JP2007267049A - コンデンサマイクロホン - Google Patents

Abstract

【課題】振動板に生じた引張応力を緩和させつつ固定電極との隙間を一定に保持することができ、感度を安定させることが可能なコンデンサマイクロホンを提供する。
【解決手段】環状の支持部１の内孔内に設けられた振動板４と、外周端側が支持部１に固着されて内孔を覆うように設けられるとともに振動板４と隙間Ｈ１をあけた状態で略平行に設けられた固定電極２と、一端が支持部１に固着され、他端が内側に延出して片持ち状態で支持された懸架部３と、懸架部３及び振動板４に固着されて振動板４を吊り下げ状態で支持する柱部５とを備え、懸架部３が変形し柱部５の傾斜移動を許容することよって振動板４に生じた引張応力を緩和するコンデンサマイクロホンＡにおいて、懸架部３の変形及び柱部５の傾斜移動に伴って変化する固定電極２と振動板４の隙間Ｈ１を規制するためのストッパー６を具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体デバイスの製造プロセスを応用して製造されるコンデンサマイクロホンに関する。

従来、半導体デバイスの製造プロセスを応用して製造されるコンデンサマイクロホンには、例えば特許文献１に開示されるような、ほぼ全周が周囲と切り離されたダイヤフラム（振動板）と、複数の通孔（穿孔）を有し、ダイヤフラムと平行しつつ隙間をあけた状態で基板に支持されたバックプレート（固定電極、穿孔部材）とを備えて構成したものがある。また、バックプレートには、ダイヤフラムに向けて突出する支持構造が形成されている。このコンデンサマイクロホンでは、ダイヤフラムとバックプレートの間にバイアス電圧を印加するとともに、電気ポテンシャルによってダイヤフラムがバックプレート側に吸引されて支持構造に吸着支持され、これにより、ダイヤフラムとバックプレートの間の隙間（エア間隔）が一定に保持される。

そして、このコンデンサマイクロホンでは、外部で発生した音圧がバックプレートの通孔及び隙間を通じてダイヤフラムに伝達され、この音圧の大きさに応じてダイヤフラムが振動し、振動によって変化する電気容量を捉えることで音圧の大きさを検出することができる。また、このコンデンサマイクロホンにおいては、ダイヤフラムを支持構造に吸着支持させて、コンデンサマイクロホンの感度に影響するダイヤフラムとバックプレートの隙間を所定の間隔に保持することによって感度の向上を図っている。
特表２００４−５０６３９４号公報

しかしながら、上記のコンデンサマイクロホンにおいては、製造プロセスにおいて高温で成膜されるダイヤフラム（導電膜）に膜厚方向の残留応力分布が生じ、ほぼ全周が周囲と切り離された状態で形成した段階で、ダイヤフラムがカールするように変形するという問題があった。このため、ダイヤフラムの面に沿うダイヤフラムとバックプレートの間の隙間に分布が生じてしまい、かつこのダイヤフラムの変形の程度（カールの程度）が製造プロセス誤差によって変化するため、コンデンサマイクロホンの感度が変動するという問題があった。

一方、例えば図２４及び図２５に示すように、半導体デバイスの製造プロセスを応用して製造され、内孔を有し単結晶シリコン基板１ａ及び酸化膜１ｂが積層されて形成された支持部１と、略円板状に形成されて支持部１の上端１ｃに支持されたバックプレート２と、バックプレート２と上下方向の同位置に配されて支持部１の上端１ｃに支持された懸架部３と、支持部１の内孔内に設けられたダイヤフラム（振動板）４と、上端（一端）が懸架部３の下面に固着し、下端（他端）がダイヤフラム４の上面に固着して、ダイヤフラム４を吊り下げ状態で支持する柱部５とを備えたコンデンサマイクロホンＤがある。

このコンデンサマイクロホンＤでは、引張応力（残留応力）でダイヤフラム４が径方向内側（中央側）に引っ張られるとともに、柱部５が、懸架部３を上方に押し上げ、かつダイヤフラム４の外周端４ａ側を下方に折り曲げるように傾斜変形して、ダイヤフラム４に生じた引張応力を緩和することができる。但し、応力緩和後もダイヤフラム４には一定の引張応力が残留することから、柱部５よりも内側に位置する部分のダイヤフラム４は平坦に維持され、ダイヤフラム４の面に沿うダイヤフラム４とバックプレート２の間の隙間に分布が生じることが防止される。

しかしながら、このコンデンサマイクロホンＤにおいても、ダイヤフラム（導電膜）を成膜形成するプロセス条件の誤差によって、発生する引張応力が異なる場合には、懸架部やダイヤフラムの外周端側の変形量、すなわち柱部の傾斜変形量が変わってしまい、製造するコンデンサマイクロホン毎にダイヤフラムとバックプレートの隙間の大きさが変化してしまう。このため、コンデンサマイクロホンの感度が変動するという問題が生じる。また、例えばダイヤフラムがバックプレートに近づき過ぎた場合には、大きな音圧が伝達されてダイヤフラムが大きく振動した際にパックプレートに接触し、電気的な短絡を招くという問題が生じる。

