JP2009089099A

JP2009089099A - 振動トランスデューサ

Info

Publication number: JP2009089099A
Application number: JP2007256907A
Authority: JP
Inventors: Tamito Suzuki; 民人鈴木; Seiji Hiraide; 誠治平出
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2009-04-23

Abstract

【課題】振動トランスデューサの感度を高める。
【解決手段】基板と、前記基板上の堆積膜からなり導電性を有するダイヤフラムと、前記基板上の堆積膜からなり導電性を有するプレートと、前記ダイヤフラムを構成している導電膜からなり前記ダイヤフラムから切り離されているガード部と、上層絶縁膜からなり、前記プレートと前記ガード部とに接合され、前記ダイヤフラムとの間に空隙を挟んで前記プレートを支持する、プレートスペーサと、前記基板と前記ガード部とに接合されている下層絶縁膜と、を備え、前記ダイヤフラムが前記プレートに対して振動することにより前記ダイヤフラムと前記プレートとで形成される静電容量が変化する、振動トランスデューサ。
【選択図】図１

Description

本発明は振動トランスデューサに関し、特にＭＥＭＳセンサとしての微小なコンデンサマイクロホンなどの波動トランスデューサに関する。

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微小なコンデンサマイクロホンが知られている。このようなコンデンサマイクロホンは、ＭＥＭＳマイクロホンといわれ、対向電極を構成するダイヤフラムとプレートは基板上に堆積した薄膜からなるとともに互いに離間した状態で基板上に支持されている。音波によってダイヤフラムがプレートに対して振動すると、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る。従来のコンデンサマイクロホンなどの振動トランスデューサでは、プレートがその外縁部において絶縁膜に接合されている。

電気学会ＭＳＳ−０１−３４特開平９−５０８７７７米国特許第４７７６０１９号特表２００４−５０６３９４

ダイヤフラムの固定されている領域はプレートに対して振動しない。したがってその領域においてダイヤフラムとプレートが絶縁膜を間に挟んで対向しているとともにダイヤフラムとプレートに導電性がある場合、その領域においてダイヤフラムとプレートとは寄生容量を形成する。そして、基板の上に絶縁膜を介してプレートが支持される構造では、プレートの外縁部の領域において、その絶縁膜を誘電層とするプレートと基板との間の寄生容量が感度を下げる原因になっている。

本発明はこの問題を解決するために創作されたものであって、振動トランスデューサの感度を高めることを目的とする。

（１）上記目的を達成するための振動トランスデューサは、基板と、基板上の堆積膜からなり導電性を有するダイヤフラムと、基板上の堆積膜からなり導電性を有するプレートと、ダイヤフラムの少なくとも一部を構成している堆積膜からなり導電性を有しダイヤフラムから電気的に切り離されているガード部と、プレートとガード部とに接合されている上層絶縁膜からなり、ダイヤフラムとの間に空隙を挟んでプレートを支持する、プレートスペーサと、基板とガード部とに接合されている下層絶縁膜と、を備え、ダイヤフラムがプレートに対して振動することによりダイヤフラムとプレートとで形成される静電容量が変化する。
本発明による振動トランスデューサは、プレートを構成している堆積膜と基板との間に、ダイヤフラムを構成している堆積膜とプレートを支持するプレートスペーサを構成する上層絶縁膜と下層絶縁膜とが位置する積層構造を有する。そして本発明によると、プレートを支持するプレートスペーサがある領域において、プレートはダイヤフラムと対向せず上層絶縁膜と下層絶縁膜とダイヤフラムから電気的に切り離されているガード部とを間に挟んで基板と対向する。したがって本発明によると、プレートを支持するプレートスペーサがある領域においてはダイヤフラムとプレートとが寄生容量を形成しない。しかし、かかる積層構造においても、プレートと基板とによって寄生容量が形成されると感度が低下することになる。そこで本発明では、ダイヤフラムの少なくとも一部を構成している堆積膜からなり導電性を有しダイヤフラムから電気的に切り離されているガード部をプレートと基板との間に備え、ガード部と基板とを下層絶縁膜によって絶縁している。この構造においては、ガード部のある領域では、プレートと基板とで静電容量が形成されず、プレートとガード部とが上層絶縁膜を誘電層とする静電容量を形成し、ガード部と基板とが下層絶縁膜を誘電層とする静電容量を形成する。ガード部は、下層絶縁膜によって基板から絶縁され、上層絶縁膜によってプレートから絶縁され、ダイヤフラムからは電気的に切り離されているため、基板、プレート、ダイヤフラムのいずれとも別に配線できる。すなわちガード部とプレートとの間の寄生容量を抑制し、ガード部と基板との間の寄生容量も抑制する回路構成が可能である。したがって本発明によると振動トランスデューサの寄生容量を低減し感度を高めることができる。そして、このようなガード部はダイヤフラムの少なくとも一部を構成している堆積膜からなるため、本発明の構造を採用したとしても振動トランスデューサの積層構造は複雑化しない。

