JP2007295516A - Condenser microphone - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a condenser microphone having an improved vibration characteristic of a diaphragm by a simple manufacturing process, reduced parasitic capacitance, and an improved sensitivity. <P>SOLUTION: The diaphragm 10 is structured such that it is formed to be a gear shape including a center portion 12 and arms 14 and tips of the arms 14 are suspended by spacers 52 and suspension portions 20b or the like. A back plate 20 is also formed to be a gear shape including a center portion 22 and six arms 24. The center portion 22 of the back plate 20 concentrically corresponds to the center portion 12 of the diaphragm 10, and the radius of the center portion 22 is smaller than the radius of the center portion 12. Further, the arms 14 of the diaphragm 10, and the arms 24 of the back plate 20 have no correspondence relationship with each other. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、コンデンサマイクロホンに係り、特にMEMSセンサとしての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 as a MEMS sensor.

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、音波によって振動するダイヤフラム及びプレートが可動電極及び固定電極を形成し、これらダイヤフラム及びプレート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。即ち、ダイヤフラム及びプレートがコンデンサの対向電極を形成している。   Conventionally, a condenser microphone that can be manufactured by applying a semiconductor device manufacturing process is known. In the condenser microphone, a diaphragm and a plate that are vibrated by sound waves form a movable electrode and a fixed electrode, and the diaphragm and the plate are supported in a state of being separated from each other by an insulating spacer. That is, the diaphragm and the plate form the counter electrode of the capacitor.

このようなコンデンサマイクロホンでは、音波によってダイヤフラムが振動すると、その変位によりコンデンサの静電容量が変化し、その容量変化が電気信号に変換されて出力される。コンデンサマイクロホンの感度は、対向電極間の距離に対するダイヤフラムの変位の割合を大きくすること、即ちダイヤフラムの振動特性を改善することにより、また、コンデンサの容量変化になんら寄与しない寄生容量を低減することにより向上する。   In such a condenser microphone, when the diaphragm vibrates due to sound waves, the capacitance of the capacitor changes due to the displacement, and the change in capacitance is converted into an electrical signal and output. The sensitivity of the condenser microphone is increased by increasing the ratio of the diaphragm displacement to the distance between the counter electrodes, that is, by improving the vibration characteristics of the diaphragm, and by reducing the parasitic capacitance that does not contribute to the capacitance change of the capacitor. improves.

非特許文献1には、プレート及び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、ダイヤフラムの全周囲がスペーサに固定されているため、ダイヤフラムに音波が伝搬すると、ダイヤフラムの振動による変位は中央部で大きいものの、スペーサに固定されている外周では極めて小さい。この結果、ダイヤフラムの振動が効率よく容量変化として検知されるのは主にダイヤフラムの中央部であって、ダイヤフラムの外周部は殆ど寄生容量を生じるのみである。そして、この寄生容量はコンデンサマイクロホンの感度を低下させる要因となっている。   Non-Patent Document 1 discloses a condenser microphone in which each of a plate and a diaphragm is formed of a conductive thin film. However, since the entire periphery of the diaphragm is fixed to the spacer, when a sound wave propagates to the diaphragm, the displacement due to the vibration of the diaphragm is large at the center, but is extremely small at the outer periphery fixed to the spacer. As a result, the vibration of the diaphragm is efficiently detected as a change in capacitance mainly at the central portion of the diaphragm, and the outer peripheral portion of the diaphragm produces only parasitic capacitance. This parasitic capacitance is a factor that reduces the sensitivity of the condenser microphone.

特許文献1、2には、ダイヤフラムの支持部分にスプリングとして働く構造を設けることにより、ダイヤフラムの振動特性を改善し、感度を向上させたコンデンサマイクロホンが開示されている。具体的には、ダイヤフラムにスリットを設けて、そのスリットに挟まれた領域にスプリング機能を持たせている。しかし、このスプリング機能を持たせた領域を含めてダイヤフラムの全体に対応するプレートが配設されているため、ダイヤフラムの振動による変位が小さい領域ではやはり寄生容量を生じ、コンデンサマイクロホンの感度低下の要因となる。   Patent Documents 1 and 2 disclose condenser microphones in which vibration characteristics of the diaphragm are improved and sensitivity is improved by providing a structure that acts as a spring in the support portion of the diaphragm. Specifically, the diaphragm is provided with a slit, and a region sandwiched between the slits has a spring function. However, since the plate corresponding to the entire diaphragm including the region with the spring function is arranged, parasitic capacitance is also generated in the region where the displacement due to the diaphragm vibration is small, which causes a decrease in sensitivity of the condenser microphone. It becomes.

特許文献3には、可動電極をなすダイヤフラムに対向するプレートを絶縁性材料によって形成し、このプレートのダイヤフラムに対する対向面(以下、「ダイヤフラム対向面」という)のうち、ダイヤフラムの中央部に対応する部分のみに背面電極を設けることにより、ダイヤフラムの中央部のみの容量変化を効率的に検知し、ダイヤフラムの外周部での寄生容量を低減して、感度を向上させたコンデンサマイクロホンが開示されている。しかし、絶縁性材料からなるプレートのダイヤフラム対向面の一定部分のみに背面電極を設ける必要があるため、製造工程が複雑となり、製造歩留まりが低下して、製造コストが増大するという問題がある。また、ダイヤフラムとプレートとの間に介在する犠牲層をエッチング除去して空隙を形成する工程においては、プレートの背面電極を固定している絶縁性材料も少なからずエッチングされることから、この対策を製造プロセスに組み入れる必要が生じるため、更に製造コストの増大を招くことになる。   In Patent Document 3, a plate facing a diaphragm forming a movable electrode is formed of an insulating material, and a surface of the plate facing the diaphragm (hereinafter referred to as “diaphragm facing surface”) corresponds to a central portion of the diaphragm. A condenser microphone is disclosed in which a back electrode is provided only at a portion so that a capacitance change only at the center portion of the diaphragm can be efficiently detected, and a parasitic capacitance at the outer peripheral portion of the diaphragm is reduced to improve sensitivity. . However, since it is necessary to provide the back electrode only on a certain portion of the diaphragm facing surface of the plate made of an insulating material, there is a problem that the manufacturing process becomes complicated, the manufacturing yield decreases, and the manufacturing cost increases. In addition, in the step of etching away the sacrificial layer interposed between the diaphragm and the plate to form a gap, the insulating material that fixes the back electrode of the plate is also etched to some extent. Since it becomes necessary to be incorporated into the manufacturing process, the manufacturing cost is further increased.

電気学会MSS−01−34The Institute of Electrical Engineers of Japan MSS-01-34 特開平9−508777JP 9-508777 A 米国特許第4776019号US Patent No. 4776019 特表2004−506394Special table 2004-506394

本発明は、製造工程を複雑にすることなく、ダイヤフラムの振動特性を改善し、コンデンサの寄生容量を低減して、マイクロホン感度を向上させた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 condenser microphone that improves the vibration characteristics of the diaphragm, reduces the parasitic capacitance of the condenser, and improves the microphone sensitivity without complicating the manufacturing process.

