WO2022259745A1 - トランスデューサおよびその製造方法 - Google Patents

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WO2022259745A1
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vibrating
vibrating membrane
cavity
transducer
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達也 鈴木
敬和 藤森
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ローム株式会社
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    • H04R2201/003—Mems transducers or their use

Definitions

  • the present disclosure relates to transducers and manufacturing methods thereof.
  • a transducer is known as one of various MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) manufactured using a semiconductor manufacturing process.
  • a MEMS transducer includes a piezoelectric element and a membrane (vibrating membrane) driven by the piezoelectric element, and is housed in, for example, a portable electronic device case as a speaker or microphone (see Patent Document 1).
  • Some transducers have a vibrating membrane that is cantilevered on a support.
  • the vibrating membrane has a line symmetrical shape with respect to a line extending along the surface of the vibrating membrane and perpendicular to a line connecting both ends of the fixed end.
  • peaks may appear in the frequency characteristics at frequencies other than the resonance frequency. It is considered that this is because the plate wave generated by the vibration of the vibrating membrane is reflected at the outer peripheral edge of the vibrating membrane to generate a standing wave.
  • An object of the present disclosure is to provide a transducer capable of suppressing standing waves generated due to vibration of the vibrating membrane, and a method of manufacturing the same.
  • An embodiment of the present disclosure comprises: a support having a cavity; a vibrating membrane provided facing the cavity and capable of vibrating in the facing direction; and a piezoelectric element formed on the surface of the vibrating membrane, wherein the vibrating membrane has a connecting portion connected to the support on a part of the outer peripheral edge of the vibrating membrane, and the vibrating membrane includes the vibrating
  • a transducer having a non-symmetrical shape with respect to a straight line extending along the surface of the film and perpendicular to a line connecting both ends of the connecting portion.
  • a vibrating element is formed by forming a piezoelectric element on a vibrating film forming layer formed on a support substrate, and forming a slit penetrating the vibrating film forming layer in the thickness direction.
  • a vibrating membrane forming step of forming a membrane and a frame surrounding the vibrating membrane and partly connected to a part of the vibrating membrane on the vibrating membrane forming layer; and the vibrating membrane forming layer on the support substrate.
  • the vibrating film formed in the vibrating film forming step extends along the surface of the vibrating film and is perpendicular to a line connecting both ends of the connecting portion.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a transducer according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. FIG. 2 is a schematic plan view of a transducer according to an embodiment of the present disclosure, omitting a protective substrate and a passivation film.
  • 3 is a schematic cross-sectional view along line III-III in FIG. 1.
  • FIG. FIG. 4 is an illustrative enlarged plan view showing the vibrating membrane.
  • FIG. 5A is a schematic cross-sectional view showing part of the manufacturing process of the transducer of FIG. 1
  • FIG. 5B is a schematic cross-sectional view showing the next step of FIG. 5A.
  • FIG. 5C is a schematic cross-sectional view showing the next step of FIG. 5B.
  • FIG. 5D is a schematic cross-sectional view showing the next step of FIG. 5C.
  • FIG. 5E is a schematic cross-sectional view showing the next step of FIG. 5D.
  • FIG. 5F is a schematic cross-sectional view showing the next step of FIG. 5E.
  • FIG. 5G is a schematic cross-sectional view showing the next step of FIG. 5F.
  • FIG. 5H is a schematic cross-sectional view showing the next step of FIG. 5G.
  • 6A is a schematic plan view showing part of the manufacturing process of the transducer of FIG. 1;
  • FIG. 6B is a schematic plan view showing the next step of FIG. 6A.
  • FIG. 6C is a schematic plan view showing the next step of FIG. 6B.
  • FIG. 6D is a schematic plan view showing the next step of FIG. 6C.
  • FIG. 6E is a schematic plan view showing the next step of FIG. 6D.
  • FIG. 6F is a schematic plan view showing the next step of FIG. 6E.
  • FIG. 6G is a schematic plan view showing the next step of FIG. 6F.
  • FIG. 7 is an illustrative enlarged plan view showing a modification of the vibrating membrane.
  • FIG. 8 is a schematic enlarged plan view showing another modification of the vibrating membrane.
  • FIG. 9 is an illustrative enlarged plan view showing still another modification of the vibrating membrane.
  • An embodiment of the present disclosure comprises: a support having a cavity; a vibrating membrane provided facing the cavity and capable of vibrating in the facing direction; and a piezoelectric element formed on the surface of the vibrating membrane, the vibrating membrane having a connecting portion connected to the support on a part of the outer peripheral edge of the vibrating membrane, the vibrating membrane comprising the Provided is a transducer having a non-symmetrical shape with respect to a straight line extending along the surface of the vibrating membrane and perpendicular to a line connecting both ends of the connecting portion.
  • the outer peripheral edge of the vibrating membrane does not include parallel linear portions facing and parallel to each other in plan view.
  • the vibrating membrane is a polygon having a plurality of sides in a plan view, and the plurality of sides do not include sides that are opposite and parallel to each other.
  • the support includes a support substrate having the cavity, and a frame formed on the support substrate and surrounding the cavity, and the connection of the vibrating membrane is performed.
  • the portion is connected to the frame portion, and a slit communicating with the cavity is formed between the frame portion and the outer peripheral edge of the vibrating membrane excluding the connection portion.
  • a cantilever having a fixed end and a free end is formed including the vibrating membrane and a portion of the piezoelectric element disposed on the vibrating membrane.
  • the piezoelectric element includes a lower electrode at least partially disposed on the vibrating film, a piezoelectric film formed on the lower electrode, and a piezoelectric film formed on the piezoelectric film. and an upper electrode.
  • a hydrogen barrier film covering the surface of the vibrating film and the surface of the piezoelectric element, an insulating interlayer film selectively formed on the hydrogen barrier film, and formed on the insulating interlayer film an upper wiring formed on the insulating interlayer and having one end connected to the lower electrode and the other end extending outside the cavity; and and a passivation film formed on the insulating interlayer film and covering the upper and lower wires.
  • An embodiment of the present disclosure includes a protective substrate fixed to the support so as to cover at least part of the cantilever.
  • a vibrating element is formed by forming a piezoelectric element on a vibrating film forming layer formed on a support substrate, and forming a slit penetrating the vibrating film forming layer in the thickness direction.
  • a vibrating membrane forming step of forming a membrane and a frame surrounding the vibrating membrane and partly connected to a part of the vibrating membrane on the vibrating membrane forming layer; and the vibrating membrane forming layer on the support substrate.
  • the vibrating film formed in the vibrating film forming step extends along the surface of the vibrating film and is perpendicular to a line connecting both ends of the connecting portion.
  • the outer peripheral edge of the vibrating membrane does not include parallel linear portions facing and parallel to each other in plan view.
  • the vibrating membrane is a polygon having a plurality of sides in a plan view, and the plurality of sides do not include sides that are opposite and parallel to each other.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a transducer according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. FIG. 2 is a schematic plan view of a transducer according to an embodiment of the present disclosure, omitting a protective substrate and a passivation film.
  • 3 is a schematic cross-sectional view along line III-III in FIG. 1.
  • FIG. FIG. 4 is an illustrative enlarged plan view showing the vibrating membrane.
  • the +X direction is a predetermined direction along the surface of the support substrate 4 in plan view
  • the +Y direction is a direction along the surface of the support substrate 4 in plan view and orthogonal to the +X direction
  • the +Z direction is a direction along the thickness of the support substrate 4 and perpendicular to the +X direction and the +Y direction.
  • the -X direction is the direction opposite to the +X direction.
  • the -Y direction is the opposite direction to the +Y direction.
  • the -Z direction is the direction opposite to the +Z direction.
  • the +X direction and the -X direction are collectively referred to simply as the "X direction”. When collectively referring to the +Y direction and the -Y direction, it is simply referred to as the "Y direction”.
