JP2009071862A - コンデンサマイクロホン - Google Patents
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Abstract
【課題】プレートの強度が高いコンデンサマイクロホンを提供する。
【解決手段】支持部と、前記支持部に支持され、複数の通孔からなる通孔群と固定電極とを有しているプレートと、前記固定電極に対向する可動電極を有し、音波によって振動するダイアフラムと、を備えている。そして、前記プレートは、膜厚方向の高さが異なる複数の平坦部と、隣り合う前記平坦部の間に段差を形成している段部とを有し、複数の前記通孔は前記平坦部を前記プレートの膜厚方向に貫通している。
【選択図】図1
【解決手段】支持部と、前記支持部に支持され、複数の通孔からなる通孔群と固定電極とを有しているプレートと、前記固定電極に対向する可動電極を有し、音波によって振動するダイアフラムと、を備えている。そして、前記プレートは、膜厚方向の高さが異なる複数の平坦部と、隣り合う前記平坦部の間に段差を形成している段部とを有し、複数の前記通孔は前記平坦部を前記プレートの膜厚方向に貫通している。
【選択図】図1
Description
本発明は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アフラムと、空気などの誘電体を間に挟んでダイアフラムに対向するプレートとを有する。
特許文献1には、ダイアフラムの周辺部に屈曲部を有するコンデンサマイクロホンが開示されている。ダイアフラムの屈曲部は膜厚方向の段差を形成している。また特許文献2には、ダイアフラムの周辺部に通孔を有するコンデンサマイクロホンが開示されている。
特許文献1には、ダイアフラムの周辺部に屈曲部を有するコンデンサマイクロホンが開示されている。ダイアフラムの屈曲部は膜厚方向の段差を形成している。また特許文献2には、ダイアフラムの周辺部に通孔を有するコンデンサマイクロホンが開示されている。
ここで、ダイアフラム上にプレートをCVD(Chemical Vapor Deposition)等の堆積により形成する場合、上述したような屈曲部や通孔がダイアフラムに形成されていると、その屈曲部の段差や通孔の外縁の形状がプレートに転写される。このように多くの場合、プレートには段部が形成される。一方、プレートには音波を通過させる通孔が形成される。しかしながら、上述したプレートの段部に通孔を形成すると、製造過程においてプレートに加わる外力や通電時に生じるプレートとダイアフラムとの間の静電引力による応力が段部に形成された通孔近傍に集中することにより、プレートが破損する恐れがある。
本発明は上述の問題を解決するためになされたものであって、プレートの強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。
(1)上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンは、支持部と、前記支持部に支持され、複数の通孔からなる通孔群と固定電極とを有しているプレートと、前記固定電極に対向する可動電極を有し、音波によって振動するダイアフラムと、を備えている。そして、前記プレートは、膜厚方向の高さが異なる複数の平坦部と、隣り合う前記平坦部の間に段差を形成している段部とを有し、複数の前記通孔は前記平坦部を前記プレートの膜厚方向に貫通している。
プレートの通孔は平坦部に形成されている。すなわちプレートの通孔は段部の段差に跨って形成されていない。このようにプレートの応力が集中する段部に通孔が形成されていないので、その強度は段差に跨って通孔が形成されているものと比較して高い。ここで強度とは、構造物の破壊に対する耐性を示し、強度が高いとは外力により破壊されにくいことを意味し、強度が低いとは外力により破壊されやすいことを意味する。
プレートの通孔は平坦部に形成されている。すなわちプレートの通孔は段部の段差に跨って形成されていない。このようにプレートの応力が集中する段部に通孔が形成されていないので、その強度は段差に跨って通孔が形成されているものと比較して高い。ここで強度とは、構造物の破壊に対する耐性を示し、強度が高いとは外力により破壊されにくいことを意味し、強度が低いとは外力により破壊されやすいことを意味する。
(2)複数の前記通孔は前記プレートに均一に形成されてもよい。
プレートの通孔群は音波を通過させる通路として機能する。したがって、複数の通孔をプレートに均一に配置することにより、コンデンサマイクロホンの出力特性を高めることができる。
また一般にコンデンサマイクロホンの製造工程では、ダイアフラムとプレートとの間に形成した犠牲層をウェットエッチングにより除去し、ダイアフラムとプレートとの間に空隙を形成する。このときプレートの通孔群はエッチング液を通過させる通路として機能する。したがって、複数の通孔をプレートに均一に配置することにより、コンデンサマイクロホンの製造工程を簡素化したり、歩留まりを改善することができる。
ここで均一とは、対象とする複数の物が互いに異なる複数方向にそれぞれ略等間隔であることを意味する。
プレートの通孔群は音波を通過させる通路として機能する。したがって、複数の通孔をプレートに均一に配置することにより、コンデンサマイクロホンの出力特性を高めることができる。
