JP4947220B2 - 音響センサ及びマイクロフォン - Google Patents

Description

本発明は音響センサ及びマイクロフォンに関し、具体的には、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて製造されるＭＥＭＳ方式の音響センサと、当該音響センサを用いたマイクロフォンに関する。

静電容量方式の音響センサとしては、特許文献１に開示されたものや特許文献２に開示されたものがある。静電容量方式のセンサでは、シリコン基板の表面にダイアフラム（可動電極膜）を設け、ダイアフラムを覆うようにしてシリコン基板の表面にバックプレートを固定し、バックプレートの固定電極膜とダイアフラムによってキャパシタを構成している。そして、音響振動でダイアフラムを振動させ、そのときの固定電極膜とダイアフラムの間の静電容量の変化を出力するようになっている。また、音響振動でダイアフラムを振動させるためには、固定電極膜とダイアフラムの間のエアギャップに音響振動を導入させなければならないので、バックプレートに多数のアコースティックホールを開口している。

このような音響センサにおいて、Ｓ／Ｎ比を向上させるためには、アコースティックホールの開口径を大きくする必要がある。しかし、バックプレートに開口されているアコースティックホールは、比較的膜厚のプレート部だけでなく、厚さの薄い固定電極膜にも開口されている。そのため、アコースティックホールの開口径を大きくすると、固定電極膜の引出し配線部分が断線しやすくなったり、寄生抵抗が増加したりする問題がある。

特許第４３３８３９５号公報 特開２００９−８９０９７号公報

本発明は、上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、バックプレートにあけるアコースティックホール（音響孔）の開口径を大きくしても固定電極膜に破損が起きにくく、寄生抵抗が増大しにくい音響センサを提供することにある。

本発明に係る第１の音響センサは、バックチャンバを有する半導体基板と、前記半導体基板の上方に配設された導電性のダイアフラムと、間隙を隔てて前記ダイアフラムを覆うようにして前記半導体基板の上面に固定された絶縁性の固定膜と、前記ダイアフラムと対向する位置において前記固定膜に設けた導電性の固定電極膜と、前記固定電極膜から引き出された引出し配線と、前記引出し配線を接続された電極パッドとを備え、音響振動を前記ダイアフラムと前記固定電極膜との間の静電容量の変化に変換する音響センサであって、前記固定膜と前記固定電極膜からなるバックプレートには複数の音響孔が開口し、前記引出し配線及びその近傍領域は、それぞれその他の領域よりも音響孔の開口率が小さいことを特徴としている。

ここで開口率とは、複数個の音響孔を含む広さの領域における、当該領域の面積に対する音響孔の開口面積の合計の比率をいう。前記引出し配線及び前記引出し配線の近傍領域に設けられた音響孔の開口率を小さくするためには、前記引出し配線及び前記引出し配線の近傍領域で、それぞれその他の領域よりも音響孔１個あたりの開口面積を小さくすればよい。あるいは、前記引出し配線及び前記引出し配線の近傍領域で、それぞれその他の領域よりも隣り合う音響孔どうしの中心間距離が長くなるようにすればよい。

また、前記引出し配線及び前記引出し配線の近傍領域が、それぞれその他の領域にある音響孔よりも開口率の小さな音響孔を有しているとは、前記引出し配線又は前記引出し配線の近傍領域が音響孔を有していない（すなわち、開口率がゼロの）場合を含む。

また、前記引出し配線の近傍領域とは、バックプレートの音響孔形成領域のうち（引出し配線の通る領域を除く）、引出し配線の基端から測って、音響孔の平均的な中心間距離の６倍以内の領域、好ましくはほぼ３倍以内の領域をいう。

本発明の第１の音響センサにあっては、引出し配線及びその近傍領域にある音響孔が比較的小さな開口率となっているので、引出し配線及びその近傍領域において音響孔間の電極膜の幅が狭くなりにくく、引出し配線及びその近傍領域における寄生抵抗を小さくすることができる。よって、引出し配線及びその近傍領域におけるノイズの発生を低減でき、音響センサのＳ／Ｎ比を向上させることができる。さらに、引出し配線及びその近傍領域において音響孔間の電極膜の幅を広げることができるので、引出し配線及びその近傍領域における音響孔による固定電極膜の強度低下を小さくできる。よって、引出し配線や固定電極膜の機械的強度が高くなって断線や破損が生じにくくなる。

また、本発明の第１の音響センサにあっては、引出し配線及びその近傍を除くその他の領域においては、音響孔の開口率が比較的大きくなっているので、音響振動が音響孔を通過しやすくなり、音響センサのＳ／Ｎ比を大きくして感度を向上させることができる。

