(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央部と前記中央部から外側に放射状に延びる複数の腕部とを有し、音波を受けて振動する導電性のダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムに対向して設けられている導電性のプレートと、
前記ダイヤフラムに対して前記プレートの反対側に設けられ、前記ダイヤフラムに前記プレートの反対側から加わる圧力を緩和するためのキャビティを形成している基板と、
前記ダイヤフラムの複数の前記腕部の先端部に下端面が接合されているスペーサと、前記スペーサの上端面に内側端部が接合されている懸架部と、前記懸架部の外側端部を前記基板上に支持する絶縁性の第１支持部と、前記プレートの外縁部を前記基板上に支持する絶縁性の第２支持部と、を有し、前記ダイヤフラムの前記中央部と前記プレートとの間に空隙を形成している支持手段と、
を備えるコンデンサマイクロホン。
【請求項２】
前記プレートは、中心から外縁までの距離が前記ダイヤフラムの前記中央部の中心から前記腕部の先端までの距離よりも短い、
請求項１に記載のコンデンサマイクロホン。
【請求項３】
前記プレートは、前記ダイヤフラムの前記腕部に対応する部分が切り欠かれている、
請求項１又は２に記載のコンデンサマイクロホン。
【請求項４】
前記第２支持部は、前記ダイヤフラムの複数の前記腕部の間に位置している、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコンデンサマイクロホン。
【請求項５】
前記懸架部は、前記プレートと同一材料からなり、前記プレートと同時的に形成されるものである、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のコンデンサマイクロホン。
【請求項６】
前記懸架部に、複数の通孔が設けられている、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のコンデンサマイクロホン。
【請求項７】
前記基板の前記キャビティの周囲部分と前記ダイヤフラムとによって、前記ダイヤフラムの複数の前記腕部間の音響抵抗よりも高い音響抵抗を形成する通路が形成されている、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のコンデンサマイクロホン。
【請求項８】
前記キャビティは、前記ダイヤフラムの外縁の内側に沿って形成されている開口部を有する、
請求項７に記載のコンデンサマイクロホン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンデンサマイクロホンに係り、特にＭＥＭＳセンサとしてのコンデンサマイクロホンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体デバイスの製造プロセスを応用して製造可能なコンデンサマイクロホンが知られている。コンデンサマイクロホンは、音波によって振動するダイヤフラム及びプレートが可動電極及び固定電極を形成し、これらダイヤフラム及びプレートは絶縁性のスペーサによって互いに離間した状態で支持されている。即ち、ダイヤフラム及びプレートがコンデンサの対向電極を形成している。
【０００３】
このようなコンデンサマイクロホンでは、音波によってダイヤフラムが振動すると、その変位によりコンデンサの静電容量が変化し、その容量変化が電気信号に変換されて出力される。コンデンサマイクロホンの感度は、対向電極間の距離に対するダイヤフラムの変位の割合を大きくすること、即ちダイヤフラムの振動特性を改善することにより、また、コンデンサの容量変化になんら寄与しない寄生容量を低減することにより向上する。
【０００４】
非特許文献１には、プレート及びダイヤフラムのそれぞれを導電性の薄膜で構成したコンデンサマイクロホンが開示されている。しかし、ダイヤフラムの全周囲がスペーサに固定されているため、ダイヤフラムに音波が伝搬すると、ダイヤフラムの振動による変位は中央部で大きいものの、スペーサに固定されている外周では極めて小さい。この結果、ダイヤフラムの振動が効率よく容量変化として検知されるのは主にダイヤフラムの中央部であって、ダイヤフラムの外周部は殆ど寄生容量を生じるのみである。そして、この寄生容量はコンデンサマイクロホンの感度を低下させる要因となっている。
