(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極と、振動部分と該振動部分の周囲の少なくとも一部において振動部分を支持するための支持部分とから構成される上部電極と、前記下部電極と上部電極とを絶縁するための絶縁層とからなり、
前記上部電極が、振動部分及び／又は支持部分に起伏を有して前記下部電極との間に空洞を形成し、かつ、周囲壁を備えてなる電気信号−音響信号変換器。
【請求項２】
上部電極が、支持部分の少なくとも上面に起伏を有してなる請求項１に記載の電気信号−音響信号変換器。
【請求項３】
上部電極が、絶縁層の端部近傍において振動部分が屈曲することにより起伏を有してなる請求項１に記載の電気信号−音響信号変換器。
【請求項４】
振動部分の端部における下面が、支持部分の絶縁層直上に延設される領域の上面より上方に位置してなる請求項１〜３のいずれか１つに記載の電気信号−音響信号変換器。
【請求項５】
振動部分の端部における下面が、支持部分の絶縁層直上に延設される領域の上面より下方又は同じ高さに位置してなる請求項１〜３のいずれか１つに記載の電気信号−音響信号変換器。
【請求項６】
振動部分が、その周縁領域において、屈曲することにより下部電極からの距離が異なる複数の面を有してなる請求項１〜５のいずれか１つに記載の電気信号−音響信号変換器。
【請求項７】
振動部分が、少なくとも１個の小孔を有する請求項１〜６のいずれか１つに記載の電気信号−音響信号変換器。
【請求項８】
支持部分が、振動部分の中心から等距離の３ヶ所において前記振動部分を支持してなる請求項１〜７のいずれか１つに記載の電気信号−音響信号変換器。
【請求項９】
振動部分が、ほぼ円形である請求項１〜８のいずれか１つに記載の電気信号−音響信号変換器。
【請求項１０】
振動部分が、ほぼ正多角形形状である請求項１〜８のいずれか１つに記載の電気信号−音響信号変換器。
【請求項１１】
下部電極が、半導体基板によって形成されてなる請求項１〜１０のいずれか１つに記載の電気信号−音響信号変換器。
【請求項１２】
下部電極及び上部電極が、所定の電圧を印加するための金バンプからなる端子にそれぞれ接続されてなる請求項１〜１１のいずれか１つに記載の電気信号−音響信号変換器。
【請求項１３】
上部電極の振動部分周囲に周囲壁を備える請求項１〜１２のいずれか１つに記載の電気信号−音響信号変換器。
【請求項１４】
上部電極の支持部分周囲に周囲壁を備える請求項１〜１２のいずれか１つに記載の電気信号−音響信号変換器。
【請求項１５】
上部電極の振動部分と支持部分とにまたがる周囲に周囲壁を備える請求項１〜１２のいずれか１つに記載の電気信号−音響信号変換器。
【請求項１６】
上部電極に複数の周囲壁を備える請求項１３〜１５のいずれか１つに記載の電気信号−音響信号変換器。
【請求項１７】
振動部分の中心部に向かうにしたがって高さが低くなる複数の周囲壁を備える請求項１６に記載の電気信号−音響信号変換器。
【請求項１８】
上部電極に、振動部分の中心部に向かうにしたがって高さが低くなる上面を有する周囲壁を備える請求項１〜１２のいずれか１つに記載の電気信号−音響信号変換器。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか１つに記載の電気信号−音響信号変換器を複数備える電気信号−音響信号変換装置。
【請求項２０】
（ａ）下部電極上に、該下部電極表面の一部が露出するように選択的に絶縁層を形成し、
（ｂ）露出した前記下部電極表面上と、前記絶縁層上であって前記露出した下部電極表面の外周領域とに、選択的に犠牲膜を形成し、
（ｃ）該犠牲膜上に、該犠牲膜の一部を露出させ、かつ該犠牲膜の周縁の一部を被覆して前記絶縁層上に至る上部電極を形成し、
（ｄ）前記犠牲膜の露出した部分から、前記犠牲膜を除去して前記下部電極と上部電極との間に空洞を形成し、
さらに、工程（ｃ）の後において、上部電極に周囲壁を形成する工程を含む電気信号−音響信号変換器の製造方法。
【請求項２１】
工程（ｂ）において犠牲膜を形成した後であって、工程（ｃ）の前に、前記犠牲膜上に形成された所定形状のレジストパターンを用いて、前記犠牲膜の表面をエッチングして、絶縁層の端部近傍の犠牲膜の表面に起伏を形成する請求項２０に記載の電気信号−音響信号変換器の製造方法。
【請求項２２】
工程（ｃ）における上部電極の形成と同時に又は工程（ｃ）において上部電極を形成した後であって工程（ｄ）の前に、前記上部電極に小孔を形成し、工程（ｄ）において該小孔を介して犠牲膜を除去する請求項２０又は２１に記載の電気信号−音響信号変換器の製造方法。
【請求項２３】
工程（ｂ）において、リンがドーピングされたシリコン酸化膜からなる犠牲膜を下部電極上全面に堆積し、前記犠牲膜の表面がなめらかになるような温度で熱処理し、該犠牲膜を所定の形状にパターニングする請求項２０〜２２のいずれか１つに記載の電気信号−音響信号変換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気信号−音響信号変換器及びその製造方法並びに電気信号−音響信号変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来から、マイクロホン等の電気信号−音響信号変換器として機能し得るキャパシタを、半導体チップ中に集積化させた半導体装置が提案されている（例えば、特表昭６０−５００８４１号公報）。
このキャパシタは、図２１（ｅ）に示したように、空洞８１ａを有する半導体基板８１上に、キャパシタの一方の電極となる振動膜８２が形成され、さらに半導体基板８１の空洞８１ａに対応する領域に空洞８４ａを確保するための窒化シリコン膜からなる支持部分８３と、支持部分８３上から空洞８４ａの一部上にわたって形成されてキャパシタの他方の電極となるポリシリコン膜８５と、ポリシリコン膜８５上に形成され、かつ空洞８４ａ上に小孔８７ａを残して実質的に空洞８４ａを覆う絶縁膜８７を備えてなる。
【０００３】
このキャパシタは、以下の製造方法により形成される。
まず、図２１（ａ）に示したように、半導体基板８１の表面にキャパシタの一方の電極である振動膜８２を構成する拡散層形成し、拡散層の上に、所定の形状で窒化シリコン膜からなる支持部分８３を選択的に形成する。
次いで、図２１（ｂ）に示したように、支持部分８３が存在せず、拡散層が露出した半導体基板８１上に、ＰＳＧ膜８４を、支持部分８３の表面と面一になるように埋め込む。
【０００４】
続いて、図２１（ｃ）に示したように、ＰＳＧ膜８４及び支持部分８３上にキャパシタの他方の電極となるポリシリコン膜８５を形成する。この際、ポリシリコン膜８５は、ＰＳＧ膜８４の表面が一部露出するように形成する。
次に、図２１（ｄ）に示したように、絶縁膜８７を半導体基板８１の表面及び裏面上の両方に形成し、表面の絶縁膜８７に、ＰＳＧ膜８４をエッチングするための小孔８７ａを形成するとともに、裏面の絶縁膜８７に開口８７ｂを形成する。
【０００５】
その後、図２１（ｅ）に示したように、小孔８７ａを介してＰＳＧ膜８４をエッチングすることにより、拡散層とポリシリコン膜８５との間に空洞８４ａを形成するとともに、半導体基板８１の裏面を、拡散層が露出するまでエッチングして開口８１ａを形成する。これにより、振動膜８２が形成される。
【０００６】