また一般にコンデンサマイクロホンの製造工程では、ダイアフラムとプレートとの間に形成した犠牲層をウェットエッチングにより除去し、ダイアフラムとプレートとの間に空隙を形成する。このときプレートの通孔群はエッチング液を通過させる通路として機能する。したがって、複数の通孔をプレートに均一に配置することにより、コンデンサマイクロホンの製造工程を簡素化したり、歩留まりを改善することができる。
ここで均一とは、対象とする複数の物が互いに異なる複数方向にそれぞれ略等間隔であることを意味する。
(3)前記通孔群は、前記段部の前記段差に沿って配列された複数列の前記通孔で構成され、前記段部の前記段差は、前記通孔の隣り合う列の間に形成されてもよい。
通孔群を構成する複数の通孔を上述のように配置することで、プレートの段部を避けながら複数の通孔をプレートに均一に配置することができる。
通孔群を構成する複数の通孔を上述のように配置することで、プレートの段部を避けながら複数の通孔をプレートに均一に配置することができる。
(4)前記段部の近傍に形成されている前記通孔の開口面積は、前記段部から離間している前記通孔の開口面積よりも小さくてもよい。
段部近傍の通孔の開口面積を段部から離間した通孔の開口面積よりも小さくすることにより、段差近傍における通孔の配置の自由度が高まる。したがって、プレートに複数の通孔を段差に跨らないように容易に配置することができる。
段部近傍の通孔の開口面積を段部から離間した通孔の開口面積よりも小さくすることにより、段差近傍における通孔の配置の自由度が高まる。したがって、プレートに複数の通孔を段差に跨らないように容易に配置することができる。
尚、本明細書において、「・・・上に形成する」とは、技術上の阻害要因がない限りにおいて、「・・・上に直に形成する」と、「・・・上に中間物を介して形成する」の両方を含む意味とする。
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。各実施形態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形態の構成要素と対応する。
(第一実施形態)
図1に示す第一実施形態の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って、プレート30側から到達する音を電気信号に変換する。
(第一実施形態)
図1に示す第一実施形態の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って、プレート30側から到達する音を電気信号に変換する。
1.感音部の構成
コンデンサマイクロホン1の感音部は、基板10、第一膜、第二膜、第三膜及び第四膜からなる積層構造を有している。
基板10は例えば単結晶シリコン基板である。基板10には検出対象の音波の進行方向の反対側からダイアフラム20が受ける圧力を緩和するためのキャビティ11が形成されている。
コンデンサマイクロホン1の感音部は、基板10、第一膜、第二膜、第三膜及び第四膜からなる積層構造を有している。
基板10は例えば単結晶シリコン基板である。基板10には検出対象の音波の進行方向の反対側からダイアフラム20が受ける圧力を緩和するためのキャビティ11が形成されている。
第一膜は、二酸化シリコンなどからなる絶縁性の薄膜である。第一膜で構成される第一支持部12は、ダイアフラム20と基板10との間に空隙が形成されるように第二膜を基板10上に支持している。第一膜には円形の開口13が形成されている。
第二膜は、例えばP(リン)が不純物として添加されたポリシリコンからなる導電性の薄膜である。第二膜の第一膜から固着していない部分は、ダイアフラム20を構成している。ダイアフラム20は第一膜とも第三膜とも固着しておらず、音波によって振動する可動電極として機能する。ダイアフラム20はキャビティ11を覆う円形である。そして、ダイアフラム20の周辺部には、膜厚方向に屈曲する屈曲部22が形成されている。ダイアフラム20の屈曲部22は中央部の全周に形成されている。
第三膜は、第一膜と同様に例えば二酸化シリコンからなる絶縁性の薄膜である。第三膜で構成される第二支持部14は、導電性の第二膜と第四膜とを絶縁し、第四膜を第二膜上に支持している。第三膜には円形の開口15が形成されている。
第二膜は、例えばP(リン)が不純物として添加されたポリシリコンからなる導電性の薄膜である。第二膜の第一膜から固着していない部分は、ダイアフラム20を構成している。ダイアフラム20は第一膜とも第三膜とも固着しておらず、音波によって振動する可動電極として機能する。ダイアフラム20はキャビティ11を覆う円形である。そして、ダイアフラム20の周辺部には、膜厚方向に屈曲する屈曲部22が形成されている。ダイアフラム20の屈曲部22は中央部の全周に形成されている。
第三膜は、第一膜と同様に例えば二酸化シリコンからなる絶縁性の薄膜である。第三膜で構成される第二支持部14は、導電性の第二膜と第四膜とを絶縁し、第四膜を第二膜上に支持している。第三膜には円形の開口15が形成されている。