（２）本発明による振動トランスデューサにおいて、プレートスペーサは柱形であってプレートの外縁部の複数の領域に配置され、ガード部は複数のプレートスペーサのそれぞれに接合される複数のガード電極と、ダイヤフラムの周囲において複数のガード電極のそれぞれに接続されている環状のガードリングとを備えてもよい。
プレートスペーサを間に挟んで対向する領域においてプレートとガード部とが寄生容量を形成する場合、その寄生容量が回路構成によって抑制されるとしても空気より非誘電率が高くなるプレートスペーサの面積は狭いほど望ましい。そこで本発明では、プレートスペーサを環状ではなく柱形とし、複数の柱形のプレートスペーサでプレートを支持するとともに、複数のプレートスペーサのそれぞれにガード部のガード電極を接合する。これにより、プレートとガード部で形成される寄生容量をさらに低減でき、その結果、感度が向上する。そして、それぞれのガード電極はダイヤフラムの周囲において環状のガードリングに接続される。したがって、複数のガード電極を短い経路で電気的に接続することができる。プレートスペーサは、幾何学における柱体に限らず、扁平であってもよく、構造的に閉じた壁ではなく複数の構造体としてプレートを支持できる形であればよい。

連続にくによく、構造的には、閉じた壁ではなく複数の柱として要素

（３）本発明による振動トランスデューサにおいて、下層絶縁膜は、ガード電極と基板との間と、ガードリングと基板との間とに不連続に形成され、ガード電極とガードリングとを接続しているガード部のガードコネクタと基板との間には空隙が形成されていてもよい。
ガード部と基板とが対向する領域においてガード部と基板とが寄生容量を形成する場合、その寄生容量が回路構成によって抑制されるとしても、下層絶縁膜は空気よりも非誘電率が高くなるため、下層絶縁膜のガード部と基板との間にある部分の面積は小さいほどよい。したがって、ガード電極とガードリングとを接続しているガード部のガードコネクタと基板との間に空隙を形成することにより、感度がさらに高くなる。

（４）本発明による振動トランスデューサにおいて、プレートが中央部と中央部から外側に放射状に延びる複数の腕部とを備える場合、ダイヤフラムは、少なくとも腕部と腕部の間にある切り欠きの領域においてプレートに対向しない。したがって、プレートを中央部から外側に腕部が放射状に延びる形にすることにより、ダイヤフラムとプレートとで形成される寄生容量を低減することができる。

（５）さらにプレートの周方向においてガード電極が腕部より長い場合、プレートスペーサの周囲の空気中に形成されるプレートと基板との電位差による電界によって生ずる寄生容量を低減することができる。

（６）なお、上記いずれの振動トランスデューサにおいても、プレートとガード部とがプレートスペーサを誘電層とする静電容量を形成してもよい。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。尚、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。

１．構成
図１は本発明の一実施形態であるコンデンサマイクロホン１のＭＥＭＳ構造部であるセンサチップを示し、図２はその模式的な断面を示し、図３はその膜の積層構造を示している。図１８および図１９はその一部の詳細な断面を示している。コンデンサマイクロホン１はセンサチップと、電源回路および増幅回路を備えた図示しない回路チップと、これらを収容する図示しないパッケージとから構成される。

コンデンサマイクロホン１のセンサチップは、基板１００と、その上に積層された下層絶縁膜１１０、下層導電膜１２０、上層絶縁膜１３０、上層導電膜１６０、表層絶縁膜１７０などの堆積膜とからなるチップである。はじめにコンデンサマイクロホン１のＭＥＭＳ構造部の膜の積層構造について説明する。

基板１００はＰ型単結晶シリコンからなる。基板の材質はこれに限らず、薄膜を堆積するための下地基板および薄膜からなる構造体を支持する支持基板としての剛性、厚さ、靱性を備えていればよい。基板１００には通孔が形成されており、その通孔の開口１００ａはバックキャビティＣ１の開口を形成している。

基板１００、下層導電膜１２０および上層絶縁膜１３０に接合されている下層絶縁膜１１０は酸化シリコン（ＳｉＯ_ｘ）からなる堆積膜である。下層絶縁膜１１０は円周上に等間隔に配列された複数のダイヤフラムスペーサ１０２と、ダイヤフラムスペーサ１０２よりも内側において円周上に等間隔に配列された複数のガードスペーサ１０３と、ガードリング１２５ｃおよびガードリード１２５ｄを基板１００から絶縁している環状の環状部１０１とを構成している。