(1)上記の目的を達成するためのコンデンサマイクロホンは、中央部と前記中央部から外側に放射状に延びる複数の腕部とを有し、音波を受けて振動する導電性のダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに対向して設けられている導電性のプレートと、前記ダイヤフラムに対して前記プレートの反対側に設けられ、前記ダイヤフラムに前記プレートの反対側から加わる圧力を緩和するためのキャビティを形成している基板と、前記ダイヤフラムの複数の前記腕部の先端部に下端面が接合されているスペーサと、前記スペーサの上端面に内側端部が接合されている懸架部と、前記懸架部の外側端部を前記基板上に支持する絶縁性の第1支持部と、前記プレートの外縁部を前記基板上に支持する絶縁性の第2支持部と、を有し、前記ダイヤフラムの前記中央部と前記プレートとの間に空隙を形成している支持手段と、を備える。
このようなコンデンサマイクロホンにおいては、ダイヤフラムが中央部とその中央部から外側に放射状に延びる複数の腕部とを有する特異な平面形状をなしているため、音波に対するダイヤフラムの振動特性が良好になる。また、ダイヤフラムが、第1支持部によって基板上に支持された懸架部からスペーサを介して吊り下げられている構造となっているため、ダイヤフラムの応力が緩和され、その振動特性が更に改善される。また、互いに対向するダイヤフラムとプレートとの間において、少なくともダイヤフラムの複数の腕部に挟まれた切り欠き部では対応関係を生じないため、その部分での寄生容量は生じず、全体として寄生容量は減少する。また、ダイヤフラム及びプレートの双方が導電性材料から形成されるため、絶縁性材料からなるプレートのダイヤフラム対向面の一定部分のみに電極を設けるような複雑な製造工程は必要でなく、製造工程の簡略化が図れる。従って、製造工程を複雑にすることなく、ダイヤフラムの振動特性を改善し、コンデンサの寄生容量を低減して、マイクロホン感度を向上させることができる。
尚、本願明細書において、ダイヤフラムとプレートとが「対向」するとは、ダイヤフラムを含む平面とプレートを含む平面とが平行又は略平行な位置関係にあることを意味し、また、「対応」関係にあるとは、ダイヤフラムのある部分とプレートのある部分とが重なり合う位置関係にあることを意味する。
(1) A condenser microphone for achieving the above object has a central portion and a plurality of arm portions extending radially outward from the central portion, and a conductive diaphragm that vibrates in response to sound waves, and the diaphragm And a conductive plate provided opposite to the diaphragm and a cavity provided on the opposite side of the plate to relieve pressure applied to the diaphragm from the opposite side of the plate. A substrate, a spacer having a lower end surface bonded to the tip end portions of the plurality of arm portions of the diaphragm, a suspension portion having an inner end portion bonded to the upper end surface of the spacer, and an outer end portion of the suspension portion; An insulating first support portion for supporting the outer peripheral portion of the plate on the substrate, and an insulating second support portion for supporting an outer edge portion of the plate on the substrate. Comprising serial central portion and a support means forming a gap between said plate.
In such a condenser microphone, since the diaphragm has a unique planar shape having a central portion and a plurality of arms extending radially outward from the central portion, the vibration characteristics of the diaphragm with respect to sound waves are improved. In addition, since the diaphragm is suspended from the suspension part supported on the substrate by the first support part via the spacer, the stress of the diaphragm is relieved and the vibration characteristics are further improved. . In addition, since there is no correspondence between the diaphragm and the plate facing each other, at least in the notch portion sandwiched between the plurality of diaphragm arm portions, there is no parasitic capacitance in that portion, and the parasitic capacitance as a whole is Decrease. In addition, since both the diaphragm and the plate are formed of a conductive material, a complicated manufacturing process is not required, in which an electrode is provided only on a certain portion of the diaphragm facing surface of the plate made of an insulating material, and the manufacturing process is simplified. Can be achieved. Therefore, without making the manufacturing process complicated, the vibration characteristics of the diaphragm can be improved, the parasitic capacitance of the capacitor can be reduced, and the microphone sensitivity can be improved.
In the specification of the present application, “diaphragm” and “plate” mean that the plane including the diaphragm and the plane including the plate are in a parallel or substantially parallel positional relationship, and the “corresponding” relationship. “Present” means that a certain part of the diaphragm and a certain part of the plate are in a positional relationship overlapping each other.

(2)上記のコンデンサマイクロホンにおいて、前記プレートは、中心から外縁までの距離が前記ダイヤフラムの前記中央部の中心から前記腕部の先端までの距離よりも短いことが好適である。
この場合、プレートの外縁より外側に位置するダイヤフラムの少なくとも腕部の一部を含む部分でも、ダイヤフラムとプレートとの対応関係を生じないため、その部分での寄生容量は生じず、全体としての寄生容量は更に減少する。また、プレートの平面形状をダイヤフラムと比較して相対的に小さくすることが可能になるため、プレートの剛性が相対的に高まり、その結果、マイクロホン動作の安定性を劣化させることなく、ダイヤフラムを大きくすることができる。従って、コンデンサの寄生容量の更なる低減とダイヤフラムの振動特性の更なる改善を実現して、マイクロホン感度を向上させることができる。
(2) In the condenser microphone described above, it is preferable that the distance from the center to the outer edge of the plate is shorter than the distance from the center of the central portion of the diaphragm to the tip of the arm portion.
In this case, since the correspondence between the diaphragm and the plate does not occur even in the portion including at least a part of the arm portion of the diaphragm located outside the outer edge of the plate, the parasitic capacitance does not occur in the portion, and the entire parasitic capacitance is generated. The capacity is further reduced. Also, since the planar shape of the plate can be made relatively small compared to the diaphragm, the rigidity of the plate is relatively increased. As a result, the diaphragm can be enlarged without degrading the stability of the microphone operation. can do. Accordingly, the microphone sensitivity can be improved by further reducing the parasitic capacitance of the capacitor and further improving the vibration characteristics of the diaphragm.

(3)上記のコンデンサマイクロホンにおいて、前記プレートは、前記ダイヤフラムの前記腕部に対応する部分が切り欠かれていることが好適である。
この場合、プレートとダイヤフラムの腕部との間では寄生容量が生じず、プレートとダイヤフラムの中央部との間において主要に静電容量が生じるため、全体としての寄生容量が大幅に減少する。従って、コンデンサの寄生容量の更なる低減を実現して、マイクロホン感度を向上させることができる。
(3) In the above condenser microphone, it is preferable that a portion of the plate corresponding to the arm portion of the diaphragm is notched.
In this case, no parasitic capacitance is generated between the plate and the arm portion of the diaphragm, and electrostatic capacitance is mainly generated between the plate and the central portion of the diaphragm, so that the overall parasitic capacitance is greatly reduced. Therefore, the microphone sensitivity can be improved by further reducing the parasitic capacitance of the capacitor.

(4)上記のコンデンサマイクロホンにおいて、前記第2支持部は、前記ダイヤフラムの複数の前記腕部の間に位置していることが好適である。
この場合、プレートの外縁部を支える第2支持部がダイヤフラムの複数の腕部の間、即ち複数の腕部に挟まれた切り欠き部に位置することから、プレートの平面形状がダイヤフラムと比較して相対的に小さくなるため、プレートの剛性が相対的に高まり、その結果、マイクロホン動作の安定性を劣化させることなく、ダイヤフラムを大きくすることができる。更に、ダイヤフラム及びプレートをそれぞれ基板上に支持する構造となっていることから、特に複雑な製造工程を必要とすることもない。従って、製造工程を複雑にすることなく、ダイヤフラムの振動特性の更なる改善を実現して、マイクロホン感度を向上させることができる。
(4) In the condenser microphone, it is preferable that the second support portion is located between the plurality of arm portions of the diaphragm.
In this case, since the second support portion that supports the outer edge portion of the plate is located between the plurality of arm portions of the diaphragm, that is, in the cutout portion sandwiched between the plurality of arm portions, the planar shape of the plate is compared with that of the diaphragm. Accordingly, the rigidity of the plate is relatively increased. As a result, the diaphragm can be enlarged without deteriorating the stability of the microphone operation. Furthermore, since the diaphragm and the plate are each supported on the substrate, a particularly complicated manufacturing process is not required. Therefore, the diaphragm sensitivity can be further improved without complicating the manufacturing process, and the microphone sensitivity can be improved.

(5)上記のコンデンサマイクロホンにおいて、前記懸架部は、前記プレートと同一材料からなり、前記プレートと同時的に形成されたものであることが好適である。
この場合、懸架部を形成するために独立した工程を必要とせず、プレートを形成する工程において、同時的に懸架部を形成することが可能となる。従って、製造工程が複雑になることを回避することができる。
(5) In the above condenser microphone, it is preferable that the suspension portion is made of the same material as the plate and is formed simultaneously with the plate.
In this case, an independent process is not required to form the suspension part, and the suspension part can be formed simultaneously in the process of forming the plate. Therefore, it is possible to avoid a complicated manufacturing process.