本発明は、上記事情を鑑み、振動板に生じた引張応力を緩和させつつ固定電極との隙間を確実に一定に保持することができ、感度を安定させることが可能なコンデンサマイクロホンを提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明のコンデンサマイクロホンは、環状の支持部の内孔内に設けられた振動板と、外周端側が前記支持部に固着されて前記内孔を覆うように設けられるとともに前記振動板と隙間をあけた状態で略平行に設けられた固定電極と、一端が前記支持部に固着され、他端が内側に延出して片持ち状態で支持された懸架部と、前記懸架部及び前記振動板に固着されて前記振動板を吊り下げ状態で支持する柱部とを備え、前記懸架部が変形し前記柱部の傾斜移動を許容することよって前記振動板に生じた引張応力を緩和するコンデンサマイクロホンにおいて、前記懸架部の変形及び前記柱部の傾斜移動に伴って変化する前記固定電極と前記振動板の隙間を規制するためのストッパーが具備されていることを特徴とする。

また、本発明のコンデンサマイクロホンにおいては、前記ストッパーが、前記固定電極から前記振動板に向けて、または前記振動板から前記固定電極に向けて突設されていることが望ましい。

さらに、本発明のコンデンサマイクロホンにおいては、前記支持部の内孔が略円形に形成され、前記柱部及び前記懸架部が前記内孔の軸線を中心とした周方向に間隔をあけて複数並設されるとともに、前記ストッパーが、前記懸架部よりも径方向内側に設けられていることがより望ましい。

また、本発明のコンデンサマイクロホンにおいては、前記支持部の内孔が略円形に形成され、前記柱部及び前記懸架部が前記軸線を中心とした周方向に間隔をあけて複数並設されるとともに、前記ストッパーが、周方向に隣り合う前記懸架部同士の間に設けられてもよい。

さらに、本発明のコンデンサマイクロホンにおいて、前記支持部には、前記内孔を縮径するように内側に突出する突部が設けられ、前記振動板は、前記柱部よりも外側に延出した外周縁部を備えており、前記外周縁部が、前記振動板に生じた引張応力を緩和する前記柱部の傾斜移動に伴って前記突部に向けて変形し、前記外周縁部の外周端が前記突部に当接されることによって前記固定電極と前記振動板の隙間を規制する前記ストッパーを構成していてもよい。

また、本発明のコンデンサマイクロホンにおいて、前記支持部には、前記内孔を縮径するように内側に突出する突部が設けられ、前記振動板が前記柱部よりも外側に延出した外周縁部を備えるとともに、該外周縁部には、前記突部に向けて突出する当接部が設けられており、前記外周縁部が、前記振動板に生じた引張応力を緩和する前記柱部の傾斜移動に伴って前記突部に向けて変形するとともに前記当接部が前記突部に当接されて前記固定電極と前記振動板の隙間を規制する前記ストッパーを構成していてもよい。

さらに、前記懸架部に、平面視で該懸架部に固着された前記柱部の一端を囲むように切り欠かれた切欠き部が設けられ、前記柱部が傾斜移動する際に前記切欠き部で囲まれた部分が変形するように形成されてもよい。

本発明のコンデンサマイクロホンによれば、固定電極と振動板の隙間を規制するストッパーが設けられていることによって、振動板に生じた引張応力を緩和するように柱部が傾斜変形して固定電極と振動板の隙間の大きさが変化する際に、ストッパーによって隙間の大きさの変化を止めることができる。これにより、プロセス条件によらず、柱部よりも内側の振動板を平坦にして固定電極と振動板の隙間を一定の間隔で保持することができ、振動板に生じた引張応力に起因するコンデンサマイクロホンの感度変動を解消することができる。

また、本発明のコンデンサマイクロホンにおいて、ストッパーを固定電極から振動板に向けて突出するように設けたり、振動板から固定電極に向けて突出するように設けることによって、固定電極と振動板が近づくように変位する際に、ストッパーが固定電極と振動板の間に挟まれて、それ以上隙間の大きさが変化しないようにできる。これにより、隙間を一定の間隔で保持することができる。

さらに、本発明のコンデンサマイクロホンにおいては、支持部の内孔が略円形に形成されるとともに、柱部及び懸架部が周方向に複数並設されて、ストッパーが懸架部よりも径方向内側に設けられていることによって、音圧が作用して振動する中央側の振動板を確実に固定電極に平行した状態で、かつ互いの隙間を一定の間隔で保持することができる。

また、ストッパーを、周方向に隣り合う懸架部同士の間に設けた場合には、引張応力を緩和させるように柱部が傾斜変形した際に、柱部が固着した部分の振動板が固定電極から離れる方向に押圧されて変形し、周方向に隣り合う柱部や懸架部同士の間に位置する振動板が逆に固定電極に近づく方向に持ち上げられるように変形することになるが、この固定電極に近づく方向に持ち上がる部分の振動板と固定電極の間にストッパーが挟まれて振動板を押圧することができ、これにより、振動板の中央側が固定電極に近づき過ぎることを防止して振動板の中央側と固定電極の隙間の間隔を一定に保持することができる。

また、本発明のコンデンサマイクロホンにおいては、振動板の柱部よりも外側に延出した外周縁部がストッパーとされていることによって、柱部の傾斜変形とともにこの外周縁部が支持部の突部に向けて変形し、その外周端を突部に当接させることができる。これにより、外周端が突部に当接するとともに、柱部の傾斜変形を止めることができ、隙間を一定の間隔で保持することが可能になる。さらに、ストッパーを構成する外周縁部に当接部を設けた場合には、この当接部が柱部の傾斜変形とともに突部に当接されて、隙間を一定の間隔で保持することができる。

また、本発明のコンデンサマイクロホンにおいては、懸架部に切欠き部を設けて、柱部が傾斜移動する際に切欠き部で囲まれた部分が変形する構成とした場合、この切欠き部で囲まれた部分の振動板が変形するとともに柱部に吊り下げ状態で支持された振動板が固定電極から離れるように変位する。これにより、柱部の傾斜変形によって折れ曲る外周縁部を確実に突部に当接させて隙間を一定に保持することができる。