本発明に係る第１の音響センサのある実施態様は、前記引出し配線及び前記引出し配線の近傍領域に設けられた前記音響孔と、前記引出し配線及び前記引出し配線の近傍領域を除くその他の領域にある前記音響孔とが、同じ規則に従って配列されていることを特徴としている。ここで言う同じ規則に従って配列されているとは、配列の形態（たとえば、矩形配置や同心円状配置、ハニカム状配置、千鳥状配置など）と配列ピッチ（音響孔どうしの中心間距離）とが同じであることをいう。かかる実施態様によれば、製造工程においてエアギャップの犠牲層エッチングを均一に行うことができる。

本発明に係る第１の音響センサの別な実施態様は、前記引出し配線又は前記引出し配線の近傍領域に設けられた比較的開口面積の小さな前記音響孔の直径が、当該音響孔どうしの離間距離の２倍よりも小さいことを特徴としている。かかる実施態様によれば、固定電極膜の強度を確保し、寄生抵抗を軽減することができる。

本発明に係る第１の音響センサのさらに別な実施態様は、前記引出し配線及び前記引出し配線の近傍領域を除くその他の領域に設けられた比較的開口面積の大きな前記音響孔の直径が、当該音響孔どうしの離間距離よりも大きいことを特徴としている。かかる実施態様によれば、引出し配線及び引出し配線の近傍領域を除くその他の領域で音響孔の開口率が大きくなるので、音響センサのＳ／Ｎ比を向上させることができる。

本発明に係る第１の音響センサのさらに別な実施態様は、前記引出し配線及び前記引出し配線の近傍領域を除くその他の領域にある比較的開口面積の大きな前記音響孔の直径が、当該音響孔どうしの離間距離の４倍よりも小さいことを特徴としている。かかる実施態様によれば、音響孔の開口面積を大きくしすぎてバックプレートの強度が不足したり、固定電極膜の電極面積が小さくなりすぎるのを防ぐことができる。

本発明に係る第１の音響センサのさらに別な実施態様は、前記引出し配線及び前記引出し配線の近傍領域において配列している比較的開口面積の小さな前記音響孔は、隣り合う当該音響孔どうしの中心間距離が、前記引出し配線及び前記引出し配線の近傍領域を除くその他の領域にある比較的開口面積の大きな音響孔の、隣り合う当該音響孔どうしの中心間距離と等しいことを特徴としている。かかる実施態様によれば、製造工程においてエアギャップの犠牲層エッチングを均一に行うことができる。

本発明に係る第１の音響センサのさらに別な実施態様は、前記引出し配線に設けた音響孔から数えたとき当該引出し配線の音響孔を含めて５区画以下のエリアに含まれる音響孔を、比較的開口面積の小さな前記音響孔としたことを特徴としている。ここで言う区画とは、引出し配線からほぼ等しい距離にある複数個の音響孔の中心を通過する仮想線を指す。かかる実施態様によれば、バックプレートの強度を確保し、寄生抵抗を軽減することができる。

本発明に係る第２の音響センサは、バックチャンバを有する半導体基板と、前記半導体基板の上方に配設された導電性のダイアフラムと、間隙を隔てて前記ダイアフラムを覆うようにして前記半導体基板の上面に固定された絶縁性の固定膜と、前記ダイアフラムと対向する位置において前記固定膜に設けた導電性の固定電極膜と、前記固定電極膜から引き出された引出し配線と、前記引出し配線を接続された電極パッドとを備え、音響振動を前記ダイアフラムと前記固定電極膜との間の静電容量の変化に変換する音響センサであって、前記固定膜と前記固定電極膜からなるバックプレートには複数の音響孔が開口し、前記引出し配線及びその近傍領域のうち少なくとも前記引出し配線は、前記音響孔を有しないか、あるいはその他の領域にある音響孔よりも開口率の小さな音響孔を有している（ただし、前記引出し配線に音響孔が無く、かつ、前記引出し配線の近傍領域に設けられた音響孔の開口率と前記引出し配線及び前記引出し配線の近傍領域を除くその他の領域にある音響孔の開口率とが等しい場合を除く。）ことを特徴としている。

ここでも開口率とは、複数個の音響孔を含む広さの領域における、当該領域の面積に対する音響孔の開口面積の合計の比率をいう。前記引出し配線及びその近傍領域のうち少なくとも前記引出し配線に設けられた音響孔の開口率を小さくするためには、前記引出し配線及びその近傍領域を除くその他の領域にある音響孔よりも１個あたりの開口面積を小さくすればよい。あるいは、前記引出し配線及びその近傍領域を除くその他の領域にある音響孔よりも隣り合う音響孔どうしの中心間距離が長くなるようにすればよい。