(6)上記のコンデンサマイクロホンにおいて、前記懸架部に、複数の通孔が設けられていることが好適である。
この場合、複数の通孔が設けられている分だけ懸架部の剛性が低くなり、ダイヤフラムの振動の際の懸架部における変形が容易になって中央部における変位が大きくなるため、ダイヤフラムの振動特性が更に良好になる。また、これら懸架部に設けられた複数の通孔は、コンデンサマイクロホンの製造工程において、プレートとダイヤフラムとの間に介在する犠牲層をエッチング除去し、その間に空隙を形成する際に、エッチング液の進入孔としても機能する。従って、製造工程を簡略化することに寄与することができる。
(6) In the above condenser microphone, it is preferable that a plurality of through holes are provided in the suspension portion.
In this case, the rigidity of the suspension part is lowered by the amount of the plurality of through holes provided, the deformation in the suspension part during vibration of the diaphragm is facilitated, and the displacement in the center part is increased. Becomes even better. In addition, the plurality of through holes provided in the suspension portions are used to remove etching solution when the sacrificial layer interposed between the plate and the diaphragm is removed by etching and a gap is formed therebetween in the condenser microphone manufacturing process. Also functions as an entrance hole. Therefore, it can contribute to simplifying the manufacturing process.

(7)上記のコンデンサマイクロホンにおいて、前記基板の前記キャビティの周囲部分と前記ダイヤフラムとによって、複数の前記腕部間の音響抵抗よりも高い音響抵抗が形成されていることが好適である。
この場合、ダイヤフラムが複数の腕部とを有する平面形状をなしていても、基板のキャビティの周囲部分とダイヤフラムとによって、複数の腕部間の音響抵抗よりも高い音響抵抗が形成されているため、ダイヤフラムに達した音波がその複数の腕部間を通り抜けにくい。
(7) In the condenser microphone, it is preferable that an acoustic resistance higher than an acoustic resistance between the plurality of arms is formed by a peripheral portion of the cavity of the substrate and the diaphragm.
In this case, even if the diaphragm has a planar shape having a plurality of arm portions, the acoustic resistance higher than the acoustic resistance between the plurality of arm portions is formed by the peripheral portion of the cavity of the substrate and the diaphragm. The sound waves that reach the diaphragm are unlikely to pass between the arms.

(8)上記のコンデンサマイクロホンにおいて、前記キャビティは、前記ダイヤフラムの外縁の内側に沿って形成されている開口部を有することが好適である。
この場合、キャビティは、その開口部がダイヤフラムのほぼ全体に対応していることにより十分な容積を持ち、その結果、キャビティの空気ばね定数は十分に小さくなるため、ダイヤフラムの振動特性を良好に維持することが可能である。従って、マイクロホン感度を向上させることができる。また、キャビティの開口部はダイヤフラムの外縁の内側に沿って形成されていることから、キャビティ周囲の基板とダイヤフラムとの間に通路が形成され、この通路によってダイヤフラムの複数の腕部間の音響抵抗よりも高い音響抵抗が形成されるため、ダイヤフラムに達した音波がその複数の腕部間を通り抜けにくい。
(8) In the above condenser microphone, it is preferable that the cavity has an opening formed along the inner side of the outer edge of the diaphragm.
In this case, the cavity has a sufficient volume because its opening corresponds to almost the entire diaphragm, and as a result, the air spring constant of the cavity becomes sufficiently small, so that the vibration characteristics of the diaphragm are maintained well. Is possible. Therefore, the microphone sensitivity can be improved. In addition, since the opening of the cavity is formed along the inside of the outer edge of the diaphragm, a passage is formed between the substrate around the cavity and the diaphragm, and the acoustic resistance between the arms of the diaphragm is formed by this passage. Since a higher acoustic resistance is formed, the sound wave reaching the diaphragm is less likely to pass between the plurality of arms.

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。各実施例において同一の符号が付された構成要素は、その符号が付された他の実施例の構成要素と対応する。
(第一実施例)
図1Aは第一実施例に係るコンデンサマイクロホンの構成を模式的に示す平面図、図1Bは図1AのA−A'線断面図、図1Cは図1AのB−B'線断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below based on a plurality of examples. In each of the embodiments, the component having the same reference sign corresponds to the component of the other embodiment having the reference sign.
(First Example)
1A is a plan view schematically showing the configuration of the condenser microphone according to the first embodiment, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 1A, and FIG. 1C is a cross-sectional view taken along line BB ′ in FIG. .

図1A、図1B、図1Cに示すように、コンデンサマイクロホンは、コンデンサの対向電極を構成するダイヤフラム10及びプレートとしてのバックプレート20、これらダイヤフラム10及びバックプレート20を絶縁しながら支持する支持手段が設けられた支持基板30等を有している。   As shown in FIG. 1A, FIG. 1B, and FIG. 1C, the condenser microphone has a diaphragm 10 that constitutes a counter electrode of the condenser, a back plate 20 as a plate, and a supporting means that supports the diaphragm 10 and the back plate 20 while insulating them. The support substrate 30 provided is provided.

ダイヤフラム10は、例えばP(リン)が不純物として添加されたポリシリコンを材料とする導電性の薄膜からなり、円盤状の中央部12とその中央部12から外側に放射状に延びる例えば6本の腕部14とを有する略歯車形状をなしている。ここで、ダイヤフラム10の厚さは0.5μm程度であり、その中央部12の半径は0.35mm程度であり、腕部14の長さは0.15mm程度である。   The diaphragm 10 is made of a conductive thin film made of polysilicon doped with, for example, P (phosphorus) as an impurity, and has a disk-shaped central portion 12 and, for example, six arms extending radially outward from the central portion 12. A substantially gear shape having a portion 14 is formed. Here, the thickness of the diaphragm 10 is about 0.5 μm, the radius of the central portion 12 is about 0.35 mm, and the length of the arm portion 14 is about 0.15 mm.

バックプレート20は、ダイヤフラム10との間に所定の間隔、例えば4μm程度の間隔の空隙40をおいて平行に配置されている。このバックプレート20も、例えばPが添加されたポリシリコンを材料とする導電性の薄膜からなり、円盤状の中央部22とその中央部22から外側に放射状に延びる例えば6本の腕部24とを有する略歯車形状をなしている。その中央部22及び6本の腕部24には、多数の通孔26が連続的に設けられている。これらの通孔26は、外部からの音波を通過させてダイヤフラム10に到達させるための音響ホールとして機能するものである。ここで、バックプレート20の厚さは1.5μm程度、その中央部22の半径は0.3mm程度、腕部24の長さは0.1mm程度である。   The back plate 20 is disposed in parallel with the diaphragm 10 with a gap 40 having a predetermined interval, for example, an interval of about 4 μm. The back plate 20 is also made of a conductive thin film made of polysilicon doped with P, for example, and has a disk-like central portion 22 and, for example, six arm portions 24 extending radially outward from the central portion 22. Has a substantially gear shape. A large number of through holes 26 are continuously provided in the central portion 22 and the six arm portions 24. These through holes 26 function as acoustic holes for allowing sound waves from the outside to pass through to reach the diaphragm 10. Here, the thickness of the back plate 20 is about 1.5 μm, the radius of the central portion 22 is about 0.3 mm, and the length of the arm portion 24 is about 0.1 mm.

尚、バックプレート20の中央部22は、ダイヤフラム10と同心円状に配置され、且つ、バックプレート20の中央部22の半径は、ダイヤフラム10の中央部12の半径よりも小さい。また、バックプレート20の6本の腕部24は、ダイヤフラム10の6本の腕部14に挟まれた6箇所の切り欠き部に対応する位置にある。逆に、ダイヤフラム10の6本の腕部14は、バックプレート20の6本の腕部24に挟まれた6箇所の切り欠き部に対応する位置にある。そして、バックプレート20の中央部22の中心から腕部24の先端までの距離は、ダイヤフラム10の中央部12の半径よりも長く、且つ、ダイヤフラム10の中央部12の中心から腕部14の先端までの距離よりも短い。   The central portion 22 of the back plate 20 is disposed concentrically with the diaphragm 10, and the radius of the central portion 22 of the back plate 20 is smaller than the radius of the central portion 12 of the diaphragm 10. Further, the six arm portions 24 of the back plate 20 are located at positions corresponding to the six notch portions sandwiched between the six arm portions 14 of the diaphragm 10. Conversely, the six arm portions 14 of the diaphragm 10 are at positions corresponding to the six cutout portions sandwiched between the six arm portions 24 of the back plate 20. The distance from the center of the center portion 22 of the back plate 20 to the tip of the arm portion 24 is longer than the radius of the center portion 12 of the diaphragm 10 and the center of the center portion 12 of the diaphragm 10 to the tip of the arm portion 14. Shorter than the distance to.