以下、図１から図１０を参照し、本発明の第１実施形態に係るコンデンサマイクロホンについて説明する。本実施形態は、半導体デバイスの製造プロセスを応用して製造されるコンデンサマイクロホンに関するものである。

本実施形態のコンデンサマイクロホンＡは、図１及び図２に示すように、感音部Ａ１と検出部Ａ２を備えて構成され、感音部Ａ１は、円形の内孔を有し単結晶シリコン基板１ａと酸化膜１ｂが積層されて形成された環状の支持部１と、略円板状に形成されて支持部１の上端１ｃに支持されたバックプレート（固定電極）２と、バックプレート２と上下方向の同位置に配されて支持部１の上端１ｃに支持された懸架部３と、支持部１の内孔内に設けられたダイヤフラム（振動板）４と、上端が懸架部３の下面に固着し、下端がダイヤフラム４の上面に固着して、ダイヤフラム４を吊り下げ状態で支持する柱部５と、バックプレート２とダイヤフラム４の隙間Ｈ１を規制するストッパー６とで構成されている。また、検出部Ａ２は、バイアス電源回路１０と抵抗回路１１とで構成されている。

支持部１は、単結晶シリコン基板（基板）１ａと二酸化珪素（ＳｉＯ_２）等の酸化膜１ｂが、互いの軸線Ｏ１（支持部１の内孔及びコンデンサマイクロホンＡの軸線）を同軸上に配した状態で積層されて形成されている。また、この支持部１は、基板１ａの外周面と酸化膜１ｂの外周面が径方向の同位置に配されて面一とされ、酸化膜１ｂの内周面が、基板１ａの内周面よりも外側に配されて形成されている。これにより、基板１ａの内周面側には、内側に向けて突出しその上面１ｄを露出させた突部１ｅが形成されている。なお、環状の支持部１は、上面から下面に貫通する内孔を有して形成されていればよく、本実施形態のように上面側からの平面視で円形の内孔を有するとともに外周が方形状を呈して形成されるものに限らず、前記平面視で内孔が矩形状に形成されたり、外周が円形状を呈するものであってもよい。

バックプレート２は、例えば多結晶シリコン（以下、ポリシリコンという）が略円板状に形成された導電性の半導体膜であり、その中心線（軸線）を支持部１の軸線Ｏ１と同軸線上に配した状態で、その外周端２ｃ側を支持部１の上端１ｃ、すなわち酸化膜１ｂの上面に固着して設けられている。これにより、バックプレート２は、その中央側（径方向内側）が支持部１の内孔を覆うように設けられている。また、支持部１の内孔を覆うバックプレート２の中央側には、上面から下面に貫通する複数の通孔２ａが、平面視で略均等に分散して設けられている。さらに、このバックプレート２には、周方向に等間隔で設けられ、外周端２ｃから径方向内側に向けて平面視で凹状に切り欠かれた凹部２ｂが形成されている。本実施形態では、この凹部２ｂが３つ設けられており、各凹部２ｂは、周方向の幅が、径方向内側に向かうに従い漸次小となる平面視略台形状に形成されている。なお、凹部２ｂの数やその平面形状は特に限定を必要とするものではない。

懸架部３は、例えばポリシリコンからなる導電性の半導体膜であり、平面視略台形状に形成され、バックプレート２の凹部２ｂ内にバックプレート２と非接触とされて設けられている。また、懸架部３は、平面視略台形状の下底側の一端が支持部１の上端１ｃに固着され、他端が径方向内側に延設されて、片持ち状態で設けられている。さらに、懸架部３の一端側は、上面及び下面がバックプレート２の上面及び下面とそれぞれ同一水平面上に配されているのに対し、詳細は後述する柱部５が固着された他端側の自由端側は、一端側から他端に向かうに従い漸次柱部５の傾斜移動（回動）に伴って上方に弾性変形している。

ダイヤフラム４は、例えばポリシリコンなどの導電膜からなり、略円板状に形成されている。また、ダイヤフラム４は、その中心線（軸線）を支持部１の軸線Ｏ１と同軸上に配した状態で、基板１ａの突部１ｅの上面１ｄとバックプレート２の下面の上下方向略中央に配設されている。さらに、このダイヤフラム４は、上端（一端）が懸架部３の他端側（自由端側）の下面に固着され、下端（他端）がダイヤフラム４の外周端４ａ側の上面に固着された略矩形柱状で絶縁性の柱部５によって吊り下げ状態で支持されている。また、この柱部５の下端が固着された外周端４ａ側は、柱部５の回動に伴って径方向内側から外周端４ａに向かうに従い漸次下方に折れ曲るように変形して形成されている。一方、径方向内側（中央側）の部分は、ストッパー６によってバックプレート２に平行した水平に延設され、バックプレート２との間に径方向に略同一寸法で延びる隙間Ｈ１を画成している。すなわち、バックプレート２とダイヤフラム４の径方向内側（中央側）の隙間Ｈ１は一定の間隔とされている。なお、ダイヤフラム４は、可動電極として機能するものであり、絶縁膜と、少なくともその中央部に形成された可動電極としての導電膜とを含む複数膜で構成されてもよい。

ストッパー６は、例えば窒化シリコンなどの絶縁性と耐フッ酸性を有した略半球状に形成され、各凹部２ｂから僅かに径方向内側に位置するバックプレート２に固着されて、このバックプレート２の下面から下方に突出するように設けられている。また、このストッパー６は、下端がダイヤフラム４の上面に当接されて、前記隙間Ｈ１の間隔を一定に保持して規制している。

