(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に開口を有する基板と、
前記基板の開口に対向するように配設されたバックプレートと、
前記バックプレートとの間に空隙を介して該バックプレートに対向するように配設された振動電極膜と、
を備え、
前記振動電極膜の変位を該振動電極膜と前記バックプレートの間の静電容量の変化に変換する静電容量型トランスデューサにおいて、
前記振動電極膜の一部と前記バックプレートに一体に設けられた凸状の部分との隙間により形成される空気の流路であって、前記振動電極膜が圧力を受けて変形した際に、該振動電極膜と前記バックプレートに一体に設けられた凸状の部分との相対移動によって流路面積が増大することで、前記振動電極膜に印加された圧力を解放する圧力解放流路と、
前記圧力解放流路を形成する前記振動電極膜の孔の縁に設けられた部分であって、
前記孔の流路面積を増大させるスリットを有する拡張部とを、さらに備えることを特徴とする静電容量型トランスデューサ。
【請求項２】
前記拡張部は、前記孔の縁から放射状に設けられた前記振動電極膜のスリットによって形成される、
請求項１に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項３】
前記拡張部は、前記孔を構成するスリットまたは、スリットの組合せによって形成される、
請求項１に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項４】
前記スリットの組合せは、放射状の形状を有する、
請求項３に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項５】
前記スリットは、Ｙ字状の形状を有する、
請求項３に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項６】
前記凸状の部分は前記スリットまたはスリットの組合せに侵入可能な壁構造を有する、
請求項４または５に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項７】
前記凸状の部分が有する壁構造の幅は、２０μｍ以下である、
請求項６に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の静電容量型トランスデューサを有し、音圧を前記振動電極膜と前記バックプレートの間の静電容量の変化に変換して検出する音響センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、静電容量型トランスデューサ及び、該静電容量型トランスデューサを有する音響センサに関する。より具体的には、本発明は、ＭＥＭＳ技術を用いて形成された振動電極膜とバックプレートからなるコンデンサ構造によって構成された静電容量型トランスデューサ及び音響センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、小型のマイクロフォンとしてＥＣＭ（Electret Condenser Microphone）と
呼ばれる音響センサを利用したものが使用される場合があった。しかし、ＥＣＭは熱に弱く、また、デジタル化への対応や小型化といった点で、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて製造される静電容量型トランスデューサを利用したマイクロフォン（以下、ＭＥＭＳマイクロフォンともいう。）の方が優れていることから、近年では、ＭＥＭＳマイクロフォンが採用されつつある（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
上記のような静電容量型トランスデューサにおいては、圧力を受けて振動する振動電極膜を、電極膜が固定されたバックプレートに空隙を介して対向配置させた形態をＭＥＭＳ技術を用いて実現したものがある。このような静電容量型トランスデューサの形態は、例えば、シリコン基板の上に振動電極膜、および振動電極膜を覆うような犠牲層を形成した後、犠牲層の上にバックプレートを形成し、その後に犠牲層を除去するといった工程により実現できる。ＭＥＭＳ技術はこのように半導体製造技術を応用しているので、極めて小さい静電容量型トランスデューサを得ることが可能である。
【０００４】