ダイヤフラム10の6本の腕部14の先端部には、絶縁性のスペーサ52の下端面が接合されている。このスペーサ52の上端面には、懸架部20bの内側端部が接合されている。この懸架部20bは、プレート20と同一材料、即ち導電性のポリシリコン薄膜からなり、プレート20と同時的に形成されるものである。そして、その外側端部は、ダイヤフラム10の略歯車形状の外縁の外側を円周状に取り巻く帯形状をなしている。この懸架部20bの外側端部は、絶縁性の第1支持部54bによって支持基板30上に支えられている。懸架部20bのスペーサ52と第1支持部54bとに挟まれた部分には、複数の通孔26aが設けられている。また、バックプレート20の6本の腕部24の先端部は、ダイヤフラム10の6本の腕部14に挟まれた6箇所の切り欠き部に位置する絶縁性の第2支持部54によって支持基板30上に支えられている。これら絶縁性のスペーサ52及び第1支持部54bは、例えばシリコン酸化膜からなる。   The lower end surface of the insulating spacer 52 is joined to the distal ends of the six arm portions 14 of the diaphragm 10. The inner end portion of the suspension portion 20b is joined to the upper end surface of the spacer 52. The suspension portion 20 b is made of the same material as the plate 20, that is, a conductive polysilicon thin film, and is formed simultaneously with the plate 20. And the outer side edge part has comprised the strip | belt shape which surrounds the outer side of the substantially gear-shaped outer edge of the diaphragm 10 circularly. The outer end portion of the suspension portion 20b is supported on the support substrate 30 by an insulating first support portion 54b. A plurality of through holes 26a are provided in a portion sandwiched between the spacer 52 and the first support portion 54b of the suspension portion 20b. Further, the front end portions of the six arm portions 24 of the back plate 20 are supported by the insulating second support portions 54 located at the six cutout portions sandwiched between the six arm portions 14 of the diaphragm 10. 30 is supported. The insulating spacer 52 and the first support portion 54b are made of, for example, a silicon oxide film.

バックプレート20を支持する第2支持部54は、絶縁膜541、543と導電膜542とからなる。絶縁膜541、543は例えばシリコン酸化膜からなる。導電膜542は、導電膜であるダイヤフラム10と同時に形成されることが望ましく、例えばP(リン)が不純物として添加されたポリシリコンからなる。導電膜542は、後述するように、バックプレート20または基板30と同一電位に設定され、コンデンサマイクロホンの寄生容量を低減するためのガード電極として機能する。尚、導電膜542を省略しても良い。   The second support portion 54 that supports the back plate 20 includes insulating films 541 and 543 and a conductive film 542. The insulating films 541 and 543 are made of, for example, a silicon oxide film. The conductive film 542 is preferably formed simultaneously with the diaphragm 10 which is a conductive film, and is made of, for example, polysilicon to which P (phosphorus) is added as an impurity. As will be described later, the conductive film 542 is set to the same potential as the back plate 20 or the substrate 30 and functions as a guard electrode for reducing the parasitic capacitance of the condenser microphone. Note that the conductive film 542 may be omitted.

支持基板30は、例えば厚さ500〜600μmのシリコン基板からなり、ダイヤフラム10の略歯車形状に対応する位置に、支持基板30を貫通してダイヤフラム10に達する開口部からなるキャビティ32が設けられている。このキャビティ32は、ダイヤフラム10の略歯車形状の外縁の内側に沿って形成され、ダイヤフラム10に反プレート側から加わる圧力を緩和するための圧力緩衝室として機能するものである。また、キャビティ32周囲の支持基板30とダイヤフラム10とによって、ダイヤフラム10の腕部14間の音響抵抗よりも高い音響抵抗を形成する通路34が設けられている。そしてこの通路34の高さH(即ち、ダイヤフラム10と支持基板30との間隔)及び長さL(即ち、ダイヤフラム10の略歯車形状の外縁からキャビティ32の端部までの距離)によって音響抵抗を制御し、ダイヤフラム10の腕部14間の音響抵抗よりも高い音響抵抗を形成して、ダイヤフラム10に達した音波がその複数の腕部14間を通り抜けて漏れてしまわないようにしている。ここで、通路34の高さHは、例えば2μmであり、その長さLは、例えば15μmmである。   The support substrate 30 is made of, for example, a silicon substrate having a thickness of 500 to 600 μm, and a cavity 32 including an opening that penetrates the support substrate 30 and reaches the diaphragm 10 is provided at a position corresponding to the substantially gear shape of the diaphragm 10. Yes. The cavity 32 is formed along the inside of the substantially gear-shaped outer edge of the diaphragm 10 and functions as a pressure buffering chamber for relieving the pressure applied to the diaphragm 10 from the side opposite to the plate. Further, the support substrate 30 around the cavity 32 and the diaphragm 10 are provided with a passage 34 that forms an acoustic resistance higher than the acoustic resistance between the arm portions 14 of the diaphragm 10. The acoustic resistance is controlled by the height H of the passage 34 (that is, the distance between the diaphragm 10 and the support substrate 30) and the length L (that is, the distance from the substantially gear-shaped outer edge of the diaphragm 10 to the end of the cavity 32). By controlling, an acoustic resistance higher than the acoustic resistance between the arm portions 14 of the diaphragm 10 is formed, so that the sound wave reaching the diaphragm 10 does not leak through the plurality of arm portions 14. Here, the height H of the passage 34 is, for example, 2 μm, and the length L thereof is, for example, 15 μm.

図4Aは、ダイヤフラム10とバックプレート20との間の静電容量の変化を電気信号として検出する検出回路を説明するための回路図である。
ダイヤフラム10にはチャージポンプCP等によって安定したバイアス電圧が印加される。バックプレート20とダイヤフラム10の容量変化は電圧信号としてアンプAに入力される。基板30とダイヤフラム10とが短絡されているため、図1C、図4Bに示す導電膜542が存在しなければ、バックプレート20と基板30との間に寄生容量が形成される。
FIG. 4A is a circuit diagram for explaining a detection circuit that detects a change in electrostatic capacitance between the diaphragm 10 and the back plate 20 as an electric signal.
A stable bias voltage is applied to the diaphragm 10 by a charge pump CP or the like. Capacitance changes of the back plate 20 and the diaphragm 10 are input to the amplifier A as voltage signals. Since the substrate 30 and the diaphragm 10 are short-circuited, a parasitic capacitance is formed between the back plate 20 and the substrate 30 if the conductive film 542 shown in FIGS. 1C and 4B does not exist.

導電膜542を設ける場合、図4Bに示すようにプリアンプAの出力端を導電膜542に接続し、プリアンプAによってボルテージフォロア回路を構成することにより導電膜542をガード電極として機能させることができる。すなわち、バックプレート20と導電膜542とをボルテージフォロア回路によって同電位に制御することにより、バックプレート20と導電膜542との間に生ずる寄生容量を除去することができる。また基板30とダイヤフラム10とを短絡しておくことにより、導電膜542と基板30との間の容量がプリアンプAの出力と無関係になる。このように導電膜542を設けてガード電極を構成することにより、コンデンサマイクロホンの寄生容量をさらに低減することができる。   In the case where the conductive film 542 is provided, the conductive film 542 can function as a guard electrode by connecting the output terminal of the preamplifier A to the conductive film 542 as shown in FIG. That is, the parasitic capacitance generated between the back plate 20 and the conductive film 542 can be removed by controlling the back plate 20 and the conductive film 542 to the same potential by the voltage follower circuit. Further, by short-circuiting the substrate 30 and the diaphragm 10, the capacitance between the conductive film 542 and the substrate 30 becomes irrelevant to the output of the preamplifier A. Thus, by providing the conductive film 542 to form the guard electrode, the parasitic capacitance of the condenser microphone can be further reduced.

