(57)【要約】【課題】製造コストを増大させずに静電型圧力変換器の低域のカットオフ周波数を下げる。【解決手段】上記目的を達成するための静電型圧力変換器は、バックキャビティの開口を形成している基部と、前記基部上に堆積した第一通気孔を有する膜からなる電極プレートと、前記基部の表面に堆積した膜からなり通孔を有するスペーサと、前記基部との間に前記第一通気孔および前記バックキャビティに連絡している第二通気孔がある状態で前記開口の周囲において前記基部に接合されているとともに前記スペーサを形成している膜の表面に堆積した膜からなり、間隙を間において前記電極プレートと対向する対向電極を形成しているとともに前記通孔内に位置し前記開口を覆っているダイヤフラムと、を備え、前記第二通気孔の高さは前記スペーサを形成している膜の厚さより低い。【選択図】図１
2008244627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックキャビティの開口を形成している基部と、
前記基部の表面に堆積した膜からなり通孔を有するスペーサと、
前記スペーサ上に堆積した第一通気孔を有する膜からなる電極プレートと、
前記スペーサを形成している膜の表面に堆積した膜からなり、前記基部との間に前記第一通気孔および前記バックキャビティに連絡している第二通気孔を残した状態で前記開口を覆い、前記開口の周囲において前記基部に接合され、間隙を間において前記電極プレートと対向する対向電極を形成しているダイヤフラムと、
を備え、
前記第二通気孔の高さは前記スペーサを形成している膜の厚さより低い、
静電型圧力変換器。
【請求項２】
前記ダイヤフラムは、先端が前記基部に接合されているとともに前記第二通気孔を形成している凸部を外周近傍に有する、
請求項１に記載の静電型圧力変換器。
【請求項３】
前記ダイヤフラムを形成している膜からなり、前記対向電極と電気的に接続されているとともに前記通孔内の前記凸部より外側において前記基部に接合されている平板状の接合部をさらに備え、
前記基部は、基層が導電性であって表層が前記基層より電気抵抗率が大きい、
請求項２に記載の静電型圧力変換器。
【請求項４】
前記基部は、前記開口から外側に向かって延びるとともに前記第二通気孔を形成している凹部を表面に有する、
請求項１に記載の静電型圧力変換器。
【請求項５】
前記基部は、基層が導電性であって表層が前記基層より電気抵抗率が大きい、
請求項１に記載の静電型圧力変換器。
【請求項６】
前記ダイヤフラムを形成している膜と前記電極プレートを形成している膜との間に堆積した膜からなるとともに前記第一通気孔および前記第二通気孔に連絡している第二通孔を有する第二スペーサと、
前記ダイヤフラムを形成している膜からなり、基端部が前記スペーサと前記第二スペーサとに接合され、先端部が前記通孔の内側に向かって突出しているとともに前記ダイヤフラムの外周に連なり、前記基端部から前記先端部に向かって前記基部に接近する方向に曲がっている導電性のリードと、
をさらに備える請求項１に記載の静電型圧力変換器。
【請求項７】
コンデンサマイクロホンである、
請求項１に記載の静電型圧力変換器。
【請求項８】
バックキャビティの開口を形成している基部上に、
スペーサを形成するための第一堆積膜と、
ダイヤフラムを形成している第二堆積膜と、
第二スペーサを形成するための第三堆積膜と、
電極プレートおよび第一通気孔を形成している第四堆積膜と、
を順に積層した状態において、
前記開口および前記第一通気孔から前記第一堆積膜および前記第三堆積膜を等方的にエッチングすることにより、前記第一堆積膜に前記ダイヤフラムの裏面が露出する第一通孔を形成するとともに前記第三堆積膜に前記ダイヤフラムの表面が露出する第二通孔を形成した後に、
前記第二堆積膜の一部を、前記第一通気孔および前記バックキャビティに連絡する第二通気孔が前記基部との間に残る状態で前記基部の前記開口の周囲に接合する、
ことを含む静電型圧力変換器の製造方法。
【請求項９】
前記基部と前記ダイヤフラムとに電圧を印加することによって前記第二堆積膜の一部を前記基部の前記開口の縁部に接合する、
請求項８に記載の静電型圧力変換器の製造方法。
【請求項１０】
前記基部は、基層が導電性であって表層が前記基層より電気抵抗率が大きい、
