JP2009111614A - 振動トランスデューサおよび振動トランスデューサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放射形状のプレートを備える振動トランスデューサにおいて空隙層への異物の進入を防止する。
【解決手段】バックキャビティの開口を形成している基板と、前記基板上の膜からなり導電性を有し前記開口を覆うダイヤフラムと、前記ダイヤフラム上の膜からなり導電性を有し前記ダイヤフラムに対向する対向部と前記対向部から放射状に伸びる複数の接合部とを備えるプレートと、前記接合部に接合され、前記ダイヤフラムと前記プレートとの間に空隙層を挟んで前記ダイヤフラムから絶縁しながら前記プレートを支持し、前記空隙層を囲む環状端面を備える絶縁支持層と、前記プレートの少なくとも一部を構成している膜からなり、前記絶縁支持層に接合されるとともに前記環状端面の内側に突出して前記プレートを囲み、前記空隙層を間に挟んで前記ダイヤフラムに対向しているカバーと、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および振動トランスデューサの製造方法に関し、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。

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

本件出願人は、プレートを放射形状とすることによってコンデンサマイクロホンの寄生容量を低減する技術について特許出願（特願２００６−２７８２４６）を行っている。この特許出願にかかるコンデンサマイクロホンは、プレートと基板との間に位置するダイヤフラムがチップ表面に露出する構造を有するため、ダイヤフラムとプレートの間の空隙層に異物が進入するおそれがある。ダイヤフラムとプレートの間の空隙層に異物が進入すると、ダイヤフラムとプレートが短絡したり、ダイヤフラムの振動が妨げられる。

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、放射形状のプレートを備える振動トランスデューサにおいてダイヤフラムとプレートの間の空隙層への異物の進入の防止を目的とする。

（１）上記目的を達成するための振動トランスデューサは、バックキャビティの開口を形成している基板と、基板上の膜からなり導電性を有し開口を覆うダイヤフラムと、ダイヤフラム上の膜からなり導電性を有しダイヤフラムに対向する対向部と対向部から放射状に伸びる複数の接合部とを備えるプレートと、接合部に接合され、ダイヤフラムとプレートとの間に空隙層を挟んでダイヤフラムから絶縁しながらプレートを支持し、空隙層を囲む環状端面を備える絶縁支持層と、プレートの少なくとも一部を構成している膜からなり、絶縁支持層に接合されるとともに環状端面の内側に突出してプレートを囲み、空隙層を間に挟んでダイヤフラムに対向しているカバーと、を備え、プレートとカバーとはスリットによって電気的に切り離され、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。
本発明によると、プレートの少なくとも一部を構成している膜からなるとともに、プレートに対向していないダイヤフラムの領域に対向するカバーを備える。すなわち本発明によると、プレートに覆われていないダイヤフラムの領域は、ダイヤフラムの上に形成されている膜からなるカバーによって覆われる。ダイヤフラムとカバーとの間には、ダイヤフラムとプレートとの間に形成されている空隙層があるため、カバーはダイヤフラムの振動を妨げることなくダイヤフラムを覆うことができる。スリットによってカバーはダイヤフラムから電気的に切り離されているため、カバーとダイヤフラムとが寄生容量を形成しない配線が可能である。そしてプレートとカバーとを切り離しているスリットの幅を狭くすることにより、ダイヤフラムとプレートの間の空隙層への異物の進入を防止することができる。

（２）本発明による振動トランスデューサは、通孔であるプレート孔を複数有するプレートと通孔であるカバー孔を複数有するカバーとを形成し、絶縁支持層となる膜の一部をプレートおよびカバーをマスクとして用いる等方性エッチングで除去することにより、空隙層を形成するとともに残部からなる絶縁支持層を形成する、ことを含む方法によって製造することができる。
この方法によると、プレートとカバーとをエッチングマスクとして用いて絶縁支持層を形成することができるため、マスクの数を低減し、製造コストを低減することができる。

（３）すなわち本発明による振動トランスデューサにおいて、プレートとカバーには、等方性エッチングにより空隙層と絶縁支持層とを同時に形成するためのエッチャントが通る通孔が複数形成されていることが望ましい。
そしてプレートとカバーとに形成される通孔は、エッチャントを通す程度の大きさがあればよいため、振動トランスデューサの機能を損なう大きさの固体異物が通らない程度に小さくすることができる。