下層絶縁膜１１０および上層絶縁膜１３０に接合されている下層導電膜１２０はＰなどの不純物が全体にドーピングされた多結晶シリコンからなる堆積膜である。下層導電膜１２０はガード電極１２５ａとガードコネクタ１２５ｂとガードリング１２５ｃとガードリード１２５ｄとからなるガード部１２７と、ダイヤフラム１２３とを構成している。

下層導電膜１２０と上層導電膜１６０と下層絶縁膜１１０とに接合されている上層絶縁膜１３０は酸化シリコンからなる堆積膜である。上層絶縁膜１３０は円周上に配列された複数のプレートスペーサ１３１とプレートスペーサ１３１の外側に位置しエッチストッパリング１６１を支持しプレートリード１６２ｄとガードリード１２５ｄとを絶縁する環状の環状部１３２とを構成している。

上層絶縁膜１３０に接合されている上層導電膜１６０はＰ等の不純物が全体にドーピングされた多結晶シリコンからなる堆積膜である。上層導電膜１６０はプレート１６２と、プレートリード１６２ｄと、エッチストッパリング１６１とを構成している。

上層導電膜１６０および上層絶縁膜１３０に接合されている表層絶縁膜１７０は酸化シリコン膜からなる絶縁性の堆積膜である。

コンデンサマイクロホン１のＭＥＭＳ構造部には４つの端子１２５ｅ、１６２ｅ、１２３ｅ、１００ｂが設けられている。これらの端子１２５ｅ、１６２ｅ、１２３ｅ、１００ｂはＡｌＳｉなどの導電性の堆積膜であるパッド導電膜１８０、Ｎｉなどの導電性の堆積膜であるバンプ膜２１０、Ａｕなどの耐腐食性に優れた導電性の堆積膜であるバンプ保護膜２２０とからなる。端子１２５ｅ、１６２ｅ、１２３ｅ、１００ｂはそれぞれＳｉＮなどの絶縁性の堆積膜であるパッド保護膜１９０と酸化シリコンなどの絶縁性の堆積膜である表層保護膜２００とによって側壁が保護されている。

以上、コンデンサマイクロホン１のＭＥＭＳ構造部の膜の積層構造について説明した。次にコンデンサマイクロホン１のＭＥＭＳ構造部の機械構造について説明する。

ダイヤフラム１２３は全体が導電性を有する単層の薄い堆積膜からなり、中央部１２３ａと、中央部１２３ａから外側に放射状に伸びる複数の腕部１２３ｃとを備える。ダイヤフラム１２３はその外縁部の複数箇所に接合されている複数の柱形のダイヤフラムスペーサ１０２によってプレート１６２との間と基板１００との間とにそれぞれ空隙を挟んでプレート１６２から絶縁して支持され、基板１００と平行に張り渡されている。ダイヤフラムスペーサ１０２は、ダイヤフラム１２３のそれぞれの腕部１２３ｃの先端部近傍に接合されている。ダイヤフラム１２３は腕部１２３ｃと腕部１２３ｃとの間が切り欠かれているため、切り欠きのない形態に比べて剛性が低くなっている。さらにそれぞれの腕部１２３ｃには通孔であるダイヤフラム孔１２３ｂが複数形成されているため、腕部１２３ｃ自体の剛性も低くなっている。中央部１２３ａの近傍において、ダイヤフラム１２３の腕部１２３ｃは中央部１２３ａに接近するほどダイヤフラム１２３の周方向に長くなっている。これにより腕部１２３ｃと中央部１２３ａとの境界における応力集中を緩和できる。また腕部１２３ｃと中央部１２３ａとの境界近傍において腕部１２３ｃの輪郭に屈曲部を形成しないことにより屈曲部において応力集中が起こることを防止できる。

複数のダイヤフラムスペーサ１０２はバックキャビティＣ１の開口１００ａの周囲において開口１００ａの周方向に等間隔に配列されている。それぞれのダイヤフラムスペーサ１０２は絶縁性の堆積膜からなり柱形である。ダイヤフラム１２３は、その中央部１２３ａがバックキャビティＣ１の開口１００ａを覆うように、これらのダイヤフラムスペーサ１０２によって基板１００の上に支持されている。基板１００とダイヤフラム１２３との間にはダイヤフラムスペーサ１０２の厚さに相当する空隙Ｃ２が形成されている。空隙Ｃ２はバックキャビティＣ１の気圧を大気圧と平衡させるために必要である。空隙Ｃ２はダイヤフラム１２３を振動させる音波がバックキャビティの開口１００ａに至るまでの経路における最大の音響抵抗を形成するように、低く、ダイヤフラム１２３の径方向の長さが長く形成されている。