【０００５】
特許文献１、２には、ダイヤフラムの支持部分にスプリングとして働く構造を設けることにより、ダイヤフラムの振動特性を改善し、感度を向上させたコンデンサマイクロホンが開示されている。具体的には、ダイヤフラムにスリットを設けて、そのスリットに挟まれた領域にスプリング機能を持たせている。しかし、このスプリング機能を持たせた領域を含めてダイヤフラムの全体に対応するプレートが配設されているため、ダイヤフラムの振動による変位が小さい領域ではやはり寄生容量を生じ、コンデンサマイクロホンの感度低下の要因となる。
【０００６】
特許文献３には、可動電極をなすダイヤフラムに対向するプレートを絶縁性材料によって形成し、このプレートのダイヤフラムに対する対向面（以下、「ダイヤフラム対向面」という）のうち、ダイヤフラムの中央部に対応する部分のみに背面電極を設けることにより、ダイヤフラムの中央部のみの容量変化を効率的に検知し、ダイヤフラムの外周部での寄生容量を低減して、感度を向上させたコンデンサマイクロホンが開示されている。しかし、絶縁性材料からなるプレートのダイヤフラム対向面の一定部分のみに背面電極を設ける必要があるため、製造工程が複雑となり、製造歩留まりが低下して、製造コストが増大するという問題がある。また、ダイヤフラムとプレートとの間に介在する犠牲層をエッチング除去して空隙を形成する工程においては、プレートの背面電極を固定している絶縁性材料も少なからずエッチングされることから、この対策を製造プロセスに組み入れる必要が生じるため、更に製造コストの増大を招くことになる。
【０００７】
【非特許文献１】電気学会ＭＳＳ−０１−３４
【特許文献１】特開平９−５０８７７７
【特許文献２】米国特許第４７７６０１９号
【特許文献３】特表２００４−５０６３９４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、製造工程を複雑にすることなく、ダイヤフラムの振動特性を改善し、コンデンサの寄生容量を低減して、マイクロホン感度を向上させたコンデンサマイクロホンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）上記の目的を達成するためのコンデンサマイクロホンは、中央部と前記中央部から外側に放射状に延びる複数の腕部とを有し、音波を受けて振動する導電性のダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに対向して設けられている導電性のプレートと、前記ダイヤフラムに対して前記プレートの反対側に設けられ、前記ダイヤフラムに前記プレートの反対側から加わる圧力を緩和するためのキャビティを形成している基板と、前記ダイヤフラムの複数の前記腕部の先端部に下端面が接合されているスペーサと、前記スペーサの上端面に内側端部が接合されている懸架部と、前記懸架部の外側端部を前記基板上に支持する絶縁性の第１支持部と、前記プレートの外縁部を前記基板上に支持する絶縁性の第２支持部と、を有し、前記ダイヤフラムの前記中央部と前記プレートとの間に空隙を形成している支持手段と、を備える。
このようなコンデンサマイクロホンにおいては、ダイヤフラムが中央部とその中央部から外側に放射状に延びる複数の腕部とを有する特異な平面形状をなしているため、音波に対するダイヤフラムの振動特性が良好になる。また、ダイヤフラムが、第１支持部によって基板上に支持された懸架部からスペーサを介して吊り下げられている構造となっているため、ダイヤフラムの応力が緩和され、その振動特性が更に改善される。また、互いに対向するダイヤフラムとプレートとの間において、少なくともダイヤフラムの複数の腕部に挟まれた切り欠き部では対応関係を生じないため、その部分での寄生容量は生じず、全体として寄生容量は減少する。また、ダイヤフラム及びプレートの双方が導電性材料から形成されるため、絶縁性材料からなるプレートのダイヤフラム対向面の一定部分のみに電極を設けるような複雑な製造工程は必要でなく、製造工程の簡略化が図れる。従って、製造工程を複雑にすることなく、ダイヤフラムの振動特性を改善し、コンデンサの寄生容量を低減して、マイクロホン感度を向上させることができる。
