JP7342171B1 - Ｍｅｍｓ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】良好なＳＮＲと改善されたＡＯＰを有するＭＥＭＳ素子を提供する。【解決手段】ＭＥＭＳ素子１００は、バックチャンバー９を備えた基板１と、基板１上に接合された可動電極を含む振動膜３と、可動電極に対向配置されている固定電極５を含むバックプレート７とを備え、振動膜３にはバックプレート７と連結する壁１０Ａと、スリット１１ａ、１１ｂと、複数の振動部１２Ａ、１２Ｂが形成されている。スリット１１ａ、１１ｂは、壁１０Ａに沿って形成されている。振動部１２Ａは、壁１０Ａと振動膜３との接合部により取り囲まれた領域に存在し、振動部１２Ｂは壁１０Ａと振動膜３との接合部と振動膜３の周縁部との間の領域に存在する。【選択図】図１

Description

本発明はＭＥＭＳ素子に関し、特にマイクロフォン、各種センサ等として用いられるＭＥＭＳ素子に関する。

半導体プロセスを用いたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子として、複数のアコースティックホールを備えた固定電極を含むバックプレートと可動電極を含む振動膜が、スペーサーとなる絶縁膜を挟んで基板上に配置された容量型のＭＥＭＳ素子が知られている。

容量型のＭＥＭＳ素子は、振動膜の振動により生じる可動電極の変位を可動電極と固定電極間の容量変化として検出し、検出信号として出力する構成となっている。この種のＭＥＭＳ素子は、例えば特許文献１に記載されている。

特開２０１１－５５０８７号公報

例えば図１３に、従来の容量型のＭＥＭＳ素子を説明するための断面模式図を示す。図１３に示すように、従来の容量型のＭＥＭＳ素子は、支持基板となる基板５１上に絶縁膜５２が形成され、この絶縁膜５２上に導電性の可動電極を含む振動膜５３が形成されている。さらに絶縁膜からなるスペーサー５４と、導電性の固定電極５５と絶縁膜５６から構成されるバックプレート５７が積層し、エアーギャップ構造が形成されている。５８はバックプレート５７に形成されたアコースティックホール、５９は基板５１に形成されたバックチャンバーである。このような容量型のＭＥＭＳ素子に音圧等が加わると、振動膜５３の中央部が大きく振動する。図１３には、振動膜５３がバックプレート５７側に振れた状態と、バックチャンバー５９側に振れた状態を破線で示している。

容量型のＭＥＭＳ素子では、図１３に破線で示す振動膜５３の変位を可動電極となる振動膜５３とバックプレート５７の固定電極５５との間の容量値の変動として検出して検知信号として出力する。振動膜５３は周縁部が基板５１等に接合しているため、振動膜５３の中央部の振幅と比較して周縁部の振幅は小さい。

一般に、容量型のＭＥＭＳ素子において、ＳＮＲ（Signal-to-Noise Ratio）を高くするため振動膜５３のばね定数を小さくすると、変位が大きくなりすぎて、振動膜５３とバックプレート５７が接触したり、変位の大きい振動膜５３の中央部と変位の小さい周縁部とで、それぞれの振幅量に差が生じてしまう。その結果、バックプレート５７に対して平行に変位する振動膜５３の面積が小さくなり、ＡＯＰ（Acoustic over load Point）が劣化してしまう。逆に振動膜５３の変位が小さい振動膜５３では、ＡＯＰの劣化は防ぐことができるもののＳＮＲを高くできないという問題があった。

しかし、この容量型のＭＥＭＳ素子をマイクロフォンとして使用する場合には、ＳＮＲの低下を抑制しつつ、ＡＯＰを改善する必要がある。

そこで本発明は、良好なＳＮＲと改善されたＡＯＰを有するＭＥＭＳ素子を提供することを課題とする。

本発明のＭＥＭＳ素子は、バックチャンバーを備えた基板と、前記基板上に接合された可動電極を含む振動膜と、前記可動電極に対向配置されている固定電極を含むバックプレートとを備え、前記振動膜は、前記バックプレートと前記振動膜とを連結する壁と、前記壁との接合部または前記振動膜の周縁部の少なくともいずれかに沿って配置されたスリットと、複数の振動部とを有し、前記複数の振動部は；それぞれ（ｉ）前記壁と前記振動膜との接合部により取り囲まれた領域、または（ii）前記壁と前記振動膜との接合部と前記振動膜の周縁部との間の領域のいずれかに存在し、前記複数の振動部の少なくとも１つは前記（ii）の領域に存在する構成としている。

本発明のＭＥＭＳ素子によれば、振動膜の一部が壁によってバックプレートに接合しているため、振動膜の振幅を抑制し、さらに壁との接合部または周縁部の少なくともいずれかに沿って振動膜にスリットを設けることで形成される振動部からＡＯＰが改善された検出信号が出力される。振動膜上には、振動部が複数形成され、全体として大きな検出信号が得られＳＮＲを低下させない。このように本発明によれば、良好なＳＮＲと改善されたＡＯＰを有するＭＥＭＳ素子を提供することが可能となる。その結果、高性能のマイクロフォン用ＭＥＭＳ素子を得ることができる。

