JP2007104641A - Capacitor microphone - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はコンデンサマイクロホンに関し、特に半導体膜を用いたコンデンサマイクロホンに関する。 The present invention relates to a condenser microphone, and more particularly to a condenser microphone using a semiconductor film.
従来、半導体デバイスの製造プロセスを応用して製造可能なコンデンサマイクロホンが知られている。コンデンサマイクロホンは、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に電極を有し、プレートとダイヤフラムとは絶縁性のスペーサによって互いに離間した状態で支持されている。コンデンサマイクロホンは、プレートとダイヤフラムにより形成されるコンデンサのダイヤフラムの変位による容量変化を電気信号に変換して出力する。コンデンサマイクロホンの感度は、電極間の距離に対するダイヤフラムの変位の割合を増大させ、スペーサのリーク電流を低減し、寄生容量を低減することによって向上する。 Conventionally, a condenser microphone that can be manufactured by applying a semiconductor device manufacturing process is known. The condenser microphone has an electrode on each of the plate and the diaphragm that is vibrated by sound waves, and the plate and the diaphragm are supported in a state of being separated from each other by an insulating spacer. The condenser microphone converts a capacitance change caused by the displacement of the diaphragm formed by the plate and the diaphragm into an electric signal and outputs the electric signal. The sensitivity of the condenser microphone is improved by increasing the ratio of the displacement of the diaphragm to the distance between the electrodes, reducing the leakage current of the spacer, and reducing the parasitic capacitance.
非特許文献1には、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、ダイヤフラムの剛性が一様なため、ダイヤフラムに音波が伝搬しても、ダイヤフラムの中央のみが最大変位で振動し、ダイヤフラムの振動による変位は中央からスペーサに固定されている外周に向けて小さくなる。すなわち、一様な剛性を有するダイヤフラムの中央以外の部分は、コンデンサマイクロホンの感度を低下させている。一方、コンデンサマイクロホンの感度を高めるために、プレートとダイヤフラムの間隔に対するダイヤフラムの最大変位の割合を増大させると、ダイヤフラムがプレートに接近した際にバイアスによる静電吸引力でダイヤフラムがプレートに吸着される、所謂プルインが発生するという問題がある。
Non-Patent
本発明は、プルインの発生を防止できる、感度が高いコンデンサマイクロホンを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a highly sensitive condenser microphone that can prevent the occurrence of pull-in.
(1)前記課題を解決するためのコンデンサマイクロホンは、静止電極を形成しているプレートと、前記静止電極に対する振動電極を形成している中央部の剛性が前記中央部より固定端に近い近端部の剛性より高く、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の前記固定端とが固定され、前記プレートと前記ダイヤフラムとの間に空隙を形成しているスペーサと、を備える。
この発明を定義するために用いた用語の定義は次の通りである。ダイヤフラムの中央部と近端部とは、いずれもダイヤフラムの部分名である。ダイヤフラムの一部は中央部又は近端部のいずれかに属するものとし、近端部は中央部よりも固定端に近い部分をいうものとする。また中央部は1つしかない領域であり、近端部は1つ以上ある領域である。中央部の剛性とは中央部の外周に引張力が加わったときに生ずるひずみをいうものとする。ただし、ここでいうダイヤフラムのひずみは引張力に対する変形量を引張力が加わる2点間の元の距離で割った値とする。近端部の剛性とは近端部の両端に引張力が加わったときに生ずるひずみをいうものとする。ただし、近端部と中央部との境界を近端部の一端とし、ダイヤフラムの固定端を近端部の他端とする。またここでいう近端部のひずみは引張力に対する変形量を引張力が加わる2点間の元の距離で割った値とする。
このコンデンサマイクロホンでは、ダイヤフラムの中央部の剛性がダイヤフラムの近端部の剛性より高いため、ダイヤフラムの部分剛性が一様である場合に比べ、音圧に対するダイヤフラムの中央部の変形量が小さくなる。すなわち、このコンデンサマイクロホンでは、ダイヤフラムの部分剛性が一様である場合に比べ、ダイヤフラムの中央部の各点における変位の偏差が小さいため、ダイヤフラムの最大変位を増大させることなく、プレートとダイヤフラム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。)の音波により変動する容量成分(以下、可変容量という。)を増大させることができる。これにより、プルインの発生を防止しつつ、コンデンサマイクロホンの感度を高めることができる。
(1) A condenser microphone for solving the above-mentioned problems is a near end where the rigidity of the plate forming the stationary electrode and the central part forming the vibration electrode for the stationary electrode is closer to the fixed end than the central part A diaphragm that is higher than the rigidity of the portion and vibrates by sound waves, and a spacer to which the plate and the fixed end of the diaphragm are fixed and a gap is formed between the plate and the diaphragm.