第四膜は、第二膜と同様に例えばPが不純物として添加されたポリシリコンからなる導電性の薄膜である。第四膜の第三膜に固着していない部分はプレート30を構成している。プレート30は段部32及び平坦部33を有している。段部32の段差は屈曲部22の段差の転写形状であり屈曲部22の段差に沿って延びる円形である。平坦部33は段部32の両側に形成されている。
またプレート30は通孔群34を有している。通孔群34は同心円上に配列された多数の通孔36で構成されている。同一円上に配列された通孔36は周方向に等間隔に形成されている(図1に示すP1参照)。通孔36の隣り合う列の間隔(図1に示すP2参照)は等しく、通孔36が段部32に配置されない値に設定されている。すなわち、多数の通孔36は段部32を避けて、プレート30の平坦部33に均一に形成されている。ここで、段部32を避けてプレート30に通孔36を形成するとは、各通孔36が段部32の段差に跨ってその両側の平坦部33に開口しないようにプレート30に複数の通孔36を形成することを意味する。
またプレート30は通孔群34を有している。通孔群34は同心円上に配列された多数の通孔36で構成されている。同一円上に配列された通孔36は周方向に等間隔に形成されている(図1に示すP1参照)。通孔36の隣り合う列の間隔(図1に示すP2参照)は等しく、通孔36が段部32に配置されない値に設定されている。すなわち、多数の通孔36は段部32を避けて、プレート30の平坦部33に均一に形成されている。ここで、段部32を避けてプレート30に通孔36を形成するとは、各通孔36が段部32の段差に跨ってその両側の平坦部33に開口しないようにプレート30に複数の通孔36を形成することを意味する。
2.検出部の構成
コンデンサマイクロホン1の検出部の一例を図1(B)に示す回路図に基づいて説明する。ダイアフラム20はバイアス電源に接続されている。具体的には、バイアス電源の端子102に接続されているリード104及びリード106がそれぞれ第二薄膜及び基板10に接続されている。この結果、ダイアフラム20と基板10とは実質的に同じ電位となる。また、プレート30はオペアンプ100の入力端子に接続されている。具体的には、オペアンプ100の入力端子に接続されているリード108が第四膜に接続されている。オペアンプ100の入力インピーダンスは高い。
コンデンサマイクロホン1の検出部の一例を図1(B)に示す回路図に基づいて説明する。ダイアフラム20はバイアス電源に接続されている。具体的には、バイアス電源の端子102に接続されているリード104及びリード106がそれぞれ第二薄膜及び基板10に接続されている。この結果、ダイアフラム20と基板10とは実質的に同じ電位となる。また、プレート30はオペアンプ100の入力端子に接続されている。具体的には、オペアンプ100の入力端子に接続されているリード108が第四膜に接続されている。オペアンプ100の入力インピーダンスは高い。
3.コンデンサマイクロホンの作動
音波がプレート30の通孔36を通過してダイアフラム20に伝搬すると、ダイアフラム20は音波により振動する。ダイアフラム20が振動すると、その振動によりプレート30とダイアフラム20との間の距離が変化し、ダイアフラム20とプレート30とにより形成される静電容量が変化する。
音波がプレート30の通孔36を通過してダイアフラム20に伝搬すると、ダイアフラム20は音波により振動する。ダイアフラム20が振動すると、その振動によりプレート30とダイアフラム20との間の距離が変化し、ダイアフラム20とプレート30とにより形成される静電容量が変化する。
ここでプレート30は、上述したように入力インピーダンスの高いオペアンプ100に接続されている。そのため、ダイアフラム20とプレート30とにより形成される静電容量が変化したとしても、プレート30に存在する電荷のオペアンプ100への移動量は極わずかである。したがって、プレート30及びダイアフラム20に存在する電荷は変化しないものとみなすことができる。これにより、ダイアフラム20とプレート30とにより形成される静電容量の変化をプレート30の電位変化として取り出すことができる。このようにしてコンデンサマイクロホン1は、ダイアフラム20とプレート30とにより形成される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、ダイアフラム20に加わる音圧の変化を静電容量の変化に変換し、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。
4.コンデンサマイクロホンの製造方法
はじめに、図2(A1)に示すように、基板10(図1参照)となるウェハ50上に第一膜51を堆積する。そして第一膜51をエッチングすることにより、第一膜51に円環状の凹部51aを形成する。具体的には、例えば次のとおりである。プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)によって単結晶シリコンウェハ50上に二酸化シリコンを堆積させることにより第一膜51を形成する。次に、第一膜51の表面全体にフォトレジスト膜を塗布した後、所定のレジストマスクを用いた露光及び現像を行うフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、RIE(Reactive Ion Etching)等の異方性エッチングによって第一膜51を選択的に除去することにより、第一膜51に円環状の凹部51aを形成する。
