(57)【要約】【課題】電極板の振動を抑制することにより、出力される電気信号を大きくすることが可能なセンサ装置を提供する。【解決手段】マイクロホン（センサ装置）３０は、振動可能に設けられたダイアフラム部４ａと、ダイアフラム部４ａと所定の距離を隔てて対向するように設けられ、上下方向に貫通された音響孔９を有する電極板部７ａと、電極板部７ａを構成するポリシリコンの弾性率よりも高い弾性率を有するＳｉＮからなり、電極板部７ａを支持する下部支持体層５および上部支持体層８とを備えている。そして、下部支持体層５は、電極板部７ａの下面を覆うように形成され、上部支持体層８は、電極板部７ａの上面を覆うように形成されている。【選択図】図１
2007088914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動可能に設けられたダイアフラムと、
前記ダイアフラムと所定の距離を隔てて対向するように設けられ、孔部を有する電極板と、
前記電極板を構成する材料の弾性率よりも高い弾性率を有する材料からなり、前記電極板を支持する支持体とを備え、
前記支持体は、前記電極板の上面、下面および前記孔部の側面の少なくともいずれか２面を覆うように形成されている、センサ装置。
【請求項２】
前記支持体は、前記電極板の上面および下面を覆うように形成されている、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記電極板の上面および下面が前記支持体により覆われている部分における前記電極板および前記支持体の縦断面積の合計に対する前記支持体の縦断面積の比率は、１０％以上である、請求項２に記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記支持体は、前記電極板の上面および下面のいずれか１面と前記孔部の側面とを覆うように形成され、
前記電極板の上面および下面のいずれか１面と前記孔部の側面とが前記支持体により覆われている部分における前記電極板および前記支持体の縦断面積の合計に対する前記支持体の縦断面積の比率は、２６％以上である、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記支持体は、前記電極板の上面および下面と前記孔部の側面とを覆うように形成され、
前記電極板の上面および下面と前記孔部の側面とが前記支持体により覆われている部分における前記電極板および前記支持体の縦断面積の合計に対する前記支持体の縦断面積の比率は、１７％以上である、請求項１に記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ装置に関し、特に、電極板を支持する支持体を有するセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、音によって振動するダイアフラムと電極板との間の静電容量の変化によって、音を電気信号に変換する音響センサなどのセンサ装置が知られている（たとえば、特許文献１）。
【０００３】
上記特許文献１には、振動可能なダイアフラムと、電極板と、電極板を支持する支持体とを備えた音響センサが開示されている。この音響センサに音が入ってくると、ダイアフラムが振動して、一定の電圧が印加されているダイアフラムと電極板との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化によって、ダイアフラムおよび電極板から電荷が移動するので、その電荷の変化を、音に対する電気信号として出力する。この特許文献１による音響センサでは、電極板の上面のみが支持体により支持されている。
【０００４】
【特許文献１】特表２００４−５０６３９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の音響センサでは、上記のように、電極板の上面のみが支持体により支持されているので、電極板が振動し易いという不都合がある。このため、電極板がダイアフラムとともに同じ方向に振動した場合には、電極板とダイアフラムとの間の距離の変化量が減少するため、電極板とダイアフラムとの静電容量の変化が小さくなる。この場合、電極板およびダイアフラムから移動する電荷が少なくなるので、出力される電気信号が小さくなるといった問題点がある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、電極板の振動を抑制することにより、出力される電気信号を大きくすることが可能なセンサ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００７】
この発明の一の局面によるセンサ装置は、振動可能に設けられたダイアフラムと、ダイアフラムと所定の距離を隔てて対向するように設けられ、孔部を有する電極板と、電極板を構成する材料の弾性率よりも高い弾性率を有する材料からなり、電極板を支持する支持体とを備え、支持体は、電極板の上面、下面および孔部の側面の少なくともいずれか２面を覆うように形成されている。なお、電極板の下面とは、ダイアフラムに近い側の面であり、電極板の上面とは、ダイアフラムから遠い側の面である。
【０００８】
この発明の一の局面によるセンサ装置では、高い弾性率を有する支持体を電極板の上面、下面および孔部の側面の少なくともいずれか２面を覆うように形成することによって、電極板の上面または下面のみを覆うように形成された支持体を設けた場合に比べて、支持体による電極板の支持強度を向上させることができるので、電極板の振動を抑制することができる。これにより、音などがセンサ装置に入ってきた際に、ダイアフラムのみを大きく振動させることができるので、ダイアフラムと電極板との間の距離の変化量を大きくすることができる。この結果、ダイアフラムと電極板との間の静電容量の変化を大きくすることができるので、出力される電気信号を大きくすることができる。また、たとえば、電極板および支持体が振動する際に、最も大きく延びまたは縮むことによって、最も大きい引っ張り応力および圧縮応力が作用する上面および下面の両面を、弾性率の高い支持体により支持するようにすれば、上面および下面に形成された支持体の合計膜厚が、上面または下面の一方のみに支持体が形成される場合の支持体の膜厚と同じ場合にも、支持体による電極板の支持強度を向上させることができる。これにより、電極板の上面または下面の一方のみを支持体により支持する場合と異なり、支持体の膜厚を増加させることなく、電極板の支持強度を向上させることができるので、支持体の膜厚を増加させることに起因する支持体のクラックの発生などを抑制することができる。