請求項９に記載の静電型圧力変換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は静電型圧力変換器およびその製造方法に関し、特にマイクロホンとして好適な静電型圧力変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造プロセスを応用して製造される微小な静電型圧力変換器として例えば所謂シリコンマイクロホンが知られている(特許文献１、２参照)。特許文献１、２に記載された静電型圧力変換器では、相対的に剛性の高い電極プレートと相対的に剛性の低いダイヤフラムとによって一対の対向電極が形成されている。バックキャビティの開口を形成している基部とダイヤフラムとの間にある間隙はバックキャビティの気圧を大気圧と平衡させるための通路における音響抵抗を形成している。この音響抵抗が大きくなると低域のカットオフ周波数が下がる。
【特許文献１】特表２００５−５３５１５２号公報
【特許文献２】特開２００２−２１８５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし特許文献１、２に記載された静電型圧力変換器には次に述べる問題がある。すなわち、ダイヤフラムと基部との間にある間隙を狭くするとエッチャントとエッチング対象の膜との界面の面積が小さくなり、エッチング速度が低くなり、その結果製造コストが増大するため、ダイヤフラムと基部との間にある間隙を十分狭くできず、音響抵抗を十分大きくすることができない。また、ダイヤフラムと基部との間にある間隙を狭くするかわりに基部と重なっているダイヤフラムの縁部の幅を広くする必要があり、その結果、ダイヤフラムが大きく撓んだときにダイヤフラムと基部とが接触し、ときには基部にダイヤフラムが固着してしまう。また、ダイヤフラムの直径を変えずに基部と重なっているダイヤフラムの縁部の幅を広くするとすれば、結果的にバックキャビティが狭まり、感度が落ちる。
【０００４】
本発明は、これらの問題に鑑みて創作されたものであって、製造コストを増大させずに静電型圧力変換器の低域のカットオフ周波数を下げることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）上記目的を達成するための静電型圧力変換器は、バックキャビティの開口を形成している基部と、前記基部の表面に堆積した膜からなり通孔を有するスペーサと、前記スペーサ上に堆積した第一通気孔を有する膜からなる電極プレートと、前記スペーサを形成している膜の表面に堆積した膜からなり、前記基部との間に前記第一通気孔および前記バックキャビティに連絡している第二通気孔を残した状態で前記開口を覆い、前記開口の周囲において前記基部に接合され、間隙を間において前記電極プレートと対向する対向電極を形成しているダイヤフラムと、を備え、前記第二通気孔の高さは前記スペーサを形成している膜の厚さより低い。
この静電型圧力変換器では、バックキャビティは基部とダイヤフラムの間にある第二通気孔と電極プレートを形成している膜にある第一通気孔とを通じて大気圧空間に通じている。ダイヤフラムを形成している膜は基部の表面に堆積した膜の表面に堆積した膜であり、スペーサは基部の表面に堆積した膜からなる。したがって、ダイヤフラムを形成している膜を堆積した直後の状態では、ダイヤフラムと基部との間には、スペーサを形成している膜を残存させておくことができる。この場合、スペーサを形成している膜の厚さがスペーサを形成している膜のエッチャントとエッチング対象であるその膜の界面の面積を決める。スペーサを形成している膜をエッチングするとスペーサを形成している膜に形成された通孔内にダイヤフラムを移動させることができる。すると、ダイヤフラムと基部との間に残る第二通気孔の高さはスペーサを形成している膜の厚さより低くなる。この状態は、ダイヤフラムを開口の周囲において基部に接合することによって維持できる。つまり、この静電型圧力変換器は、ダイヤフラムを製造過程で基部側に移動させ開口の周囲において基部に接合できる構成を採用しているために、エッチャントとそのエッチング対象の膜の界面を狭めることなく、すなわち製造コストを増大させずに、第二通気孔の音響抵抗を増大し、低域のカットオフ周波数を下げることが可能である。
【０００６】
（２）上記目的を達成するための静電型圧力変換器において、前記ダイヤフラムは、先端が前記基部に接合されているとともに前記第二通気孔を形成している凸部を外周近傍に有してもよい。
この場合、ダイヤフラムの外周近傍にある凸部の形状と寸法によって第二通気孔の形状と寸法を設計することができる。