一方で、ＭＥＭＳ技術を用いて作製した静電容量型トランスデューサは、薄膜化した振動電極膜やバックプレートで構成されるため、過大な圧力が作用した場合等に振動電極膜が大きく変形し、破損してしまう虞があった。このような不都合は、例えば静電容量型トランスデューサ内に、大音圧が加わった場合の他、実装工程でエアブローされた場合や、当該静電容量型トランスデューサが落下した場合にも生じ得る。
【０００５】
これに対し、振動電極膜に圧力を解放する孔を設け、過大な圧力が作用した際に当該孔から圧力を解放する対策が考えられるが、この対策では、特に低音域での感度の低下など、静電容量型トランスデューサとしての周波数特性の悪化を招く場合があった。
【０００６】
また、振動電極膜と、該振動電極膜をスリットで区切って分離した一画であるプラグ部とを有しており、プラグ部はバックプレートまたは基板に対して支持構造によって振動電極膜の他の部分と同じ高さに支持されたＭＥＭＳトランスデューサの発明が公知である。この発明では、振動電極膜が膜の両側の圧力差に応答して変位することで、プラグ部との間の流動経路が拡大することによって、過大な圧力を解放する（例えば、特許文献２を参照）。
【０００７】
しかしながら、上記の発明では、プラグ部と支持部材が別部材であるので、製造工程が複雑化するばかりでなく、プラグ部が支持部材から脱落して機能が損なわれる虞があるなど、充分に高い信頼性があるとは言えなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−２５０１７０号公報
【特許文献２】米国特許第８７３７１７１号明細書
【特許文献３】米国特許第８１１１８７１号明細書
【特許文献４】米国特許第８９８３０９７号明細書
【特許文献５】米国特許第９００２０３７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記のような状況を鑑みて発明されたものであり、その目的は、より簡単な構成で、音響の検出時における周波数特性を良好に維持しつつ、過大な圧力が作用したときの振動電極膜の過剰な変形を抑制し振動電極膜の破損を回避することのできる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明は、振動電極膜の変位を振動電極膜とバックプレートの間の静電容量の変化に変換する静電容量型トランスデューサにおいて、振動電極膜が過大な圧力を受けて変形した際に、バックプレートに一体に設けられた凸状の部分と振動電極膜の相対移動によって、該凸状の部分と振動電極膜の一部との隙間により形成される空気流路の流路面積を増大させることで、振動電極膜に印加された圧力を解放することを最大の特徴とする。
【００１１】
より詳しくは、表面に開口を有する基板と、
前記基板の開口に対向するように配設されたバックプレートと、
前記バックプレートとの間に空隙を介して該バックプレートに対向するように配設された振動電極膜と、
を備え、
前記振動電極膜の変位を該振動電極膜と前記バックプレートの間の静電容量の変化に変換する静電容量型トランスデューサにおいて、
前記振動電極膜の一部と前記バックプレートに一体に設けられた凸状の部分との隙間により形成される空気の流路であって、前記振動電極膜が圧力を受けて変形した際に、該振動電極膜と前記バックプレートに一体に設けられた凸状の部分との相対移動によって流路面積が増大することで、前記振動電極膜に印加された圧力を解放する圧力解放流路と、
前記圧力解放流路を形成する前記振動電極膜の孔の縁に設けられた部分であって、前記孔の流路面積を増大させるスリットを有する拡張部とを、さらに備えることを特徴とする。
【００１２】
これによれば、例えば、静電容量型トランスデューサにおいて過大な圧力が作用して振動電極膜が大きく変形した際に、振動電極膜とバックプレートに一体に設けられた凸状の部分との相対移動、および、拡張部に設けられたスリットによって、圧力解放流路の流路面積が増大する。このことで、静電容量型トランスデューサにおいて過大な圧力が作用して振動電極膜が大きく変形した際に、振動電極膜に印加された圧力を自動的に解放することが可能となる。その結果、過大な圧力によって振動電極膜が破損することを抑制できる。
【００１３】
また、これによれば、圧力解放流路は、振動電極膜の一部と前記バックプレートに一体に設けられた凸状の部分との隙間により形成されているので、元来、圧力の作用により相対移動する部材自体をそのまま利用でき、装置構成を簡略化することが可能である。