【０００９】
上記一の局面によるセンサ装置において、好ましくは、支持体は、電極板の上面および下面を覆うように形成されている。このように、電極板および支持体が振動する際に、最も大きく延びまたは縮むことによって、最も大きい引っ張り応力および圧縮応力が作用する上面および下面の両面を、弾性率の高い支持体により支持することによって、電極板の振動を有効に抑制することができる。
【００１０】
上記電極板の上面および下面を支持体により覆われたセンサ装置において、好ましくは、電極板の上面および下面が支持体により覆われている部分における電極板および支持体の縦断面積の合計に対する支持体の縦断面積の比率は、１０％以上である。このように構成すれば、より電極板の振動を抑制することができる。
【００１１】
上記一の局面によるセンサ装置において、好ましくは、支持体は、電極板の上面および下面のいずれか１面と孔部の側面とを覆うように形成され、電極板の上面および下面のいずれか１面と孔部の側面とが支持体により覆われている部分における電極板および支持体の縦断面積の合計に対する支持体の縦断面積の比率は、２６％以上である。このように、電極板および支持体が振動する際に、最も大きい引っ張り応力または圧縮応力が作用する上面（下面）を、弾性率の高い支持体により支持するとともに、最も大きい引っ張り応力または圧縮応力が作用する下面（上面）の一部を孔部の側面に設けられた支持体の下端部（上端部）により支持することによって、電極板の振動を抑制することができる。また、電極板および支持体の縦断面積の合計に対する支持体の縦断面積の比率を２６％以上にすることによって、電極板の振動をより抑制することができる。
【００１２】
上記一の局面によるセンサ装置において、好ましくは、支持体は、電極板の上面および下面と孔部の側面とを覆うように形成され、電極板の上面および下面と孔部の側面とが支持体により覆われている部分における電極板および支持体の縦断面積の合計に対する支持体の縦断面積の比率は、１７％以上である。このように、電極板および支持体が振動する際に、最も大きい引っ張り応力および圧縮応力が作用する上面および下面を、弾性率の高い支持体により支持することによって、電極板の振動を抑制することができる。また、電極板および支持体の縦断面積の合計に対する支持体の縦断面積の比率を１７％以上にすることによって、電極板の振動をより抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、本発明をセンサ装置の一種であるマイクロホン（音響センサ）に適用した例について説明する。
【００１４】
（第１実施形態）
図１および図２は、本発明の第１実施形態によるマイクロホンの構造を示した断面図である。図３および図４は、図１および図２に示したマイクロホンの平面図である。なお、図１は、図３の１００−１００線に沿った断面を示している。また、図２は、図３の１５０−１５０線に沿った断面を示している。まず、図１〜図４を参照して、本発明の第１実施形態によるマイクロホンの構造について説明する。
【００１５】
第１実施形態によるマイクロホン３０では、図１および図２に示すように、シリコン基板１の表面には、ＳｉＮからなるエッチングストッパ層２が形成されている。このエッチングストッパ層２は、約０．０５μｍ〜約０．２μｍの厚みを有する。そして、後述するダイアフラム部４ａが形成される領域には、シリコン基板１とエッチングストッパ層２とを貫通するように、部分四角錐状（截頭四角錐状）（図１および図３参照）の開口部３が形成されている。この開口部３は、音が入ってきた際に、空気の通り道として機能する。
【００１６】
エッチングストッパ層２および開口部３の上面に、約０．１μｍ〜約２．０μｍの厚みを有するポリシリコン層４が形成されている。このポリシリコン層４は、ｎ型の不純物（リン（Ｐ））がドープされることにより導電性を有している。このポリシリコン層４は、図３および図４に示すように、平面的に見て、開口部３の中心と同じ位置に中心が配置された円板状のダイアフラム部４ａと、ダイアフラム部４ａから図３のＡ方向に突出して延びるとともに、コンタクト領域４ｃを含む接続配線部４ｂとを含む。なお、ダイアフラム部４ａは、本発明の「ダイアフラム」の一例である。
【００１７】
ここで、第１実施形態では、エッチングストッパ層２およびポリシリコン層４の上面に下部支持体層５が形成されている。下部支持体層５は、ポリシリコンの弾性率よりも高い弾性率を有するＳｉＮからなり、約０．０１μｍ〜約２μｍの厚みを有する。なお、下部支持体層５は、本発明の「支持体」の一例である。ダイアフラム部４ａと下部支持体層５との間には、約１μｍ〜約５μｍの高さを有するエアギャップ６が形成されている。
【００１８】
下部支持体層５の上面には、約０．１μｍ〜約２μｍの厚みを有するポリシリコン層７が形成されている。このポリシリコン層７は、ｎ型の不純物（リン（Ｐ））がドープされることにより導電性を有している。ポリシリコン層７は、図３に示すように、平面的に見て、ダイアフラム部４ａの中心と同じ位置に中心が配置された円板状の電極板部７ａと、電極板部７ａから図３のＢ方向に突出して延びるように形成され、コンタクト領域７ｃを含む接続配線部７ｂとを含む。なお、電極板部７ａは、本発明の「電極板」の一例である。
【００１９】
また、第１実施形態では、下部支持体層５およびポリシリコン層７の上面には、上部支持体層８が形成されている。上部支持体層８は、ポリシリコンの弾性率よりも高い弾性率を有するＳｉＮからなり、約０．０１μｍ〜約２μｍの厚みを有する。つまり、第１実施形態では、ポリシリコン層７からなる電極板部７ａの下面および上面に、それぞれ、ポリシリコンよりも高い弾性率を有するＳｉＮからなる下部支持体層５および上部支持体層８が形成されている。