【０００７】
（３）上記目的を達成するための静電型圧力変換器において、前記ダイヤフラムを形成している膜からなり、前記対向電極と電気的に接続されているとともに前記通孔内の前記凸部より外側において前記基部に接合されている平板状の接合部をさらに備え、かつ、前記基部は、基層が導電性であって表層が前記基層より電気抵抗率が大きくてもよい。
スペーサを形成している膜をエッチングして通孔を形成した後にダイヤフラムと基部の基層とに電圧を印加すると、ダイヤフラムと基部の基層との間に静電気引力が働く。その結果、ダイヤフラムを形成している膜が変形し、ダイヤフラムの凸部が基部に吸着する。さらに電圧を印加し続けると、凸部より外側に位置する接合部が基部側にさらに接近し、基部に吸着される。このとき凸部より内側においては、基部にバックキャビティの開口が形成されているため、ダイヤフラムの中央部は基部側にほとんど引きつけられない。接合部が基部に吸着されると、印加されている電圧によって電流が流れるため、接合部と基部とが吸着したことを検知可能である。接合部と基部との接触面積が増大するほどこの電流は大きくなるため、適切な閾値をこの電流の大きさについて設定することにより、スペーサを形成している膜の通孔内においてダイヤフラムを形成している膜が基部に確実に吸着されたことを検知可能である。ダイヤフラムを形成している膜が基部に吸着されると、ファンデルワールス力によって両者が接合される。また、基部の表層が基部の基層よりも電気抵抗率が大きいため、接合部に基部が吸着されるとき、過電流が流れにくい。なお基部の表層の電気抵抗率は、１０６Ωから１０９Ωのオーダーの抵抗が基部の表層によって形成される値に設定することが望ましい。
【０００８】
（４）上記目的を達成するための静電型圧力変換器において、前記基部は、前記開口から外側に向かって延びるとともに前記第二通気孔を形成している凹部を表面に有してもよい。
この場合、凹部の形状と寸法によって第二通気孔の形状と寸法を設計することが出来る。
（５）上記目的を達成するための静電型圧力変換器において、前記基部は、基層が導電性であって表層が前記基層より電気抵抗率が大きくてもよい。
スペーサを形成している膜をエッチングして通孔を形成した後にダイヤフラムと基部の基層とに電圧を印加すると、ダイヤフラムと基部との間に静電気引力が働き、ダイヤフラムが基部に吸着される。ダイヤフラムが基部に吸着されると、ファンデルワールス力によって両者が接合される。この場合、基部の表層は基部の基層よりも電気抵抗率が大きいため、ダイヤフラムが基部に吸着されるとき、過電流が流れにくい。なお基部の表層の電気抵抗率は、１０６Ωから１０９Ωのオーダーの抵抗が基部の表層によって形成される値に設定することが望ましい。
【０００９】
（６）上記目的を達成するための静電型圧力変換器において、前記ダイヤフラムを形成している膜と前記電極プレートを形成している膜との間に堆積した膜からなるとともに前記第一通気孔および前記第二通気孔に連絡している第二通孔を有する第二スペーサと、前記ダイヤフラムを形成している膜からなり、基端部が前記スペーサと前記第二スペーサとに接合され、先端部が前記通孔の内側に向かって突出しているとともに前記ダイヤフラムの外周に連なり、前記基端部から前記先端部に向かって前記基部に接近する方向に曲がっている導電性のリードと、をさらに備えてもよい。
【００１０】
（７）上記目的を達成するための静電型圧力変換器は、コンデンサマイクロホンであってもよい。
【００１１】
（８）上記目的を達成するための静電型圧力変換器の製造方法は、バックキャビティの開口を形成している基部上に、スペーサを形成するための第一堆積膜と、ダイヤフラムを形成している第二堆積膜と、第二スペーサを形成するための第三堆積膜と、電極プレートおよび第一通気孔を形成している第四堆積膜と、を順に積層した状態において、前記開口および前記第一通気孔から前記第一堆積膜および前記第三堆積膜を等方的にエッチングすることにより、前記第一堆積膜に前記ダイヤフラムの裏面が露出する第一通孔を形成するとともに前記第三堆積膜に前記ダイヤフラムの表面が露出する第二通孔を形成した後に、前記第二堆積膜の一部を、前記第一通気孔および前記バックキャビティに連絡する第二通気孔が前記基部との間に残る状態で前記基部の前記開口の周囲に接合する、ことを含む。