また、引出し配線の近傍領域とは、バックプレートの音響孔形成領域のうち（引出し配線の通る領域を除く）、引出し配線の基端から測って、音響孔の平均的な中心間距離の６倍以内の領域、好ましくはほぼ３倍以内の領域をいう。

本発明の第２の音響センサにあっては、引出し配線及びその近傍領域にある音響孔が比較的小さな開口率となっているか、あるいは音響孔がないので、引出し配線及びその近傍領域において音響孔間の電極膜の幅が狭くなりにくく、引出し配線及びその近傍領域における寄生抵抗を小さくすることができる。よって、引出し配線及びその近傍領域におけるノイズの発生を低減でき、音響センサのＳ／Ｎ比を向上させることができる。さらに、引出し配線及びその近傍領域において音響孔間の電極膜の幅を広げることができるので、引出し配線及びその近傍領域における音響孔による固定電極膜の強度低下を小さくできる。よって、引出し配線や固定電極膜の機械的強度が高くなって断線や破損が生じにくくなる。

また、本発明の第２の音響センサにあっては、引出し配線及びその近傍を除くその他の領域においては、音響孔の開口率が比較的大きくなっているので、音響振動が音響孔を通過しやすくなり、音響センサのＳ／Ｎ比を大きくして感度を向上させることができる。

本発明に係る第１のマイクロフォンは、本発明に係る第１の音響センサと前記音響センサから出力された電気信号を処理する信号処理回路とをハウジング内に納めたものである。本発明のマイクロフォンによれば、本発明の音響センサを用いているので、ノイズの発生を低減でき、マイクロフォンのＳ／Ｎ比を向上させることができる。さらに、音響センサにおける引出し配線や固定電極膜の断線や破損が生じにくくなり、マイクロフォンの故障が起こりにくくなる。

本発明に係る第２のマイクロフォンは、本発明に係る第２の音響センサと前記音響センサから出力された電気信号を処理する信号処理回路とをハウジング内に納めたものである。本発明のマイクロフォンによれば、本発明の音響センサを用いているので、ノイズの発生を低減でき、マイクロフォンのＳ／Ｎ比を向上させることができる。さらに、音響センサにおける引出し配線や固定電極膜の断線や破損が生じにくくなり、マイクロフォンの故障が起こりにくくなる。

なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。

図１は、本発明の実施形態１に係る音響センサの平面図である。 図２は、図１のＸ−Ｘ線断面図である。 図３は、実施形態１の音響センサの作用説明図である。 図４は、実施形態１の音響センサにおけるアコースティックホールの配置を説明するための図である。 図５は、本発明の実施形態２に係る音響センサの平面図である。 図６は、実施形態２の音響センサにおいて、バックプレートのプレート部を除去した状態の平面図である。 図７は、本発明の実施形態３に係る音響センサの平面図である。 図８は、本発明の実施形態４に係る音響センサの平面図である。 図９は、本発明の実施形態５に係るマイクロフォンの概略断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々設計変更することができる。

（第１の実施形態）
まず、図１及び図２を参照して本発明の実施形態１による音響センサ３１の構造を説明する。図１は音響センサ３１の平面図である。図２は、音響センサ３１の対角方向における断面図（図１のＸ−Ｘ線断面）である。

この音響センサ３１はＭＥＭＳ技術を利用して作製された静電容量型素子であり、図２に示すように、シリコン基板３２（半導体基板）の上面にアンカー３７を介してダイアフラム３３を設け、その上に微小なエアギャップを介してバックプレート３４を固定したものである。

単結晶シリコンからなるシリコン基板３２には、表面から裏面に貫通したバックチャンバ３５が形成されている。バックチャンバ３５は内周面が垂直面となっていてもよく、テーパー状に傾斜していてもよい。

シリコン基板３２の上面には、ダイアフラム３３の外周部下面を支持するための複数個のアンカー３７が設けられており、さらにシリコン基板３２の上面には、ダイアフラム３３を囲むようにして膜厚の土台部４１が形成されている。さらに、シリコン基板３２の上面の、土台部４１よりも外側の領域は土台部４１よりも薄い密着層４７によって覆われている。アンカー３７及び土台部４１は、ＳｉＯ_２によって形成されている。密着層４７は、ＳｉＯ_２又はポリシリコンによって形成されている。

図１に示すように、ダイアフラム３３は、略円板状のポリシリコン薄膜によって形成されており、導電性を有している。ダイアフラム３３からは外側に向けて帯板状の引出し配線４３が延びている。

ダイアフラム３３は、バックチャンバ３５の上面開口を覆うようにしてシリコン基板３２の上に配置されている。ダイアフラム３３の外周部下面は、その全周をアンカー３７によってシリコン基板３２の上面に固定されている。従って、ダイアフラム３３は、バックチャンバ３５の上方で宙空に浮いており、音響振動（空気振動）に感応して膜振動可能になっている。