The definitions of terms used to define this invention are as follows. The center part and the near end part of the diaphragm are both part names of the diaphragm. A part of the diaphragm belongs to either the central portion or the near end portion, and the near end portion refers to a portion closer to the fixed end than the central portion. The central portion is a region having only one, and the near end portion is a region having one or more. The rigidity of the central part means a strain generated when a tensile force is applied to the outer periphery of the central part. However, the diaphragm strain referred to here is a value obtained by dividing the deformation amount with respect to the tensile force by the original distance between the two points to which the tensile force is applied. The rigidity of the near end portion means a strain generated when a tensile force is applied to both ends of the near end portion. However, the boundary between the near end and the center is defined as one end of the near end, and the fixed end of the diaphragm is defined as the other end of the near end. Further, the near end strain here is a value obtained by dividing the deformation amount with respect to the tensile force by the original distance between the two points to which the tensile force is applied.
In this condenser microphone, since the rigidity of the central portion of the diaphragm is higher than the rigidity of the near end portion of the diaphragm, the deformation amount of the central portion of the diaphragm with respect to the sound pressure is smaller than when the partial rigidity of the diaphragm is uniform. That is, in this condenser microphone, the displacement deviation at each point in the center of the diaphragm is smaller than when the diaphragm has a uniform partial rigidity. Therefore, the condenser microphone is formed by the plate and diaphragm without increasing the maximum displacement of the diaphragm. It is possible to increase the capacitance component (hereinafter referred to as variable capacitance) that varies due to the sound wave of the capacitor (hereinafter referred to as microphone capacitor). Thereby, it is possible to increase the sensitivity of the condenser microphone while preventing the occurrence of pull-in.
(2)前記ダイヤフラムの前記中央部の少なくとも外周部は、前記ダイヤフラムの前記近端部より厚くてもよい。
ダイヤフラムの中央部の少なくとも外周部を近端部より厚くすることにより、ダイヤフラムの中央部の剛性を近端部より高くすることができる。
(2) At least the outer peripheral portion of the central portion of the diaphragm may be thicker than the proximal end portion of the diaphragm.
By making at least the outer peripheral part of the center part of the diaphragm thicker than the near end part, the rigidity of the center part of the diaphragm can be made higher than that of the near end part.
(3)前記ダイヤフラムの前記近端部は、第一の膜からなり、前記ダイヤフラムの前記中央部は、前記第一の膜と前記第一の膜より高硬度の第二の膜とを含む複層膜からなっていてもよい。
ダイヤフラムの近端部の剛性を低くするために第一の膜を低硬度の材料で形成しても、ダイヤフラムの中央部を第一の膜と第一の膜より高硬度の第二の膜とを含む複層膜で構成することにより、ダイヤフラムの中央部の剛性を高くすることができる。
(3) The proximal end portion of the diaphragm is formed of a first film, and the central portion of the diaphragm includes a first film and a second film having a hardness higher than that of the first film. It may consist of a layer film.
Even if the first film is made of a low-hardness material in order to reduce the rigidity of the near end of the diaphragm, the central part of the diaphragm is formed with the first film and the second film having a higher hardness than the first film. By comprising the multi-layer film including the rigidity of the central portion of the diaphragm can be increased.
(4)前記ダイヤフラムの前記近端部は、第一の膜からなり、前記ダイヤフラムの前記中央部は、前記第一の膜と前記第一の膜より低密度の第二の膜とを含む複層膜からなっていてもよい。
ダイヤフラムの中央部を第一の膜と第一の膜より低密度の第二の膜とを含む複層膜で構成することにより、ダイヤフラムの中央部の剛性を高めつつ、ダイヤフラムの中央部を軽量化することができる。ダイヤフラムの中央部を軽量化することにより、コンデンサマイクロホンの周波数の高い音に対する感度をのばすことができる。
(4) The proximal end portion of the diaphragm is formed of a first film, and the central portion of the diaphragm includes a first film and a second film having a lower density than the first film. It may consist of a layer film.
The central part of the diaphragm is composed of a multilayer film that includes a first film and a second film having a lower density than the first film, thereby increasing the rigidity of the central part of the diaphragm and reducing the weight of the central part of the diaphragm. Can be By reducing the weight of the central portion of the diaphragm, the sensitivity of the condenser microphone to high frequency sound can be increased.
(5)前記ダイヤフラムの部分剛性は、前記ダイヤフラムの外周から前記ダイヤフラムの中央に向けて徐々に高くなっていてもよい。
ここで、ダイヤフラムの部分剛性とは、ダイヤフラムの一部分の外周に引張力が加わったときにその部分に生ずるひずみをいうものとする。ただし、ここでいうひずみは引張力に対する変形量を引張力が加わる2点間の元の距離で割った値とする。
ダイヤフラムの部分剛性はその外周から中央に向けて徐々に高くなっているため、ダイヤフラム変形時の応力をダイヤフラム全体に分散させることができるため、ダイヤフラムを薄く形成することができる。ダイヤフラムを薄くすることにより、ダイヤフラム全体の剛性を低くすることができるため、ダイヤフラムを大きな振幅で振動させることができる。またダイヤフラムを薄く形成することにより、コンデンサマイクロホンの周波数の高い音に対する感度をのばすことができる。
(5) The partial rigidity of the diaphragm may gradually increase from the outer periphery of the diaphragm toward the center of the diaphragm.
Here, the partial rigidity of the diaphragm refers to a strain generated in a part when a tensile force is applied to the outer periphery of a part of the diaphragm. However, the strain referred to here is a value obtained by dividing the deformation amount with respect to the tensile force by the original distance between the two points to which the tensile force is applied.