尚、本願明細書において、ダイヤフラムとプレートとが「対向」するとは、ダイヤフラムを含む平面とプレートを含む平面とが平行又は略平行な位置関係にあることを意味し、また、「対応」関係にあるとは、ダイヤフラムのある部分とプレートのある部分とが重なり合う位置関係にあることを意味する。
【００１０】
（２）上記のコンデンサマイクロホンにおいて、前記プレートは、中心から外縁までの距離が前記ダイヤフラムの前記中央部の中心から前記腕部の先端までの距離よりも短いことが好適である。
この場合、プレートの外縁より外側に位置するダイヤフラムの少なくとも腕部の一部を含む部分でも、ダイヤフラムとプレートとの対応関係を生じないため、その部分での寄生容量は生じず、全体としての寄生容量は更に減少する。また、プレートの平面形状をダイヤフラムと比較して相対的に小さくすることが可能になるため、プレートの剛性が相対的に高まり、その結果、マイクロホン動作の安定性を劣化させることなく、ダイヤフラムを大きくすることができる。従って、コンデンサの寄生容量の更なる低減とダイヤフラムの振動特性の更なる改善を実現して、マイクロホン感度を向上させることができる。
【００１１】
（３）上記のコンデンサマイクロホンにおいて、前記プレートは、前記ダイヤフラムの前記腕部に対応する部分が切り欠かれていることが好適である。
この場合、プレートとダイヤフラムの腕部との間では寄生容量が生じず、プレートとダイヤフラムの中央部との間において主要に静電容量が生じるため、全体としての寄生容量が大幅に減少する。従って、コンデンサの寄生容量の更なる低減を実現して、マイクロホン感度を向上させることができる。
【００１２】
（４）上記のコンデンサマイクロホンにおいて、前記第２支持部は、前記ダイヤフラムの複数の前記腕部の間に位置していることが好適である。
この場合、プレートの外縁部を支える第２支持部がダイヤフラムの複数の腕部の間、即ち複数の腕部に挟まれた切り欠き部に位置することから、プレートの平面形状がダイヤフラムと比較して相対的に小さくなるため、プレートの剛性が相対的に高まり、その結果、マイクロホン動作の安定性を劣化させることなく、ダイヤフラムを大きくすることができる。更に、ダイヤフラム及びプレートをそれぞれ基板上に支持する構造となっていることから、特に複雑な製造工程を必要とすることもない。従って、製造工程を複雑にすることなく、ダイヤフラムの振動特性の更なる改善を実現して、マイクロホン感度を向上させることができる。
【００１３】
（５）上記のコンデンサマイクロホンにおいて、前記懸架部は、前記プレートと同一材料からなり、前記プレートと同時的に形成されたものであることが好適である。
この場合、懸架部を形成するために独立した工程を必要とせず、プレートを形成する工程において、同時的に懸架部を形成することが可能となる。従って、製造工程が複雑になることを回避することができる。
【００１４】
（６）上記のコンデンサマイクロホンにおいて、前記懸架部に、複数の通孔が設けられていることが好適である。
この場合、複数の通孔が設けられている分だけ懸架部の剛性が低くなり、ダイヤフラムの振動の際の懸架部における変形が容易になって中央部における変位が大きくなるため、ダイヤフラムの振動特性が更に良好になる。また、これら懸架部に設けられた複数の通孔は、コンデンサマイクロホンの製造工程において、プレートとダイヤフラムとの間に介在する犠牲層をエッチング除去し、その間に空隙を形成する際に、エッチング液の進入孔としても機能する。従って、製造工程を簡略化することに寄与することができる。
【００１５】
（７）上記のコンデンサマイクロホンにおいて、前記基板の前記キャビティの周囲部分と前記ダイヤフラムとによって、複数の前記腕部間の音響抵抗よりも高い音響抵抗が形成されていることが好適である。
この場合、ダイヤフラムが複数の腕部とを有する平面形状をなしていても、基板のキャビティの周囲部分とダイヤフラムとによって、複数の腕部間の音響抵抗よりも高い音響抵抗が形成されているため、ダイヤフラムに達した音波がその複数の腕部間を通り抜けにくい。
【００１６】
（８）上記のコンデンサマイクロホンにおいて、前記キャビティは、前記ダイヤフラムの外縁の内側に沿って形成されている開口部を有することが好適である。
