(57)【要約】【課題】感度が高いコンデンサマイクロホンを提供する。【解決手段】固定電極を有しているプレートと、前記プレートの外側に形成され前記プレートを支持している支持部と、可動電極を有し、前記プレートとの間に空隙を形成しながら前記支持部に両持ち梁状に支持され、音波によって樋状に変形して振動するダイヤフラムと、を備える。【選択図】図１
2007228345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定電極を有しているプレートと、
前記プレートの外側に形成され前記プレートを支持している支持部と、
可動電極を有し、前記プレートとの間に空隙を形成しながら前記支持部に両持ち梁状に支持され、音波によって樋状に変形して振動するダイヤフラムと、
を備えるコンデンサマイクロホン。
【請求項２】
固定電極を有しているプレートと、
前記プレートの外側に形成され前記プレートを支持している支持部と、
可動電極を有し、前記プレートとの間に空隙を形成しながら前記支持部に支持され、音波によって振動するダイヤフラムと、を備え、
前記ダイヤフラムは略四角形であり、対向する一組の端部が前記支持部に固定され、対向する他組の端部が前記支持部から遊離している、
ことを特徴とするコンデンサマイクロホン。
【請求項３】
前記ダイヤフラムは、架設方向の中央部から前記一組の端部までうねりながら伸び、前記中央部の残留応力を変形により吸収しているばね部を有する、
請求項２に記載のコンデンサマイクロホン。
【請求項４】
前記ダイヤフラムは架設方向に長い略矩形である、
請求項２又は３に記載のコンデンサマイクロホン。
【請求項５】
前記プレートは、前記ダイヤフラムの前記一組の端部の内側で前記ダイヤフラムと立体交差し、前記ダイヤフラム上の前記プレートの端部が前記支持部から遊離している、
請求項２から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】
前記ダイヤフラムは、前記他組の端部間の幅が前記一組の端部から離間するほど狭くなっている、
請求項２から５のいずれか一項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関する。
【背景技術】
【０００２】
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や加速度センサが知られている。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とプレートとのそれぞれに電極を有し、ダイヤフラムとプレートとは支持部によって互いに離間した状態で支持されている。コンデンサマイクロホンは、電極間に形成されるコンデンサ（以下、マイクコンデンサという。）のダイヤフラムの振動による静電容量の変化を電気信号に変換して出力する。
特許文献１には、ダイヤフラムの端部が全周で支持部に固定されているコンデンサマイクロホンが開示されている。特許文献１に記載されているコンデンサマイクロホンでは、ダイヤフラム全周の近端部（近端部とは端に近い部分を意味する。）が殆ど変位しないため、ダイヤフラム全体で均したダイヤフラムの音波による振幅は小さくなり十分な感度が得られない。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−９５０９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上述の問題を解決するためになされたものであって、感度が高い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】
【０００５】
（１）上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンは、固定電極を有しているプレートと、前記プレートの外側に形成され前記プレートを支持している支持部と、可動電極を有し、前記プレートとの間に空隙を形成しながら前記支持部に両持ち梁状に支持され、音波によって樋状に変形して振動するダイヤフラムと、を備える。
