用具有高的绝缘电阻的玻璃制的基板20，能够有效地抑制寄生电容的产生。因此，根据MEMS传声器10，能够通过使用玻璃制的基板20降低寄生电容，能够抑制起因于寄生电容的噪声。此外，根据MEMS传声器10，不需要在基板20与导体层之间设置绝缘薄膜。进一步，根据MEMS传声器10，通过使用玻璃制的基板20，不需要进行上述的电位调整，与使用硅基板的情况相比利用ASIC进行的信号处理和电路设计等更简洁。
在上述实施方式中，对第1转换部10A和第2转换部10B各自具备1个背板(第1背板40A和第2背板40B)的例子进行了说明，不过第1转换部10A和第2转换部10B也可以各自具备2个背板。以下，参照图11说明变形例的MEMS传声器10’。另外，在变形例的MEMS传声器10’，第1转换部10A与第2转换部10B也具有大致相同的结构，因此在图11中也仅表示第1转换部10A的截面。
如图11所示，在MEMS传声器10’，第1转换部10A具有第1背板40A、第1膜片30A和背面背板40C。MEMS传声器10’的第1转换部10A的第1背板40A和第1膜片30A与上述的MEMS传声器10的第1转换部10A的第1背板40A和第1膜片30A的结构和位置关系相同。MEMS传声器10’主要关于在基板20与第1膜片30A之间介有背面背板40C这点与MEMS传声器10不同。背面背板40C具有将第1背板40A上下颠倒的层结构。即，在背面背板40C，位于下侧的第2层42由绝缘体材料(在本实施方式中为SiN)构成，位于上侧的第1层41由导电体材料(在本实施方式中为Cr)构成。而且，在背面背板40C的第1层41上形成有端子部53A。
在MEMS传声器10’的第1转换部10A，第1膜片30A隔着第1气隙G1与第1背板40A面对面，隔着背面气隙G3与背面背板40C面对面。
在MEMS传声器10’的第1转换部10A，由第1膜片30A和2个背板(第1背板40A和背面背板40C)形成2个平行平板型的电容器结构。而且，当第1膜片30A因声压而振动时，第1膜片30A与第1背板40A之间的第1气隙G1的宽度发生变化，并且第1膜片30A与背面背板40C之间的背面气隙G3的宽度发生变化。在MEMS传声器10’的第1转换部10A，从3个端子部51A、52A、53A输出伴随第1气隙G1和背面气隙G3的宽度的变化发生的电容器结构的电容变化。由此，在MEMS传声器10’，能够实现比上述的MEMS传声器10高的S/N比。
此外，在MEMS传声器10’，与MEMS传声器10一样，第2转换部10B的第2膜片30B(未图示)的面积也为第1转换部10A的第1膜片30A的面积的1.21倍以上2.25倍以下。因此，在MEMS传声器10’也能够得到与MEMS传声器10的上述的效果相同的效果。
接着，参照图12A～图12C和图13A～图13C说明制造MEMS传声器10’的工序。另外，在图12A～图12C和图13A～图13C中也仅表示第1转换部10A的截面，省略第2转换部10B。
在制造MEMS传声器10’时，首先，如图12A所示那样，在未形成第1贯通孔21A的平板状的基板20的上表面20a上，依次形成背面背板40C的第2层42和第1层41。第1层41通过导电体材料(在本实施方式中为Cr)的溅射形成。第2层42通过绝缘体材料(在本实施方式中为SiN)的CVD形成。第1层41和第2层42通过未图示的光刻胶和RIE图形化。另外，为了进行表面平坦化，在形成有背面背板40C的区域的剩余区域形成绝缘体膜35。绝缘体膜35通过绝缘体材料(在本实施方式中为SiN)的CVD形成。绝缘体膜35也能够通过未图示的光刻胶和RIE图形化。
接着，如图12B所示那样，用绝缘体61(在本实施方式中为SiO2)填充背面背板40C的各孔43。绝缘体61在通过CVD使SiO2沉积后，通过CMP(化学机械研磨)进行表面研磨而得到。
进一步，如图12C所示那样，在将要成为上述的背面气隙G3的区域形成牺牲层62。牺牲层62例如通过SiO2的CVD形成。牺牲层62的厚度作为一个例子为3μm。牺牲层62能够通过未图示的光刻胶和RIE图形化。另外，为了进行表面平坦化，在形成有牺牲层62的区域的剩余区域形成绝缘体膜36。绝缘体膜36通过绝缘体材料(在本实施方式中为SiN)的CVD形成。绝缘体膜36也能够通过未图示的光刻胶和RIE图形化。为了进行牺牲层62和绝缘体膜36的表面平坦化，能够在形成牺牲层62和绝缘体膜36后，通过CMP进行表面研磨。