本発明の一実施形態であるＭＥＭＳ素子（実施形態１）の断面模式図である。 実施形態１のＭＥＭＳ素子における振動膜の一部を示す平面模式図である。 実施形態１の変形例のＭＥＭＳ素子における振動膜の一部を示す平面模式図である。 実施形態１の別の変形例のＭＥＭＳ素子における振動膜の一部を示す平面模式図である。 本発明の別の実施形態であるＭＥＭＳ素子（実施形態２）の断面模式図である。 実施形態２のＭＥＭＳ素子における振動膜の一部を示す平面模式図である。 実施形態２の変形例のＭＥＭＳ素子における振動膜の一部を示す平面模式図である。 実施形態２の別の変形例のＭＥＭＳ素子における振動膜の一部を示す平面模式図である。 本発明のまた別の実施形態であるＭＥＭＳ素子（実施形態３）の断面模式図である。 実施形態３のＭＥＭＳ素子における振動膜の一部を示す平面模式図である。 実施形態３の変形例のＭＥＭＳ素子における振動膜の一部を示す平面模式図である。 実施形態４のＭＥＭＳ素子における振動膜の一部を示す平面模式図である。 従来の容量型のＭＥＭＳ素子の断面模式図である。

本発明のＭＥＭＳ素子について、図面を参照して説明するが、本発明はこれらの形態に限定されるものではなく、以下に説明する部材、材料等は、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。また図面において同一符号は同等あるいは同一のものを示し、各構成要素間の大きさや位置関係などは便宜上のものであり、実態を反映したものではない。

（実施形態１）
図１は、本発明のＭＥＭＳ素子の実施形態１を説明するための断面模式図である。図１に示すように、実施形態１に係るＭＥＭＳ素子１００は、支持基板として、例えばシリコン基板などにより構成される基板１上に、例えば熱酸化膜などにより構成される絶縁膜２が形成され、この絶縁膜２上に例えばポリシリコンなどにより構成される導電性の可動電極を含む振動膜３が形成されている。さらに、例えばＵＳＧ（Undoped Silicate Glass）膜などにより構成される絶縁性のスペーサー４と、例えばポリシリコンなどにより構成される導電性の固定電極５と例えば窒化シリコンなどにより構成される絶縁膜６とを含むバックプレート７が積層している。８はバックプレート７に形成されたアコースティックホール、９は基板１に形成されたバックチャンバーである。

本実施形態のＭＥＭＳ素子１００では、振動膜３とバックプレート７がそれぞれ壁１０Ａに接合して連結されるとともに、この壁１０Ａとの接合部に沿って配置されたスリット１１ａおよび１１ｂを備えている。

図２は、図１に示すＭＥＭＳ素子１００の振動膜３の一部を示す平面模式図であり、壁１０Ａとスリット１１ａおよび１１ｂの配置を説明する図である。図１において基板１に形成されたバックチャンバー９が円形であり、図２の外周は、基板１のスペーサー４の内周に対応している。図１に示す断面模式図は、図２における振動膜３の中心とスリット１１ａおよび１１ｂを通る断面図となる。

図２に示すように、振動膜３のバックチャンバー９に対応する部分が円形の場合、振動膜３の中心に対して同心円状にリング状の壁１０Ａが配置される。スリット１１ａが壁１０Ａの内側に、スリット１１ｂが壁１０Ａの外側に沿って、それぞれ配置されていることにより、振動膜３と壁１０Ａとの接合部の内側の領域と、接合部の外周と振動膜３の周縁部との間の領域にそれぞれ振動部１２Ａおよび１２Ｂが形成されている。

振動部１２Ａについて説明する。図２に示す振動膜３における壁１０Ａとの接合部の内側に壁１０Ａとの接合部に沿ってスリット１１ａが形成されている。このスリット１１ａを形成することで、壁１０Ａによって振動が制限されている領域が振動しやすくなり、スリット１１ａの内側の領域が振動部１２Ａとなる。振動部１２Ａの振動特性は、振動膜３を構成する材料や厚さ、振動部１２Ａとなる領域の大きさにより変化する。さらにスリット１１ａの数や長さ、スリット間の寸法、スリット１１ａと壁１０Ａとの間隔など、スリット１１ａの形状や配置により振動特性が変化する。

次に振動部１２Ｂについて説明する。図２に示す振動膜３における壁１０Ａとの接合部の外側に壁１０Ａとの接合部に沿ってスリット１１ｂが形成されている。このスリット１１ｂを形成することで、壁１０Ａによって振動が制限されている領域が振動しやすくなり、スリット１１ｂと振動膜３の周縁部との間の領域が振動部１２Ｂとなる。振動部１２Ｂの振動特性は、振動膜３を構成する材料や厚さ、振動部１２Ｂとなる領域の大きさにより変化する。さらにスリット１１ｂの形状や配置によっても振動特性が変化する。

そこで、本実施形態のＭＥＭＳ素子１００では、振動部１２Ａおよび１２Ｂの振動特性をそれぞれ調整して、振動部１２Ａから出力される検出信号と振動部１２Ｂから出力される検出信号を加算して出力する。振動部１２Ａおよび１２Ｂの振動特性の調整は、それぞれの振動の振幅が大きく、かつその振幅の大きい領域の面積が大きくなるようにする。その結果、十分大きなＳＮＲを得ることができる。