ダイヤフラムは両持ち梁状に支持部に支持されているため、音波によって樋状に変形して振動する。ダイヤフラムの樋状の振動によると、ダイヤフラムの自由端が音波によって変位することにより、従来の端部が全周で固定されたダイヤフラムの略円錐状の振動と比べて、ダイヤフラム全体で均したダイヤフラムの音波による振幅は大きい。ここでダイヤフラム全体で均したダイヤフラムの振幅は、ダイヤフラム全体がプレートに対して平行に振動する仮想的なコンデンサの振幅であって、マイクコンデンサの音波によって変動する容量成分（以下、可変容量という。）を表すものである。このようにダイヤフラムを樋状に振動させることでマイクコンデンサの可変容量を増大させることができるため、コンデンサマイクロホンの感度を高めることができる。
【０００６】
（２）上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンは、固定電極を有しているプレートと、前記プレートの外側に形成され前記プレートを支持している支持部と、可動電極を有し、前記プレートとの間に空隙を形成しながら前記支持部に支持され、音波によって振動するダイヤフラムと、を備え、前記ダイヤフラムは略四角形であり、対向する一組の端部が前記支持部に固定され、対向する他組の端部が前記支持部から遊離している。
ダイヤフラムは略四角形であり、対向する一組の端部が支持部に固定され、対向する他組の端部が支持部から遊離している。このようなダイヤフラムのダイヤフラム全体で均した音波による振幅は、ダイヤフラムの支持部から遊離している他組の端部が音波によって変位することにより、従来の端部が全周で固定されたダイヤフラムに比べて大きい。したがって、このようにダイヤフラムの他組の端部を支持部から遊離させることにより、ダイヤフラムのダイヤフラム全体で均した音波による振幅を大きくすることができるため、コンデンサマイクロホンの感度を高めることができる。
【０００７】
（３）上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンにおいて、前記ダイヤフラムは、架設方向の中央部から前記一組の端部までうねりながら伸び、前記中央部の残留応力を変形により吸収しているばね部を有してもよい。
ばね部は、ダイヤフラムの架設方向の中央部（以下、中央部という。）から支持部に固定されている一組の端部までうねりながら伸び、ダイヤフラム中央部の残留応力を変形により吸収している。このようにしてダイヤフラム中央部の残留応力を緩和することにより、ダイヤフラム中央部を音波によって大きな振幅で振動させることができるため、コンデンサマイクロホンの感度を高めることができる。
【０００８】
（４）上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンにおいて、前記ダイヤフラムは架設方向に長い略矩形でもよい。
ダイヤフラムを剛性の低い長手方向に架設することにより、ダイヤフラムの音波による振幅を増大させることができるため、コンデンサマイクロホンの感度を高めることができる。
【０００９】
（５）上記目的を達成するため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一組の端部の内側で前記ダイヤフラムと立体交差し、前記ダイヤフラム上の前記プレートの端部が前記支持部から遊離してもよい。
プレートはダイヤフラムの一組の端部の内側でダイヤフラムと立体交差し、プレートのダイヤフラム上の端部は支持部から遊離している。すなわち、プレートはダイヤフラムの一組の端部には少なくとも対向しない。この結果、プレート及びダイヤフラムが導電性を有しているとしても、ダイヤフラムの支持部に固定されている一組の端部とプレートとの間に静電容量が生じることはない。このようにしてマイクコンデンサの音波によって変動しない容量成分（以下、不変容量という。）を低減することができるため、コンデンサマイクロホンの感度を高めることができる。
【００１０】
（６）上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンにおいて、前記ダイヤフラムは、前記他組の端部間の幅が前記一組の端部から離間するほど狭くなっていてもよい。
