JP2007104641A - Capacitor microphone - Google Patents

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幸俊 鈴木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-sensitivity capacitor microphone capable of preventing pull-in occurrence. <P>SOLUTION: A capacitor microphone is provided with: a plate having a stationary electrode; a diaphragm in which the rigidity of a center portion forming a vibrating electrode with respect to the stationary electrode is higher than the rigidity of a near-end portion that is closer to a fixed end rather than the center portion, and which vibrates in response to sound waves; and a spacer that forms an air gap between the plate and the diaphragm. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

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 Document 1 discloses a condenser microphone in which each of a plate and a diaphragm that is vibrated by sound waves is formed of a conductive thin film. However, since the rigidity of the diaphragm is uniform, even if sound waves propagate through the diaphragm, only the center of the diaphragm vibrates at the maximum displacement, and the displacement due to the diaphragm vibration decreases from the center toward the outer periphery fixed to the spacer. Become. That is, the sensitivity of the condenser microphone is reduced at portions other than the center of the diaphragm having uniform rigidity. On the other hand, if the ratio of the maximum displacement of the diaphragm to the distance between the plate and the diaphragm is increased in order to increase the sensitivity of the condenser microphone, the diaphragm is attracted to the plate by the electrostatic attraction force due to the bias when the diaphragm approaches the plate. There is a problem that so-called pull-in occurs.

田島、西口、近藤、斉藤、千葉、森田、江刺、「コンデンサ型シリコンマイクロホンの機械特性」、社団法人電気学会、2001年11月21、22日Tajima, Nishiguchi, Kondo, Saito, Chiba, Morita, Esashi, “Mechanical characteristics of condenser-type silicon microphones”, The Institute of Electrical Engineers of Japan, November 21, 22nd, 2001

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 condenser microphone 1 according to the first embodiment. 3A is a top view of the back plate 20 of the condenser microphone 1, and FIG. 3B is a bottom view of the diaphragm 10 of the condenser microphone 1.
The condenser microphone 1 is a so-called silicon microphone manufactured using a semiconductor manufacturing process. The condenser microphone 1 includes a sound sensing unit drawn as a cross-sectional view in FIG. 2 and a detection unit drawn as a circuit diagram in FIG. Hereinafter, the configuration of the sound sensing unit, the configuration of the detection unit, and the manufacturing method of the condenser microphone 1 will be described in this order.

(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 condenser microphone 1 includes a diaphragm 10, a back plate 20, a spacer 30, a base 40, and the like.
The diaphragm 10 includes a portion of the conductive film 110 that is not fixed to the insulating film 102 and the insulating film 112 (hereinafter referred to as a non-fixed portion of the conductive film 110), and a conductive film 108 that is fixed to the conductive film 110. It consists of That is, the outer periphery of the diaphragm 10 is fixed to the insulating film 102 and the insulating film 112. The conductive film 108 and the conductive film 110 are both semiconductor films such as polycrystalline silicon doped with impurities (hereinafter referred to as polysilicon). The conductive film 108 is disposed at the center of the non-fixed portion of the conductive film 110. That is, the near end portion near the outer periphery of the diaphragm 10 is composed of only the conductive film 110, and the central portion of the diaphragm 10 is composed of the conductive film 110 and the conductive film 108. Thus, by making the central portion of the diaphragm 10 thicker than the proximal end portion of the diaphragm 10, the rigidity of the central portion of the diaphragm 10 can be made higher than the rigidity of the proximal end portion of the diaphragm 10. The conductive film 110 corresponds to the “first film” recited in the claims, and the conductive film 108 corresponds to the “second film” recited in the claims.