バックプレート３４は、窒化膜（ＳｉＮ）からなるプレート部３９（固定膜）の下面にポリシリコンからなる固定電極膜４０を設けたものである。バックプレート３４は、天蓋状をしていて、その下の空洞部分でダイアフラム３３を覆っている。バックプレート３４の下の空洞部分の高さ（シリコン基板３２の上面から固定電極膜４０の下面までの高さ）は、製造上の理由から、シリコン基板３２の上面に形成された土台部４１の厚みと等しくなっている。バックプレート３４の下面（すなわち、固定電極膜４０の下面）とダイアフラム３３の上面との間には微小なエアギャップが形成されている。固定電極膜４０は、可動電極膜であるダイアフラム３３と対向してキャパシタを構成している。

バックプレート３４には、上面から下面に貫通するようにして、音響振動を通過させるためのアコースティックホール３８ａ、３８ｂ（音響孔）が多数穿孔されている。バックプレート３４のうち、固定電極膜４０の引出し配線４４及びその近傍の領域に設けられているアコースティックホール３８ｂは、それ以外の領域（つまり、バックプレート３４のアコースティック形成領域のうち引出し配線４４から離れた大部分の領域）に設けられているアコースティックホール３８ａよりも開口面積が小さくなっている。なお、アコースティックホール３８ａ、３８ｂはプレート部３９から固定電極膜４０に貫通しているが、プレート部３９のアコースティックホールと固定電極膜４０のアコースティックホールとは、同じ符号で示す。

また、ダイアフラム３３の外周部下面とシリコン基板３２の上面との間にも、小さな隙間（音響振動の通路）があいている。従って、アコースティックホール３８ａ、３８ｂを通ってバックプレート３４内に入った音響振動は、ダイアフラム３３を振動させるとともに、ダイアフラム３３の外周部とシリコン基板３２の間の隙間を通ってバックチャンバ３５へ抜けてゆく。

また、バックプレート３４の内面には微小なストッパ４２が多数突出しており、ダイアフラム３３と固定電極膜４０の間に過電圧が印加されたときの静電引力によってダイアフラム３３がバックプレート３４の下面に吸着されて戻らなくなるのを防止している。また、ダイアフラム３３とバックプレート３４の間に浸入した水分によりダイアフラム３３がバックプレート３４に固着（スティック）して戻らなくなる現象もストッパ４２により防止される。

天蓋状をしたプレート部３９の外周縁からは、全周にわたって保護膜５３が連続的に延出している。したがって、保護膜５３はプレート部３９と同じく窒化膜（ＳｉＮ）によって形成されており、プレート部３９とほぼ同じ膜厚を有している。保護膜５３の内周部は断面逆溝状をした土台被覆部５１となっており、保護膜５３の外周部は平坦部５２となっている。

バックプレート３４はシリコン基板３２の上面に固定されており、保護膜５３は土台部４１及び密着層４７を介在させてシリコン基板３２の上面外周部を覆っている。保護膜５３の土台被覆部５１は土台部４１を覆っており、平坦部５２は密着層４７の上面を覆っている。

ダイアフラム３３の引出し配線４３は土台部４１に固定されており、固定電極膜４０から延出された引出し配線４４も土台部４１の上面に固定されている。一方、土台被覆部５１には開口があけられており、当該開口を通して引出し配線４３の上面に可動側電極パッド４６（電極端子）が形成され、可動側電極パッド４６は引出し配線４３に（したがって、ダイアフラム３３に）導通している。また、プレート部３９の上面に設けられた固定側電極パッド４５（電極端子）は、スルーホールなどを介して引出し配線４４に（したがって、固定電極膜４０に）導通している。

引出し配線４４及びその近傍領域に設けられているアコースティックホール３８ｂは比較的開口面積が小さく、それ以外の領域に設けられているアコースティックホール３８ａは比較的大きな開口面積を有している。これらのアコースティックホール３８ａ、３８ｂは、全体として図１に示すように三角形状（あるいは、ハニカム状）に配列されていてもよく、四角形状や円環状に配列されていてもよく、ランダムに配列されていてもよい。したがって、開口面積の大きなアコースティックホール３８ａが形成されている領域においては、アコースティックホール３８ａ間の離間距離（つまり、隣接するアコースティックホールの外周間の最短距離）が比較的小さくなっており、開口面積の小さなアコースティックホール３８ｂが形成されている領域においては、アコースティックホール３８ｂ間の離間距離は比較的大きくなっている。