上述したようにダイヤフラムの他組の端部は支持部から遊離しているため、ダイヤフラムの他組の端部に近い部分（以下、他組の近端部という。）の残留応力は緩和される。この結果、ダイヤフラムの他組の近端部がそれよりも内側の部分に対して垂れ下がることがある。このとき、他組の近端部の残留応力は支持部に固定されている一組の端部から離間するほど効果的に緩和されるため、他組の近端部の垂れ下がる部分の幅は一組の端部から離れるほど広くなる。そこでこのコンデンサマイクロホンでは、ダイヤフラムの他組の端部間の幅を一組の端部から離れるほど狭くすることにより、他組の近端部が垂れ下がることを防止している。
【００１１】
尚、本明細書において、「・・・上に形成する」とは、技術上の阻害要因がない限りにおいて、「・・・上に直に形成する」と、「・・・上に中間物を介して形成する」の両方を含む意味とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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１と図２は、本発明の第一実施例によるコンデンサマイクロホンの構成を示す模式図である。図１（Ａ）は図２のＡ１−Ａ１線による断面図であり、図１（Ｂ）は図２のＢ１−Ｂ１線による断面図である。図２（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ２−Ｂ２線による断面図である。
【００１３】
本発明の第一実施例によるコンデンサマイクロホン１は、半導体製造プロセスを用いて製造される所謂シリコンマイクロホンである。コンデンサマイクロホン１は、図１（Ａ）、（Ｂ）に断面図として描かれた感音部と、図１（Ａ）に回路図として描かれた検出部とを備えている。以下、感音部の構成、検出部の構成、コンデンサマイクロホン１の製造方法の順に説明する。
【００１４】
（感音部の構成）
図１に示すように、コンデンサマイクロホン１の感音部は、ダイヤフラム１０、バックプレート３０、支持部４０等を有している。
ダイヤフラム１０は導電膜１２２の絶縁膜１１０に固着していない部分で構成されている。導電膜１２２は、例えば多結晶シリコン（以下、ポリシリコンという。）等の半導体膜である。導電膜１２２は可動電極としても機能する。ダイヤフラム１０は略矩形であり、支持部４０に両持ち梁状に支持されている。
【００１５】
具体的には、ダイヤフラム１０の長手方向の両端部１０ａは支持部４０に固定され（図１（Ｂ）参照）、ダイヤフラム１０の短手方向の両端部１０ｂは支持部４０から遊離している（図１（Ａ）参照）。より具体的には、ダイヤフラム１０の両端部１０ａは、支持部４０に形成された開口部４２の対向する両壁面４２ａに固定され、ダイヤフラム１０の両端部１０ｂは、開口部４２の両壁面４２ａと隣り合う両壁面４２ｂから遊離している。このように支持部４０にダイヤフラム１０をその長手方向に掛け渡すことにより、ダイヤフラム１０を音波によって大きな振幅で振動させることができる。
【００１６】
ダイヤフラム１０の長手方向の両端部１０ａが請求項に記載の「一組の端部」に相当し、ダイヤフラム１０の短手方向の両端部１０ｂが「他組の端部」に相当する。またダイヤフラム１０の長手方向が請求項に記載の「架設方向」に相当する。
尚、ダイヤフラム１０の形状は正方形でもよいし、技術上の阻害要因がない限り四角形以外の形状でもよい。具体的には例えば、図３に示すようにダイヤフラム１０の両端部１０ａは湾曲してもよいし、図４に示すようにダイヤフラム１０の両端部１０ｂは湾曲してもよい。また、ダイヤフラム１０はその短手方向に支持部４０に掛け渡してもよい。その場合はダイヤフラム１０の短手方向が請求項に記載の「架設方向」に相当する。
【００１７】
ダイヤフラム１０は、ばね部１２を有している。ばね部１２は、ダイヤフラム１０の長手方向の中央部（以下、中央部という。）から両端部１０ａまでうねりながら伸びている。ばね部１２は、ダイヤフラム１０の中央部の残留応力を変形により吸収している。具体的には、ばね部１２は、ダイヤフラム１０の中央部の引張応力に応じて伸びたり、ダイヤフラム１０の中央部の圧縮応力に応じて縮んでいる。尚、ばね部１２は、ダイヤフラム１０の中央部の残留応力を変形により吸収可能な限りにおいてどのような形状でもよい。例えば、ばね部１２はダイヤフラム１０の板面方向にうねっていてもよい。
【００１８】