ダイヤフラム１２３の基板１００と対抗する面には複数のダイヤフラムバンプ１２３ｆが形成されている。このダイヤフラムバンプ１２３ｆはダイヤフラム１２３が基板１００に付着（スティッキング）することを防止するための突起物であり、ダイヤフラム１２３を構成する下層導電膜１２０のうねりによって形成されている。すなわちダイヤフラムバンプ１２３ｆの裏側にはディンプル（凹み）が形成されている。

ダイヤフラム１２３は複数の腕部１２３ｃのうちの１つの先端から伸びるダイヤフラムリード１２３ｄによってダイヤフラム端子１２３ｅに接続されている。ダイヤフラムリード１２３ｄは腕部１２３ｃより幅が狭くダイヤフラム１２３と同じ下層導電膜１２０によって構成されている。ダイヤフラムリード１２３ｄは環状のガードリング１２５ｃが分断されている領域を通ってダイヤフラム端子１２３ｅまで伸びている。ダイヤフラム端子１２３ｅと基板端子１００ｂとは図示しない回路チップにおいて短絡しているため（図４参照）、ダイヤフラム１２３と基板１００とは同電位である。

なお、ダイヤフラム１２３と基板１００の電位が異なる場合にはダイヤフラム１２３と基板１００とが寄生容量を形成するが、この場合であっても、ダイヤフラム１２３が複数のダイヤフラムスペーサ１０２によって支持されており、隣り合うダイヤフラムスペーサ１０２の間には空気層が存在するため、ダイヤフラム１２３が環状の壁構造のスペーサで支持される構造に比べると寄生容量が小さくなる。

プレート１６２は全体が導電性を有する単層の薄い堆積膜からなり、中央部１６２ｂと、中央部１６２ｂから外側に放射状に伸びる腕部１６２ａとを備える。プレート１６２はその外縁部の複数箇所に接合されている複数の柱形のプレートスペーサ１３１に支持されている。またプレート１６２はその中心がダイヤフラム１２３の中心と重なるようにダイヤフラム１２３と平行に張り渡されている。プレート１６２の中心（中央部１６２ｂの中心）から中央部１６２ｂの外縁までの距離すなわちプレート１６２の中心から外縁までの最短距離は、ダイヤフラム１２３の中心（中央部１２３ａの中心）から中央部１２３ａの外縁までの距離すなわちダイヤフラム１２３の中心から外縁までの最短距離よりも短い。したがって振幅が小さいダイヤフラム１２３の外縁近傍領域において、プレート１６２はダイヤフラム１２３に対向しない。またプレート１６２の腕部１６２ａと腕部１６２ａとの間には切り欠きが形成されているため、ダイヤフラム１２３の外縁近傍に相当するプレート１６２の切り欠きの領域においてもプレート１６２とダイヤフラム１２３とが対向しない。そしてプレート１６２の切り欠きの領域にダイヤフラム１２３の腕部１２３ｃが伸びている。このため寄生容量を増大させることなくダイヤフラム１２３の振動の両端の間の距離、すなわちダイヤフラム１２３が張り渡される距離を長くとることができる。

プレート１６２には通孔であるプレート孔１６２ｃが複数形成されている。プレート孔１６２ｃはダイヤフラム１２３に音波を伝搬させる通路として機能するとともに、上層絶縁膜１３０を等方的にエッチングするためのエッチャントを通す孔としても機能する。上層絶縁膜１３０がエッチングされた後に残る部分がプレートスペーサ１３１および環状部１３２となりエッチングによって除去される部分がダイヤフラム１２３とプレート１６２との間の空隙Ｃ３となる。すなわちプレート孔１６２ｃは空隙Ｃ３とプレートスペーサ１３１とを同時に形成できるようにエッチャントを上層絶縁膜１３０に到達させるための通孔である。したがってプレート孔１６２ｃは空隙Ｃ３の高さやプレートスペーサ１３１の形状やエッチング速度に応じて配置されている。具体的にはプレート孔１６２ｃはプレートスペーサ１３１との接合領域とその周辺をのぞく中央部１６２ｂおよび腕部１６２ａのほぼ全域にわたってほぼ等間隔に配列されている。隣り合うプレート孔１６２ｃの間隔を狭めるほど上層絶縁膜１３０の環状部１３２の幅を狭くしてチップの面積を狭くできる。一方、隣り合うプレート孔１６２ｃの間隔を狭めるほどプレート１６２の剛性が低くなる。