しかして、この音響センサ３１にあっては、音響振動がアコースティックホール３８ａ、３８ｂを通過してバックプレート３４とダイアフラム３３との間の空間に入ると、薄膜であるダイアフラム３３が音響振動に共振して膜振動する。ダイアフラム３３が振動してダイアフラム３３と固定電極膜４０との間のギャップ距離が変化すると、ダイアフラム３３と固定電極膜４０との間の静電容量が変化する。この結果、この音響センサ３１においては、ダイアフラム３３が感知している音響振動（音圧の変化）がダイアフラム３３と固定電極膜４０の間の静電容量の変化となり、電極パッド４５、４６から電気的な信号として出力される。

また、この音響センサ３１にあっては、引出し配線４４及び引出し配線４４の近傍領域を除く領域、すなわちバックプレート３４の大部分においては、開口面積の比較的大きなアコースティックホール３８ａを設けているので、音響振動がアコースティックホール３８ａ、３８ｂを通過しやすく、音響センサ３１のＳ／Ｎ比を大きくして感度を向上させることができる。

しかし、ダイアフラム３３と固定電極膜４０との静電容量の変化に伴って固定側電極パッド４５と固定電極膜４０の間には図３に矢印で示すように引出し配線４４を通って電流が流れる。そのため、引出し配線４４やその近傍領域にあるアコースティックホール３８ｂの開口面積が大きいと、電流通路の断面積が狭くなって電流通路の寄生抵抗が高くなる。そして、寄生抵抗が高くなると、抵抗体から発生する電気ノイズが増大して音響センサの特性を悪化させるおそれがある。

これに対し、上記音響センサ３１では、引出し配線４４及びその近傍領域に設けたアコースティックホール３８ｂの開口面積が比較的小さくなっているので、引出し配線４４及び固定電極膜４０における電流通路の断面積がアコースティックホール３８ｂによって狭くなりにくく、図３に矢印で示すように流れる電流の寄生抵抗が小さくなる。よって、引出し配線４４及びその近傍領域においても寄生抵抗を小さくしてノイズを低減でき、センサのＳ／Ｎ比を向上させることができる。この結果、開口面積の比較的大きなアコースティックホール３８ａと開口面積の比較的小さなアコースティックホール３８ｂの組合せにより、音響センサ３１のＳ／Ｎ比を効率よく向上させることができる。

また、引出し配線４４の部分は幅が狭いため強度が低いところへもって、アコースティックホール３８ｂが開口しているためさらに強度が低下しやすい。また、引出し配線４４の先は土台部４１に固定されているので、固定電極膜４０のうち引出し配線４４とつながっている箇所に応力が集中しやすく、さらにアコースティックホール３８ｂによっても強度が低下している。そのため、開口面積の大きなアコースティックホールを設けると、引出し配線４４やその近傍領域で引出し配線４４や固定電極膜４０が破損したり断線したりして音響センサ３１が機能停止するおそれがある。

これに対し、上記音響センサ３１では、引出し配線４４及びその近傍領域においては、アコースティックホール３８ｂの開口面積を小さくしているので、引出し配線４４やその近傍領域におけるアコースティックホール３８ｂに起因する強度低下を小さくすることができる。よって、音響センサ３１では、引出し配線４４や固定電極膜４０に断線や破損が生じにくくなり、音響センサ３１の機械的強度が向上する。

つぎに、音響センサ３１の特性を良好にするためのアコースティックホール３８ａ、３８ｂの大きさとピッチとの関係について述べる。ただし、アコースティックホール３８ａ、３８ｂはほぼ円形の開口であって、規則的に配列しているものとする。

引出し配線４４から離れた領域の比較的開口面積の大きなアコースティックホール３８ａについて説明する。図４に示すように、開口面積の大きなアコースティックホール３８ａの直径をＷaとし、アコースティックホール３８ａどうしの離間距離をＤaとすれば、アコースティックホール３８ａの配列ピッチ（中心間距離）はＷａ＋Ｄaとなる。また、離間距離Ｄa×固定電極膜４０の厚みが、アコースティックホール３８ａ間を流れる電流に対する電流通路の断面積を表す。

まず第１に、音響センサ３１のＳ／Ｎ比を向上させるためには、引出し配線４４から離れた領域ではアコースティックホール３８ａの開口率を大きくしておくことが好ましいので、
直径 Ｗa ＞ 離間距離 Ｄa
とすることが望ましい。

また、ダイアフラム３３と固定電極膜４０との間のエアギャップで発生する熱雑音を効率的に逃がすためには、アコースティックホール３８ａどうしの離間距離Ｄaはできるだけ狭いことが望ましい。しかし、アコースティックホール３８ａどうしの離間距離を過度に狭くすると、バックプレート３４の強度が不足したり、固定電極膜４０の電極面積が小さくなってしまう。よって、
Ｄa ＞ ０.２５×Ｗa
であることが好ましい。したがって、アコースティックホール３８ａどうしの離間距離Ｄaはできるだけ狭いことが好ましいが、０.２５Ｗaを下限値とする。