なお、本実施形態のＭＥＭＳ素子１００は、従来のＭＥＭＳ素子と比較して壁１０Ａを備えるため、振動部１２Ａおよび１２Ｂの振動の振幅は小さい。つまり、各振動部１２Ａおよび１２ＢからＡＯＰが改善された検出信号がそれぞれ出力されることになる。

具体的には、ＳＮＲがほぼ等しくなるように振動特性を調整した図１３に示す従来のＭＥＭＳ素子と図１および２に示す本実施形態のＭＥＭＳ素子１００とを比較検討した。元信号の成分に対する全高調波歪（ＴＨＤ）＋ノイズの比が１０％に達するレベルを比較すると、従来のＭＥＭＳ素子では１２２．２ｄＢＳＰＬであるのに対し、本実施形態のＭＥＭＳ素子１００では１４０．５ｄＢＳＰＬとなり、ＡＯＰの改善が確認された。

次に、本発明のＭＥＭＳ素子の実施形態１の変形例について説明する。図３は、実施形態１の変形例のＭＥＭＳ素子における振動膜３の一部を示す平面模式図であり、実施形態１における図２に相当する平面模式図である。本変形例のＭＥＭＳ素子では、実施形態１のＭＥＭＳ素子１００同様、振動膜３とバックプレート７がそれぞれ壁１０Ａに接合して連結されるとともに、この壁１０Ａとの接合部に沿って配置されたスリット１１ａを備えている。一方スリット１１ｂの代わりに、振動膜３の周縁部に沿って配置されたスリット１１ｃを備えている点で実施形態１のＭＥＭＳ素子１００と相違している。

図３に示すように、壁１０Ａの配置は実施形態１と同様であり、スリット１１ａが壁１０Ａの内側に、スリット１１ｃが振動膜３の周縁部に沿って、それぞれ配置されていることにより、振動膜３と壁１０Ａとの接合部の内側の領域と、接合部の外周と振動膜３の周縁部との間の領域にそれぞれ振動部１２Ａおよび１２Ｃが形成されている。

振動部１２Ａは、上記実施形態１で説明した振動部１２Ａと同様の構造であり、振動特性ついても同様となる。

振動部１２Ｃについて説明する。図３に示す振動膜３における壁１０Ａとの接合部の外側には、スペーサー４、絶縁膜２および基板１に接合して振動が制限されている領域が存在するが、振動膜３の周縁部に沿ってスリット１１ｃを形成することで、この領域が振動しやすくなり、壁１０Ａとスリット１１ｃとの間の領域が振動部１２Ｃとなる。振動部１２Ｃの振動特性は、振動膜３を構成する材料や厚さ、振動部１２Ｃとなる領域の大きさにより変化する。さらに壁１０Ａおよびスリット１１ｃの形状や配置によっても振動特性が変化する。

そこで、本変形例のＭＥＭＳ素子では、振動部１２Ａおよび１２Ｃの振動特性をそれぞれ調整して、振動部１２Ａから出力される検出信号と振動部１２Ｃから出力される検出信号を加算して出力する。振動部１２Ａおよび１２Ｃの振動特性の調整は、それぞれの振動の振幅が大きく、かつその振幅の大きい領域の面積が大きくなるようにする。本変形例のＭＥＭＳ素子では、振動部１２Ｃが、上記実施形態１で説明した振動部１２Ｂと比較して振動膜３の周縁部で振動しやすくなる。その結果、振幅の大きな領域の面積を大きくすることができ、十分大きなＳＮＲを得ることができる。

なお、本変形例のＭＥＭＳ素子についても、従来のＭＥＭＳ素子と比較して壁１０Ａを備える構成となるため、振動部１２Ａおよび１２Ｃの振動の振幅は小さい。つまり、各振動部からＡＯＰが改善された検出信号がそれぞれ出力されることになる。

また本変形例のＭＥＭＳ素子では、実施形態１のＭＥＭＳ素子１００で説明した壁１０Ａの外周に沿って配置したスリット１１ｂをさらに追加することもできる。スリット１１ｂを備える構造とした場合、振動部１２Ｃの振動の振幅をさらに大きくすることができる。

次に、本発明のＭＥＭＳ素子の実施形態１の別の変形例について説明する。図４は、実施形態１の別の変形例のＭＥＭＳ素子における振動膜３の一部を示す平面模式図であり、実施形態１における図２に相当する平面模式図である。本変形例のＭＥＭＳ素子では、実施形態１のＭＥＭＳ素子１００同様、振動膜３とバックプレート７がそれぞれ壁１０Ａに接合して連結されている。また壁１０Ａとの接合部に沿って配置されたスリットを備え、振動膜３の周縁部に沿って配置されたスリットを備えている点で実施形態１の変形例と類似し、スリットの形状が相違している。本変形例のスリットは、振動膜３の径方向に長い開口を有し、これが複数個並べて配置される。