Since the partial rigidity of the diaphragm is gradually increased from the outer periphery toward the center, the stress at the time of diaphragm deformation can be dispersed throughout the diaphragm, so that the diaphragm can be formed thin. By reducing the thickness of the diaphragm, the rigidity of the entire diaphragm can be reduced, so that the diaphragm can be vibrated with a large amplitude. Further, by forming the diaphragm thin, it is possible to increase the sensitivity of the condenser microphone to high frequency sound.
(6)前記ダイヤフラムは、薄肉部と、前記ダイヤフラムの外周から前記ダイヤフラムの中央に向けて形成密度が徐々に高くなる厚肉部とを有していてもよい。
ダイヤフラムの外周からダイヤフラムの中央に向けて形成密度が徐々に高くなる厚肉部をダイヤフラムに形成することにより、ダイヤフラムの剛性をその外周から中央に向けて徐々に高くすることができる。
(6) The diaphragm may have a thin-walled portion and a thick-walled portion whose formation density gradually increases from the outer periphery of the diaphragm toward the center of the diaphragm.
By forming a thick-walled portion in the diaphragm in which the formation density gradually increases from the outer periphery of the diaphragm toward the center of the diaphragm, the rigidity of the diaphragm can be gradually increased from the outer periphery toward the center.
(7)前記薄肉部は第一の膜からなり、前記厚肉部は、前記第一の膜と前記第一の膜より高硬度の第二の膜とを含む複層膜からなっていてもよい。
ダイヤフラムの薄肉部を第一の膜で構成し、ダイヤフラムの厚肉部を第一の膜と第一の膜より高硬度の第二の膜とを含む複層膜で構成することにより、ダイヤフラムの厚肉部の剛性を高めることができる。
(7) The thin portion may be formed of a first film, and the thick portion may be formed of a multilayer film including the first film and a second film having a hardness higher than that of the first film. Good.
By configuring the thin part of the diaphragm with the first film and the thick part of the diaphragm with the multilayer film including the first film and the second film having higher hardness than the first film, The rigidity of the thick part can be increased.
(8)前記薄肉部は第一の膜からなり、前記厚肉部は、前記第一の膜と前記第一の膜より低密度の第二の膜とを含む複層膜からなっていてもよい。
ダイヤフラムの薄肉部を第一の膜で構成し、ダイヤフラムの厚肉部を第一の膜と第一の膜より低密度の第二の膜とを含む複層膜で構成することにより、ダイヤフラムの厚肉部の剛性を高めつつ、ダイヤフラムの厚肉部を軽量化することができる。ダイヤフラムの厚肉部の軽量化により、ダイヤフラム全体が軽量化されるため、コンデンサマイクロホンの最低次の共振周波数が高くなる。この結果、コンデンサマイクロホンの周波数の高い音に対する感度をのばすことができる。
(8) The thin portion may be formed of a first film, and the thick portion may be formed of a multilayer film including the first film and a second film having a lower density than the first film. Good.
By forming the thin part of the diaphragm with the first film, and forming the thick part of the diaphragm with the multilayer film including the first film and the second film having a lower density than the first film, While increasing the rigidity of the thick part, the thick part of the diaphragm can be reduced in weight. By reducing the thickness of the thick part of the diaphragm, the entire diaphragm is reduced in weight, so that the lowest resonance frequency of the condenser microphone is increased. As a result, the sensitivity of the condenser microphone with respect to high frequency sound can be increased.
以下、複数の実施例に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
(第一実施例)
図2と図3は、第一実施例によるコンデンサマイクロホン1の構成を示す模式図である。図3(A)はコンデンサマイクロホン1のバックプレート20の上面図であり、図3(B)はコンデンサマイクロホン1のダイヤフラム10の下面図である。
コンデンサマイクロホン1は、半導体製造プロセスを用いて製造される所謂シリコンマイクロホンである。コンデンサマイクロホン1は、図2に断面図として描かれた感音部と図2に回路図として描かれた検出部とを備えている。以下、感音部の構成、検出部の構成、コンデンサマイクロホン1の製造方法の順に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below based on a plurality of examples.