【００１４】
なお、拡張部は、孔の縁から放射状に設けられた振動電極膜のスリットによって形成されていてもよいし、スリットまたはスリットの組合せによって形成されてもよい。より具体的には、孔を構成する放射状のスリットによって形成されていてもよいし、或いは、孔を構成するＹ字状のスリットによって形成されていてもよい。
【００１５】
また、本発明における凸状の部分は、前記スリットまたはスリットの組合せに侵入可能な壁構造を有するようにしてもよい。これにより、スリットまたはスリットの組合せの自由度を広げることができ、音響トランスデューサに求められている周波数特性などの仕様に応じ、様々な形状を選択することが可能となる。また、上記の壁構造の幅は、２０μｍ以下としてもよい。
【００１６】
また、本発明は、上記の静電容量型トランスデューサを有し、音圧を前記振動電極膜と前記バックプレートの間の静電容量の変化に変換して検出する音響センサであってもよい。
【００１７】
なお、上述した、課題を解決するための手段は適宜組み合わせて使用することが可能である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、静電容量型トランスデューサについて、圧力の検出時における周波数特性を良好に維持しつつ、過大な圧力が作用したときの振動電極膜の過剰な変形を抑制することによって振動電極膜の破損を回避することができる。その結果、静電容量型トランスデューサの性能をより良好に維持しつつ、信頼性を向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ＭＥＭＳ技術により製造された従来の音響センサの一例を示した斜視図である。
【図２】従来の音響センサの内部構造の一例を示した分解斜視図である。
【図３】音響センサに過大な圧力が急激に作用した場合について説明するための図である。
【図４】音響センサに過大な圧力が急激に作用した場合に対する従来の対策について説明するための図である。
【図５】本発明の実施例１における音響センサの振動電極膜及びバックプレート付近を示す図である。
【図６】本発明の実施例１における圧力解放孔及び凸部の作用について説明するための図である。
【図７】本発明の実施例１における可動部の作用について説明するための図である。
【図８】本発明の実施例２における音響センサの振動電極膜及びバックプレート付近を示す図である。
【図９】本発明の実施例３における音響センサの振動電極膜及びバックプレート付近を示す図である。
【図１０】バックプレートに形成された壁構造を有する凸部と、振動電極膜に設けられたスリット状の圧力解放孔の断面斜視図である。
【図１１】バックプレートに形成された壁構造を有する凸部と、振動電極膜に設けられたスリット状の圧力解放孔の形成プロセスについて説明するための第１の図である。
【図１２】バックプレートに形成された壁構造を有する凸部と、振動電極膜に設けられたスリット状の圧力解放孔の形成プロセスについて説明するための第２の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
＜実施例１＞
以下、本願発明の実施形態について図を参照しながら説明する。以下に示す実施形態は、本願発明の一態様であり、本願発明の技術的範囲を限定するものではない。なお、本発明は、静電トランスデューサ全体に適用することが可能であるが、以下においては、静電トランスデューサを音響センサとして用いる場合について説明する。しかしながら、本発
明に係る音声トランスデューサは、振動電極膜の変位を検出するものであれば、音響センサ以外のセンサとしても利用できる。例えば、圧力センサの他、加速度センサや慣性センサ等として使用しても構わない。また、センサ以外の素子、例えば、電気信号を変位に変換するスピーカ等として使用しても構わない。また、バックプレート、振動電極膜、バックチャンバー、基板の構成は一例であり、これらの位置が逆転していたとしても構わない。
【００２１】