【００２０】
ポリシリコン層７の電極板部７ａと、下部支持体層５および上部支持体層８とには、外部からエアギャップ６へと繋がる複数の円状の音響孔９が形成されている。
【００２１】
図１に示すように、下部支持体層５および上部支持体層８には、それぞれ、ポリシリコン層４の接続配線部４ｂのコンタクト領域４ｃに対応する部分にコンタクトホール５ａおよびコンタクトホール８ａが形成されている。また、図２に示すように、ポリシリコン層７の接続配線部７ｂのコンタクト領域７ｃに対応する上部支持体層８の部分には、コンタクトホール８ｂが形成されている。
【００２２】
そして、図１に示すように、ポリシリコン層４の接続配線部４ｂのコンタクト領域４ｃ上には、上部支持体層８のコンタクトホール８ａおよび下部支持体層５のコンタクトホール５ａを介して、約５００ｎｍの厚みを有する金（Ａｕ）および約１００ｎｍの厚みを有するクロム（Ｃｒ）からなる電極１１が形成されている。また、図２に示すように、ポリシリコン層７の接続配線部７ｂのコンタクト領域７ｃ上には、上部支持体層８のコンタクトホール８ｂを介して、約５００ｎｍの厚みを有する金（Ａｕ）および約１００ｎｍの厚みを有するクロム（Ｃｒ）からなる電極１２が形成されている。
【００２３】
図５は、第１実施形態によるマイクロホンの動作を説明するための断面図である。次に、図１および図５を参照して、第１実施形態によるマイクロホンの動作を説明する。なお、ダイアフラム部４ａと電極板部７ａとの間には、電極１１および１２を介して一定の電圧が印加されているものとする。
【００２４】
まず、マイクロホン３０に音が入ってきていない状態では、図１に示すように、ダイアフラム部４ａは振動しない。したがって、ダイアフラム部４ａと電極板部７ａとの間の静電容量が変化しないので、ダイアフラム部４ａおよび電極板部７ａから電荷は移動しない。
【００２５】
一方、マイクロホン３０に音が入ってくると、図５に示すように、ダイアフラム部４ａが振動する。したがって、ダイアフラム部４ａと、下部支持体層５および上部支持体層８によって固定されている電極板部７ａとの間の静電容量が変化するので、ダイアフラム部４ａおよび電極板部７ａから電荷が移動する。この電荷の移動が、入ってきた音に対応した電気的な信号として出力される。
【００２６】
第１実施形態では、上記のように、電極板部７ａ、下部支持体層５および上部支持体層８が振動する際に、最も大きい引っ張り応力および圧縮応力が作用する電極板部７ａの上面および下面に、それぞれ、ポリシリコンからなる電極板部７ａの弾性率よりも高い弾性率を有するＳｉＮからなる下部支持体層５および上部支持体層８を形成することによって、電極板の上面または下面のみを覆うように支持体を設けた場合に比べて、下部支持体層５および上部支持体層８による電極板部７ａの支持強度を向上させることができるので、電極板部７ａの振動を抑制することができる。これにより、音がマイクロホン３０に入ってきた際に、ダイアフラム部４ａのみを大きく振動させることができるので、ダイアフラム部４ａと電極板部７ａとの間の距離の変化量を大きくすることができる。この結果、ダイアフラム部４ａと電極板部７ａとの間の静電容量の変化を大きくすることができるので、出力される電気信号を大きくすることができる。また、電極板部７ａ、下部支持体層５および上部支持体層８が振動する際に、最も大きく延びまたは縮むことによって、最も大きい引っ張り応力および圧縮応力が作用する上面および下面の両面を、弾性率の高いＳｉＮからなる下部支持体層５および上部支持体層８により支持しているので、上面および下面に形成された下部支持体層５および上部支持体層８の合計膜厚が、上面または下面の一方のみに支持体が形成される場合の支持体の膜厚と同じ場合にも、下部支持体層５および上部支持体層８による電極板部７ａの支持強度を向上させることができる。これにより、電極板の上面または下面の一方のみを支持体により支持する場合と異なり、下部支持体層５および上部支持体層８の膜厚を増加させることなく、電極板部７ａの支持強度を向上させることができるので、下部支持体層５および上部支持体層８の膜厚を増加させることに起因する下部支持体層５および上部支持体層８のクラックの発生などを抑制することができる。
【００２７】
次に、上記した第１実施形態の効果を確認するために行った２つのシミュレーションについて説明する。図６は、シミュレーションで使用した、一端を支持された平板のモデルの概略図である。図７〜図１３は、図６に示すシミュレーションを行った平板のモデルの２００−２００線の断面図である。なお、以下のシミュレーションは、図６に示す平板３１ａ〜３１ｇの上面に、下向きに１０Ｐａの圧力を作用させて平板３１ａ〜３１ｇの他端部の下方への変位ｙ（ｎｍ）を計算した。
【００２８】
まず、図７〜図１３を参照して、各平板３１ａ〜３１ｇの縦断面構造について説明する。図７に示す平板３１ａは、電極板３２ａの上面にのみ支持体３３ａを形成した比較例１によるモデルである。図８に示す平板３１ｂは、電極板３２ｂの下面にのみ支持体３３ｂを形成した比較例２によるモデルである。図９に示す平板３１ｃは、電極板３２ｃの側面にのみ支持体３３ｃを形成した比較例３によるモデルである。図１０に示す平板３１ｄは、電極板３２ｄの上面および下面に支持体３３ｄを形成した上記第１実施形態に対応する実施例１によるモデルである。図１１に示す平板３１ｅは、電極板３２ｅの上下面および側面に支持体３３ｅを形成した後述する第２実施形態に対応する実施例２によるモデルである。図１２に示す平板３１ｆは、電極板３２ｆの上面および側面に支持体３３ｆを形成した後述する第１変形例に対応する実施例３によるモデルである。図１３に示す平板３１ｇは、電極板３２ｇの下面および側面に支持体３３ｇを形成した後述する第２変形例に対応する実施例４によるモデルである。なお、全ての平板３１ａ〜３１ｇのモデルにおいて、電極板３２ａ〜３２ｇは、１７０ＧＰａの弾性率を有し、支持体３３ａ〜３３ｇは、３００ＧＰａの弾性率を有すると仮定した。
【００２９】