一方、検出部Ａ２は、バイアス電源回路１０が、バイアス電源１０ａとリード線１０ｂを備え、抵抗回路１１が、抵抗１１ａとプリアンプ１１ｂとリード線１１ｃを備えて構成されている。そして、バイアス電源回路１０は、バイアス電源１０ａの出力端に接続されたリード線１０ｂが、ダイヤフラム４と基板１ａとにそれぞれ分岐して接続され、これにより、ダイヤフラム４と基板１ａを同電位としている。また、バイアス電源１０ａの入力端に接続されたリード線１０ｂは、実装基板のグランドに接続されている。抵抗回路１１抵抗１１ａの一端に接続されたリード線１１ｃがバックプレート２に接続され、抵抗１１ａの他端に接続されたリード線１１ｃが実装基板のグランドに接続されている。また、抵抗１１ａとバックプレート２に接続されたリード線１１ｃから分岐したリード線１１ｃがプリアンプ１１ｂの入力端に接続されている。

ついで、上記構成からなる本実施形態のコンデンサマイクロホンＡの製造方法について説明する。

はじめに、図３に示すように、単結晶シリコン基板１ａの表面（上面）に例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等で絶縁性のＳｉＯ_２を積層させて、基板１ａ上に酸化膜１ｂを形成する。ついで、酸化膜１ｂ上に、ＣＶＤ等でダイヤフラム（振動板）４を形成するためのポリシリコンの導電膜２０を積層形成する。そして、導電膜２０上にレジストを塗布しレジスト膜３０を積層形成した段階で、露光現像処理を施して、ダイヤフラム４の形状とレジスト膜３０の平面形状が等しくなるように不要なレジスト膜３０を除去する。

ついで、ダイヤフラム４の形状と平面形状が等しいレジスト膜３０を導電膜２０上に形成した段階で、露出する導電膜２０をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等でエッチングし、ダイヤフラム４となる導電膜２０を所定形状に形成する。図４に示すように、例えばＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）などのレジスト剥離液を用いてレジスト膜３０を除去した段階で、酸化膜１ｂ及び導電膜２０上に、ＣＶＤ等で新たに酸化膜１ｂを積層形成して導電膜２０を酸化膜１ｂ内に埋設させる。

ついで、図５に示すように、酸化膜１ｂ上にレジスト膜３１を形成するとともに、ストッパー６の平面形状に相応する部分のレジスト膜３１を除去し、例えばＲＩＥ等でエッチングして、酸化膜１ｂの上面から下面に向けて凹む所定の深さの孔部６ａを形成する。そして、図６に示すように、酸化膜１ｂ上のレジスト膜３１を除去した段階で、酸化膜１ｂ上にＣＶＤ等で窒化シリコン膜６ｂを積層形成する。このとき、孔部６ａに窒化シリコンが充填される。窒化シリコン膜６ｂを積層形成した段階で、この窒化シリコン膜６ｂ上にレジスト膜３２を形成するとともに、平面視で孔部６ａよりも僅かに大きな形状となるように孔部６ａ上のレジスト膜３２を残し、他の不要なレジスト膜３２を除去する。

そして、図７に示すように、露出した窒化シリコン膜６ｂをＲＩＥ等で除去しストッパー６を形成する。ついで、レジスト膜３２を除去した段階で、酸化膜１ｂ上に露出したストッパー６（窒化シリコン膜６ｂ）を埋設するように、酸化膜１ｂ上にＣＶＤ等でバックプレート２及び懸架部３となる導電膜２１を積層形成する。この導電膜２１上にレジスト膜３３を積層形成するとともに、バックプレート２及び懸架部３の平面形状に相応するレジスト膜３３を残して不要なレジスト膜３３を除去する。

ついで、図８に示すように、ＲＩＥ等で露出する導電膜２１をエッチングすることにより、バックプレート２及び懸架部３となる導電膜２１を所定形状に形成する。このとき、バックプレート２となる部分の導電膜２１には、通孔２ａや凹部２ｂが形成され、懸架部３となる部分の導電膜２１は、他の導電膜２１と分離されて凹部２ｂ内に形成される。

図９に示すように、基板１ａの下面にレジスト膜３４を形成するとともに、基板１ａの内孔（支持部１の内孔）上に位置するレジスト膜３４を除去して、レジスト膜３４から露出する部分の基板１ａを、基板１ａ上に積層されている酸化膜１ｂの下面に到達するまでＤｅｅｐＲＩＥ等でエッチングする。これにより、内孔を有する盤状の基板１ａが形成される。ついで、導電膜２１及び酸化膜１ｂ上にレジスト膜３５を形成するとともに、支持部１の内孔上に位置するレジスト膜３５を除去する。すなわち、バックプレート２の通孔２ａを露出させるようにレジスト膜３５を形成する。そして、通孔２ａ及び基板１ａの内孔から例えばフッ酸などのエッチング液を供給して酸化膜１ｂを溶解させる。このとき、複数の通孔２ａから供給したエッチング液によって、これら通孔２ａが形成されているバックプレート２の中央領域の直下に位置する酸化膜１ｂが下方の導電膜２０（振動板４）の上面に到達するまで溶解し、かつこの部分の酸化膜１ｂよりも僅かに径方向外側に位置する酸化膜１ｂが溶解する。