はじめに、図2(A1)に示すように、基板10(図1参照)となるウェハ50上に第一膜51を堆積する。そして第一膜51をエッチングすることにより、第一膜51に円環状の凹部51aを形成する。具体的には、例えば次のとおりである。プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)によって単結晶シリコンウェハ50上に二酸化シリコンを堆積させることにより第一膜51を形成する。次に、第一膜51の表面全体にフォトレジスト膜を塗布した後、所定のレジストマスクを用いた露光及び現像を行うフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、RIE(Reactive Ion Etching)等の異方性エッチングによって第一膜51を選択的に除去することにより、第一膜51に円環状の凹部51aを形成する。
次に、図2(A2)に示すように、第一膜51上に第二膜52を堆積する。具体的には、減圧CVD法を用いてPが添加されたポリシリコンを第一膜51上に堆積させることにより、第二膜52を形成する。第二膜52には、第一膜51の凹部51aに応じた屈曲部22が形成される。
次に、図2(A3)に示すように、第二膜52上に第三膜53を堆積する。具体的には、プラズマCVDによって第二膜52上に二酸化シリコンを堆積させることにより第三膜53を形成する。第三膜53には、第二膜52の屈曲部22に応じた凹部53aが形成される。
次に、図2(A3)に示すように、第二膜52上に第三膜53を堆積する。具体的には、プラズマCVDによって第二膜52上に二酸化シリコンを堆積させることにより第三膜53を形成する。第三膜53には、第二膜52の屈曲部22に応じた凹部53aが形成される。
次に、図3(A4)に示すように、第三膜53上に第四膜54を堆積する。通孔群34を有する第四膜54を形成する。具体的には、減圧CVD法を用いてPが添加されたポリシリコンを第三膜53上に堆積させることにより第四膜54を形成する。この結果、第四膜54の屈曲部22上の部位には第三膜53の凹部53aに応じた段部32が形成される。そして、第四膜54の段部32の両側には板状の平坦部が形成される。
次に、第四膜54をエッチングすることにより、第四膜54の平坦部に多数の通孔36を形成する。具体的には、第四膜54の表面全体にフォトレジスト膜を塗布した後、所定のレジストマスクを用いた露光及び現像を行うフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、RIE等の異方性エッチングによって第四膜54を選択的に除去する。
次に、図3(A5)に示すように、ウェハ50にキャビティ11を形成する。具体的には、例えば次のとおりである。ウェハ50の裏面全体にフォトレジスト膜を塗布した後、所定のレジストマスクを用いた露光及び現像を行うフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、Deep−RIE等の異方性エッチングによりウェハ50を選択的に除去することにより、ウェハ50にキャビティ11を形成する。
次に、図3(A6)に示すように、第一膜51及び第三膜53を選択的に除去することにより、開口13及び開口15を形成し、第三膜53から第二膜52を露出させる。具体的には、例えば次のとおりである。第三膜53及び第四膜54の表面全体にフォトレジスト膜を塗布する。そしてレジストマスクを用いた露光及び現像を行うフォトリソグラフィにより、通孔群34を露出させる開口を有するレジストパターンを形成する。次に、例えばバッファードフッ酸(Buffered HF)等のエッチング液を使用した等方的なウェットエッチング、若しくは等方的なエッチングと異方的なエッチングの組み合わせにより、シリコン酸化膜である第一膜51及び第三膜53を選択的に除去する。このときエッチング液は、第四膜54の通孔36及び基板10のキャビティ11から浸入し、第一膜51及び第三膜53を溶解させる。通孔群34及びキャビティ11を適切に設計することにより、開口13及び開口15がそれぞれ第一膜51及び第三膜53に形成される。この結果、感音部のダイアフラム20、プレート30、第一支持部12、第二支持部14が形成される(図1参照)。
その後のダイシング、パッケージングなどの工程を経て、コンデンサマイクロホン1が完成する。
その後のダイシング、パッケージングなどの工程を経て、コンデンサマイクロホン1が完成する。
(第二実施形態〜第七実施形態)
第二実施形態〜第七実施形態のコンデンサマイクロホンの感音部は、第一実施形態のコンデンサマイクロホン1と同様の積層構造を有している。したがって、以下の第二実施形態〜第七実施形態の説明では、第一実施形態と共通する構成要素の説明を省略する。
(第二実施形態)
1.感音部の構成
図4に示すように、第二実施形態のコンデンサマイクロホン2は、ダイアフラム220及びプレート230が第一実施形態のコンデンサマイクロホン1と異なる。コンデンサマイクロホン2のダイアフラム220の周辺部には、中央部を取り囲むスリット222が形成されている。