図４に示すように、壁１０Ａの配置は実施形態１と同様であり、スリット１１ｄが壁１０Ａの内側に、スリット１１ｅが振動膜３の周縁部に沿って、それぞれ配置されていることにより、振動膜３と壁１０Ａとの接合部の内側の領域と、接合部の外周と振動膜３の周縁部との間の領域にそれぞれ振動部１２Ｄおよび１２Ｅが形成されている。

振動部１２Ｄおよび１２Ｅの振動特性は、上記実施形態１およびその変形例で説明した振動部１２Ａおよび１２Ｃと同様、振動膜３を構成する材料や厚さ、壁１０Ａとスリット１１ｄおよび１１ｅの形状や配置により変化する。

そこで、本変形例のＭＥＭＳ素子でも、振動部１２Ｄおよび１２Ｅの振動特性をそれぞれ調整して、振動部１２Ｄから出力される検出信号と振動部１２Ｅから出力される検出信号を加算して出力する。振動部１２Ｄおよび１２Ｅの振動特性の調整は、それぞれの振動の振幅が大きく、かつその振幅の大きい領域の面積が大きくなるようにする。その結果、振幅の大きな領域の面積を大きくすることができ、十分大きなＳＮＲを得ることができる。

なお、本変形例のＭＥＭＳ素子についても、従来のＭＥＭＳ素子と比較して壁１０Ａを備える構成となるため、振動部１２Ｄおよび１２Ｅの振動の振幅は小さい。つまり、各振動部からＡＯＰが改善された検出信号がそれぞれ出力されることになる。

また本変形例のＭＥＭＳ素子では、実施形態１のＭＥＭＳ素子１００で説明したスリット１１ｂに相当するスリットとして、壁１０Ａの外周に沿って振動膜３の径方向に長い開口を有するスリットを複数個さらに追加することもできる。スリット１１ｂに相当するこのようなスリットを備える構造とした場合、振動部１２Ｅの振動の振幅をより大きくすることができる。

（実施形態２）
次に、本発明のＭＥＭＳ素子の実施形態２について説明する。図５は、本発明のＭＥＭＳ素子の実施形態２を説明するための断面模式図である。図５に示すように、実施形態２に係るＭＥＭＳ素子２００は、上記実施形態１同様、支持基板として、例えばシリコン基板などにより構成される基板１上に、例えば熱酸化膜などにより構成される絶縁膜２が形成され、この絶縁膜２上に例えばポリシリコンなどにより構成される導電性の可動電極を含む振動膜３が形成されている。さらに、この振動膜３の上には、例えばＵＳＧ（Undoped Silicate Glass）膜などにより構成される絶縁性のスペーサー４と、例えばポリシリコンなどにより構成される導電性の固定電極５と例えば窒化シリコンなどにより構成される絶縁膜６とを含むバックプレート７が積層している。

本実施形態のＭＥＭＳ素子２００では、振動膜３とバックプレート７がそれぞれ壁１０Ｂに接合して連結されるとともに、この壁１０Ｂに沿って配置されたスリット１１ｆと、振動膜３の周縁部に沿って配置されたスリット１１ｇを備えている。

図６は、図５に示すＭＥＭＳ素子２００の振動膜３の一部を示す平面模式図であり、壁１０Ｂとスリット１１ｆおよび１１ｇの配置を説明する図である。図５において基板１に形成されたバックチャンバー９が円形であり、図６の外周は、基板１のスペーサー４の内周に対応している。図５に示す断面模式図は、図６における振動膜３の中心と、壁１０Ｂ、およびスリット１１ｆおよび１１ｇを通る断面図となる。

図６に示すように、振動膜３のバックチャンバー９に対応する部分が円形の場合、振動膜３の中心から周縁部に向かって相互に異なる方向に延出し、中心で接合する壁１０Ｂが配置される。壁１０Ｂは振動膜３の周縁部でスペーサー４と接合する。スリット１１ｆが振動膜３の中心近傍の壁１０Ｂに沿って、スリット１１ｇが振動膜３の周縁部に沿って、それぞれ配置されていることにより、振動膜３と壁１０Ｂとの接合部と、振動膜３の周縁部との間の領域にそれぞれ振動部１２Ｆが形成されている。

図６に示すように、壁１０Ｂによって振動膜３が３つの領域に区画され、スリット１１ｆとスリット１１ｇとの間のそれぞれの領域が独立した振動部１２Ｆとなる。振動部１２Ｆはそれぞれ特性の揃った振動部を構成するため、壁１０Ｂにより振動膜３を均等に区画する。本実施形態では、壁１０Ｂは円形の振動膜３の中心から径方向に延出しており、それぞれ異なる方向に延出する壁１０Ｂの接合角は１２０度となっている。

一つの振動部を例にとり詳細に説明する。図６に示す振動膜３における壁１０Ｂとの接合部に沿ってスリット１１ｆが形成されている。このスリット１１ｆを形成することで、壁１０Ｂによって振動が制限されている領域が振動しやすくなる。また振動膜３の周縁部に沿ってスリット１１ｇが形成されている。このスリット１１ｇを形成することで、壁１１Ｂ、スペーサー４、絶縁膜２および基板１に接合して振動が制限されている領域が振動しやすくなり、スリット１１ｆとスリット１１ｇとの間の領域が振動部１２Ｆとなる。振動部１２Ｆの振動特性は、振動膜３を構成する材料や厚さ、振動部１２Ｆとなる領域の大きさにより変化する。さらにスリット１１ｆおよび１１ｇの形状や配置によっても振動特性が変化する。

