(57)【要約】【課題】感度調整を容易に行える音響トランスデューサを提供する。【解決手段】メンブレン領域７と半導体基板５との境界上に位置する振動膜２に、メンブレン領域７と半導体基板５とに跨るように少なくとも１つの開口１４を設ける。【選択図】図２
2008167277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周辺部を残すように除去された領域を有する基板と、
前記基板の前記除去された領域を覆うように前記基板上に形成された振動膜と、
前記基板の前記除去された領域と重なるように前記振動膜上に設けられたエアギャップと、
前記エアギャップ上に配置され且つ前記エアギャップに通じる貫通孔を有する上部電極とを備え、
前記基板における前記除去された領域と前記周辺部との境界上に位置する前記振動膜に、当該除去された領域と当該周辺部とに跨るように少なくとも１つの開口が設けられていることを特徴とする音響トランスデューサ。
【請求項２】
請求項１に記載の音響トランスデューサにおいて、
前記振動膜における前記基板の前記除去された領域に隣接する部分に、前記基板における前記除去された領域と前記周辺部との境界に沿って、コルゲーション構造が設けられていることを特徴とする音響トランスデューサ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の音響トランスデューサにおいて、
前記振動膜の前記開口の形状は方形状、円形状又は楕円形状であることを特徴とする音響トランスデューサ。
【請求項４】
周辺部を残すように除去された領域を有する基板と、
前記基板の前記除去された領域を覆うように前記基板上に形成された振動膜と、
前記基板の前記除去された領域と重なるように前記振動膜上に設けられたエアギャップと、
前記エアギャップ上に配置され且つ前記エアギャップに通じる貫通孔を有する上部電極とを備え、
前記振動膜における前記基板の前記除去された領域に隣接する部分に、前記基板における前記除去された領域と前記周辺部との境界に沿って、コルゲーション構造が断続的に設けられていることを特徴とする音響トランスデューサ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の音響トランスデューサにおいて、
前記振動膜に下部電極が設けられていることを特徴とする音響トランスデューサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動電極と固定電極とを有する音響トランスデューサに関し、特にＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて形成する音響トランスデューサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯機器用のマイクロフォンとして、ＥＣＭ(Electret Condenser Microphone)が使用されてきたが、マイクロフォンのさらなる小型化を達成するために、ＭＥＭＳ技術を用いた音響トランスデューサが有望視されている。しかしながら、音響トランスデューサのさらなる小型化のために、音響トランスデューサの振動電極面積を縮小すると、感度特性が損なわれるという問題があった。そこで、近年、感度特性を損なうことなく音響トランスデューサの小型化を達成するために、特許文献１及び２に示すような、コルゲーション構造を有する振動電極構造が提案されている。これらの技術は、具体的には、溝構造を形成した下地上に振動電極（振動膜）を形成することによって、コルゲーション構造を実現するものである。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００５/０２４１９４４号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００２/０１１８８５０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、振動膜にコルゲーション構造を設ける場合、以下の２点について考慮する必要がある（特許文献１参照）。
【０００４】
（１）感度特性は、コルゲーション構造(溝)の深さ[ｈ]と振動膜の厚さ[ｔ]との比ｈ／ｔに依存する。
【０００５】
（２）感度特性は、コルゲーション構造(溝)の本数Ｎｃに依存する。
【０００６】