上記のキャパシタは、キャパシタの一方の電極である振動膜８２が半導体基板６１表面から所定の距離離れた内部に形成され、キャパシタの他方の電極であるポリシリコン膜８５が半導体基板の上に形成されている。このような構成により、開口８１ａから入力される音波（音響信号）が、キャパシタの一方の電極である振動膜８２を振動させることができ、それによってキャパシタ電極である振動膜８２とポリシリコン膜８５との間の距離を変化させ、さらにキャパシタ容量を変化させて、音響信号と等価な電気信号を発生させている。
しかし、上記構造のキャパシタは、一方の電極となる振動膜８２を半導体基板８１をエッチングによって薄膜化して形成するために、その膜厚の制御が困難であるという課題がある。
【０００７】
一方、音響信号−電気信号変換器として機能するものではなく、外部からの圧力を検出するための圧力センサとして構成されるものではあるが、半導体基板上に２つの電極を備えることにより、振動膜の膜厚制御が容易なキャパシタが提案されている（特開平４−１２７４７９号公報）。
【０００８】
このようなキャパシタは、図２２に示したように、ｎ型シリコン基板９１に、キャパシタの一方の電極としてｐ型拡散層９２を有し、ｐ型拡散層９２上に酸化膜９３を介して支持層９４が形成されており、さらに、支持層９４上にはこの支持層９４を完全に被覆し、支持層９４内に空洞９４ａを確保するように形成された酸化膜９５を介してキャパシタの他方の電極であるポリシリコン膜９６を有して構成される。なお、支持層９４を被覆する酸化膜９５には、空洞９４ａの上方に複数の小孔９５ａが形成されている。また、キャパシタの一方の電極であるｐ型拡散層９２及び他方の電極であるポリシリコン膜９５はそれぞれ別々の配線層９７、９８に接続されている。
このキャパシタは、以下の製造方法により形成される。
【０００９】
まず、ｎ型シリコン基板９１の表面に高濃度の不純物を注入することによりｐ型拡散層９２を形成する。その後、シリコン基板９１全面を酸化膜９３で覆い、その上にポリシリコンからなる支持層９４を丘状に形成し、さらに支持層９４を酸化膜９５で完全に被覆する。次にこの酸化膜９５に複数個小孔９５ａを形成し、この小孔９５ａを介してポリシリコンの一部をエッチング除去することにより空洞９４ａを形成する。
さらに、この酸化膜９５を覆うようにポリシリコン膜９６をＣＶＤ法等により成長させて空洞９４ａを封止し、フォトエッチングによりポリシリコン膜９６をパターニングして空洞９４ａ上にキャパシタの他方の電極を形成する。なお、この際に封止した空洞９４ａ内の封止圧を圧力検出上の基準圧とする。
【００１０】
次に、ポリシリコン膜９６上にさらに酸化膜９９を形成し、ポリシリコン膜９６及びｐ型拡散層９２上の酸化膜９９にそれぞれ開口を形成し、導電膜を形成し、パターニングすることにより、この開口を通してポリシリコン膜９６及びｐ型拡散層９２上にそれぞれ接続される配線層９８、９７を形成する。
この圧力センサにおいては、空洞９４ａ上のポリシリコン膜９６が、弾性体としてダイヤフラムを構成し、このポリシリコン膜９６が外部圧力により歪んだ時のｐ型拡散層９２とポリシリコン膜９６との間の静電容量の変化を、基準圧に対応する静電容量と比較することにより、被検出圧力が検出ないし測定される。
【００１１】
しかし、この圧力センサは、空洞９４ａを形成した後、キャパシタの他方の電極であるポリシリコン膜９６を形成するために、ポリシリコン膜９６が半導体基板９１側に歪んでしまい、張りが十分に確保できない。また、ポリシリコン膜９６の張りが極端になくなると、酸化膜９５がキャパシタの一方の電極であるｐ型拡散層９２と接触する。このため、この圧力センサを、音響信号と等価な電気信号を発生させるキャパシタに適用したとしても、周波数特性がある範囲内に限られ、十分な音響特性が得られなかったり、音響信号と等価な電気信号を発生させること自体ができなくなり、マイクロホン等の電気信号−音響信号変換器に適用できないという問題がある。
【００１２】
さらに、空洞９４ａをポリシリコン膜９６により完全に封止しているため、外部の圧力が空洞９４ａ内の圧力より低くなった場合には、空洞９４ａが膨張し、一方、外部の圧力が空洞９４ａ内の圧力より高くなった場合には、空洞９４ａが縮小し、音響特性が悪化するという問題がある。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、キャパシタの一方の電極である振動膜の膜厚の制御が容易で、適度の張りをもつことにより、良好な音響特性を有する電気信号−音響信号変換器及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、下部電極と、振動部分と該振動部分の周囲の少なくとも一部において振動部分を支持するための支持部分とから構成される上部電極と、前記下部電極と上部電極とを絶縁するための絶縁層とからなり、前記上部電極が、振動部分及び／又は支持部分に起伏を有して前記下部電極との間に空洞を形成し、かつ、周囲壁を備えてなる電気信号−音響信号変換器が提供される。
【００１４】
また、本発明によれば、（ａ）下部電極上に、該下部電極表面の一部が露出するように選択的に絶縁層を形成し、（ｂ）露出した前記下部電極表面上と、前記絶縁層上であって前記露出した下部電極表面の外周領域とに、選択的に犠牲膜を形成し、（ｃ）該犠牲膜上に、該犠牲膜の一部を露出させ、かつ該犠牲膜の周縁の一部を被覆して前記絶縁層上に至る上部電極を形成し、（ｄ）前記犠牲膜の露出した部分から、前記犠牲膜を除去して前記下部電極と上部電極との間に空洞を形成し、さらに、工程（ｃ）の後において、上部電極に周囲壁を形成する工程を含む電気信号−音響信号変換器の製造方法が提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の電気信号−音響信号変換器は、容量を空洞により構成するキャパシタ型の構造を有しており、主として、下部電極と、上部電極と、下部電極と上部電極との間に配置された絶縁層とから構成される。
【００１６】
下部電極は、導電性材料により形成されるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、アモルファス、単結晶又は多結晶のＮ型又はＰ型の元素半導体（例えば、シリコン、ゲルマニウム等）又は化合物半導体（例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＺｎＳｅ、ＣｓＳ等）；金、白金、銀、銅、アルミニウム等の金属；チタン、タンタル、タングステン等の高融点金属；高融点金属とのシリサイド、ポリサイド等の単層膜又は積層膜により形成することができる。なかでも、半導体装置の基板として使用されるものが好ましく、具体的には、Ｎ型又はＰ型の単結晶又は多結晶半導体基板、特にシリコン基板が好ましい。また、下部電極は、トランジスタ、キャパシタ等の半導体素子や回路、絶縁膜、配線層等が組み合わせられて形成された、いわゆる多層配線構造の半導体基板の上に、絶縁膜を介して上記導電性材料からなる膜によって形成されていてもよいし、ＳＯＩ基板又は多層ＳＯＩ基板の表面半導体層として形成されていてもよい。この場合の膜厚は特に限定されるものではない。なお、下部電極が半導体基板により構成される場合には、この半導体基板の他の領域には半導体素子や回路、絶縁膜、配線層等が組み合わせられて形成されていてもよいし、半導体基板表面にはＰ型又はＮ型の不純物拡散層が形成されていてもよいし、半導体基板表面に溝や島等が形成されていてもよい。