  • the +Z direction and the -Z direction are collectively referred to simply as the "Z direction”.
  • the transducer 1 includes a substrate assembly 2 and a protective substrate 3.
  • the substrate assembly 2 includes a support substrate 4, a vibration film forming layer 6, and a piezoelectric element 10. As shown in FIG.
  • the support substrate 4 has a quadrangular shape in a plan view, and has two sides parallel to the Y direction and spaced apart in the X direction, and two sides parallel to the X direction spaced apart in the Y direction. and
  • the support substrate 4 is made of, for example, a part of an SOI (Silicon on Insulator) substrate.
  • the SOI substrate includes a silicon (Si) substrate 32 as a support layer, an oxide film layer 33 as a BOX layer formed on its surface, and a silicon (Si) substrate 33 as an active layer formed on its surface. ) layer 34 .
  • a silicon oxide (SiO 2 ) film 35 is formed on the surface of the silicon layer 34 .
  • the support substrate 4 includes a silicon substrate 32 and an oxide film layer 33 formed on the surface thereof. The thickness of the support substrate 4 is approximately 380 ⁇ m.
  • the support substrate 4 has a cavity 5 formed by a through hole penetrating in the thickness direction (Z direction).
  • the cavity 5 is rectangular in plan view and has first to fourth sides 5a to 5d.
  • the first side 5a is formed parallel to the Y direction in plan view.
  • the third side 5c faces the first side 5a and is arranged on the +Y side with respect to the first side 5a.
  • the third side 5c extends obliquely with respect to the Y direction. More specifically, the third side 5c extends obliquely in the -X direction toward the +Y direction.
  • the length of the third side 5c is longer than the length of the first side 5a.
  • the -Y side end of the third side 5c is located on the -Y direction side of the -Y side end of the first side 5a.
  • the +Y side end of the third side 5c is located on the +Y direction side of the +Y side end of the first side 5a.
  • the second side 5b connects the -Y side end of the first side 5a and the -Y side end of the third side 5c.
  • the fourth side 5d connects the + side end of the first side 5a and the +Y side end of the third side 5c.
  • the vibration film forming layer 6 is formed on the support substrate 4 .
  • the vibrating film forming layer 6 is composed of a laminated film in which a silicon layer 34 and a silicon oxide film 35 are laminated in order from the support substrate 4 side.
  • the film thickness of the silicon layer 34 is approximately 20 ⁇ m, and the film thickness of the silicon oxide film 35 is approximately 0.5 ⁇ m.
  • the vibrating film forming layer 6 includes a vibrating film 7 facing the cavity 5 and a frame portion 8 formed to surround the cavity 5 in plan view.
  • the vibrating membrane 7 has a connecting portion (first side described later) 7 a connected to the frame portion 8 at a portion of the outer peripheral edge of the vibrating membrane 7 .
  • a slit 9 communicating with the cavity 5 is formed between the frame portion 8 and the outer edge of the vibrating film 7 excluding the connecting portion 7a.
  • the vibrating membrane 7 has a rectangular shape that is substantially similar to the cavity 5 in plan view.
  • the vibrating membrane 7 has a first side (connecting portion) 7 a along the first side 5 a of the cavity 5 , a second side 7 b along the second side 5 b of the cavity 5 , and a third side 7 b along the third side 5 c of the cavity 5 . It has a side 7 c and a fourth side 7 d along the fourth side 5 d of the cavity 5 .
  • the frame portion 8 has a rectangular annular shape in plan view.
  • the connecting portion 7a matches (matches) the intermediate portion of the first side 5a of the cavity 5 in plan view.
  • the vibrating membrane 7 has a non-symmetrical shape with respect to a straight line L (see FIG. 4) extending along the surface of the vibrating membrane 7 and perpendicular to a line connecting both ends of the connecting portion 7a. ing. Further, in this embodiment, the four sides 5a to 5d of the vibrating membrane 71 do not include sides that are opposite and parallel to each other.
  • the slits 9 are formed before the cavities 5 are formed in the support substrate 4 .
  • the slits 9 continuously penetrate the hydrogen barrier film 14 and the vibrating film 7 from the surface of the hydrogen barrier film 14, which is formed on the vibrating film forming layer 6, and are oxidized. It is formed so as to reach the film layer 33 .
  • the slit 9 has, in plan view, a first portion 9a along the second side 5b of the cavity 5, a second portion 9b along the third side 5c of the cavity 5, and a third portion along the fourth side 5d of the cavity 5. 9c.
  • the second portion 9b connects the +X direction side end of the first portion 9a and the +X direction side end of the third portion 9c.
  • the outer edge of the first portion 9a substantially matches the second side 5b of the cavity 5 in plan view.
  • the outer edge of the second portion 9b substantially coincides with the third side 5c of the cavity 5 in plan view.
  • the outer edge of the third portion 9c substantially matches the fourth side 5d of the cavity 5 in plan view.
  • the connecting portion 7a of the vibrating membrane 7 can be defined as follows. That is, of the outer periphery of the vibrating film 7, the portion corresponding to the portion between both ends of the slit 9 on the outer periphery of the cavity 5 is the connecting portion 7a.
  • the vibration film 7 is deformable mainly in the thickness direction (Z direction) of the support substrate 4 .
  • the supporting substrate 4 and the frame portion 8 constitute a supporting body 60
  • the vibrating membrane 7 is cantilevered on the supporting body 60 .
  • the support 60 is an example of the "support" of the present invention.
  • the piezoelectric element 10 is formed on the vibrating film forming layer 6 so that at least part of it is arranged on the vibrating film 7 .
  • the piezoelectric element 10 includes a lower electrode 11 formed on the vibrating film forming layer 6 , a piezoelectric film 12 formed on the lower electrode 11 , and an upper electrode 13 formed on the piezoelectric film 12 .
  • the entire piezoelectric element 10 is arranged on the vibrating membrane 7 .
  • the piezoelectric element 10 may be composed of a main portion arranged on the vibrating membrane 7 and an extension portion extending from the main portion across the connecting portion 7a onto the frame portion 8 .
  • the lower electrode 11 and the upper electrode 13 are made of conductive metal thin films such as platinum, molybdenum, iridium, and titanium.
  • the film thickness of the lower electrode 11 is about 200 ⁇ m, and the film thickness of the upper electrode 13 is about 80 ⁇ m.
  • the piezoelectric film 12 is made of, for example, lead zirconate titanate (PZT).
  • the piezoelectric film 12 may be made of aluminum nitride (AlN), zinc oxide (ZnO), lead titanate (PbTiO 3 ), or the like.
  • the film thickness of the piezoelectric film 12 is approximately 2 ⁇ m.
  • a hydrogen barrier film 14 is formed on the vibrating film forming layer 6 so as to cover the piezoelectric element 10 .
  • the hydrogen barrier film 14 is made of Al 2 O 3 (alumina), for example.
  • the thickness of the hydrogen barrier film 14 is approximately 80 nm.
  • the hydrogen barrier film 14 is provided to prevent deterioration of the characteristics of the piezoelectric film 12 due to hydrogen reduction.
  • the interlayer insulating film 15 is laminated on the hydrogen barrier film 14 .
  • the interlayer insulating film 15 is made of, for example, a film (TEOS film) containing tetraethoxysilane (TEOS).
  • TEOS film tetraethoxysilane
  • the thickness of the interlayer insulating film 15 is about 1 ⁇ m.
  • Upper wiring 18 and lower wiring 19 are formed on interlayer insulating film 15 .
  • the upper wiring 18 and the lower wiring 19 are spaced apart in the Y direction and extend parallel to each other in the X direction.
  • These wirings 18 and 19 may be made of a metal material containing Al (aluminum). The thickness of these wirings 18 and 19 is about 1 ⁇ m.