プレートスペーサ１３１は、プレート１６２と、ダイヤフラム１２３と同じ層に位置するガード電極１２５ａとに接合されている（ガード電極１２５ａはダイヤフラム１２３を構成している堆積膜である下層導電膜１２０からなる。）。プレートスペーサ１３１はプレート１６２に接合されている絶縁性の堆積膜である上層絶縁膜１３０からなる。複数のプレートスペーサ１３１はバックキャビティＣ１の開口１００ａの周囲に等間隔に配列されている。それぞれのプレートスペーサ１３１はダイヤフラム１２３の腕部１２３ｃと腕部１２３ｃとの間の切り欠きの領域に位置するため、ダイヤフラム１２３の最大径よりも、プレート１６２の最大径を小さくすることができる。これによりプレート１６２の剛性が上がるとともにプレート１６２と基板１００との寄生容量が小さくなる。

プレート１６２はそれぞれがガードスペーサ１０３とガード電極１２５ａとプレートスペーサ１３１とによって構成される柱形の構造体１２９によって基板１００上に支持されている。プレート１６２とダイヤフラム１２３との間には空隙Ｃ３が形成され、プレート１６２と基板１００との間には空隙Ｃ３と空隙Ｃ２とが形成されている。ガードスペーサ１０３とプレートスペーサ１３１とが絶縁性を有するためプレート１６２は基板１００から絶縁されている。

ガード電極１２５ａがなく、プレート１６２の電位と基板１００の電位とが異なる場合、プレート１６２と基板１００とが対向している領域には寄生容量が生じ、特にこれらの間に絶縁物がある場合には寄生容量が大きくなる（図４Ａ参照）。本実施形態ではプレート１６２を基板１００上に支持するガードスペーサ１０３とガード電極１２５ａとプレートスペーサ１３１とを１つの構造体１２９と見たときに、互いに離間した柱形の複数の構造体１２９でプレート１６２を基板１００上に支持する構造であるため、ガード電極１２５ａがないとしても、環状の壁構造の絶縁物でプレート１６２が基板１００上に支持される構造に比べると寄生容量が小さくなっている。

プレート１６２のダイヤフラム１２３と対向する面には複数の突起（プレートバンプ）１６２ｆが設けられている。プレートバンプ１６２ｆはプレート１６２を構成する上層導電膜１６０に接合された窒化シリコン（ＳｉＮ）膜と、窒化シリコン膜に接合された多結晶シリコン膜とからなる。プレートバンプ１６２ｆはダイヤフラム１２３がプレート１６２に付着（スティッキング）することを防止する。

プレート１６２の腕部１６２ａの先端からは腕部１６２ａより細いプレートリード１６２ｄがプレート端子１６２ｅまで伸びている。プレートリード１６２ｄはプレート１６２と同じ上層導電膜１６０からなる。プレートリード１６２ｄの配線経路はガードリード１２５ｄの配線経路と重なっている。このためプレートリード１６２ｄと基板１００との寄生容量が低減される。
以上、コンデンサマイクロホン１のＭＥＭＳ構造部の機械構造について説明した。

２．作用
図４は回路チップとセンサチップとが接続されることにより構成される回路を示している。ダイヤフラム１２３には回路チップに備わるチャージポンプＣＰによって安定したバイアス電圧が印加される。このバイアス電圧が高いほど感度が高くなるがダイヤフラム１２３とプレート１６２とのスティクションが起きやすくなるためプレート１６２の剛性は重要である。

図示しないパッケージの通孔から伝わる音波はプレート孔１６２ｃとプレート１６２の腕部間の切り欠き領域とを通ってダイヤフラム１２３に伝わる。プレート１６２には両面から同位相の音波が伝わるためプレート１６２は実質的に振動しない。ダイヤフラム１２３に伝わった音波はプレート１６２に対してダイヤフラム１２３を振動させる。ダイヤフラム１２３が振動するとプレート１６２とダイヤフラム１２３とを対向電極とする平行平板コンデンサの静電容量が変動する。この静電容量の変動は電圧信号として回路チップのアンプＡに入力されて増幅される。センサチップの出力はハイインピーダンスであるためアンプＡがパッケージ内に必要である。