プレートとしてのバックプレート３０は、導電膜１４０の絶縁膜１３０に固着していない部分で構成されている。導電膜１４０は例えばポリシリコン等の半導体膜である。導電膜１４０は固定電極としても機能する。バックプレート３０は略矩形であり、支持部４０に両持ち梁状に支持されて、ダイヤフラム１０の長手方向の両端部１０ａの内側でダイヤフラム１０と立体交差している。
【００１９】
具体的には、バックプレート３０の長手方向の両端部３０ａは開口部４２の両壁面４２ｂに固着し（図１（Ａ）参照）、バックプレート３０の短手方向の両端部３０ｂは開口部４２の両壁面４２ａから遊離している（図１（Ｂ）参照）。すなわち、バックプレート３０はダイヤフラム１０の固定端である両端部１０ａには少なくとも対向していない。この結果、ダイヤフラム１０とバックプレート３０とにより形成されるマイクコンデンサの不変容量を低減でき、コンデンサマイクロホン１の感度を高めることができる。詳細は後述する。
【００２０】
バックプレート３０は複数の通孔３２を有している。音源からの音波は通孔３２を通過してダイヤフラム１０に伝搬される。尚、バックプレート３０は、矩形に限定されず、技術上の阻害要因がない限りどのような形状でもよい。また、バックプレート３０は支持部４０にどのように支持されてもよい。例えば、バックプレート３０は短手方向に支持部４０に掛け渡してもよいし、支持部４０に全周で固定してもよい。
【００２１】
支持部４０は、導電膜１４０の絶縁膜１３０に固着している部分と、導電膜１２２の絶縁膜１１０に固着している部分と、絶縁膜１３０と導電膜１２４と絶縁膜１１０と基板１００とで構成されている。絶縁膜１１０と絶縁膜１３０は例えばＳｉＯ2等の酸化膜であり、導電膜１２４は例えばポリシリコン等の半導体膜であり、基板１００は例えば単結晶シリコン基板である。支持部４０には、基板１００と絶縁膜１１０とを貫通する開口部４２が形成されている。開口部４２とダイヤフラム１０は、コンデンサマイクロホン１のバックキャビティを形成している。
【００２２】
図２に示す電極６０は、ダイヤフラム１０と検出部とを接続するための電極である。電極６０は、電極６０から導電膜１２２まで伸びる導線１２５を介して導電膜１２２に接続されている。電極６１は、バックプレート３０と検出部とを接続するための電極である。電極６１は、電極６１から導電膜１４０まで伸びる導線１４１を介して導電膜１４０に接続されている。
【００２３】
電極６２は、図１０（Ａ４）に示すように電極６２から導電膜１２４に伸びる導線１２６を介して導電膜１２４に接続されている。導電膜１２４は他の導電膜と電気的に絶縁されて、バックプレート３０と基板１００との間に形成されている。電極６２に検出部の出力電圧と同一電圧を印加することにより、導電膜１２４をガード電極として用いることができる。詳細は後述する。
【００２４】
尚、コンデンサマイクロホン１は、ダイヤフラム１０がバックプレート３０よりも音源側に位置し、ダイヤフラム１０に直接音波が伝搬するように構成してもよい。この場合、バックプレート３０の通孔３２は、ダイヤフラム１０とバックプレート３０の間に形成されている空隙５０と、バックキャビティとを連通させる通路として機能する。
【００２５】
（検出部の構成）
図１（Ａ）に示すように、ダイヤフラム１０はバイアス電源回路１０００に接続され、バックプレート３０は抵抗１００２を介してグランドに接続されている。そしてバックプレート３０はプリアンプ１０１０にも接続されている。コンデンサマイクロホン１の検出部はバックプレート３０とグランドとの間の電圧に相関する信号をプリアンプ１０１０から出力する。
【００２６】
具体的には例えば、バイアス電源回路１０００の出力端に接続されているリード線１００４が電極６０と基板１００とに接続され、抵抗１００２の一端に接続されているリード線１００６が電極６１に接続され、抵抗１００２の他端に接続されているリード線１００８がコンデンサマイクロホン１の実装基板のグランドに接続されている。抵抗１００２としては抵抗値が大きなものを使用する。具体的には抵抗１００２はＧΩオーダーの電気抵抗を有するものが望ましい。バックプレート３０と抵抗１００２とを接続しているリード線１００６はプリアンプ１０１０の入力端にも接続されている。プリアンプ１０１０としては入力インピーダンスの高いものを使用することが望ましい。
【００２７】