（４）上記目的を達成するための振動トランスデューサにおいて、ダイヤフラムは、対向部に対向する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、接合部は、隣り合う腕部の間において絶縁支持層によって支持されることが望ましい。
ダイヤフラムを中央部と複数の腕部とを備える放射形状にすることによって、ダイヤフラムの剛性を低減し、感度を高めることができる。さらにダイヤフラムの隣り合う腕部の間において絶縁支持層によってプレートの接合部を支持することによって、プレートが絶縁支持層に掛け渡される距離を短くし、プレートの剛性を高めることができる。プレートの剛性が高まると、ダイヤフラムとプレートとに印加するバイアス電圧を高めることができるため、振動トランスデューサの感度を高めることができる。

尚、請求項において「〜上に」というときは、技術的な阻害要因がない限りにおいて「上に中間物を介在させずに」と「〜上に中間物を介在させて」の両方を意味する。また、請求項に記載された動作の順序は、技術的な阻害要因がない限りにおいて記載順に限定されず、同時に実行されても良いし、記載順の逆順に実行されても良いし、連続した順序で実行されなくても良い。

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。図１においてハッチングは下層導電膜１２０が形成されている領域を示している。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。尚、図１において上層導電膜１６０より上の層は示されていない。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支持部１０２と、ダイヤフラム支持部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絶縁部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、図１においてハッチングが付された領域に形成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。

絶縁支持層を構成する上層絶縁膜１３０は、酸化シリコンからなる絶縁性の堆積膜である。上層絶縁膜１３０は下層導電膜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はダイヤフラム支持部１０２よりも内側において円周上に配列された複数のプレート支持部１３１と、カバー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カバー支持部１３２とを構成している。カバー支持部１３２はプレート支持部１３１およびダイヤフラム支持部１０２より外側に位置している。カバー支持部１３２には環状端面１３２ａが形成されている。複数のプレート支持部１３１は環状端面１３２ａの内側に島状に形成されている。上層絶縁膜１３０の厚さはプレート１６２とダイヤフラム１２３との間にあって環状端面１３２ａに囲まれている空隙層Ｃ３の厚さに等しい。すなわち、上層絶縁膜１３０によって構成されている絶縁支持層は、プレート支持部１３１とカバー支持部１３２とからなり、ダイヤフラム１２３とガード部１２７とを構成している下層導電膜１２０と、プレート１６２とカバー１６１とを構成している上層導電膜１６０との間に厚さが一定の空隙層Ｃ３を形成している。

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りダイヤフラム１２３に重なるように形成され上層絶縁膜１３０に接合されている堆積膜である。上層導電膜１６０はプレート１６２と、プレート１６２から延びるプレートリード１６２ｄと、プレート１６２を囲みプレート１６２からスリットによって切り離されているカバー１６１とを構成している。すなわちカバー１６１はプレート１６２を構成している堆積膜からなり、プレート１６２から電気的に切り離されている。

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はその外縁近傍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支持部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層を挟んでプレート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。ダイヤフラム支持部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支持部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支持部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支持部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支持部１０２の厚さに相当する空隙層Ｃ２が形成されている。空隙層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。空隙層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と対向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に付着すること（スティクション）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支持部１０２によって支持されており、隣り合うダイヤフラム支持部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、対向部１６２ｂと、対向部１６２ｂから外側に放射状に伸びる複数の接合部１６２ａとを備える。プレート１６２は複数の接合部１６２ａのそれぞれに接合されている複数の柱形のプレート支持部１３１によって、ダイヤフラム１２３との間に空隙層Ｃ３を挟んで支持されている。複数のプレート支持部１３１のそれぞれはダイヤフラム１２３の腕部１２３ａと腕部１２３ａの間に位置している。すなわちプレート１６２の接合部１６２ａはダイヤフラム１２３の隣り合う腕部１２３ａの間において絶縁支持層を構成しているプレート支持部１３１によって支持されている。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と平行に複数のプレート支持部１３１に張り渡されている。プレート１６２の中心（対向部１６２ｂの中心）から対向部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の接合部１６２ａと接合部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が多数形成されている。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支持部１３１およびカバー支持部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との間の空隙層Ｃ３となる。すなわちプレート孔１６２ｃは空隙層Ｃ３とプレート支持部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は空隙層Ｃ３の高さやプレート支持部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はプレート支持部１３１との接合領域とその周辺をのぞく対向部１６２ｂおよび接合部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のカバー支持部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。