図１４は、電極板の縦断面積および支持体の縦断面積の和（６μｍ２）に対する支持体の縦断面積の比率（％）と、変位ｙ（ｎｍ）との関係を示すグラフである。このシミュレーションでは、１００μｍの長さＬ（図６参照）、５μｍの幅Ｗおよび１．２μｍの高さＨを有する比較例１〜３による平板３１ａ〜３１ｃおよび実施例１〜４による平板３１ｄ〜３１ｇのモデルを使用し、電極板３２ａ〜３２ｇの縦断面積および支持体３３ａ〜３３ｇの縦断面積の合計（６μｍ２）を一定にした状態でシミュレーションを行った。
【００３０】
次に、図１４を参照して、まず、比較例１による平板３１ａ（図７参照）、比較例２による平板３１ｂ（図８参照）および実施例１（第１実施形態に対応）による平板３１ｄ（図１０参照）における変位ｙの違いについて説明する。図１４に示すように、電極板３２ｄの上面および下面に支持体３３ｄを形成した実施例１による平板３１ｄ（図１０参照）は、電極板３２ａの上面にのみ支持体３３ａを形成した比較例１による平板３１ａ（図７参照）および電極３２ｂの下面にのみ支持体３３ｂを形成した比較例２による平板３１ｂ（図８参照）に比べて、変位ｙが小さいことがわかる。特に、電極板３２ａ、３２ｂおよび３２ｄの縦断面積と支持体３３ａ、３３ｂおよび３３ｄの縦断面積との合計に対する支持体３３ａ、３３ｂおよび３３ｄの縦断面積の比率を約１０％以上に設定した場合では、電極板３２ｄの上面および下面に支持体３３ｄを形成した実施例１による平板３１ｄ（図１０参照）は、電極板３２ａの上面にのみ支持体３３ａを形成した比較例１による平板３１ａ（図７参照）および電極３２ｂの下面にのみ支持体３３ｂを形成した比較例２による平板３１ｂ（図８参照）に比べて、より変位ｙが小さいことがわかる。
【００３１】
次に、図１４を参照して、比較例１による平板３１ａ（図７参照）、比較例２による平板３１ｂ（図８参照）および実施例２（第２実施形態に対応）による平板３１ｅ（図１１参照）における変位ｙの違いについて説明する。なお、図１４に示す実施例２による平板３１ｅは、以下の表１に示す支持体（下層）３３ｅ、電極板３２ｅおよび支持体（上層）３３ｅの各膜厚によって行った。
【００３２】
【表１】
2007088914.tif 000003
【００３３】
図１４に示すように、電極板３２ａ、３２ｂおよび３２ｅの縦断面積と支持体３３ａ、３３ｂおよび３３ｅとの縦断面積の合計に対する支持体３３ａ、３３ｂおよび３３ｅの縦断面積の比率を約１７％以上に設定した場合では、電極板３２ｅの上面、下面および側面に支持体３３ｅを形成した実施例２による平板３１ｅ（図１１参照）は、電極板３２ａの上面にのみ支持体３３ａを形成した比較例１による平板３１ａ（図７参照）および電極板３２ｂの下面にのみ支持体３３ｂを形成した比較例２による平板３１ｂ（図８参照）に比べて、変位ｙが小さいことがわかる。
【００３４】
次に、図１４を参照して、比較例１による平板３１ａ（図７参照）、比較例２による平板３１ｂ（図８参照）、実施例３（第１変形例に対応）による平板３１ｆ（図１２参照）および実施例４（第２変形例に対応）による平板３１ｇ（図１３参照）における変位ｙの違いについて説明する。図１４に示すように、電極板３２ａ、３２ｂ、３２ｆおよび３２ｇの縦断面積と支持体３３ａ、３３ｂ、３３ｆおよび３３ｇとの縦断面積の合計に対する支持体３３ａ、３３ｂ、３３ｆおよび３３ｇの縦断面積の比率を約２６％以上に設定した場合では、電極板３２ｆの上面および側面（下面側の側面を含む側面全体）に支持体３３ｆを形成した第１変形例による平板３１ｆ（図１２参照）および電極板３２ｇの下面および側面（上面側の側面を含む側面全体）に支持体３３ｇを形成した第２変形例による平板３１ｇ（図１３参照）は、電極板３２ａの上面にのみ支持体３３ａを形成した比較例１による平板３１ａ（図７参照）および電極板３２ｂの下面にのみ支持体３３ｂを形成した比較例２による平板３１ｂ（図８参照）に比べて、変位ｙが小さいことがわかる。
【００３５】
ここで、電極板および支持体の他端部が上下方向に変位した場合、断面の上面部と下面部が最も長さＬ方向に延びまたは縮むので、断面の上面部および下面部に、最も大きい引っ張り応力または圧縮応力が作用する。一方、電極板および支持体の他端部が上下方向に変位した場合でも、断面の中央部はほとんどＬ方向の長さが変化しないので、断面の中央部には引っ張り応力および圧縮応力がほとんど作用しない。そして、図１０に示した第１実施形態に対応する実施例１による平板３１ｄおよび図１１に示した後述する第２実施形態に対応する実施例２による平板３１ｅのように、電極板３２ｄ（３２ｅ）の上面および下面に支持体３３ｄ（３３ｅ）を形成するか、または、図１２に示した後述する第１変形例による平板３１ｆおよび図１３に示した後述する第２変形例による平板３１ｇのように、電極板３２ｆ（３２ｇ）の上面（下面）および下面側（上面側）の側面に支持体３３ｆ（３３ｇ）を形成することによって、電極板３２ｄ、３２ｅ、３２ｆ、３２ｇおよび支持体３３ｄ、３３ｅ、３３ｆ、３３ｇの他端部が上下方向に変位した場合、最も大きい引っ張り応力および圧縮応力を弾性率の高い支持体３３ｄ、３３ｅ、３３ｆ、３３ｇにより受けることにより、変位ｙを小さくすることができると考えられる。一方、図７（図８）に示した電極板３２ａ（３２ｂ）の上面（下面）にのみ支持体３３ａ（３３ｂ）を形成した比較例１（２）の場合、上面（下面）に作用する最も大きい引っ張り応力または圧縮応力を支持体３３ａ（３３ｂ）によって受けることができるけれども、下面（上面）に作用する最も大きい引っ張り応力または圧縮応力は、弾性率の低い電極板３２ａ（３２ｂ）によって受けなければならない。したがって、変位ｙが大きくなると考えられる。
【００３６】
図１５は、支持体の膜厚（μｍ）と、変位ｙ（ｎｍ）との関係を示すグラフである。このシミュレーションでは、１００μｍの長さＬおよび５μｍの幅Ｗを有する比較例１ａによる平板３１ａ（図７参照）、比較例２ａによる平板３１ｂ（図８参照）および実施例１ａ（第１実施形態に対応）による平板３１ｄ（図１０参照）のモデルを使用し、各平板３１ａ、３１ｂおよび３１ｄの電極板３２ａ、３２ｂおよび３２ｄの膜厚（０．６μｍ）を一定にした状態で、支持体３３ａ、３３ｂおよび３３ｄの各々の合計膜厚を０．３μｍ、０．６μｍ、および、０．９μｍに変化させた。なお、図１０に示した第１実施形態に対応する実施例１ａの平板３１ｄのモデルでは、上面および下面の支持体３３ｄの両方が等しい膜厚（すなわち、支持体の合計膜厚の１／２）になるように設定している。たとえば、支持体３３ｄの合計膜厚が０．３μｍの場合、上面の支持体３３ｄの膜厚および下面の支持体３３ｄの膜厚が、それぞれ、０．１５μｍの厚みを有するように設定されている。