この製造方法によると、基部上に第一堆積膜、第二堆積膜、第三堆積膜および第四堆積膜を堆積させた後に第一堆積膜および第三堆積膜が等方的にエッチングされると、ダイヤフラムが中空に浮いた状態になる。第一堆積膜のエッチングが進行するとき、第一堆積膜のエッチャントと第一堆積膜との界面の高さは第一堆積膜の厚さに等しい。その後、第二堆積膜の一部が、第一通気孔とバックキャビティに連絡する第二通気孔が残る状態で基部の開口の周囲に接合されると、第二通気孔の高さは第一堆積膜の厚さより低くなる。したがってこの製造方法によると、スペーサを形成するための第一堆積膜のエッチャントと第一堆積膜との界面を狭めることなく静電型圧力変換器の低域のカットオフ周波数を下げることができる。
【００１２】
（９）上記目的を達成するための静電型圧力変換器の製造方法において、前記基部と前記ダイヤフラムとに電圧を印加することによって前記第二堆積膜の一部を前記基部の前記開口の縁部に接合してもよい。
この場合、ダイヤフラムを形成するための第二堆積膜と基部とを容易に接合することができる。例えば、検査工程において特殊な装置を用いることなくそれらを接合することができる。
【００１３】
（１０）上記目的を達成するための静電型圧力変換器の製造方法において、前記基部は、基層が導電性であって表層が前記基層より電気抵抗率が大きくてもよい。
この場合、基部の基層とダイヤフラムとに電圧を印加することによりダイヤフラムと基部とが接触しても過電流が流れにくい。なお基部の表層の電気抵抗率は、１０６Ωから１０９Ωのオーダーの電気抵抗が基部の表層によって形成される値に設定することが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら以下の順に説明する。尚、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
１．構造
２．製造方法
３．作用効果
４．他の実施形態
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
【００１５】
１．構造
図１Ａおよび図１Ｂは本発明による静電型圧力変換器の一実施形態としてのコンデンサマイクロホンの要部を示す模式的な断面図である。図１Ａ、図１Ｂの断面はそれぞれ図１Ｃに示す１Ａ、図２に示す１Ｂに対応している。コンデンサマイクロホン１は、バルク材からなる基板１５の上に複数の薄膜を堆積したチップが図示しない配線基部とカバーとによってパッケージされたＭＥＭＳである。
【００１６】
基部１６は、通孔Ｈ１が形成されている導電性の基板１５と通孔Ｈ５が形成されている表層絶縁膜１４とからなる。表層絶縁膜１４の電気抵抗率は基板１５の電気抵抗率より大きい。通孔Ｈ１およびＨ５は、基部１６の表面に開口１４１を形成している１つの通孔を形成している。開口１４１は、図示しない配線基板などによって塞がれているバックキャビティＢＣの開口を形成している。基部１６の基層を形成している基板１５はシリコンなどのバルク材からなる。表層絶縁膜１４は、第一スペーサ膜１３および第二スペーサ膜１１に対して選択的にエッチング可能な絶縁膜であり、例えばＳｉ３Ｎ４からなり、１０６Ωから１０９Ωのオーダーの電気抵抗が形成される厚さに設定される。
【００１７】
第一スペーサ膜１３は、基部１６の表面に堆積した例えばＳｉＯ２などの絶縁膜からなる。第一スペーサ膜１３には、ほぼ円形の通孔Ｈ２が形成されている。
ダイヤフラム電極膜１２は、第一スペーサ膜１３の表面に堆積した例えばＰなどの不純物がドープされた多結晶Ｓｉ等の導電膜からなる。
第二スペーサ膜１１は、ダイヤフラム電極膜１２の表面に堆積した例えばＳｉＯ２等の絶縁膜からなる。第二スペーサ膜１１にはほぼ円形の通孔Ｈ３が形成されている。
プレート電極膜１０は、第二スペーサ膜１１の表面に堆積した例えばＰなどの不純物がドープされた多結晶Ｓｉ等の導電膜からなる。プレート電極膜１０は、ダイヤフラム電極膜１２より十分厚く、引張方向の内部応力が残っている。
【００１８】
図１Ｃはコンデンサマイクロホン１の要部を示す平面図である。
電極プレート１０１はプレート電極膜１０からなる。プレート電極膜１０は、外縁部が第二スペーサ膜１１に接合され、通孔Ｈ３を塞ぐようにして第二スペーサ膜１１に張り渡されている。電極プレート１０１には第一通気孔としての通孔Ｈ４が複数形成されている。電極プレート１０１の輪郭は、通孔Ｈ３の輪郭によって決まるが、ダイヤフラム１２２との対向部分の面積が広く、ダイヤフラム１２２に比較して十分高い撓み剛性が得られる形状であれば特に制限はない。電極プレート１０１は配線のためのパッド１０３に接続されている。
