(57)【要約】【課題】安価且つ簡単に、振動板の機械的強度が確保されたコンデンサ型マイクロホンを製造する方法を提供する。【解決手段】振動板Ｍと背極板Ｂとの間にスペーサ部材Ｓが配置されるコンデンサ部Ｃを備えるコンデンサ型マイクロホンの製造方法であって、単結晶シリコンからなる基板１の一方の表面にイオン注入を行って基板１の一方の表面に犠牲層２を形成する工程と、犠牲層２上に単結晶シリコン層３を堆積させる工程と、基板１の複数の箇所を基板１の他方の表面から犠牲層２までエッチングして基板１に複数の孔７を形成する工程と、複数の孔７を介して犠牲層２の一部をエッチングして基板１と単結晶シリコン層３との間に空間８を設けることで、単結晶シリコン層３からなる振動板Ｍと、複数の孔７を有する基板１からなる背極板Ｂと、残された犠牲層２からなるスペーサ部材Ｓとを形成する工程とを含む。【選択図】図１
2007329559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響により振動する振動板と、複数の孔を有する背極板と、前記振動板と前記背極板との間に配置されるスペーサ部材とを有するコンデンサ部を備えるコンデンサ型マイクロホンの製造方法であって、
単結晶シリコンからなる基板の一方の表面にイオン注入を行って、当該基板の一方の表面に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上に単結晶シリコン層を堆積させる工程と、
前記基板の複数の箇所を前記基板の他方の表面から前記犠牲層までエッチングして、前記基板に複数の孔を形成する工程と、
前記複数の孔を介して前記犠牲層の一部をエッチングして前記基板と前記単結晶シリコン層との間に空間を設けることで、前記単結晶シリコン層からなる前記振動板と、前記複数の孔を有する前記基板からなる前記背極板と、残された前記犠牲層からなる前記スペーサ部材とを形成する工程とを含むコンデンサ型マイクロホンの製造方法。
【請求項２】
前記単結晶シリコンからなる基板の面方位が（１００）である請求項１記載のコンデンサ型マイクロホンの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のコンデンサ型マイクロホンの製造方法により得られるコンデンサ型マイクロホンであって、
一方向に開口したキャビティを有する基材に対して、当該キャビティの開口部を覆うように前記背極板が組み合わされているコンデンサ型マイクロホン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響により振動する振動板と、複数の孔を有する背極板と、前記振動板と前記背極板との間に配置されるスペーサ部材とを有するコンデンサ部を備えるコンデンサ型マイクロホンの製造方法及びその製造方法により得られるコンデンサ型マイクロホンに関する。
【背景技術】
【０００２】
音響により振動する振動板と、複数の孔を有する背極板と、前記振動板と前記背極板との間に配置されるスペーサ部材とを有するコンデンサ部を備えるコンデンサ型マイクロホンがある。そして、ＭＥＭＳ技術を用いて、携帯電話などの小型の電気機器で用いるための非常に小型のコンデンサ型マイクロホンが製造される。
【０００３】
例えば、特許文献１（特開２００２−２２３４９９号公報）には、ＭＥＭＳ技術を用いたコンデンサ型マイクロホンの製造方法が記載されている。
具体的には、特許文献１に記載のコンデンサ型マイクロホンの製造方法は、単結晶シリコンからなる基板の一方の表面を熱酸化する工程と、熱酸化により形成されたＳｉＯ２層をパターン化する工程と、ＳｉＯ２層をパターン化することにより露出した基板の表面にイオン注入を行って、パターン化されたイオン注入層を基板に形成する工程と、ＳｉＯ２層を除去して、パターン化された基板表面及びイオン注入層表面を露出させる工程と、露出された基板表面及びイオン注入層表面上に、ＳｉＯ２からなる犠牲層を成膜する工程と、犠牲層上に多結晶シリコン層を成膜する工程と、基板の他方の表面側を選択的にエッチングして、パターン化された部分の基板を除去し、パターン化された孔を有するイオン注入層を選択的に残す工程と、孔を介してイオン注入層と多結晶シリコン層との間の犠牲層を選択的にエッチングして、イオン注入層と多結晶シリコン層との間に空間を設ける工程とを有する。