図１は、ＭＥＭＳ技術により製造された従来の音響センサ１の一例を示した斜視図である。また、図２は、音響センサ１の内部構造の一例を示した分解斜視図である。音響センサ１は、バックチャンバー２が設けられたシリコン基板（基板）３の上面に、絶縁膜４、振動電極膜（ダイヤフラム）５、およびバックプレート７を積層した積層体である。バックプレート７は、固定板６に固定電極膜８を成膜した構造を有しており、固定板６のシリコン基板３側に固定電極膜８が配置されたものである。バックプレート７の固定板６には多数の穿孔としての音孔が全面的に設けられている（図１や図２に示す固定板６の網掛けの各点が個々の音孔に相当する）。また、固定電極膜８の四隅のうち１つには、出力信号を取得するための固定電極パッド１０が設けられている。
【００２２】
ここで、シリコン基板３は、例えば単結晶シリコンで形成することができる。また、振動電極膜５は、例えば導電性の多結晶シリコンで形成することができる。振動電極膜５は、略矩形状の薄膜であり、振動する略四辺形の振動部１１の四隅に固定部１２が設けられている。そして、振動電極膜５は、バックチャンバー２を覆うようにシリコン基板３の上面に配置され、アンカー部としての４つの固定部１２においてシリコン基板３に固定されている。振動電極膜５の振動部１１は、音圧に感応して上下に振動する。
【００２３】
また、振動電極膜５は、４つの固定部１２以外の箇所においては、シリコン基板３にも、バックプレート７にも接触していない。よって、音圧に感応してより円滑に上下に振動可能になっている。また、振動部１１の四隅にある固定部１２のうちの１つに振動膜電極パッド９が設けられている。バックプレート７に設けられている固定電極膜８は、振動電極膜５のうち四隅の固定部１２を除いた振動する部分に対応するように設けられている。振動電極膜５のうち四隅の固定部１２は音圧に感応して振動せず、振動電極膜５と固定電極膜８との間の静電容量が変化しないためである。
【００２４】
音響センサ１に音が届くと、音が音孔を通過し、振動電極膜５に音圧を加える。すなわち、この音孔により、音圧が振動電極膜５に印加されるようになる。また、音孔が設けられることにより、バックプレート７と振動電極膜５との間のエアーギャップ中の空気が外部に逃げ易くなり、熱雑音が軽減され、ノイズを減少することができる。
【００２５】
音響センサ１は、上述した構造により、音を受けて振動電極膜５が振動し、振動電極膜５と固定電極膜８との間の距離が変化する。振動電極膜５と固定電極膜８との間の距離が変化すると、振動電極膜５と固定電極膜８との間の静電容量が変化する。よって、振動電極膜５と電気的に接続された振動膜電極パッド９と、固定電極膜８と電気的に接続された固定電極パッド１０との間に直流電圧を印加しておき、上記静電容量の変化を電気的な信号として取り出すことにより、音圧を電気信号として検出することができる。
【００２６】
次に、上記の従来の音響センサ１において生じ得る不都合について説明する。図３は、音響センサ１に過大な圧力が作用した場合について記載した模式図である。図３に示すように、過大な圧力が音響センサ１に作用した場合には、大圧力がバックプレート７に設けられた音孔７ａから振動電極膜５の振動部１１に作用し、振動部１１に大きな歪が生じ、振動電極膜５が破損してしまう場合があった。このような不都合は、例えば音響センサ１に過大な空気圧が作用した場合の他、音響センサ１が落下した場合等にも生じ得る。
【００２７】
これに対し、図４に示すような対策が考えられる。すなわち、図４（ａ）に示すように、振動電極膜５に対して、作用した圧力を解放するための孔５ａを設けておくことで、図４（ｂ）に示すように、音響センサ１のバックプレート７の音孔７ａから過大な圧力が作用した場合には、孔５ａから圧力を解放させることで、振動電極膜５の破損を防止することが可能である。しかしながら、振動電極膜５に上記のような常時開放している孔５ａを設けると、圧力に対する耐性は向上するものの、特に低音域での感度低下、すなわちロールオフが発生し易くなり、音響センサ１の周波数特性が悪化するという不都合があった。
【００２８】
また、振動電極膜と、該振動電極膜をスリットで区切って分離した一画であるプラグ部とを有しており、プラグ部を、バックプレートに対して支持構造によって振動電極膜の他の部分と同じ高さに支持されるようにする対策が考えられる。この対策においては、振動電極膜が膜の両側の圧力差に応答して変位することで、プラグ部との間の流路が拡大することによって、過大な圧力を解放する（例えば、特許文献２を参照）。
【００２９】
