(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックプレートを有する単結晶シリコン基板と、前記バックプレートに対して所定の間隔を隔てて形成された電極とを有してなるコンデンサマイクロホンの製造方法であって、
（ａ）前記単結晶シリコン基板の表面に少なくとも前記バックプレート兼貫通穴相当部が開口部となっているドープマスクを形成する工程、
（ｂ）前記単結晶シリコン基板の表面が露出した部分に所定深さまでホウ素を高濃度にドープする工程、
（ｃ）前記単結晶シリコン基板に、前記バックプレート及びダイアフラムに対して選択的にエッチングする犠牲層膜として、プラズマＣＶＤによるＳｉＯ２膜を形成する工程、
（ｄ）前記犠牲層膜に、スパッタによるＰｏｌｙ−Ｓｉ膜のダイアフラムを成膜し、ホウ素をドープする工程、
（ｅ）前記単結晶シリコン基板の裏面にエッチングにより、所定深さの凹部を形成する工程、
（ｆ）前記単結晶シリコン基板の前記バックプレート及び前記ダイアフラム間の犠牲層膜を選択的にエッチングし、任意に隔てた空間を形成する工程、
とからなることを特徴とするコンデンサマイクロホンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は補聴器等への音声入力に用いられる小型コンデンサマイクロホンおよびその製造方法および補聴器等の音声入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
音声入力素子としての小型マイクロホンは現在主に補聴器に用いられている。今後の長寿社会ではますますその需要が増大するものと考えられるが、その需要に応えるためには、小型マイクロホンには今後さらなる小型化、低消費電力化が求められている。一方、シリコンマイクロマシニング技術は、半導体加工技術を用いてシリコン基板を加工し微細・高精度な３次元構造・装置を作製する技術で、超小型のセンサやインクジェットヘッドなどの製造に必要不可欠な技術である。マイクロホンを小型化するという観点でも、近年多くの研究者がマイクロマシニング技術を駆使して小型マイクロホンの研究開発を行っている。従来の小型コンデンサマイクロホンとしては、たとえば、「Ａ ＨＩＧＨ ＳＥＮＳＩＴＩＶＩＴＹ ＰＯＬＹＳＩＬＩＣＯＮ ＤＩＡＰＨＲＡＧＭ ＣＯＮＤＥＮＳＥＲ ＭＩＣＲＯＰＨＯＮＥ」Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ、１９９８、５８０−５８５ページに記載されているように、Ｈｓｕらはシリコン基板上に、ポリシリコン薄膜からなるダイアフラムとホウ素の高濃度ドープおよび選択エッチングにより形成されるバックプレートからなるコンデンサを検知部とした小型の高性能コンデンサマイクロホンの製造技術を開示している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の小型マイクロホンでは、以下に述べるような課題があった。Ｈｓｕらによるマイクロホンでは、減圧ＣＶＤ方式によって形成されたポリシリコン膜をダイアフラムとしている。一般にポリシリコン膜の内部応力は調整可能ではあるが、成膜時の残留応力が約１００Ｐａにもなり、この内部応力を緩和する処置としてドーピング、アニール処理を行ったとしても内部応力を解消することは困難である。また、モノシラン（ＳｉＨ４）などの危険なガスを用いて減圧ＣＶＤ等の方式によってポリシリコン膜を形成する場合、モノシランガスの安全管理やＣＶＤ処理後の排ガスの無害化等の付帯的実施項目が生じ、設備管理が難しくなるという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明は、上記したような課題を解決するもので、その目的とするところは、モノシランのような危険なガスを用いることなく内部応力を解消した優れたダイアフラムを備えた小型のコンデンサマイクロホンを提供することにある。
【０００５】
また、本発明の別の目的は、このコンデンサマイクロホンを備えた優れた性能の音声入力装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１のコンデンサマイクロホンは、バックプレートを有する単結晶シリコン基板と、前記バックプレートに対して所定の間隔を隔てて形成された電極とを有してなるコンデンサマイクロホンにおいて、前記電極であるダイアフラムにはホウ素がドーピングされてなり、前記バックプレートには複数個の貫通穴が形成され、高濃度にホウ素がドーピングされていることを特徴とする。