以上のように、第一実施例に係るコンデンサマイクロホンによれば、ダイヤフラム10及びバックプレート20が共に略歯車形状をなし、ダイヤフラム10の中央部12とバックプレート20の中央部22とが対応する位置にある。その一方で、バックプレート20の6本の腕部24はダイヤフラム10の6本の腕部14に挟まれた6箇所の切り欠き部に位置し、ダイヤフラム10の6本の腕部14はバックプレート20の6本の腕部24に挟まれた6箇所の切り欠き部に位置するため、ダイヤフラム10及びバックプレート20の各腕部14,24では対応関係が生じず、その結果、寄生容量が生じない。従って、全体としては、ダイヤフラム10及びバックプレート20の各中央部12、22間において主要に静電容量が生じ、この静電容量がコンデンサの容量変化に寄与する信号容量となる一方、他の部分における寄生容量が大幅に減少するため、マイクロホン感度を大幅に改善することができる。   As described above, according to the condenser microphone according to the first embodiment, the diaphragm 10 and the back plate 20 both have a substantially gear shape, and the central portion 12 of the diaphragm 10 and the central portion 22 of the back plate 20 correspond to each other. It is in. On the other hand, the six arm portions 24 of the back plate 20 are positioned at six cutout portions sandwiched between the six arm portions 14 of the diaphragm 10, and the six arm portions 14 of the diaphragm 10 are the back plate. 20, the arm portions 14 and 24 of the back plate 20 do not have a corresponding relationship, and as a result, parasitic capacitance occurs. Absent. Therefore, as a whole, a capacitance is mainly generated between the central portions 12 and 22 of the diaphragm 10 and the back plate 20, and this capacitance becomes a signal capacitance contributing to the capacitance change of the capacitor, while other portions. Since the parasitic capacitance at is greatly reduced, the microphone sensitivity can be greatly improved.

また、ダイヤフラム10は、その6本の腕部14の先端部がスペーサ52、懸架部20b、及び第1支持部54bによって吊り下げられている構造であり、ダイヤフラム10の中央部12の中心からスペーサ52までの距離がバックプレート20の中央部22の中心から6本の腕部24の先端部を支える第2支持部54までの距離よりも長いため、ダイヤフラムの外縁部が直接に支持基板上に下支えされている構造と比較しても、ダイヤフラム及びバックプレートの平面形状がほぼ同じ場合と比較しても、ダイヤフラム10の振動特性を改善することができる。   The diaphragm 10 has a structure in which the tip ends of the six arm portions 14 are suspended by the spacer 52, the suspension portion 20b, and the first support portion 54b, and the spacer 10 extends from the center of the center portion 12 of the diaphragm 10. Since the distance to 52 is longer than the distance from the center of the central portion 22 of the back plate 20 to the second support portion 54 that supports the tip portions of the six arm portions 24, the outer edge portion of the diaphragm is directly on the support substrate. The vibration characteristics of the diaphragm 10 can be improved even when compared with the structure where the diaphragm is supported and when the planar shapes of the diaphragm and the back plate are substantially the same.

また、バックプレート20は、その中央部22の半径がダイヤフラム10の中央部12の半径よりも小さく、且つ、その中央部22の中心から第2支持部54までの距離がダイヤフラム10の中央部12の中心からスペーサ52までの距離よりも短いため、ダイヤフラム及びバックプレートの平面形状がほぼ同じ場合と比較すると、バックプレート20の剛性は高くなり、マイクロホン動作の安定性を劣化させることなく、ダイヤフラム10を大きくすることができ、ダイヤフラム10の振動特性を改善することができる。
また、懸架部20bに複数の通孔26aが設けられていることにより、その懸架部20bの腕部14の剛性が低下し、振動の際の懸架部20bにおける変形が容易になるため、ダイヤフラム10の振動特性を更に良好することができる。
Further, the back plate 20 has a radius of the central portion 22 smaller than that of the central portion 12 of the diaphragm 10, and a distance from the center of the central portion 22 to the second support portion 54 is the central portion 12 of the diaphragm 10. Since the distance between the center of the diaphragm and the spacer 52 is shorter than the case where the planar shape of the diaphragm and the back plate is substantially the same, the rigidity of the back plate 20 is increased, and the diaphragm 10 does not deteriorate the stability of the microphone operation. And the vibration characteristics of the diaphragm 10 can be improved.
In addition, since the plurality of through holes 26a are provided in the suspension portion 20b, the rigidity of the arm portion 14 of the suspension portion 20b is reduced, and the suspension portion 20b can be easily deformed during vibration. The vibration characteristics can be further improved.

本願発明者らは、上記のような第一実施例に係るコンデンサマイクロホンの効果を確認するため、次の実験及びシミュレーションを行った。
ここで、図2A、図2Bはそれぞれ従来のコンデンサマイクロホンの構成を模式的に示す平面図及び断面図、図3A、図3Bはそれぞれ実験のために用意したコンデンサマイクロホンの構成を模式的に示す平面図及び断面図である。
The inventors of the present application conducted the following experiment and simulation in order to confirm the effect of the condenser microphone according to the first embodiment as described above.
Here, FIGS. 2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view schematically showing the configuration of a conventional condenser microphone, respectively, and FIGS. 3A and 3B are planes schematically showing the configuration of a capacitor microphone prepared for an experiment, respectively. It is a figure and sectional drawing.

図2A、図2Bに示すように、従来構造のコンデンサマイクロホンは、第一実施例のダイヤフラム10の中央部12の中心から腕部14の先端までの距離と同等の半径をもつ円盤状のダイヤフラム100が、その全周囲を第1支持部500によって支持基板300上に支えられている。また、円盤状のバックプレート200が、ダイヤフラム100の全面を覆って配置され、その全周囲を第2支持部540によって支持基板300上に支えられている。   As shown in FIGS. 2A and 2B, the condenser microphone having the conventional structure is a disk-shaped diaphragm 100 having a radius equivalent to the distance from the center of the central portion 12 to the tip of the arm portion 14 of the diaphragm 10 of the first embodiment. However, the entire periphery thereof is supported on the support substrate 300 by the first support portion 500. A disc-shaped back plate 200 is disposed so as to cover the entire surface of the diaphragm 100, and the entire periphery thereof is supported on the support substrate 300 by the second support portion 540.

また、図3A、図3Bに示すように、実験用構造のコンデンサマイクロホンは、上記従来の構造のコンデンサマイクロホンのバックプレート200の周辺部分で、ダイヤフラム100の第1支持部500によって支えられている外周近傍に対応する位置に、寄生容量を低減するための6箇所の切り欠き部700を設けたものである。
そして、これら図2A、図2Bに示す従来構造及び図3A、図3Bに示す実験用構造並びに図1A、図1B、図1Cに示す第一実施例との各コンデンサマイクロホンについて、電極耐圧、振動変位量、及びマイクロホン感度を測定したところ、次の表に示す結果を得た。
Further, as shown in FIGS. 3A and 3B, the condenser microphone of the experimental structure has an outer periphery supported by the first support portion 500 of the diaphragm 100 at the peripheral portion of the back plate 200 of the condenser microphone having the conventional structure. Six cutout portions 700 for reducing parasitic capacitance are provided at positions corresponding to the vicinity.
2A and 2B, the experimental structure shown in FIGS. 3A and 3B, and the condenser microphones of the first embodiment shown in FIGS. 1A, 1B, and 1C, the electrode withstand voltage, the vibration displacement When the amount and the microphone sensitivity were measured, the results shown in the following table were obtained.

Figure 2007295516
Figure 2007295516

ここで、電極耐圧とは、ダイヤフラムと支持基板との間に犠牲酸化膜が介在した状態、即ちダイヤフラム全体を支持基板に固定した状態で、ダイヤフラムとバックプレートとの間に電圧を印加し、静電引力によって変形したバックプレートがダイヤフラムに接触して通電する際の電圧値をいい、バックプレートの強度の目安となるものである。
また、振動変位量とは、ダイヤフラムに所定の音圧を与えたときのダイヤフラムの中央部における変位量をいう。
また、マイクロホン感度は、ダイヤフラムに所定の音圧を与えたときのマイクロホンの出力電圧をいい、次式で表される。
マイクロホン感度
∝振動変位量×電極間印加電圧×{信号容量/(信号容量+寄生容量)}
また、表中の数字は、従来構造のコンデンサマイクロホンの場合の電極耐圧、振動変位量、マイクロホン感度をそれぞれ1.0と規定し、この基準に対する相対値として表示している。
Here, the electrode withstand voltage is a state in which a sacrificial oxide film is interposed between the diaphragm and the support substrate, that is, a state in which the entire diaphragm is fixed to the support substrate, and a voltage is applied between the diaphragm and the back plate. This is the voltage value when the back plate deformed by the attraction force is in contact with the diaphragm and energized, and serves as a measure of the strength of the back plate.
The vibration displacement amount is a displacement amount at the center of the diaphragm when a predetermined sound pressure is applied to the diaphragm.
The microphone sensitivity refers to the output voltage of the microphone when a predetermined sound pressure is applied to the diaphragm, and is expressed by the following equation.
Microphone sensitivity ∝Vibration displacement x Applied voltage between electrodes x {Signal capacitance / (Signal capacitance + Parasitic capacitance)}
The numbers in the table specify the electrode withstand voltage, the vibration displacement amount, and the microphone sensitivity in the case of a conventional condenser microphone as 1.0, and are displayed as relative values with respect to this reference.