【００１７】
上部電極は、導電性材料により形成されるものであれば特に限定されるものではなく、下部電極と同様の材料が挙げられる。なかでも、ポリシリコン膜から構成されることが好ましい。ポリシリコン膜を上部電極として使用する場合には、得られる電気信号−音響信号変換器の出力感度が低下しないような寄生抵抗に抑制する程度のシート抵抗、例えば、数〜数十Ω・ｃｍ−２程度のシート抵抗に調整することが好ましい。なお、上部電極の膜厚は、一定であることが好ましいが、部分的に厚膜又は薄膜状になっていてもよい。上部電極の膜厚は、例えば、１〜２μｍ程度の範囲内にあることが適当である。
上部電極は、振動部分と支持部分とから構成される。
【００１８】
振動部分は、後述する空洞の真上の部分（例えば、図１（ｂ）中、３ｂ及び３ｃ参照）、言い換えると、下部電極側から上部電極側に空洞を投影した場合の投影領域に対応する部分を意味し、外部からの音に起因して振動することにより、上下電極間の静電容量を変化させる役割を果たす部分である。振動部分の形状は、特に限定されるものではなく、後述する支持部分の位置、数、大きさ等を考慮して適宜決定することができる。例えば、円や多角形が挙げられるが、振動部分の中心から各辺（又は外周）までの距離が等しい（例えば、図１（ａ）中、Ｐ＝Ｑ＝Ｏ）ことが適当であり、円、ほぼ円、正多角形又は正多角形の角が欠けた略正多角形等が好ましい。なかでも、正六角形（例えば、図１０）、正八角形（例えば、図１１）が、特に正六角形がより好ましい。その大きさは特に限定されるものではないが、例えば、１．０×１０５〜４０．０×１０５μｍ２程度が挙げられ、より具体的には２．５×１０５〜１４．４×１０５μｍ２が挙げられる。
【００１９】
また、振動部分は、１以上の小孔を有していることが好ましい。小孔の直径は、例えば、２〜１０μｍ程度が挙げられ、その数は、振動部分の大きさにもよるが、上記の範囲の大きさでは、１００個程度以下、好ましくは６０〜９０個程度が挙げられる。
【００２０】
支持部分は、振動部分の周囲の少なくとも一部において振動部分を支持するための部分であり、上部電極の振動部分以外の部分を占める。支持部分は、振動部分の中心から等しい距離の２ヶ所以上に配設されることが適当であり、３ヶ所に配設されることが好ましい。なお、支持部分は、振動部分の全外周長に対して、振動部分の振動を有効に維持することができ、かつ振動部分に適度な張りを与えることができる程度の割合で、振動部分を支持していることが好ましく、例えば、振動部分の全外周長の５０％程度以下程度が挙げられる。
【００２１】
また、上部電極は起伏を有している。上部電極が有する起伏とは、上部電極の下面（後述する下部電極と対向する面）のみ、上面（後述する下部電極と対向する面と反対側の面）のみ又は上下面の双方が、段階的に又は徐々に、後述する下部電極の上面（上部電極と対向する面）からの距離が変化していることを意味する。
【００２２】
ここで段階的にとは、上部電極の下面及び／又は上面から下部電極の上面までの距離が急峻に変化する状態、つまり、上部電極の下面及び／又は上面が、下部電極の上面から異なる距離を有する少なくとも２つの面が存在する状態を意味する。徐々にとは、上部電極の下面及び／又は上面から下部電極の上面までの距離がなだらかに変化する状態、つまり、上部電極の下面及び／又は上面が下部電極の上面から異なる距離を有するが、面単位としては存在しない状態を意味する。上部電極の下面のみ又は上面のみに起伏を有するとは、上部電極の膜厚が部分的に変化して、下面又は上面に起伏、つまり凹部又は凸部が形成されている状態を意味し、上下面の双方に起伏を有するとは、上部電極の膜厚がほぼ均一で、上部電極が屈曲することにより凹部又は凸部が形成されている状態を意味する。
【００２３】
なお、上部電極は、起伏により凹部が１つのみ、凸部が１つのみ（例えば、図７、図９参照）、あるいは凹部が複数及び凸部が複数あってもよいし、凹部の中に１又は２以上の凹部及び／又は凸部、凸部の中に１又は２以上の凹部及び／又は凸部があってもよい（例えば、図１（ｂ）参照）。また、起伏は、支持部分の上面のみ（例えば、図７参照）；下面のみ；上下面のみ；振動部分の上面のみ；下面のみ；上下面のみ（例えば、図９参照）；支持部分の上面、下面又は上下面と振動部分の上面、下面又は上下面（例えば、図１（ｂ）、図６、図８参照）とに有していてもよい。なかでも、支持部分の上面のみに起伏を有している（例えば、図７参照）か、振動部分の上下面のみに起伏を有している（例えば、図９参照）か、支持部分の上面と振動部分の上下面とに起伏を有している（例えば、図１（ｂ）、図６及び図８参照）ことが好ましい。起伏が振動部分にある場合には、後述する絶縁層の端部近傍において、振動部分が屈曲することにより起伏を有していることが好ましい。ここで、上部電極における絶縁層の端部近傍とは、上部電極の下方に配置する絶縁層の端部から、振動部分の最も広い幅の１％程度以内の距離を有する領域上に位置する上部電極の領域を意味する。具体的には、絶縁層の端部から１０μｍ程度以内の距離を有する領域上に位置する上部電極の領域が挙げられる。
【００２４】
さらに、上部電極が起伏を有することにより、振動部分の端部の下面が支持部分の絶縁膜の直上に延設される領域の上面より上方（例えば、図６、図７、図８参照）、下方又は支持部分の上面と同じ高さ（例えば、図１（ｂ）参照）に位置することが好ましい。ここで、振動部分の端部の下面と、支持部分の絶縁層直上に延設される領域の上面との高さの差は、特に限定されるものではなく、上部電極の膜厚、空洞の高さ等により適宜調整することができる。これにより、振動部分に適当な張りを与えながら、上部電極と下部電極との接触を阻止するとともに、音に起因する振動の均一な伝わりを確保することができる。特に、振動部分の端部の下面が支持部分の絶縁層直上に延設される領域の上面より上方である場合には、さらに、支持部分が振動膜への過剰の振動を吸収して、上部電極の破壊を防止することができ、一方、振動部分の端部の下面が支持部分の絶縁層直上に延設される領域の上面より下方又は同じ高さである場合には、空洞の容積をより小さくすることができるため、出力感度を向上させることができる。
【００２５】
なお、振動部分は、その中央部においては、膜厚が均一でかつ起伏を有さないことが好ましいが、上述した絶縁層の端部近傍に有する起伏の他に、振動部分の周縁領域において、さらに下部電極の上面からの距離が異なる複数の面（領域）を有していてもよい（例えば、図１２（ｂ）参照）。ここで、振動部分の周縁領域とは、振動部分の端部から中央部に向かって、振動部分の最も広い幅の１０％程度以内、好ましくは８％程度以内の距離を有する領域を意味し、具体的には、振動部分の端部から中央部に向かって、１００μｍ程度、好ましくは８０μｍ程度以内の距離を有する領域が挙げられる。下部電極の上面からの距離が異なる複数の面は、例えば、１つ以上、好ましくは２〜３個の凹部又は凸部が形成されることにより実現される。この場合には、凹部又は凸部の幅及び間隔は、例えば、１０〜２０μｍ程度が適当である。
【００２６】