一方、基板１ａの内孔側から供給したエッチング液によって、導電膜２０の下方に位置する酸化膜１ｂが導電膜２０の下面に到達するまで溶解するとともに、エッチング液が酸化膜１ｂを溶解させつつ導電膜２０の外周端４ａを回り込むように供給されて、この導電膜２０から上方の導電膜２１の下面に到達する範囲の酸化膜１ｂが溶解する。これにより、図１０に示すように、基板１ａに、内側に突出する突部１ｅが形成されるとともに、懸架部３の下面に一端が固着し、ダイヤフラム４の外周端４ａ側の上面に他端が固着された絶縁性の柱部５が画成され、ダイヤフラム４が、バックプレート２との間に隙間をあけて、懸架部３に柱部５を介して吊り下げ状態で支持される。そして、最後にレジスト膜３４、３５を除去して感音部Ａ１の形成が完了した段階で、バイアス電源回路１０及び抵抗回路１１を取り付け、本実施形態のコンデンサマイクロホンＡの製造が完了する。

ここで、上記のように半導体の製造プロセスを応用してコンデンサマイクロホンを製造する場合、感音部Ａ１の製造において、ダイヤフラム４となる導電膜２０を酸化膜１ｂ上に成膜する際には、酸化膜１ｂの二酸化珪素よりも大きな熱膨張係数を有するポリシリコンが高温で供給される。このため、酸化膜１ｂに埋設されて常温まで低温化したときにダイヤフラム４に引張応力Ｔが発生し、酸化膜１ｂを溶解させてダイヤフラム４を吊り下げ状態とした際には、ダイヤフラム４がこの引張応力Ｔによって径方向内側に縮むように変形する。

例えばダイヤフラム４を適宜固定して引張応力Ｔによる縮み変形を生じさせないようにした場合には、ダイヤフラム４のスチフネスが高くなって音響等の音圧が作用してもその振動性能が低下してコンデンサマイクロホンＡの感度低下を招くことになる。このため、前述の図２３及び図２４に示した従来のコンデンサマイクロホンＤや本実施形態のコンデンサマイクロホンＡでは、片持ち状態とされて弾性変形可能な懸架部３を設け、この懸架部３に柱部５を介してダイヤフラム４を吊り下げている。すなわち、ダイヤフラム４が吊り下げ状態になり径方向内側に縮もうとする引張応力Ｔが開放されるとともに、柱部５の下端が径方向内側に引っ張られ、柱部５が接続する懸架部３が、その自由端側（他端側）を上方に押し上げるように弾性変形し柱部５を傾斜変形させる。これにより、柱部５で支持したダイヤフラム４は、引張応力Ｔが緩和され、そのスチフネスを低くした状態で設置される。

しかしながら、半導体の製造プロセスを応用して製造されるコンデンサマイクロホンにおいては、プロセス条件を常に一定にすることは困難であるため、ダイヤフラム４に発生する引張応力Ｔは常に一定の大きさではない。このため、引張応力Ｔを緩和するように変形するダイヤフラム４の外周端４ａ側や懸架部３の変形量は、その引張応力Ｔに応じて変化することになり、これにより、引張応力Ｔに応じてバックプレート２とダイヤフラム４の隙間の大きさが変化することになる。このように、バックプレート２とダイヤフラム４の隙間の大きさを制御できない場合には、感度に影響する隙間の大きさがコンデンサマイクロホンごとに異なってしまい、低感度のコンデンサマイクロホンが製造されてしまう。

これに対し、本実施形態のコンデンサマイクロホンＡでは、バックプレート２の下面から所定の長さで突出するストッパー６が設けられている。このようなストッパー６を備えた場合には、ダイヤフラム４を吊り下げ状態にして引張応力Ｔを緩和するようにダイヤフラム４の外周端４ａ側や懸架部３が変形するとともに、バックプレート２に近づくダイヤフラム４の上面にストッパー６が当接して互いの間に挟まれる。これにより、ストッパー６に当接したダイヤフラム４は、それ以上バックプレート２に近づくことがなくなり、すなわち、ダイヤフラム４の変形が規制されて、ダイヤフラム４とバックプレート２の隙間Ｈ１が一定の間隔に保持される。

そして、上記のように製造された本実施形態のコンデンサマイクロホンＡは、外部で発生した音圧が、バックプレート２の通孔２ａを通じてバックプレート２とダイヤフラム４の隙間Ｈ１の空間内に伝播し、この伝播した音圧が、ダイヤフラム４を振動させる。このとき、本実施形態では、バックプレート２とダイヤフラム４の隙間Ｈ１が一定の間隔で保持され、かつダイヤフラム４の引張応力Ｔが緩和されてスチフネスが低い状態とされているため、ダイヤフラム４の音圧に対する応答性がよく好適に振動する。

また、好適なダイヤフラム４の振動に応じて、バックプレート２とダイヤフラム４とにより形成されているコンデンサの静電容量が、音圧の大きさに応じて精度よく変化することになる。そして、このとき、バックプレート２には、抵抗回路１１が繋げられているため、コンデンサの静電容量がダイヤフラム４の振動に応じて変化した場合においても、コンデンサに蓄積されている電荷が抵抗１１ａを流れることがほとんどない。これにより、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され、コンデンサの静電容量の変化をバックプレート２とグラウンドの間の変化として取り出すことができ、コンデンサの静電容量の極めて僅かな変化が電気信号として出力されることになる。すなわち、ダイヤフラム４に作用する音圧の変化をコンデンサの静電容量の変化に変換し、この静電容量の変化を電圧の変化に変換することで、音圧の変化に相関する電気信号が出力されることになる。