これらをまとめて表すと、
０.２５×Ｗa ＜ Ｄa ＜ Ｗa
という条件が得られる。

一方、アコースティックホール３８ａの直径Ｗaが過度に小さいと、製造工程においてバックプレート３４内に存在していた犠牲層のエッチングを行えなかったり、アコースティックホール３８ａの内部で熱雑音が発生したりする恐れがあるため、アコースティックホール３８ａの直径Ｗaは３μｍ以上であることが望ましい。たとえば、Ｗa＝１６μｍ、Ｄa＝８μｍとすれば、エアギャップにおける熱雑音を小さくでき、また高いＳ／Ｎ比を得ることができる。

つぎに、引出し配線４４及びその近傍領域における比較的開口面積の小さなアコースティックホール３８ｂについて説明する。図４に示すように、開口面積の小さなアコースティックホール３８ｂの直径をＷbとし、アコースティックホール３８ｂどうしの離間距離をＤbとすれば、アコースティックホール３８ｂの配列ピッチはＷb＋Ｄbとなる。また、離間距離Ｄb×固定電極膜４０の厚みが、アコースティックホール３８ｂ間を流れる電流に対する電流通路の断面積を表す。

引出し配線４４の近傍では、固定電極膜４０の強度確保や寄生抵抗軽減を優先しなければならないので、アコースティックホール３８ｂどうしの離間距離Ｄｂは広いことが望ましい。特に、固定電極膜４０に十分な強度を持たせるためには、離間距離Ｄｂはアコースティックホール３８ｂの半径よりも大きくすればよい（たとえば、Ｄb ＞ ０.５×Ｗb とすればよい）。また、エアギャップの犠牲層エッチングを均一に行うためには、引出し配線４４及びその近傍領域におけるアコースティックホール３８ｂの配列ピッチＷb＋Ｄbを、引出し配線４４から離れた領域におけるアコースティックホール３８ａの配列ピッチＷa＋Ｄaと等しくしておくことが好ましい。つまり、Ｗb＋Ｄb＝Ｗa＋Ｄa で、Ｗa ＞ Ｗb であるから、Ｄa ＜ Ｄb となる。従って、アコースティックホール３８ａの配置を前記のようにＷa＝１６μｍ、Ｄa＝８μｍとする場合であれば、アコースティックホール３８ｂの配置をＷｂ＝１０μｍ、Ｄb＝１４μｍとすれば、固定電極膜４０に十分な強度を持たせることができ、しかも、犠牲層エッチングも均一に行うことができる。

また、バックプレート３４の強度を確保し、寄生抵抗を軽減する観点からすると、開口面積の小さなアコースティックホール３８ｂを形成するエリアは、１区画以上５区画以下が望ましい。６区画以上となるとエアギャップの熱雑音を小さくすることができず、音響センサ３１のＳ／Ｎ比を悪化させてしまう可能性があるためである。ここで、アコースティックホール３８ｂの区画とは、連続的に配置された（特に、短い間隔で並んでいて連続的とみなされた）一組のアコースティックホール３８ｂを１区画としたものである。たとえば、図４の例では、３区画からなり、１番目の区画（Ｉ）は引出し配線４４に設けた１つのアコースティックホール３８ｂからなり、２番目の区画（II）は３つのアコースティックホール３８ｂ（たとえば、１番目の区画（Ｉ）のアコースティックホール３８ｂから角までの距離がＷｂ＋Ｄｂである六角形上に位置するアコースティックホール３８ｂ）からなり、３番目の区画（III）は５つのアコースティックホール３８ｂ（たとえば、１番目の区画（Ｉ）のアコースティックホール３８ｂから角までの距離が２Ｗｂ＋２Ｄｂである六角形上に位置するアコースティックホール３８ｂ）からなる。図４の例では、いずれの方向でもアコースティックホール３８ｂの間隔が等しいので、できるだけ多くのアコースティックホール３８ｂが並ぶ方向で１区画を定めている。

（第２の実施形態）
本発明の実施形態２による音響センサを説明する。図５は本発明の実施形態２による音響センサ６１の平面図である。図６は、音響センサ６１の、プレート部３９を省略して示す平面図であって、併せてその一部を拡大して示す。

実施形態２の音響センサ６１も、ダイアフラム３３及びバックプレート３４がほぼ矩形状に形成されている点を除けば実施形態１の音響センサ３１とほぼ同様な構造を有しているので、実施形態１と同じ構造の部分については図面に同じ符号を付すことによって説明を省略する。