【０００７】
このため、請求項１のコンデンサマイクロホンはスパッタ成膜により形成しホウ素をドープさせたダイアフラムを有するため、内部応力を解消することができ、優れた特性を有するという効果を有する。
【０００８】
請求項２のコンデンサマイクロホンの前記ダイアフラムは、前記バックプレートに比べて厚みが薄いことを特徴とする。
【０００９】
このため、請求項２のコンデンサマイクロホンは、音源からの音圧を受ける際にダイアフラムのみが音圧に従って振動し、この振動に従って生じるコンデンサ容量の変化に応じた信号を出力できるという効果を有する。
【００１０】
請求項３のコンデンサマイクロホンは、前記単結晶シリコン基板は（１００）面方位または（１１０）面方位であることを特徴とする。
【００１１】
このため、請求項３のコンデンサマイクロホンは、アルカリ異方性エッチングにより高精度に形成された凹部底面がバックプレートとなり、寸法精度が高いバックプレートを有することができ、従って設計どおりのコンデンサマイクロホンが再現よく製造されるという効果を有する。
【００１２】
本発明のコンデンサマイクロホンの製造方法は、
バックプレートを有する単結晶シリコン基板と、前記バックプレートに対して所定の間隔を隔てて形成された電極とを有してなるコンデンサマイクロホンの製造方法であって、
（ａ）前記単結晶シリコン基板の表面に少なくとも前記バックプレート兼貫通穴相当部が開口部となっているドープマスクを形成する工程、
（ｂ）前記単結晶シリコン基板の表面が露出した部分に所定深さまでホウ素を高濃度にドープする工程、
（ｃ）前記単結晶シリコン基板に前記バックプレート及び前記ダイアフラムに対して選択的にエッチングする犠牲層膜を形成する工程、
（ｄ）前記犠牲層膜に、スパッタによるダイアフラムを成膜し、ホウ素をドープする工程、
（ｅ）前記単結晶シリコン基板の裏面にエッチングにより、所定深さの凹部を形成する工程、
（ｆ）前記単結晶シリコン基板の前記バックプレート及び前記ダイアフラム間の犠牲層膜を選択的にエッチングし、任意に隔てた空間を形成する工程、
とからなることを特徴とする。
【００１３】
このため、請求項４の方法は、任意な犠牲層膜膜厚により均一性の高い空隙を形成するというするとともに、ホウ素の高濃度ドープとアルカリエッチングによる高精度なエッチストップにより形成される高精度なバックプレートを有するコンデンサマイクロホンを形成することができるという効果を有する。
【００１４】
請求項５の方法は、請求項４記載のコンデンサマイクロホンの製造方法において、前記ホウ素のドープ方法が熱拡散法またはイオン打ち込み法によることを特徴とする。
【００１５】
このため、請求項５の方法はアルカリエッチングにバックプレート以外の不要部をエッチング除去する際に、バックプレートとなる部分でのエッチストップ現象を確実に生じせしめ、従って高精度なバックプレートを有するコンデンサマイクロホンを形成することができるという効果を有する。
【００１６】
請求項６の音声入力装置は、請求項１ないし３のいずれかに記載のコンデンサマイクロホンを有することを特徴とする。
【００１７】
このため、請求項６の音声入力装置は、請求項１ないし３のいずれかに記載のコンデンサマイクロホンが有する効果を備えるという効果を有する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明する。
【００１９】
（実施例１）
図１は実施例１におけるマイクロホン１００の断面斜視図である。実施例１におけるマイクロホン１００はダイアフラム１０２やバックプレート１０３等のマイクロホンを構成するに必要な構造体を単結晶シリコン基板上に積層膜が形成されている構造を有している。
【００２０】
マイクロホン１００となる単結晶シリコン基板１０１はたとえば４インチ径のシリコンウェハ上に多数形成されたものを最終的にダイシング等の手段で分離されて完成するが、その大きさは一辺２ｍｍ四方で厚みは５００μｍである。単結晶シリコン基板の裏面側には所定のアルカリ異方性エッチングにより形成された凹部の底部に相当するところに直径５０μｍの円形の音響ホール１０６が多数形成された厚み１３μｍ、一辺１ｍｍの正方形状のバックプレート１０３とこれに連なる下部電極配線１０４および下部電極パッド１０５が形成されている。また、単結晶シリコン基板の表面側には厚み１．０μｍ、一辺１ｍｍの正方形のダイアフラム１０２とこれに連なる上部電極配線１０７および上部電極パッド１０８が形成されている。
