(57)【要約】【課題】微小なコンデンサマイクロホンの感度を向上させる。【解決手段】コンデンサマイクロホンは、バックキャビティの開口を形成している基板と、前記開口と前記基板の前記開口の周囲とに対向する堆積膜からなるとともに導電性を有するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに対向する堆積膜からなるとともに導電性を有するプレートと、前記ダイヤフラムの外縁と前記プレートの外縁とを絶縁しながら前記基板上に支持するとともに、前記基板と前記ダイヤフラムとの間と、前記ダイヤフラムと前記プレートとの間とにそれぞれ空隙を形成している堆積膜からなる支持手段と、を備え、前記ダイヤフラムの前記基板と向き合う面の前記開口の周囲と向き合う部分に、前記基板に向かって突出する凸部が形成されている。【選択図】図２
2009060600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックキャビティの開口を形成している基板と、
堆積膜からなり、前記開口と前記基板の前記開口の周囲とに対向する中央部と、前記中央部から外側に放射状に延びる複数の腕部とを備え、導電性を有するダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムに対向する堆積膜からなるとともに導電性を有するプレートと、
前記ダイヤフラムの外縁と前記プレートの外縁とを絶縁しながら前記基板上に支持するとともに、前記基板と前記ダイヤフラムとの間と、前記ダイヤフラムと前記プレートとの間とにそれぞれ空隙を形成している堆積膜からなる支持手段と、
複数の前記腕部の間から前記開口に至るまでの音響抵抗を高める凸部と、
を備えるコンデンサマイクロホン。
【請求項２】
前記凸部は、前記中央部の周方向において複数の前記腕部の間に対応する部分に形成され前記基板に向かって突出している、
請求項１に記載のコンデンサマイクロホン。
【請求項３】
前記凸部は絶縁性を有する、
請求項１または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、全体が導電性堆積膜からなり、
前記プレートは、全体が導電性堆積膜からなり、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１〜３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】
前記凸部は、前記中央部および複数の前記腕部のそれぞれに形成され、
前記中央部に形成される前記凸部は前記腕部に形成される前記凸部と径方向に対向する領域において分断され、
前記腕部に形成される前記凸部は前記腕部を横断し、
前記中央部に形成される前記凸部の両端部のそれぞれは、前記腕部に形成される前記凸部の端部と径方向に対向する、
請求項１〜４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】
前記腕部に形成される前記凸部は、前記ダイヤフラムの径方向のうねりによって形成されている、
請求項１〜５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】
前記腕部に、複数の通孔が設けられている、
請求項１〜６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】
前記プレートは、前記ダイヤフラムの前記腕部に対向する部分が切り欠かれている、
請求項１〜７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し、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される微小なコンデンサマイクロホンが知られている（例えば非特許文献１、特許文献１、２、３参照）。このようなコンデンサマイクロホンは、ＭＥＭＳマイクロホンといわれ、ダイヤフラムとプレートは、基板上に堆積した薄膜からなるとともに、互いに離間した状態で基板上に支持されている。音波によって振動するダイヤフラムが可動電極を形成しプレートが固定電極を形成しているため、ダイヤフラムとプレートがコンデンサの対向電極を形成している。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。
【０００３】
ダイヤフラムとプレートとの間の空隙からダイヤフラムによって分け隔てられているバックキャビティに音波が伝搬すると、ダイヤフラムの両面に音波が伝搬することになるため、コンデンサマイクロホンの感度が低下する。一方、バックキャビティをダイヤフラムで完全に閉塞すると、バックキャビティと大気圧とを平衡させることができなくなるため、ダイヤフラムの破壊を引き起こしたり、コンデンサマイクロホンの感度を不安定にすることになる。したがって、基板とダイヤフラムとの間の間隙の高さをできる限り低く設計し、その間隙の音響抵抗を大きくすることが重要である。
【０００４】
【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】米国特許第四７７６０１９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】
【０００５】
ところが、基板とダイヤフラムとの間の間隙の高さを低くすると、高い風圧や大きな衝撃がダイヤフラムに加わったときにダイヤフラムが基板に接触し、そのままダイヤフラムが基板に固着することがあるため、定格の最大音圧が低くなったり、衝撃に弱くなるという問題がある。
また、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。