【００３７】
次に、図１５を参照して、比較例１による平板３１ａ（図７参照）、比較例２による平板３１ｂ（図８参照）および第１実施形態に対応する実施例１ａによる平板３１ｄ（図１０参照）の変位ｙの違いについて説明する。図１５に示すように、電極板３２ｄの上面および下面の両方に支持体３３ｄを形成した第１実施形態に対応する実施例１ａの平板３１ｄ（図１０参照）は、電極板３２ａの上面にのみ支持体３３ａを形成した比較例１ａによる平板３１ａ（図７参照）、および、電極板３２ｂの下面にのみ支持体３３ｂを形成した比較例２ａによる平板３１ｂ（図８参照）に比べて、支持体の合計膜厚が０．３μｍ〜０．９μｍの範囲内において、変位ｙが小さくなることがわかる。これは、支持体の合計膜厚が同じであれば、図１０に示した電極３２ｄの上面および下面の両方に支持体３３ｄを形成した実施例１ａによる平板３１ｄの方が、電極板３２ａ（３２ｂ）の上面（下面）にのみ支持体３３ａ（３３ｂ）を形成した比較例１ａ（２ａ）による平板３１ａ（３１ｂ）（図７および図８参照）よりも電極板の振動を抑制することができることを意味する。
【００３８】
特に、支持体３３ａ、３３ｂおよび３３ｄの合計膜厚が小さい場合（０．３μｍ）の方が、支持体３３ａ、３３ｂおよび３３ｄの合計膜厚が大きい場合（０．６μｍ、０．９μｍ）に比べて、図７および図８に示す比較例１ａおよび２ａによる平板３１ａおよび３１ｂのモデルの変位ｙと、図１０に示す実施例１ａによる平板３１ｄのモデルの変位ｙとの差が大きくなることがわかる。すなわち、マイクロホン３０を小型化する場合などにおいて、支持体３３ａ、３３ｂおよび３３ｄを薄く形成した場合、図７および図８に示す比較例１ａおよび２ａによる平板３１ａおよび３１ｂのモデルの変位ｙに比べて、図１０に示す第１実施形態に対応する実施例１ａによる平板３１ｄのモデルの変位ｙが、より小さくなることがわかる。
【００３９】
図１６〜図２９は、本発明の第１実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図１および図１６〜図２９を参照して、本発明の第１実施形態によるマイクロホンの製造プロセスについて説明する。
【００４０】
まず、図１６に示すように、ジクロロシランガスおよびアンモニアガス、または、モノシランガスおよびアンモニアガスによるＬＰ−ＣＶＤ（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：減圧ＣＶＤ）法を用いて、シリコン基板１の表面および裏面に、それぞれ、ＳｉＮからなる約０．０５μｍ〜約０．２μｍの厚みを有するエッチングストッパ層２およびマスク層２０を形成する。その後、モノシランガス、または、ジシランガスによるＬＰ−ＣＶＤ法を用いて、エッチングストッパ層２の上面の全面上に、約０．１μｍ〜約２μｍの厚みを有するポリシリコン層４を形成する。その後、このポリシリコン層４を高濃度のｎ＋型にするために、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）を用いて、約８７５℃の条件下で固相リン拡散を行う。そして、フォトリソグラフィ技術により、ポリシリコン層４上の所定領域に、レジスト膜２１を形成する。
【００４１】
次に、図１７に示すように、レジスト膜２１をマスクとして、塩素系のガスによるドライエッチング技術を用いて、ポリシリコン層４をパターニングすることによって、ダイアフラム部４ａおよび接続配線部４ｂを形成する。その後、レジスト膜２１を除去する。
【００４２】
次に、図１８に示すように、プラズマＣＶＤ法、または、常圧ＣＶＤ法により、全面を覆うように、約２μｍ〜約５μｍの厚みを有するＰＳＧ（リン添加ＳｉＯ２）からなる犠牲層２２を形成する。その後、フォトリソグラフィ技術を用いて、犠牲層２２上の所定領域に、レジスト膜２３を形成する。
【００４３】
次に、図１９に示すように、レジスト膜２３をマスクとして、フッ素系のガスによるドライエッチング技術を用いて、エアギャップ６（図１参照）を形成するための犠牲層２２をパターニングする。その後、レジスト膜２３を除去する。
【００４４】
次に、図２０に示すように、モノシランおよびアンモニア、または、ジクロロシランおよびアンモニアからなる混合ガスによるＬＰ−ＣＶＤ法を用いて、エッチングストッパ層２、ポリシリコン層４および犠牲層２２の上面上に、約０．０１μｍ〜約２μｍの厚みを有するＳｉＮからなる下部支持体層５を形成する。
【００４５】
次に、図２１に示すように、モノシランガス、または、ジシランガスによるＬＰ−ＣＶＤ法を用いて、下部支持体層５の上面の全面上に約０．１μｍ〜約２μｍの厚みを有するポリシリコン層７を形成する。その後、このポリシリコン層７を高濃度のｎ＋型にするために、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）を用いて、約８７５℃の条件下で固相リン拡散を行う。その後、フォトリソグラフィ技術を用いて、ポリシリコン層７上の所定領域に、レジスト膜２４を形成する。
【００４６】
次に、図２２に示すように、レジスト膜２４をマスクとして、塩素系のガスによるエッチング技術を用いて、ポリシリコン層７をパターニングすることによって、電極板部７ａ、接続配線部７ｂ（図３参照）および電極１１が形成される部分のポリシリコン層７ｄを形成する。その後、レジスト膜２４を除去する。
【００４７】
次に、図２３に示すように、モノシランおよびアンモニア、または、ジクロロシランおよびアンモニアからなる混合ガスによるＬＰ−ＣＶＤ法、または、プラズマＣＶＤ法を用いて、下部支持体層５および電極板部７ａおよび接続配線部７ｂの上面上に、約０．０１μｍ〜約２μｍの厚みを有するＳｉＮからなる上部支持体層８を形成する。
【００４８】