  • the +X side end of the upper wiring 18 is arranged above the -X side end of the upper electrode 13 .
  • a contact hole 16 that continuously penetrates the hydrogen barrier film 14 and the interlayer insulating film 15 is formed between the upper wiring 18 and the upper electrode 13 .
  • the +X side end of the upper wiring 18 enters the contact hole 16 and is connected to the upper electrode 13 within the contact hole 16 .
  • the upper wiring 18 extends in the ⁇ X direction from above the upper electrode 13 .
  • a wide upper pad portion 18a is formed at the ⁇ X side end of the upper wiring 18 .
  • the upper pad portion 18 a is arranged on the frame portion 8 outside the cavity 5 .
  • the +X side end of the lower wiring 19 is arranged above the -X side end of the lower electrode 11 .
  • a contact hole 17 is formed continuously through the hydrogen barrier film 14 and the interlayer insulating film 15 between the lower wiring 19 and the extended portion of the lower electrode 11 .
  • the +X side end of the lower wiring 19 enters the contact hole 17 and is connected to the lower electrode 11 within the contact hole 17 .
  • the lower wiring 19 extends in the ⁇ X direction from above the lower electrode 11 .
  • a wide lower pad portion 19a is formed at the -X side end of the lower wiring 19. As shown in FIG.
  • the lower pad portion 19 a is arranged on the frame portion 8 outside the cavity 5 .
  • a passivation film 20 is formed on the interlayer insulating film 15 so as to cover the upper wiring 18 and the lower wiring 19 .
  • the passivation film 20 is made of, for example, a film (TEOS film) containing tetraethoxysilane (TEOS).
  • the thickness of the passivation film 20 is approximately 0.5 ⁇ m.
  • the passivation film 20 is formed with an upper pad opening 21 exposing a portion of the upper pad portion 18a and a lower pad opening 22 exposing a portion of the lower pad portion 19a.
  • the hydrogen barrier film 14, the interlayer insulating film 15 and the passivation film 20 may be collectively referred to as the insulating film 30.
  • the vibrating membrane 7 and members formed on the vibrating membrane 7 constitute a cantilever 40 that is square in plan view.
  • the cantilever 40 includes the vibrating membrane 7 , a portion of the piezoelectric element 10 placed on the vibrating membrane 7 (the entire piezoelectric element 10 in this embodiment), and an insulating film 30 on the vibrating membrane 7 .
  • the cantilever 40 also includes wires located on the vibrating membrane 7 .
  • the cantilever 40 has a fixed end 40 a at the edge (connecting portion 7 a ) of the first side 5 a of the cavity 5 , and the fixed end 40 a is supported by the support substrate 4 .
  • the cantilever 40 has a free end 40b in the vicinity of the third side 5c of the cavity 5 in a plan view, at a position separated from the third side 5c toward the inside of the cavity 5 by a predetermined distance.
  • the side of the cavity 5 on the second side 5b side of the cantilever 40 is separated inwardly of the cavity 5 from the second side 5b.
  • the side of the cantilever 40 on the side of the fourth side 5d of the cavity 5 is separated inward of the cavity 5 from the fourth side 5d.
  • the protective substrate 3 is composed of, for example, a silicon substrate 81 having silicon oxide films 82 and 83 formed on its lower and upper surfaces.
  • the protective substrate 3 is arranged on the substrate assembly 2 so as to cover at least a portion of the cantilever 40 (the entire cantilever 40 in this embodiment).
  • the protective substrate 3 is bonded to the frame portion 8 with an adhesive (not shown).
  • the protective substrate 3 has an accommodating recess 3 a for accommodating the cantilever 40 on the surface facing the substrate assembly 2 .
  • the accommodation recess 3a is arranged directly above the area including the cavity 5 and the piezoelectric element 10 in plan view.
  • a through hole 3b is formed in the upper wall of the housing recess 3a of the protective substrate 3 to communicate the housing recess 3a with the external space.
  • the interlayer insulating film 15 and the passivation film 20 are formed over substantially the entire outer region of the housing recess 3a of the protective substrate 3 in plan view. However, pad openings 21 and 22 are formed in the passivation film 20 in this region. In the region inside the housing recess 3a of the protective substrate 3, the interlayer insulating film 15 and the passivation film 20 are formed on the ⁇ X side end (hereinafter referred to as “wiring region”) where the upper wiring 18 and the lower wiring 19 are present. only formed. In other words, an opening 23 (see also FIG. 6E) is formed in the interlayer insulating film 15 and the passivation film 20 in the area inside the accommodating recess 3a of the protective substrate 3, except for the wiring area. Contact holes 16 and 17 are formed in the interlayer insulating film 15 in the wiring region.
  • the transducer 1 When the transducer 1 is used as a speaker, for example, when a voltage is applied between the lower electrode 11 and the upper electrode 13, the piezoelectric film 12 deforms due to the inverse piezoelectric effect. As a result, the cantilever 40 is deformed around the fixed end 40a. When a voltage corresponding to the audio signal is continuously applied between the lower electrode 11 and the upper electrode 13, the cantilever 40 vibrates so that the free end 40b of the cantilever 40 reciprocates in the Z direction. Such vibration of the cantilever 40 vibrates the air around the cantilever 40 and generates sound waves. This sound wave propagates through the through holes 3b of the protective substrate 3 to the external space.
  • the vibrating membrane 7 When the cantilever 40 (vibrating membrane 7 ) vibrates, plate waves are generated in the vibrating membrane 7 .
  • This plate wave may be reflected by the end surface of the vibrating film 7 to generate a standing wave.
  • the vibrating membrane 7 has a non-symmetrical shape with respect to a straight line L extending along the surface of the vibrating membrane 7 and perpendicular to a line connecting both ends of the connecting portion 7a. This makes it easier for the plate waves reflected by the end face of the vibrating film 7 to cancel each other out, so that standing waves can be suppressed.
  • the outer peripheral edge of the vibrating film 7 does not include parallel straight portions that face each other and are parallel to each other in a plan view, so standing waves can be more effectively suppressed.
  • FIG. 5A to 5H are schematic cross-sectional views sequentially showing manufacturing steps of the transducer 1 of FIG. 6A to 6G are schematic plan views showing the steps of manufacturing the transducer 1 in order.
  • the SIO substrate includes a silicon substrate 32, an oxide film layer 33 formed on its surface, and a silicon layer 34 formed on its surface.
  • a silicon oxide film 35 is formed on the surface of the silicon layer 34 opposite to the oxide film layer 33 (+Z side surface), and the surface of the silicon substrate 32 opposite to the oxide film layer 33 ( ⁇ Z side surface) is formed.
  • a silicon oxide film 31 is formed on the side surface).
  • the support substrate 4 is composed of the silicon substrate 32 and the oxide film layer 33
  • the vibration film forming layer 6 is composed of the silicon layer 34 and the silicon oxide film 35 .
  • a lower electrode film that is the material film of the lower electrode 11, a piezoelectric material film that is the material film of the piezoelectric film 12, and the upper electrode 13 are formed on the silicon oxide film 35.
  • An upper electrode film, which is a material film of is formed in that order.
  • the upper electrode film, the piezoelectric material film and the lower electrode film are patterned, for example, in that order by photolithography and etching to form the upper electrode 13, the piezoelectric film 12 and the lower electrode 11.
  • the piezoelectric element 10 is formed on the silicon oxide film 35 .
  • a hydrogen barrier film 14 is formed on the silicon oxide film 35 to cover the exposed surfaces of the silicon oxide film 35 and the piezoelectric element 10 .
  • the hydrogen barrier film 14 is made of, for example, an alumina (Al 2 O 3 ) film.
  • An interlayer insulating film 15 is formed on the entire surface of the hydrogen barrier film 14 .
  • Contact holes 16 and 17 are formed by continuously etching hydrogen barrier film 14 and interlayer insulating film 15 .