このようにスリット１１ｆおよび１１ｇで囲まれた領域が一つの振動部１２Ｆとなる。３個の振動部１２Ｆは、振動膜３の中心の周囲に均等に配置されることで特性の揃ったものとなる。

本実施形態のＭＥＭＳ素子２００では、振動部１２Ｆの振動特性をそれぞれ調整して、各振動部１２Ｆから出力される検出信号を加算して出力する。振動部１２Ｆの振動特性の調整は、それぞれの振動の振幅が大きく、かつその振幅の大きい領域の面積が大きくなるようにする。その結果、十分大きなＳＮＲを得ることができる。

なお、本実施形態のＭＥＭＳ素子２００は、従来のＭＥＭＳ素子と比較して壁１０Ｂを備える構成となるため、振動部１２Ｆの振動の振幅が小さい。つまり、各振動部１２ＦからＡＯＰが改善された検出信号がそれぞれ出力されることになる。

次に、本発明のＭＥＭＳ素子の実施形態２の変形例について説明する。図７は、実施形態２の変形例のＭＥＭＳ素子における振動膜３の一部を示す平面模式図であり、実施形態２における図６に相当する平面模式図である。本変形例のＭＥＭＳ素子では、実施形態２のＭＥＭＳ素子２００同様、振動膜３とバックプレート７がそれぞれ壁１０Ｂに接合して連結されるとともに、この壁１０Ｂに一部が沿って配置されたスリット１１ｈを備えている。また、スリット１１ｈの一部は振動膜３の周縁部に沿って配置されている。

図７に示すように、壁１０Ｂの配置は実施形態２と同様であり、スリット１１ｈが壁１０Ｂおよび振動膜３の周縁部に沿って配置されていることにより、振動膜３と壁１０Ｂとの接合部と、振動膜３の周縁部との間の領域にそれぞれ振動部１２Ｇ形成されている。

振動部１２Ｇの振動特性は、上記実施形態２で説明した振動部１２Ｆと同様、振動膜３を構成する材料や厚さ、壁１０Ｂとスリット１１ｈの形状や配置により変化する。

そこで本変形例のＭＥＭＳ素子でも、振動部１２Ｇの振動特性をそれぞれ調整して、各振動部１２Ｇから出力される検出信号を加算して出力する。振動部１２Ｇの振動特性の調整は、それぞれの振動の振幅が大きく、かつその振幅の大きい領域の面積が大きくなるようにする。その結果、十分大きなＳＮＲを得ることができる。

なお、本変形例のＭＥＭＳ素子についても、従来のＭＥＭＳ素子と比較して壁１０Ｂを備える構成となるため、振動部１２Ｇの振動の振幅が小さい。つまり、各振動部１２ＧからＡＯＰが改善された検出信号がそれぞれ出力されることになる。

次に、本発明のＭＥＭＳ素子の実施形態２の別の変形例について説明する。図８は実施形態２の別の変形例のＭＥＭＳ素子における振動膜３の一部を示す平面模式図であり、実施形態２における図６に相当する平面模式図である。本変形例のＭＥＭＳ素子では、実施形態２のＭＥＭＳ素子２００同様、振動膜３とバックプレート７がそれぞれ壁１０Ｂに接合して連結されている。また壁１０Ｂとの接合部に沿ってスリットを備える点で実施形態２のＭＥＭＳ素子と類似し、振動膜３の周縁部に沿ってスリットが配置されない点で実施形態２と相違している。本変形例のスリット１１ｉは、振動膜３の中心と周縁部の中間の領域に配置される。

図８に示すように、壁１０Ｂの配置は実施形態２と同様であり、スリット１１ｉが壁１０Ｂに沿って配置されていることにより、振動膜３と壁１０Ｂとの接合部と、振動膜３の周縁部との間の領域にそれぞれ振動部１２Ｈが形成されている。

振動部１２Ｈの振動特性は、上記実施形態２で説明した振動部１２Ｆと同様、振動膜３を構成する材料や厚さ、壁１０Ｂとスリット１１ｉの形状や配置により変化する。

そこで本変形例のＭＥＭＳ素子でも、振動部１２Ｈの振動特性をそれぞれ調整して、各振動部１２Ｈから出力される検出信号を加算して出力する。振動部１２Ｈの振動特性の調整は、それぞれの振動の振幅が大きく、かつその振幅の大きい領域の面積が大きくなるようにする。その結果、十分大きなＳＮＲを得ることができる。

なお、本変形例のＭＥＭＳ素子についても、従来のＭＥＭＳ素子と比較して壁１０Ｂを備える構成となるため、振動部１２Ｈの振動の振幅が小さい。つまり、各振動部１２ＨからＡＯＰが改善された検出信号がそれぞれ出力されることになる。