したがって、本実施形態のコンデンサマイクロホンＡによれば、ダイヤフラム４に生じた引張応力Ｔに起因して柱部５が変位して引張応力Ｔを緩和させる際に、上方に持ち上がるように変位するダイヤフラム４が、バックプレート２に固着されたストッパー６に当接されることによって、バックプレート２とダイヤフラム４の隙間Ｈ１を所定の間隔で一定に保持することができる。これにより、一定感度のコンデンサマイクロホンＡを提供することが可能になる。

なお、本発明は、上記の第１実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、３つのストッパー６が、３つの懸架部３の僅かに径方向内側に位置するバックプレート２にそれぞれ設けられているものとしたが、懸架部３は、周方向に所定の間隔で配設されて、２つ以上で設けられていればよく、この懸架部３に対応して設けられるストッパー６もその数を限定する必要はない。

また、ストッパー６は、図１１に示すように、周方向に隣り合う懸架部３同士の間に設けられてもよく、この場合には、引張応力Ｔを緩和させるように柱部５が傾斜変形した際、柱部５が固着した部分のダイヤフラム４がバックプレート２から離れる方向に押圧されて変形し、周方向に隣り合う柱部５や懸架部３同士の間に位置する部分のダイヤフラム４が逆にバックプレート４に近づく方向に持ち上げられるように変形することになるが、このバックプレート４に近づく部分のダイヤフラム４とバックプレート２の間にストッパー６が挟まれてダイヤフラム４を押圧することができる。これにより、ダイヤフラム４の中央側が撓むことを防止してこの中央側とバックプレート２の隙間Ｈ１の間隔を一定に保持することが可能になる。

さらに、ストッパー６は、本実施形態よりも径方向内側に設けられていてもよく、周方向に等間隔で複数並設されても、周方向に延設する環状に形成されていてもよい。また、本実施形態では、ストッパー６がバックプレート２の下面から下方に向けて突出するように設けられているものとしたが、ダイヤフラム４に設けられ、ダイヤフラム４の上面から上方に向けて突出するように設けられていてもよいものである。さらに、本実施形態では、ストッパー６が略半球状を呈しているものとしたが、その形状は限定される必要はない。そして、上記のようにストッパー６を設けることによって、本実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

ついで、図１２から図１７を参照し、本発明の第２実施形態に係るコンデンサマイクロホンについて説明する。本実施形態の説明においては、第１実施形態に共通する構成に対して同一符号を付し、その詳細についての説明を省略する。

本実施形態のコンデンサマイクロホンＢでは、図１２及び図１３に示すように、第１実施形態と異なり、ダイヤフラム４の外周端４ａ側が柱部５よりも大きく径方向外側に延出され、この延出した外周縁部４ｂがストッパー６とされている。なお、ストッパー６及びダイヤフラム４の外周端４ａ側を除く構成は、第１実施形態のコンデンサマイクロホンＡと同様である。

このように構成される本実施形態体のコンデンサマイクロホンＢを製造する際には、図１４に示すように、酸化膜１ｂ上にポリシリコンの導電膜２０を積層形成した段階で、第１実施形態のコンデンサマイクロホンＡ（図３）よりも、導電膜２０上に形成するレジスト膜３０を径方向外側に大きく形成して、第１実施形態の導電膜（ダイヤフラム４）２０よりも大径の導電膜２０を形成する。

そして、図１５に示すように、ダイヤフラム４及びストッパー６となる導電膜２０を埋設するように、酸化膜１ｂ及び導電膜２０上にＣＶＤ等で酸化膜１ｂを積層形成する。本実施形態では、図１６に示すように、この段階で第１実施形態のように孔部６ａを形成せず、そのままＣＶＤ等でバックプレート２及び懸架部３となる導電膜２１を積層形成する。ついで、第１実施形態と同様に、ＤｅｅｐＲＩＥ等でエッチングを施し、基板１ａに内孔を形成した後に、通孔２ａ及び内孔から例えばフッ酸などのエッチング液を供給して、酸化膜１ｂを溶解させる。本実施形態では、このとき、図１７に示すように、基板１ａの内孔側から供給するエッチング液によって、導電膜２０の下方に位置する酸化膜１ｂを導電膜２０の下面に到達するまで溶解するとともに、第１実施形態よりも径方向外側に延出した導電膜２０の端部、すなわち外周縁部（ストッパー６）４ｂの外周端４ａの外側を回り込むようにエッチング液が供給されて、外周縁部４ｂとバックプレート２（懸架部３）及び基板１ａの突部１ｅの間の酸化膜１ｂが溶解する。これにより、柱部５を介して吊り下げ状態で支持されたダイヤフラム４が形成される。

そして、本実施形態のコンデンサマイクロホンＢにおいては、酸化膜１ｂを除去してダイヤフラム４を吊り下げ状態とするとともに、これに生じた引張応力Ｔを緩和するようにダイヤフラム４の外周端４ａ側（外周縁部４ｂ、ストッパー６）や懸架部３が変形して、柱部５が傾斜移動する。このとき、ダイヤフラム４がバックプレート２に近づくように変形するとともに、ストッパー６の端部（外周端４ａ）が基板１ａの突部１ｅ上面１ｄに当接されて、それ以上ダイヤフラム４がバックプレート２に近づくことができないように規制される。そして、このように引張応力Ｔの緩和に起因したダイヤフラム４の変形を規制するストッパー６の径方向の長さを所定の長さとすることで、バックプレート２とダイヤフラム４の隙間Ｈ１が所定の間隔で保持される。これにより、図１３に示した本実施形態のコンデンサマイクロホンＢの製造が完了する。