  • a wiring film which is a material film for the upper wiring 18 and the lower wiring 19, is formed on the interlayer insulating film 15 including the insides of the contact holes 16 and 17. Then, as shown in FIG. Thereafter, the upper wiring 18 and the lower wiring 19 are formed by patterning the wiring film by photolithography and etching.
  • a passivation film 20 is formed on the interlayer insulating film 15 so as to cover the upper wiring 18 and the lower wiring 19 .
  • the interlayer insulating film 15 and the passivation film 20 are made of, for example, a film (TEOS film) containing tetraethoxysilane (TEOS).
  • photolithography and etching are performed to form an upper pad opening 21 exposing a portion of the upper pad portion 18a in the passivation film 20, and to expose the lower pad portion 19a.
  • a partially exposed lower pad opening 22 is formed.
  • an opening 23 is formed in the interlayer insulating film 15 and the passivation film 20 by photolithography and etching.
  • the hydrogen barrier film 14 and the vibrating film forming layer 6 are continuously penetrated to form an oxide film layer.
  • a slit 9 reaching 33 is formed.
  • the frame portion 8 formed by the peripheral portion of the vibrating film forming layer 6 and the vibrating film formed by the central portion of the vibrating film forming layer 6 and having a part of the outer peripheral edge connected to the frame portion 8 are formed. 7 is obtained. Also, a substrate assembly work-in-progress 2A in which the cavity 5 is not formed is obtained.
  • an adhesive 24 is applied to the surface of the protective substrate 3 facing the substrate assembly work-in-progress 2A, and the protection substrate 3 is fixed to the substrate assembly work-in-progress 2A.
  • backside grinding is performed to thin the silicon substrate 32 . That is, the silicon substrate 31 is thinned by polishing the silicon oxide film 31 and the silicon substrate 31 from the surface of the silicon oxide film 31 opposite to the silicon substrate 32 .
  • a resist mask (not shown) having openings corresponding to regions where the cavity bodies 51 are to be formed is formed on the back surface ( ⁇ Z side surface) of the silicon substrate 31 .
  • the silicon substrate 31 is etched from the rear surface. This results in the transducer 1 shown in FIGS. 1-4.
  • a vibrating membrane 71 shown in FIG. 7 has a pentagon having five sides 71a to 71e in plan view.
  • the side 71a is a connecting portion connected to the support.
  • a vibration film 72 shown in FIG. 8 has a hexagonal shape with six sides 72a to 72f in plan view.
  • the side 72a is a connecting portion connected to the support.
  • the vibrating film 73 shown in FIG. 9 has a square shape with four sides 73a to 73d in a plan view.
  • the side 73a is the connecting portion to be connected to the support.
  • the vibrating membranes 71, 72 and 73 shown in FIGS. 7, 8 and 9 are orthogonal to the lines extending along the surfaces of the vibrating membranes 71, 72 and 73 and connecting the ends of the connecting portions 71a, 72a and 73a, respectively. It has an asymmetrical shape with respect to the straight line L.
  • the five sides 71a to 71e of the vibrating membrane 71 shown in FIG. 7 do not include sides parallel to each other.
  • six sides 72a to 72f of vibrating membrane 72 shown in FIG. 8 do not include sides parallel to each other.
  • the diaphragm 73 shown in FIG. 9 includes two parallel sides 73b and 73d.
  • the vibrating membrane 7 only needs to have a non-symmetrical shape with respect to the straight line L perpendicular to the line connecting the two ends of the connecting portion 7a, and is not limited to the shape shown in the above-described embodiment and modifications.
  • the connecting portion 7a of the diaphragm 7 may have a curved shape in plan view.