第二実施形態〜第七実施形態のコンデンサマイクロホンの感音部は、第一実施形態のコンデンサマイクロホン1と同様の積層構造を有している。したがって、以下の第二実施形態〜第七実施形態の説明では、第一実施形態と共通する構成要素の説明を省略する。
(第二実施形態)
1.感音部の構成
図4に示すように、第二実施形態のコンデンサマイクロホン2は、ダイアフラム220及びプレート230が第一実施形態のコンデンサマイクロホン1と異なる。コンデンサマイクロホン2のダイアフラム220の周辺部には、中央部を取り囲むスリット222が形成されている。
プレート230は段部232及び平坦部233を有している。段部232の段差はスリット222の縁部の転写形状でありスリット222の縁部に沿って延びている。平坦部233は段部232の両側に形成されている。またプレート230は通孔群234を有している。通孔群234は、第一実施形態の通孔群34と同様に、同心円上に配列された多数の通孔36で構成されている。但し、同一円上に配列された通孔36の間隔(図4に示すP1参照)は、通孔36が段部232の径方向に延びる部分232aに位置しないように設定されている。すなわち、多数の通孔36は段部232を避けて、プレート230の平坦部233に均一に形成されている。
第二実施形態のコンデンサマイクロホン2の検出部の構成は、第一実施形態のコンデンサマイクロホン1と実質的に同一であるため、説明を省略する。
第二実施形態のコンデンサマイクロホン2の検出部の構成は、第一実施形態のコンデンサマイクロホン1と実質的に同一であるため、説明を省略する。
2.コンデンサマイクロホンの製造方法
はじめに、図5(A1)に示すように、ウェハ50上に第一膜51及び第二膜52を堆積する。そして第二膜52をエッチングすることにより、第二膜52にスリット222を形成する。
次に、図5(A2)に示すように、第一膜51及び第二膜52上に第三膜53を堆積する。第三膜53には、第二膜52のスリット222に応じた凹部253aが形成される。
はじめに、図5(A1)に示すように、ウェハ50上に第一膜51及び第二膜52を堆積する。そして第二膜52をエッチングすることにより、第二膜52にスリット222を形成する。
次に、図5(A2)に示すように、第一膜51及び第二膜52上に第三膜53を堆積する。第三膜53には、第二膜52のスリット222に応じた凹部253aが形成される。
次に、図5(A3)に示すように、第三膜53上に第四膜54を堆積する。この結果、第四膜54のスリット222上の部位には、第三膜53の凹部253aに応じた段部232が形成される。そして、第四膜54の段部232の両側には板状の平坦部が形成される。
次に、第四膜54をエッチングすることにより、前記第四膜54の平坦部に多数の通孔36を形成する。その後の工程は第一実施形態の製造方法と実質的に同一である。
次に、第四膜54をエッチングすることにより、前記第四膜54の平坦部に多数の通孔36を形成する。その後の工程は第一実施形態の製造方法と実質的に同一である。
(第三実施形態)
1.感音部の構成
図6に示すように、第三実施形態のコンデンサマイクロホン3は、ダイアフラム320、プレート330、キャビティ311等が第一実施形態のコンデンサマイクロホン1と異なる。ダイアフラム320及びプレート330は、キャビティ311上で立体交差している。具体的には、ダイアフラム320は例えば方形の第二膜で構成されている。そしてプレート330は、その長手方向が第二膜の長手方向と直交する方形の第四膜で構成されている。プレート330は段部332及び平坦部333を有している。段部332の段差は、ダイアフラム320の端部320aの転写形状であり、端部320aに沿ってプレート330の短手方向の一端から他端まで延びている。平坦部333は段部332の両側に形成されている。
ガード電極300は、ダイアフラム320の短手方向の両側に配置されている第二膜で構成されている。ガード電極300は、コンデンサマイクロホン3の寄生容量低減のために、基板10と第四膜との間に形成される。
1.感音部の構成
図6に示すように、第三実施形態のコンデンサマイクロホン3は、ダイアフラム320、プレート330、キャビティ311等が第一実施形態のコンデンサマイクロホン1と異なる。ダイアフラム320及びプレート330は、キャビティ311上で立体交差している。具体的には、ダイアフラム320は例えば方形の第二膜で構成されている。そしてプレート330は、その長手方向が第二膜の長手方向と直交する方形の第四膜で構成されている。プレート330は段部332及び平坦部333を有している。段部332の段差は、ダイアフラム320の端部320aの転写形状であり、端部320aに沿ってプレート330の短手方向の一端から他端まで延びている。平坦部333は段部332の両側に形成されている。
ガード電極300は、ダイアフラム320の短手方向の両側に配置されている第二膜で構成されている。ガード電極300は、コンデンサマイクロホン3の寄生容量低減のために、基板10と第四膜との間に形成される。