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 conductive film 108 and the conductive film 110 may be formed using the same material or different materials. In the case where the conductive film 108 and the conductive film 110 are formed using different materials, the conductive film 108 is preferably formed using a material whose hardness is higher than that of the conductive film 110. Even if the conductive film 110 is formed of a low-hardness material in order to reduce the rigidity of the near end portion of the diaphragm 10 by forming the conductive film 108 of a high-hardness material, the conductive film 108 and the conductive film 110 are configured. The rigidity of the central portion of the diaphragm 10 can be increased. For example, when the conductive film 110 is formed of polysilicon, the conductive film 108 can be SiCx, SiGe, SiGeC, or a material whose specific resistance is adjusted by doping impurities therein.
The conductive film 108 is preferably formed using a material having a lower density than the conductive film 110. By forming the conductive film 108 with a low-density material, the center portion of the diaphragm 10 including the conductive film 108 and the conductive film 110 can be reduced in weight. By reducing the weight of the central portion of the diaphragm 10, the sensitivity of the condenser microphone 1 with respect to high-frequency sound can be increased.

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 diaphragm 10 may protrude to the base 40 side as shown in FIG. 2, may protrude to the back plate 20 side, or may protrude to both sides. Moreover, although the diaphragm 10 which consists of an electrically conductive film as an example was illustrated, the diaphragm may be comprised with the electrode arrange | positioned in the center part of an insulating film whose center part is thicker than a near end part, and an insulating film. For example, an insulating film may be used instead of the conductive film 108, or an insulating film may be used instead of the conductive film 110. In the case where an insulating film is used instead of the conductive film 110, the outer shape of the conductive film 108 is designed so as to be connected to a connection pad with the detection portion. Further, the diaphragm 10 may have a disk shape as shown in FIG. 3B, or may have another shape.

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 back plate 20 as a plate is configured by a portion of the conductive film 114 that is not fixed to the insulating film 112. The conductive film 114 is a semiconductor film such as polysilicon. A plurality of through holes 22 are formed in the back plate 20. The through hole 22 of the back plate 20 allows sound waves from the sound source to pass through. As a result, the sound wave from the sound source is propagated to the diaphragm 10. Note that the back plate 20 may have a disk shape as shown in FIG. Further, the through-hole 22 may be circular as shown in FIG.

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 spacer 30 is composed of an insulating film 112. The insulating film 112 is an oxide film such as SiO 2 . The spacer 30 supports the diaphragm 10 and the back plate 20 while insulating them, and forms a gap 32 between the diaphragm 10 and the back plate 20.
The base 40 is composed of the insulating film 102 and the substrate 100. The substrate 100 is, for example, a single crystal silicon substrate. The insulating film 102 is an oxide film such as SiO 2 . A through hole 42 that functions as a back cavity is formed in the base 40.
The condenser microphone 1 may be configured such that the diaphragm 10 is positioned closer to the sound source than the back plate 20, and sound waves propagate directly to the diaphragm 10. In this case, the through hole 22 of the back plate 20 functions as a passage through which the gap 32 formed between the diaphragm 10 and the back plate 20 communicates with the recess 42 of the base 40, that is, the back cavity.

(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)
Diaphragm 10 is connected to resistor 300, and back plate 20 is connected to ground. Specifically, for example, a lead wire 302 connected to one end of the resistor 300 is connected to the conductive film 110 constituting the diaphragm 10, and a lead wire 304 connected to the ground of the substrate on which the condenser microphone 1 is mounted. The conductive film 114 constituting the back plate 20 is connected. A lead wire 308 connected to the output terminal of the bias power supply circuit 306 is connected to the other end of the resistor 300. A resistor 300 having a large resistance value is used. Specifically, the resistor 300 preferably has an electrical resistance on the order of GΩ. A lead wire 314 connected to one end of the capacitor 312 is connected to the input end of the preamplifier 310. The lead wire 302 connecting the diaphragm 10 and the resistor 300 is also connected to the other end of the capacitor 312.

(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 hole 22 of the back plate 20 and propagates to the diaphragm 10, the diaphragm 10 vibrates with respect to the back plate 20. When the diaphragm 10 vibrates, the distance between the back plate 20 and the diaphragm 10 changes, and the capacitance of a capacitor (hereinafter referred to as a microphone capacitor) constituted by the diaphragm 10 and the back plate 20 changes.