(First Example)
2 and 3 are schematic views showing the configuration of the
The condenser microphone 1 is a so-called silicon microphone manufactured using a semiconductor manufacturing process. The
(感音部の構成)
図2に示すように、コンデンサマイクロホン1の感音部は、ダイヤフラム10、バックプレート20、スペーサ30、ベース40等から構成されている。
ダイヤフラム10は、導電膜110の絶縁膜102にも絶縁膜112にも固着していない部分(以下、導電膜110の非固着部という。)と、導電膜110に固定されている導電膜108とで構成されている。すなわち、ダイヤフラム10の外周は絶縁膜102と絶縁膜112とに固定されている。導電膜108と導電膜110とは、ともに例えば不純物がドープされた多結晶シリコン(以下、ポリシリコンという。)等の半導体膜である。導電膜108は、導電膜110の非固着部の中央部に配置されている。すなわち、ダイヤフラム10の外周に近い近端部は、導電膜110のみで構成され、ダイヤフラム10の中央部は、導電膜110と導電膜108とで構成されている。このようにダイヤフラム10の中央部をダイヤフラム10の近端部より厚くすることにより、ダイヤフラム10の中央部の剛性をダイヤフラム10の近端部の剛性より高くすることができる。導電膜110が請求項に記載の「第一の膜」に相当し、導電膜108が請求項に記載の「第二の膜」に相当する。
(Configuration of sound sensor)
As shown in FIG. 2, the sound sensing part of the
The
尚、導電膜108と導電膜110は、同一材料で形成してもよいし、異なる材料で形成してもよい。導電膜108と導電膜110を異なる材料で形成する場合、導電膜108は、導電膜110より硬度が高い材料で形成することが望ましい。導電膜108を高硬度の材料で形成することにより、ダイヤフラム10の近端部の剛性を低くするために導電膜110を低硬度の材料で形成しても、導電膜108と導電膜110で構成される、ダイヤフラム10の中央部の剛性を高めることができる。例えば導電膜110をポリシリコンで形成した場合、導電膜108としてはSiCx、SiGe、SiGeC、若しくはこれらに不純物をドーピングすることにより比抵抗を調整したものを用いることができる。
また、導電膜108は、導電膜110より密度が低い材料で形成することが望ましい。導電膜108を低密度の材料で形成することにより、導電膜108と導電膜110で構成されるダイヤフラム10の中央部を軽量化することができる。ダイヤフラム10の中央部を軽量化することにより、コンデンサマイクロホン1の周波数の高い音に対する感度をのばすことができる。
Note that the
The
また、ダイヤフラム10の中央部は、図2に示すようにベース40側に突出していてもよいし、バックプレート20側に突出していてもよいし、両側に突出していてもよい。また、全体が導電膜で構成されるダイヤフラム10を例示したが、ダイヤフラムは、中央部が近端部より厚い絶縁膜と絶縁膜の中央部に配置される電極とで構成されてもよい。例えば、導電膜108の代わりに絶縁膜を用いても良いし、導電膜110の代わりに絶縁膜を用いても良い。導電膜110の代わりに絶縁膜を用いる場合には、検出部との接続用パッドにつながるように導電膜108の外形が設計される。またダイヤフラム10は、図3(B)に示すように円盤状でもよいし、他の形状でもよい。
Moreover, the center part of the
図2に示すように、プレートとしてのバックプレート20は、導電膜114の絶縁膜112に固着していない部分で構成されている。導電膜114は、例えばポリシリコン等の半導体膜である。バックプレート20には、複数の通孔22が形成されている。バックプレート20の通孔22は音源からの音波を通過させる。この結果、音源からの音波はダイヤフラム10に伝搬される。尚、バックプレート20は、図3(A)に示すように円盤状でもよいし、他の形状でもよい。また通孔22は、図3(A)に示すように円形でもよいし、他の形状でもよい。
As shown in FIG. 2, the
図2に示すように、スペーサ30は絶縁膜112で構成されている。絶縁膜112は、例えばSiO2等の酸化膜である。スペーサ30は、ダイヤフラム10とバックプレート20とを絶縁しながら支持し、ダイヤフラム10とバックプレート20との間に空隙32を形成している。
ベース40は、絶縁膜102と基板100とで構成されている。基板100は、例えば単結晶シリコン基板である。絶縁膜102は、例えばSiO2等の酸化膜である。ベース40には、バックキャビティーとして機能する通孔42が形成されている。
尚、コンデンサマイクロホン1は、ダイヤフラム10がバックプレート20よりも音源側に位置し、ダイヤフラム10に直接音波が伝搬するように構成してもよい。この場合、バックプレート20の通孔22は、ダイヤフラム10とバックプレート20の間に形成されている空隙32と、ベース40の凹部42、すなわちバックキャビティーとを連通させる通路として機能する。
As shown in FIG. 2, the
The
The
(検出部の構成)
ダイヤフラム10は抵抗器300に接続され、バックプレート20はグランドに接続されている。具体的には例えば、抵抗器300の一端に接続されるリード線302がダイヤフラム10を構成する導電膜110に接続され、コンデンサマイクロホン1が実装されている基板のグランドに接続されるリード線304がバックプレート20を構成する導電膜114に接続されている。抵抗器300の他端には、バイアス電源回路306の出力端に接続されるリード線308が接続されている。抵抗器300としては抵抗値が大きなものを使用する。具体的には抵抗器300は、GΩオーダーの電気抵抗を有するものが望ましい。プリアンプ310の入力端には、コンデンサ312の一端に接続されるリード線314が接続されている。そしてダイヤフラム10と抵抗器300を接続しているリード線302は、コンデンサ312の他端にも接続されている。
(Configuration of detector)
(コンデンサマイクロホンの作動)
音波がバックプレート20の通孔22を通過してダイヤフラム10に伝搬すると、ダイヤフラム10はバックプレート20に対して振動する。ダイヤフラム10が振動すると、バックプレート20とダイヤフラム10との間の距離が変化し、ダイヤフラム10とバックプレート20とにより構成されているコンデンサ(以下、マイクコンデンサという。)の静電容量が変化する。
(Condenser microphone operation)
When the sound wave passes through the through
ダイヤフラム10は上述したように抵抗値が大きい抵抗器300に接続されているため、マイクコンデンサの静電容量がダイヤフラム10の振動により変化したとしても、マイクコンデンサに蓄積されている電荷が抵抗器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、変化しないものとみなすことができる。したがって、マイクコンデンサの静電容量の変化は、ダイヤフラム10とバックプレート20との間の電圧の変化として取り出すことが可能である。