上記の表において、実験用構造の電極耐圧が、従来構造の場合の0.8倍に低下している。これは、寄生容量を低減するための切り欠き部121の設置によってバックプレート120の強度が低下したことに起因するものと考えられる。このような電極耐圧の低下はマイクロホン動作の不安定性を招く要因となる。   In the above table, the electrode breakdown voltage of the experimental structure is reduced to 0.8 times that of the conventional structure. This is considered to be due to the fact that the strength of the back plate 120 is reduced due to the installation of the notch 121 for reducing the parasitic capacitance. Such a decrease in electrode breakdown voltage causes instability in microphone operation.

また、第一実施例のバックプレート20が略歯車形状をなし、外周に切り欠き部を設けたものと同等の構造であるにも拘らず、電極耐圧が従来構造の場合の1.2倍に高くなっている。これは、第一実施例のバックプレート20の腕部24の先端部を支える第2支持部54がダイヤフラム10の腕部14に挟まれた切り欠き部に位置し、バックプレート20の中央部22の中心から第2支持部54までの距離が従来構造のダイヤフラム100の中心から第1支持部500までの距離より短くなっており、従ってバックプレート20の剛性が相対的に高くなっていることに起因するものと考えられる。このような電極耐圧の増大は、マイクロホン動作の安定性を高めることに寄与する。   Moreover, although the back plate 20 of the first embodiment has a substantially gear shape and has a structure equivalent to that provided with a notch on the outer periphery, the electrode breakdown voltage is 1.2 times that of the conventional structure. It is high. This is because the second support portion 54 that supports the distal end portion of the arm portion 24 of the back plate 20 of the first embodiment is located in a notch portion sandwiched between the arm portions 14 of the diaphragm 10, and the central portion 22 of the back plate 20. The distance from the center to the second support part 54 is shorter than the distance from the center of the diaphragm 100 having the conventional structure to the first support part 500, and therefore the rigidity of the back plate 20 is relatively high. It is thought to be caused. Such an increase in the electrode breakdown voltage contributes to an increase in the stability of the microphone operation.

また、第一実施例のダイヤフラム10の振動変位量が従来構造の場合の8.0倍に高くなっている。これは、第一実施例のダイヤフラム10が略歯車形状をなし、その腕部14の先端部が支えられている構造であることによる2倍の効果と、更にこの腕部14の先端部を支える構造がスペーサ52や懸架部20等によって吊り下げられている構造であることによる4倍の効果とからなるものであり、ダイヤフラム110の全周囲が下支え構造によって固定されている従来構造と比較して、ダイヤフラム10の振動特性が大幅に改善されていることに起因するものと考えられる。   Further, the vibration displacement amount of the diaphragm 10 of the first embodiment is 8.0 times higher than that in the conventional structure. This is because the diaphragm 10 of the first embodiment has a substantially gear shape and has a structure in which the distal end portion of the arm portion 14 is supported, and further, the distal end portion of the arm portion 14 is supported. Compared to the conventional structure in which the entire periphery of the diaphragm 110 is fixed by the support structure, the structure is a structure that is suspended by the spacer 52, the suspension part 20 or the like. It is considered that this is because the vibration characteristics of the diaphragm 10 are greatly improved.

また、第一実施例のマイクロホン感度が従来構造の場合の12.0倍に高くなっている。これは、第一実施例のダイヤフラム10の振動変位量が従来構造の場合より大幅に高くなっていることに加え、前述したようにダイヤフラム10及びバックプレート20の各中央部12、22間において主要に静電容量が生じる一方、各腕部14,24では対応関係が生じないため寄生容量が生じず、従って全体として寄生容量が大幅に減少していることに起因するものと考えられる。   Further, the microphone sensitivity of the first embodiment is 12.0 times higher than that of the conventional structure. This is because the vibration displacement amount of the diaphragm 10 of the first embodiment is significantly higher than that of the conventional structure, and as described above, it is mainly between the central portions 12 and 22 of the diaphragm 10 and the back plate 20. On the other hand, it is considered that the parasitic capacitance is not generated because no correspondence relationship is generated in each of the arm portions 14 and 24, and the parasitic capacitance is greatly reduced as a whole.

次に、第一実施例に係るコンデンサマイクロホンの製造方法を説明する。
第一実施例に係るコンデンサマイクロホンは、所謂シリコンマイクロホンであって、半導体製造プロセスを用いて製造されるが、基本的には、通常のシリコンマイクロホンの製造方法と同様である。
先ず、例えば単結晶シリコン基板等の半導体基板からなる支持基板30上に、例えばシリコン酸化膜からなる第1絶縁膜(第1犠牲膜)を介して、例えばPが添加されたポリシリコン層からなる第1導電層を形成し、この第1導電層を所定の形状にエッチングして、ダイヤフラム10とガード電極542とを形成する。このダイヤフラム10は、図1Aに示すように、その平面形状が円盤状の中央部12とその中央部12から外側に放射状に延びる6本の腕部14とを有する略歯車形状をなす。
Next, a method for manufacturing the condenser microphone according to the first embodiment will be described.
The condenser microphone according to the first embodiment is a so-called silicon microphone, which is manufactured using a semiconductor manufacturing process, and is basically the same as a normal silicon microphone manufacturing method.
First, for example, a P-doped polysilicon layer is formed on a support substrate 30 made of a semiconductor substrate such as a single crystal silicon substrate via a first insulating film (first sacrificial film) made of a silicon oxide film, for example. A first conductive layer is formed, and the first conductive layer is etched into a predetermined shape to form the diaphragm 10 and the guard electrode 542. As shown in FIG. 1A, the diaphragm 10 has a substantially gear shape having a disk-shaped central portion 12 and six arm portions 14 that radially extend from the central portion 12.

次いで、ダイヤフラム10及び第1絶縁膜上に、例えばシリコン酸化膜からなる第2絶縁膜(第2犠牲膜)を介して、例えばPが添加されたポリシリコン層からなる第2導電層を形成し、この第2導電層を所定の形状にエッチングして、バックプレート20及び懸架部20bを形成する。このバックプレート20は、図1Aに示すように、その平面形状が円盤状の中央部22とその中央部22から外側に放射状に延びる6本の腕部24とを有する略歯車形状をなすと共に、懸架部20bに複数の通孔26aが形成されている。   Next, a second conductive layer made of, for example, a polysilicon layer to which P is added is formed on the diaphragm 10 and the first insulating film via a second insulating film (second sacrificial film) made of, for example, a silicon oxide film. Then, the second conductive layer is etched into a predetermined shape to form the back plate 20 and the suspension portion 20b. As shown in FIG. 1A, the back plate 20 has a substantially gear shape having a disc-shaped central portion 22 and six arm portions 24 extending radially outward from the central portion 22, A plurality of through holes 26a are formed in the suspension portion 20b.

また、図1Aに示すように、バックプレート20の中央部22は、ダイヤフラム10の中央部12に同心円状に対応し、且つ、バックプレート20の中央部22の半径は、ダイヤフラム10の中央部12の半径よりも小さい。また、バックプレート20の6本の腕部24は、ダイヤフラム10の6本の腕部14に挟まれた6箇所の切り欠き部に対応する位置にある。逆に、ダイヤフラム10の6本の腕部14は、バックプレート20の6本の腕部24に挟まれた6箇所の切り欠き部に対応する位置にある。そして、バックプレート20の中央部22の中心から腕部24の先端までの距離は、ダイヤフラム10の中央部12の半径よりも長く、且つ、ダイヤフラム10の中央部12の中心から腕部14の先端までの距離よりも短い。   Further, as shown in FIG. 1A, the center portion 22 of the back plate 20 corresponds to the center portion 12 of the diaphragm 10 concentrically, and the radius of the center portion 22 of the back plate 20 is equal to the center portion 12 of the diaphragm 10. Is smaller than the radius. Further, the six arm portions 24 of the back plate 20 are located at positions corresponding to the six notch portions sandwiched between the six arm portions 14 of the diaphragm 10. Conversely, the six arm portions 14 of the diaphragm 10 are at positions corresponding to the six cutout portions sandwiched between the six arm portions 24 of the back plate 20. The distance from the center of the center portion 22 of the back plate 20 to the tip of the arm portion 24 is longer than the radius of the center portion 12 of the diaphragm 10 and the center of the center portion 12 of the diaphragm 10 to the tip of the arm portion 14. Shorter than the distance to.