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 diaphragm 10 is connected to the resistor 300 having a large resistance value as described above, even if the capacitance of the microphone capacitor is changed by the vibration of the diaphragm 10, the electric charge accumulated in the microphone capacitor is changed to the resistor 300. There is almost no flow. That is, the charge accumulated in the microphone capacitor can be regarded as not changing. Therefore, the change in the capacitance of the microphone capacitor can be taken out as a change in the voltage between the diaphragm 10 and the back plate 20.
The condenser microphone 1 amplifies a change in voltage with respect to the ground of the diaphragm 10 by the preamplifier 310, and outputs a very slight change in the capacitance of the capacitor as an electric signal. That is, the condenser microphone 1 converts a change in sound pressure applied to the diaphragm 10 into a change in capacitance of the microphone capacitor, and converts a change in capacitance of the microphone capacitor into a change in voltage, thereby changing the sound pressure. An electrical signal correlating to is output.

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 conventional condenser microphone 400 including the diaphragm 410 having uniform partial rigidity, only the center of the diaphragm 410 vibrates at the maximum displacement, and the displacement due to the vibration of the diaphragm 410 is a spacer from the center. It becomes smaller toward the outer periphery fixed to 30. As a result, portions other than the center of the diaphragm 410 reduce the sensitivity of the condenser microphone 400 by reducing the total displacement amount of the diaphragm 410 (see a region 460 indicated by hatching in FIG. 4). Here, the total amount of displacement of the diaphragm is the total sum of displacement at each part of the diaphragm. On the other hand, when the maximum displacement of the diaphragm 410 (see the arrow 464 shown in FIG. 4) is increased with respect to the distance between the back plate 20 and the diaphragm 410 (see the arrow 462 shown in FIG. 4) to increase the sensitivity of the condenser microphone 400, When approaching the back plate 20, there is a problem that pull-in occurs because the diaphragm 410 is attracted to the back plate 20 by electrostatic attraction due to bias.

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 condenser microphone 1 according to the first embodiment.
As described above, the rigidity of the central portion of the diaphragm 10 is higher than the hardness of the proximal end portion of the diaphragm 10. As a result, the amount of deformation that occurs at the center of the diaphragm 10 during vibration is smaller than in the prior art, and the deformation concentrates on the near end of the diaphragm 10. That is, the deviation of the displacement of the central portion of the diaphragm 10 is reduced, and the entire central portion vibrates with an amplitude close to the maximum amplitude (see arrow 64 shown in FIG. 1). By reducing the deviation of the amplitude of the central portion of the diaphragm 10, compared to the total displacement amount of the diaphragm having uniform partial rigidity and the same maximum displacement (area 460 indicated by hatching in FIG. 4), The total displacement amount of the diaphragm 10 (the area of the region 60 indicated by the oblique lines in FIG. 1) can be increased. That is, the variable capacitance of the microphone capacitor formed by the diaphragm 10 and the back plate 20 can be increased without increasing the maximum displacement of the diaphragm 10. Thereby, the sensitivity of the condenser microphone 1 can be enhanced while preventing the occurrence of pull-in. Of course, the maximum displacement of the diaphragm 10 with respect to the distance between the diaphragm 10 and the back plate 20 may be increased within a range where pull-in does not occur.

(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 condenser microphone 1. FIG. The partial diagram (An) is a diagram showing a cross section taken along line A1-A1 shown in (B1) for the corresponding partial diagram (Bn). The fractional view (Bn) is a plan view.
First, as illustrated in FIG. 5A1, the insulating film 102 is formed over the substrate 100. The substrate 100 is, for example, a single crystal silicon wafer. Specifically, for example, SiO 2 is deposited on the surface of the substrate 100 by CVD (Chemical Vapor Deposition) or the like, thereby forming the insulating film 102 of SiO 2 on the substrate 100. Note that this step can be omitted by using an SOI substrate.