基板１００とダイヤフラム１２３とが短絡されているため、図３Ａに示すようにガード部１２７のガード電極１２５ａが存在しなければ相対的に振動しないプレート１６２と基板１００とによって寄生容量が形成される。図３Ｂに示すようにアンプＡの出力端をガード部１２７に接続し、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プレート１６２と基板１００とによって寄生容量が形成されないようになる。すなわちプレート１６２の腕部１６２ａと基板１００とが対向する領域において腕部１６２ａと基板１００との間にガード電極１２５ａを設けることにより、プレート１６２の腕部１６２ａと基板１００とが対向する領域における寄生容量を低減できる。さらに、プレート１６２から伸びるプレートリード１６２ｄと対向する領域には、ガード電極同士を接続するガードリング１２５ｃからガード端子１２５ｅに伸びるガードリード１２５ｄが配線されているため、プレートリード１６２ｄと基板１００とによっても寄生容量が形成されない。環状のガードリング１２５ｃはダイヤフラム１２３の周囲においてほぼ最短経路で複数のガード電極１２５ａを接続している。またプレート１６２の周方向においてガード電極１２５ａをプレート１６２の腕部１６２ａより長く形成することによりさらに寄生容量が低減される。さらに、ガード部１２７と基板１００との間において下層絶縁膜１１０を不連続に形成すると、すなわち、ガードリング１２５ｃとそれぞれのガード電極１２５ａとを接続しているガードコネクタ１２５ｂと基板１００との間に空隙を形成すると、ガードコネクタ１２５ｂと基板１００とで形成する容量が寄生容量となる構成である場合には、その寄生容量を低減できる。

なお、チャージポンプＣＰ、アンプＡなどの回路チップに備わる要素をセンサチップ内に設け、１チップ構造のコンデンサマイクロホン１を構成することも可能である。

３．製造方法
次に図５から図１７に基づいてコンデンサマイクロホン１の製造方法を説明する。

図５に示す工程では、まず基板１００の表面全体に酸化シリコンからなる下層絶縁膜１１０を形成する。次に、ダイヤフラムバンプ１２３ｆを形成するためのディンプル１１０ａをフォトレジストマスクを用いたエッチングにより下層絶縁膜１１０に形成する。次に、下層絶縁膜１１０の表面上にＣＶＤ法などを用いて多結晶シリコンからなる下層導電膜１２０を形成する。すると、ディンプル１１０ａの上にダイヤフラムバンプ１２３ｆが形成される。最後に、フォトレジストマスクを用いて下層導電膜１２０をエッチングすることにより、下層導電膜１２０からなるダイヤフラム１２３およびガード部１２７を形成する。

続いて図６に示す工程では、下層絶縁膜１１０と下層導電膜１２０の表面全体に酸化シリコンからなる上層絶縁膜１３０を形成する。次に、プレートバンプ１６２ｆを形成するためのディンプル１３０ａを、フォトレジストマスクを用いたエッチングにより上層絶縁膜１３０に形成する。

続く図７に示す工程では、上層絶縁膜１３０の表面上に多結晶シリコン膜１３５と窒化シリコン膜１３６とからなるプレートバンプ１６２ｆを形成する。多結晶シリコン膜１３５を周知の方法でパターニングした後に窒化シリコン膜１３６が形成されるため、ディンプル１３０ａから突出している多結晶シリコン膜１３５の露出面全体が窒化シリコン膜１３６で覆われる。窒化シリコン膜１３６はスティッキング時にダイヤフラム１２３とプレート１６２とが短絡することを防止する絶縁膜である。

続いて図８に示す工程では、上層絶縁膜１３０の露出面と窒化シリコン膜１３６の表面にＥＣＶＤ法などを用いて多結晶シリコンからなる上層導電膜１６０を形成する。次にフォトレジストマスクを用いて上層導電膜１６０をエッチングすることによりプレート１６２とプレートリード１６２ｄとエッチストッパリング１６１とを形成する。なおこの工程ではプレート孔１６２ｃは形成されない。

続いて図９に示す工程では、上層絶縁膜１３０にコンタクトホールＣＨ１、ＣＨ３、ＣＨ４が形成され、続いて酸化シリコンからなる表層絶縁膜１７０が表面全体に形成される。さらにフォトレジストマスクを用いたエッチングにより、表層絶縁膜１７０にコンタクトホールＣＨ２を形成すると同時に表層絶縁膜１７０のコンタクトホールＣＨ１、ＣＨ３、ＣＨ４の底部に形成されている部分を除去する。次にコンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４のそれぞれを埋めるＡｌＳｉからなるパッド導電膜１８０が形成され、コンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４を覆う部分を残して周知の方法でパターニングされる。さらに窒化シリコンからなるパッド保護膜１９０が表層絶縁膜１７０およびパッド導電膜１８０の上にＣＶＤ法により形成されパット導電膜１８０の周囲にのみを残るようにパッド導電膜１９０が周知の方法によりパターニングされる。