【００１９】
一対の対向電極を形成している電極プレート１０１とダイヤフラム１２２との間にある間隙Ｇ２は第二スペーサ膜１１に通孔Ｈ３が形成されることによって出現し、ダイヤフラム１２２と基部１６との接合によって一定している。間隙Ｇ２は通孔Ｈ４を通じて大気圧空間に連絡している。
【００２０】
図２はダイヤフラム電極膜１２のパターンを示す平面図である。ダイヤフラム電極膜１２は、ダイヤフラム１２２と、ダイヤフラム１２２を第一スペーサ膜１３に張り渡すための接続部１２３と、ガード電極１２６と、パッド１２５、１２７とを形成している。ガード電極１２６はパッド１２７を介してプレート電極膜１０に接続されている。ダイヤフラム１２２の輪郭は、基部１６に形成されたバックキャビティＢＣの開口１４１を内包している。すなわち、バックキャビティＢＣの開口１４１はダイヤフラム１２２によって覆われている。
【００２１】
ダイヤフラム１２２とガード電極１２６とは通孔Ｈ６によって隔てられている。通孔Ｈ６は図１Ａに示すように第二通気孔Ｇ１と間隙Ｇ２とを連絡する通気孔として機能する。図２においてその通気孔として機能する部分はハッチングによって示されている。図１Ａに示すように通孔Ｈ６はバックキャビティＢＣの開口１４１よりも外側に形成され、ダイヤフラム１２２の縁部と基部１６の縁部との間に第二通気孔Ｇ１が形成されている。第二通気孔Ｇ１はバックキャビティＢＣ、通孔Ｈ２および通孔Ｈ６と連絡している。したがって、バックキャビティＢＣは、第二通気孔Ｇ１、通孔Ｈ２、通孔Ｈ６、間隙Ｇ２および通孔Ｈ４を通じて大気圧の空間と連絡している。第二通気孔Ｇ１、通孔Ｈ２、通孔Ｈ６、間隙Ｇ２および通孔Ｈ１のうち、第二通気孔Ｇ１の音響抵抗が最も高い。第二通気孔Ｇ１の高さを低く（すなわち凸部１２４の高さを低く）、ダイヤフラム１２２の縁部と基部１６の縁部とが重なる幅を広くするほど、第二通気孔Ｇ１の音響抵抗が大きくなり、低域のカットオフ周波数が下がるとともに低域の感度が向上する。
【００２２】
図１Ｂおよび図２に示すように、円形のダイヤフラム１２２の外周から外側に向かって接続部１２３が延びている。ダイヤフラム１２２は接続部１２３によってパッド１２５に接続されている。パッド１２５はワイヤボンディングのためのパッドに接続される。すなわち、接続部１２３の１つはリードとして機能する。堆積した直後の状態に比べ、ダイヤフラム電極膜１２は基部１６に接近しているため、接続部１２３は通孔Ｈ２の中心に向かうほど基部１６に接近するように曲がっている。２つ以上の接続部１２３の先端部は図１Ｂに示すように第一スペーサ膜１３および第二スペーサ膜１１に接合されている。接続部１２３は、その輪郭が屈曲した帯状であるため、ダイヤフラム１２２の径方向において弾性係数が小さい。したがって、ダイヤフラム電極膜１２のダイヤフラム１２２の部分の内部応力は接続部１２３によって解放されている。このため、ダイヤフラム１２２の圧力に対する変位が大きくなり、全域で感度が増大する。
【００２３】
図１Ｂに示すように、ダイヤフラム１２２の外周近傍には基部１６に向かって突出する凸部１２４が複数ほぼ等間隔に形成されている。凸部１２４はダイヤフラム電極膜１２に接合された絶縁性の堆積膜で構成されている。このような凸部１２４は第一スペーサ膜１３に凹部を形成した状態で第一スペーサ膜１３の表面に絶縁膜を堆積させ、この絶縁膜を第一スペーサ膜１３が露出するまで研削または研磨し、その後にダイヤフラム電極膜１２を形成することによって形成することができる。ダイヤフラム１２２の凸部１２４の先端は基部１６の表面に直接接合されている。凸部１２４は第一スペーサ膜１３の厚さよりも低いため、凸部１２４によってダイヤフラム１２２と基部１６の間の第二通気孔Ｇ１の高さが第一スペーサ膜１３の厚さより低く一定に維持されているとともにダイヤフラム１２２が通孔Ｈ２の中に位置している。
【００２４】
２．製造方法
コンデンサマイクロホン１は、半導体デバイスのプロセス技術の応用によって製造される。具体的には、バルク材料である基板１５の上に順次薄膜を堆積させるとともに、エッチングやリフトオフによって積層構造体内部に間隙を形成することによって図１に示す構造体が形成される。
【００２５】