すなわち、音響トランスデューサの感度を調整するためには、前記（１）を考慮して音響トランスデューサ自体の構造及びその製造工程を変更したり、又は前記（２）を考慮して複数マスクの変更を必要とする振動膜領域のレイアウト(占有面積を含む)を変更したりする必要がある。後者については、具体的には、コルゲーション構造(溝)の本数Ｎｃを例えば増やそうとする場合、メンブレン領域（基板除去領域）形成用マスクやリークホール形成用マスク等の変更を実施する必要がある。
【０００７】
前記に鑑み、本発明は、同一製造工程における１マスクの変更のみによって振動膜の張力を調整し、感度の異なる音響トランスデューサを容易に実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために、本発明に係る第１の音響トランスデューサは、周辺部を残すように除去された領域を有する基板と、前記基板の前記除去された領域を覆うように前記基板上に形成された振動膜と、前記基板の前記除去された領域と重なるように前記振動膜上に設けられたエアギャップと、前記エアギャップ上に配置され且つ前記エアギャップに通じる貫通孔を有する上部電極とを備え、前記基板における前記除去された領域と前記周辺部との境界上に位置する前記振動膜に、当該除去された領域と当該周辺部とに跨るように少なくとも１つの開口が設けられている。
【０００９】
本発明の第１の音響トランスデューサによると、基板除去領域と基板周辺部との境界上の振動膜に形成する開口のレイアウトを調整するだけで、言い換えると、同一製造工程における開口形成用マスクの変更のみによって、振動膜の張力を調整し、感度の異なる音響トランスデューサを実現することができる。従って、感度特性の異なる音響トランスデューサを容易に製造することが可能となり、それらを搭載した各種応用装置を広く社会に供給することが可能となる。
【００１０】
本発明の第１の音響トランスデューサにおいて、前記振動膜における前記基板の前記除去された領域に隣接する部分に、前記基板における前記除去された領域と前記周辺部との境界に沿って、コルゲーション構造が設けられていることが好ましい。
【００１１】
このようにすると、振動膜の張力の調整範囲、つまり音響トランスデューサの感度の調整範囲を拡大することができる。
【００１２】
本発明の第１の音響トランスデューサにおいて、前記振動膜の前記開口の形状は、特に限定されるものではないが、例えば方形状、円形状又は楕円形状であってもよい。
【００１３】
また、前記の目的を達成するために、本発明に係る第２の音響トランスデューサは、周辺部を残すように除去された領域を有する基板と、前記基板の前記除去された領域を覆うように前記基板上に形成された振動膜と、前記基板の前記除去された領域と重なるように前記振動膜上に設けられたエアギャップと、前記エアギャップ上に配置され且つ前記エアギャップに通じる貫通孔を有する上部電極とを備え、前記振動膜における前記基板の前記除去された領域に隣接する部分に、前記基板における前記除去された領域と前記周辺部との境界に沿って、コルゲーション構造が断続的に設けられている。
【００１４】
本発明の第２の音響トランスデューサによると、振動膜における基板除去領域に隣接する部分に形成するコルゲーション構造のレイアウトを調整するだけで、言い換えると、同一製造工程におけるコルゲーション構造形成用マスクの変更のみによって、振動膜の張力を調整し、感度の異なる音響トランスデューサを実現することができる。従って、感度特性の異なる音響トランスデューサを容易に製造することが可能となり、それらを搭載した各種応用装置を広く社会に供給することが可能となる。
【００１５】
尚、本発明の第１又は第２の音響トランスデューサにおいて、前記振動膜に下部電極が設けられている。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明によれば、同一製造工程における１マスクの変更のみによって、振動膜の張力を調整して感度特性の異なる音響トランスデューサを容易に製造することが可能となり、それらを搭載した各種応用装置を広く社会に供給することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る音響トランスデューサについて、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る音響トランスデューサにおける本発明の開口が形成されていない領域（以下、非開口形成領域と称する）の断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）と対応させた、本実施形態の音響トランスデューサの平面図であり、図２（ａ）は、本実施形態の音響トランスデューサにおける本発明の開口が形成されている領域（以下、開口形成領域と称する）の断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）と対応させた、本実施形態の音響トランスデューサの平面図である。尚、図１（ａ）は図１（ｂ）におけるＡ−Ａ線の断面図であり、図２（ａ）は図２（ｂ）におけるＢ−Ｂ線の断面図である。