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 recess 104 is formed in the insulating film. Specifically, the recess 104 is formed as follows, for example. First, a resist film 106 that exposes a portion of the insulating film 102 where the recess 104 is to be formed is formed on the insulating film 102 by lithography. More specifically, a resist is applied to the insulating film 102 to form a resist film. Then, a mask having a predetermined shape is arranged, and the resist film is exposed and developed to remove unnecessary resist films. Thereby, a resist film 106 is formed on the insulating film 102. For removing the resist film, a resist stripping solution such as NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) is used. Next, the insulating film 102 exposed from the resist film 106 is etched by RIE (Reactive Ion Etching) or the like, thereby forming a recess 104 in the insulating film 102. Then, the resist film 106 is removed. A conductive film 108 constituting the diaphragm 10 is formed in the recess 104 in a process described later. Therefore, the recess 104 may be formed according to the shape of the conductive film 108.

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 conductive film 108 that forms the central portion of the diaphragm 10 is formed in the recess 104 of the insulating film 102. Specifically, the conductive film 108 is formed as follows, for example. First, a P + polysilicon film for burying the recess 104 is formed on the insulating film 102 by CVD or the like. Here, the P + polysilicon is polysilicon containing impurities serving as acceptors. More specifically, a polysilicon film is formed on the insulating film 102 by CVD or the like, and B (boron) or the like as an impurity is ion-implanted into the polysilicon layer. Then, the P + polysilicon film is formed by annealing the polysilicon layer after the ion implantation. Then, the P + polysilicon film and the insulating film 102 are polished and planarized by CMP (Chemical Mechanical Polishing) or the like, so that the P + polysilicon is left only in the recess 104 on the insulating film 102. As a result, a conductive film 108 of P + polysilicon is formed.

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 conductive film 110 that forms the diaphragm 10 is formed on the surfaces of the insulating film 102 and the conductive film 108 by CVD or the like. For example, the conductive film 110 is a P + polysilicon film or the like.
Next, an insulating film 112 constituting the spacer 30 is formed on the conductive film 110 by CVD or the like. The insulating film 112 is preferably formed using the same material as the insulating film 102. By forming the insulating film 102 and the insulating film 112 with the same material, the etching rate of both can be made the same. As a result, the etching amount of the insulating film can be easily controlled in the step of removing a part of the insulating film described later.

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 conductive film 114 constituting the back plate 20 is formed on the insulating film 112 by CVD or the like. For example, the conductive film 114 is a P + polysilicon film or the like.
Next, as illustrated in FIGS. 6A5 and 6B5, the through hole 22 is formed in the conductive film 114. Specifically, the through hole 22 is formed as follows, for example. First, a resist film 118 that exposes a portion of the conductive film 114 where the through hole 22 is to be formed is formed on the conductive film 114 by lithography. Next, the conductive film 114 exposed from the resist film 118 is etched by RIE or the like until reaching the insulating film 112, thereby forming the through hole 22 in the conductive film 114. Then, the resist film 118 is removed.

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 conductive film 110 is exposed. Specifically, for example, first, a resist film 120 that masks a portion where the conductive film 114 remains is formed on the conductive film 114 by lithography. Next, the conductive film 110 and the insulating film 112 exposed from the resist film 120 are etched by RIE or the like until the conductive film 110 is reached, thereby exposing the conductive film 110. Then, the resist film 120 is removed. By exposing a part of the conductive film 110, the conductive film 110 and the detection unit can be connected.

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 opening 122 that forms the through hole 42 is formed in the substrate 100. Specifically, the opening 122 is formed as shown below. First, a resist film 124 that exposes only a portion of the substrate 100 where the opening 122 is to be formed is formed by lithography. Next, an opening 122 is formed in the substrate 100 by removing the portion exposed from the resist film 124 of the substrate 100 with Deep RIE or the like until reaching the insulating film 102. Then, the resist film 124 is removed.

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 film 102 and the insulating film 112 (hereinafter referred to as an insulating film) are formed as a part of the insulating film 102 serving as the base 40 and the insulating film 112 serving as the spacer 30. Remove all parts. Specifically, the insulating film is removed by wet etching, for example. For example, the insulating film of SiO 2 is removed using an etchant such as hydrofluoric acid. The etching solution reaches the insulating film 102 and the insulating film 112 through the opening 122 of the substrate 100 and the through hole 22 of the conductive film 114 and dissolves the insulating film. Thereby, the air gap 32 between the diaphragm 10 and the back plate 20 is formed, and the sound sensing part of the condenser microphone 1 is obtained.