コンデンサマイクロホン1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310で増幅することにより、コンデンサの静電容量の極めてわずかな変化を電気信号として出力する。すなわち、コンデンサマイクロホン1は、ダイヤフラム10に加わる音圧の変化をマイクコンデンサの静電容量の変化に変換し、マイクコンデンサの静電容量の変化を電圧の変化に変換することにより、音圧の変化に相関する電気信号を出力する。
Since the
The
ところで、図4に示すように、一様な部分剛性を有するダイヤフラム410を備えた従来のコンデンサマイクロホン400では、ダイヤフラム410の中央のみが最大変位で振動し、ダイヤフラム410の振動による変位は中央からスペーサ30に固定されている外周に向けて小さくなる。この結果、ダイヤフラム410の中央以外の部分は、ダイヤフラム410の総変位量(図4に斜線で示す領域460参照)を減少させることにより、コンデンサマイクロホン400の感度を低下させている。ここで、ダイヤフラムの総変位量とは、ダイヤフラムの各部位における変位の総和のことである。一方、コンデンサマイクロホン400の感度を高めるためにバックプレート20とダイヤフラム410の間隔(図4に示す矢印462参照)に対するダイヤフラム410の最大変位(図4に示す矢印464参照)を大きくすると、ダイヤフラム410がバックプレート20に接近した際にバイアスによる静電引力でダイヤフラム410がバックプレート20に吸着される、プルインが発生するという問題がある。
Incidentally, as shown in FIG. 4, in the
図1は、第一実施例によるコンデンサマイクロホン1の作動を説明するための模式図である。
上述したように、ダイヤフラム10の中央部の剛性は、ダイヤフラム10の近端部の硬度より高い。この結果、振動時にダイヤフラム10の中央部に生ずる変形量は従来に比べて小さくなり、ダイヤフラム10の近端部に変形が集中する。すなわち、ダイヤフラム10の中央部の変位の偏差が小さくなり、中央部全体が最大振幅(図1に示す矢印64参照)に近い振幅で振動する。ダイヤフラム10の中央部の振幅の偏差を小さくすることにより、一様な部分剛性を有し最大変位が同一のダイヤフラムの総変位量(図4に斜線で示す領域460の面積)と比較して、ダイヤフラム10の総変位量(図1に斜線で示す領域60の面積)を増大させることができる。すなわち、ダイヤフラム10の最大変位を増大させることなく、ダイヤフラム10とバックプレート20とにより形成される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。これにより、プルインの発生を防止しつつ、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。勿論、プルインが発生しない範囲で、ダイヤフラム10とバックプレート20の間隔に対するダイヤフラム10の最大変位を大きくしてもよい。
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the operation of the
As described above, the rigidity of the central portion of the
(製造方法)
図5および図6は、コンデンサマイクロホン1の製造方法を示す断面図である。分図(An)は対応する分図(Bn)について(B1)に示すA1−A1線断面を示す図である。分図(Bn)は平面図である。
はじめに、図5(A1)に示すように、基板100上に絶縁膜102を形成する。基板100は、例えば単結晶シリコンウェハ等である。具体的には例えば、基板100の表面にCVD(Chemical Vapor Deposition)等でSiO2を堆積させることにより、基板100上にSiO2の絶縁膜102を形成する。尚、SOI基板を用いることにより、本工程は省略可能である。
(Production method)
5 and 6 are cross-sectional views showing a method for manufacturing the
First, as illustrated in FIG. 5A1, the insulating
次に、図5(A2)、(B2)に示すように、絶縁膜102に凹部104を形成する。具体的には凹部104は、例えば以下のように形成する。まず、絶縁膜102の凹部104を形成する部位を露出させるレジスト膜106を絶縁膜102上にリソグラフィで形成する。より具体的には、絶縁膜102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。これにより、絶縁膜102上にレジスト膜106を形成する。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。次にレジスト膜106から露出する絶縁膜102をRIE(Reactive Ion Etching)等でエッチングすることにより、絶縁膜102に凹部104を形成する。そしてレジスト膜106を除去する。凹部104内には、後述する工程において、ダイヤフラム10を構成する導電膜108が形成される。したがって、凹部104は、導電膜108の形状に応じて形成すればよい。
Next, as shown in FIGS. 5A2 and 5B2, a
次に、図5(A3)、(B3)に示すように、絶縁膜102の凹部104内にダイヤフラム10の中央部を構成する導電膜108を形成する。具体的には導電膜108は、例えば以下のように形成する。まず、凹部104を埋没させるP+ポリシリコン膜を絶縁膜102上にCVD等で形成する。ここでP+ポリシリコンとは、アクセプタとなる不純物を含むポリシリコンのことである。より具体的には、絶縁膜102上にポリシリコン膜をCVD等により形成し、ポリシリコン層に不純物としてのB(ボロン)等をイオン注入する。そしてイオン注入後のポリシリコン層をアニーリングすることにより、P+ポリシリコン膜を形成する。そして、P+ポリシリコン膜と絶縁膜102をCMP(Chemical Mechanical Polishing)等で研磨して平坦化することにより、絶縁膜102上の凹部104内のみにP+ポリシリコンを残存させる。これによりP+ポリシリコンの導電膜108が形成される。
Next, as shown in FIGS. 5A3 and 5B3, a
次に、図5(A4)、(B4)に示すように、絶縁膜102と導電膜108との表面上にダイヤフラム10を構成する導電膜110をCVD等で形成する。例えば、導電膜110はP+ポリシリコン膜等である。
次に、スペーサ30を構成する絶縁膜112を導電膜110上にCVD等で形成する。絶縁膜112は、絶縁膜102と同一材料で形成することが望ましい。絶縁膜102と絶縁膜112を同一材料で形成することにより、両者のエッチングレートを同一にすることができる。この結果、後述する絶縁膜の一部を除去する工程において、絶縁膜のエッチング量を容易に制御することが可能となる。