【００１９】
図１（ａ）、（ｂ）及び図２（ａ）、（ｂ）に示すように、半導体基板５の上にシリコン酸化膜６が形成されている。半導体基板５及びシリコン酸化膜６の積層構造は、その周辺部を残すように除去されており、それによってメンブレン領域（基板除去領域）７が形成されている。すなわち、メンブレン領域７は、後述する振動膜２が外部から圧力を受けて振動することを可能とするために半導体基板５が選択的に（周辺部を残すように）除去されてなる領域である。シリコン酸化膜６上にはメンブレン領域７を覆うように振動膜２が形成されている。振動膜２には、メンブレン領域７の空洞に通じるリークホール９が形成されている。振動膜２は、下部電極（振動電極）を構成する１つの導電膜から構成される場合、又は絶縁膜を含む多層膜から構成される場合がある。本実施形態では、エレクトレットコンデンサーを構成するために、特に、振動膜２は、下部電極３と、その上に形成され且つ永久電荷を保持する例えばシリコン酸化膜等からなるエレクトレット膜２Ｂと、エレクトレット膜２Ｂの下面及び上面（側面を含む）をそれぞれ覆う絶縁膜２Ａ及び２Ｃとから構成されている。また、シリコン酸化膜６上には、下部電極３を構成する導電膜からなる引出し配線８が形成されている。
【００２０】
振動膜２の上方には固定膜１０が配置されている。固定膜１０は、上部電極（固定電極）を構成する１つの導電膜から構成される場合、又は絶縁膜を含む多層膜から構成される場合がある。固定膜１０が、特に、永久電荷を保持するシリコン酸化膜等からなるエレクトレット膜を含む場合には、エレクトレットコンデンサーを構成できる。本実施形態では、固定膜１０は、上部電極４と、上部電極４の下面及び上面（側面を含む）をそれぞれ覆う絶縁膜１０Ａ及び１０Ｂとから構成されている。
【００２１】
振動膜２と固定膜１０との間にはエアギャップ層１１が形成されており、エアギャップ層１１が設けられていない領域のシリコン酸化膜６と固定膜１０との間にはシリコン酸化膜１２が形成されている。尚、エアギャップ層１１は、少なくともメンブレン領域７の上側全体に亘って形成されている。また、エアギャップ層１１上の固定膜１０には、エアギャップ層１１に通じる複数のアコースティックホール１が形成されている。また、シリコン酸化膜１２には、シリコン酸化膜６上の引出し配線８が露出するように開口部１３が設けられている。図示は省略しているが、下部電極３は引出し配線８を介して外部回路に接続される。
【００２２】
ここで、本実施形態の音響トランスデューサの動作について説明する。図１（ａ）、（ｂ）及び図２（ａ）、（ｂ）に示す本実施形態の音響トランスデューサにおいて、アコースティックホール１を通して、振動膜２が上方（外部）から音圧を受けると、その音圧に応じて振動膜２が機械的に上下に振動する。ところで、本実施形態の音響トランスデューサにおいては、下部電極３及び上部電極４をそれぞれ電極とする平行平板型のコンデンサー構造が形成されている。従って、振動膜２が振動すると、下部電極３と上部電極４との電極間距離が変化するため、前述のコンデンサーの容量（Ｃ）が変化する。一方、当該コンデンサーに蓄えられる電荷（Ｑ）は一定であるため、容量（Ｃ）が変化すると、下部電極３と上部電極４との間の電圧（Ｖ）に変化が生じる。その理由は、物理的に、下記（式１）の条件を満足する必要があるためである。
【００２３】
Ｑ＝Ｃ×Ｖ  ・・・  （式１）
以上に説明した動作により、本実施形態の音響トランスデューサは機械的振動を電気信号に変換する。
【００２４】
次に、音響トランスデューサの感度について説明する。可聴音域における音響トランスデューサの感度Ｓの一般式は、下記（式２）で表される。
【００２５】
Ｓ＝α×Ｃａ×Ｖａ×Ｐ×（１／Ｓ0 ）  ・・・  （式２）
（式２）において、αは比例係数、Ｃａはエアギャップ容量（エアギャップ面積／エアギャップ長（つまりエアギャップ厚さ）に比例する）、Ｖａはエアギャップ間電圧、Ｐは音圧、Ｓ0 は振動膜に加わる単位長さ当たりの張力である。