本発明は、微小なコンデンサマイクロホンの感度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（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、バックキャビティの開口を形成している基板と、堆積膜からなり、前記開口と前記基板の前記開口の周囲とに対向する中央部と、前記中央部から外側に放射状に延びる複数の腕部とを備え、導電性を有するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに対向する堆積膜からなるとともに導電性を有するプレートと、前記ダイヤフラムの外縁と前記プレートの外縁とを絶縁しながら前記基板上に支持するとともに、前記基板と前記ダイヤフラムとの間と、前記ダイヤフラムと前記プレートとの間とにそれぞれ空隙を形成している堆積膜からなる支持手段と、複数の前記腕部の間から前記開口に至るまでの音響抵抗を高める凸部と、を備える。
本発明によると、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備え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。しかし、ダイヤフラムの複数の腕部にあいだにある切り欠き部分からは、ダイヤフラムの裏側、すなわちダイヤフラムを間においてプレートと反対側にある空間であるバックキャビティに音波が伝搬し得る。ダイヤフラムの裏側に音波が伝搬すると、コンデンサマイクロホンの感度は低下する。そこでダイヤフラムの複数の腕部の間にある切り欠き部分からバックキャビティの開口に至るまでの音響抵抗を高める凸部を備えることにより、コンデンサマイクロホンの感度を向上させることができる。
【０００７】
（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、バックキャビティの開口を形成している基板と、堆積膜からなり、前記開口と前記基板の前記開口の周囲とに対向する中央部と、前記中央部から外側に放射状に延びる複数の腕部とを備え、導電性を有するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに対向する堆積膜からなるとともに導電性を有するプレートと、前記ダイヤフラムの外縁と前記プレートの外縁とを絶縁しながら前記基板上に支持するとともに、前記基板と前記ダイヤフラムとの間と、前記ダイヤフラムと前記プレートとの間とにそれぞれ空隙を形成している堆積膜からなる支持手段と、を備え、前記基板に向かって突出する凸部が前記中央部の周方向において複数の前記腕部の間に対応する部分に形成されている。
本発明によると、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備え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。しかし、ダイヤフラムの複数の腕部にあいだにある切り欠き部分からは、ダイヤフラムの裏側、すなわちダイヤフラムを間においてプレートと反対側にある空間に音波が伝搬し得る。ダイヤフラムの裏側に音波が伝搬すると、コンデンサマイクロホンの感度は低下する。ダイヤフラムと基板とが向き合っている領域では、ダイヤフラムと基板との間の空隙の音響抵抗が高ければ高いほど、ダイヤフラムの裏側に伝搬する音波は減衰する。ダイヤフラムと基板との間の空隙の音響抵抗は、ダイヤフラムと基板が向き合う領域の幅（ダイヤフラムの径方向の長さ）と高さ（ダイヤフラムと基板との距離）と腕部の幅（ダイヤフラムの周方向の長さ）とに相関する。中央部の周方向において隣り合う腕部の間（切り欠き部分）に対応する部分においては、ダイヤフラムと基板とが向き合う領域の幅が狭くなる。したがってダイヤフラムの腕の幅を広く、すなわちダイヤフラムの腕部と腕部の間の切り欠き部分を狭くするほどダイヤフラムと基板との間の空隙の音響抵抗を高くすることが出来る。一方、ダイヤフラムの腕部の幅を狭くするほど、すなわちダイヤフラムの腕部と腕部の間の切り欠き部分を広くするほどがダイヤフラムの振動特性は良好になる。そこで、本発明では、中央部の周方向において複数の腕部の間（切り欠き部分）に対応する部分に、基板に向かって突出する凸部を形成する。これにより、中央部のその部分においてダイヤフラムと基板とが向き合う領域における空隙の高さが低くなる。すなわち本発明では、ダイヤフラムに切り欠きを形成して振動特性を高めたとしても、中央部の周方向において複数の腕部の間の切り欠きに対応する部分において音響抵抗が低くならない構成である。すなわち、ダイヤフラムとプレートとの間の空隙とバックキャビティとを音響的に隔てる音響抵抗を、ダイヤフラムの凸部と基板との間の間隙の高さによって制御できる。ところで、ダイヤフラムの凸部と基板との間隙の高さを低く設計すると、ダイヤフラムと基板とが接触しやすくなる。しかし、ダイヤフラムと基板との接触領域は凸部の突端領域に限定することができる。ダイヤフラムと基板との接触領域が狭いほど、ダイヤフラムが基板に接触したときにダイヤフラムが基板に固着しにくい。したがって本発明によると、ダイヤフラムの凸部と基板との間の間隙の高さを低く設計して微小なコンデンサマイクロホンの感度を向上させることができる。
【０００８】
（２）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、前記凸部は絶縁性を有してもよい。
凸部に絶縁性を持たせる場合、ダイヤフラムと基板とが短絡していない構成においては、ダイヤフラムと基板との不都合な短絡を凸部によって防止することができる。
【０００９】
（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、全体が導電性堆積膜からなり、前記プレートは、全体が導電性堆積膜からなり、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ましい。