次に、図２４に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、上部支持体層８上の所定領域にレジスト膜２５を形成する。
【００４９】
次に、図２５に示すように、レジスト膜２５をマスクとして、アルゴン、酸素およびＣＦ４からなる混合ガスによるエッチング技術を用いて、上部支持体層８をパターニングする。その後、同じレジスト膜２５をマスクとして、塩素および酸素からなる混合ガスによるエッチング技術を用いて、ポリシリコン層７をパターニングする。なお、同時にポリシリコン層７ｄをエッチングにより除去する。その後、同じレジスト膜２５をマスクとして、アルゴン、酸素およびＣＦ４からなる混合ガスによるエッチング技術を用いて、下部支持体層５をパターニングする。これらにより、図２５に示すように、コンタクトホール５ａおよび８ａと、音響孔９とが形成される。その後、レジスト膜２５を除去する。そして、フォトリソグラフィ技術を用いて、コンタクトホール８ｂ（図２参照）が形成される領域以外の領域を覆うレジスト膜（図示せず）を形成した後、そのレジスト膜をマスクとして、アルゴン、酸素およびＣＦ４からなる混合ガスによるエッチング技術を用いて、上部支持体層８をパターニングすることにより、コンタクトホール８ｂを形成する。
【００５０】
次に、図２６に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて電極１１および１２の形成領域以外の領域を覆うように、レジスト膜２６を形成した後、全面上に蒸着法を用いて、約５００ｎｍの厚みを有する金（Ａｕ）および約１００ｎｍの厚みを有するクロム（Ｃｒ）からなる電極層２７を形成する。そして、リフトオフ法を用いてレジスト膜２６を除去することにより、レジスト膜２６の上面および側面上に形成された電極層２７を除去することによって、図２７に示すように、電極１１および１２（図１〜図３参照）を形成する。
【００５１】
次に、図２８に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、マスク層２０の表面上の所定領域にレジスト膜２６を形成する。その後、レジスト膜２６をマスクとして、フッ素系のガスによるドライエッチング技術を用いて、マスク層２０をパターニングする。その後、レジスト膜２６を除去する。
【００５２】
次に、図２９に示すように、マスク層２０をマスクとして、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）水溶液、または、水酸化カリウム水溶液による異方性ウェットエッチング技術を用いて、シリコン基板１に開口部３を形成する。
【００５３】
次に、図３０に示すように、フッ素系のガスによるドライエッチング技術を用いて、マスク層２０を除去するとともに、開口部３から露出している部分のエッチングストッパ層２をエッチングする。その後、フッ酸を音響孔９から流入させて、犠牲層２２を除去することにより、エアギャップ６を形成して、図１に示したような第１実施形態のマイクロホン３０が完成する。
【００５４】
（第２実施形態）
図３１は、本発明の第２実施形態によるマイクロホンの構造を示した断面図である。まず、図３１を参照して、この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、電極板部４７ａの上下面のみならず、電極板部４７ａの音響孔４９に対応する孔部４７ｂの内側面にも支持体を形成した例について説明する。
【００５５】
すなわち、この第２実施形態によるマイクロホン３０ａでは、図３１に示すように、ポリシリコン層４７の電極板部４７ａに音響孔４９よりも大きな孔部４７ｂが、音響孔４９に対応する位置に形成されている。また、上部支持体層４８が、ポリシリコン層４７の電極板部４７ａの上面部だけではなく、電極板部４７ａの孔部４７ｂの側面を覆うように形成されている。また、下部支持体層４５は、ポリシリコン層４７の孔部４７ｂの内側面の下端に位置する部分を覆うように形成されている。すなわち、音響孔４９の側面が、上部支持体層４８と下部支持体層４５とによって形成されている。
【００５６】
なお、第２実施形態の下部支持体層４５、ポリシリコン層４７および上部支持体層４８以外の構造は、上記第１実施形態と同じ構造を有する。
【００５７】
第２実施形態では、上記のように、電極板部４７ａ、下部支持体層４５および上部支持体層４８が振動する際に、最も大きい引っ張り応力および圧縮応力が作用する電極板部４７ａの上面および下面と、電極板部４７ａの音響孔４９に対応する孔４７ｂの側面とに、ポリシリコンからなる電極板部４７ａの弾性率よりも高い弾性率を有するＳｉＮからなる下部支持体層４５および上部支持体層４８を形成することによって、電極板の上面または下面のみを覆うように形成された支持体を設けた場合に比べて、下部支持体層４５および上部支持体層４８による電極板部４７ａの支持強度を向上させることができるので、電極板部４７ａの振動を抑制することができる。なお、この点は、図１４に示したシミュレーションにおいて確認済みである。
【００５８】
図３２〜図３６は、本発明の第２実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図３１および図３２〜図３６を参照して、本発明の第２実施形態によるマイクロホンの製造プロセスについて説明する。
【００５９】
まず、第１実施形態の図１６〜図２０に示す工程と同様の製造プロセスを経て、図２１に示した形状を形成した後、図３２に示すように、モノシランガス、または、ジシランガスによるＣＶＤ法を用いて、下部支持体層４５上に約０．１μｍ〜約２μｍの厚みを有するポリシリコン層４７を形成する。その後、ポリシリコン層４７上の所定領域に、フォトリソグラフィ技術を用いてレジスト膜５１を形成する。
【００６０】
次に、図３３に示すように、レジスト膜５１をマスクとして、塩素および酸素の混合ガスによるエッチング技術を用いて、ポリシリコン層４７をパターニングすることによって、音響孔４９の直径よりも大きい直径を有する孔部４７ｂを含む電極板部４７ａおよび接続配線部（図示せず）を形成する。その後、レジスト膜５１を除去する。
【００６１】