また、図1Aに示すように、懸架部20bは、その内側端部がダイヤフラム10の6本の腕部14の先端部とオーバーラップする位置にあり、その外側端部がダイヤフラム10の略歯車形状の外縁の外側を円周状に取り巻く帯形状をなしている。
次いで、バックプレート20及び懸架部20b並びに第2絶縁膜52aの上に、例えばシリコン酸化膜からなる第3絶縁膜56を形成した後、支持基板30裏面を研削してその厚さを調整する。続いて、例えばディープRIEと通称される異方性エッチング技術により支持基板30を選択的にエッチング除去して、第1絶縁膜に達する開口部を形成する。この開口部は、ダイヤフラム10の略歯車形状の外縁の内側に沿った位置にある。
Further, as shown in FIG. 1A, the suspension portion 20b has an inner end portion in a position overlapping the tip portions of the six arm portions 14 of the diaphragm 10, and an outer end portion of the suspension portion 20b having a substantially gear shape. It forms a band shape that surrounds the outside of the outer edge of the outer periphery.
Next, after the third insulating film 56 made of, for example, a silicon oxide film is formed on the back plate 20, the suspension 20b, and the second insulating film 52a, the back surface of the support substrate 30 is ground to adjust its thickness. Subsequently, for example, the support substrate 30 is selectively removed by an anisotropic etching technique commonly called deep RIE to form an opening reaching the first insulating film. This opening is at a position along the inside of the substantially gear-shaped outer edge of the diaphragm 10.

次いで、所定のフォトレジストパターンをマスクとして用い、例えばバッファードフッ酸(Buffered HF)を使用したウェットエッチング技術により第3絶縁膜、第2絶縁膜、及び第1絶縁膜を選択的にエッチング除去する。このとき、バックプレート20の中央部22及び腕部24に形成された複数の通孔26並びに懸架部20bに形成された複数の通孔26aは、バックプレート20とダイヤフラム10との間に介在する第2絶縁膜をエッチング除去する際に、エッチング液の進入孔として機能する。また、バッファードフッ酸は、支持基板30の開口部側からも第1絶縁膜等を選択的にエッチング除去する。   Next, using the predetermined photoresist pattern as a mask, the third insulating film, the second insulating film, and the first insulating film are selectively etched away by a wet etching technique using, for example, buffered HF. . At this time, the plurality of through holes 26 formed in the central portion 22 and the arm portion 24 of the back plate 20 and the plurality of through holes 26 a formed in the suspension portion 20 b are interposed between the back plate 20 and the diaphragm 10. When the second insulating film is removed by etching, it functions as an entrance hole for the etchant. Further, the buffered hydrofluoric acid selectively removes the first insulating film and the like from the opening side of the support substrate 30 by etching.

このようにしてバックプレート20とダイヤフラム10との間の第2絶縁膜を除去し、そこに空隙40を形成する。また、第1絶縁膜を除去し、支持基板30の開口部をダイヤフラム10に達するまで拡大してキャビティ32を形成すると共に、このキャビティ32周囲の支持基板30とダイヤフラム10との間に所望の音響抵抗を形成するための通路34を形成する。   In this way, the second insulating film between the back plate 20 and the diaphragm 10 is removed, and a gap 40 is formed there. Further, the first insulating film is removed, and the opening of the support substrate 30 is expanded until reaching the diaphragm 10 to form a cavity 32, and a desired acoustic wave is formed between the support substrate 30 and the diaphragm 10 around the cavity 32. A passage 34 for forming a resistance is formed.

同時に、ダイヤフラム10の6本の腕部14の先端部と懸架部20bとの間には、意図的に第2絶縁膜を残存させて、スペーサ52を形成する。また、懸架部20bと支持基板30との間には、意図的に第1絶縁膜と第2絶縁膜とが積層された積層絶縁膜を残存させて、第1支持部54bを形成する。更に、バックプレート20の6本の腕部24の先端部と支持基板30との間にも、意図的に積層絶縁膜を残存させて、第2支持部54を形成する。
このようにして図1A、B、Cに示す第一実施例に係るコンデンサマイクロホンを作製する。
At the same time, the spacers 52 are formed by intentionally leaving the second insulating film between the tip portions of the six arm portions 14 of the diaphragm 10 and the suspension portion 20b. Further, the first support portion 54b is formed between the suspension portion 20b and the support substrate 30 by leaving the stacked insulating film in which the first insulating film and the second insulating film are intentionally stacked. Further, the second support portion 54 is formed by intentionally leaving the laminated insulating film between the front end portions of the six arm portions 24 of the back plate 20 and the support substrate 30.
In this way, the condenser microphone according to the first embodiment shown in FIGS. 1A, 1B and 1C is manufactured.

以上のように、第一実施例に係るコンデンサマイクロホンの製造方法によれば、各フォトリソグラフィ工程において使用するレジストマスクのパターンが異なるだけで、従来の製造プロセスを殆どそのまま踏襲することが可能であり、絶縁性材料からなるプレートのダイヤフラム対向面の一定部分のみに背面電極を設ける工程等、製造歩留まりの低下を招くような工程を必要としないため、製造コストを増大させないようにすることができる。   As described above, according to the method of manufacturing the condenser microphone according to the first embodiment, it is possible to follow the conventional manufacturing process almost as it is, except that the resist mask pattern used in each photolithography process is different. In addition, it is possible to prevent an increase in manufacturing cost because a process that causes a decrease in manufacturing yield, such as a process of providing a back electrode only on a predetermined portion of the diaphragm facing surface of a plate made of an insulating material, is not required.

(第二実施例)
第二実施例に係るコンデンサマイクロホンは、図1A、図1B、図1Cに示す第一実施例に係るコンデンサマイクロホンにおいて、バックプレート20の全体を円盤形状とし、その半径をダイヤフラム10の中央部12の半径よりも長く、且つ、ダイヤフラム10の中央部12の中心から懸架部20bの内側端までの距離よりも短くしたものである。
(Second embodiment)
The condenser microphone according to the second embodiment is the same as the condenser microphone according to the first embodiment shown in FIGS. 1A, 1B, and 1C. The entire back plate 20 has a disk shape, and the radius thereof is that of the central portion 12 of the diaphragm 10. It is longer than the radius and shorter than the distance from the center of the central portion 12 of the diaphragm 10 to the inner end of the suspension portion 20b.

この場合でも、ダイヤフラム10は中央部12と6本の腕部14とを有する略歯車形状をなしているため、ダイヤフラム10の腕部14に挟まれた切り欠き部においては、バックプレート20との間に対応関係が生じず、その結果、寄生容量が生じない。また、バックプレート20の外縁の外側に位置するダイヤフラム10の腕部14においても、同様に寄生容量が生じない。従って、図2A、図2Bに示す従来構造の場合と比較すると、全体として寄生容量を減少させることができる。
但し、ダイヤフラム10の腕部14のうち、円盤形状のバックプレート20の外周より内側の部分は、バックプレート20との間で寄生容量を生じるため、第一実施例の場合と比較すると、その分だけ寄生容量が増大する。
Even in this case, since the diaphragm 10 has a substantially gear shape having the central portion 12 and the six arm portions 14, the notch portion sandwiched between the arm portions 14 of the diaphragm 10 is connected to the back plate 20. There is no correspondence between them, and as a result, no parasitic capacitance occurs. Similarly, no parasitic capacitance is generated in the arm portion 14 of the diaphragm 10 located outside the outer edge of the back plate 20. Therefore, as compared with the case of the conventional structure shown in FIGS. 2A and 2B, the parasitic capacitance can be reduced as a whole.
However, a portion of the arm portion 14 of the diaphragm 10 that is inside the outer periphery of the disk-shaped back plate 20 generates a parasitic capacitance with the back plate 20. Only the parasitic capacitance increases.