音響センサ６１では、図６に示すように、ダイアフラム３３がほぼ矩形状に形成されており、その４隅からは梁部６２が対角方向へ延出している。ダイアフラム３３は、ＳｉＯ_２によってシリコン基板３２の上面に設けられたアンカー３７によって各梁部６２の下面を支持されている。

また、音響センサ６１でも、固定電極膜４０から延出した引出し配線４４の近傍領域では、開口面積の小さなアコースティックホール３８ｂが設けられており、引出し配線４４から離れた領域では、開口面積の大きなアコースティックホール３８ａが設けられている。アコースティックホール３８ｂは、アコースティックホール３８ａと同じ配列ピッチで、３区画となるように設けている。

（第３の実施形態）
本発明の実施形態３による音響センサを説明する。図７は本発明の実施形態３による音響センサ７１の平面図である。

実施形態３の音響センサ７１では、引出し配線４４に開口面積の小さなアコースティックホール３８ｂを１個又は複数個設けてあり、引出し配線４４にあるアコースティックホール３８ｂだけを開口面積の小さなアコースティックホールとしている。引出し配線４４の通っている領域以外の領域には、開口面積の大きなアコースティックホール３８ａを規則的に配列している。ただし、引出し配線４４の近傍領域では、規則的に配列されたアコースティックホール３８ａのうちからいくつかのアコースティックホール３８ａを省くことにより、アコースティックホール３８ａの数密度を引出し配線４４から離れた領域よりも小さくし、アコースティックホール３８ａの配列ピッチを小さくしている。

この実施形態では、引出し配線４４においては、アコースティックホール３８ｂの開口面積を小さくすることによってアコースティックホールの開口率を小さくしている。また、引出し配線４４の近傍領域においては、アコースティックホール３８ａの数密度を小さくすることによってアコースティックホールの開口率を小さくしている。

なお、図７の実施形態は、引出し配線４４に開口面積の小さなアコースティックホール３８ｂを設け、引出し配線４４の近傍領域にはアコースティックホールを設けていない（つまり、開口率がゼロ）と考えることもできる。

また、つぎのように、引出し配線４４の通っている領域でのみ開口率が小さくなるようにしてもよい。すなわち、引出し配線４４には開口面積の小さなアコースティックホール３８ｂを設けて開口率を小さくする。一方、引出し配線４４の通っている領域以外の領域には開口面積の大きなアコースティックホール３８ａを規則的に配列し、引出し配線４４の近傍領域も引出し配線４４から離れた領域と同じ開口率となるようにする。

（第４の実施形態）
本発明の実施形態４による音響センサを説明する。図８は本発明の実施形態４による音響センサ８１の平面図である。

実施形態４の音響センサ８１では、引出し配線４４の通っている領域以外の領域にアコースティックホール３８ａを設けている。アコースティックホール３８ａは、すべて等しい大きさの開口面積（あるいは、開口径）を有している。そして、引出し配線４４から離れた領域にあるアコースティックホール３８ａでは、隣接するアコースティックホール３８ａどうしの離間距離が比較的小さくなるようにアコースティックホール３８ａを規則的に配列している。引出し配線４４の近傍領域では、アコースティックホール３８ａどうしの離間距離が引出し配線４４からは案れた領域よりも大きくなるように、アコースティックホール３８ａを不規則に、あるいはランダムに配置している。

この実施形態では、引出し配線４４にアコースティックホールが設けられていないので、その開口率はゼロであり、引出し配線４４の近傍領域では、アコースティックホール３８ａの数密度が小さくて、その開口率が引出し配線４４から離れた領域よりも小さくなっている。

なお、図８の実施形態において、引出し配線４４に小さなアコースティックホール３８ｂを設けてもよい。

（第５の実施形態）
図９は、本発明の実施形態５によるマイクロフォン９１を示す概略断面図である。音響センサ９２は、図９に示すように、ＩＣ回路９３（信号処理回路）とともにパッケージ９４内に実装され、音響センサ９２の電極パッド９５とＩＣ回路９３とをボンディングワイヤ９６で結線し、またＩＣ回路９３をボンディングワイヤ９７でパッケージ９４の電極部９８に結線している。また、パッケージ９４の上面には、音響振動をパッケージ９４内に入れるための音響振動導入孔９９が開口されている。

しかして、音響振動導入孔９９からパッケージ９４内へ音響振動が入ってくると、その音響振動が音響センサ９２で検知される。音響振動によってダイアフラム３３と固定電極膜４０間の静電容量が変化し、この静電容量変化が電気信号としてＩＣ回路９３へ出力される。ＩＣ回路９３は、音響センサ９２から出力された電気信号に所定の信号処理を施して電極部９８から外部へ出力可能にする。