その結果、特許文献１に記載のコンデンサ型マイクロホンは、音響により振動する振動板（多結晶シリコン層）と、複数の孔を有する背極板（イオン注入層）と、振動板と背極板との間に配置されるスペーサ部材（犠牲層）とを有するコンデンサ部を備える。
また、コンデンサ型マイクロホンの音響特性を調節するためのキャビティは、背極板と一体形成されている基板に設けられている。
【０００４】
特許文献２（特開２００５−３２３１９３号公報）には、上述した特許文献１とは別のコンデンサ型マイクロホンの製造方法が記載されている。
具体的には、単結晶シリコンからなる活性層と、単結晶シリコンからなる支持層と、それらの間に挟まれたＳｉＯ２からなる絶縁層との３層からなるＳＯＩ（Ｓｉ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板が用いられている。そして、支持層の複数の箇所を絶縁層までエッチングして、支持層に複数の孔を形成する工程と、孔を介して絶縁層を選択的にエッチングして支持層と活性層との間に空間を設けることで、活性層を用いた振動板と、支持層を用いた背極板と、絶縁層を用いたスペーサ部材とを形成する工程とが行われている。
【０００５】
特許文献３（特開２００３−７８９８１号公報）のコンデンサ型マイクロホンの製造方法では、シリコン層の表面に不純物が高濃度にドーピングされたエッチストップ層を有する振動膜基板を用意する工程と、シリコン層の表面に酸化物からなる接合膜を有する背極板基板を用意する工程と、上記エッチストップ層と上記接合膜とを接合して、結果的に上記振動膜基板と上記背極板基板とを接合することで、シリコン層とエッチストップ層と接合膜とシリコン層とが順に積層された構造を形成する工程と、背極板基板の接合膜をエッチストップとして用いて背極板基板のシリコン層をパターン化して、パターン化された複数の孔を有するシリコン基板を形成する工程と、それら複数の孔を介してエッチストップ層とパターン化されたシリコン基板との間の接合膜を選択的にエッチングする工程と、振動板基板のシリコン層をエッチングして、パターン化されたシリコン基板を用いた背極板と、絶縁層を用いたスペーサ部材と、エッチストップ層を用いた振動板とを形成する工程とが行われている。
また、コンデンサ型マイクロホンの音響特性を調節するためのキャビティは、振動板と一体形成されているシリコン基板に設けられている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２２３４９９号公報
【特許文献２】特開２００５−３２３１９３号公報
【特許文献３】特開２００３−７８９８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載のコンデンサ型マイクロホンでは、振動板に多結晶シリコンを用いているため、振動板の機械的強度が充分ではないという問題がある。また、犠牲層（スペーサ部材）の成膜及び多結晶シリコン層（振動板）の成膜という少なくとも二つの成膜工程が必須になるので、コンデンサ型マイクロホンの製造工程が複雑になる点で不利である。
【０００８】
特許文献２に記載のコンデンサ型マイクロホンでは、振動板が単結晶シリコンで形成されるため、振動板の機械的強度を確保できる。しかし、高価なＳＯＩを用いているため、コンデンサ型マイクロホンを製造するのに要するコストが大きくなってしまうという問題がある。
【０００９】
特許文献３に記載のコンデンサ型マイクロホンでは、イオン注入を行ったシリコン基板と、表面に酸化物を形成したシリコン基板を夫々用意した後、両者を接合するという複雑な工程が必要になるという問題がある。
【００１０】
以上のように、従来のコンデンサ型マイクロホンの製造方法は、手順が複雑であり、大きなコストが必要になっていた。
【００１１】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、安価且つ簡単に、振動板の機械的強度が確保されたコンデンサ型マイクロホンを製造する方法及びそれにより得られるコンデンサ型マイクロホンを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するための本発明に係るコンデンサ型マイクロホンの製造方法の特徴構成は、音響により振動する振動板と、複数の孔を有する背極板と、前記振動板と前記背極板との間に配置されるスペーサ部材とを有するコンデンサ部を備えるコンデンサ型マイクロホンの製造方法であって、
