JP2007067483A - コンデンサマイクロホン及びコンデンサマイクロホンの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 固定電極を有するプレートと、中央部が近端部より前記プレート側に位置し、前記中央部に可動電極を有し、音波によって振動するダイヤフラムと、前記プレートと前記ダイヤフラムとを絶縁しながら、前記プレートの近端部と前記ダイヤフラムの前記近端部とを保持しているスペーサと、を備える。
【選択図】 図1
Description
特許文献1には、音波を通過させるプレートと音波によって振動するダイヤフラムのそれぞれを導電性の薄膜で構成したコンデンサマイクロホンが開示されている。しかし、ダイヤフラムに音波が伝搬してもスペーサに固定されている外周に近い近端部(近端部とは端に近い部分である。)は殆ど変位しないため、導電性の薄膜で構成されているダイヤフラムとプレートの、スペーサに固定されている外周に近いそれぞれの近端部は、コンデンサマイクロホンの感度を低下させている。
ダイヤフラムの中央部は、ダイヤフラムの近端部よりプレート側に位置している。そしてダイヤフラムの中央部は、ダイヤフラムのスペーサに保持されている近端部よりも、音波により大きな変位で振動する。この結果、ダイヤフラムの中央部に形成されている可動電極は、ダイヤフラムの近端部よりも固定電極に近い位置で、近端部よりも大きな変位で振動する。このようにダイヤフラムの近端部よりも固定電極に近い位置で、近端部よりも大きな変位で、可動電極を振動させることにより、ダイヤフラムとプレートとにより形成されるコンデンサ(以下、マイクコンデンサという。)の可変容量を増大させることができる。ここで、マイクコンデンサの可変容量とは、マイクコンデンサの静電容量のうち、音波により変化する容量成分のことである。このようにマイクコンデンサの可変容量を増大させることより、コンデンサマイクロホンの感度を高めることができる。
可動電極は中継部を介して基部の中央部に接続されている。この結果、可動電極は基部の中央部とともにプレートに対して大きな振幅で振動する。また可動電極の電極面積は、中継部と基部の接続面積より広い。すなわち、基部の中央部より広い可動電極が基部の中央部の大きな変位に対応する大きな振幅で振動するため、可動電極とプレートにより形成されるコンデンサの可変容量は大きい。このように可変容量の大きいコンデンサを可動電極とプレートで形成することにより、マイクコンデンサの可変容量を増大させることができるため、コンデンサマイクロホンの感度を高めることができる。
ダイヤフラムの少なくとも可動電極を除く部分を絶縁材料で形成することにより、ダイヤフラムの少なくとも可動電極を除く部分とプレートにより形成される寄生容量を除去することができる。
可動電極上に形成した犠牲層に内部に前記可動電極の一部を露出させる開口部をエッチングにより形成し、犠牲層上に開口部を埋没させる導体層を形成する。この結果、可動電極の一部は、導体層の犠牲層の開口部内に形成された部分と接続され、導体層の犠牲層上に形成された部分は、犠牲層を介して可動電極と対向する。この犠牲層を除去することにより、導体層の犠牲層の開口部内に形成されていた部分を介して、可動電極が導体層の犠牲層の開口部外に形成されていた部分に接続されているコンデンサマイクロホンを製造することができる。すなわち、導体層の犠牲層の開口部内に形成されていた部分が前記基部に対応し、導体層の犠牲層の開口部外に形成されていた部分が前記中継部に対応するコンデンサマイクロホンを製造することができる。
1.コンデンサマイクロホンの構成
図2と図3は、本発明の第一実施例によるコンデンサマイクロホンの構成を説明するための模式図である。図2の(A)は上面図、(B)は下面図である。図3は、図2(A)のIII−III線による断面図である。
ダイヤフラム10は、基部12、中継部16、可動電極20等から構成されている。ダイヤフラム10は、導電材料、例えば多結晶シリコン(以下、ポリシリコンという。)等の半導体で形成されている。板状の基部12は、コンデンサマイクロホン1に伝搬する音波により振動する。中継部16の一端部は、基部12の中央部12aと接続されている。一方、中継部16の他端部は可動電極20と接続されている。すなわち、中継部16は、基部12の中央部12aで可動電極20をバックプレート30側に支持しつつ、基部12と可動電極20を電気的に接続している。この結果、可動電極20は、基部12よりバックプレート30側で、基部12の中央部12aの振幅で振動する。また中継部16が基部12と可動電極20の間に空隙を形成することにより、音波により振動する基部12が可動電極20と接触することを防止することができる。可動電極20には、複数の通孔22が形成されている(図2(A)参照)。この結果、可動電極20の振動時に可動電極20に加わる空気抵抗を低減できる。
プリアンプ308は、コンデンサ310を介してコンデンサマイクロホン1と抵抗器300の接点に接続されている。
図1は、コンデンサマイクロホン1の作用を説明するための模式図である。