空洞は、主として、上部電極における起伏によって下部電極と上部電極との間に形成され、その一部において大気と接触する開放空間を意味する。空洞は、実質的に上部電極の起伏によってのみ形成されることが好ましいが、上部電極の起伏に加え、後述する絶縁膜が上部電極と下部電極との間に介在することによって、下部電極との間に形成されるものであってもよい。空洞の高さは、上部電極と下部電極とが接触せず、かつ所望の音響特性を得ることができる程度必要であり、例えば、１〜３μｍ程度の範囲が挙げられる。なお、空洞は、一定の高さを有していてもよいが、部分的に低く又は高く形成されていてもよい。空洞の大きさは、得られる電気信号−音響信号変換器に印加する電圧の大きさ、音響特性等により調整することができ、例えば、１．０×１０５〜４０．０×１０５μｍ２程度の占有面積であることが適当である。
【００２７】
絶縁層は、上部電極と下部電極との接触を阻止し、上部電極と下部電極との間の絶縁を確保する役割を果たす。また、場合によっては、空洞の一部を確保する役割をも果たす。絶縁層は、絶縁材料で構成されるものであれば、その材料は特に限定されるものではなく、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、これらの積層膜等により形成することができる。絶縁層の膜厚は、例えば、０．５〜１．２μｍ程度が挙げられる。なお、絶縁層は、少なくとも上部電極と下部電極とが直接接触することを防止できる領域においてのみ形成されていればよいが、下部電極として機能する以外の領域に渡って形成されていてもよい。
【００２８】
本発明の電機信号−音響信号変換器は、上部電極の振動部分、支持部分及び／又は振動部分から支持部分にまたがった領域の周囲に、周囲壁（以下、「壁」と略称する）が形成されていてもよい。壁を構成する材料は、導電性物質、絶縁性物質のいずれであってもよい。例えば、シリコン、ゲルマニウム等の半導体、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｃｕ等の金属、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ等の高融点金属、これらの合金等の種々のものが挙げられる。なかでも、めっき方法により容易に形成することが可能なＡｕ、Ｎｉ、Ａｇ等の金属が好ましい。
【００２９】
壁は、上部電極の全周囲に閉曲面を構成するように配置されていてもよいし、上部電極の全周囲に矩形形状状で複数並ぶように配置されていてもよし、上部電極の全周囲に二重、三重…に閉曲面を構成するように又は複数並ぶように配置されていてもよい。閉曲面を形成するように配置されていることが好ましい。壁の形状は、特に限定されるものではないが、上面が、平坦（下部電極表面に対してほぼ水平）であってもよいが、振動部分の中心部に向かって高さが低くなるように形成されていることが好ましい。ここで、中心部に向かって高さが低くなるとは、段階的または傾斜的であってもよいし、一つの壁の中で高さが異なっていてもよいし、複数の壁の高さが異なっていてもよい。また、壁が複数ある場合には、それらの全てが同じ高さ、幅等を有していなくてもよく、例えば、壁の高さは、５〜３０μｍ程度の範囲、幅２０〜１００μｍ程度の範囲で適宜調整することができる。壁の高さ、間隔、幅等を調整することにより、集音効果及び／又は指向性等を最適化することができる。
【００３０】
また、本発明の電気信号−音響信号変換器においては、さらに、下部電極及び上部電極が、所定の電圧を印加するための端子にそれぞれ接続されていることが好ましい。この際の端子は、通常電極の端子として形成される導電性材料からなるものであれば特に限定されないが、金や白金等の耐酸化性及び／又は耐腐食性の金属から形成されることが好ましい。なお、下部電極及び／又は上部電極が半導体材料により形成されている場合には、端子とのコンタクト抵抗を低減するために、端子との接続領域に、高濃度不純物層が形成されていることが好ましい。この場合の不純物濃度は、例えば、１．０×１０１９〜１．０×１０２０ｉｏｎｓ／ｃｍ３オーダー程度が挙げられる。
【００３１】
本発明の電気信号−音響信号変換器は、いわゆるマイクロホン、スピーカー等として適用することができるものであるが、特に、半導体装置と一体的に集積化することにより、その小型化、高機能化を図ることが可能となる。具体的には、携帯電話、コンピューターの音声入出力装置、半導体情報機器等における小型音声記録・再生装置等への応用が実現される。
また、本発明の電気信号−音響信号変換装置は、上記電気信号−音響信号変換器を複数個組合せて又は任意に所望の装置と組合せて実現することができる。
【００３２】
本発明の電気信号−音響信号変換器の製造方法は、まず、工程（ａ）において、下部電極上に、下部電極表面の一部が露出するように選択的に絶縁層を形成する。なお、下部電極は、公知の方法により形成することができる。例えば、下部電極が半導体基板により形成される場合には、あらかじめ半導体基板に所望の不純物をドーピングして所定の抵抗値に設定して下部電極とすることができる。また、導電性の単層膜又は積層膜により形成される場合には、あらかじめ適当な基板等の上に、導電性材料をスパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法等により成膜し、所望の形状にパターニング等して下部電極とすることができる。
【００３３】
選択的な絶縁層の形成方法としては、公知の方法、例えば、下部電極上全面に絶縁性材料膜を形成し、フォトリソグラフィ及びエッチング工程により所望の形状にパターニングする方法が挙げられる。なお、ここでの選択的な絶縁層は、下部電極上の一部の領域にのみ開口を有するマスクパターンを用いてパターニングしてもよいし、下部電極上の一部の領域のみを被覆するマスクパターンを用いてパターニングしてもよい。絶縁層の膜厚は、特に限定されるものではなく、例えば、０．５〜１．２μｍ程度が挙げられる。
【００３４】
工程（ｂ）において、露出した下部電極表面上と、絶縁層上であって露出した下部電極の外周領域とに、選択的に犠牲膜を形成する。選択的に犠牲膜を形成する方法としては、工程（ａ）における絶縁層の形成と実質的に同様の方法が挙げられる。ここで形成する犠牲膜は、下部電極直上から絶縁層上にオーバーラップするように形成することが必要である。この場合のオーバーラップ幅は、得られる電気信号−音声信号変換器の大きさ、性能等により適宜調整することができ、例えば、５〜５０μｍ程度の幅、さらに１０〜３０μｍ程度の幅が挙げられる。犠牲膜は、所定のエッチング方法及びエッチング条件を選択した場合に、下部電極、上部電極、絶縁層等を構成する材料に対して、エッチングレートが大きいものが好ましく、例えば、ＰＳＧ、ＳＯＧ、ＢＰＳＧ、ＳｉＯ２等が挙げられる。犠牲膜の膜厚は、特に限定されるものではないが、例えば、１〜３μｍ程度が適当である。
【００３５】
なお、犠牲膜としてリンがドーピングされたシリコン酸化膜を用いる場合には、下部電極上全面に犠牲膜を堆積した後、犠牲膜の表面がなめらかになるような温度で熱処理することが好ましい。ここでの熱処理は、例えば、犠牲膜の種類、膜厚等により適宜調整することができ、例えば、９００〜１０００℃程度の温度、１０〜１００分間程度が挙げられる。
また、犠牲膜としてＳＯＧを用いる場合には、このような熱処理を別途行う必要がなく、また、エッチングレートが比較的大きいために、エッチング時間を短縮することができ、製造工程をより簡略化することができる。
【００３６】