単結晶シリコンからなる基板の一方の表面にイオン注入を行って、当該基板の一方の表面に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上に単結晶シリコン層を堆積させる工程と、
前記基板の複数の箇所を前記基板の他方の表面から前記犠牲層までエッチングして、前記基板に複数の孔を形成する工程と、
前記複数の孔を介して前記犠牲層の一部をエッチングして前記基板と前記単結晶シリコン層との間に空間を設けることで、前記単結晶シリコン層からなる前記振動板と、前記複数の孔を有する前記基板からなる前記背極板と、残された前記犠牲層からなる前記スペーサ部材とを形成する工程とを含む点にある。
【００１３】
上記特徴構成によれば、ＳＯＩなどの高価な基板ではなく、単結晶シリコンからなる基板が出発材料となるので、コンデンサ型マイクロホンを低コストで製造できる。また、成膜工程の実施が１回だけで構わないので、複数回の成膜工程が必要である場合に比べて簡単にコンデンサ型マイクロホンの製造を行える。更に、振動板が単結晶シリコン層からなるので、音響による振動に対する機械的強度を確保できる。その結果、安定した性能を長期間に渡って発揮できることになる。
従って、安価且つ簡単に、振動板の機械的強度が確保されたコンデンサ型マイクロホンを製造する方法を提供できる。
【００１４】
本発明に係るコンデンサ型マイクロホンの製造方法の別の特徴構成は、前記単結晶シリコンからなる基板の面方位が（１００）である点にある。
【００１５】
上記特徴構成によれば、安価で入手が容易である、面方位が（１００）の単結晶シリコンからなる基板を出発材料とできるので、コンデンサ型マイクロホンを低コストで製造できる。
【００１６】
上記目的を達成するための本発明に係るコンデンサ型マイクロホンの特徴構成は、上記コンデンサ型マイクロホンの製造方法により得られるコンデンサ型マイクロホンであって、
一方向に開口したキャビティを有する基材に対して、当該キャビティの開口部を覆うように前記背極板が組み合わされている点にある。
【００１７】
キャビティが基板に形成される構造となっている場合、基板をエッチングする必要が生じると共に、キャビティの形状、容積などのキャビティ設計が基板の大きさによって制限されるという問題がある。
ところが、上記特徴構成によれば、キャビティはコンデンサ部ではなくて基材に形成されているので、コンデンサ部の形状とは別に、キャビティの形状の設計を自由に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に図面を参照して本発明に係るコンデンサ型マイクロホンの構成について説明する。図１は、本発明に係るコンデンサ型マイクロホンの断面図であり、図２〜図８は、コンデンサ型マイクロホンの製造方法を説明する工程図である。
【００１９】
図１に示すように、コンデンサ型マイクロホンは、音響により振動する振動板Ｍと、複数の孔７を有する背極板Ｂと、これら振動板Ｍと背極板Ｂとの間に配置されるスペーサ部材Ｓとを有するコンデンサ部Ｃを備える。そして、コンデンサ部Ｃは、音孔１０ａが設けられた筐体１０と基材１１とによって形成される内部空間１７に収容される。筐体１０は、有底筒状の金属又は導電性樹脂を用いて作製され、その開口部が基材１１で覆われることで上記内部空間１７が形成される。よって、筐体１０の外部で発生した音響が、筐体１０の底部１０ｂの端部に設けられた音孔１０ａから内部空間１７に侵入すると、その音響（音圧）によってコンデンサ部Ｃの振動板Ｍが振動する。コンデンサ部Ｃの背極板Ｂは振動しないと見なしてよいので、コンデンサ部Ｃの振動板Ｍの振動（つまり、変位）によって背極板Ｂと振動板Ｍとの間隔が変化し、その変化に応じてコンデンサ部Ｃの静電容量が変化する。
また、コンデンサ部Ｃは、一方向に開口したキャビティ１１ａを有する基材１１に対して、コンデンサ部Ｃの背極板Ｂがキャビティ１１ａの開口部を覆うように組み合わされている。このキャビティ１１ａは、振動板Ｍが音響により振動するときの音響特性を調節するために設けられている。また、キャビティ１１ａはコンデンサ部Ｃとは別体の基材１１に形成されているので、コンデンサ部Ｃの形状とは別に、キャビティ１１ａの形状の設計を自由に行うことができる。