したがって、本実施形態のコンデンサマイクロホンＢによれば、ダイヤフラム４と繋がり、柱部５よりも径方向外側に延出したストッパー６が設けられていることによって、ダイヤフラム４に生じた引張応力Ｔを緩和するように柱部５が回動した際に、ストッパー６の外周端４ａを基板１ａの上面１ｄに当接させることができる。これにより、バックプレート２とダイヤフラム４の隙間Ｈ１を所定の間隔で保持することができ、一定感度のコンデンサマイクロホンＢを提供することが可能になる。

なお、本発明は、上記の第２実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、ストッパー６（外周縁部４ｂ）の端部（外周端４ａ）が基板１ａに当接されて、バックプレート２とダイヤフラム４の隙間Ｈ１を所定の間隔で保持できるものとしたが、例えば、図１８及び図１９に示すように、ストッパー６に下方に突出し略半球状を呈する当接部６ｂを形成し、この当接部６ｂを基板１ａの上面１ｄに当接させることにより、バックプレート２とダイヤフラム４の隙間Ｈ１を一定の間隔で保持するようにしてもよい。このとき、当接部６ｂは略半球状に形成されていなくてもよい。

ついで、図２０及び図２１を参照し、本発明の第３実施形態に係るコンデンサマイクロホンについて説明する。本実施形態の説明においては、第１及び第２実施形態に共通する構成に対して同一符号を付し、その詳細についての説明を省略する。

本実施形態のコンデンサマイクロホンＣは、図２０及び図２１に示すように、懸架部３に、平面視でこの懸架部３に固着される柱部５の一端を囲むようにコ字状に切り欠かれた切欠き孔（切欠き部）３ａが設けられている。この切欠き孔３ａは、ダイヤフラム４に生じた引張応力Ｔによって、柱部５がその下端をダイヤフラム４の径方向内側に変位させるように傾斜移動した際に、切欠き孔３ａで囲まれた部分を下方に弾性変形させるためのものである。また、本実施形態のコンデンサマイクロホンＣにおいては、第２実施形態と同様に、ダイヤフラム４の外周側が柱部５よりも径方向外側に延出して形成されるストッパー６が設けられている。

このように構成される本実施形態のコンデンサマイクロホンＣは、第２実施形態のコンデンサマイクロホンＢに対し、酸化膜１ｂ上にポリシリコンの導電膜２１を積層形成した段階で、エッチングによって懸架部３に切欠き孔３ａが形成されるように導電膜２１上にレジスト膜３５を形成して製造される。その他の製造工程は、第２実施形態とほぼ同様である。

本実施形態のコンデンサマイクロホンＣは、酸化膜１ｂを除去してダイヤフラム４を吊り下げ状態にすると同時に、引張応力Ｔを緩和するようにダイヤフラム４の外周端４ａ側（ストッパー６）が下方に変形する。このとき、懸架部３に切欠き孔３ａが形成されているため、切欠き孔３ａで囲まれた部分が、第１及び第２実施形態とは逆に柱部５に引っ張られて下方に変形する。このため、本実施形態のコンデンサマイクロホンＣにおいては、ダイヤフラム４がバックプレート２から遠ざかるように変形し、これとともにストッパー６の端部４ａが基板１ａに当接されて、それ以上ダイヤフラム４がバックプレート２から遠ざかることができなくなる。これにより、バックプレート２とダイヤフラム４の隙間Ｈ１が所定の間隔に保持される。

したがって、本実施形態のコンデンサマイクロホンＣによれば、懸架部３に切欠き孔３ａが形成されるとともに、ダイヤフラム４と繋がり柱部５よりも径方向外側に延出したストッパー６が設けられていることによって、ダイヤフラム４に生じた引張応力Ｔにより懸架部３の切欠き孔３ａで囲まれた部分が下方に変形して、ダイヤフラム４の引張応力Ｔを緩和させるとともに、ストッパー６の外周端４ａを基板１ａに当接させて、バックプレート２とダイヤフラム４の隙間Ｈ１を所定の間隔で保持することができる。これにより、一定感度のコンデンサマイクロホンＣを提供することが可能になる。

なお、本発明は、上記の第３実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、ストッパー６の外周端４ａが基板１ａに当接されて、バックプレート２とダイヤフラム４の隙間Ｈ１を所定の間隔に保つことができるものとしたが、第２実施形態と同様に、例えば図２２及び図２３に示すように、外周縁部４ｂ（ストッパー６）に下方に突出し略半球状を呈する当接部６ｂを形成して、この当接部ｂを基板１ａの上面１ｄに当接させることによって、バックプレート２とダイヤフラム４の隙間Ｈ１を所定の間隔で保持するようにしてもよい。そして、このようにした場合においても、上記と同様の効果を得ることができる。