(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 condenser microphone 2 according to the second embodiment. (A) is a sectional view of the condenser microphone 2, and (B) is a bottom view of the diaphragm 210 of the condenser microphone 2. The detection unit of the condenser microphone 2 is substantially the same as the detection unit of the condenser microphone 1.

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 diaphragm 210 includes the conductive film 110 and the convex portion 200. The convex portions 200 are formed of, for example, a semiconductor film such as polysilicon as the second film, and are arranged radially with the center of the non-fixed portion of the conductive film 110 as the first film. That is, the formation density of the convex portions 200 gradually increases from the outer periphery of the diaphragm 210 toward the center of the diaphragm 210. Such a convex part 200 is equivalent to what changed the outline shape of the electrically conductive film 108 of a 1st Example. The portion of the diaphragm 210 that is configured only by the conductive film 110 corresponds to the “thin portion” described in the claims, and the portion of the diaphragm 210 that is configured by the conductive film 110 and the convex portion 200 is described in the claims. Corresponds to “thick part”.

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 diaphragm 210 toward the center of the diaphragm 210, and is not limited to the convex portion 200 illustrated. For example, as long as the formation density is as described above, the arrangement of the protrusions 200 may not be radial. Further, for example, the convex portion 200 may have any shape, and may have a shape extending radially around the center of the diaphragm 210 as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 7, the convex portion 200 may be disposed on the back plate 20 side of the conductive film 110, may be disposed on the base 40 side of the conductive film 110, or may be disposed on both surfaces of the conductive film 110. May be. In addition, the diaphragm 210 may be composed of the conductive film 110 and an insulating film and electrodes corresponding to the protrusions 200.

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 diaphragm 210 can be reduced in weight, the sensitivity of the condenser microphone 2 with respect to a high frequency sound can be increased.

(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 conductive film 110. The conductive film 110 functions as a reinforcing film that increases the rigidity of the central portion 14. The near end 15 of the diaphragm 11 is made of a conductive film 110 and is a plurality of portions that function as a structure that spans the central portion 14 over the spacer 30. The near end 15 is bent zigzag so as to function as a spring. Therefore, the rigidity of the near end portion 15 is remarkably low with respect to the central portion 14, and the deformation that occurs when the sound wave propagates to the diaphragm 11 is concentrated on the near end portion 15. Even if the sound wave propagates to the diaphragm 11, the central portion 14 hardly deforms, and therefore the central portion 14 vibrates in a motion state close to parallel movement.
Since the amplitude of the near end portion 15 is smaller than that of the central portion 14, the average parasitic capacitance per area formed by the near end portion 15 is larger than that of the central portion 14 if the distance between the counter electrodes is the same. According to this embodiment, since the conductive film 23 is bonded to the back plate 20 side of the conductive film 110, the distance between the back plate 20 and the diaphragm 11 is narrow at the central portion 14 and wide at the near end portion 15. Therefore, the condenser microphone 3 according to this embodiment can reduce the parasitic capacitance as compared with the first embodiment.

(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 conductive film 24 that increases the rigidity of the central portion 16 of the diaphragm 12 may be formed annularly or substantially annularly only in the peripheral portion of the central portion 16.

(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 central portion 18 of the diaphragm 13 may be suspended from the near end portion 19. The near end portion 19 includes a connection portion 27 constituted by a part of the insulating film 112 and a part of the conductive film 114, and supports the central portion 18 at a plurality of locations. The notch 28 mechanically separates the back plate 20 and the proximal end portion 19 of the diaphragm 13. The near end portion 19 enables the diaphragm 13 to be contracted by a stress generated during manufacturing, and brings about an effect of reducing the stress of the diaphragm 13 by the contraction. The conductive film 25 that increases the rigidity of the central portion 13 is formed in an annular shape or a substantially annular shape only in the peripheral portion of the central portion 18. Note that the conductive film 25 is a film that has a function of increasing the rigidity of the central portion 18 and may be formed of an insulating film made of SiN, SiON, or the like.