次に、図３４に示すように、モノシランガスおよびアンモニアガス、または、ジクロロシランガスおよびアンモニアガスからなる混合ガスによるＬＰ−ＣＶＤ法、または、プラズマＣＶＤ法を用いて、約０．０１μｍ〜約２μｍの厚みを有するＳｉＮからなる上部支持体層４８を形成する。
【００６２】
次に、図３５に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、上部支持体層４８上の所定領域に、レジスト膜５２を形成する。
【００６３】
次に、レジスト膜５２をマスクとして、アルゴン、酸素およびＣＦ４からなる混合ガスによるエッチング技術を用いて、上部支持体層４８および下部支持体層４５をエッチングする。これにより、音響孔４９およびコンタクトホール４５ａおよび４８ａを含む図３６に示す形状が得られる。その後、レジスト膜５２を除去する。
【００６４】
その後、図２６〜図３０に示した第１実施形態の製造プロセスと同様の製造プロセスを経て、図３１に示した第２実施形態によるマイクロホン３０が完成する。
【００６５】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００６６】
たとえば、上記した第１実施形態では、電極板部７ａの上下両面を覆うようにＳｉＮからなる下部支持体層５と上部支持体層８とを形成し、上記第２実施形態では、電極板部４７ａの上下両面および側面を覆うように、ＳｉＮからなる下部支持体層４５と上部支持体層４８とを形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、図３７に示す第１変形例のマイクロホン３０ｂのように、ポリシリコンからなる電極板部６７ａの上面と、電極板部６７ａの音響孔６９に対応する孔部６７ｂの側面全体とを覆うように、ＳｉＮからなる上部支持体層６８を形成してもよい。第１変形例では、上記のように、電極板部６７ａおよび上部支持体層６８が振動する際に、最も大きい引っ張り応力および圧縮応力が作用する電極板部６７ａの上面および下面の側部（孔部６７ｂの下面側の側面を含む側面全体）に、ポリシリコンからなる電極板部６７ａの弾性率よりも高い弾性率を有するＳｉＮからなる上部支持体層６８を形成することによって、電極板部の上面または下面のみを覆う支持体層を設けた場合に比べて、上部支持体層６８による電極板部６７ａの支持強度を向上させることができるので、電極板部６７ａの振動を抑制することができる。このことは、図１４に示したシミュレーションにおいても確認済みである。
【００６７】
また、図３８に示す第２変形例のマイクロホン３０ｃのように、ポリシリコンからなる電極板部７７ａの下面と、電極板部７７ａの音響孔７９に対応する孔部７７ｂの側面とを覆うように、ＳｉＮからなる下部支持体層７５と側部支持体層７８とを形成してもよい。第２変形例では、上記のように、電極板部７７ａ、下部支持体層７５および側部支持体層７８が振動する際に、最も大きい引っ張り応力および圧縮応力が作用する電極板部７７ａの上面の側部（孔部７７ｂの上面側の側面を含む側面全体）および下面に、ポリシリコンからなる電極板部７７ａの弾性率よりも高い弾性率を有するＳｉＮからなる下部支持体層７５および側部支持体層７８を形成することによって、電極板部の上面または下面のみを覆う支持体層を設けた場合に比べて、下部支持体層７５および側部支持体層７８による電極板部７７ａの支持強度を向上させることができるので、電極板部７７ａの振動を抑制することができる。このことは、図１４に示したシミュレーションにおいても確認済みである。
【００６８】
また、上記した第１および第２実施形態と第１および第２変形例とでは、本発明をマイクロホン３０および３０ａ〜３０ｃに適用する例を示したが、本発明はこれに限らず、他の音響センサ、圧力センサや、加速度センサなどの櫛歯型静電容量検出センサに適用してもよい。
【００６９】
また、上記した第１および第２実施形態と第１および第２変形例とでは、電極板部７ａ、４７ａ、６７ａおよび７７ａをポリシリコンで構成するとともに、下部支持体層５、４５、６５および７５と上部支持体層８、４８、６８および７８をＳｉＮで構成する例を示したが、本発明はこれに限らず、支持体を構成する材料の弾性率が電極板を構成する材料の弾性率よりも高ければ、それぞれを構成する材料は適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１実施形態によるマイクロホンの構造を示した断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態によるマイクロホンの構造を示した断面図である。
【図３】図１に示した本発明の第１実施形態によるマイクロホンの平面図である。
【図４】図１に示した本発明の第１実施形態によるマイクロホンの平面図である。
【図５】図１に示した第１実施形態によるマイクロホンの動作を説明するための断面図である。
【図６】シミュレーションで使用した、一端を支持された平板のモデルの概略図である。
【図７】図６に示すシミュレーションを行った平板のモデルの２００−２００線の断面図である。
【図８】図６に示すシミュレーションを行った平板のモデルの２００−２００線の断面図である。
【図９】図６に示すシミュレーションを行った平板のモデルの２００−２００線の断面図である。
【図１０】図６に示すシミュレーションを行った平板のモデルの２００−２００線の断面図である。
【図１１】図６に示すシミュレーションを行った平板のモデルの２００−２００線の断面図である。
【図１２】図６に示すシミュレーションを行った平板のモデルの２００−２００線の断面図である。
【図１３】図６に示すシミュレーションを行った平板のモデルの２００−２００線の断面図である。
【図１４】電極板の縦断面積および支持体の縦断面積の和（６μｍ２）に対する支持体の縦断面積の比率（％）と、変位ｙ（ｎｍ）との関係を示すグラフである。
【図１５】支持体の膜厚（μｍ）と、変位ｙ（ｎｍ）との関係を示すグラフである。