続いて図１０に示す工程では、フォトレジストマスクを用いた異方性エッチングにより、プレート孔１６２ｃに対応する通孔１７０ａが表層絶縁膜１７０に形成され、上層導電膜１６０にはプレート孔１６２ｃが形成される。この工程は連続的に実施され、通孔１７０ａが形成された表層絶縁膜１７０は上層導電膜１６０のレジストマスクとして機能する。

続いて図１１に示す工程では、酸化シリコンからなる表層保護膜２００が表層絶縁膜１７０とパッド保護膜１９０の表面に形成される。このとき表層絶縁膜１７０の通孔１７０ａとプレート孔１６２ｃとは表層保護膜２００によって埋められる。

続いて図１２に示す工程では、コンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４にそれぞれ形成されているパッド導電膜１８０の表面にＮｉからなるバンプ膜２１０を形成し、バンプ膜２１０の表面にＡｕからなるバンプ保護膜２２０を形成する。さらにこの段階で基板１００の裏面を研削し、基板１００の厚さを完成寸法にする。

続いて図１３に示す工程では、フォトレジストマスクを用いたエッチングにより、表層保護膜２００と表層絶縁膜１７０とにエッチストッパリング１６１が露出する通孔Ｈ５を形成する。

以上の工程で基板１００の表面側の成膜プロセスはすべて終了している。基板１００の表面側の成膜プロセスがすべて終了した状態において、図１４に示す工程ではバックキャビティＣ１に対応する通孔を基板１００に形成するための通孔Ｈ６を有するフォトレジストマスクＲ１を基板１００の裏面に形成する。

続いて図１５に示す工程では、基板深掘りエッチング（Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ）により基板１００に通孔を形成する。このとき下層絶縁膜１１０がエッチングストッパとなる。

続いて図１６に示す工程では、フォトレジストマスクＲ１を除去し、基板深掘りエッチングにより基板１００に荒く形成された通孔の壁面１００ｃを平滑化する。

続いて図１７に示す工程では、フォトレジストマスクＲ２とＢＨＦ（希フッ酸）を用いた等方性エッチングにより、プレート１６２およびプレートリード１６２ｄの上にある余分な表層保護膜２００および表層絶縁膜１７０を除去し、さらに上層絶縁膜１３０の一部を除去して環状部１３２、プレートスペーサ１３１および空隙Ｃ３を形成し、下層絶縁膜１１０の一部を除去してガードスペーサ１０３、ダイヤフラムスペーサ１０２、環状部１０１および空隙Ｃ２を形成する。このときエッチャントであるＢＨＦはフォトレジストマスクＲ２の通孔Ｈ６と基板１００の開口１００ａのそれぞれから進入する。上層絶縁膜１３０の輪郭はプレート１６２およびプレートリード１６２ｄによって規定される。すなわちプレート１６２およびプレートリード１６２ｄに対するセルフアラインによって環状部１３２およびプレートスペーサ１３１が形成される。図１８に示すように環状部１３２およびプレートスペーサ１３１の端面には等方性エッチングによりアンダーカットが形成される。また下層絶縁膜１１０の輪郭は基板１００の開口１００ａとダイヤフラム１２３とダイヤフラムリード１２３ｄとガード電極１２５ａとガードコネクタ１２５ｂとガードリング１２５ｃとによって規定される。すなわちダイヤフラム１２３に対するセルフアラインによりガードスペーサ１０３およびダイヤフラムスペーサ１０２が形成される。ガードスペーサ１０３とプレートスペーサ１３１の端面には等方性エッチングによりアンダーカットが形成される（図１８、図１９参照）。また下層絶縁膜１１０の輪郭は基板１００の開口１００ａとダイヤフラム１２３とダイヤフラムリード１２３ｄとガード電極１２５ａとガードコネクタ１２５ｂとガードリング１２５ｃとによって規定される。すなわちダイヤフラム１２３に対するセルフアラインによりガードスペーサ１０３およびダイヤフラムスペーサ１０２が形成される。なおこの工程においてガードスペーサ１０３とプレートスペーサ１３１とが形成されるため、プレート１６２を基板１００の上に支持する構造体１２９のガード電極１２５ａを除く部分がこの工程で形成されている。

最後にフォトレジストマスクＲ２を除去し、基板１００をダイシングすると図１に示すコンデンサマイクロホン１のセンサチップが完成する。センサチップと回路チップとを図示しないパッケージ基板に接着し、ワイヤボンディングによって各端子間を接続し、図示しないパッケージカバーをパッケージ基板にかぶせると、コンデンサマイクロホン１が完成する。センサチップがパッケージ基板に接着されることにより、基板１００の裏面側においてバックキャビティＣ１が気密に閉塞される。