(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 central portion 18 of the diaphragm 13 may be increased by the connecting portion 27. That is, the circumferential length of the connecting portion 27 is extended from that of the fifth embodiment, a plurality of connecting portions 27 form a substantially ring shape, and the connecting portion 27 forms a central portion 18 in which the outer peripheral portion is formed. Also good. Even if the connecting portion 27 is divided in the circumferential direction of the central portion 18 of the diaphragm 13, if the connecting portion 27 forms most of the outer periphery of the central portion 18, the rigidity of the entire central portion 18 is increased. . In this case, it is not necessary to provide a reinforcing film as used in the fifth embodiment on the outer peripheral portion of the surface on the opposite side of the back plate 20 of the central portion 18 of the diaphragm 13.
On the other hand, if the circumferential length of the connecting portion 27 is extended, the rigidity of the back plate 20 is lowered. Therefore, it is desirable to increase the thickness of the back plate 20 when the circumferential length of the connecting portion 27 is extended. Specifically, for example, it is desirable to make the thickness of the back plate 20 thicker than the proximal end portion 19 of the diaphragm 16.

(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.

第一実施例によるコンデンサマイクロホンの作動を示す模式断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the operation of the condenser microphone according to the first embodiment. 第一実施例によるコンデンサマイクロホンの構成を示す模式断面図。1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a condenser microphone according to a first embodiment. (A)は第一実施例に係るバックプレートを示す平面図。(B)は第一実施例に係るダイヤフラムを示す平面図。(A) is a top view which shows the backplate which concerns on a 1st Example. (B) is a top view which shows the diaphragm which concerns on a 1st Example. 従来のコンデンサマイクロホンの作動を示す模式断面図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the operation of a conventional condenser microphone. 第一実施例によるコンデンサマイクロホンの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of the condenser microphone by a 1st Example. 第一実施例によるコンデンサマイクロホンの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of the condenser microphone by a 1st Example. 第二実施例によるコンデンサマイクロホンの構成を示す模式断面図。The schematic cross section which shows the structure of the capacitor | condenser microphone by a 2nd Example. (A)は第二実施例に係る変形例のダイヤフラムを示す平面図。(B)は(A)に示すB1−B1線の断面図。(A) is a top view which shows the diaphragm of the modification based on 2nd Example. (B) is sectional drawing of the B1-B1 line | wire shown to (A). (A)は第三実施例によるコンデンサマイクロホンの構成を示す模式断面図。(B)は(A)に示すB−B線の断面図。(A) is a schematic cross section showing the configuration of a condenser microphone according to a third embodiment. (B) is sectional drawing of the BB line shown to (A). (A)は第四実施例によるコンデンサマイクロホンの構成を示す模式断面図。(B)は(A)に示すB−B線の断面図。(A) is a schematic cross section showing the configuration of a condenser microphone according to a fourth embodiment. (B) is sectional drawing of the BB line shown to (A). (A)は第五実施例によるコンデンサマイクロホンの構成を示す模式断面図。(B)は第五実施例によるコンデンサマイクロホンの部分上面図。(C)は(A)に示すC−C線の断面図。(A) is a schematic cross section showing the configuration of a condenser microphone according to a fifth embodiment. (B) is a partial top view of the condenser microphone according to the fifth embodiment. (C) is sectional drawing of the CC line shown to (A). (A)は第六実施例によるコンデンサマイクロホンの構成を示す模式断面図。(B)は第六実施例によるコンデンサマイクロホンの部分上面図。(C)は(A)に示すC−C線の断面図。(A) is a schematic cross section showing the configuration of a condenser microphone according to a sixth embodiment. (B) is a partial top view of the condenser microphone according to the sixth embodiment. (C) is sectional drawing of the CC line shown to (A).

符号の説明Explanation of symbols

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: Condenser microphones 10, 11, 12, 13, 210: Diaphragm, 20, 220: Back plate (plate), 22: Through hole, 30: Spacer, 32: Air gap, 40: Base, 108: conductive film (second film), 200, 201: rib (second film)

Claims (8)

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
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い、
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.
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る、
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.
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する、
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.
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