しかし、この対策には以下のような不都合があった。まず、プラグ部は、非常に薄い振動電極膜の一画を用いて構成されているので、破損し易い。また、蓋状のプラグ部がバックプレートに対して、棒状の別部材からなる支持構造を用いて支持されているので、製造工程が複雑化するばかりでなく、支持構造からプラグ部が破損脱落する虞がある。
【００３０】
また、この対策では、振動電極膜が膜の両側の圧力差に応答して変位することで、該振動電極膜と、該振動電極膜をスリットで区切って分離した一画であるプラグ部との間の流動経路を拡大させ、過大な圧力を解放している。すなわち、振動電極膜及び、該振動電極膜をスリットで区切って分離した一画であるプラグ部という、薄膜どうしの間の隙間を流路として利用しているので、比較的大きな圧力を受けて振動電極膜の振幅が大きくなると、使用圧力範囲内であっても、プラグ部と振動電極膜の位置が膜厚以上にずれ、流路がやや拡大した状態となり、音響センサ１の周波数特性が不安定になる虞がある。
【００３１】
上記のような不具合に対し、本実施例においては、印加された圧力を開放する孔を振動電極膜に備えることとし、そして、振動電極膜の変形前の状態においては、バックプレートの一部であり凸状に形成された柱構造が孔を貫通して少なくともその一部を閉鎖するとともに、振動電極膜が圧力を受けて変形した状態においては、振動電極膜とバックプレートとの相対移動によって、バックプレートの柱構造による孔の貫通が解除されて孔の全体が露出することにより、振動電極膜に印加された圧力が解放されるようにした。更に、振動電極膜の孔の縁には、スリットを有した拡張部を設けることで、圧力が解放することのできる範囲が広くなり、より効率的に圧力を逃がすことを可能にした。
【００３２】
図５には、本実施例における音響センサの振動電極膜１５及びバックプレート１７付近の概略図を示す。図５（ａ）は、振動電極膜１５の平面図、図５（ｂ）は、振動電極膜１５及びバックプレート１７、基板１２の断面Ｂ−Ｂ´についての断面図である。図５（ａ）に示すように、本実施例においては、振動電極膜１５の振動部２１の中心には、圧力解放孔１５ｂが設けられている。また、振動電極膜１５の圧力解放孔１５ｂの縁には、圧力解放孔１５ｂの縁から放射状に設けられたスリット１５ｃによって形成される拡張部１５ｄが設けられている。
【００３３】
そして、図５（ｂ）に示すように、振動電極膜１５に過大な圧力が作用する前の状態では、バックプレート１７に一体的に凸状に設けられた柱構造である凸部１７ｂが圧力解放孔１５ｂを貫通することで、圧力解放孔１５ｂを閉鎖するように構成されている。なお、この凸部１７ｂは、バックプレート１７が半導体製造工程で形成される際に、同時にバックプレート１７の一部として形成されたものである。
【００３４】
次に、図６を用いて、上記の圧力解放孔１５ｂ及び凸部１７ｂの作用について説明する。図６は、本発明の実施例１における圧力解放孔及び凸部の作用について説明するための図である。図６（ａ）は、拡張部１５ｄを有していない振動電極膜１５に過大な圧力が作用した状態を示す図である。図６（ｂ）は、拡張部１５ｄを有した振動電極膜１５に過大な圧力が作用し、圧力解放孔１５ｂおよびスリット１５ｃから空気が逃げる様子を説明するための図である。図６（ａ）に示すように、拡張部１５ｄを有していない場合においては、バックプレート１７の凸部１７ｂが振動電極膜１５に設けられた圧力解放孔１５ｂを貫通して閉鎖した状態となっており、この状態においては、振動電極膜１５にバックプレート１７側から圧力が作用した場合に、圧力解放孔１５ｂを通過する空気の量は少なく、圧力は充分に解放されない。
【００３５】
しかしながら、拡張部１５ｄを有することで、図７（ｂ）に示すように空気は圧力解放孔１５ｂのみならずスリット１５ｃを通じても空気は解放される。図７（ａ）よりも流路面積が増大しているのみならず、圧力解放孔１５ｂから距離が離れた場所においても空気の通過が可能となっている。これは、空気を解放する影響範囲が広くなっていることを意味し、より効率的な空気の解放が行われる。これにより、振動電極膜１５の破損を回避することが可能となる。スリット１５ｃは細長い形状であることにより過度な流路面積の増大による周波特性の悪化を防ぐことができ、かつより広い範囲にわたり空気の移動を促すことが出来ている。スリット１５ｃは圧力解放孔１５ｂから繋がっているため、広範囲ではあるがスリット１５ｃと圧力解放孔１５ｃとを通り抜ける空気のお互いの干渉を緩和することができて、圧力の平衡化の作用が強まっている。
【００３６】