【００２６】
（式２）からわかるように、感度Ｓは張力Ｓ0 の逆数に比例する。すなわち、同一構造の音響トランスデューサにおいて、張力Ｓ0 の制御により感度Ｓの調整が可能である。
【００２７】
以下、本実施形態の特徴である振動膜２の構成について説明する。
【００２８】
図１（ａ）、（ｂ）及び図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態の音響トランスデューサでは、メンブレン領域７と半導体基板５（残存する周辺部分：以下同じ）との境界上に位置する振動膜２に、メンブレン領域７と半導体基板５とに跨るように複数の開口１４を設けている。
【００２９】
ここで、本実施形態の音響トランスデューサにおいては、振動膜２の構成材料として、引っ張り残留応力を持つ材料、例えば半導体基板５と比較して熱膨張係数が大きい材料を使用する。具体的には、半導体基板５としてシリコン基板を使用する場合には、振動膜２の構成材料として、シリコン窒化膜等を使用する。
【００３０】
振動膜２の構成材料が決まると、その単位長さ当たりの張力Ｓ0 は、下記（式３）で表される。
【００３１】
Ｓ0 ＝（σ×Ａ）／Ｌ１＝（σ×Ｌ２×Ｔ）／Ｌ１＝σ×Ｔ×（Ｌ２／Ｌ１）
・・・  （式３）
式（３）において、σは振動膜２への応力（振動膜２の単位面積当たりに作用する力）、Ａはメンブレン領域７と半導体基板５との境界上に位置する振動膜２（非開口形成領域）の断面積、Ｌ２はメンブレン領域７と半導体基板５との境界上に位置する振動膜２（非開口形成領域）の長さ、Ｔは振動膜２の膜厚、Ｌ１はメンブレン領域７の周縁長である。尚、図１（ｂ）及び図２（ｂ）において、メンブレン領域７の周縁を黒破線で示している。
【００３２】
本実施形態の音響トランスデューサにおける開口形成領域の断面図である図２（ａ）に示すように、開口形成領域では、振動膜２は半導体基板５から開放された構成（つまり半導体基板５とは接しない構成）となるため、半導体基板５との熱膨張係数の差によって生じる残留応力が振動膜２に作用することはない。従って、開口１４により、メンブレン領域７と半導体基板５との境界上に位置する振動膜２（非開口形成領域）の長さＬ２をメンブレン領域７の周縁長Ｌ１の例えば５０％に設定した場合、（式３）より、振動膜２の単位長さ当たりの張力Ｓ0 を、開口１４を形成しない場合と比べて５０％の大きさに低減することができる。その場合、（式２）より、音響トランスデューサの感度Ｓを、開口１４を形成しない場合と比べて２倍の大きさに向上させることが可能になる。
【００３３】
以上に説明したように、本実施形態によると、メンブレン領域７と半導体基板５との境界上の振動膜２に形成する開口１４のレイアウトを調整するだけで、言い換えると、同一製造工程における開口形成用マスクの変更のみによって、振動膜２の張力を調整し、感度の異なる音響トランスデューサを実現することができる。従って、感度特性の異なる音響トランスデューサを容易に製造することが可能となり、それらを搭載した各種応用装置を広く社会に供給することが可能となる。
【００３４】
尚、本実施形態においては、開口１４のレイアウトによって上記長さＬ２をメンブレン領域７の周縁長Ｌ１の例えば５０％から１００％までの範囲で調整することにより、音響トランスデューサの感度を、開口１４を形成しない場合と比べて１〜２倍の範囲で調整することが可能になる。但し、振動膜２の強度上、上記長さＬ２をメンブレン領域７の周縁長Ｌ１の５０％以上にすることが好ましい。
【００３５】
また、本実施形態において、各開口１４の形状は特に限定されるものではないが、例えば方形状、円形状又は楕円形状等であってもよい。
【００３６】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る音響トランスデューサについて、図面を参照しながら説明する。
【００３７】
図３（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る音響トランスデューサにおける非開口形成領域の断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）と対応させた、本実施形態の音響トランスデューサの平面図であり、図４（ａ）は、本実施形態の音響トランスデューサにおける開口形成領域の断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）と対応させた、本実施形態の音響トランスデューサの平面図である。尚、図３（ａ）は図３（ｂ）におけるＣ−Ｃ線の断面図であり、図４（ａ）は図４（ｂ）におけるＤ−Ｄ線の断面図である。