通孔群334は、段部332の段差に沿って直線上に等間隔(図6に示すP31参照)に配列された複数列の通孔36により構成されている。通孔36の隣り合う列の間隔(図6に示すP32)は、通孔36が段部332部分に配置されない値に設定されている。すなわち、多数の通孔36は段部332を避けて、プレート330の平坦部333に均一に形成されている。
パッド301は第二膜で構成されダイアフラム320と繋がっている。パッド302は第二膜で構成されガード電極300と繋がっている。パッド303は第四膜で構成されプレート330と繋がっている。
パッド301は第二膜で構成されダイアフラム320と繋がっている。パッド302は第二膜で構成されガード電極300と繋がっている。パッド303は第四膜で構成されプレート330と繋がっている。
2.検出部の構成とコンデンサマイクロホンの作動
図6(B)の回路図に示すように、ガード電極300はオペアンプ100の出力端子に接続されている。具体的には、オペアンプ100の出力端子に接続されているリード110がガード電極300に接続されている。オペアンプ100の増幅度は1に設定されている。この点を除き、コンデンサマイクロホン3の検出部の構成は、第一実施形態のコンデンサマイクロホン1と実質的に同一である。
上述したようにオペアンプ100の増幅度が1に設定されているため、ガード電極300とプレート330とは実質的に同電位となる。したがって、ガード電極300とプレート330とは実質的に寄生容量を形成しない。一方、ガード電極300と基板10とが形成する容量はオペアンプ100とバイアス電源との間に入るため、コンデンサマイクロホン3の感度に殆ど影響を与えることはない。この結果、コンデンサマイクロホン3の寄生容量は小さくなる。
図6(B)の回路図に示すように、ガード電極300はオペアンプ100の出力端子に接続されている。具体的には、オペアンプ100の出力端子に接続されているリード110がガード電極300に接続されている。オペアンプ100の増幅度は1に設定されている。この点を除き、コンデンサマイクロホン3の検出部の構成は、第一実施形態のコンデンサマイクロホン1と実質的に同一である。
上述したようにオペアンプ100の増幅度が1に設定されているため、ガード電極300とプレート330とは実質的に同電位となる。したがって、ガード電極300とプレート330とは実質的に寄生容量を形成しない。一方、ガード電極300と基板10とが形成する容量はオペアンプ100とバイアス電源との間に入るため、コンデンサマイクロホン3の感度に殆ど影響を与えることはない。この結果、コンデンサマイクロホン3の寄生容量は小さくなる。
3.コンデンサマイクロホンの製造方法
はじめに、図7に示すように、ウェハ50上に第一膜51及び第二膜52を堆積する。第一膜51及び第二膜52は、第一実施形態のコンデンサマイクロホン1と同様にプラズマCVDや減圧CVDによって形成する。そして第二膜52をエッチングすることにより、ダイアフラム320を構成する方形の第二膜52、ガード電極300、パッド301及びパッド302を形成する(図6参照)。
はじめに、図7に示すように、ウェハ50上に第一膜51及び第二膜52を堆積する。第一膜51及び第二膜52は、第一実施形態のコンデンサマイクロホン1と同様にプラズマCVDや減圧CVDによって形成する。そして第二膜52をエッチングすることにより、ダイアフラム320を構成する方形の第二膜52、ガード電極300、パッド301及びパッド302を形成する(図6参照)。
次に、図8に示すように、第一膜51及び第二膜52上に第三膜53を堆積する。例えば第三膜53は、第一実施形態のコンデンサマイクロホン1と同様にプラズマCVD等で形成する。第三膜53には、第二膜52の端部352aに応じた段部353が形成される。
次に、第三膜53上に第四膜54を堆積する。この結果、第四膜54の第三膜53の端部352a上の部位には、第三膜53の段部353に応じた段部332が形成される。そして、第四膜54の段部332の両側には板状の平坦部が形成される。
次に、第四膜54をエッチングすることにより、第四膜54の平坦部に多数の通孔36を形成する。
次に、第三膜53上に第四膜54を堆積する。この結果、第四膜54の第三膜53の端部352a上の部位には、第三膜53の段部353に応じた段部332が形成される。そして、第四膜54の段部332の両側には板状の平坦部が形成される。
次に、第四膜54をエッチングすることにより、第四膜54の平坦部に多数の通孔36を形成する。
次に、図9に示すように、ダイアフラム320及びプレート330の交差部分に対応する方形のキャビティ311をウェハ50に形成する。そして、ダイアフラム320及びプレート330の交差部分の近傍を露出させるレジストパターン55を用いて、第一実施形態の製造方法と同様に第一膜51及び第三膜53を選択的に除去する。その後の工程は第一実施形態の製造方法と実質的に同一である。
(第四実施形態)
1.感音部の構成
図10に示すように、第四実施形態のコンデンサマイクロホン4は、ダイアフラム420、プレート430等が第一実施形態のコンデンサマイクロホン1と異なる。第二膜で構成されるダイアフラム420は、スペーサ400を介してプレート430に吊り下げられている。ダイアフラム420は他の膜から分断され、キャビティ11上に位置している。第三膜で構成されるスペーサ400は円環状である。スペーサ400の下端はダイアフラム420の周辺部に固着し、スペーサ400の上端はプレート430の中間部に固着している。