【００２１】
ダイアフラム１０２とバックプレート１０３とは距離３μｍの空隙１０９を隔てて互いに平行に形成されている。また、単結晶シリコン基板の表面側には、接地電極１１０が形成されている。
【００２２】
図２は、実施例１のマイクロホン１００の製造工程図である。
【００２３】
まず、直径４インチの単結晶シリコン基板１０１（（１００）結晶面方位、厚み５００μｍ）を熱酸化してその両面にエッチングおよびドープ用マスクとなる厚み１μｍのＳｉＯ２膜２０１を形成し、選択的に直径５０μｍの円形の音響ホール１０６を形成させるためパターニングを施す（図２（ａ））。
【００２４】
次に、単結晶シリコン基板の表面側からのドーピングを行う。図示しない固体のホウ素拡散源を単結晶シリコンに対向配置し、１１７５℃で１５時間の熱処理を行う。この処理によりＳｉＯ２膜２０１の開口部から深さ１３μｍの領域まで高濃度（濃度５×１０１９個／ｃｍ３以上）のホウ素がドーピングされる（図２（ｂ））。ドーピングは、イオン打ち込み法や液体拡散源を用いる方法（３臭化ホウ素等を用いる）によっても同様の処理が可能である。ドープ用マスクとして使用したＳｉＯ２膜２０１はドーピング終了後フッ酸溶液にて除去する。
【００２５】
次に、単結晶シリコン基板の表面に犠牲層となる厚み３μｍ、裏面にエッチングマスクとなる厚み１μｍをそれぞれＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を用いたプラズマＣＶＤによるＳｉＯ２膜２０２を形成する（図２（ｃ））。
【００２６】
次いでダイアフラムとなる厚み１μｍのＰｏｌｙ−Ｓｉ膜１０２をスパッタにて形成する。Ｐｏｌｙ−Ｓｉはホウ素をドープし電極化させる。ドーピングはイオン打ち込み法や液体拡散源を用いる方法（３臭化ホウ素等を用いる）によっても同様の処理が可能である。積層膜の最後として保護膜２０３を再度ＴＥＯＳ−ＣＶＤにて1μｍ形成する（図２（ｄ））。
【００２７】
次に、単結晶シリコン基板１０１の裏面側のＴＥＯＳ−ＳｉＯ２膜２０２を凹部２０４に相当するパターンに加工し、アルカリ性のエッチング、たとえば、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）の水溶液（２５％、８０℃）にて露出しているシリコン部分をエッチングする。エッチングは２段階のエッチングとし１段階目に高濃度、２段階目に低濃度の水溶液を使用し、高濃度にドーピングして成形させたバックプレート１０３にてエッチストップをかける。この際、第１の工程（ｂ）にて選択的にドーピングされた部分はバックプレート１０３として残り、されなかった部分はエッチングが進行し、音響ホール１０６が形成される（図２（ｅ））。
【００２８】
次に単結晶シリコン基板表面のドーピング領域からの電極を引き出すために積層膜であるＴＥＯＳ−ＳｉＯ２保護膜２０３、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜ダイアフラム１０２、およびＴＥＯＳ−ＳｉＯ２犠牲層２０２を順にエッチングし、電極取り出し口を形成する（図２（ｆ））。
【００２９】
次に、単結晶シリコン基板１０１の表面側にＰｏｌｙ−Ｓｉ膜ダイアフラム１０２とバックプレート１０３を両電極としコンデンサ構造を形成するため、これらの間にあるＴＥＯＳ−ＳｉＯ２膜２０２を除去し、空隙１０９を形成する。これはフッ酸溶液を準備し基板を浸漬させ、単結晶シリコン１０１裏面側の露出しているバックプレートに選択的に形成された音響ホールを通じＴＥＯＳ−ＳｉＯ２膜２０２をエッチングし空隙１０９を形成する。この際にＴＥＯＳ−ＳｉＯ２保護膜２０３も同時にエッチングし、ダイアフラム１０２及びバックプレート１０３のみの構造にする（図２（ｇ））。
【００３０】
最後に取り出し電極となるパッドをダイアフラム側の上部電極パッド１０７、バックプレート側の下部電極パッド１０５、及び接地電極１１０を形成する。パッド材質はアルミニウムまたは金等の金属で形成する（図２（ｈ））。
【００３１】