この場合、キャビティは、その開口部がダイヤフラムのほぼ全体に対応していることにより十分な容積を持ち、その結果、キャビティの空気ばね定数は十分に小さくなるため、ダイヤフラムの振動特性を良好に維持することが可能である。従って、マイクロホン感度を向上させることができる。また、キャビティの開口部はダイヤフラムの外縁の内側に沿って形成されていることから、キャビティ周囲の基板とダイヤフラムとの間に通路が形成され、この通路によってダイヤフラムの複数の腕部間の音響抵抗よりも高い音響抵抗が形成されるため、ダイヤフラムに達した音波がその複数の腕部間を通り抜けにくい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、複数の実施例に基づいて本発明の実施の形態を説明する。各実施例において同一の符号が付された構成要素は、その符号が付された他の実施例の構成要素と対応する。
（第一実施例）
図１Ａは第一実施例に係るコンデンサマイクロホンの構成を模式的に示す平面図、図１Ｂは図１ＡのＡ−Ａ'線断面図、図１Ｃは図１ＡのＢ−Ｂ'線断面図である。
【００１８】
図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃに示すように、コンデンサマイクロホンは、コンデンサの対向電極を構成するダイヤフラム１０及びプレートとしてのバックプレート２０、これらダイヤフラム１０及びバックプレート２０を絶縁しながら支持する支持手段が設けられた支持基板３０等を有している。
【００１９】
ダイヤフラム１０は、例えばＰ（リン）が不純物として添加されたポリシリコンを材料とする導電性の薄膜からなり、円盤状の中央部１２とその中央部１２から外側に放射状に延びる例えば６本の腕部１４とを有する略歯車形状をなしている。ここで、ダイヤフラム１０の厚さは０．５μｍ程度であり、その中央部１２の半径は０．３５ｍｍ程度であり、腕部１４の長さは０．１５ｍｍ程度である。
【００２０】
バックプレート２０は、ダイヤフラム１０との間に所定の間隔、例えば４μｍ程度の間隔の空隙４０をおいて平行に配置されている。このバックプレート２０も、例えばＰが添加されたポリシリコンを材料とする導電性の薄膜からなり、円盤状の中央部２２とその中央部２２から外側に放射状に延びる例えば６本の腕部２４とを有する略歯車形状をなしている。その中央部２２及び６本の腕部２４には、多数の通孔２６が連続的に設けられている。これらの通孔２６は、外部からの音波を通過させてダイヤフラム１０に到達させるための音響ホールとして機能するものである。ここで、バックプレート２０の厚さは１．５μｍ程度、その中央部２２の半径は０．３ｍｍ程度、腕部２４の長さは０．１ｍｍ程度である。
【００２１】
尚、バックプレート２０の中央部２２は、ダイヤフラム１０と同心円状に配置され、且つ、バックプレート２０の中央部２２の半径は、ダイヤフラム１０の中央部１２の半径よりも小さい。また、バックプレート２０の６本の腕部２４は、ダイヤフラム１０の６本の腕部１４に挟まれた６箇所の切り欠き部に対応する位置にある。逆に、ダイヤフラム１０の６本の腕部１４は、バックプレート２０の６本の腕部２４に挟まれた６箇所の切り欠き部に対応する位置にある。そして、バックプレート２０の中央部２２の中心から腕部２４の先端までの距離は、ダイヤフラム１０の中央部１２の半径よりも長く、且つ、ダイヤフラム１０の中央部１２の中心から腕部１４の先端までの距離よりも短い。
【００２２】
ダイヤフラム１０の６本の腕部１４の先端部には、絶縁性のスペーサ５２の下端面が接合されている。このスペーサ５２の上端面には、懸架部２０ｂの内側端部が接合されている。この懸架部２０ｂは、プレート２０と同一材料、即ち導電性のポリシリコン薄膜からなり、プレート２０と同時的に形成されるものである。そして、その外側端部は、ダイヤフラム１０の略歯車形状の外縁の外側を円周状に取り巻く帯形状をなしている。この懸架部２０ｂの外側端部は、絶縁性の第１支持部５４ｂによって支持基板３０上に支えられている。懸架部２０ｂのスペーサ５２と第１支持部５４ｂとに挟まれた部分には、複数の通孔２６ａが設けられている。また、バックプレート２０の６本の腕部２４の先端部は、ダイヤフラム１０の６本の腕部１４に挟まれた６箇所の切り欠き部に位置する絶縁性の第２支持部５４によって支持基板３０上に支えられている。これら絶縁性のスペーサ５２及び第１支持部５４ｂは、例えばシリコン酸化膜からなる。
【００２３】