【００２０】
このように、コンデンサ部Ｃの振動板Ｍの振動特性は、音孔１０ａから侵入してきた音が響く内部空間１７の形状と、振動板Ｍと背極板Ｂとの間の空間８の形状と、背極板Ｂが有する複数の孔７の形状と、基材１１に設けられたキャビティ１１ａの形状と、振動板Ｍ自体の形状とによって変化する。
【００２１】
内部空間１７において、ＩＣからなる変換回路部９も基材１１上に設けられている。この変換回路部９は、コンデンサ部Ｃにおいて発生した静電容量の変化を電気信号に変換して出力する。変換回路部９が備える端子９ｂは、振動板Ｍに設けられた電極５との間でワイヤ１５を用いて電気的に接続され、端子９ｃは背極板Ｂに設けられた電極４との間でワイヤ１４を用いて電気的に接続される。
【００２２】
基材１１の内部空間１７側とは逆の表面には複数の電極パッド１２が設けられており、これら電極パッド１２は、図１に示すコンデンサ型マイクロホンを他の装置に搭載して電気的な導通を達成するために用いられる。また、電極パッド１２と変換回路部９とは、基材１１に設けられた回路パターン（図示せず）と基材１１上に設けられた端子１３とワイヤ１６と変換回路部９に設けられた端子９ａとを介して電気的に接続される。
また、一方向に開口したキャビティ１１ａを有する基材１１に対して、このキャビティ１１ａの開口部を覆うように背極板Ｂが組み合わされている。このとき、コンデンサ部Ｃの背極板Ｂと基材１１とはエポキシ系やシリコン系の接着剤を用いて接着される。また、ＩＣからなる変換回路部９は、基材１１上のグランドに対して導電性接着剤で接着される。更に、基材１１に設けられた電極パッド１２は、電源用電極パッド、接地用電極パッド、マイクロホン出力用電極パッドなどであるので、図１に示したコンデンサ型マイクロホンを回路基板に直接実装することができる。
【００２３】
次に、図２〜図８を参照してコンデンサ型マイクロホンの製造方法について説明する。
本発明のコンデンサ型マイクロホンの製造方法は、単結晶シリコンを出発材料として用いるものである。図２に示すように、厚さが５００μｍ〜６００μｍの単結晶シリコンからなる基板１を用意する。具体的には、面方位が（１００）である単結晶シリコンウェハからなる基板１上に２ｍｍ角のコンデンサ部Ｃを多数形成し、その後、各コンデンサ部Ｃをダイシングするのだが、本実施形態では、１つのコンデンサ部Ｃの製造工程のみを図示する。但し、基板１は、（１００）とは異なる面方位を有するものであってもよい。
【００２４】
次に、図３に示すように、基板１の一方の表面上の一部にイオン注入を行って、この基板１の一方の表面に犠牲層２を形成する。例えば、基板１の一方の表面の、犠牲層２を形成しない部分（ドーピングを行わない部分）にマスク（図示せず）を形成した後、ホウ素ドーピング及び熱拡散を行う。このドーピング工程により、基板１の一方の表面に深さが１μｍ〜１０μｍの犠牲層２が形成される。
その後、図４に示すように、基板１の一方の表面の上方の犠牲層２上に単結晶シリコン層３を堆積させる。この単結晶シリコン層３は後に振動板Ｍとして機能するものであり、この堆積工程において成膜される単結晶シリコン層３の厚さは１μｍ〜５μｍである。
【００２５】
次に、図５に示すように、基板１の複数の箇所を、犠牲層２が形成されてない基板１の他方の表面から犠牲層２までエッチングして、基板１に複数の孔７を形成する。例えば、基板１の他方の表面に上述した複数の孔７に対応するパターンのマスク（図示せず）を形成した上で、反応性イオンエッチングにより単結晶シリコンからなる基板１のエッチングを行って、基板１に複数の孔７を形成する。このとき、犠牲層２は反応性イオンエッチングのエッチストップ層として機能する。
【００２６】
図５に示した構造において、最終的に、基板１は背極板Ｂとして機能し、犠牲層２の一部はスペーサ部材Ｓとして機能し、単結晶シリコン層３は振動板Ｍとして機能することになる。そのため、図６に示すように、基板１及び単結晶シリコン層３の夫々の表面に電極４、５を形成して、コンデンサ部Ｃの静電容量の変化を出力できるようにする。この電極４、５は基板１及び単結晶シリコン層３の夫々との間にオーミック接触を形成する。よって、電極材料としてはオーミック接触を形成できる材料であればよく、本実施形態では金（Ａｕ）電極をスパッタリングにより作製した。