プレート支持部１３１はダイヤフラム１２３と同じ層に位置するガード電極１２５ａに接合されている（ガード電極１２５ａはダイヤフラム１２３と同じ下層導電膜１２０からなる。）。プレート支持部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。複数のプレート支持部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支持部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絶縁部１０３とガード電極１２５ａとプレート支持部１３１とによって構成される柱形の複数の構造体１２９によって基板１００上に支持されている。構造体１２９によって、プレート１６２とダイヤフラム１２３との間には空隙層Ｃ３が形成され、プレート１６２と基板１００との間には空隙層Ｃ３と空隙層Ｃ２とが形成されている。ガード絶縁部１０３とプレート支持部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絶縁部１０３とガード電極１２５ａとプレート支持部１３１とを１つの構造体としてとらえた構造体１２９が柱形であり、互いに離間した複数の構造体でプレート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に付着すること（スティクション）を防止する。ダイヤフラム１２３のスティクションを防止するための突起をカバー１６１に形成してもよい。

プレート１６２の接合部１６２ａの先端からは接合部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。

プレート１６２の周囲に形成されているカバー１６１は放射状のプレート１６１に対応する内歯車形である。すなわちスリットによってプレート１６２から切り離されているカバー１６１の内側の輪郭はプレート１６１の輪郭に沿って形成されている。プレート１６２とカバー１６１との間にあるスリットの幅が狭ければ狭いほど異物がプレート１６２とダイヤフラム１２３との間の空隙層Ｃ３に進入しにくくなる。プレート１６２とカバー１６１との間にあるスリットの幅はプレート１６２とダイヤフラム１２３との間の空隙層Ｃ３の厚さよりも狭いことが望ましい。プレート１６２とカバー１６１とを切り離しているスリットはプレートリード１６２ｄからもカバー１６１を切り離している。すなわち、カバー１６１は完全な環状ではなく、周方向の一カ所で分断されており、カバー１６１を分断している領域をプレートリード１６２ｄが延伸している。

ほぼ環状のカバー１６１の外縁部はカバー支持部１３２に環状に接合されている。カバー１６１は、カバー支持部１３２の環状端面１３２ａの内側に向かって突出している。環状端面１３２ａの内側に突出しているカバー支持部１３２の突端１６１ａは、スリットを間に挟んでプレート１６２の対向部１６２ｂの外縁に対向している。すなわちカバー支持部１３２の環状端面１３２ａの内側に突出している部分は最長でプレート１６２の対向部１６２ｂの外縁近傍まで延びている。また環状端面１３２ａの内側に突出しているカバー支持部１３２の凹端１６１ｂはスリットを間に挟んでプレート１６２の接合部１６２ａの先端に対向している。すなわち、カバー支持部１３２の環状端面１３２ａの内側に突出している部分は最短でもプレート１６２の接合部１６２ａの先端近傍まで延びている。

カバー１６１はプレート支持部１３１と同じ上層絶縁膜１３０で構成されたカバー支持部１６１によって支持されている。このため、プレート１６２とダイヤフラム１２３との間に挟まれている空隙層Ｃ３の厚さは、カバー１６１とダイヤフラム１２３との間においても同一である。

カバー１６１はダイヤフラム１２３の腕部１２３ｃに対向しているが、カバー１６１とプレート１６２とはスリットによって電気的に切り離されており、カバー１６１は電気的に浮いているため、カバー１６１とダイヤフラム１２３の腕部１２３ｃとによって寄生容量は形成されない。

カバー１６１には、カバー１６１とダイヤフラム１２３との間において空隙層Ｃ３を形成するための通孔であるカバー孔１６１ｃが多数形成されている。すなわち、カバー孔１６１ｃは上層絶縁膜１３０をエッチングするためのエッチャントを通す通孔であり、空隙層Ｃ３とカバー支持部１３２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。カバー孔１６１ｃはカバー１６１とダイヤフラム１２３との間において空隙層Ｃ３を形成するために必要なだけ形成されていればよい。すなわち、それぞれのカバー孔１６１ｃはエッチャントが通れる程度に大きければよく、多数のカバー孔１６１ｃは少なくともダイヤフラム１２３の真上の領域において配列密度に大きな偏りが無いように形成されている。カバー孔１６１ｃは空隙層Ｃ３の高さやカバー支持部１３２の形状やエッチング速度に応じて配置されている。具体的にはカバー孔１６１ｃはカバー支持部１３２との接合領域とその周辺をのぞくほぼ全域にわたってほぼ等間隔に配列されている。隣り合うカバー孔１６１ｃの間隔を狭めるほど上層絶縁膜１３０のカバー支持部１３２の幅を狭くしてチップの面積を狭くできる。
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。