バックプレート２０を支持する第２支持部５４は、絶縁膜５４１、５４３と導電膜５４２とからなる。絶縁膜５４１、５４３は例えばシリコン酸化膜からなる。導電膜５４２は、導電膜であるダイヤフラム１０と同時に形成されることが望ましく、例えばＰ（リン）が不純物として添加されたポリシリコンからなる。導電膜５４２は、後述するように、バックプレート２０または基板３０と同一電位に設定され、コンデンサマイクロホンの寄生容量を低減するためのガード電極として機能する。尚、導電膜５４２を省略しても良い。
【００２４】
支持基板３０は、例えば厚さ５００〜６００μｍのシリコン基板からなり、ダイヤフラム１０の略歯車形状に対応する位置に、支持基板３０を貫通してダイヤフラム１０に達する開口部からなるキャビティ３２が設けられている。このキャビティ３２は、ダイヤフラム１０の略歯車形状の外縁の内側に沿って形成され、ダイヤフラム１０に反プレート側から加わる圧力を緩和するための圧力緩衝室として機能するものである。また、キャビティ３２周囲の支持基板３０とダイヤフラム１０とによって、ダイヤフラム１０の腕部１４間の音響抵抗よりも高い音響抵抗を形成する通路３４が設けられている。そしてこの通路３４の高さＨ（即ち、ダイヤフラム１０と支持基板３０との間隔）及び長さＬ（即ち、ダイヤフラム１０の略歯車形状の外縁からキャビティ３２の端部までの距離）によって音響抵抗を制御し、ダイヤフラム１０の腕部１４間の音響抵抗よりも高い音響抵抗を形成して、ダイヤフラム１０に達した音波がその複数の腕部１４間を通り抜けて漏れてしまわないようにしている。ここで、通路３４の高さＨは、例えば２μｍであり、その長さＬは、例えば１５μｍｍである。
【００２５】
図４Ａは、ダイヤフラム１０とバックプレート２０との間の静電容量の変化を電気信号として検出する検出回路を説明するための回路図である。
ダイヤフラム１０にはチャージポンプＣＰ等によって安定したバイアス電圧が印加される。バックプレート２０とダイヤフラム１０の容量変化は電圧信号としてアンプＡに入力される。基板３０とダイヤフラム１０とが短絡されているため、図１Ｃ、図４Ｂに示す導電膜５４２が存在しなければ、バックプレート２０と基板３０との間に寄生容量が形成される。
【００２６】
導電膜５４２を設ける場合、図４Ｂに示すようにプリアンプＡの出力端を導電膜５４２に接続し、プリアンプＡによってボルテージフォロア回路を構成することにより導電膜５４２をガード電極として機能させることができる。すなわち、バックプレート２０と導電膜５４２とをボルテージフォロア回路によって同電位に制御することにより、バックプレート２０と導電膜５４２との間に生ずる寄生容量を除去することができる。また基板３０とダイヤフラム１０とを短絡しておくことにより、導電膜５４２と基板３０との間の容量がプリアンプＡの出力と無関係になる。このように導電膜５４２を設けてガード電極を構成することにより、コンデンサマイクロホンの寄生容量をさらに低減することができる。
【００２７】
以上のように、第一実施例に係るコンデンサマイクロホンによれば、ダイヤフラム１０及びバックプレート２０が共に略歯車形状をなし、ダイヤフラム１０の中央部１２とバックプレート２０の中央部２２とが対応する位置にある。その一方で、バックプレート２０の６本の腕部２４はダイヤフラム１０の６本の腕部１４に挟まれた６箇所の切り欠き部に位置し、ダイヤフラム１０の６本の腕部１４はバックプレート２０の６本の腕部２４に挟まれた６箇所の切り欠き部に位置するため、ダイヤフラム１０及びバックプレート２０の各腕部１４，２４では対応関係が生じず、その結果、寄生容量が生じない。従って、全体としては、ダイヤフラム１０及びバックプレート２０の各中央部１２、２２間において主要に静電容量が生じ、この静電容量がコンデンサの容量変化に寄与する信号容量となる一方、他の部分における寄生容量が大幅に減少するため、マイクロホン感度を大幅に改善することができる。
【００２８】
また、ダイヤフラム１０は、その６本の腕部１４の先端部がスペーサ５２、懸架部２０ｂ、及び第１支持部５４ｂによって吊り下げられている構造であり、ダイヤフラム１０の中央部１２の中心からスペーサ５２までの距離がバックプレート２０の中央部２２の中心から６本の腕部２４の先端部を支える第２支持部５４までの距離よりも長いため、ダイヤフラムの外縁部が直接に支持基板上に下支えされている構造と比較しても、ダイヤフラム及びバックプレートの平面形状がほぼ同じ場合と比較しても、ダイヤフラム１０の振動特性を改善することができる。