  • the outer edge of the vibrating membrane 7 excluding the connecting portion 7a may have a curved portion in plan view.
  • the transducer 1 is used as a speaker, but the transducer 1 can also be used as a microphone for detecting sound waves.

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Abstract

トランスデューサは、キャビティを有する支持体と、キャビティに対向して設けられ、その対向方向に振動可能な振動膜と、少なくとも一部が、振動膜における前記キャビティとは反対側の表面上に形成された圧電素子とを含む。振動膜は、当該振動膜の外周縁の一部に、支持体に接続された接続部を有しており、振動膜は、振動膜の表面に沿って延びかつ接続部の両端を結ぶ線と直交する直線に対して、非線対称な形状を有している。

Description

トランスデューサおよびその製造方法
　本開示は、トランスデューサおよびその製造方法に関する。
　半導体製造プロセスを用いて製造される種々のＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)のうちの１つとして、トランスデューサが知られている。ＭＥＭＳのトランスデューサは、圧電素子と圧電素子によって駆動される膜体（振動膜）とを備え、スピーカまたはマイクロフォンとして例えば携帯型電子機器ケース等に収容されている（特許文献１参照）。
特開２０１１－３１３８５号公報
　トランスデューサとして、振動膜が支持体に片持ち支持されているものがある。振動膜は、振動膜の表面に沿って延びかつ固定端の両端を結ぶ線と直交する線分に対して、線対称な形状を有している。
　このような形状を有する振動膜においては、トランスデューサが例えばスピーカとして用いられる場合、周波数特性において、共振周波数以外の周波数においてピークが現れることがある。これは、振動膜が振動することによって発生する板波が振動膜の外周縁で反射して定在波を発生させることにあると考えられる。
　本開示の目的は、振動膜の振動に起因して発生する定在波を抑制することができるトランスデューサおよびその製造方法を提供することである。
　本開示の一実施形態は、キャビティを有する支持体と、前記キャビティに対向して設けられ、その対向方向に振動可能な振動膜と、少なくとも一部が、前記振動膜における前記キャビティとは反対側の表面に形成された圧電素子とを含み、前記振動膜は、当該振動膜の外周縁の一部に、前記支持体に接続された接続部を有しており、前記振動膜は、前記振動膜の表面に沿って延びかつ前記接続部の両端を結ぶ線と直交する直線に対して、非線対称な形状を有している、トランスデューサを提供する。
　この構成では、振動膜の振動に起因して発生する定在波を抑制することができる。
　本開示の一実施形態は、支持基板上に形成された振動膜形成層上に、圧電素子を形成する工程と、前記振動膜形成層を厚さ方向に貫通するスリットを形成することにより、振動膜と、前記振動膜を取り囲みかつ一部が前記振動膜の一部と接続された枠部とを、前記振動膜形成層に形成する振動膜形成工程と、前記支持基板における前記振動膜形成層とは反対側の表面である裏面のキャビティ形成予定領域から前記支持基板をエッチングすることにより、前記振動膜に対向する領域に、前記スリットに連通するキャビティを形成する工程とを含み、前記振動膜おける前記枠部に接続されている部分を接続部とすると、前記振動膜形成工程で形成される前記振動膜は、前記振動膜の表面に沿って延びかつ前記接続部の両端を結ぶ線と直交する直線に対して、非線対称な形状を有している、トランスデューサの製造方法を提供する。
　この製造方法では、振動膜の振動に起因して発生する定在波を抑制することができるトランスデューサを製造できる。
　本開示における上述の、またはさらに他の目的、特徴および効果は、添付図面を参照して次に述べる実施形態の説明により明らかにされる。
図１は、本開示の実施形態に係るトランスデューサの図解的な平面図である。 図２は、本開示の実施形態に係るトランスデューサの図解的な平面図であって、保護基板およびパッシベーション膜が省略された平面図である。 図３は、図１のIII-III線に沿う図解的な断面図である。 図４は、振動膜を示す図解的な拡大平面図である。 図５Ａは、図１のトランスデューサの製造工程の一部を示す図解的な断面図である。 図５Ｂは、図５Ａの次の工程を示す図解的な断面図である。 図５Ｃは、図５Ｂの次の工程を示す図解的な断面図である。 図５Ｄは、図５Ｃの次の工程を示す図解的な断面図である。 図５Ｅは、図５Ｄの次の工程を示す図解的な断面図である。 図５Ｆは、図５Ｅの次の工程を示す図解的な断面図である。 図５Ｇは、図５Ｆの次の工程を示す図解的な断面図である。 図５Ｈは、図５Ｇの次の工程を示す図解的な断面図である。 図６Ａは、図１のトランスデューサの製造工程の一部を示す図解的な平面図である。 図６Ｂは、図６Ａの次の工程を示す図解的な平面図である。 図６Ｃは、図６Ｂの次の工程を示す図解的な平面図である。 図６Ｄは、図６Ｃの次の工程を示す図解的な平面図である。 図６Ｅは、図６Ｄの次の工程を示す図解的な平面図である。 図６Ｆは、図６Ｅの次の工程を示す図解的な平面図である。 図６Ｇは、図６Ｆの次の工程を示す図解的な平面図である。 図７は、振動膜の変形例を示す図解的な拡大平面図である。 図８は、振動膜の他の変形例を示す図解的な拡大平面図である。 図９は、振動膜のさらに他の変形例を示す図解的な拡大平面図である。
　［本開示の実施形態の説明］
　本開示の一実施形態は、キャビティを有する支持体と、前記キャビティに対向して設けられ、その対向方向に振動可能な振動膜と、少なくとも一部が、前記振動膜における前記キャビティとは反対側の表面上に形成された圧電素子とを含み、前記振動膜は、当該振動膜の外周縁の一部に、前記支持体に接続された接続部を有しており、前記振動膜は、前記振動膜の表面に沿って延びかつ前記接続部の両端を結ぶ線と直交する直線に対して、非線対称な形状を有している、トランスデューサを提供する。
　この構成では、振動膜の振動に起因して発生する定在波を抑制することができる。
　本開示の一実施形態では、前記振動膜の外周縁が、平面視において、互いに対向しかつ平行な平行直線部分を含んでいない。
　本開示の一実施形態では、前記振動膜が、平面視において、複数の辺を有する多角形であり、前記複数の辺は、互いに対向しかつ平行な辺を含んでいない。
　本開示の一実施形態では、前記支持体は、前記キャビティを有する支持基板と、前記支持基板上に形成されかつ前記キャビティを取り囲むように形成された枠部とを含み、前記振動膜の前記接続部は、前記枠部に接続されており、前記枠部と、前記振動膜における前記接続部を除いた外周縁との間には、前記キャビティに連通するスリットが形成されている。
　本開示の一実施形態では、前記振動膜と、前記圧電素子における前記振動膜上に配置された部分とを含み、固定端と自由端とを有するカンチレバーが形成されている。
　本開示の一実施形態では、前記圧電素子が、少なくとも一部が前記振動膜上に配置された下部電極と、前記下部電極上に形成された圧電体膜と、前記圧電体膜上に形成された上部電極とを含む。
　本開示の一実施形態では、前記振動膜の表面および前記圧電素子の表面を覆う水素バリア膜と、前記水素バリア膜上に選択的に形成された絶縁層間膜と、前記絶縁層間膜上に形成され、前記上部電極に一端が接続されかつ他端が前記キャビティの外方に延びた上部配線と、前記絶縁層間膜上に形成され、前記下部電極に一端が接続されかつ他端が前記キャビティの外方に延びた下部配線と、前記絶縁層間膜上に形成され、前記上部配線および前記下部配線を覆うパッシベーション膜とを含む。
　本開示の一実施形態では、前記カンチレバーの少なくとも一部を覆うように前記支持体に固定された保護基板を含む。
　本開示の一実施形態は、支持基板上に形成された振動膜形成層上に、圧電素子を形成する工程と、前記振動膜形成層を厚さ方向に貫通するスリットを形成することにより、振動膜と、前記振動膜を取り囲みかつ一部が前記振動膜の一部と接続された枠部とを、前記振動膜形成層に形成する振動膜形成工程と、前記支持基板における前記振動膜形成層とは反対側の表面である裏面のキャビティ形成予定領域から前記支持基板をエッチングすることにより、前記振動膜に対向する領域に、前記スリットに連通するキャビティを形成する工程とを含み、前記振動膜おける前記枠部に接続されている部分を接続部とすると、前記振動膜形成工程で形成される前記振動膜は、前記振動膜の表面に沿って延びかつ前記接続部の両端を結ぶ線と直交する直線に対して、非線対称な形状を有している、トランスデューサの製造方法を提供する。