1.感音部の構成
図10に示すように、第四実施形態のコンデンサマイクロホン4は、ダイアフラム420、プレート430等が第一実施形態のコンデンサマイクロホン1と異なる。第二膜で構成されるダイアフラム420は、スペーサ400を介してプレート430に吊り下げられている。ダイアフラム420は他の膜から分断され、キャビティ11上に位置している。第三膜で構成されるスペーサ400は円環状である。スペーサ400の下端はダイアフラム420の周辺部に固着し、スペーサ400の上端はプレート430の中間部に固着している。
第四膜で構成されるプレート430は段部432及び平坦部433を有している。段部432の段差はダイアフラム420の端部420aの転写形状であり、ダイアフラム420の端部420aに沿って延びる円形である。平坦部433は段部432の両側に形成されている。通孔群434は同心円上に配列された多数の通孔36で構成されている。通孔36は、プレート430のスペーサ400に固着している部分及び段部432を避けて、プレート430の平坦部433に形成されている。
第四実施形態のコンデンサマイクロホン4の検出部の構成は、第一実施形態のコンデンサマイクロホン1と実質的に同一であるため、説明を省略する。
第四実施形態のコンデンサマイクロホン4の検出部の構成は、第一実施形態のコンデンサマイクロホン1と実質的に同一であるため、説明を省略する。
2.コンデンサマイクロホンの製造方法
はじめに、図11(A1)に示すように、ウェハ50上に第一膜51及び第二膜52を堆積する。そして第二膜52をエッチングすることにより、ダイアフラム420を構成する第二膜52を形成する。
はじめに、図11(A1)に示すように、ウェハ50上に第一膜51及び第二膜52を堆積する。そして第二膜52をエッチングすることにより、ダイアフラム420を構成する第二膜52を形成する。
次に、図11(A2)に示すように、第一膜51及び第二膜52上に第三膜53を堆積する。第三膜53には、第二膜52の端部452aに応じた段部453aが形成される。
次に、図11(A3)に示すように、第三膜53上に第四膜54を堆積する。この結果、第四膜54の第二膜52の端部452a上の部位には、第三膜53の段部453aに応じた段部432が形成される。そして、第四膜54の段部432の両側には板状の平坦部が形成される。
次に、図11(A3)に示すように、第三膜53上に第四膜54を堆積する。この結果、第四膜54の第二膜52の端部452a上の部位には、第三膜53の段部453aに応じた段部432が形成される。そして、第四膜54の段部432の両側には板状の平坦部が形成される。
次に、第四膜54をエッチングすることにより、第四膜54の平坦部に多数の通孔36を形成する。このようにして第四膜54に通孔36を形成することにより、第四膜54の段部432に通孔36は形成されない。
次に、第一実施形態の製造方法と同様にしてウェハ50にキャビティ11(図10参照)を形成し、第一膜51及び第三膜53を選択的に除去する。第四膜54の中間部に通孔群34が形成されていないため、第四膜54の中間部の直下の第三膜53(図11(A3)に示す斜線部参照)が残存することにより、スペーサ400(図10参照)が形成される。
次に、第一実施形態の製造方法と同様にしてウェハ50にキャビティ11(図10参照)を形成し、第一膜51及び第三膜53を選択的に除去する。第四膜54の中間部に通孔群34が形成されていないため、第四膜54の中間部の直下の第三膜53(図11(A3)に示す斜線部参照)が残存することにより、スペーサ400(図10参照)が形成される。
(第五実施形態〜第六実施形態)
第一実施形態〜第三実施形態では、互いに異なる複数方向にそれぞれ等間隔に、すなわちプレートに多数の通孔を均一に形成した。しかし、技術上の阻害要因がない限り、プレートに多数の通孔を不均一に形成してもよい。例えば図12に示す第五実施形態のコンデンサマイクロホン5のように、格子状の配置から段部532に位置する通孔36を除いた配置、すなわち基本配置からプレートの段差に位置する通孔を除いた配置で、プレート530に通孔36を形成してもよい。また、例えば図13に示す第六実施形態のコンデンサマイクロホン6のように、格子状の配置から段部632に位置する通孔36を段部632から離間させた配置、すなわち基本配置からプレートの段差に位置する通孔を段差から離間させるように移動した配置で、プレート630に通孔36を形成してもよい。また、上述した通孔の配置方法を組み合わせて用いてもよい。また、通孔の音波及びエッチング液の通路としての機能を高めるために、上述した配置に他の通孔を加えた配置でプレートに通孔を形成してもよい。
第一実施形態〜第三実施形態では、互いに異なる複数方向にそれぞれ等間隔に、すなわちプレートに多数の通孔を均一に形成した。しかし、技術上の阻害要因がない限り、プレートに多数の通孔を不均一に形成してもよい。例えば図12に示す第五実施形態のコンデンサマイクロホン5のように、格子状の配置から段部532に位置する通孔36を除いた配置、すなわち基本配置からプレートの段差に位置する通孔を除いた配置で、プレート530に通孔36を形成してもよい。また、例えば図13に示す第六実施形態のコンデンサマイクロホン6のように、格子状の配置から段部632に位置する通孔36を段部632から離間させた配置、すなわち基本配置からプレートの段差に位置する通孔を段差から離間させるように移動した配置で、プレート630に通孔36を形成してもよい。また、上述した通孔の配置方法を組み合わせて用いてもよい。また、通孔の音波及びエッチング液の通路としての機能を高めるために、上述した配置に他の通孔を加えた配置でプレートに通孔を形成してもよい。