【００２９】
また、バックプレート２０は、その中央部２２の半径がダイヤフラム１０の中央部１２の半径よりも小さく、且つ、その中央部２２の中心から第２支持部５４までの距離がダイヤフラム１０の中央部１２の中心からスペーサ５２までの距離よりも短いため、ダイヤフラム及びバックプレートの平面形状がほぼ同じ場合と比較すると、バックプレート２０の剛性は高くなり、マイクロホン動作の安定性を劣化させることなく、ダイヤフラム１０を大きくすることができ、ダイヤフラム１０の振動特性を改善することができる。
また、懸架部２０ｂに複数の通孔２６ａが設けられていることにより、その懸架部２０ｂの腕部１４の剛性が低下し、振動の際の懸架部２０ｂにおける変形が容易になるため、ダイヤフラム１０の振動特性を更に良好することができる。
【００３０】
本願発明者らは、上記のような第一実施例に係るコンデンサマイクロホンの効果を確認するため、次の実験及びシミュレーションを行った。
ここで、図２Ａ、図２Ｂはそれぞれ従来のコンデンサマイクロホンの構成を模式的に示す平面図及び断面図、図３Ａ、図３Ｂはそれぞれ実験のために用意したコンデンサマイクロホンの構成を模式的に示す平面図及び断面図である。
【００３１】
図２Ａ、図２Ｂに示すように、従来構造のコンデンサマイクロホンは、第一実施例のダイヤフラム１０の中央部１２の中心から腕部１４の先端までの距離と同等の半径をもつ円盤状のダイヤフラム１００が、その全周囲を第１支持部５００によって支持基板３００上に支えられている。また、円盤状のバックプレート２００が、ダイヤフラム１００の全面を覆って配置され、その全周囲を第２支持部５４０によって支持基板３００上に支えられている。
【００３２】
また、図３Ａ、図３Ｂに示すように、実験用構造のコンデンサマイクロホンは、上記従来の構造のコンデンサマイクロホンのバックプレート２００の周辺部分で、ダイヤフラム１００の第１支持部５００によって支えられている外周近傍に対応する位置に、寄生容量を低減するための６箇所の切り欠き部７００を設けたものである。
そして、これら図２Ａ、図２Ｂに示す従来構造及び図３Ａ、図３Ｂに示す実験用構造並びに図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃに示す第一実施例との各コンデンサマイクロホンについて、電極耐圧、振動変位量、及びマイクロホン感度を測定したところ、次の表に示す結果を得た。
【００３３】
【表１】
0004770692.tif 000002
【００３４】
ここで、電極耐圧とは、ダイヤフラムと支持基板との間に犠牲酸化膜が介在した状態、即ちダイヤフラム全体を支持基板に固定した状態で、ダイヤフラムとバックプレートとの間に電圧を印加し、静電引力によって変形したバックプレートがダイヤフラムに接触して通電する際の電圧値をいい、バックプレートの強度の目安となるものである。
また、振動変位量とは、ダイヤフラムに所定の音圧を与えたときのダイヤフラムの中央部における変位量をいう。
また、マイクロホン感度は、ダイヤフラムに所定の音圧を与えたときのマイクロホンの出力電圧をいい、次式で表される。
マイクロホン感度
∝振動変位量×電極間印加電圧×｛信号容量／（信号容量＋寄生容量）｝
また、表中の数字は、従来構造のコンデンサマイクロホンの場合の電極耐圧、振動変位量、マイクロホン感度をそれぞれ１．０と規定し、この基準に対する相対値として表示している。
【００３５】
上記の表において、実験用構造の電極耐圧が、従来構造の場合の０．８倍に低下している。これは、寄生容量を低減するための切り欠き部１２１の設置によってバックプレート１２０の強度が低下したことに起因するものと考えられる。このような電極耐圧の低下はマイクロホン動作の不安定性を招く要因となる。
【００３６】
また、第一実施例のバックプレート２０が略歯車形状をなし、外周に切り欠き部を設けたものと同等の構造であるにも拘らず、電極耐圧が従来構造の場合の１．２倍に高くなっている。これは、第一実施例のバックプレート２０の腕部２４の先端部を支える第２支持部５４がダイヤフラム１０の腕部１４に挟まれた切り欠き部に位置し、バックプレート２０の中央部２２の中心から第２支持部５４までの距離が従来構造のダイヤフラム１００の中心から第１支持部５００までの距離より短くなっており、従ってバックプレート２０の剛性が相対的に高くなっていることに起因するものと考えられる。このような電極耐圧の増大は、マイクロホン動作の安定性を高めることに寄与する。