本実施形態２およびその変形例では、壁１０Ｂが振動膜３の中心から径方向にそれぞれ異なる方向に延出し、その結合角が１２０度の場合について説明している。しかしながら本発明のＭＥＭＳ素子はこれに限定されず、例えば壁１０Ｂの結合角が９０度となるように配置し、４個の振動部を形成したり、壁１０Ｂの結合角が６０度となるように配置し、６個の振動部を形成することも可能である。

（実施形態３）
次に、本発明のＭＥＭＳ素子の実施形態３について説明する。図９は、本発明のＭＥＭＳ素子の実施形態３を説明するための断面模式図である。図９に示すように、実施形態３に係るＭＥＭＳ素子３００は、上記実施形態１および２同様、支持基板１として、例えばシリコン基板などにより構成される基板１上に、例えば熱酸化膜などにより構成される絶縁膜２が形成され、この絶縁膜２上に例えばポリシリコンなどにより構成される導電性の可動電極を含む振動膜３が形成されている。さらに、例えばＵＳＧ（Undoped Silicate Glass）膜などにより構成される絶縁性のスペーサー４と、例えばポリシリコンなどにより構成される導電性の固定電極５と例えば窒化シリコンなどにより構成される絶縁膜６とを含むバックプレート７が積層している。

本実施形態のＭＥＭＳ素子３００では、振動膜３とバックプレート７がそれぞれ間欠的に列をなすように配置された壁１０Ｃに接合して連結されるとともに、この壁１０Ｃに沿って配置されたスリット１１ｊと、振動膜３の周縁部に沿って配置されたスリット１１ｋを備えている。

図１０は、図９に示すＭＥＭＳ素子３００の振動膜３の一部を示す平面模式図であり、壁１０Ｃとスリット１１ｊおよび１１ｋの配置を説明する図である。図９において基板１に形成されたバックチャンバー９が円形であり、図１０の外周は、基板１のスペーサー４の内周に対応している。図９に示す断面模式図は、図１０における振動膜３の中心と、壁１０Ｃの列、およびスリット１１ｊおよび１１ｋを通る断面図となる。

図１０に示すように、振動膜３のバックチャンバー９に対応する部分が円形の場合、振動膜３の中心から周縁部に向かって相互に異なる方向に延出し、中心で結合する壁１０Ｃが間欠的に列をなすように配置される。振動膜３の周縁部では、壁１０Ｃはスペーサー４と接合せず、間隙１３が形成される。振動膜３と壁１０Ｃとの接合部の列と、振動膜３の周縁部との間の領域にそれぞれ振動部１２Ｉが形成されている。

図１０に示すように、壁１０Ｃの列によって振動膜３が３つの領域に区画され、スリット１１ｊとスリット１１ｋとの間のそれぞれの領域が独立した振動部１２Ｉとなる。振動部１２Ｉはそれぞれ特性の揃った振動部を構成するため、壁１０Ｃの列により振動膜３を均等に区画する。本実施形態では、壁１０Ｃの列は円形の振動膜３の中心から径方向に延出するように配置されており、それぞれ異なる方向に延出するように配置された壁１０Ｃの列の接合角は１２０度となっている。

一つの振動部を例にとり詳細に説明する。図１０に示す振動膜３における壁１０Ｃとの接合部の列に沿ってスリット１１ｊが形成されている。このスリット１１ｊを形成することで、壁１０Ｃによって振動が制限されている領域が振動しやすくなる。また振動膜３の周縁部に沿ってスリット１１ｋが形成されている。このスリット１１ｋを形成することで、壁１０Ｃ、スペーサー４、絶縁膜２および基板１に接合して振動が制限されている領域が振動しやすくなり、スリット１１ｊとスリット１１ｋとの間の領域が振動部１２Ｉとなる。振動部１２Ｉの振動特性は、振動膜３を構成する材料や厚さ、振動部１２Ｉとなる領域の大きさにより変化する。さらにスリット１１ｊおよび１１ｋの形状や配置、さらには壁１０Ｃの形状や配置によっても振動特性は変化する。

このようにスリット１１ｊおよび１１ｋで囲まれた領域が一つの振動部１２Ｉとなる。３個の振動部１２Ｉは、振動膜３の中心の周囲に均等に配置されることで特性の揃ったものとなる。

本実施形態のＭＥＭＳ素子３００では、振動部１２Ｉの振動特性をそれぞれ調整して、各振動部１２Ｉから出力される検出信号を加算して出力する。振動部１２Ｉの振動特性の調整は、それぞれの振動の振幅が大きく、かつその振幅の大きい領域の面積が大きくなるようにする。その結果、十分大きなＳＮＲを得ることができる。特に本実施形態のＭＥＭＳ素子３００は、壁１０Ｃの間に間隙１３が配置されるため、各振動部１２Ｉ上の空間（エアーギャップ）が連通する構造となるため、各振動部が相互に干渉し合い大きなＳＮＲを得ることができる。

なお、本実施形態のＭＥＭＳ素子３００は、従来のＭＥＭＳ素子と比較して壁１０Ｃを備える構成となるため、振動部１２Ｉの振動の振幅が小さい。つまり、各振動部１２ＩからＡＯＰが改善された検出信号がそれぞれ出力されることになる。