　この製造方法では、振動膜の振動に起因して発生する定在波を抑制することができるトランスデューサを製造できる。
　本開示の一実施形態では、前記振動膜の外周縁が、平面視において、互いに対向しかつ平行な平行直線部分を含んでいない。
　本開示の一実施形態では、前記振動膜が、平面視において、複数の辺を有する多角形であり、前記複数の辺は、互いに対向しかつ平行な辺を含んでいない。
　［本開示の実施形態の詳細な説明］
　以下では、本開示の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
　図１は、本開示の実施形態に係るトランスデューサの図解的な平面図である。図２は、本開示の実施形態に係るトランスデューサの図解的な平面図であって、保護基板およびパッシベーション膜が省略された平面図である。図３は、図１のIII-III線に沿う図解的な断面図である。図４は、振動膜を示す図解的な拡大平面図である。
　説明の便宜上、以下では、図１～図４に示した＋Ｘ方向、－Ｘ方向、＋Ｙ方向、－Ｙ方向、＋Ｚ方向および－Ｚ方向を用いることがある。＋Ｘ方向は、平面視において、支持基板４の表面に沿う所定の方向であり、＋Ｙ方向は、平面視において、支持基板４の表面に沿う方向あって、＋Ｘ方向に直交する方向である。＋Ｚ方向は、支持基板４の厚さに沿う方向あって、＋Ｘ方向および＋Ｙ方向に直交する方向である。
　－Ｘ方向は、＋Ｘ方向と反対の方向である。－Ｙ方向は、＋Ｙ方向と反対の方向である。－Ｚ方向は、＋Ｚ方向と反対の方向である。＋Ｘ方向および－Ｘ方向を総称するときには単に「Ｘ方向」という。＋Ｙ方向および－Ｙ方向を総称するときには単に「Ｙ方向」という。＋Ｚ方向および－Ｚ方向を総称するときには単に「Ｚ方向」という。
　トランスデューサ１は、基板アセンブリ２と、保護基板３とを含む。基板アセンブリ２は、支持基板４と、振動膜形成層６と、圧電素子１０とを含む。
　支持基板４は、平面視において、四角形状であり、Ｘ方向に間隔をおいて対向しかつＹ方向に平行な２辺と、Ｙ方向に間隔をおいて対向しかつＸ方向に平行な２辺とを有する。支持基板４は、例えば、ＳＯＩ(Silicon on Insulator)基板の一部から作製されている。具体的には、ＳＯＩ基板は、支持層としてのシリコン（Ｓｉ）基板３２と、その表面に形成されたＢＯＸ層としての酸化膜層３３と、その表面に形成された活性層としてのシリコン（Ｓｉ）層３４とを含む。この実施形態では、シリコン層３４の表面に酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜３５が形成されている。そして、支持基板４は、それらのうち、シリコン基板３２と、その表面に形成された酸化膜層３３とを含む。支持基板４の厚さは、３８０μｍ程度である。
　支持基板４は、厚さ方向（Ｚ方向）に貫通する貫通孔によって形成されたキャビティ（空洞）５を有する。キャビティ５は、平面視において、四角形状であり、第１～第４の辺５ａ～５ｄを有している。第１辺５ａは、平面視において、Ｙ方向に平行に形成されている。第３辺５ｃは、第１辺５ａに対向しており、第１辺５ａに対して＋Ｙ側に配置されている。第３辺５ｃは、Ｙ方向に対して斜め方向に延びている。より具体的には、第３辺５ｃは、＋Ｙ方向に向かって斜め－Ｘ方向に延びている。第３辺５ｃの長さは、第１辺５ａの長さよりも長い。第３辺５ｃの－Ｙ側端は、第１辺５ａの－Ｙ側端よりも、－Ｙ方向側に位置している。第３辺５ｃの＋Ｙ側端は、第１辺５ａの＋Ｙ側端よりも、＋Ｙ方向側に位置している。
　第２辺５ｂは、第１辺５ａの－Ｙ側端と第３辺５ｃの－Ｙ側端とを接続している。第４辺５ｄは、第１辺５ａの＋側端と第３辺５ｃの＋Ｙ側端とを接続している。
　振動膜形成層６は、支持基板４上に形成されている。振動膜形成層６は、支持基板４側から順にシリコン層３４および酸化シリコン膜３５を積層した積層膜からなる。シリコン層３４の膜厚は、２０μｍ程度であり、酸化シリコン膜３５の膜厚は、０．５μｍ程度である。
　振動膜形成層６は、平面視において、キャビティ５に対向する振動膜７と、キャビティ５を取り囲むように形成された枠部８とを含む。振動膜７は、振動膜７の外周縁の一部に、枠部８に接続された接続部（後述する第１辺）７ａを有している。枠部８と振動膜７における接続部７ａを除いた外縁との間には、キャビティ５に連通するスリット９が形成されている。
　この実施形態では、振動膜７は、平面視において、キャビティ５とほぼ相似の四角形状である。振動膜７は、キャビティ５の第１辺５ａに沿う第１辺（接続部）７ａと、キャビティ５の第２辺５ｂに沿う第２辺７ｂと、キャビティ５の第３辺５ｃに沿う第３辺７ｃと、キャビティ５の第４辺５ｄに沿う第４辺７ｄとを有している。枠部８は、平面視において矩形環状を有している。接続部７ａは、平面視において、キャビティ５の第１辺５ａの中間部と一致（整合）している。
　この実施形態では、振動膜７は、振動膜７の表面に沿って延びかつ接続部７ａの両端を結ぶ線と直交する直線Ｌ（図４参照）に対して、非線対称な形状を有している。また、この実施形態では、振動膜７１の４つの辺５ａ～５ｄは、互いに対向しかつ平行な辺を含んでいない。
　製造過程においては、スリット９は、支持基板４にキャビティ５が形成される前に形成される。スリット９が形成される工程においては、スリット９は、振動膜形成層６上に形成される後述する水素バリア膜１４の表面から、水素バリア膜１４および振動膜７を連続して貫通し、酸化膜層３３に達するように形成される。
　スリット９は、平面視において、キャビティ５の第２辺５ｂに沿う第１部分９ａと、キャビティ５の第３辺５ｃに沿う第２部分９ｂと、キャビティ５の第４辺５ｄに沿う第３部分９ｃとから構成されている。第２部分９ｂは、第１部分９ａの＋Ｘ方向側端と、第３部分９ｃの＋Ｘ方向側端とを連結している。
　第１部分９ａの外縁は、平面視において、キャビティ５の第２辺５ｂとほぼ一致している。同様に、第２部分９ｂの外縁は、平面視において、キャビティ５の第３辺５ｃとほぼ一致している。第３部分９ｃの外縁は、平面視において、キャビティ５の第４辺５ｄとほぼ一致している。
　振動膜７の接続部７ａは、次のように定義することができる。すなわち、振動膜７の外周縁のうち、キャビティ５の外周縁におけるスリット９の両端の間部分、に対応する部分が接続部７ａである。振動膜７は、主として支持基板４の厚さ方向（Ｚ方向）に変形可能である。
　この実施形態では、支持基板４と枠部８によって支持体６０が構成され、この支持体６０に振動膜７が片持ち支持されている。支持体６０は、本発明の「支持体」の一例である。
　圧電素子１０は、振動膜形成層６上に、少なくともその一部が振動膜７上に配置されるように形成されている。圧電素子１０は、振動膜形成層６上に形成された下部電極１１と、下部電極１１上に形成された圧電体膜１２と、圧電体膜１２上に形成された上部電極１３とを含む。この実施形態では、圧電素子１０の全体が振動膜７上に配置されている。圧電素子１０は、振動膜７上に配置された主要部と、主要部から接続部７ａを横切って枠部８上に延びた延長部とから構成されてもよい。
　下部電極１１および上部電極１３は、例えば、プラチナ、モリブデン、イリジウム、チタンなどの導電性を有する金属薄膜からなる。下部電極１１の膜厚は、２００μｍ程度あり、上部電極１３の膜厚は、８０μｍ程度ある。
　圧電体膜１２は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）によって構成される。圧電体膜１２は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）等によって構成されてもよい。圧電体膜１２の膜厚は、２μｍ程度である。
　振動膜形成層６上には、圧電素子１０を覆うように、水素バリア膜１４が形成されている。水素バリア膜１４は、例えば、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）からなる。水素バリア膜１４の厚さは、８０ｎｍ程度である。水素バリア膜１４は、圧電体膜１２の水素還元による特性劣化を防止するために設けられている。