【図１６】本発明の第１実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１７】本発明の第１実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１８】本発明の第１実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１９】本発明の第１実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２０】本発明の第１実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２１】本発明の第１実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２２】本発明の第１実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２３】本発明の第１実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２４】本発明の第１実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２５】本発明の第１実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２６】本発明の第１実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２７】本発明の第１実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２８】本発明の第１実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２９】本発明の第１実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３０】本発明の第１実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３１】本発明の第２実施形態によるマイクロホンの構造を示した断面図である。
【図３２】本発明の第２実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３３】本発明の第２実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３４】本発明の第２実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３５】本発明の第２実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３６】本発明の第２実施形態によるマイクロホンの製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３７】本発明の第１変形例によるマイクロホンの構造を示した断面図である。
【図３８】本発明の第２変形例によるマイクロホンの構造を示した断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
４     ポリシリコン層
４ａ   ダイアフラム部（ダイアフラム）
５     下部支持体層
７     ポリシリコン層
７ａ   電極板部（電極板）
８     上部支持体層
９     音響孔
３０、３０ａ〜３０ｃ マイクロホン
４５   下部支持体層
４７   ポリシリコン層
４７ａ 電極板部
４７ｂ  孔部
４８   上部支持体層
４９   音響孔
６７ａ 電極板部
６７ｂ  孔部
６８   上部支持体層
６９   音響孔
７５   下部支持体層
７７ａ 電極板部
７７ｂ  孔部
７８   側部支持体層
７９   音響孔
【図１】
2007088914.tif 000004
【図２】
2007088914.tif 000005
【図３】
2007088914.tif 000006
【図４】
2007088914.tif 000007
【図５】
2007088914.tif 000008
【図６】
2007088914.tif 000009
【図７】
2007088914.tif 000010
【図８】
2007088914.tif 000011
【図９】
2007088914.tif 000012
【図１０】
2007088914.tif 000013
【図１１】
2007088914.tif 000014
【図１２】
2007088914.tif 000015
【図１３】
2007088914.tif 000016
【図１４】
2007088914.tif 000017
【図１５】
2007088914.tif 000018
【図１６】
2007088914.tif 000019
【図１７】
2007088914.tif 000020
【図１８】
2007088914.tif 000021
【図１９】
2007088914.tif 000022
【図２０】
2007088914.tif 000023
【図２１】
2007088914.tif 000024
【図２２】
2007088914.tif 000025
【図２３】
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【図２４】
2007088914.tif 000027
【図２５】
2007088914.tif 000028
【図２６】
2007088914.tif 000029
【図２７】
2007088914.tif 000030
【図２８】
2007088914.tif 000031
【図２９】
2007088914.tif 000032
【図３０】
2007088914.tif 000033
【図３１】
2007088914.tif 000034
【図３２】
2007088914.tif 000035
【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
2007088914.tif 000038
【図３６】
2007088914.tif 000039
【図３７】
2007088914.tif 000040
【図３８】
2007088914.tif 000041