３１、６１ 音響センサ
３２ シリコン基板
３３ ダイアフラム
３４ バックプレート
３５ バックチャンバ
３８ａ、３８ｂ アコースティックホール
３９ プレート部
４０ 固定電極膜
４４ 引出し配線
４５ 固定側電極パッド
４６ 可動側電極パッド
６２ 梁部

Claims (12)

1. バックチャンバを有する半導体基板と、
   前記半導体基板の上方に配設された導電性のダイアフラムと、
   間隙を隔てて前記ダイアフラムを覆うようにして前記半導体基板の上面に固定された絶縁性の固定膜と、
   前記ダイアフラムと対向する位置において前記固定膜に設けた導電性の固定電極膜と、
   前記固定電極膜から引き出された引出し配線と、
   前記引出し配線を接続された電極パッドとを備え、
   音響振動を前記ダイアフラムと前記固定電極膜との間の静電容量の変化に変換する音響センサであって、
   前記固定膜と前記固定電極膜からなるバックプレートには複数の音響孔が開口し、
   前記引出し配線及びその近傍領域は、それぞれその他の領域よりも音響孔の開口率が小さいことを特徴とする音響センサ。
2. 前記引出し配線及び前記引出し配線の近傍領域は、それぞれその他の領域よりも音響孔１個あたりの開口面積が小さいことを特徴とする、請求項１に記載の音響センサ。
3. 前記引出し配線及び前記引出し配線の近傍領域は、それぞれその他の領域よりも隣り合う音響孔どうしの中心間距離が長いことを特徴とする、請求項１に記載の音響センサ。
4. 前記引出し配線及び前記引出し配線の近傍領域に設けられた前記音響孔と、前記引出し配線及び前記引出し配線の近傍領域を除くその他の領域にある前記音響孔とが、同じ規則に従って配列されていることを特徴とする、請求項２に記載の音響センサ。
5. 前記引出し配線又は前記引出し配線の近傍領域に設けられた比較的開口面積の小さな前記音響孔の直径が、当該音響孔どうしの離間距離の２倍よりも小さいことを特徴とする、請求項２に記載の音響センサ。
6. 前記引出し配線及び前記引出し配線の近傍領域を除くその他の領域に設けられた比較的開口面積の大きな前記音響孔の直径が、当該音響孔どうしの離間距離よりも大きいことを特徴とする、請求項２に記載の音響センサ。
7. 前記引出し配線及び前記引出し配線の近傍領域を除くその他の領域にある比較的開口面積の大きな前記音響孔の直径が、当該音響孔どうしの離間距離の４倍よりも小さいことを特徴とする、請求項２に記載の音響センサ。
8. 前記引出し配線及び前記引出し配線の近傍領域において配列している比較的開口面積の小さな前記音響孔は、隣り合う当該音響孔どうしの中心間距離が、前記引出し配線及び前記引出し配線の近傍領域を除くその他の領域にある比較的開口面積の大きな音響孔の、隣り合う当該音響孔どうしの中心間距離と等しいことを特徴とする、請求項２に記載の音響センサ。
9. 前記引出し配線に設けた音響孔から数えたとき当該引出し配線の音響孔を含めて５区画以下のエリアに含まれる音響孔を、比較的開口面積の小さな前記音響孔としたことを特徴とする、請求項２に記載の音響センサ。
10. バックチャンバを有する半導体基板と、
    前記半導体基板の上方に配設された導電性のダイアフラムと、
    間隙を隔てて前記ダイアフラムを覆うようにして前記半導体基板の上面に固定された絶縁性の固定膜と、
    前記ダイアフラムと対向する位置において前記固定膜に設けた導電性の固定電極膜と、
    前記固定電極膜から引き出された引出し配線と、
    前記引出し配線を接続された電極パッドとを備え、
    音響振動を前記ダイアフラムと前記固定電極膜との間の静電容量の変化に変換する音響センサであって、
    前記固定膜と前記固定電極膜からなるバックプレートには複数の音響孔が開口し、
    前記引出し配線及びその近傍領域のうち少なくとも前記引出し配線は、前記音響孔を有しないか、あるいはその他の領域にある音響孔よりも開口率の小さな音響孔を有している（ただし、前記引出し配線に音響孔が無く、かつ、前記引出し配線の近傍領域に設けられた音響孔の開口率と前記引出し配線及び前記引出し配線の近傍領域を除くその他の領域にある音響孔の開口率とが等しい場合を除く。）ことを特徴とする音響センサ。
11. 請求項１に記載した音響センサと、前記音響センサから出力された電気信号を処理する信号処理回路とを、ハウジング内に納めたマイクロフォン。
12. 請求項１０に記載した音響センサと、前記音響センサから出力された電気信号を処理する信号処理回路とを、ハウジング内に納めたマイクロフォン。

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