【００３７】
また、第一実施例のダイヤフラム１０の振動変位量が従来構造の場合の８．０倍に高くなっている。これは、第一実施例のダイヤフラム１０が略歯車形状をなし、その腕部１４の先端部が支えられている構造であることによる２倍の効果と、更にこの腕部１４の先端部を支える構造がスペーサ５２や懸架部２０等によって吊り下げられている構造であることによる４倍の効果とからなるものであり、ダイヤフラム１１０の全周囲が下支え構造によって固定されている従来構造と比較して、ダイヤフラム１０の振動特性が大幅に改善されていることに起因するものと考えられる。
【００３８】
また、第一実施例のマイクロホン感度が従来構造の場合の１２．０倍に高くなっている。これは、第一実施例のダイヤフラム１０の振動変位量が従来構造の場合より大幅に高くなっていることに加え、前述したようにダイヤフラム１０及びバックプレート２０の各中央部１２、２２間において主要に静電容量が生じる一方、各腕部１４，２４では対応関係が生じないため寄生容量が生じず、従って全体として寄生容量が大幅に減少していることに起因するものと考えられる。
【００３９】
次に、第一実施例に係るコンデンサマイクロホンの製造方法を説明する。
第一実施例に係るコンデンサマイクロホンは、所謂シリコンマイクロホンであって、半導体製造プロセスを用いて製造されるが、基本的には、通常のシリコンマイクロホンの製造方法と同様である。
先ず、例えば単結晶シリコン基板等の半導体基板からなる支持基板３０上に、例えばシリコン酸化膜からなる第１絶縁膜（第１犠牲膜）を介して、例えばＰが添加されたポリシリコン層からなる第１導電層を形成し、この第１導電層を所定の形状にエッチングして、ダイヤフラム１０とガード電極５４２とを形成する。このダイヤフラム１０は、図１Ａに示すように、その平面形状が円盤状の中央部１２とその中央部１２から外側に放射状に延びる６本の腕部１４とを有する略歯車形状をなす。
【００４０】
次いで、ダイヤフラム１０及び第１絶縁膜上に、例えばシリコン酸化膜からなる第２絶縁膜（第２犠牲膜）を介して、例えばＰが添加されたポリシリコン層からなる第２導電層を形成し、この第２導電層を所定の形状にエッチングして、バックプレート２０及び懸架部２０ｂを形成する。このバックプレート２０は、図１Ａに示すように、その平面形状が円盤状の中央部２２とその中央部２２から外側に放射状に延びる６本の腕部２４とを有する略歯車形状をなすと共に、懸架部２０ｂに複数の通孔２６ａが形成されている。
【００４１】
また、図１Ａに示すように、バックプレート２０の中央部２２は、ダイヤフラム１０の中央部１２に同心円状に対応し、且つ、バックプレート２０の中央部２２の半径は、ダイヤフラム１０の中央部１２の半径よりも小さい。また、バックプレート２０の６本の腕部２４は、ダイヤフラム１０の６本の腕部１４に挟まれた６箇所の切り欠き部に対応する位置にある。逆に、ダイヤフラム１０の６本の腕部１４は、バックプレート２０の６本の腕部２４に挟まれた６箇所の切り欠き部に対応する位置にある。そして、バックプレート２０の中央部２２の中心から腕部２４の先端までの距離は、ダイヤフラム１０の中央部１２の半径よりも長く、且つ、ダイヤフラム１０の中央部１２の中心から腕部１４の先端までの距離よりも短い。
【００４２】
また、図１Ａに示すように、懸架部２０ｂは、その内側端部がダイヤフラム１０の６本の腕部１４の先端部とオーバーラップする位置にあり、その外側端部がダイヤフラム１０の略歯車形状の外縁の外側を円周状に取り巻く帯形状をなしている。
次いで、バックプレート２０及び懸架部２０ｂ並びに第２絶縁膜５２ａの上に、例えばシリコン酸化膜からなる第３絶縁膜５６を形成した後、支持基板３０裏面を研削してその厚さを調整する。続いて、例えばディープＲＩＥと通称される異方性エッチング技術により支持基板３０を選択的にエッチング除去して、第１絶縁膜に達する開口部を形成する。この開口部は、ダイヤフラム１０の略歯車形状の外縁の内側に沿った位置にある。
【００４３】