Next, as shown in FIGS. 5A4 and 5B4, a
Next, an insulating
次に、バックプレート20を構成する導電膜114を絶縁膜112上にCVD等で形成する。例えば、導電膜114はP+ポリシリコン膜等である。
次に、図6(A5)、(B5)に示すように、導電膜114に通孔22を形成する。具体的には通孔22は、例えば以下のように形成する。まず、導電膜114の通孔22を形成する部位を露出させるレジスト膜118を導電膜114上にリソグラフィで形成する。次に、レジスト膜118から露出する導電膜114を、絶縁膜112に達するまでRIE等でエッチングすることにより、導電膜114に通孔22を形成する。そしてレジスト膜118を除去する。
Next, a
Next, as illustrated in FIGS. 6A5 and 6B5, the through
次に、図6(A6)、(B6)に示すように、導電膜110の一部を露出させる。具体的には例えば、まず、導電膜114の残存させる部位をマスクするレジスト膜120を導電膜114上にリソグラフィで形成する。次に、レジスト膜120から露出する導電膜114と絶縁膜112を、導電膜110に達するまでRIE等でエッチングすることにより、導電膜110を露出させる。そしてレジスト膜120を除去する。導電膜110の一部を露出させることにより、導電膜110と検出部とが接続可能となる。
Next, as shown in FIGS. 6A6 and 6B6, a part of the
次に、図6(A7)に示すように、通孔42を構成する開口部122を基板100に形成する。具体的には開口部122は、以下に示すように形成する。まず、基板100の開口部122を形成する部位のみを露出させるレジスト膜124をリソグラフィで形成する。次に、基板100のレジスト膜124から露出する部位を絶縁膜102に達するまでDeepRIE等で除去することにより、基板100に開口部122を形成する。そしてレジスト膜124を除去する。
Next, as shown in FIG. 6 (A7), an
次に、図6(A8)に示すように、絶縁膜102と絶縁膜112(以下、絶縁膜という。)を、ベース40としての絶縁膜102の一部とスペーサ30としての絶縁膜112の一部とを除いて除去する。具体的には絶縁膜は、例えばウェットエッチングで除去する。例えばSiO2の絶縁膜は、フッ酸等のエッチング液を用いて除去する。エッチング液は、基板100の開口部122と導電膜114の通孔22を通って絶縁膜102と絶縁膜112に到達し、絶縁膜を溶解させる。これにより、ダイヤフラム10とバックプレート20との間の空隙32とが形成され、コンデンサマイクロホン1の感音部が得られる。
Next, as illustrated in FIG. 6A8, the insulating
(第二実施例)
図7は、第二実施例によるコンデンサマイクロホン2の構成を示す模式図である。(A)はコンデンサマイクロホン2の断面図であり、(B)はコンデンサマイクロホン2のダイヤフラム210の下面図である。コンデンサマイクロホン2の検出部は、コンデンサマイクロホン1の検出部と実質的に同一である。
(Second embodiment)
FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of the
ダイヤフラム210は、導電膜110と凸部200とで構成されている。凸部200は、例えば第二の膜としてのポリシリコン等の半導体膜で形成され、第一の膜としての導電膜110の非固着部の中央を中心とする放射状に配置されている。すなわち、凸部200の形成密度は、ダイヤフラム210の外周からダイヤフラム210の中央に向けて徐々に高くなっている。このような凸部200は第一実施例の導電膜108の輪郭形状を変更したものに相当する。ダイヤフラム210の導電膜110のみで構成されている部分が請求項に記載の「薄肉部」に相当し、ダイヤフラム210の導電膜110と凸部200で構成されている部分が請求項に記載の「厚肉部」に相当する。
The
尚、第二の膜は、ダイヤフラム210の外周からダイヤフラム210の中央に向けて形成密度が徐々に高くなっていればよく、例示した凸部200に限定されない。例えば、上述したような形成密度になっていれば、凸部200の配置は放射状でなくてもよい。また例えば、凸部200はどのような形状でもよく、図8に示すようにダイヤフラム210の中央を中心とする放射状に伸びる形状でもよい。また凸部200は、図7に示すように導電膜110のバックプレート20側に配置されてもよいし、導電膜110のベース40側に配置されてもよいし、導電膜110の両面に配置されてもよい。またダイヤフラム210は、導電膜110と凸部200に対応する絶縁膜と電極とで構成されてもよい。
Note that the second film only needs to have a gradually increasing density from the outer periphery of the
本実施例によると、ダイヤフラム210を軽量化できるため、コンデンサマイクロホン2の周波数の高い音に対する感度をのばすことができる。
According to the present embodiment, since the
(第三実施例)
図9は本発明によるコンデンサマイクロホンの第三実施例を示す図である。図9に示すように、ダイヤフラム11の中央部14は導電膜23と導電膜110とからなる2層構造である。導電膜110は中央部14の剛性を高める補強膜として機能する。ダイヤフラム11の近端部15は、導電膜110からなり、スペーサ30に中央部14を掛け渡す構造体として機能する複数の部分である。近端部15はバネとして機能するようにジグザグに曲がっている。したがって、中央部14に対して近端部15の剛性は顕著に低く、音波がダイヤフラム11に伝搬するときに生ずる変形は近端部15に集中する。音波がダイヤフラム11に伝搬しても中央部14はほとんど変形しないため、中央部14は平行移動に近い運動状態で振動する。
近端部15は中央部14に比べて振幅が小さくなるため、対向電極間距離が同一であれば、近端部15が形成する面積あたりの平均寄生容量は中央部14に比べて大きくなる。本実施例によると、導電膜23が導電膜110のバックプレート20側に接合されているため、バックプレート20とダイヤフラム11の間隔は中央部14において狭く近端部15において広い。したがって、本実施例によるコンデンサマイクロホン3は、第一実施例に比べ、寄生容量を小さくすることができる。
(Third embodiment)
FIG. 9 is a view showing a third embodiment of the condenser microphone according to the present invention. As shown in FIG. 9, the central portion 14 of the diaphragm 11 has a two-layer structure including a conductive film 23 and a