上記したように、上部電極の振動部分の周縁領域において、上部電極にさらに下部電極からの異なる複数の面を形成する場合には、犠牲膜上の適当な位置に、所定の線幅を有するレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして用いて、犠牲膜の表面を所定量エッチングして、犠牲膜の表面に起伏又は凹凸を形成することが好ましい。これにより、後工程において、表面に起伏又は凹凸を有する犠牲膜上に上部電極が形成されることとなり、犠牲膜上の起伏又は凹凸が上部電極にも反映されるからである。犠牲膜の表面に形成する起伏又は凹凸の高さは、特に限定されるものではないが、後工程で形成する上部電極の振動部分の張りを十分に与えることができる程度、例えば、０．３〜１．０μｍ程度が挙げられる。ただし、起伏又は凹凸を形成する場合には、一旦形成された犠牲膜をエッチングにより薄膜化することとなるため、このエッチング量を考慮して、あらかじめ厚めに犠牲膜を形成することが必要となる。
【００３７】
工程（ｃ）において、犠牲膜上に、犠牲膜の一部を露出させ、かつ犠牲膜の周縁の一部を被覆して絶縁層上に至る上部電極を形成する。上部電極は、上述したように、振動部分を少なくとも１ヶ所、通常２ヶ所以上において、支持部分により支持する形状に形成される。よって、ここで形成される上部電極の形状は、犠牲膜の一部を露出させ、かつ犠牲膜の周縁の一部を被覆して絶縁層上に至る、つまり、支持部分を構成する部分においては、振動部分から突出／延設された形状となり、振動部分を構成する部分においては、犠牲膜を被覆し、さらに、振動部分を構成する部分の外側の周りにおいては、犠牲膜は、上部電極に被覆されずに露出する形状となる。上部電極は、下部電極が導電性材料の単層膜又は積層膜で形成する場合の形成方法と同様に形成することができる。
【００３８】
なお、上部電極を形成した後又は形成と同時に、後工程における犠牲膜の除去を容易に行うことができるように、振動部分を構成する部分に、犠牲膜に至る小孔を形成することが好ましい。ここでの小孔の形成は、上部電極材料膜を全面に形成した後、所望の形状にパターニングする際に、上部電極に対応するパターンを有し、かつ上部電極に形成する小孔に対応する部分に開口を有するマスクを用いることにより、上部電極と同時に形成することができる。また、上部電極をパターニングした後、上部電極に形成する小孔に対応する部分にのみ開口を有するマスクを用いてエッチングすることにより形成することができる。
【００３９】
工程（ｄ）において、犠牲膜の露出した部分から、犠牲膜を除去する。この場合の犠牲膜の除去は、ほぼ完全に行うことが好ましい。犠牲膜の除去は、ドライエッチング又はウェットエッチング等の種々の方法により実現することができるが、犠牲膜のみを選択的にエッチングすることができるエッチャントを用いたウェットエッチングにより行うことが好ましい。例えば、ＨＦ、リン酸、硫酸、硝酸等の１種以上を含むエッチャント、好ましくはＨＦ系エッチャントに、１〜１０分間程度浸漬する方法が挙げられる。なお、上部電極に小孔が形成されている場合には、犠牲膜がエッチャントに接触する面積がより大きくなるために、さらに短時間で犠牲膜の除去を行うことができる。これにより、下部電極と上部電極との間に空洞を形成することができる。
【００４０】
以下に本発明の電気信号−音響信号変換器及びその製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。
【００４１】
実施の形態１
この実施の形態における電気信号−音響信号変換器は、図１に示したように、シリコン基板１からなる下部電極と、振動部分３ｃと、振動部分３ｃの外周の４箇所に延設された支持部分３ｂとからなり、ポリシリコン膜３によって形成される上部電極と、下部電極と上部電極との間に形成された空洞４ａと、下部電極と上部電極との間に配置されたＳｉＮ膜２からなる絶縁層とから構成されている。なお、絶縁層は、図１（ａ）において、一点鎖線で示したように、上部電極の振動部分３ｃのほぼ直下と、下部電極に端子を接続するための領域とに開口を有する以外は、シリコン基板１のほぼ全面を被覆している。
【００４２】
上部電極の振動部分３ｃは、ほぼ正八角形形状をしており、その中心から支持部分３ｂまでの距離Ｏ、Ｐ、Ｑはそれぞれ同じである。上部電極の１つの支持部分３ｂは、絶縁層直上から空洞４ａ中央部直上にわたって起伏Ｘ、Ｙを有しており、１つの上部電極においては、このような起伏が４ヶ所形成されている。また、振動部分３ｃにおいて複数個の小孔３ａが形成されている。さらに、振動部分３ｃ端部の下面が、絶縁層直上に延設された支持部分３ｂの上面とほぼ同じ高さに位置している。
【００４３】
この電気信号−音響信号変換器は、その周辺部に下部電極（シリコン基板１）と接続されたＡｕ／ＴｉＷ膜５からなる端子と、支持部分３ｂ上に上部電極と接続されたＡｕ／ＴｉＷ膜５からなる端子が形成されている。
【００４４】
この電気信号−音響信号変換器は以下の製造方法によって形成することができる。
まず、図２（ａ）及び（ａ’）に示したように、電気信号−音響信号変換器の一方の電極となるｎ型シリコン基板１（厚み６２５μｍ程度、比抵抗３〜６Ω／□）を用い、このシリコン基板１上全面に、膜厚１．２μｍ程度のＳｉＮ膜２をＬＰ−ＣＶＤ法により形成した。この際、使用ガスとしてＮＨ３＋ＳｉＨ２Ｃｌ２を用い、堆積温度を７５０〜８５０℃程度とした。次いで、ＳｉＮ膜２をフォトエッチングによりほぼ正八角形の開口部と、下部電極に接続するための開口部を有する所望の形状（図１（ａ）中、一点鎖線）にパターニングして絶縁層を形成した。
【００４５】
次いで、図２（ｂ）及び（ｂ’）に示したように、絶縁層をマスクとして用いて、砒素又はリンを、１〜８×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２程度のドーズでイオン注入して、シリコン基板１表面にｎ型拡散層１ａを形成した。なお、この際のｎ型拡散層１ａは、少なくとも下部電極に接続するための開口部直下に形成されていればよい。続いて、得られたシリコン基板１上全面に、犠牲膜として膜厚１〜３μｍ程度のＰＳＧ膜４を堆積した。このＰＳＧ膜４の膜厚により下部電極と上部電極との間に形成される空洞の高さを決めることができる。この際、使用ガスとしてＳｉＨ４＋ＰＨ３を用い、堆積温度を３５０〜４５０℃とした。その後、  ＰＳＧ膜４の段差低減のために、９００〜１０００℃程度の温度範囲で数十分程度熱処理を行った。
【００４６】
なお、ここでＰＳＧ膜４の熱処理を行なった場合には、図３（ｂ）に示したように、絶縁層とシリコン基板１上との間に存在するＰＳＧ膜４の高低差Ｍが緩和されるが、ＰＳＧ膜４の熱処理を行なわなかった場合には、図３（ａ）に示したように、絶縁層とシリコン基板１上との間に存在するＰＳＧ膜４の高低差を有する部分Ｌに、後工程においてＰＳＧ膜４上に形成されるポリシリコン膜３が入り込み、ＰＳＧ膜４をエッチングして空洞を形成した場合に、高低差を有する部分Ｌに入り込んだポリシリコン膜３が、シリコン基板１上に接触し、上部電極と下部電極とが電気的にショートするという問題がある。
【００４７】