尚、上述したように電極６２に検出部の出力電圧と同一電圧を印加することにより、導電膜１２４をガード電極として用いることができる。ガード電極とは、バックプレート３０を構成する導電膜１４０と基板１００との間に生じる寄生容量を低減するための電極のことである。具体的には例えば、導電膜１２４をガード電極として用いる場合、図１（Ａ）に示すプリアンプ１０１０でボルテージフォロア回路を構成し、プリアンプ１０１０の出力端を電極６２に接続すればよい。バックプレート３０を構成する導電膜１４０と導電膜１２４とを同電位にすることにより、導電膜１４０と導電膜１２４との間に生じる寄生容量を除去することができ、導電膜１４０と基板１００との間に生じる寄生容量を低減することができる。
【００２８】
（コンデンサマイクロホンの作動）
音波がバックプレート３０の通孔３２を通過してダイヤフラム１０に伝搬すると、ダイヤフラム１０は音波によって振動する。ダイヤフラム１０が振動すると、その振動によりバックプレート３０とダイヤフラム１０との間の距離が変化し、ダイヤフラム１０とバックプレート３０とにより形成されるマイクコンデンサの静電容量が変化する。
【００２９】
バックプレート３０は上述したように抵抗値が大きい抵抗１００２に接続されているため、マイクコンデンサの静電容量がダイヤフラム１０の振動により変化したとしても、マイクコンデンサに蓄積されている電荷が抵抗１００２を流れることは殆どない。すなわち、マイクコンデンサに蓄積されている電荷は変化しないものとみなすことができる。したがって、マイクコンデンサの静電容量の変化をバックプレート３０とグランドの間の電圧の変化として取り出すことができる。
【００３０】
このようにしてコンデンサマイクロホン１は、マイクコンデンサの静電容量の極めてわずかな変化を電気信号として出力する。すなわちコンデンサマイクロホン１は、ダイヤフラム１０に加わる音圧の変化をマイクコンデンサの静電容量の変化に変換し、マイクコンデンサの静電容量の変化を電圧の変化に変換することにより、音圧の変化に相関する電気信号を出力する。
【００３１】
図５は、ダイヤフラム１０の音波による振動を説明するための模式図である。上述したように、ダイヤフラム１０は支持部４０に両持ち梁状に支持されているため、ダイヤフラム１０は音波によって樋状に変形して振動する。ここでダイヤフラム１０の樋状の変形とは、ダイヤフラム１０の各部位が両端部１０ａから離間するほど大きな振幅で変位し、ダイヤフラム１０の長手方向の中央で振幅が最大となる変形のことである。すなわちダイヤフラム１０の樋状の振動では、両端部１０ｂもダイヤフラム１０の両端部１０ａからの距離が等しい短手方向の中央と略同一の振幅で変位する。
【００３２】
したがって、ダイヤフラム１０の樋状の変形による振動は、従来の全周固定されたダイヤフラム（特許文献１参照）の略円錐状の変形による振動と比較して大きい。このようにコンデンサマイクロホン１では、ダイヤフラム１０を樋状に振動させることで感度を高めている。但し、開口部４２との距離が大きくなるにつれ、ダイヤフラム１０の両端部１０ｂの変位が短手方向の中央と比べて小さくなることがある。しかしダイヤフラム１０の両端部１０ｂの音波による変位は、従来の全周固定されたダイヤフラムの端部と比べて大きい。したがって、ダイヤフラム１０の両端部１０ｂの変位が短手方向の中央と比べて小さくなったとしても、コンデンサマイクロホン１の感度は従来のコンデンサマイクロホンと比較して高い。
【００３３】
さらに、コンデンサマイクロホン１では、上述したようにバックプレート３０をダイヤフラム１０の固定端である両端部１０ａには少なくとも対向させていない。この結果、マイクコンデンサの不変容量を低減することができるため、コンデンサマイクロホン１の感度を高めることができる。
【００３４】
ところが、バックプレート３０をダイヤフラム１０の長手方向の両端部１０ａの内側でダイヤフラム１０と立体交差させるためにバックプレート３０の短手方向の幅を狭くすると、ダイヤフラム１０とバックプレート３０とが対向する面積が減少することによりマイクコンデンサの静電容量が減少する。この結果、コンデンサマイクロホン１の雑音が大きくなり、コンデンサマイクロホン１のＳＮ比（信号対雑音比）が低下する。したがって、バックプレート３０の短手方向の幅はコンデンサマイクロホン１のＳＮ比を考慮して設計することが望ましい。
【００３５】