次いで、所定のフォトレジストパターンをマスクとして用い、例えばバッファードフッ酸（Buffered HF）を使用したウェットエッチング技術により第３絶縁膜、第２絶縁膜、及び第１絶縁膜を選択的にエッチング除去する。このとき、バックプレート２０の中央部２２及び腕部２４に形成された複数の通孔２６並びに懸架部２０ｂに形成された複数の通孔２６ａは、バックプレート２０とダイヤフラム１０との間に介在する第２絶縁膜をエッチング除去する際に、エッチング液の進入孔として機能する。また、バッファードフッ酸は、支持基板３０の開口部側からも第１絶縁膜等を選択的にエッチング除去する。
【００４４】
このようにしてバックプレート２０とダイヤフラム１０との間の第２絶縁膜を除去し、そこに空隙４０を形成する。また、第１絶縁膜を除去し、支持基板３０の開口部をダイヤフラム１０に達するまで拡大してキャビティ３２を形成すると共に、このキャビティ３２周囲の支持基板３０とダイヤフラム１０との間に所望の音響抵抗を形成するための通路３４を形成する。
【００４５】
同時に、ダイヤフラム１０の６本の腕部１４の先端部と懸架部２０ｂとの間には、意図的に第２絶縁膜を残存させて、スペーサ５２を形成する。また、懸架部２０ｂと支持基板３０との間には、意図的に第１絶縁膜と第２絶縁膜とが積層された積層絶縁膜を残存させて、第１支持部５４ｂを形成する。更に、バックプレート２０の６本の腕部２４の先端部と支持基板３０との間にも、意図的に積層絶縁膜を残存させて、第２支持部５４を形成する。
このようにして図１Ａ、Ｂ、Ｃに示す第一実施例に係るコンデンサマイクロホンを作製する。
【００４６】
以上のように、第一実施例に係るコンデンサマイクロホンの製造方法によれば、各フォトリソグラフィ工程において使用するレジストマスクのパターンが異なるだけで、従来の製造プロセスを殆どそのまま踏襲することが可能であり、絶縁性材料からなるプレートのダイヤフラム対向面の一定部分のみに背面電極を設ける工程等、製造歩留まりの低下を招くような工程を必要としないため、製造コストを増大させないようにすることができる。
【００４７】
（第二実施例）
第二実施例に係るコンデンサマイクロホンは、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃに示す第一実施例に係るコンデンサマイクロホンにおいて、バックプレート２０の全体を円盤形状とし、その半径をダイヤフラム１０の中央部１２の半径よりも長く、且つ、ダイヤフラム１０の中央部１２の中心から懸架部２０ｂの内側端までの距離よりも短くしたものである。
【００４８】
この場合でも、ダイヤフラム１０は中央部１２と６本の腕部１４とを有する略歯車形状をなしているため、ダイヤフラム１０の腕部１４に挟まれた切り欠き部においては、バックプレート２０との間に対応関係が生じず、その結果、寄生容量が生じない。また、バックプレート２０の外縁の外側に位置するダイヤフラム１０の腕部１４においても、同様に寄生容量が生じない。従って、図２Ａ、図２Ｂに示す従来構造の場合と比較すると、全体として寄生容量を減少させることができる。
但し、ダイヤフラム１０の腕部１４のうち、円盤形状のバックプレート２０の外周より内側の部分は、バックプレート２０との間で寄生容量を生じるため、第一実施例の場合と比較すると、その分だけ寄生容量が増大する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１Ａは第一実施例に係るコンデンサマイクロホンの構成を模式的に示す平面図、図１Ｂは図１ＡのＡ−Ａ'線断面図、図１Ｃは図１Ｂの一部拡大図である。
【図２】図２Ａは従来構造のコンデンサマイクロホンの構成を模式的に示す平面図、図２Ｂはその断面図である。
【図３】図３Ａは実験用構造のコンデンサマイクロホンの構成を模式的に示す平面図、図３Ｂはその断面図である。
【図４】図４Ａ、図４Ｂはともに第一実施例に係る回路図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０：ダイヤフラム、１２：中央部（ダイヤフラムの中央部）、１４：腕部（ダイヤフラムの腕部）、２０：バックプレート、２０ｂ：懸架部、２２：中央部（バックプレートの中央部）、２４：腕部（バックプレートの腕部）、２６、２６ａ：通孔、３０：支持基板、３２：キャビティ、３４：通路、４０：空隙、５２：スペーサ、５４：第２支持部、５４ｂ：第１支持部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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