続いて、ＰＳＧ膜４をフォトエッチングにより、後工程で空洞を形成する部分のみに残すようにパターニングした。この際のパターニングは、ＨＦ系エッチャントに４分間程度浸漬することにより行った。なお、ＰＳＧ膜４は、絶縁層の上に、約１０〜３０μｍ程度オーバーラップするようにパターニングした。オーバーラップにより上部電極に起伏を設けることができ、これにより振動膜（上部電極）がより振動しやすくなるからである。なお、ここでＰＳＧ膜４を絶縁層上にオーバーラップさせない場合には、後工程においてＰＳＧ膜４をエッチングして乾燥する際に、下部電極と上部電極とが接触し、短絡が生じるおそれがある。
【００４８】
次いで、図２（ｃ）及び（ｃ’）に示したように、得られたシリコン基板１上全面に、膜厚１〜３μｍ程度のポリシリコン膜３を堆積した。この際、使用ガスとしてＳｉＨ４を用い、堆積温度を５５０〜７００℃程度とした。さらに、ポリシリコン膜３は、導電性を高めるためにリンをドーピングした。この際、使用ガスとしてＰＯＣｌ３を用い、ドーピング温度を８５０〜９５０℃とした。これにより、ポリシリコン膜３のシート抵抗は、数〜数十Ω・ｃｍ−２程度となった。続いて、ポリシリコン膜３をフォトエッチングにより所望の形状にパターニングし、支持部分３ｂと振動部分３ｃとからなる上部電極を形成した。振動物３ｃの形状は、例えば、２．５×１０５〜１４．４×１０５μｍ２程度の面積を有する正八角形とし、支持部分３ｂは、振動部分３ｃの一辺を長辺とする長方形形状として、振動部分３ｃの一辺おきに配置した。さらに、ＰＳＧ膜４の上方に存在するポリシリコン膜３に、６〜１０μｍφの小孔３ａを６０〜９０個形成した。これは、後工程においてＰＳＧ膜４を速やかにエッチングするためである。また、小孔３ａを形成することにより、図４に示したように、上部電極−下部電極間の空気摩擦抵抗を最適化し、音響特性のフラット化及び高音域の感度改善を行うことができるからである。
【００４９】
さらに、図２（ｄ）及び（ｄ’）に示したように、下部電極及び上部電極から信号をとりだすための端子を、Ａｕ／ＴｉＷ膜（膜厚２〜４μｍ／０．２〜０．３μｍ程度）５により形成した。なお、後工程でのＨＦによるＰＳＧ膜４のエッチングの際に、エッチャントで端子がエッチングされないようにＡｕ膜を使用したが、Ａｕの下部電極及び上部電極への拡散を防ぐためにあらかじめＴｉＷ膜を形成した。
次いで、図２（ｅ）及び（ｅ’）に示したように、得られたシリコン基板１を５〜１０％のＨＦ系エッチャントに数時間浸液し、ＩＰＡ置換乾燥して、ＰＳＧ膜４をエッチングすることにより空洞４ａを形成した。
【００５０】
上記のような電気信号−音響信号変換器の動作原理を図５に基づいて説明する。
上部電極３と下部電極１とに電圧ＥＤ（例えば、ＤＣ３〜６Ｖ程度）を印加する。外部から音響に対応する振動Ｆが加わると、振動膜である上部電極３が振動し、下部電極１との距離が変化する（図５中α、β等）。これにより、両電極１、３の静電容量が変化し、電荷量が変化する。さらに、電荷量の変化に伴って電流が流れ、この電流が抵抗Ｒ（例えば、１〜３ｋΩ程度）に流れることにより、音響に対応する電圧Ｅが出力される。
【００５１】
実施の形態２
この実施の形態における電気信号−音響信号変換器は、図６に示したように、上部電極を構成するポリシリコン膜１３において、振動部分（空洞１４ａ直上の上部電極）１３ｃの下面が、ＳｉＮ膜２からなる絶縁層直上に延設された支持部分１３ｂの上面よりも上方に存在している以外は、図１における電気信号−音響信号変換器と実質的に同様である。
【００５２】
実施の形態３
この実施の形態における電気信号−音響信号変換器は、図７に示したように、ＳｉＮ膜２２からなる絶縁層が、下部電極であるシリコン基板１上の全面を被覆しており、よって、上部電極は、支持部分３ｂにおいてのみ起伏Ｚを有している以外は、図１における電気信号−音響信号変換器と実質的に同様である。
この電気信号−音響信号変換器は、図２（ａ）及び（ａ’）において、ＳｉＮ膜２２に、フォトエッチングによって下部電極に接続するための開口部のみを形成する以外は、実質的に実施の形態１と同様の製造方法により形成することができる。
【００５３】
この電気信号−音響信号変換器においては、絶縁層が下部電極の全面を被覆しているために、電気信号−音響信号変換器として使用している際に、瞬時に大きな音による振動が加わったとしても、上部電極と下部電極とのショートを防止することができ、電気信号−音響信号変換器自体の損傷又は破壊を回避することができる。
【００５４】
実施の形態４
この実施の形態における電気信号−音響信号変換器は、図８に示したように、ＳｉＮ膜２からなる絶縁層の存在しないシリコン基板３１表面に溝が形成されており、よって、その溝の深さの分だけ振動部分３３ｃ表面が沈みこんでいる以外は、図１における電気信号−音響信号変換器と実質的に同様である。
【００５５】
この電気信号−音響信号変換器は、図２（ａ）及び（ａ’）において、フォトエッチングによりＳｉＮ膜２をパターニングするとともに、さらにシリコン基板１を０．５〜２．０μｍ程度エッチング除去し、図２（ｂ）及び（ｂ’）において、溝底面にイオン注入し、溝を含むシリコン基板１上全面に、ＰＳＧ膜４を堆積する以外は、実質的に実施の形態１と同様の製造方法により形成することができる。
【００５６】
実施の形態５
この実施の形態における電気信号−音響信号変換器は、図９に示したように、ＳｉＮ膜４２からなる絶縁層が、上部電極の支持部分４３ｂと接触しており、よって、支持部分４３ｂにおいては起伏が形成されておらず、振動部分４３ｃは屈曲することにより、振動部分４３ｃの絶縁層端部近傍においてその上下面に起伏を有している以外は、図１における電気信号−音響信号変換器と実質的に同様である。
【００５７】
実施の形態６
この実施の形態における電気信号−音響信号変換器は、図１０に示したように、ポリシリコン膜５３からなる上部電極が、ほぼ正六角形形状の振動部分５３ｃと、振動部分５３ｃの外周の３箇所に延設された支持部分５３ｂとからなる以外は、図１における電気信号−音響信号変換器と実質的に同様である。
なお、振動部分５３ｃの中心から支持部分５３ｂまでの距離Ｒ、Ｓ、Ｔはそれぞれ同じである。
振動部分５３ｃを３つの支持部分５３ｂによって支持することによって、より振動部分５３ｃの張りを強く保持することができ、音による振動に対する感度を高めることができる。
【００５８】
実施の形態７
この実施の形態における電気信号−音響信号変換器は、図１１に示したように、絶縁層６２が、上部電極の支持部分６３ｂのほぼ真下にのみ配置されている以外は、図１における電気信号−音響信号変換器と実質的に同様である。
このように、絶縁層６２を、上部電極の支持部分６３ｂのほぼ真下にのみ配置することにより、この電気信号−音響信号変換器の製造方法において、図２（ｂ）及び（ｂ’）での絶縁層をマスクとして用いたイオン注入によって、振動部分６３ｃ下方から下部電極に接続するための端子下方まで、連続的にｎ型拡散層を形成することができるため、下部電極の抵抗を低減することができる。
【００５９】
実施の形態８
この実施の形態における電気信号−音響信号変換器は、図１２（ｂ）に示したように、ポリシリコン膜からなる上部電極の振動部分７３ｃが、振動部分７３ｃの周縁において、複数の凹凸を有している以外は、図１における電気信号−音響信号変換器と実質的に同様である。
【００６０】
この電気信号−音響信号変換器は、図２（ｂ）及び（ｂ’）において、ＰＳＧ膜４を堆積し（膜厚２．０μｍ程度）、所定の形状にパターニングした後、図１２（ａ）に示したように、ＰＳＧ膜７４の周縁において線幅Ｇ（１０〜２０μｍ程度）のフォトマスク７７を形成し、フォトマスク７７を用いてＨＦ系エッチャントに２分間程度浸漬することにより、ＰＳＧ膜７４を０．３〜１．０μｍ程度エッチングしてＰＳＧ膜７４の周縁表面に複数の凹凸を形成する以外は、実質的に実施の形態１と同様の製造方法により形成することができる。