【００３８】
図３（ａ）、（ｂ）及び図４（ａ）、（ｂ）に示すように、半導体基板５の上にシリコン酸化膜６が形成されている。半導体基板５及びシリコン酸化膜６の積層構造は、その周辺部を残すように除去されており、それによってメンブレン領域（基板除去領域）７が形成されている。すなわち、メンブレン領域７は、後述する振動膜２が外部から圧力を受けて振動することを可能とするために半導体基板５が選択的に（周辺部を残すように）除去されてなる領域である。シリコン酸化膜６上にはメンブレン領域７を覆うように振動膜２が形成されている。振動膜２には、メンブレン領域７の空洞に通じるリークホール９が形成されている。振動膜２は、下部電極（振動電極）を構成する１つの導電膜から構成される場合、又は絶縁膜を含む多層膜から構成される場合がある。本実施形態では、エレクトレットコンデンサーを構成するために、特に、振動膜２は、下部電極３と、その上に形成され且つ永久電荷を保持する例えばシリコン酸化膜等からなるエレクトレット膜２Ｂと、エレクトレット膜２Ｂの下面及び上面（側面を含む）をそれぞれ覆う絶縁膜２Ａ及び２Ｃとから構成されている。また、シリコン酸化膜６上には、下部電極３を構成する導電膜からなる引出し配線８が形成されている。
【００３９】
振動膜２の上方には固定膜１０が配置されている。固定膜１０は、上部電極（固定電極）を構成する１つの導電膜から構成される場合、又は絶縁膜を含む多層膜から構成される場合がある。特に、固定膜１０が、永久電荷を保持するシリコン酸化膜等からなるエレクトレット膜を含む場合には、エレクトレットコンデンサーを構成できる。本実施形態では、固定膜１０は、上部電極４と、上部電極４の下面及び上面（側面を含む）をそれぞれ覆う絶縁膜１０Ａ及び１０Ｂとから構成されている。
【００４０】
振動膜２と固定膜１０との間にはエアギャップ層１１が形成されており、エアギャップ層１１が設けられていない領域のシリコン酸化膜６と固定膜１０との間にはシリコン酸化膜１２が形成されている。尚、エアギャップ層１１は、少なくともメンブレン領域７の上側全体に亘って形成されている。また、エアギャップ層１１上の固定膜１０には、エアギャップ層１１に通じる複数のアコースティックホール１が形成されている。また、シリコン酸化膜１２には、シリコン酸化膜６上の引出し配線８が露出するように開口部１３が設けられている。図示は省略しているが、下部電極３は引出し配線８を介して外部回路に接続される。
【００４１】
本実施形態の音響トランスデューサの動作については基本的に第１の実施形態と同じである。
【００４２】
以下、本実施形態の特徴である振動膜２の構成について説明する。
【００４３】
図３（ａ）、（ｂ）及び図４（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態の音響トランスデューサでは、振動膜２におけるメンブレン領域７に隣接する部分（非開口形成領域）に、メンブレン領域７と半導体基板５（残存する周辺部分：以下同じ）との境界に沿って、コルゲーション構造１５を設けている。これにより、コルゲーション構造１５が設けられていない場合と比べて、振動膜２に加わる単位長さ当たりの張力Ｓ0 を１／１０〜１／２程度に低減することが可能である（特許文献１参照）。
【００４４】
また、図３（ａ）、（ｂ）及び図４（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態の音響トランスデューサでは、メンブレン領域７と半導体基板５（残存する周辺部分：以下同じ）との境界上に位置する振動膜２に、メンブレン領域７と半導体基板５とに跨るように複数の開口１４を設けている。
【００４５】
ここで、本実施形態の音響トランスデューサでは、コルゲーション構造１５はメンブレン領域７と半導体基板５との境界に沿って、隣り合う開口１４同士をつなぐように設けられる。
【００４６】
また、本実施形態の音響トランスデューサにおいては、振動膜２の構成材料として、引っ張り残留応力を持つ材料、例えば半導体基板５と比較して熱膨張係数が大きい材料を使用する。具体的には、半導体基板５としてシリコン基板を使用する場合には、振動膜２の構成材料として、シリコン窒化膜等を使用する。
【００４７】
振動膜２の構成材料が決まり、さらに、コルゲーション構造１５により低減された振動膜２への応力（振動膜２の単位面積当たりに作用する力）をσC とすると、振動膜２の単位長さ当たりの張力Ｓ0 は、下記（式４）で表される。