図1Aは第一実施例に係るコンデンサマイクロホンの構成を模式的に示す平面図、図1Bは図1AのA−A'線断面図、図1Cは図1Bの一部拡大図である。1A is a plan view schematically showing the configuration of the condenser microphone according to the first embodiment, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1A, and FIG. 1C is a partially enlarged view of FIG. 1B. 図2Aは従来構造のコンデンサマイクロホンの構成を模式的に示す平面図、図2Bはその断面図である。FIG. 2A is a plan view schematically showing the configuration of a conventional condenser microphone, and FIG. 2B is a sectional view thereof. 図3Aは実験用構造のコンデンサマイクロホンの構成を模式的に示す平面図、図3Bはその断面図である。3A is a plan view schematically showing the configuration of a condenser microphone having an experimental structure, and FIG. 3B is a cross-sectional view thereof. 図4A、図4Bはともに第一実施例に係る回路図である。4A and 4B are circuit diagrams according to the first embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10:ダイヤフラム、12:中央部(ダイヤフラムの中央部)、14:腕部(ダイヤフラムの腕部)、20:バックプレート、20b:懸架部、22:中央部(バックプレートの中央部)、24:腕部(バックプレートの腕部)、26、26a:通孔、30:支持基板、32:キャビティ、34:通路、40:空隙、52:スペーサ、54:第2支持部、54b:第1支持部。   10: Diaphragm, 12: Center part (center part of diaphragm), 14: Arm part (arm part of diaphragm), 20: Back plate, 20b: Suspension part, 22: Center part (center part of back plate), 24: Arm (back plate arm), 26, 26a: through hole, 30: support substrate, 32: cavity, 34: passage, 40: gap, 52: spacer, 54: second support, 54b: first support Department.

Claims (8)

中央部と前記中央部から外側に放射状に延びる複数の腕部とを有し、音波を受けて振動する導電性のダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムに対向して設けられている導電性のプレートと、
前記ダイヤフラムに対して前記プレートの反対側に設けられ、前記ダイヤフラムに前記プレートの反対側から加わる圧力を緩和するためのキャビティを形成している基板と、
前記ダイヤフラムの複数の前記腕部の先端部に下端面が接合されているスペーサと、前記スペーサの上端面に内側端部が接合されている懸架部と、前記懸架部の外側端部を前記基板上に支持する絶縁性の第1支持部と、前記プレートの外縁部を前記基板上に支持する絶縁性の第2支持部と、を有し、前記ダイヤフラムの前記中央部と前記プレートとの間に空隙を形成している支持手段と、
を備えるコンデンサマイクロホン。
A conductive diaphragm that has a central portion and a plurality of arms extending radially outward from the central portion, and vibrates in response to sound waves;
A conductive plate provided opposite to the diaphragm;
A substrate provided on the opposite side of the plate with respect to the diaphragm, and forming a cavity for relieving pressure applied to the diaphragm from the opposite side of the plate;
A spacer having a lower end surface joined to tip ends of the plurality of arm portions of the diaphragm, a suspension portion having an inner end joined to an upper end surface of the spacer, and an outer end portion of the suspension portion as the substrate An insulating first supporting portion for supporting the upper edge of the plate; and an insulating second supporting portion for supporting an outer edge portion of the plate on the substrate; and between the central portion of the diaphragm and the plate. A supporting means forming a void in
Condenser microphone with
前記プレートは、中心から外縁までの距離が前記ダイヤフラムの前記中央部の中心から前記腕部の先端までの距離よりも短い、
請求項1に記載のコンデンサマイクロホン。
In the plate, the distance from the center to the outer edge is shorter than the distance from the center of the central portion of the diaphragm to the tip of the arm portion,
The condenser microphone according to claim 1.
前記プレートは、前記ダイヤフラムの前記腕部に対応する部分が切り欠かれている、
請求項1又は2に記載のコンデンサマイクロホン。
The plate is cut out at a portion corresponding to the arm portion of the diaphragm.
The condenser microphone according to claim 1 or 2.
前記第2支持部は、前記ダイヤフラムの複数の前記腕部の間に位置している、
請求項1乃至3のいずれか一項に記載のコンデンサマイクロホン。
The second support portion is located between the plurality of arm portions of the diaphragm.
The condenser microphone according to any one of claims 1 to 3.
前記懸架部は、前記プレートと同一材料からなり、前記プレートと同時的に形成されるものである、
請求項1乃至4のいずれか一項に記載のコンデンサマイクロホン。
The suspension is made of the same material as the plate and is formed simultaneously with the plate.
The condenser microphone according to any one of claims 1 to 4.
前記懸架部に、複数の通孔が設けられている、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載のコンデンサマイクロホン。
A plurality of through holes are provided in the suspension part,
The condenser microphone according to any one of claims 1 to 5.
前記基板の前記キャビティの周囲部分と前記ダイヤフラムとによって、前記ダイヤフラムの複数の前記腕部間の音響抵抗よりも高い音響抵抗が形成されている、
請求項1乃至6のいずれか一項に記載のコンデンサマイクロホン。
The acoustic resistance higher than the acoustic resistance between the plurality of arms of the diaphragm is formed by the peripheral portion of the cavity of the substrate and the diaphragm.
The condenser microphone according to any one of claims 1 to 6.
前記キャビティは、前記ダイヤフラムの外縁の内側に沿って形成されている開口部を有する、
請求項7に記載のコンデンサマイクロホン。
The cavity has an opening formed along the inside of the outer edge of the diaphragm.
The condenser microphone according to claim 7.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009260884A (en) * 2008-04-21 2009-11-05 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> Sensitivity measurement apparatus and measuring method for capacitance type sensor
US7847359B2 (en) 2008-06-24 2010-12-07 Panasonic Corporation MEMS device, MEMS device module and acoustic transducer
WO2011068282A1 (en) * 2009-12-04 2011-06-09 주식회사 비에스이 Mems microphone and manufacturing method thereof
JP2017520193A (en) * 2014-06-23 2017-07-20 エプコス アクチエンゲゼルシャフトEpcos Ag MEMS microphone with improved sensitivity and method for manufacturing the same
CN107786929A (en) * 2016-08-26 2018-03-09 上海微联传感科技有限公司 Silicon microphone
WO2020184206A1 (en) * 2019-03-13 2020-09-17 株式会社村田製作所 Pressure sensor
CN113543001A (en) * 2021-07-19 2021-10-22 歌尔微电子股份有限公司 Capacitance sensor, microphone, and electronic device

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06217397A (en) * 1992-09-11 1994-08-05 Csem Centre Suisse Electron & De Microtech Sa Rech & Dev Integrated capacity converter
JP2006067547A (en) * 2004-07-30 2006-03-09 Sanyo Electric Co Ltd Acoustic sensor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06217397A (en) * 1992-09-11 1994-08-05 Csem Centre Suisse Electron & De Microtech Sa Rech & Dev Integrated capacity converter
JP2006067547A (en) * 2004-07-30 2006-03-09 Sanyo Electric Co Ltd Acoustic sensor

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009260884A (en) * 2008-04-21 2009-11-05 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> Sensitivity measurement apparatus and measuring method for capacitance type sensor
US7847359B2 (en) 2008-06-24 2010-12-07 Panasonic Corporation MEMS device, MEMS device module and acoustic transducer
US8067811B2 (en) 2008-06-24 2011-11-29 Panasonic Corporation MEMS device, MEMS device module and acoustic transducer
WO2011068282A1 (en) * 2009-12-04 2011-06-09 주식회사 비에스이 Mems microphone and manufacturing method thereof
JP2017520193A (en) * 2014-06-23 2017-07-20 エプコス アクチエンゲゼルシャフトEpcos Ag MEMS microphone with improved sensitivity and method for manufacturing the same
US10484797B2 (en) 2014-06-23 2019-11-19 Epcos Ag MEMS microphone having improved sensitivity and method for the production thereof
CN107786929A (en) * 2016-08-26 2018-03-09 上海微联传感科技有限公司 Silicon microphone
CN107786929B (en) * 2016-08-26 2023-12-26 华景科技无锡有限公司 silicon microphone
WO2020184206A1 (en) * 2019-03-13 2020-09-17 株式会社村田製作所 Pressure sensor
US11692893B2 (en) 2019-03-13 2023-07-04 Murata Manufacturing Co., Ltd. Pressure sensor including side-wall portion including shield electrode
CN113543001A (en) * 2021-07-19 2021-10-22 歌尔微电子股份有限公司 Capacitance sensor, microphone, and electronic device

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