(第七実施形態)
上記複数の実施形態では、プレートに開口面積の等しい多数の通孔を形成した。しかし、プレートに開口面積の異なる多数の通孔を形成してもよい。例えば図14に示す第七実施形態のコンデンサマイクロホン7のように、プレート730の段部732の近傍の通孔36aの開口面積を段部732から離れた通孔36bの開口面積より小さくしてもよい。これにより、通孔36の配置の自由度が高まるため、プレート730の段部732を避けながらプレート730に多数の通孔36を容易に形成することができる。
上記複数の実施形態では、プレートに開口面積の等しい多数の通孔を形成した。しかし、プレートに開口面積の異なる多数の通孔を形成してもよい。例えば図14に示す第七実施形態のコンデンサマイクロホン7のように、プレート730の段部732の近傍の通孔36aの開口面積を段部732から離れた通孔36bの開口面積より小さくしてもよい。これにより、通孔36の配置の自由度が高まるため、プレート730の段部732を避けながらプレート730に多数の通孔36を容易に形成することができる。
以上説明した複数の実施形態では、通孔群がプレートの平坦部に形成されているので、プレートの強度は段部に通孔が形成されているものと比較して高い。したがって、製造過程において外力がプレートに加わったり、通電時にプレートとダイアフラムとの間の静電引力が生じたとしてもプレートが破損することはない。
また、第一実施形態から第三実施形態では、プレートに均一に形成した通孔を音波及エッチング液の通路とすることができるため、コンデンサマイクロホンの出力特性を高めたり、製造工程を簡素化したり、歩留まりを改善することができる。
尚、本発明は、上記複数の実施形態のコンデンサマイクロホンに限らず、プレートに段差を有するコンデンサマイクロホンである限りどのような形態のコンデンサマイクロホンにも適用可能である。
また、第一実施形態から第三実施形態では、プレートに均一に形成した通孔を音波及エッチング液の通路とすることができるため、コンデンサマイクロホンの出力特性を高めたり、製造工程を簡素化したり、歩留まりを改善することができる。
尚、本発明は、上記複数の実施形態のコンデンサマイクロホンに限らず、プレートに段差を有するコンデンサマイクロホンである限りどのような形態のコンデンサマイクロホンにも適用可能である。
1、2、3、4、5、6、7:コンデンサマイクロホン、12:第一支持部(支持部)、14:第二支持部(支持部)、20、220、320、420:ダイアフラム、22:屈曲部、30、230、330、430、530、630、730:プレート、32、232、332、432、532、632、732:段部、33、233、333、433:平坦部、34、234、334、434:通孔群、36:通孔、222:スリット、320a、420a:端部(ダイアフラムの端部)
Claims (4)
- 支持部と、
前記支持部に支持され、複数の通孔からなる通孔群と固定電極とを有しているプレートと、
前記固定電極に対向する可動電極を有し、音波によって振動するダイアフラムと、
を備え、
前記プレートは、膜厚方向の高さが異なる複数の平坦部と、隣り合う前記平坦部の間に段差を形成している段部とを有し、
複数の前記通孔は前記平坦部を前記プレートの膜厚方向に貫通している、
ことを特徴とするコンデンサマイクロホン。 - 複数の前記通孔は前記プレートに均一に形成されている、請求項1に記載のコンデンサマイクロホン。
- 前記通孔群は、前記段部の前記段差に沿って配列された複数列の前記通孔で構成され、
前記段部の前記段差は、前記通孔の隣り合う列の間に形成されている、請求項2に記載のコンデンサマイクロホン。 - 前記段部の近傍に形成されている前記通孔の開口面積は、前記段部から離間している前記通孔の開口面積よりも小さい、請求項1から3のいずれか一項に記載のコンデンサマイクロホン。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008293668A JP2009071862A (ja) | 2008-11-17 | 2008-11-17 | コンデンサマイクロホン |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2016143867A1 (ja) * | 2015-03-12 | 2017-09-28 | オムロン株式会社 | 静電容量型トランスデューサ及び音響センサ |
-
2008
- 2008-11-17 JP JP2008293668A patent/JP2009071862A/ja active Pending
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