以下、バックプレート３０の短手方向の幅のコンデンサマイクロホン１のＳＮ比に基づく設計方法の一例を図６から図８を用いて説明する。
図６は、ダイヤフラム１０の長手方向の幅とバックプレート３０の短手方向の幅とコンデンサマイクロホン１のＳＮ比との関係を説明するための模式図である。ダイヤフラム１０の樋状の変形は、ダイヤフラム１０の長手方向をＸ軸としダイヤフラム１０の板厚方向をＹ軸としダイヤフラム１０の短手方向をＺ軸とする３次元空間において、次式（１）で近似することができる（図６に示す曲面９０参照）。尚、ダイヤフラム１０の短手方向の中央はＸ軸上に位置するものとし、ダイヤフラム１０の長手方向の中央及びバックプレート３０の短手方向の中央はＺ軸上に位置するものとする。また、バックプレート３０の短手方向の幅を２ａ、ダイヤフラム１０の長手方向の幅を２ｂ、ダイヤフラム１０の短手方向の幅を２ｃとする。
【００３６】
【数１】
2007228345.tif 000003
【００３７】
ダイヤフラム１０の両端部１０ａは変位しないため、次式（２）、（３）の関係が成り立つ。この結果、ダイヤフラム１０の樋状の変形は次式（４）で表すことができ、コンデンサマイクロホン１の感度ｓは次式（５）で表すことができる。尚、コンデンサマイクロホン１の感度ｓはｄで除算することにより正規化されている。
【００３８】
【数２】
2007228345.tif 000004
【００３９】
【数３】
2007228345.tif 000005
【００４０】
【数４】
2007228345.tif 000006
【００４１】
【数５】
2007228345.tif 000007
【００４２】
図７は、バックプレート３０の短手方向の幅とコンデンサマイクロホン１の感度との関係を示す模式図である。グラフ９１は、ダイヤフラム１０の長手方向の幅２ｂを１．０ｍｍとし、バックプレート３０の短手方向の幅２ａを０ｍｍから１．０ｍｍまで変化させたときの感度ｓを示している。グラフ９１によると、バックプレート３０の短手方向の幅２ａを狭くするほど感度ｓが大きくなることが分かる。
しかしながら、バックプレート３０の短手方向の幅２ａを狭くすると、マイクコンデンサの静電容量が減少するため、マイクコンデンサの静電容量の平方根に反比例する雑音ｎ（次式（６）参照）が増大する。
【００４３】
【数６】
2007228345.tif 000008
【００４４】
したがって、バックプレート３０の短手方向の幅は、上述したようにコンデンサマイクロホン１のＳＮ比（次式（７）参照）を考慮して設計することが望ましい。
【００４５】
【数７】
2007228345.tif 000009
【００４６】
図８は、バックプレート３０の短手方向の幅とコンデンサマイクロホン１のＳＮ比との関係を示す模式図である。グラフ９２は、ダイヤフラム１０の長手方向の幅２ｂを１．０ｍｍとし、バックプレート３０の短手方向の幅２ａを０ｍｍから１．０ｍｍまで変化させたときのＳＮ比を示している。グラフ９２によると、コンデンサマイクロホン１のＳＮ比はバックプレート３０の短手方向の幅２ａに対して極大値を有していることが分かる。コンデンサマイクロホン１のＳＮ比が極大値を示すバックプレート３０の短手方向の幅２ａは、式（７）の一次微分が０となるａを求めることにより算出可能である。
【００４７】
この結果、バックプレート３０の短手方向の幅２ａがダイヤフラム１０の長手方向の幅２ｂの０．６倍程度のとき、コンデンサマイクロホン１のＳＮ比が最大になることが分かる。したがって、ダイヤフラム１０の長手方向の幅が１．０ｍｍの場合、バックプレート３０はダイヤフラム１０の長手方向の中心から両側に０．３ｍｍ程度の部分と対向させ、ダイヤフラム１０の両端部１０ａから０．２ｍｍ程度の部分とは対向させないことが望ましい。以上説明した設計方法の一例によれば、バックプレート３０の短手方向の幅をコンデンサマイクロホン１のＳＮ比に基づいて設計することができる。
【００４８】
（製造方法）
図９から図１１は、コンデンサマイクロホン１の製造方法を示す模式図である。（Ｂ）は（Ａ）の図９（Ｂ１）に示すＢ９−Ｂ９線による断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）の図９（Ａ１）に示すＣ９−Ｃ９線による断面図である。