【００２７】
図７は、基板１に形成された複数の孔７を介して犠牲層２の一部をエッチングすることで、基板１と単結晶シリコン層３との間に空間８を設けた状態を示す図である。この工程を具体的に説明すると、先ず図６に示した構造の周囲に孔７の部分を除いてマスク層６を形成する。その後、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）を用いたアルカリエッチングが行われる。つまり、ＴＭＡＨが複数の孔７を介して犠牲層２に達することで、犠牲層２のウェットエッチングがその一部を残して行われる。その結果、図７に示したように、基板１と単結晶シリコン層３との間に空間８が形成される。
そして、マスク層６を除去すると、図８に示したような構造が得られる。つまり、図１にも示したように、単結晶シリコン層３が振動板Ｍとして機能し、複数の孔７を有する基板１が背極板Ｂとして機能し、残された犠牲層２がスペーサ部材Ｓとして機能するコンデンサ部Ｃが得られる。
【００２８】
以上のように、本発明に係るコンデンサ型マイクロホンは、ＳＯＩなどの高価な基板ではなく、単結晶シリコンからなる基板１が出発材料となるので、コンデンサ型マイクロホンを低コストで製造できる。このとき、（１００）の面方位を有する安価な単結晶シリコンからなる基板１を用いることが好ましい。また、成膜工程の実施が１回だけ（単結晶シリコン層３の成膜だけ）で構わないので、複数回の成膜工程が必要である場合に比べて簡単にコンデンサ型マイクロホンの製造を行える。更に、振動板Ｍが単結晶シリコン層３からなるので、音響による振動に対する機械的強度を充分に確保できる。その結果、コンデンサ型マイクロホンは、安定した性能を長期間に渡って発揮できることになる。
【００２９】
＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態において、筐体１０に１つの音孔１０ａが設けられた場合について説明したが、筐体１０に複数の音孔を設けてもよい。また、音孔１０ａを形成する部位は、筐体１０の底部１０ｂの端や中央部、又は、筐体１０の側部に変更しても構わない。
【００３０】
＜２＞
上記実施形態において、コンデンサ型マイクロホンの音響特性を調節するために、複数の孔７の夫々の直径や数などを適宜変更可能であり、キャビティ１１ａの形状を適宜変更可能であり、及び、空間８の形状を適宜変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明のコンデンサ型マイクロホンは、音の強さや周波数などを検出して電気信号に変換するために利用できる。特に、コンデンサ部がＭＥＭＳ技術を利用して製造されるので、小型且つ安定した性能のコンデンサ型マイクロホンが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】コンデンサ型マイクロホンの断面図
【図２】コンデンサ型マイクロホンの製造工程を説明する工程図
【図３】コンデンサ型マイクロホンの製造工程を説明する工程図
【図４】コンデンサ型マイクロホンの製造工程を説明する工程図
【図５】コンデンサ型マイクロホンの製造工程を説明する工程図
【図６】コンデンサ型マイクロホンの製造工程を説明する工程図
【図７】コンデンサ型マイクロホンの製造工程を説明する工程図
【図８】コンデンサ型マイクロホンの製造工程を説明する工程図
【符号の説明】
【００３３】
１  基板
２  犠牲層
３  単結晶シリコン層
７  孔
８  空間
Ｃ  コンデンサ部
Ｍ  振動板
Ｓ  スペーサ部材
Ｂ  背極板
【図１】
2007329559.tif 000003
【図２】
2007329559.tif 000004
【図３】
2007329559.tif 000005
【図４】
2007329559.tif 000006
【図５】
2007329559.tif 000007
【図６】
2007329559.tif 000008
【図７】
2007329559.tif 000009
【図８】
2007329559.tif 000010