図３Ａおよび図３Ｂは、コンデンサマイクロホン１の製造工程における中間物を示す模式的な断面図である。断面はいずれも図１Ｃに示す１Ａに対応している。基板１５の上に表層絶縁膜１４、第一スペーサ膜１３、ダイヤフラム電極膜１２、第二スペーサ膜１１、プレート電極膜１０が順に積層されており、ダイヤフラム電極膜１２とプレート電極膜１０とが完成状態にパターニングされている状態において、基板１５にＤｅｅｐ−ＲＩＥ等によって通孔Ｈ１を形成し、さらに表層絶縁膜１４を選択的にエッチングして通孔Ｈ５を形成すると図３Ａに示す中間物が得られる。その後、等方性エッチングにより第一スペーサ膜１３と第二スペーサ膜１１とを選択的に除去すると、図３Ｂに示すように通孔Ｈ２と通孔Ｈ３が形成される。その結果、通孔Ｈ２からダイヤフラム１２２の裏面が露出するとともに通孔Ｈ３からダイヤフラム１２２の表面が露出する。このとき、基部１６の開口１４１から第一スペーサ膜１３を浸食するエッチャントは、図３Ｂに示すダイヤフラム１２２と基部１６との間の第二通気孔Ｇ１を徐々に形成しながら第一スペーサ膜１３を浸食する。第一スペーサ膜１３とエッチャントの界面の面積は第二通気孔Ｇ１の高さに比例する。第一スペーサ膜１３の通孔Ｈ２の形状と第二スペーサ膜１１の通孔Ｈ３の形状は、基部１６の開口１４１の形状とプレート電極膜１０の通孔Ｈ１の形状などによって決まる。通孔Ｈ２および通孔Ｈ３が形成されると、接続部１２３が延び、ダイヤフラム電極膜１２の露出部分の引張方向の応力が解放されるため、コンデンサマイクロホン１の感度が全域で向上する。
【００２６】
さらにその後、基板１５とダイヤフラム電極膜１２に高電圧を印加すると、ダイヤフラム１２２は基板１５に引きつけられて第一スペーサ膜１３の通孔Ｈ２の中に入り込み、図１Ｂに示すようにダイヤフラム１２２の凸部１２４が基部１６の表層絶縁膜１４に押し付けられる。すると、凸部１２４と表層絶縁膜１４の界面に作用するファンデルワールス力によってダイヤフラム１２２が基部１６の表層絶縁膜１４に接合され、コンデンサマイクロホン１が完成する。ファンデルワールス力による直接接合の強度は十分高いため、完成後、コンデンサマイクロホン１に衝撃が加わったとしても、ダイヤフラム１２２が基部１６から剥離することはない。基板１５とダイヤフラム電極膜１２に高電圧を印加する時期としては、例えば検査工程が好適である。
【００２７】
３．作用効果
本実施形態によると、基板１５とダイヤフラム電極膜１２に高電圧を印加すると、ダイヤフラム１２２と電極プレート１０１との間にある間隙Ｇ２が拡がり、ダイヤフラム１２２と基部１６との間にある第二通気孔Ｇ１が狭まる。このとき、ダイヤフラム電極膜１２においては、屈曲した帯状の接続部１２３がダイヤフラム１２２の径方向に伸びるため、ダイヤフラム１２２の内部応力は引張方向にほとんど増大しない。ダイヤフラム１２２の凸部１２４の先端が基部１６に接合されるとダイヤフラム１２２と電極プレート１０１との間隙Ｇ２は図１Ｂに示す形状で安定する。その結果、第二通気孔Ｇ１の高さは第一スペーサ膜１３がエッチングされる工程（図３Ａに示す状態）におけるダイヤフラム１２２と基部１６との距離よりも小さくなっている。また機械的振動に対する安定性と定格圧力に相関するダイヤフラム１２２と電極プレート１０１との間にある間隙Ｇ２の高さは、第二スペーサ膜１１の膜厚よりも大きくなっている。
【００２８】
前述したように、第二通気孔Ｇ１の高さはダイヤフラム１２２の凸部１２４の高さによって決まる。第二通気孔Ｇ１の幅（ダイヤフラムの径方向長さ）は、バックキャビティＢＣの開口１４１からはみ出しているダイヤフラム１２２の幅によって決まる。第二通気孔Ｇ１は大気圧空間とバックキャビティＢＣとを連絡する空間における最大の音響抵抗となるため、コンデンサマイクロホン１の低域のカットオフ周波数と感度特性は、第二通気孔Ｇ１の高さと幅とによって支配される。よって完成状態において第二通気孔Ｇ１は低く幅が広い方が望ましい。
【００２９】
一方、基部１６の開口１４１から第一スペーサ膜１３を浸食するエッチャントは、図３Ｂに示すダイヤフラム１２２と基部１６との間の第二通気孔Ｇ１を徐々に形成しながら第一スペーサ膜１３を浸食する。このとき、第一スペーサ膜１３とエッチャントの界面の面積は第二通気孔Ｇ１の高さに比例する。第一スペーサ膜１３のエッチング速度は、第一スペーサ膜１３とエッチャントの界面の面積が大きいほど速くなる。すなわち、第一スペーサ膜１３および第二スペーサ膜１１をエッチングする工程では、第二通気孔Ｇ１の高さは高い方が望ましい。
【００３０】