次に、本発明のＭＥＭＳ素子の実施形態３の変形例について説明する。図１１は、実施形態３の変形例のＭＥＭＳ素子における振動膜３の一部を示す平面模式図であり、実施形態３における図１０に相当する平面模式図である。本変形例のＭＥＭＳ素子では、実施形態３のＭＥＭＳ素子３００同様、振動膜３とバックプレート７がそれぞれ壁１０Ｃに接合して連結されている。また壁１０Ｃとの接合部に沿って配置されたスリットを備える点で実施形態３のＭＥＭＳ素子３００に類似し、スリットの形状と配置が相違している。本変形例のスリット１１ｌは、２つの壁１０Ｃに挟まれた間隙１３に配置され、スリット１１ｌの先端は各振動部１２Ｊの領域に達する形状となっている。

図１１に示すように、壁１０Ｃの配置は実施形態３と同様であり、スリット１１ｌが２つの壁１０Ｃに挟まれた間隙１３に、壁１０Ｃに沿って配置されていることにより、振動膜３と壁１０Ｃとの接合部と、振動膜３の周縁部との間の領域にそれぞれ振動部１２Ｊが形成される。

振動部１２Ｊの振動特性は、上記実施形態３で説明した振動部１２Ｉと同様、振動膜３を構成する材料や厚さ、壁１０Ｃとスリット１１ｌの形状や配置により変化する。

そこで本変形例のＭＥＭＳ素子でも、振動部１２Ｊの振動特性をそれぞれ調整して、各振動部１２Ｊから出力される検出信号を加算して出力する。振動部１２Ｊの振動特性の調整は、それぞれの振動の振幅が大きく、かつその振幅の大きい領域の面積が大きくなるようにする。その結果、十分大きなＳＮＲを得ることができる。

なお、本変形例のＭＥＭＳ素子についても、従来のＭＥＭＳ素子と比較して壁１０Ｃを備える構造となるため、振動部１２Ｊの振動の振幅が小さい。つまり各振動部１２ＪからＡＯＰが改善された検出信号がそれぞれ出力されることになる。

本実施形態３およびその変形例では、壁１０Ｃが振動膜３の中心から径方向にそれぞれ異なる方向に延出し間欠的に列をなすように配置され、その結合角が１２０度の場合について説明した。しかしながら本発明のＭＥＭＳ素子はこれに限定されず、例えば壁１０Ｃの結合角が９０度となるように配置し、４個の振動部を形成したり、壁１０Ｃの結合角が６０度となるように配置し、６個の振動部を形成することも可能である。また振動膜３の中心で結合しない構成、すなわち振動膜３の中心には壁１０Ｃが配置されていない構成とすることも可能である。間隙１３に配置されるスリット１１ｌの数は、２つに限定されるものではない。

（実施形態４）
次に、本発明のＭＥＭＳ素子の実施形態４について説明する。実施形態４に係るＭＥＭＳ素子は、振動部が形成される領域、すなわち壁が形成される位置が上記実施形態１と類似し、壁に間隙が存在する点において上記実施形態３と類似する。具体的には、図１２にその一部が示される振動膜を有するＭＥＭＳ素子として説明すると、このＭＥＭＳ素子の断面模式図は、壁１０Ｄと振動膜３の中心を通る断面の場合、図１に示す第１の実施形態の断面模式図とスリット１１ａ、１１ｂが存在しない点のみ相違する。したがって、図１を参照して説明すると、上記実施形態１同様、支持基板１として、例えばシリコン基板などにより構成される基板１上に、例えば熱酸化膜などにより構成される絶縁膜２が形成され、この絶縁膜２上に例えばポリシリコンなどにより構成される導電性の可動電極を含む振動膜３が形成されている。さらに、例えばＵＳＧ（Undoped Silicate Glass）膜などにより構成される絶縁性のスペーサー４と、例えばポリシリコンなどにより構成される導電性の固定電極５と例えば窒化シリコンなどにより構成される絶縁膜６とを含むバックプレート７が積層している。

図１２は、実施形態４に係るＭＥＭＳ素子を説明するためのＭＥＭＳ素子における振動膜３の一部を示す平面模式図であり、実施形態１における図２に相当する平面模式図である。本実施形態４に係るＭＥＭＳ素子では、実施形態１のＭＥＭＳ素子１００と比較し、壁１０Ｄおよびスリット１１ｍの形状と配置が相違している。本実施形態の壁１０Ｄは、間欠的に列をなすように配置される。またスリット１１ｍが、２つの壁１０Ｄに挟まれた間隙１３に、壁１０Ｄに沿って配置され、スリット１１ｍの先端は各振動部１２Ｋおよび１２Ｌの領域に達する形状となっている。

図１２に示すように、スリット１１ｍが２つの壁１０Ｄに挟まれた間隙１３に、壁１０Ｄに沿って配置されていることにより、振動膜３と壁１０Ｄとの接合部の内側の領域と、接合部の外周と振動膜３の周縁部との間の領域にそれぞれ振動部１２Ｋおよび１２Ｌが形成される。