はじめに、図９（Ｃ１）に示すように、基板１００上に絶縁膜１１０を形成する。基板１００は、例えば単結晶シリコン基板等の半導体基板である。具体的には、基板１００の表面に例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等で絶縁材料を堆積させることにより、基板１００上に絶縁膜１１０を形成する。尚、ＳＯＩ基板を用いることにより、本工程は省略可能である。
【００４９】
次に、図９（Ａ２）、（Ｃ２）に示すように、絶縁膜１１０に線状の凹部１１１を形成する。具体的には例えば、凹部１１１は以下のように行う。まず、絶縁膜１１０の凹部１１１を形成する部分を露出させるレジスト膜を絶縁膜１１０上にリソグラフィを用いて形成する。より具体的には、絶縁膜１１０にレジストを塗布してレジスト膜を形成する。そして所定形状のマスクを配置してレジスト膜に対して露光現像処理を施し、不要なレジスト膜を除去する。これにより、絶縁膜１１０の凹部１１１を形成する部分を露出させるレジスト膜が絶縁膜１１０上に形成される。レジスト膜の除去には、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）等のレジスト剥離液を用いる。次に、レジスト膜から露出する絶縁膜１１０をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等でエッチングすることにより、絶縁膜１１０に凹部１１１を形成する。そしてレジスト膜を除去する。
【００５０】
次に、図９（Ｃ３）に示すように、絶縁膜１１０上に導電膜１２０をＣＶＤ等で形成する。導電膜１２０は、例えばポリシリコン膜である。
次に、図１０（Ａ４）に示すように、導電膜１２０をパターニングすることにより、導電膜１２２及び導電膜１２４と導線１２５及び導線１２６と電極６０及び電極６２とを形成する。具体的には例えば、導電膜１２０のパターニングは以下のように行う。まず、導電膜１２０の不要な部分を露出させるレジスト膜を導電膜１２０上にリソグラフィを用いて形成する。次に、レジスト膜から露出する導電膜１２０をＲＩＥ等でエッチングすることにより、導電膜１２２及び導電膜１２４と導線１２５及び導線１２６と電極６０及び電極６２とを形成する。そしてレジスト膜を除去する。
【００５１】
導電膜１２２は略矩形であり、導電膜１２２の凹部１１１上の部分はうねっている。この導電膜１２２のうねっている部分がダイヤフラム１０のばね部１２である。導電膜１２４は、後述する工程で形成する導電膜１４０に対向させるため、導電膜１４０の形状及び配置に応じて形成されている。
尚、凹部１１１を形成した絶縁膜１１０の上に導電膜１２２を形成することによりダイヤフラム１０のばね部１２を形成すると説明したが、ばね部１２はどのような方法で形成してもよい。ばね部１２は、例えば線状の凸部を形成した絶縁膜１１０上に導電膜１２２を成膜することで形成してもよいし、薄膜を積層することにより形成してもよい。
【００５２】
次に、図１０（Ｃ５）に示すように、絶縁膜１１０上に導電膜１２０より厚い絶縁膜１３０をＣＶＤ等で形成する。後述する工程において、導電膜１２２と導電膜１２４と導電膜１４０（以下、導電膜という。）に対して絶縁膜１１０及び絶縁膜１３０（以下、絶縁膜という。）を選択的に除去するため、絶縁膜は導電膜に対して選択比の高い材料で形成する。例えば導電膜をポリシリコンで形成する場合は、絶縁膜はＳｉＯ2で形成すればよい。また、絶縁膜を導電膜に対して選択的に除去する工程では、絶縁膜の一部を除去しコンデンサマイクロホン１を構成する絶縁膜を残存させるため、絶縁膜１１０と絶縁膜１３０は同一材料で形成することが望ましい。絶縁膜１１０と絶縁膜１３０を同一材料で形成することにより、両者のエッチングレートを等しくできる。この結果、絶縁膜のエッチング量を容易に制御することが可能となる。
【００５３】
次に、バックプレート３０を構成する導電膜１４０と導線１４１と電極６２とを絶縁膜１３０上に形成する（図１０（Ａ５）参照）。導電膜１４０と導線１４１と電極６２は例えばポリシリコン膜である。具体的には例えば、導電膜１４０と導線１４１と電極６２は以下のように形成する。まず、絶縁膜１３０上に導電膜をＣＶＤ等で形成する。次に、導電膜をパターニングすることにより導電膜１４０と導線１４１と電極６２とを形成する。導電膜１４０は略矩形であり、絶縁膜１３０を介して導電膜１２２と立体交差している。