次に、図７を用いて、上記の拡張部１５ｄの作用について説明する。図７は、本発明の実施例１における拡張部１５ｄの作用について説明するための図である。図７（ａ）は、拡張部１５ｄを有していない振動電極膜１５に過大な圧力が作用した状態を示す図である。図７（ｂ）は、拡張部１５ｄを有した振動電極膜１５に過大な圧力が作用し、圧力解放孔１５ｂおよびスリット１５ｃから空気が逃げる様子を説明するための図である。図７（ａ）に示すように、拡張部１５ｄを有していない場合においては、バックプレート１７の凸部１７ｂが振動電極膜１５に設けられた圧力解放孔１５ｂを貫通して閉鎖した状態となっており、この状態においては、振動電極膜１５にバックプレート１７側から圧力が作用した場合に、圧力解放孔１５ｂを通過する空気の量は少なく、圧力は充分に解放されない。
【００３７】
しかしながら、拡張部１５ｄを有することで、図７（ｂ）に示すように空気は圧力解放孔１５ｂのみならずスリット１５ｃを通じても空気は解放される。図７（ａ）よりも流路面積が増大しているのみならず、圧力解放孔１５ｂから距離が離れた場所においても空気の通過が可能となっている。これは、空気を解放する影響範囲が広くなっていることを意味し、より効率的な空気の解放が行われる。これにより、振動電極膜１５の破損を回避することが可能となる。スリット１５ｃは細長い形状であることにより過度な流路面積の増大による周波特性の悪化を防ぐことができ、かつより広い範囲にわたり空気の移動を促すことが出来ている。圧力解放孔１５ｂはバックプレート１７の凸部１７ｂとの相対位置にて解放面積が変わるのに対し、スリット１５ｃの流路面積は変わらないため常に一定の圧力解放が出来ている。
【００３８】
以上のように、本実施例においては、通常動作時、すなわち振動電極膜１５に過大な圧力が作用しておらず、振動電極膜１５が大きく変形していない状態においては、凸部１７ｂが圧力解放孔１５ｂを貫通して閉鎖しているので、音響センサ１０の周波数特性の悪化を抑制することができる。そして、過大な圧力が振動電極膜１５に作用し、振動電極膜１５が大きく変形した状態においては、凸部１７ｂが圧力解放孔１５ｂから抜け（凸部１７
ｂによる圧力解放孔１５ｂの貫通が解除され）、その閉鎖を解消するので、圧力解放孔１５ｂから圧力を充分に解放することが可能となる。その結果、振動電極膜１５の更なる変形を抑制でき、音響センサ１に過大な圧力が作用することによる振動電極膜１５の破損を回避することができる。
【００３９】
そして、本実施例においては、上記のような機能を、バックプレート１７に一体に設けられた凸部１７ａと、振動電極膜１５に設けられた圧力解放孔１５ｂの相対移動を利用して実現しているので、構造を簡略化でき信頼性を向上させることが可能である。
【００４０】
＜実施例２＞
次に、本発明における実施例２について説明する。図８は、本発明の実施例２における音響センサの振動電極膜２５及びバックプレート２７付近を示す図である。図８（ａ）は、振動電極膜２５の平面図、図８（ｂ）は、振動電極膜２５及びバックプレート２７、基板１２の断面Ｃ−Ｃ´についての断面図である。図８（ａ）に示すように、本実施例２においては、放射状のスリットで構成される圧力解放孔２５ｂが振動電極膜２５の中心部に設けられている。拡張部２５ｄは、圧力解放孔２５ｂを構成する放射状のスリットが形成する孔の縁の部分である。そして、図８（ｂ）に示すように、振動電極膜２５に過大な圧力が作用する前の状態では、バックプレート２７に一体的に凸状に設けられた放射状の壁構造である凸部２７ｂが圧力解放孔２５ｂを貫通することで、圧力解放孔２５ｂを閉鎖するように構成されている。なお、この凸部２７ｂは、バックプレート２７が半導体製造工程で形成される際に、同時にバックプレート２７の一部として形成されたものである。
【００４１】
本第２実施例も第１実施例と同様、振動電極膜２５の変形前の状態においては、バックプレート２７の凸部２７ｂが圧力解放孔２５ｂを貫通して閉鎖した状態となっており、この状態においては、振動電極膜２５にバックプレート２７側から圧力が作用した場合に、圧力解放孔２５ｂを通過する空気の量は少なく、圧力は充分に解放されない。そして、振動電極膜２５にバックプレート２７側から過大な圧力が作用した場合には、当該圧力によって振動電極膜２５がバックプレート２７から離れる方向に変形し、凸部２７ｂが圧力解放孔２５ｂから抜け（貫通が解除され）、圧力解放孔２５の閉鎖が解消される。そのことにより、振動電極膜２５に圧力を作用させている空気が圧力解放孔２５から図中下側に抜け、振動電極膜２５の破損を回避することが可能となる。