本実施例のマイクロホンはマイクロマシニングにより作製されているため、ダイアフラムおよびバックプレートの各部寸法（幅、長さ、厚み、音響ホールの形状、寸法および配置）も設計どおりに形成されている。コンデンサマイクロホンにとって空隙距離や各部寸法が一定であることは重要であり、このことにより、出力が安定したマイクロホンが実現できた。また、上述したようにダイアフラム１０２の厚みはバックプレート１０３の厚みに対して非常に薄く、また、バックプレートには適当な形状、寸法の音響ホールが適当に配置されているため、ダイアフラムが音源より音圧を受けた場合、ダイアフラムのみがこれに応じて振動、変形し、ダイアフラムとバックプレート間の静電容量変化が信号として出力される。本実施例の場合では、音響ホール形状については、円柱形状の場合について述べたが、音響ホールとしての音響特性が最適に設計されていれば、四角柱形状であっても同様にマイクロホンの形成が出来る。
【００３２】
（実施例２）
本実施例は、単結晶シリコン基板１０１として、（１００）面方位の単結晶シリコン基板に代えて（１１０）面方位のｎ型単結晶シリコン基板を用いるものである。図３に本発明の第１の実施例における（１００）面方位の単結晶シリコンを用いた場合（図３(ａ)）と（１１０）面方位の単結晶シリコン基板を用いた場合（図３(ｂ)）の凹部の形状を比較して示す。前記第２の工程で、アルカリ性のエッチング液を用いたエッチングにより凹部２０４を形成するが上記のいずれの場合でもエッチング速度の低い（１１１）シリコン結晶面が側壁となっている。（１００）シリコン基板の場合は、凹部２０４の表面は単結晶シリコン基板表面に対して５４．７度をなす４つの（１１１）面３０２と（１００）面である底面３０３からなり、他方、（１１０）シリコン基板の場合は、凹部２０４の表面はシリコン基板表面に対して９０度をなす４つの（１１１）面３０４、同じく３５度をなす２つの（１１１）面３０５および（１１０）面である底面３０６からなる。いずれの場合においても、アルカリ液を用いたエッチングによりエッチングマスク形状を基準にした精度の高い凹部２０４の形状が実現されている。実施例２では、単結晶シリコン基板１０１として（１１０）シリコン基板を用いて、第１の実施例に記した工程と同一の工程を行うことにより第１の実施例の場合と同様の性能のコンデンサマイクロホンが作製できる。
【００３３】
上述したコンデンサマイクロホン１００を備える音声入力機器として、図４に補聴器３００の斜視図を示す。本発明のマイクロホン１００は補聴器３００の外装部材３０１中の点線で示す部分に、ダイアフラムが形成されているシリコン基板表面側が音源方向に向くようにパッケージングされる。ダイアフラムは音源からの音圧を受け、音圧に従って変形するが、その際のダイアフラムとバックプレートとの電気容量変化を音圧に対応した信号として取出すものである。また、前記コンデンサマイクロホンを備える音声入力機器としては、これに限らず、たとえば、携帯電話のマイク部分にも好ましく用いることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明におけるコンデンサマイクロホンおよびその製造方法によれば、内部応力が適正に調整された高精度なダイアフラムを備え、小型で高性能なコンデンサマイクロホンが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明におけるコンデンサマイクロホンの断面斜視図。
【図２】  本発明におけるコンデンサマイクロホンの製造工程断面図。
【図３】  凹部の形状の説明図。
【図４】  本発明における補聴器の説明図。
【符号の説明】
１００    コンデンサマイクロホン
１０１    単結晶シリコン基板
１０２    ダイアフラム
１０３    バックプレート
１０４    下部電極配線
１０５    下部電極パッド
１０６    音響ホール
１０７    上部電極配線
１０８    上部電極パッド
１０９    空隙
１１０    接地電極
２０１    ＳｉＯ２膜
２０２、２０３    ＴＥＯＳ−ＳｉＯ２膜
２０４    凹部
３００    補聴器
３０１    外装部材
【図１】
0003873630.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003873630.tif 000004
【図４】
0003873630.tif 000005