【００６１】
実施の形態９
この実施の形態における電気信号−音響変換器は、図１３（ａ）及び１３（ｂ）に示したように、ポリシリコン膜３からなる上部電極の振動部分３ｃの全周囲に帯形状の壁６ａを有している以外は、図１における電気信号−音響変換器と実質的に同様である。
この壁６ａは、高さ１８μｍ、幅４０μｍで、Ａｕめっき膜により形成した。
【００６２】
この電気信号−音響変換器は、以下の製造方法によって形成することができる。
実施の形態１における図２（ｃ）及び（ｃ’）までの工程を行った後、図１４（ａ）及び（ａ’）に示したように、膜厚０．０５〜０．２μｍ／０．１〜０．４μｍ程度程度のＡｕ／ＴｉＷ膜７を得られたシリコン基板１上全面に形成した。
次いで、図１４（ｂ）及び（ｂ’）に示したように、Ａｕ／ＴｉＷ膜７上全面に、膜厚１０〜３０μｍ程度でレジストを塗布し、壁６ａを形成する領域及び信号取り出し用端子を形成する領域に開口を形成することによりレジストパターン８を形成する。
その後、図１４（ｃ）及び（ｃ’）に示したように、Ａｕめっき溶液にてＡｕめっき膜を堆積し、レジストパターン８を除去する。
続いて、図１４（ｄ）及び（ｄ’）に示したように、Ａｕめっき膜をマスクとして用いて、Ａｕ／ＴｉＷ膜７をエッチングすることにより、壁６ａ及び信号取り出し用端子５ａを形成した。
その後、図１４（ｅ）及び（ｅ’）に示したように、得られたシリコン基板１を５〜１０％のＨＦ系エッチャントに数時間浸液し、ＩＰＡ置換乾燥して、ＰＳＧ膜４をエッチングすることにより空洞４ａを形成した。
【００６３】
実施の形態１０
この実施例における電気信号−音響信号変換器は、図１５（ａ）及び（ｂ）に示したように、ポリシリコン膜３からなる上部電極の支持部分３ｂの全周囲に、実施の形態９と同様の壁６ａを有している以外は、図１における電気信号−音響変換器と実質的に同様である。
なお、図１５（ａ）及び（ｂ）はＰＳＧ膜をエッチング除去した後の電気信号−音響信号変換器を示しており、図１６（ａ）〜（ｃ）は、製造工程において、ＰＳＧ膜４ａのエッチング前の電気信号−音響信号変換器を示している。
この電気信号−音響信号変換器は、実施の形態９と同様の製造方法により形成することができる。
【００６４】
実施の形態１１
この実施例における電気信号−音響信号変換器は、図１７（ａ）及び（ｃ）に示したように、ポリシリコン膜３からなる上部電極の振動部分３ｃと支持部分３ｂとにまたがる領域の全周囲に、壁６ｂを有している以外は、図１における電気信号−音響変換器と実質的に同様である。この壁６ｂは、高さ１８μｍ、幅６０μｍで、Ａｕめっき膜により形成した。
なお、図１７（ａ）及び（ｃ）はＰＳＧ膜をエッチング除去した後の電気信号−音響信号変換器を示しており、図１７（ｂ）は、製造工程において、ＰＳＧ膜４ａのエッチング前の電気信号−音響信号変換器を示している。
【００６５】
実施の形態１２
この実施例における電気信号−音響信号変換器は、図１８（ｇ）に示したように、ポリシリコン膜３からなる上部電極の支持部分の周囲に、金バンプからなる壁６ｃ、６ｄ、６ｅを３つ設けており、それらの壁６ｃ、６ｄ、６ｅは振動部分の中心部に向かうにしたがって高さが低く形成されている以外は、図１における電気信号−音響変換器と実質的に同様である。これらの壁６ｃ、６ｄ、６ｅは、それぞれ、高さ１８μｍ、幅３０μｍ；高さ１２μｍ、幅３０μｍ；高さ６μｍ、幅３０μｍであり、各壁６ｃ、６ｄ、６ｅの間隔は２０μｍである。
最も高い壁６ｃは指向性を向上させることができ、他の壁６ｄ、６ｅは集音効果を向上させることができる。
【００６６】
この電気信号−音響変換器は、以下の製造方法によって形成することができる。
実施の形態９における図１４（ａ）及び（ａ’）までの工程を行った後、図１８（ａ）及び（ａ’）に示したように、Ａｕ／ＴｉＷ膜７上全面に、膜厚２５μｍ程度でレジストを塗布し、壁６ｅを形成する領域及び信号取り出し用端子を形成する領域に開口を形成することによりレジストパターン９ａを形成する。
その後、図１８（ｂ）及び（ｂ’）に示したように、Ａｕめっき溶液にてＡｕめっき膜６ｅ’を堆積し、レジストパターン９ａを除去する。
【００６７】
続いて、図１８（ｃ）及び（ｃ’）に示したように、上記と同様にレジストを塗布し、壁６ｄを形成する領域に開口を形成することによりレジストパターン９ｂを形成する。
その後、図１８（ｄ）及び（ｄ’）に示したように、Ａｕめっき溶液にてＡｕめっき膜６ｄ’を堆積し、レジストパターン９ｂを除去する。
続いて、図１８（ｅ）及び（ｅ’）に示したように、上記と同様にレジストを塗布し、壁６ｃを形成する領域に開口を形成することによりレジストパターン９ｃを形成する。
その後、図１８（ｆ）及び（ｆ’）に示したように、Ａｕめっき溶液にてＡｕめっき膜６ｃ’を堆積し、レジストパターン９ｃを除去する。
次いで、図１８（ｇ）及び（ｇ’）に示したように、Ａｕめっき膜６ｃ’、６ｄ’、  ６ｅ’をマスクとして用いて、Ａｕ／ＴｉＷ膜７をエッチングすることにより、壁６ｃ、６ｄ、６ｅ及び信号取り出し用端子５ａ（図示せず）を形成した。
その後、実施の形態１と同様に、ＰＳＧ膜４をエッチングすることにより空洞４ａを形成した。
【００６８】
実施の形態１３
この実施例における電気信号−音響信号変換器は、図１９に示したように、ポリシリコン膜３からなる上部電極の支持部分３ｂの全周囲に、上面が階段状に形成された壁６ｆを有している以外は、図１８（ｇ）における電気信号−音響変換器と実質的に同様である。この壁６ｆは、高さ１８μｍ、１２μｍ、６μｍ、幅９０μｍである。
この電気信号−音響信号変換器は、実施の形態１２と同様の製造方法により形成することができる。
【００６９】
実施の形態１４
この実施例における電気信号−音響信号変換器は、図２０に示したように、ポリシリコン膜３からなる上部電極の振動部分３ｃがほぼ円形であり、支持部分３ｂの全周囲に壁６ａを有している以外は、図１３（ａ）における電気信号−音響変換器と実質的に同様である。
【００７０】
実施の形態１５
実施の形態１〜１５で形成された電気信号−音響信号変換器を、複数設けることにより電気信号−音響信号変換装置とすることができる。
具体的には、壁無しタイプの電気信号−音響信号変換器を２個又は３個以上備えた電気信号−音響信号変換装置、壁有りタイプの電気信号−音響信号変換器を２個又は３個以上備えた電気信号−音響信号変換装置、壁無しタイプの電気信号−音響信号変換器と壁有りタイプの電気信号−音響信号変換器とをそれぞれ１個又は２個以上組合せた電気信号−音響信号変換装置等が挙げられる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明の電気信号−音響信号変換器によれば、キャパシタの一方の電極である上部電極の膜厚の制御を容易とすることができるとともに、上部電極が起伏を有することにより適度の張りをもたせることができ、上部電極と下部電極とのショートを防止することが可能となる。よって、良好な音響特性を有するとともに、高信頼性の電気信号−音響信号変換器を得ることができる。
また、振動部分の端部の下面が絶縁層直上に延設された支持部分の上面より上方に位置する場合には、さらに、上部電極の張りを改善することができ、良質な音響特性を得ることができる。