然后，在牺牲层62和绝缘体膜36上，与MEMS传声器10的第1膜片30A和第1背板40A一样地形成第1膜片30A和第1背板40A。形成第1膜片30A和第1背板40A之后，如图13A所示那样，使形成端子部51A、52A、53A的区域的第1膜片30A的第2层32、第1背板40A的第1层41和背面背板40C的第1层41露出。
然后，如图13B所示那样，形成各端子部51A、52A、53A。具体而言，在第1膜片30A的第2层32上形成端子部51A，并且在第1背板40A和背面背板40C的第1层41上分别形成端子部52A、53A。端子部53A与端子部51A、52A一样，通过导电体材料(在本实施方式中为Cu)的溅射形成。端子部51A、52A、53A能够通过未图示的光刻胶和RIE图形化。
进一步，如图13C所示那样，在基板20通过蚀刻形成第1贯通孔21A，并且通过蚀刻除去牺牲层60、62和绝缘体61。牺牲层60、62和绝缘体61能够通过使用缓冲氢氟酸(BHF)的湿蚀刻或者使用氟化氢(HF)的蒸汽的干蚀刻除去。通过以上说明的工序，制造变形例的MEMS传声器10’。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，不过本发明并不限定于上述的实施方式，而能够进行各种变更。例如，膜片也可以不是多层结构而是导体层的单层结构。背板也可以不是多层结构而是导体层的单层结构。此外，膜片和背板的导体层与非导体层的层叠顺序能够根据MEMS传声器要求的特性适当地变更。
构成膜片和背板的导体层的导电体材料并不限定于金属材料，也可以为其它导电材料(例如，磷掺杂非晶硅等)。
在上述的实施方式中，对膜片、背板和贯通孔的平面形状为圆形的例子进行了说明，不过膜片、背板和贯通孔的平面形状也可以为多边形，还可以为圆角方形。
为了防止膜片与背板接触不分离的现象(所谓的粘附)，还可以在背板的相对面侧设置向膜片延伸的突起。

Claims (6)

1.一种MEMS传声器，其特征在于，包括：
基板；和
设置在所述基板上、将声音转换成电信号的第1转换部和第2转换部，
在所述第1转换部和所述第2转换部的两者所面对的盖设置有音孔，所述第1转换部和所述第2转换部将来自所述音孔的相同的声音转换成电信号，
所述第1转换部具有：
贯通所述基板的第1贯通孔；
在所述基板的一个面侧覆盖所述第1贯通孔的第1膜片；和
在所述基板的所述一个面侧覆盖所述第1贯通孔，且隔着第1气隙与所述第1膜片面对面的第1背板，
所述第2转换部具有：
贯通所述基板的第2贯通孔；
在所述基板的所述一个面侧覆盖所述第2贯通孔的第2膜片；和
在所述基板的所述一个面侧覆盖所述第2贯通孔，且隔着第2气隙与所述第2膜片面对面的第2背板，
从所述基板的厚度方向看，所述第2膜片的面积为所述第1膜片的面积的1.21倍以上2.25倍以下。
2.如权利要求1所述的MEMS传声器，其特征在于：
所述第1膜片和所述第2膜片为圆形，所述第2膜片的直径为所述第1膜片的直径的1.1倍以上1.3倍以下。
3.如权利要求1或2所述的MEMS传声器，其特征在于：
从所述基板的厚度方向看，所述第1膜片、所述第1背板、所述第2膜片和所述第2背板为圆形，
所述第1膜片的直径相对于所述第1背板的直径的比例和所述第2膜片的直径相对于所述第2背板的直径的比例为0.95倍以上1.10倍以下。
4.如权利要求3所述的MEMS传声器，其特征在于：
从所述基板的厚度方向看，所述第1膜片的中心与所述第1背板的中心一致或者具有所述第1膜片和所述第1背板中直径小的一方的直径的5％以下的偏离。
5.如权利要求3所述的MEMS传声器，其特征在于：
从所述基板的厚度方向看，所述第2膜片的中心与所述第2背板的中心一致或者具有所述第2膜片和所述第2背板中直径小的一方的直径的5％以下的偏离。
6.如权利要求4所述的MEMS传声器，其特征在于：
从所述基板的厚度方向看，所述第2膜片的中心与所述第2背板的中心一致或者具有所述第2膜片和所述第2背板中直径小的一方的直径的5％以下的偏离。
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