　水素バリア膜１４上に層間絶縁膜１５が積層されている。層間絶縁膜１５は、例えばテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を含む膜（ＴＥＯＳ膜）からなる。層間絶縁膜１５の厚さは、１μｍ程度である。層間絶縁膜１５上には、上部配線１８および下部配線１９が形成されている。上部配線１８および下部配線１９は、Ｙ方向に間隔をおいて、Ｘ方向において互いに平行に延びている。これらの配線１８，１９は、Ａｌ（アルミニウム）を含む金属材料から構成されてもよい。これらの配線１８，１９の厚さは、１μｍ程度である。
　上部配線１８の＋Ｘ側端部は、上部電極１３の－Ｘ側端部の上方に配置されている。上部配線１８と上部電極１３との間において、水素バリア膜１４および層間絶縁膜１５を連続して貫通するコンタクト孔１６が形成されている。上部配線１８の＋Ｘ側端部は、コンタクト孔１６に入り込み、コンタクト孔１６内で上部電極１３に接続されている。上部配線１８は、上部電極１３の上方から、－Ｘ方向に延びている。上部配線１８の－Ｘ側端部には、幅広の上部パッド部１８ａが形成されている。上部パッド部１８ａは、キャビティ５の外方において、枠部８上に配置されている。
　下部配線１９の＋Ｘ側端部は、下部電極１１の－Ｘ側端部の上方に配置されている。下部配線１９と下部電極１１の延長部との間において、水素バリア膜１４および層間絶縁膜１５を連続して貫通するコンタクト孔１７が形成されている。下部配線１９の＋Ｘ側端部は、コンタクト孔１７に入り込み、コンタクト孔１７内で下部電極１１に接続されている。下部配線１９は、下部電極１１の上方から、－Ｘ方向に延びている。下部配線１９の－Ｘ側端部には、幅広の下部パッド部１９ａが形成されている。下部パッド部１９ａは、キャビティ５の外方において、枠部８上に配置されている。
　層間絶縁膜１５上には、上部配線１８および下部配線１９を覆うように、パッシベーション膜２０が形成されている。パッシベーション膜２０は、例えばテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を含む膜（ＴＥＯＳ膜）からなる。パッシベーション膜２０の厚さは、０．５μｍ程度である。パッシベーション膜２０には、上部パッド部１８ａの一部を露出させる上部パッド開口２１と、下部パッド部１９ａの一部を露出させる下部パッド開口２２とが形成されている。
　以下において、水素バリア膜１４、層間絶縁膜１５およびパッシベーション膜２０を総称して絶縁膜３０という場合がある。
　振動膜７と、振動膜７上に形成された部材とによって、平面視四角形状のカンチレバー４０が構成されている。カンチレバー４０は、振動膜７と、圧電素子１０における振動膜７上に配置された部分（この実施形態では圧電素子１０全体）と、振動膜７上の絶縁膜３０とを含む。この実施形態では、カンチレバー４０は、振動膜７上に配置された配線も含む。カンチレバー４０は、キャビティ５の第１辺５ａの縁部（接続部７ａ）に固定端４０ａを有し、この固定端４０ａが支持基板４に支持されている。
　カンチレバー４０は、平面視において、キャビティ５の第３辺５ｃの近傍において、第３辺５ｃからキャビティ５の内方に所定距離だけ離隔した位置に自由端４０ｂを有している。平面視において、カンチレバー４０におけるキャビティ５の第２辺５ｂ側の辺は、第２辺５ｂからキャビティ５の内方に離隔している。平面視において、カンチレバー４０におけるキャビティ５の第４辺５ｄ側の辺は、第４辺５ｄからキャビティ５の内方に離隔している。
　保護基板３は、例えば下面および上面に酸化シリコン膜８２，８３が形成されたシリコン基板８１からなる。保護基板３は、カンチレバー４０の少なくとも一部（この実施形態ではカンチレバー４０全体）を覆うように基板アセンブリ２上に配置されている。保護基板３は、枠部８に接着剤（図示略）を介して接合されている。保護基板３は、基板アセンブリ２に対向する対向面にカンチレバー４０を収容するための収容凹部３ａを有している。収容凹部３ａは、平面視において、キャビティ５および圧電素子１０の含む領域の真上に配置されている。保護基板３の収容凹部３ａの上壁には、収容凹部３ａを外部空間に連通するための貫通孔３ｂが形成されている。
　層間絶縁膜１５およびパッシベーション膜２０は、平面視において、保護基板３の収容凹部３ａの外側領域のほぼ全域に形成されている。ただし、この領域において、パッシベーション膜２０には、パッド開口２１，２２が形成されている。保護基板３の収容凹部３ａの内側領域においては、層間絶縁膜１５およびパッシベーション膜２０は、上部配線１８および下部配線１９が存在する－Ｘ側の端部（以下、「配線領域」という。）にのみ形成されている。言い換えれば、保護基板３の収容凹部３ａの内側領域において、層間絶縁膜１５およびパッシベーション膜２０には、配線領域を除いた領域に開口２３（図６Ｅも参照）が形成されている。配線領域において、層間絶縁膜１５には、コンタクト孔１６，１７が形成されている。
　トランスデューサ１が例えばスピーカとして用いられる場合、下部電極１１と上部電極１３との間に電圧が印加されると、逆圧電効果によって、圧電体膜１２が変形する。これにより、カンチレバー４０が固定端４０ａを支点として変形する。下部電極１１と上部電極１３との間に音声信号に応じた電圧が連続的に印加されると、カンチレバー４０の自由端４０ｂがＺ方向に往復移動するように、カンチレバー４０が振動する。このようなカンチレバー４０の振動により、カンチレバー４０の周囲の空気が振動され、音波が発生する。この音波は、保護基板３の貫通孔３ｂを介して外部空間に伝播する。
　カンチレバー４０（振動膜７）が振動すると、振動膜７に板波が発生する。この板波は、振動膜７の端面で反射して定在波を発生させるおそれがある。本実施形態では、振動膜７は、振動膜７の表面に沿って延びかつ接続部７ａの両端を結ぶ線と直交する直線Ｌに対して、非線対称な形状を有している。これにより、振動膜７の端面で反射した板波が互いに打ち消されやすくなるので、定在波を抑制することができる。また、本実施形態では、振動膜７の外周縁が、平面視において、互いに対向しかつ平行な平行直線部分を含んでいないので、定在波をより効果的に抑制することができる。
　図５Ａ～図５Ｈは、図１のトランスデューサ１の製造工程を順に示す図解的な断面図である。図６Ａ～図６Ｇは、トランスデューサ１の製造工程を順に示す図解的な平面図である。
　図５Ａおよび図６Ａに示すように、ＳＩＯ基板に対して熱酸化処理が行われる。ＳＩＯ基板は、シリコン基板３２と、その表面に形成された酸化膜層３３とその表面に形成されたシリコン層３４とを含む。熱酸化処理により、シリコン層３４における酸化膜層３３とは反対側の表面（＋Ｚ側表面）に酸化シリコン膜３５が形成され、シリコン基板３２における酸化膜層３３とは反対側の表面（－Ｚ側表面）に酸化シリコン膜３１が形成される。シリコン基板３２と酸化膜層３３とによって支持基板４が構成され、シリコン層３４と酸化シリコン膜３５によって振動膜形成層６が構成される。
　次に、図５Ｂおよび図６Ｂに示されるように、酸化シリコン膜３５上に、下部電極１１の材料膜である下部電極膜、圧電体膜１２の材料膜である圧電体材料膜および上部電極１３の材料膜である上部電極膜が、その順に形成される。そして、上部電極膜、圧電体材料膜および下部電極膜が、フォトリソグラフィおよびエッチングによって、例えばその順にパターニングされることにより、上部電極１３、圧電体膜１２および下部電極１１が形成される。これにより、酸化シリコン膜３５上に圧電素子１０が形成される。
　次に、図５Ｃおよび図６Ｃに示されるように、酸化シリコン膜３５上に、酸化シリコン膜３５の露出面および圧電素子１０の露出面を覆う水素バリア膜１４が形成される。水素バリア膜１４は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）膜からなる。水素バリア膜１４上の全面に、層間絶縁膜１５が形成される。そして、水素バリア膜１４および層間絶縁膜１５が連続してエッチングされることにより、コンタクト孔１６，１７が形成される。
　次に、コンタクト孔１６，１７内を含む層間絶縁膜１５上に、上部配線１８および下部配線１９の材料膜である配線膜が形成される。この後、フォトリソグラフィおよびエッチングによって、配線膜がパターニングされることにより、上部配線１８および下部配線１９が形成される。そして、層間絶縁膜１５上に、上部配線１８および下部配線１９を覆うようにパッシベーション膜２０が形成される。層間絶縁膜１５およびパッシベーション膜２０は、例えばテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を含む膜（ＴＥＯＳ膜）からなる。
　次に、図５Ｄおよび図６Ｄに示されるように、フォトリソグラフィおよびエッチングによって、パッシベーション膜２０に、上部パッド部１８ａの一部を露出させる上部パッド開口２１が形成されるとともに、下部パッド部１９ａの一部を露出させる下部パッド開口２２が形成される。