４．他の実施形態
尚、本発明の技術的範囲は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施形態で示した材質や寸法はあくまで例示であるし、当業者であれば自明である工程の追加や削除や工程順序の入れ替えについては説明が省略されている。例えば、上述した製造工程において、膜の組成、成膜方法、膜の輪郭形成方法、工程順序などは、コンデンサマイクロホンを構成しうる物性を持つ膜材料の組み合わせや、膜厚や、要求される輪郭形状精度などに応じて適宜選択されるものであって、特に限定されない。

本発明の実施形態にかかる平面図。本発明の実施形態にかかる模式的な断面図。本発明の実施形態にかかる分解斜視図。本発明の実施形態にかかる回路図。本発明の実施形態にかかる断面図。本発明の実施形態にかかる断面図。本発明の実施形態にかかる断面図。本発明の実施形態にかかる断面図。本発明の実施形態にかかる断面図。本発明の実施形態にかかる断面図。本発明の実施形態にかかる断面図。本発明の実施形態にかかる断面図。本発明の実施形態にかかる断面図。本発明の実施形態にかかる断面図。本発明の実施形態にかかる断面図。本発明の実施形態にかかる断面図。本発明の実施形態にかかる断面図。本発明の実施形態にかかる断面図。本発明の実施形態にかかる断面図。

符号の説明

１：コンデンサマイクロホン、１００：基板、１００ａ：開口、１００ｂ：基板端子、１０１：環状部、１０２：ダイヤフラムスペーサ、１０３：ガードスペーサ、１１０：下層絶縁膜、１１０ａ：ディンプル、１２０：下層導電膜、１２３：ダイヤフラム、１２３ａ：中央部、１２３ｂ：ダイヤフラム孔、１２３ｃ：腕部、１２３ｄ：ダイヤフラムリード、１２３ｅ：ダイヤフラム端子、１２３ｆ：ダイヤフラムバンプ、１２５ａ：ガード電極、１２５ｂ：ガードコネクタ、１２５ｃ：ガードリング、１２５ｄ：ガードリード、１２５ｅ：ガード端子、１２７：ガード部、１２９：第二スペーサ、１３０：上層絶縁膜、１３０ａ：ディンプル、１３１：プレートスペーサ、１３２：環状部、１６０：上層導電膜、１６１：エッチストッパリング、１６２：プレート、１６２ａ：腕部、１６２ｂ：中央部、１６２ｃ：プレート孔、１６２ｄ：プレートリード、１６２ｅ：プレート端子、１６２ｆ：プレートバンプ、１７０：表層絶縁膜、１８０：パッド導電膜、１９０：パッド保護膜、２００：表層保護膜、２１０：バンプ膜、２２０：バンプ保護膜、Ａ：アンプ、Ｃ１：バックキャビティ、Ｃ２：空隙、Ｃ３：空隙、ＣＰ：チャージポンプ

Claims

基板と、
前記基板上の堆積膜からなり導電性を有するダイヤフラムと、
前記基板上の堆積膜からなり導電性を有するプレートと、
前記ダイヤフラムの少なくとも一部を構成している堆積膜からなり導電性を有し前記ダイヤフラムから電気的に切り離されているガード部と、
前記プレートと前記ガード部とに接合されている上層絶縁膜からなり、前記ダイヤフラムとの間に空隙を挟んで前記プレートを支持する、プレートスペーサと、
前記基板と前記ガード部とに接合されている下層絶縁膜と、
を備え、
前記ダイヤフラムが前記プレートに対して振動することにより前記ダイヤフラムと前記プレートとで形成される静電容量が変化する、
振動トランスデューサ。
前記プレートスペーサは柱形であって前記プレートの外縁部の複数の領域に配置され、
前記ガード部は複数の前記プレートスペーサのそれぞれに接合される複数のガード電極と、前記ダイヤフラムの周囲において複数の前記ガード電極のそれぞれに接続されている環状のガードリングとを備える、
請求項１に記載の振動トランスデューサ。
前記下層絶縁膜は、前記ガード電極と前記基板との間と、前記ガードリングと前記基板との間とに不連続に形成され、
前記ガード電極と前記ガードリングとを接続している前記ガード部のガードコネクタと前記基板との間には空隙が形成されている、
請求項２に記載の振動トランスデューサ。
前記プレートは中央部と前記中央部から放射状に伸びる複数の腕部とを備え、
前記プレートスペーサは前記プレートの前記腕部に接合されている、
請求項１から３のいずれか一項に記載の振動トランスデューサ。
前記プレートの周方向において前記ガード電極は前記腕部より長い、
請求項４に記載の振動トランスデューサ。
前記プレートと前記ガード部とは前記プレートスペーサを誘電層とする静電容量を形成する、
請求項１から５のいずれか一項に記載の振動トランスデューサ。