【００４２】
また、振動電極膜２５にバックプレート２７の反対側から過大な圧力が作用した場合には、圧力解放孔２５ｂのみならずスリット２５ｃによって圧力が解放される。スリット２５ｃによって、流路面積が増大しているのみならず、振動電極板２５の広い範囲にわたって空気の通過が可能となっている。これは、空気を解放する影響範囲が広くなっていることを意味し、より効率的な空気の解放が行われる。これにより、振動電極膜２５の破損を回避することが可能となる。スリット２５ｃは細長い形状であることにより過度な流路面積の増大による周波特性の悪化を防ぐことができ、かつより広い範囲にわたり空気の移動を促すことが出来ている。スリット２５ｃは圧力解放孔２５ｂから繋がっているため、広範囲ではあるがスリット２５ｃと圧力解放孔２５ｃとを通り抜ける空気のお互いの干渉を緩和することができて、圧力の平衡化の作用が強まっている。スリット２５ｃが軸対称の放射状に配置されているため、どの方向からの圧力も効率よく解放できている。
【００４３】
また、バックプレート２７に一体的に設けられる凸部２７ｂが放射状の壁構造であるため、凸部２７ｂが薄板状のバックプレート２７を補強する梁のような形態を実質的に呈し、バックプレート２７の強度向上が可能となる。
【００４４】
＜実施例３＞
次に、本発明における実施例３について説明する。図９は、本発明の実施例３における
音響センサの振動電極膜３５及びバックプレート３７付近を示す図である。図９（ａ）は、振動電極膜３５の平面図、図９（ｂ）は、振動電極膜３５及びバックプレート３７、基板１２の断面Ｄ−Ｄ´についての断面図である。図９（ａ）に示すように、本実施例３においては、平面視で互いに１２０度の角度間隔で設けられたＹ字状の３つのスリットで構成される圧力解放孔３５ｂが振動電極膜３５の中心部に設けられている。拡張部３５ｄは、圧力解放孔３５ｂを構成するＹ字状のスリットが形成する部分である。そして、図９（ｂ）に示すように、振動電極膜３５に過大な圧力が作用する前の状態では、バックプレート３７に一体的に凸状に設けられたＹ字状の壁構造である凸部３７ｂが圧力解放孔３５ｂを貫通することで、圧力解放孔３５ｂを閉鎖するように構成されている。なお、この凸部３７ｂは、バックプレート３７が半導体製造工程で形成される際に、同時にバックプレート３７の一部として形成されたものである。
【００４５】
本第３実施例も第１実施例と同様、振動電極膜３５の変形前の状態においては、バックプレート３７の凸部３７ｂが圧力解放孔３５ｂを貫通して閉鎖した状態となっており、この状態においては、振動電極膜３５にバックプレート３７側から圧力が作用した場合に、圧力解放孔３５ｂを通過する空気の量は少なく、圧力は充分に解放されない。そして、振動電極膜３５にバックプレート３７側から過大な圧力が作用した場合には、当該圧力によって振動電極膜３５がバックプレート３７から離れる方向に変形し、凸部３７ｂが圧力解放孔３５ｂから抜け（貫通が解除され）、圧力解放孔３５の閉鎖が解消される。そのことにより、振動電極膜３５に圧力を作用させている空気が圧力解放孔３５から図中下側に抜け、振動電極膜３５の破損を回避することが可能となる。
【００４６】
また、振動電極膜３５にバックプレート３７の反対側から過大な圧力が作用した場合には、圧力解放孔３５ｂのみならずスリット３５ｃによって圧力が解放される。スリット３５ｃによって、流路面積が増大しているのみならず、振動電極板３５の広い範囲にわたって空気の通過が可能となっている。これは、空気を解放する影響範囲が広くなっていることを意味し、より効率的な空気の解放が行われる。これにより、振動電極膜２５の破損を回避することが可能となる。スリット３５ｃをＹ字状とすることで放射状の場合よりも圧力解放孔３５ｂの流路面積を抑えることができ、低音域での感度低下、すなわちロールオフの発生をより軽減できる。もしくは、同じ流路面積を有したとしても距離の長いスリットを設けることができるため、より広範囲に渡って振動電極板に圧力解放孔を設けることが可能であるため、より圧力電極膜の破損を回避することが可能となる。
【００４７】
また、バックプレート３７に一体的に設けられる凸部３７ｂがＹ字状の壁構造であるため、凸部３７ｂが薄板状のバックプレート３７を補強する梁のような形態を実質的に呈し、バックプレート３７の強度向上が可能となる。