本実施形態によると、第一スペーサ膜１３および第二スペーサ膜１１をエッチングする工程の後に、外からの物理的なエネルギー供給である電圧印加によって第二通気孔Ｇ１および間隙Ｇ２の高さを変化させるため、膜の堆積後に間隙Ｇ２を広げながら第二通気孔Ｇ１を狭めることができる。したがって本実施形態によると、エッチングの効率を犠牲にすることなく、低域のカットオフ周波数を下げるとともに低域の感度を上げることができる。ここで例えばコンデンサマイクロホン１の完成状態の寸法が以下の通りであると仮定する。
【００３１】
バックキャビティＢＣ：半径３２０μｍ、高さ５１２μｍの円柱空間
ダイヤフラム１２２の輪郭：半径３２５μｍの円
第二通気孔Ｇ１の高さ（ダイヤフラム１２２の凸部１２４の高さ）：０．７μｍ。
第二通気孔Ｇ１の長さ（ダイヤフラム１２２と基部１６とが重なっている幅）：５μｍ
間隙Ｇ２の高さ：４μｍ
【００３２】
この場合、コンデンサマイクロホン１の低域のカットオフ周波数は約２０Ｈｚとなる。ここで第二通気孔Ｇ１の高さを１μｍ、間隙Ｇ２の高さを１．３μｍに変更すると、低域のカットオフ周波数は約６０Ｈｚになる。
【００３３】
また、本実施形態によると、低域のカットオフ周波数を下げるとともに低域の感度を上げながら定格圧力を増大し安定性を高めることができ、低域の感度と安定性を高次元でバランスさせたコンデンサマイクロホン１が実現される。さらに、本実施形態によると、ダイヤフラム１２２を基部１６に接合する工程において、凸部１２４と表層絶縁膜１４との接触状態を、ダイヤフラム１２２と基板１５に印加する電圧によって流れる電流の大きさから知ることができる。またその工程において、ダイヤフラム１２２と基板１５との間に表層絶縁膜１４が挟まれるため、基板１５とダイヤフラム電極膜１２に印加されている高電圧によって過剰な電流が流れにくい。
【００３４】
４．他の実施形態
図４、図５、図６、図７、図８は、ダイヤフラム電極膜１２と基部１６との接合について他の実施形態を示す平面図である。図４、図５、図６、図７、図８では、上述したダイヤフラム１２２の凸部１２４よりもダイヤフラム１２２の中心から遠い領域においてダイヤフラム電極膜１２が基部１６に接合されている領域である接合部１２８を点線のハッチングで示している。
【００３５】
接合部１２８においてダイヤフラム電極膜１２が基部１６に接合されている場合、ダイヤフラム電極膜１２と基部１６との接合強度を高めることが容易になる。その理由は次の通りである。接合部１２８より基部１６の開口１４１に近い複数の凸部１２４は、１つ１つが小さいため、凸部１２４だけでは接合強度が不足することも考えられる。開口１４１より遠くなるほど接合のための領域を広く確保できるし、音響抵抗にも影響を与える接合領域の形状や配置の自由度も高くなる。その一方で、ダイヤフラム１２２の中心から接合領域が離れるほど、撓んだダイヤフラム１２２と基部１６とが接触する可能性が高くなる。そこで、図４、図５、図６、図７、図８に示すように、ダイヤフラム１２２の中心を起点として距離が異なる別々の領域においてダイヤフラム電極膜１２と基部１６を接合すると、これらの問題を解消できる。接合部１２８においてダイヤフラム電極膜１２と基部１６とを接合する場合、ダイヤフラム電極膜１２の平板状の部分と基部１６とを直接接合してもよいし、ダイヤフラム電極膜１２の裏面に接合された堆積膜からなる凸部やダイヤフラム電極膜１２自体に設けた凸部を介してダイヤフラム電極膜１２と基部１６とを接合してもよい。また、凸部１２４を設けずに、接合部１２８のみでダイヤフラム電極膜１２と基部１６とを接合してもよい。
【００３６】
ダイヤフラム電極膜１２の平板状の部分と基部１６とを直接接合する場合、ダイヤフラム電極膜１２と基部１６との接触状態を検出しながらダイヤフラム電極膜１２と基部１６とを接合可能である。その理由は次の通りである。ダイヤフラム電極膜１２と基板１５とに高電圧を印加すると、静電気引力によってダイヤフラム電極膜１２が基部１６に吸引され、最初に凸部１２４が基部１６に吸着する。さらに高電圧を印加し続けると、ダイヤフラム電極膜１２の凸部１２４より外側の部分が基部１６側に撓み、接合部１２８がその外側から内側に向かって基部１６に吸着されていく。接合部１２８がその外側から内側に向かって基部１６に吸着されていくとき、基板１５とダイヤフラム電極膜１２とに流れる電流は増大する。したがって、この電流の大きさから基部１６とダイヤフラム電極膜１２との接触状態を推し量ることが出来る。そして、この電流に対して適切な閾値を設定しておき、この電流が閾値を超えるまで電圧を印加することにより、凸部１２４および接合部１２８を基部１６に適切に接合することが出来る。