【００５４】
次に、図１１（Ｃ６）に示すように、支持部４０の開口部４２を構成する開口部１０１を基板１００に形成する。具体的には開口部１０１は、例えば以下に示すように形成する。まず、基板１００の開口部１０１を形成する部位を露出させるレジスト膜をリソグラフィを用いて形成する。次に、基板１００のレジスト膜から露出する部位を絶縁膜１１０に達するまでＤｅｅｐＲＩＥ等で除去することにより、基板１００に開口部１０１を形成する。そしてレジスト膜を除去する。
【００５５】
次に、図１１（Ｃ７）に示すように、絶縁膜の一部を除去することにより、コンデンサマイクロホン１の各部を形成する。具体的には例えば、絶縁膜の一部は以下のように除去する。まず、絶縁膜１３０上に支持部４０として残存させる部位を覆うレジスト膜１５０を形成する。次に、絶縁膜をウェットエッチングで除去する。例えば絶縁膜１１０及び絶縁膜１３０をＳｉＯ2で形成した場合、エッチング液としてはフッ酸等を用いればよい。
【００５６】
エッチング液は、通孔３２、基板１００の開口部１０１等から浸入して絶縁膜を溶解させる。例えば、エッチング液が導電膜１２２と導電膜１４０との間の絶縁膜１３０を溶解することによりダイヤフラム１０とバックプレート３０との間の空隙５０が形成され、絶縁膜のレジスト膜１５０及び基板１００に覆われた一部が残存することにより支持部４０が形成される。このように絶縁膜の一部を除去することでコンデンサマイクロホン１の各部を形成することにより、コンデンサマイクロホン１の感音部が得られる。
【００５７】
（第二実施例）
図１２は、本発明の第二実施例によるコンデンサマイクロホンを示す模式図である。（Ｂ）は（Ａ）のＢ１２−Ｂ１２線による断面図である。第二実施例によるコンデンサマイクロホン２の各構成要素は、ダイヤフラム２１０の形状を除き、第一実施例によるコンデンサマイクロホン１の対応する構成要素と実質的に同一である。
ダイヤフラム２１０の支持部４０から遊離している両端部２１０ｂは内側に湾曲している。具体的には、ダイヤフラム２１０の両端部２１０ｂ間の幅は支持部４０に固定されている両端部２１０ａから離間するほど狭くなっている。ダイヤフラム２１０は第一実施例に係るダイヤフラム１０のばね部１２と実質的に同一のばね部２１２を有している。
【００５８】
ここで、第一実施例に係るダイヤフラム１０では、支持部４０から遊離している両端部１０ｂに近い近端部の残留応力が緩和されることで、両端部１０ｂに近い近端部がそれよりも内側の部分に対して垂れ下がることがある（図１３参照）。これに対して、第二実施例に係るダイヤフラム２１０では、両端部２１０ｂを内側に湾曲させることにより両端部２１０ｂの近端部が垂れ下がることを防止している。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】第一実施例によるコンデンサマイクロホンを示す模式図。
【図２】第一実施例によるコンデンサマイクロホンを示す模式図。
【図３】第一実施例によるコンデンサマイクロホンの変形例を示す模式図。
【図４】第一実施例によるコンデンサマイクロホンの変形例を示す模式図。
【図５】ダイヤフラムの音波による振動を説明するための模式図。
【図６】バックプレートの短手方向の幅の設計方法を説明するための模式図。
【図７】バックプレートの短手方向の幅の設計方法を説明するための模式図。
【図８】バックプレートの短手方向の幅の設計方法を説明するための模式図。
【図９】第一実施例によるコンデンサマイクロホンの製造方法を示す模式図。
【図１０】第一実施例によるコンデンサマイクロホンの製造方法を示す模式図。
【図１１】第一実施例によるコンデンサマイクロホンの製造方法を示す模式図。
【図１２】第二実施例によるコンデンサマイクロホンを示す模式図。
【図１３】第二実施例によるコンデンサマイクロホンを説明するための模式図。
【符号の説明】
【００６０】
１、２：コンデンサマイクロホン、１０、２１０：ダイヤフラム、１２、２１２：ばね部、３０：バックプレート（プレート）、３２：通孔、４０：支持部、５０：空隙
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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