【００４８】
なお、拡張部は、上記実施例１から実施例３の何れかの形態に限定されるものでなく、その他の様々な形態であってもよい。
【００４９】
図１０には、実施例２及び実施例３に示したような壁構造の凸部４７ｂを有するバックプレート４７、振動電極膜４５及び圧力解放孔４５ｂの断面斜視図を示す。本実施例においては、上述のとおり、圧力解放孔４５ｂは、平面視において円形ではなくスリット状である。また、凸部４７ｂは、スリット状の圧力解放孔４５ｂに侵入可能な壁構造を有している。図１０においては、振動電極膜４５及びバックプレート４７を、スリット状の圧力解放孔４５ｂと、壁構造を有する凸部４７ｂの中央部で切断した図を示している。
【００５０】
この態様においては、バックプレート４７における凸部４７ｂの直上の領域は平坦な構造となるため、応力集中などが発生しづらく、加えて、バックプレート４７自体の肉厚が厚くなるため、バックプレート４７の強度の向上を図ることが可能である。
【００５１】
次に、本実施例における図１１及び図１２を用いて、実施例２及び３における壁構造を有する凸部と、圧力解放孔の形成プロセスについて説明する。まず、図１１（ａ）に示すように、シリコン（Ｓｉ）基板５３の表面に酸化シリコン（ＳｉＯ２）の絶縁層５４ａが形成され、絶縁層５４ａの上に振動電極膜となるべきポリシリコン（ＰｏｌｙＳｉ）膜５５が形成される。次に、図１１（ｂ）に示すように、振動電極膜となるべきポリシリコン（ＰｏｌｙＳｉ）膜５５がエッチングにより部分的に除去されて圧力解放孔５５ｂとなる部分が形成される。
【００５２】
次に、図１１（ｃ）に示すように、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ Ｓｉ）膜５５の上に酸化
シリコン（ＳｉＯ２）の犠牲層５４ｂが成膜される。次に、図１２（ａ）に示すように、犠牲層５４ｂのうち、壁構造を有する凸部となる部分について絶縁層５４ａ及び犠牲層５４ｂがエッチングにより除去される。
【００５３】
次に、図１２（ｂ）に示すように、固定電極となるポリシリコン（ＰｏｌｙＳｉ）膜５６が形成され、さらに、バックプレート及び壁構造を有する凸部を形成するための窒化シリコン（ＳｉＮ）膜５７が形成される。この際、凸部を形成するための窒化シリコン（ＳｉＮ）膜５７ｂが形成される、酸化シリコン（ＳｉＯ２）の絶縁層５４ａ及び犠牲層５４ｂのスリット幅が狭いので、バックプレート５７の成膜時に、当該スリットが完全に窒化シリコン（ＳｉＮ）膜で埋まり、凸部５７ｂは壁状になる。スリット幅はバックプレート膜厚もしくは犠牲層厚の２倍以内であるとスリットが完全に埋まり、バックプレートが平坦になりやすい。一般的なサイズのＭＥＭＳ静電容量型トランスデューサの場合、２０μｍとなることが多い。
【００５４】
そして、エッチングによって音孔５７ａが形成する。次に、図１２（ｃ）に示すように、エッチングにより、バックプレート５７及び凸部５７ｂとなる部分と、振動電極膜５５とをのみを残してＳｉ基板５３、絶縁層５４ａ及び犠牲層５４ｂが除去される。これにより、バックプレート５７における壁構造を有する凸部５７ｂと、振動電極膜５５における圧力開放孔５５ｂが形成される。
【符号の説明】
【００５５】
１・・・音響センサ
２・・・バックチャンバー
３・・・（シリコン）基板
５、１５、２５、３５・・・振動電極膜
７、１７、２７、３７・・・バックプレート
１５ｂ、２５ｂ、３５ｂ・・・圧力解放孔
１５ｃ、２５ｃ、３５ｃ・・・スリット
１５ｄ、２５ｄ、３５ｄ・・・拡張部
１７ｂ、２７ｂ、３７ｂ・・・凸部
【図１】
0006645278.tif 000002
【図２】
0006645278.tif 000003
【図３】
0006645278.tif 000004
【図４】
0006645278.tif 000005
【図５】
0006645278.tif 000006
【図６】
0006645278.tif 000007
【図７】
0006645278.tif 000008
【図８】
0006645278.tif 000009
【図９】
0006645278.tif 000010
【図１０】
0006645278.tif 000011
【図１１】
0006645278.tif 000012
【図１２】
0006645278.tif 000013