音波によりダイヤフラム10が振動していない状態(以下、静的状態という。)では、ダイヤフラム10とバックプレート30とにより形成されるコンデンサ(以下、マイクコンデンサという。)に、その静電容量に応じた電荷が蓄積される。
一方、ダイヤフラム10は電極60を介して電気抵抗が大きい抵抗器300に接続されているため、上述したようにマイクコンデンサの静電容量が変化したとしても、静的状態において蓄積した電荷が抵抗器300を流れることは殆どない。すなわち、マイクコンデンサに蓄積されている電荷は、動的状態においても変化しないものとみなすことができる。この結果、音波によるマイクコンデンサの静電容量の変化を、ダイヤフラム10とバックプレート30との間の電圧の変化として取り出すことができる。具体的には、ダイヤフラム10のグランドに対する電圧の変化をプリアンプ308に増幅させることにより、マイクコンデンサの音波による静電容量の変化を電気信号として取り出す。したがって、マイクコンデンサの可変容量を増大させれば、コンデンサマイクロホン1の感度を高めることができる。
図4から図7は、コンデンサマイクロホン1の製造方法の第一実施例を説明するための模式図である。
はじめに、図4(A1)に示すように、基板100に複数の凹部102を形成する。基板100は、例えば単結晶シリコン基板等の半導体基板である。凹部102は、例えば直径2.0μm〜4.0μm、深さ2.0μm〜4.0μmの円柱状である。具体的には凹部102は、例えば以下のように形成する。まず、図4(A1)に示すように、基板100の凹部102を形成する部位を露出させるレジスト層104を基板100上に形成する。より具体的には、基板100上にレジストを塗布してレジスト膜を形成する。そして所定形状のマスクを配置してレジスト膜に対して露光現像処理を施し、不要なレジスト膜を除去する。レジスト膜の除去には、NMP(N−メチル−2−ピロリドン)等のレジスト剥離液を用いる。次にレジスト層104から露出する基板100をRIE(Reactive Ion Etching)でエッチングすることにより、基板100に凹部102を形成する。
次に、基板100と第三絶縁層116の表面上に、例えば0.3μm〜2.0μmの第四絶縁層118をプラズマCVD等で形成する(図5(A8)参照)。
図8から図11は、コンデンサマイクロホン1の製造方法の第二実施例を説明するための模式図である。
はじめに、図8(A1)に示すように、基板100上に第一絶縁層200を形成する。具体的には例えば、プラズマCVD等で基板100上にSiO2を成長させることにより、第一絶縁層200を形成する。尚、本工程はSOI基板を用いることにより省略することができる。
次に、第一導電層202と第二絶縁層204の表面上に第三絶縁層206を形成する。
次に、図8(A4)に示すように、第二導電層208と平坦な第四絶縁層210を第三絶縁層206上に形成する。具体的には例えば、第四絶縁層210は、製造方法の第一実施例に係る第三絶縁層116と同様の工程で形成する。
次に、図8(A6)に示すように、第二導電層208に接続する第三導電層212を第五絶縁層211上に形成する。具体的には例えば、製造方法の第一実施例に係る第二導電層120と同様の工程により、P+ポリシリコンの第三導電層212を形成する。
次に、図8(A7)に示すように、第一導電層202を露出させる。具体的には例えば、第三導電層212の残存させる部位をマスクするレジスト層214を第三導電層212上に形成する。そしてレジスト層214から露出する第三導電層212、第五絶縁層211、第四絶縁層210、第三絶縁層206をRIE等でエッチングすることにより第一導電層202を露出させる。
Claims (6)
- 固定電極を有するプレートと、
中央部が近端部より前記プレート側に位置し、前記中央部に可動電極を有し、音波によって振動するダイヤフラムと、
前記プレートと前記ダイヤフラムとを絶縁しながら、前記プレートの近端部と前記ダイヤフラムの前記近端部とを保持しているスペーサと、
を備えるコンデンサマイクロホン。 - 前記ダイヤフラムは、
前記近端部を含む基部と、
前記基部の中央部の前記プレート側に接続されている中継部と、
前記中継部の前記基部と反対側に接続され、前記中継部と前記基部の接続面積より電極面積が広い前記可動電極と、
を有する請求項1に記載のコンデンサマイクロホン。 - 前記ダイヤフラムの少なくとも前記可動電極を除く部分は絶縁材料で形成されている請求項1又は2に記載のコンデンサマイクロホン。
- 前記ダイヤフラムは導電材料で形成されている請求項1又は2に記載のコンデンサマイクロホン。
- 前記導電材料はポリシリコンである請求項4に記載のコンデンサマイクロホン。
- 請求項2に記載のコンデンサマイクロホンの製造方法であって、
前記可動電極形成後に、前記可動電極上に犠牲層を形成し、
エッチングにより前記可動電極の一部を露出させる開口部を前記犠牲層に形成し、
前記犠牲層上に前記開口部を埋没させる導体層を形成し、
前記導体層形成後に前記犠牲層を除去する、
ことを含むコンデンサマイクロホンの製造方法。
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