【００４８】
Ｓ0 ＝（σC ×Ａ）／Ｌ１＝（σC ×Ｌ２×Ｔ）／Ｌ１＝σC ×Ｔ×（Ｌ２／Ｌ１）
・・・  （式４）
式（４）においても、式（３）と同様に、Ａはメンブレン領域７と半導体基板５との境界上に位置する振動膜２（非開口形成領域）の断面積、Ｌ２はメンブレン領域７と半導体基板５との境界上に位置する振動膜２（非開口形成領域）の長さ、Ｔは振動膜２の膜厚、Ｌ１はメンブレン領域７の周縁長である。
【００４９】
本実施形態の音響トランスデューサにおける開口形成領域の断面図である図４（ａ）に示すように、開口形成領域では、振動膜２は半導体基板５から開放された構成（つまり半導体基板５とは接しない構成）となるため、半導体基板５との熱膨張係数の差によって生じる残留応力が振動膜２に作用することはない。従って、コルゲーション構造１５を設けることにより、振動膜２への応力σを例えば５０％に低減し（σC ＝０．５×σ）、さらに、開口１４により、メンブレン領域７と半導体基板５との境界上に位置する振動膜２（非開口形成領域）の長さＬ２をメンブレン領域７の周縁長Ｌ１の例えば５０％に設定した場合、（式４）より、振動膜２の単位長さ当たりの張力Ｓ0 を、開口１４及びコルゲーション構造１５を形成しない場合と比べて２５％の大きさに低減することができる。その場合、（式２）より、音響トランスデューサの感度Ｓを、開口１４及びコルゲーション構造１５を形成しない場合と比べて４倍の大きさに向上させることが可能になる。
【００５０】
以上に説明したように、本実施形態によると、振動膜２に形成する開口１４又はコルゲーション構造１５の少なくとも一方のレイアウトを調整するだけで、言い換えると、同一製造工程における開口形成用マスク又はコルゲーション構造形成用マスクの少なくとも一方の変更のみによって、振動膜２の張力を調整し、感度の異なる音響トランスデューサを実現することができる。従って、感度特性の異なる音響トランスデューサを容易に製造することが可能となり、それらを搭載した各種応用装置を広く社会に供給することが可能となる。
【００５１】
また、本実施形態によると、振動膜２に開口１４のみを形成した場合と比べて、コルゲーション構造１５によって振動膜２の張力の調整範囲、つまり音響トランスデューサの感度の調整範囲を拡大することができる。
【００５２】
尚、本実施形態においては、開口１４のレイアウトによって上記長さＬ２をメンブレン領域７の周縁長Ｌ１の例えば５０％から１００％までの範囲で調整することにより、音響トランスデューサの感度を、開口１４及びコルゲーション構造１５を形成しない場合と比べて１〜４倍の範囲で調整することが可能になる（σC ＝０．５×σの場合）。但し、振動膜２の強度上、上記長さＬ２をメンブレン領域７の周縁長Ｌ１の５０％以上にすることが好ましい。
【００５３】
また、本実施形態において、各開口１４の形状は特に限定されるものではないが、例えば方形状、円形状又は楕円形状等であってもよい。
【００５４】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る音響トランスデューサについて、図面を参照しながら説明する。
【００５５】
図５（ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る音響トランスデューサにおける本発明のコルゲーション構造が形成されていない領域（以下、非コルゲーション構造形成領域と称する）の断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）と対応させた、本実施形態の音響トランスデューサの平面図であり、図６（ａ）は、本実施形態の音響トランスデューサにおける本発明のコルゲーション構造が形成されている領域（以下、コルゲーション構造形成領域と称する）の断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）と対応させた、本実施形態の音響トランスデューサの平面図である。尚、図５（ａ）は図５（ｂ）におけるＥ−Ｅ線の断面図であり、図６（ａ）は図６（ｂ）におけるＦ−Ｆ線の断面図である。
【００５６】