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の接合部１６２ａと基板１００とが対向する領域において接合部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の接合部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の接合部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。

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ＣＶＤ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とカバー１６１とを形成する。なおこの工程ではプレート孔１６２ｃおよびカバー孔１６１ｃ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およびカバー孔１６１ｃ（図１０から図１７においてカバー孔１６１ｃは省略されている。）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、カバー１６１にはカバー孔１６１ｃ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とカバー孔１６１ｃ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とにカバー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の一部を除去してカバー支持部１３２、プレート支持部１３１および空隙層Ｃ３を形成し、下層絶縁膜１１０の一部を除去してガード絶縁部１０３、ダイヤフラム支持部１０２、環状部１０１および空隙層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。フォトレジストマスクＲ２の通孔Ｈ６から進入したエッチャントは、プレート１６２とカバー１６１の間のスリットとプレート孔１６２ｃとカバー孔１６１ｃとを通って上層絶縁膜１６０をエッチングする。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カバー支持部１３２およびプレート支持部１３１が形成される。図１８に示すようにカバー支持部１３２およびプレート支持部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絶縁部１０３およびダイヤフラム支持部１０２が形成される。ガード絶縁部１０３とプレート支持部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）。なおこの工程においてガード絶縁部１０３とプレート支持部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。たとえばプレート１６２とカバー１６１との間のスリットの幅は一定である必要はなく、スリットの幅が一部で広がっていてもよい。すなわち、図２０に示すようにプレート１６２とカバー１６１との間の間隙にスリット状でない部分があってもよく、少なくともカバー支持部１３２の環状端面１３２ａの内側にカバー１６１が突出し、プレート１６２とカバー１６１との間の間隙が一部でスリット状に狭まっていればよい。

また例えば、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。 本発明の実施形態にかかる平面図。

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：ダイヤフラム支持部、１０３：ガード絶縁部、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：構造体、１３０：上層絶縁膜（絶縁支持層）、１３０ａ：ディンプル、１３１：プレート支持部、１３２：カバー支持部、１３２ａ：環状端面、１６０：上層導電膜、１６１：カバー、１６１ｃ：カバー孔、１６２：プレート、１６２ａ：接合部、１６２ｂ：対向部、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：空隙層、Ｃ３：空隙層、ＣＰ：チャージポンプ

Claims (4)

1. バックキャビティの開口を形成している基板と、
   前記基板上の膜からなり導電性を有し前記開口を覆うダイヤフラムと、
   前記ダイヤフラム上の膜からなり導電性を有し前記ダイヤフラムに対向する対向部と前記対向部から放射状に伸びる複数の接合部とを備えるプレートと、
   前記接合部に接合され、前記ダイヤフラムと前記プレートとの間に空隙層を挟んで前記ダイヤフラムから絶縁しながら前記プレートを支持し、前記空隙層を囲む環状端面を備える絶縁支持層と、
   前記プレートの少なくとも一部を構成している膜からなり、前記絶縁支持層に接合されるとともに前記環状端面の内側に突出して前記プレートを囲み、前記空隙層を間に挟んで前記ダイヤフラムに対向しているカバーと、
   を備え、
   前記プレートと前記カバーとはスリットによって電気的に切り離され、
   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。
2. 請求項１に記載の振動トランスデューサを製造する方法であって、
   通孔であるプレート孔を複数有する前記プレートと通孔であるカバー孔を複数有する前記カバーとを形成し、
   前記絶縁支持層となる膜の一部を前記プレートおよび前記カバーをマスクとして用いる等方性エッチングで除去することにより、前記空隙層を形成するとともに残部からなる前記絶縁支持層を形成する、
   ことを含む振動トランスデューサの製造方法。
3. 前記プレートと前記カバーには、等方性エッチングにより前記空隙層と前記絶縁支持層とを同時に形成するためのエッチャントが通る通孔が複数形成されている、
   請求項１に記載の振動トランスデューサ。
4. 前記ダイヤフラムは、前記対向部に対向する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備え、
   前記接合部は、隣り合う前記腕部の間において前記絶縁支持層によって支持される、
   請求項１または３に記載の振動トランスデューサ。

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