【００７２】
さらに、振動部分の端部の下面が絶縁層直上に延設された支持部分の上面より下方かあるいは同じ高さに位置する場合には、空洞の容積が小さくなるために、同じ振動が加えられても出力電圧を高くすることができるため、より感度の良好な電気信号−音響信号変換器を得ることができる。
また、振動部分が、その周縁領域において、さらに下部電極から距離が異なる複数の面を有する場合には、上部電極の張りをより良好に保持することができ、さらなる音響特性の改善を図ることができる。
【００７３】
さらに、振動部分が少なくとも１個の小孔を有する場合には、上部電極と下部電極との間の空気摩擦抵抗を最適化することができ、音響特性のフラット下及び高音域での感度の改善を行うことができる。
また、支持部分が振動部分の中心から等距離の３ヶ所において前記振動部分を支持する場合には、上部電極の張りをより改善することができる。
【００７４】
さらに、振動部分がほぼ円形、ほぼ正多角形形状である場合には、上部電極のさらなる張りの改善に加え、音の広がりが上部電極の振動部分に均一に伝わるため、音に対する感度を高めることができ、さらなる音響効果の改善を実現することができる。
【００７５】
下部電極が半導体基板によって形成されている場合には、高集積化や他の半導体回路との組み合わせが容易となる。
下部電極及び上部電極が、所定の電圧を印加するための金バンプからなる端子にそれぞれ接続されている場合には、製造工程におけるエッチャントや製品化後における空気や湿度等による酸化や腐食を防止することができ、新たに保護膜を形成する必要がないため、音声入力に対する上部電極の振動を向上させることができるとともに、信頼性の高い電気信号−音響信号変換器を提供することができる。
【００７６】
また、上部電極の振動部分周囲に壁を備える場合には、上部電極周囲からの雑音をカットすることができ、音声入力に対する指向性を向上させ、ひいては、より一層音声入力に対する上部電極の振動を向上させることができる。支持部分周囲に壁を備える場合には、振動部分の膜厚変動に生じる振動効率ロスを防止することができ、より一層音声入力に対する上部電極の振動を向上させることができる。振動部分と支持部分とにまたがる周囲に壁を備える場合には、壁の強度を低下させることなく、上部電極の支持部分の面積を削減することが可能となり、寄生容量の低下に伴う容量変換効率の向上、振動効率の向上、サイズの縮小化を実現することが可能となる。
【００７７】
さらに、上部電極に複数の壁を備え、振動部分の中心部に向かうにしたがって高さが低くなる複数の壁を備え、さらに、上部電極に、振動部分の中心部に向かうにしたがって高さが低くなる上面を有する壁を備える場合には、一層の指向性の向上、集音効果の向上を実現することが可能となる。
【００７８】
さらに、本発明の電気信号−音響信号変換器の製造方法によれば、上記のような高性能、高信頼性の電気信号−音響信号変換器を、より簡便な方法により製造することができる。
また、１枚のレジストマスクを追加するのみの簡便な方法により、さらに上部電極の張りが改善された良好な電気信号−音響信号変換器を製造することが可能となる。
【００７９】
しかも、上部電極に小孔を形成する場合には、犠牲膜のエッチング時間の短縮を図ることができ、製造工程の簡便化、ひいては製造コストの低減を実現することができる。
また、リンがドーピングされたシリコン酸化膜からなる犠牲膜を用いる場合には、製造工程の簡略化及び製造コストの低減をさらに容易とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の電気信号−音響信号変換器の第１の実施の形態を示す要部の概略平面図、（ｂ）はＡ−Ａ’線断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ’線断面図である。
【図２】図１の電気信号−音響信号変換器の製造方法を説明するための要部の概略断面工程図である。
【図３】犠牲膜の熱処理の作用を説明するための要部の概略断面図である。
【図４】空気摩擦抵抗の変化による感度−周波数特性を説明するための図である。
【図５】本発明の電気信号−音響信号変換器の動作原理を説明するための模式図である。
【図６】本発明の電気信号−音響信号変換器の第２の実施の形態を示す要部の概略断面図である。
【図７】本発明の電気信号−音響信号変換器の第３の実施の形態を示す要部の概略断面図である。
【図８】本発明の電気信号−音響信号変換器の第４の実施の形態を示す要部の概略断面図である。
【図９】本発明の電気信号−音響信号変換器の第５の実施の形態を示す要部の概略断面図である。
【図１０】本発明の電気信号−音響信号変換器の第６の実施の形態を示す概略平面図である。
【図１１】本発明の電気信号−音響信号変換器の第７の実施の形態を示す概略平面図である。
【図１２】本発明の電気信号−音響信号変換器の第８の実施の形態を示す要部の概略断面図である。
【図１３】本発明の電気信号−音響信号変換器の第９の実施の形態を示す要部の概略断面図である。
【図１４】図１３の電気信号−音響信号変換器の製造方法を説明するための要部の概略断面工程図である。
【図１５】本発明の電気信号−音響信号変換器の第１０の実施の形態を示す要部の概略断面図である。
【図１６】図１５の電気信号−音響信号変換器の製造方法を説明するための要部の概略断面図である。
【図１７】本発明の電気信号−音響信号変換器の第１１の実施の形態を示す要部の概略断面図である。
【図１８】本発明の電気信号−音響信号変換器の第１２の実施の形態を示す要部の概略断面工程図である。
【図１９】本発明の電気信号−音響信号変換器の第１３の実施の形態を示す要部の概略断面図である。
【図２０】本発明の電気信号−音響信号変換器の第１４の実施の形態を示す要部の概略断面図である。
【図２１】従来の電気信号−音響信号変換器の要部を示す概略断面図である。
【図２２】従来の圧力センサの要部を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１、３１  シリコン基板（下部電極）
１ａ  ｎ型拡散層
２、２２、４２、５２、６２  ＳｉＮ膜（絶縁層）
３、１３、２３、３３、４３、５３、６３  ポリシリコン膜（上部電極）
３ａ  小孔
３ｂ、１３ｂ、２３ｂ、３３ｂ、４３ｂ、５３ｂ、６３ｂ  支持部分
３ｃ、１３ｃ、２３ｃ、３３ｃ、４３ｃ、５３ｃ、６３ｃ、７３ｃ  振動部分
４ａ、１４ａ、２４ａ、３４ａ、４４ａ、７４ａ  空洞
４、５４、７４  ＰＳＧ膜（犠牲膜）
５  Ａｕ／ＴｉＷ膜（端子）
５ａ  信号取り出し用端子
６ａ〜６ｅ  壁
６ｃ’、６ｄ’、６ｅ’  Ａｕめっき膜
７  Ａｕ／ＴｉＷ膜
８、９ａ、９ｂ、９ｃ  レジストパターン
７７  フォトレジスト
Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｗ  起伏
Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔ  振動部分中心から支持部分までの距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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