図５（ａ）、（ｂ）及び図６（ａ）、（ｂ）に示すように、半導体基板５の上にシリコン酸化膜６が形成されている。半導体基板５及びシリコン酸化膜６の積層構造は、その周辺部を残すように除去されており、それによってメンブレン領域（基板除去領域）７が形成されている。すなわち、メンブレン領域７は、後述する振動膜２が外部から圧力を受けて振動することを可能とするために半導体基板５が選択的に（周辺部を残すように）除去されてなる領域である。シリコン酸化膜６上にはメンブレン領域７を覆うように振動膜２が形成されている。振動膜２には、メンブレン領域７の空洞に通じるリークホール９が形成されている。振動膜２は、下部電極（振動電極）を構成する１つの導電膜から構成される場合、又は絶縁膜を含む多層膜から構成される場合がある。本実施形態では、エレクトレットコンデンサーを構成するために、特に、振動膜２は、下部電極３と、その上に形成され且つ永久電荷を保持する例えばシリコン酸化膜等からなるエレクトレット膜２Ｂと、エレクトレット膜２Ｂの下面及び上面（側面を含む）をそれぞれ覆う絶縁膜２Ａ及び２Ｃとから構成されている。また、シリコン酸化膜６上には、下部電極３を構成する導電膜からなる引出し配線８が形成されている。
【００５７】
振動膜２の上方には固定膜１０が配置されている。固定膜１０は、上部電極（固定電極）を構成する１つの導電膜から構成される場合、又は絶縁膜を含む多層膜から構成される場合がある。特に、固定膜１０が、永久電荷を保持するシリコン酸化膜等からなるエレクトレット膜を含む場合には、エレクトレットコンデンサーを構成できる。本実施形態では、固定膜１０は、上部電極４と、上部電極４の下面及び上面（側面を含む）をそれぞれ覆う絶縁膜１０Ａ及び１０Ｂとから構成されている。
【００５８】
振動膜２と固定膜１０との間にはエアギャップ層１１が形成されており、エアギャップ層１１が設けられていない領域のシリコン酸化膜６と固定膜１０との間にはシリコン酸化膜１２が形成されている。尚、エアギャップ層１１は、少なくともメンブレン領域７の上側全体に亘って形成されている。また、エアギャップ層１１上の固定膜１０には、エアギャップ層１１に通じる複数のアコースティックホール１が形成されている。また、シリコン酸化膜１２には、シリコン酸化膜６上の引出し配線８が露出するように開口部１３が設けられている。図示は省略しているが、下部電極３は引出し配線８を介して外部回路に接続される。
【００５９】
本実施形態の音響トランスデューサの動作については基本的に第１の実施形態と同じである。
【００６０】
以下、本実施形態の特徴である振動膜２の構成について説明する。
【００６１】
図５（ａ）、（ｂ）及び図６（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態の音響トランスデューサでは、振動膜２におけるメンブレン領域７に隣接する部分に、メンブレン領域７と半導体基板５（残存する周辺部分：以下同じ）との境界に沿って、コルゲーション構造１５を断続的に設けている。これにより、コルゲーション構造１５が設けられていない場合と比べて、振動膜２に加わる単位長さ当たりの張力Ｓ0 を１／１０〜１／２程度に低減することが可能である（特許文献１参照）。
【００６２】
ここで、本実施形態の音響トランスデューサにおいては、振動膜２の構成材料として、引っ張り残留応力を持つ材料、例えば半導体基板５と比較して熱膨張係数が大きい材料を使用する。具体的には、半導体基板５としてシリコン基板を使用する場合には、振動膜２の構成材料として、シリコン窒化膜等を使用する。
【００６３】
振動膜２の構成材料が決まると、本実施形態の音響トランスデューサではコルゲーション構造１５を断続的に設けているため、振動膜２への応力（振動膜２の単位面積当たりに作用する力）をσとし、コルゲーション構造１５により低減された振動膜２への応力をσC とすると、振動膜２の単位長さ当たりの張力Ｓ0 は、下記（式５）で表される。
【００６４】
Ｓ0 ＝（（σ×（Ｌ１−Ｌ３）×Ｔ）＋（σC ×Ｌ３×Ｔ））／Ｌ１
＝（（σ×（Ｌ１−Ｌ３））＋（σC ×Ｌ３））×Ｔ／Ｌ１  ・・・  （式５）
式（５）において、Ｌ３はコルゲーション構造１５の長さ、Ｔは振動膜２の膜厚、Ｌ１はメンブレン領域７の周縁長である。
【００６５】
従って、コルゲーション構造１５を設けることにより、振動膜２への応力σを例えば５０％に低減し（σC ＝０．５×σ）、さらに、コルゲーション構造１５を断続的に設けることにより、コルゲーション構造１５の長さＬ３をメンブレン領域７の周縁長Ｌ１の例えば５０％に設定した場合、（式５）より、振動膜２の単位長さ当たりの張力Ｓ0 を、コルゲーション構造１５を形成しない場合と比べて７５％の大きさに低減することができる。その場合、（式２）より、音響トランスデューサの感度Ｓを、コルゲーション構造１５を形成しない場合と比べて約１．３倍の大きさに向上させることが可能になる。