【００３７】
図４に示す例では、図２に示した４つの接続部１２３がダイヤフラム電極膜１２に１つだけしか形成されていないが、接続部１２３は最低１つあればよい。接続部１２３が１つあればダイヤフラム１２２とパッド１２５を接続することができる。接続部１２３が２つ以上ある場合、図３Ｂに示すように第一スペーサ膜１３と第二スペーサ膜１１とをエッチングしてから図１Ｂに示すようにダイヤフラム１２２を基部１６に接合するまでの期間において、ダイヤフラム１２２の中心が開口１４１の中心からずれにくくなる。
【００３８】
図９Ａおよび図９Ｂは、第二通気孔Ｇ１の他の実施形態を示す断面図である。図９Ａおよび図９Ｂに示すように、第二通気孔Ｇ１を基部１６の表面に形成されている凹部である溝１６１によって形成してもよい。溝１６１は、例えば通孔Ｈ５の輪郭が基板１５の通孔Ｈ１の輪郭から外側にはみ出すように表層絶縁膜１４を形成しておくか、あるいは基板１５にあらかじめ通孔Ｈ１の外側に延びる溝を形成しておき、その後に表層絶縁膜１４を堆積させることにより基部１６に溝１６１を形成してもよい。前者の方法をとる場合、第一スペーサ膜１３を堆積させる前に表層絶縁膜１４に通孔Ｈ５を形成し、第一スペーサ膜１３を形成した後に第一スペーサ膜１３の表面を平坦化すればよい。後者の方法をとる場合、表層絶縁膜１４を堆積させる前に基板１５に溝を形成し、表層絶縁膜１４および第一スペーサ膜１３を堆積させた後に第一スペーサ膜１３の表面を平坦化すればよい。
【００３９】
その他、電極プレート１０１の輪郭は図８に示すように全周が第二スペーサ膜１１に接合されない形状であってもよい。この場合、プレート電極膜１０の外側に第二スペーサ膜１１の通孔Ｈ３に連絡する通気孔が形成される。また第一スペーサ膜１３、ダイヤフラム電極膜１２、第二スペーサ膜１１、プレート電極膜１０はいずれも複層膜であってもよい。また、第一スペーサ膜１３と第二スペーサ膜１１とをエッチングした後に外力を加えることによってダイヤフラム１２２を基部１６に接合してもよい。また、ダイヤフラム１２２の凸部１２４は１つ以上あればよい。また、表層絶縁膜１４はなくてもよい。またダイヤフラム１２２の全周が基部１６に接合されていてもよい。この場合、開口１４１の内側の領域においてダイヤフラム１２２に音響抵抗となる微細な通気孔が形成されていればよい。
【００４０】
さらに、本発明の技術的範囲は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施形態で示した材質や寸法や成膜方法やパターン転写方法はあくまで例示であるし、当業者であれば自明である工程の追加や削除や工程順序の入れ替えについては説明が省略されている。また、本発明は、コンデンサマイクロホンの他、様々な静電型圧力変換器に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】（１Ａ）および（１Ｂ）は本発明の実施形態にかかる模式的な断面図。（１Ｃ）は本発明の実施形態にかかる平面図。
【図２】本発明の実施形態にかかる平面図。
【図３】（３Ａ）および（３Ｂ）は本発明の実施形態にかかる模式的な断面図。
【図４】本発明の実施形態にかかる平面図。
【図５】本発明の実施形態にかかる平面図。
【図６】本発明の実施形態にかかる平面図。
【図７】本発明の実施形態にかかる平面図。
【図８】本発明の実施形態にかかる平面図。
【図９】（９Ａ）および（９Ｂ）は本発明の実施形態にかかる模式的な断面図。
【符号の説明】
【００４２】
１：コンデンサマイクロホン、１０：プレート電極膜、１１：第二スペーサ膜、１２：ダイヤフラム電極膜、１３：第一スペーサ膜、１４：表層絶縁膜、１５：基板、１６：基部、１０１：電極プレート、１０３：パッド、１２２：ダイヤフラム、１２３：接続部、１２４：凸部、１２５：パッド、１２６：ガード電極、１２７：パッド、１２８：接合部、１４１：開口、１６１：溝、Ｇ１：第二通気孔、Ｇ２：間隙
【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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