Since the amplitude of the
(第四実施例)
図10は本発明によるコンデンサマイクロホンの第三実施例を示す図である。図10に示すように、ダイヤフラム12の中央部16の剛性を高める導電膜24は中央部16の周辺部にのみ環状または実質的に環状に形成されていても良い。
(Fourth embodiment)
FIG. 10 is a diagram showing a third embodiment of the condenser microphone according to the present invention. As shown in FIG. 10, the
(第五実施例)
図11は本発明によるコンデンサマイクロホンの第五実施例を示す図である。図11に示すように、ダイヤフラム13の中央部18は、近端部19につり下げられていても良い。近端部19は、絶縁膜112の一部で構成される接続部27と導電膜114の一部とからなり、中央部18を複数箇所で支持している。切り欠き28は、バックプレート20とダイヤフラム13の近端部19とを機械的に切り離している。近端部19は、製造時に生ずる応力によってダイヤフラム13が縮経することを可能にし、縮経によってダイヤフラム13の応力を低減する効果をもたらす。中央部13の剛性を高める導電膜25は中央部18の周辺部にのみ環状または実質的に環状に形成されている。尚、導電膜25は中央部18の剛性を高める機能を担う膜であるため、SiN、SiONなどからなる絶縁膜で形成しても良い。
(Fifth embodiment)
FIG. 11 is a diagram showing a fifth embodiment of the condenser microphone according to the present invention. As shown in FIG. 11, the
(第六実施例)
図12は本発明によるコンデンサマイクロホンの第六実施例を示す図である。図12に示すように、ダイヤフラム13の中央部18の剛性を接続部27によって高めても良い。すなわち、接続部27の周方向の長さを第五実施例より延長し、複数の接続部27でほぼ環形状を形成し、接続部27によって外周部が形成された中央部18を形成しても良い。たとえ接続部27がダイヤフラム13の中央部18の周方向に分断されていたとしても、中央部18の外周の大部分を接続部27が形成していれば、中央部18全体の剛性は高くなる。この場合、ダイヤフラム13の中央部18のバックプレート20の反対側の面の外周部に第五実施例で用いたような補強膜を設ける必要はなくなる。
一方、接続部27の周方向の長さを延長すると、バックプレート20の剛性が下がる。そこで、接続部27の周方向の長さを延長する場合には、バックプレート20を厚くすることが望ましい。具体的には例えばバックプレート20の厚さをダイヤフラム16の近端部19よりも厚くすることが望ましい。
(Sixth embodiment)
FIG. 12 is a diagram showing a sixth embodiment of the condenser microphone according to the present invention. As shown in FIG. 12, the rigidity of the
On the other hand, if the circumferential length of the connecting
(その他の実施例)
尚、半導体膜からなるダイヤフラムの剛性は、不純物イオンの注入により制御してもよい。具体的には例えば、半導体膜の剛性を高める不純物イオンをダイヤフラムの中央部に注入してもよいし、半導体膜の剛性を低くする不純物イオンをダイヤフラムの近端部に注入してもよい。これより、中央部の振幅偏差が小さいダイヤフラムを得ることができる。より具体的には、Siのダイヤフラムの中央部にCイオンを注入することにより、ダイヤフラムの中央部にSiCを形成すれば、ダイヤフラムの中央部の剛性を高めることができる。また、半導体膜からなるダイヤフラムの近端部に高ドーズでArイオンを注入することにより、ダイヤフラムの近端部を構成するSi結晶間にArイオンを進入させてSi結晶間の結合力を低下させれば、ダイヤフラムの近端部の剛性を低くすることができる。また、ダイヤフラムの外周からダイヤフラムの中央に向けて徐々に非注入領域に対する注入領域の割合が高くなるように、半導体膜の剛性を高める不純物イオンをダイヤフラムに注入してもよいし、ダイヤフラムの中央からダイヤフラムの外周に向けて徐々に非注入領域に対する注入領域の割合が高くなるように、半導体膜の剛性を低くする不純物イオンをダイヤフラムに注入してもよい。
(Other examples)
Note that the rigidity of the diaphragm made of a semiconductor film may be controlled by implanting impurity ions. Specifically, for example, impurity ions that increase the rigidity of the semiconductor film may be injected into the central portion of the diaphragm, or impurity ions that decrease the rigidity of the semiconductor film may be injected into the near end portion of the diaphragm. Thus, a diaphragm having a small amplitude deviation at the center can be obtained. More specifically, if SiC is formed in the central portion of the diaphragm by implanting C ions into the central portion of the Si diaphragm, the rigidity of the central portion of the diaphragm can be increased. Also, by implanting Ar ions at a high dose into the near end of the diaphragm made of a semiconductor film, Ar ions enter between the Si crystals constituting the near end of the diaphragm, thereby reducing the bonding force between the Si crystals. If so, the rigidity of the near end of the diaphragm can be reduced. Further, impurity ions that increase the rigidity of the semiconductor film may be implanted into the diaphragm so that the ratio of the implanted region to the non-implanted region gradually increases from the outer periphery of the diaphragm toward the center of the diaphragm. Impurity ions that lower the rigidity of the semiconductor film may be implanted into the diaphragm so that the ratio of the implanted region to the non-implanted region gradually increases toward the outer periphery of the diaphragm.