本発明の第１実施形態に係るコンデンサマイクロホンの平面図である。 図１のＸ−Ｘ線矢視図である。 本発明の第１実施形態に係るコンデンサマイクロホンの製造工程において、基板上に酸化膜及び導電膜を形成した状態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るコンデンサマイクロホンの製造工程において、酸化膜上の導電膜を所定の形状に形成した後に、酸化膜を積層し導電膜を埋設させた状態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るコンデンサマイクロホンの製造工程において、酸化膜に孔部を形成した状態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るコンデンサマイクロホンの製造工程において、酸化膜上に窒化シリコンを積層させた状態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るコンデンサマイクロホンの製造工程において、ストッパーを形成した後に、酸化膜上に導電膜を形成した状態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るコンデンサマイクロホンの製造工程において、酸化膜上の導電膜を所定の形状に形成し、固定電極及び懸架部を形成した状態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るコンデンサマイクロホンの製造工程において、基板をエッチング処理して内孔を形成した状態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るコンデンサマイクロホンの製造工程において、固定電極の通孔及び基板の内孔からエッチング液を供給して酸化膜を溶解除去した状態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るコンデンサマイクロホンの変形例を示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係るコンデンサマイクロホンの平面図である。 図１２のＸ−Ｘ線矢視図である。 本発明の第２実施形態に係るコンデンサマイクロホンの製造工程において、基板上に酸化膜及び導電膜を形成した状態を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係るコンデンサマイクロホンの製造工程において、酸化膜上の導電膜を所定の形状に形成した後に、酸化膜を積層し導電膜を埋設させた状態を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係るコンデンサマイクロホンの製造工程において、基板をエッチング処理して内孔を形成した状態を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係るコンデンサマイクロホンの製造工程において、固定電極の通孔及び基板の内孔からエッチング液を供給して酸化膜を溶解除去した状態を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係るコンデンサマイクロホンの変形例を示す平面図である。 図１８のＸ−Ｘ線矢視図である。 本発明の第３実施形態に係るコンデンサマイクロホンの平面図である。 図２０のＸ−Ｘ線矢視図である。 本発明の第３実施形態に係るコンデンサマイクロホンの変形例を示す平面図である。 図２２のＸ−Ｘ線矢視図である。 従来のコンデンサマイクロホンの平面図である。 図２４のＸ−Ｘ線矢視図である。

符号の説明

１・・・支持部、１ａ・・・基板（単結晶シリコン基板）、１ｂ・・・酸化膜、１ｃ・・・上端、１ｄ・・・上面、１ｅ・・・突部、２・・・バックプレート（固定電極）、２ａ・・・通孔、２ｂ・・・凹部、２ｃ・・・外周端、３・・・懸架部、３ａ・・・切欠き部（切欠き孔）、４・・・ダイヤフラム（振動板）、４ａ・・・外周端、４ｂ・・・外周縁部、５・・・柱部、６・・・ストッパー、６ａ・・・孔部、６ｂ・・・当接部、１０・・・バイアス電源回路、１１・・・抵抗回路、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ・・・コンデンサマイクロホン、Ａ１・・・感音部、Ａ２・・・検出部、Ｏ１・・・軸線

Claims (7)

1. 環状の支持部の内孔内に設けられた振動板と、外周端側が前記支持部に固着されて前記内孔を覆うように設けられるとともに前記振動板と隙間をあけた状態で略平行に設けられた固定電極と、一端が前記支持部に固着され、他端が内側に延出して片持ち状態で支持された懸架部と、前記懸架部及び前記振動板に固着されて前記振動板を吊り下げ状態で支持する柱部とを備え、前記懸架部が変形し前記柱部の傾斜移動を許容することよって前記振動板に生じた引張応力を緩和するコンデンサマイクロホンにおいて、
   前記懸架部の変形及び前記柱部の傾斜移動に伴って変化する前記固定電極と前記振動板の隙間を規制するためのストッパーが具備されていることを特徴とするコンデンサマイクロホン。
2. 請求項１記載のコンデンサマイクロホンにおいて、
   前記ストッパーが、前記固定電極から前記振動板に向けて、または前記振動板から前記固定電極に向けて突設されていることを特徴とするコンデンサマイクロホン。
3. 請求項１または請求項２に記載のコンデンサマイクロホンにおいて、
   前記支持部の内孔が略円形に形成され、前記柱部及び前記懸架部が前記内孔の軸線を中心とした周方向に間隔をあけて複数並設されるとともに、前記ストッパーが、前記懸架部よりも径方向内側に設けられていることを特徴とするコンデンサマイクロホン。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のコンデンサマイクロホンにおいて、
   前記支持部の内孔が略円形に形成され、前記柱部及び前記懸架部が前記軸線を中心とした周方向に間隔をあけて複数並設されるとともに、前記ストッパーが、周方向に隣り合う前記懸架部同士の間に設けられていることを特徴とするコンデンサマイクロホン。
5. 請求項１記載のコンデンサマイクロホンにおいて、
   前記支持部には、前記内孔を縮径するように内側に突出する突部が設けられ、前記振動板は、前記柱部よりも外側に延出した外周縁部を備えており、前記外周縁部が、前記振動板に生じた引張応力を緩和する前記柱部の傾斜移動に伴って前記突部に向けて変形し、前記外周縁部の外周端が前記突部に当接されることによって前記固定電極と前記振動板の隙間を規制する前記ストッパーを構成していることを特徴とするコンデンサマイクロホン。
6. 請求項１記載のコンデンサマイクロホンにおいて、
   前記支持部には、前記内孔を縮径するように内側に突出する突部が設けられ、前記振動板が前記柱部よりも外側に延出した外周縁部を備えるとともに、該外周縁部には、前記突部に向けて突出する当接部が設けられており、前記外周縁部が、前記振動板に生じた引張応力を緩和する前記柱部の傾斜移動に伴って前記突部に向けて変形するとともに前記当接部が前記突部に当接されて前記固定電極と前記振動板の隙間を規制する前記ストッパーを構成していることを特徴とするコンデンサマイクロホン。
7. 請求項５または請求項６に記載のコンデンサマイクロホンにおいて、
   前記懸架部には、平面視で該懸架部に固着された前記柱部の一端を囲むように切り欠かれた切欠き部が設けられ、前記柱部が傾斜移動する際に前記切欠き部で囲まれた部分が変形するように形成されていることを特徴とするコンデンサマイクロホン。
   
   

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