【００６６】
以上に説明したように、本実施形態によると、振動膜２におけるメンブレン領域７に隣接する部分に形成するコルゲーション構造１５のレイアウトを調整するだけで、言い換えると、同一製造工程におけるコルゲーション構造形成用マスクの変更のみによって、振動膜２の張力を調整し、感度の異なる音響トランスデューサを実現することができる。従って、感度特性の異なる音響トランスデューサを容易に製造することが可能となり、それらを搭載した各種応用装置を広く社会に供給することが可能となる。
【００６７】
尚、本実施形態においては、コルゲーション構造１５のレイアウトによって上記長さＬ３をメンブレン領域７の周縁長Ｌ１の例えば０％から１００％までの範囲で調整することにより、音響トランスデューサの感度を、コルゲーション構造１５を形成しない場合と比べて１〜２倍の範囲で調整することが可能になる（σC ＝０．５×σの場合）。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上に説明したように、本発明は音響トランスデューサに関し、同一製造工程における１マスクの変更のみによって、振動膜の張力を調整して感度特性の異なる音響トランスデューサを容易に製造することが可能となるので、それらを搭載した各種応用装置を広く社会に供給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】図１（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る音響トランスデューサにおける非開口形成領域の断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）と対応する平面図である。
【図２】図２（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る音響トランスデューサにおける開口形成領域の断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）と対応する平面図である。
【図３】図３（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る音響トランスデューサにおける非開口形成領域の断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）と対応する平面図である。
【図４】図４（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る音響トランスデューサにおける開口形成領域の断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）と対応する平面図である。
【図５】図５（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る音響トランスデューサにおける非コルゲーション構造形成領域の断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）と対応する平面図である。
【図６】図６（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る音響トランスデューサにおけるコルゲーション構造形成領域の断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）と対応する平面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１    アコースティックホール
２    振動膜
２Ａ  絶縁膜
２Ｂ  エレクトレット膜
２Ｃ  絶縁膜
３    下部電極
４    上部電極
５    半導体基板
６    シリコン酸化膜
７    メンブレン領域
８    引出し配線
９    リークホール
１０    固定膜
１０Ａ  絶縁膜
１０Ｂ  絶縁膜
１１    エアギャップ層
１２    シリコン酸化膜
１３    開口部
１４    開口
１５    コルゲーション構造
【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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