振動部１２Ｋおよび１２Ｌの振動特性は、上記実施形態１で説明した振動部１２Ａおよび１２Ｂと同様、振動膜３を構成する材料や厚さ、壁１０Ｄおよびスリット１１ｍの形状や配置により変化する。

そこで、本実施形態のＭＥＭＳ素子でも、振動部１２Ｋおよび１２Ｌの振動特性をそれぞれ調整して、振動部１２Ｋから出力される検出信号と振動部１２Ｌから出力される検出信号を加算して出力する。振動部１２Ｋおよび１２Ｌの振動特性の調整は、それぞれの振動の振幅が大きく、かつその振幅の大きい領域の面積が大きくなるようにする。その結果、十分大きなＳＮＲを得ることができる。

なお、本実施形態のＭＥＭＳ素子は、従来のＭＥＭＳ素子と比較して壁１０Ｄを備える構造となるため、振動部１２Ｋおよび１２Ｌの振動の振幅が小さい。つまり各振動部１２Ｋおよび１２ＬからＡＯＰが改善された検出信号がそれぞれ出力されることになる。

また、本実施形態のＭＥＭＳ素子では、スリット１１ｍの代わりに実施形態１のＭＥＭＳ素子１００で説明したスリット１１ａとスリット１１ｂに相当するスリットを、壁１０Ｄの列の内側、壁１０Ｄの列の外周に沿ってそれぞれ配置することもできる。さらにまた実施形態１の変形例のＭＥＭＳ素子で説明したスリット１１ａとスリット１１ｃに相当するスリットを、壁１０Ｄの列の内側、振動膜３の周縁部に沿ってそれぞれ配置し、さらにスリット１１ｂに相当するスリットを壁１０Ｄの列の外周に沿って配置することもできる。

以上の実施形態において、複数の振動部の振動特性をそれぞれ振動の振幅が大きく、その振幅の大きい領域の面積が大きくなるように調整すると説明したが、本発明はそのような形態に限定されるものではなく、それぞれの振動部における振動特性を適宜設定し、各振動部から出力される検出信号を加算して所望の検出信号とすることができる。また、スリットを２列配置して千鳥状に配置したり、各実施形態等で説明したスリットを組み合わせて配置したり種々変更することができる。

（まとめ）
（１）本発明のＭＥＭＳ素子の一実施形態は、バックチャンバーを備えた基板と、前記基板上に接合された可動電極を含む振動膜と、前記可動電極に対向配置されている固定電極を含むバックプレートとを備え、前記振動膜は、前記バックプレートと前記振動膜とを連結する壁と、前記壁との接合部または前記振動膜の周縁部の少なくともいずれかに沿って配置されたスリットと、複数の振動部とを有し、前記複数の振動部は；それぞれ（ｉ）前記壁と前記振動膜との接合部により取り囲まれた領域、または（ii）前記壁と前記振動膜との接合部と前記振動膜の周縁部との間の領域のいずれかに存在し、前記複数の振動部の少なくとも１つは前記（ii）の領域に存在する構成とすることができる。

本実施形態のＭＥＭＳ素子によれば、振動膜に壁を配置することで振動膜の振幅が抑制され、さらに振動膜にスリットを設けることで振動部の振動特性を調整することができる。この振動部は複数形成され、全体としてＳＮＲを低下させることなく、ＡＯＰが改善された検出信号を得ることができる。

（２）前記壁は、前記振動膜の中心部を取り囲むように配置することができる。

（３）前記複数の振動部が全て前記（ii）の領域に存在し、かつ前記壁は、前記振動膜の中心から、前記振動膜の周縁部に向かって相互に異なる方向に延出するように配置することができる。

（４）前記壁は、間欠的に列をなすように配置されており、前記スリットは、前記壁に沿って配置されている構成とすることができ、ＳＮＲを低下させることなく、ＡＯＰが改善された検出信号を得ることができる。

１ 基板
２ 絶縁膜
３ 振動膜
４ スペーサー
５ 固定電極
６ 絶縁膜
７ バックプレート
８ アコースティックホール
９ バックチャンバー
１０Ａ～１０Ｄ 壁
１１ａ～１１ｍ スリット
１２Ａ～１２Ｋ 振動部
１３ 間隙

Claims (2)

1. バックチャンバーを備えた基板と、
   前記基板上に接合された可動電極を含む振動膜と、
   前記可動電極に対向配置されている固定電極を含むバックプレートと
   を備え、
   前記振動膜は、前記バックプレートと前記振動膜とを連結する壁と、前記壁との接合部または前記振動膜の周縁部の少なくともいずれかに沿って配置されたスリットと、複数の振動部とを有し、
   前記複数の振動部は、
   それぞれ
   前記壁と前記振動膜との接合部と前記振動膜の周縁部との間の領域に存在し、かつ
   前記壁は、前記振動膜の中心から、前記振動膜の周縁部に向かって相互に異なる方向に延出するように配置されている
   ＭＥＭＳ素子。
2. 前記壁は、間欠的に列をなすように配置されており、
   前記スリットは、前記壁に沿って配置されている、
   請求項１記載のＭＥＭＳ素子。

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