1、2、3、4、5:コンデンサマイクロホン、10、11、12、13、210:ダイヤフラム、20、220:バックプレート(プレート)、22:通孔、30:スペーサ、32:空隙、40:ベース、108:導電膜(第二の膜)、200、201:リブ(第二の膜)
1, 2, 3, 4, 5:
Claims (8)
前記静止電極に対する振動電極を形成している中央部の剛性が前記中央部より固定端に近い近端部の剛性より高く、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の前記固定端とが固定され、前記プレートと前記ダイヤフラムとの間に空隙を形成しているスペーサと、
を備えるコンデンサマイクロホン。 A plate forming a stationary electrode;
A diaphragm that vibrates by sound waves, the rigidity of the central part forming the vibrating electrode with respect to the stationary electrode is higher than the rigidity of the near end part closer to the fixed end than the central part;
A spacer that fixes the plate and the fixed end of the diaphragm, and forms a gap between the plate and the diaphragm;
Condenser microphone with
請求項1に記載のコンデンサマイクロホン。 At least the outer peripheral portion of the central portion of the diaphragm is thicker than the proximal end portion of the diaphragm,
The condenser microphone according to claim 1.
前記ダイヤフラムの前記中央部は、前記第一の膜と前記第一の膜より高硬度の第二の膜とを含む複層膜からなる、
請求項2に記載のコンデンサマイクロホン。 The proximal end of the diaphragm is composed of a first film,
The central portion of the diaphragm is formed of a multilayer film including the first film and a second film having higher hardness than the first film.
The condenser microphone according to claim 2.
前記ダイヤフラムの前記中央部は、前記第一の膜と前記第一の膜より低密度の第二の膜とを含む複層膜からなる、
請求項2に記載のコンデンサマイクロホン。 The proximal end of the diaphragm is composed of a first film,
The central portion of the diaphragm is composed of a multilayer film including the first film and a second film having a lower density than the first film.
The condenser microphone according to claim 2.
請求項1に記載のコンデンサマイクロホン。 The partial rigidity of the diaphragm is gradually increased from the outer periphery of the diaphragm toward the center of the diaphragm.
The condenser microphone according to claim 1.
請求項5に記載のコンデンサマイクロホン。 The diaphragm has a thin-walled portion and a thick-walled portion whose formation density gradually increases from the outer periphery of the diaphragm toward the center of the diaphragm.
The condenser microphone according to claim 5.
前記厚肉部は、前記第一の膜と前記第一の膜より高硬度の第二の膜とを含む複層膜からなる、
請求項6に記載のコンデンサマイクロホン。 The thin portion is composed of a first film,
The thick part is composed of a multilayer film including the first film and a second film having higher hardness than the first film.
The condenser microphone according to claim 6.
前記厚肉部は、前記第一の膜と前記第一の膜より低密度の第二の膜とを含む複層膜からなる、
請求項6に記載のコンデンサマイクロホン。
The thin portion is composed of a first film,
The thick part is composed of a multilayer film including the first film and a second film having a lower density than the first film.
The condenser microphone according to claim 6.
Priority Applications (6)
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