　次に、図５Ｅおよび図６Ｅに示されるように、フォトリソグラフィおよびエッチングによって、層間絶縁膜１５およびパッシベーション膜２０に、開口２３が形成される。
　次に、図５Ｆおよび図６Ｆに示されるように、フォトリソグラフィおよびエッチングによって、水素バリア膜１４および振動膜形成層６（酸化シリコン膜３５およびシリコン層３４）を連続して貫通し、酸化膜層３３に達するスリット９が形成される。
　スリット９が形成されることにより、振動膜形成層６の周縁部からなる枠部８と、振動膜形成層６の中央部からなりかつ外周縁の一部が枠部８に接続された振動膜７とが得られる。また、キャビティ５が形成されていない基板アセンブリ仕掛品２Ａが得られる。
　次に、図５Ｇおよび図６Ｇに示されるように、保護基板３における基板アセンブリ仕掛品２Ａの対向面に接着剤２４が塗布され、基板アセンブリ仕掛品２Ａに保護基板３が固定される。
　次に、図５Ｈに示されるように、シリコン基板３２を薄くするための裏面研削が行われる。つまり、シリコン酸化膜３１におけるシリコン基板３２とは反対側の表面から、シリコン酸化膜３１およびシリコン基板３１が研磨されることにより、シリコン基板３１が薄膜化される。
　最後に、シリコン基板３１の裏面（－Ｚ側表面）側に、キャビティ本体５１の形成予定領域に対応する開口を有するレジストマスク（図示略）が形成される。このレジストマスクをマスクとして、シリコン基板３１が裏面からエッチングされる。これにより、図１～図４に示されるトランスデューサ１が得られる。
　図７～図９は、振動膜の変形例を示す図解的な平面図である。
　図７に示される振動膜７１は、平面視で５つの辺７１ａ～７１ｅを有する五角形を有している。辺７１ａが支持体に接続される接続部である。図８に示される振動膜７２は、平面視で６つの辺７２ａ～７２ｆを有する六角形を有している。辺７２ａが支持体に接続される接続部である。図９に示される振動膜７３は、平面視で４つの辺７３ａ～７３ｄを有する四角形を有している。辺７３ａが支持体に接続される接続部である。
　図７、図８および図９に示される振動膜７１、７２および７３は、それぞれ、振動膜７１、７２および７３の表面に沿って延びかつ接続部７１ａ、７２ａおよび７３ａの両端を結ぶ線と直交する直線Ｌに対して、非線対称な形状を有している。
　図７に示される振動膜７１の５つの辺７１ａ～７１ｅは、互いに平行な辺を含んでいない。同様に、図８に示される振動膜７２の６つの辺７２ａ～７２ｆは、互いに平行な辺を含んでいない。一方、図９に示される振動膜７３は、互いに平行な２つの辺７３ｂおよび７３ｄを含んでいる。
　振動膜７は、接続部７ａの両端を結ぶ線と直交する直線Ｌに対して、非線対称な形状を有していればよく、前述の実施形態および変形例で示された形状に限定されない。例えば、振動膜７の接続部７ａは、平面視で曲線状の形状を有していてもよい。また、振動膜７における接続部７ａを除いた外縁は、平面視で曲線状の部分を有していてもよい。
　前述の実施形態では、トランスデューサ１をスピーカとして用いる場合について説明したが、トランスデューサ１は音波を検出するマイクロフォンとして用いることもできる。
　本開示の実施形態について詳細に説明してきたが、これらは本開示の技術的内容を明らかにするために用いられた具体例に過ぎず、本開示はこれらの具体例に限定して解釈されるべきではなく、本開示の範囲は添付の請求の範囲によってのみ限定される。
　この出願は、２０２１年６月１０日に日本国特許庁に提出された特願２０２１－０９７５５４号に対応しており、それらの出願の全開示はここに引用により組み込まれるものとする。
　　１　トランスデューサ
　　２　基板アセンブリ
　　２Ａ　基板アセンブリ仕掛品
　　３　保護基板
　　３ａ　収容凹部
　　３ｂ　貫通孔
　　４　支持基板
　　５　キャビティ
　　５１　キャビティ本体
　　５ａ　第１辺
　　５ｂ　第２辺
　　５ｃ　第３辺
　　５ｄ　第４辺
　　６　振動膜形成層
　　７　振動膜
　　７ａ　接続部
　　７ａ～７ｄ　辺
　　８　枠部
　　９　スリット
　　９ａ　第１部分
　　９ｂ　第２部分
　　９ｃ　第３部分
　１０　圧電素子
　１１　下部電極
　１２　圧電体膜
　１３　上部電極
　１４　水素バリア膜
　１５　層間絶縁膜
　１６　コンタクト孔
　１７　コンタクト孔
　１８　上部配線
　１８ａ　上部パッド部
　１９　下部配線
　１９ａ　下部パッド部
　２０　パッシベーション膜
　２１　上部パッド開口
　２２　下部パッド開口
　２３　開口
　３０　絶縁膜
　３１　酸化シリコン膜
　３２　シリコン基板
　３３　酸化膜層
　３４　シリコン層
　３５　酸化シリコン膜
　４０　カンチレバー
　４０ａ　固定端
　４０ｂ　自由端
　６０　支持体

Claims (11)

  1. 　キャビティを有する支持体と、
    　前記キャビティに対向して設けられ、その対向方向に振動可能な振動膜と、
    　少なくとも一部が、前記振動膜における前記キャビティとは反対側の表面上に形成された圧電素子とを含み、
    　前記振動膜は、当該振動膜の外周縁の一部に、前記支持体に接続された接続部を有しており、
    　前記振動膜は、前記振動膜の表面に沿って延びかつ前記接続部の両端を結ぶ線と直交する直線に対して、非線対称な形状を有している、トランスデューサ。
  2. 　前記振動膜の外周縁が、平面視において、互いに対向しかつ平行な平行直線部分を含んでいない、請求項１に記載のトランスデューサ。
  3. 　前記振動膜が、平面視において、複数の辺を有する多角形であり、前記複数の辺は、互いに対向しかつ平行な辺を含んでいない、請求項２に記載のトランスデューサ。
  4. 　前記支持体は、
    　前記キャビティを有する支持基板と、
    　前記支持基板上に形成されかつ前記キャビティを取り囲むように形成された枠部とを含み、
    　前記振動膜の前記接続部は、前記枠部に接続されており、
    　前記枠部と、前記振動膜における前記接続部を除いた外周縁との間には、前記キャビティに連通するスリットが形成されている、請求項１～３のいずれか一項に記載のトランスデューサ。
  5. 　前記振動膜と、前記圧電素子における前記振動膜上に配置された部分とを含み、固定端と自由端とを有するカンチレバーが形成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載のトランスデューサ。
  6. 　前記圧電素子が、少なくとも一部が前記振動膜上に配置された下部電極と、前記下部電極上に形成された圧電体膜と、前記圧電体膜上に形成された上部電極とを含む、請求項１～５のいずれか一項に記載のトランスデューサ。
  7. 　前記振動膜の表面および前記圧電素子の表面を覆う水素バリア膜と、
    　前記水素バリア膜上に選択的に形成された絶縁層間膜と、
    　前記絶縁層間膜上に形成され、前記上部電極に一端が接続されかつ他端が前記キャビティの外方に延びた上部配線と、
    　前記絶縁層間膜上に形成され、前記下部電極に一端が接続されかつ他端が前記キャビティの外方に延びた下部配線と、
    　前記絶縁層間膜上に形成され、前記上部配線および前記下部配線を覆うパッシベーション膜とを含む、請求項６に記載のトランスデューサ。
  8. 　前記カンチレバーの少なくとも一部を覆うように前記支持体に固定された保護基板を含む、請求項５に記載のトランスデューサ。
  9. 　支持基板上に形成された振動膜形成層上に、圧電素子を形成する工程と、
    　前記振動膜形成層を厚さ方向に貫通するスリットを形成することにより、振動膜と、前記振動膜を取り囲みかつ一部が前記振動膜の一部と接続された枠部とを、前記振動膜形成層に形成する振動膜形成工程と、
    　前記支持基板における前記振動膜形成層とは反対側の表面である裏面のキャビティ形成予定領域から前記支持基板をエッチングすることにより、前記振動膜に対向する領域に、前記スリットに連通するキャビティを形成する工程とを含み、
    　前記振動膜おける前記枠部に接続されている部分を接続部とすると、前記振動膜形成工程で形成される前記振動膜は、前記振動膜の表面に沿って延びかつ前記接続部の両端を結ぶ線と直交する直線に対して、非線対称な形状を有している、トランスデューサの製造方法。
  10. 　前記振動膜の外周縁が、平面視において、互いに対向しかつ平行な平行直線部分を含んでいない、請求項９に記載のトランスデューサの製造方法。
  11. 　前記振動膜が、平面視において、複数の辺を有する多角形であり、前記複数の辺は、互いに対向しかつ平行な辺を含んでいない、請求項１０に記載のトランスデューサの製造方法。
     
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