本発明にかかるコンデンサマイクロホンにおいては、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分において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、コンデンサマイクロホンの寄生容量は減少する。また、ダイヤフラムの全体とプレートの全体とが導電性堆積膜から形成されるため、絶縁膜の一部分のみに電極を構成する導電膜を接合す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られる。
【００１０】
（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、前記凸部は、前記中央部および複数の前記腕部のそれぞれに形成され、前記中央部に形成される前記凸部は前記腕部に形成される前記凸部と径方向に対向する領域において分断され、前記腕部に形成される前記凸部は前記腕部を横断し、前記中央部に形成される前記凸部の両端部のそれぞれは、前記腕部に形成される前記凸部の端部と径方向に対向していることが好ましい。
本発明によると、ダイヤフラムの中央部に形成される凸部は分断されている。ダイヤフラムの周方向において中央部の凸部の分断領域の長さを長くするほど、環状である場合に比べて凸部は基板と固着しにくくなる。また本発明によると、ダイヤフラムの中央部に形成される凸部の両端部のそれぞれは、腕部に形成される凸部の端部と径方向に対向している。このため、ダイヤフラムの腕部の間からバックキャビティに進行する音波は、腕部の凸部と中央部の凸部との間においてダイヤフラムの周方向に進行する。したがって、中央部の凸部の分断領域の長さを長くしても、ダイヤフラムの径方向において腕部の凸部と中央部の凸部との間隔を狭めることにより、凸部を分断することによる音響抵抗の低下を抑制することができる。
【００１１】
（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、前記腕部に形成される前記凸部は、前記ダイヤフラムの径方向のうねりによって形成されていることが好ましい。
本発明によると、ダイヤフラムの腕部に径方向のうねりが形成されているため、ダイヤフラムが振動しやすくなる。その結果、コンデンサマイクロホンの感度がさらに向上する。
【００１２】
（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、前記腕部に、複数の通孔が設けられていることが好ましい。
本発明によると、腕部の剛性が通孔によって低くなるため、ダイヤフラムが振動しやすくなる。その結果、コンデンサマイクロホンの感度がさらに向上する。
【００１３】
（７）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腕部に対向する部分が切り欠かれていることが好ましい。
この場合、ダイヤフラムの腕部にプレートが対向しないため、ダイヤフラムの固定端近傍の寄生容量が低減される。その結果、コンデンサマイクロホンの感度がさらに向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、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構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
（第一実施例）
１．構成
図１は本発明の第一実施例であるコンデンサマイクロホンのＭＥＭＳ構造部を模式的に示す平面図である。図２Ａ、図２Ｂはそれぞれ図１の２Ａ−２Ａ線、２Ｂ−２Ｂ線に対応する模式的な断面図である。
本実施例のコンデンサマイクロホンは、基板３０と、平行平板コンデンサを構成するダイヤフラム１０およびプレート２０と、ダイヤフラム１０を基板３０上に支持する複数の第一支持部５０と、プレート２０を基板３０上に支持する複数の第二支持部５４とを備えている。
【００１５】
基板３０は、例えば厚さ５００〜６００μｍの単結晶シリコン基板からなる。基板３０には、バックキャビティ３２の側壁をなす通孔３０ａが形成されている。通孔３０ａの開口３０ｂは、バックキャビティ３２の大気圧空間に通ずる開口を構成する。バックキャビティ３２の開口３０ｂは、ダイヤフラム１０の中央部１２の内側に位置する。バックキャビティ３２は、図示しないパッケージによって閉じられており、基板３０とダイヤフラム１０の間の間隙を通じてのみ大気圧空間に解放されている。バックキャビティ３２は、ダイヤフラム１０に基板３０側から加わる圧力振動を緩衝するための圧力緩衝室として機能する。
【００１６】
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単層の導電性の堆積膜からなる。ダイヤフラム１０を導電膜と絶縁膜の複層構造にしてもよいが、単層構造にすることで製造工程が簡素化される。ダイヤフラム１０の外縁は、絶縁性を有する複数の柱状の第一支持部５０によって基板３０上に支えられている。第一支持部５０は例えばシリコン酸化膜からなる。ダイヤフラム１０は、バックキャビティ３２の開口３０ｂとその周囲とに対向している略円盤状の中央部１２と、中央部１２の外縁から外側に放射状に延びる複数の腕部１４とを備え、略歯車形状をなしている。輪郭が円形や矩形である場合に比べ、このような歯車形状のダイヤフラム１０は径方向の弾性係数が小さくなる。それぞれの腕部１４には多数の通孔１６が形成されている。通孔１６によってダイヤフラム１０の径方向の弾性係数はさらに小さくなる。ダイヤフラム１０の寸法は、たとえば、厚さ：０．５μｍ、半径：０．５ｍｍ、中央部１２の半径：０．３５ｍｍ、腕部１４の長さ：０．１５ｍｍとする。
【００１７】
ダイヤフラム１０の基板３０と向き合う面には基板３０に向かって突出する凸部１４ａ、１２ａが複数ずつ形成されている。凸部１４ａは腕部１４に形成されている。凸部１２ａは中央部１２に形成されている。凸部１４ａ、１２ａは、いずれもバックキャビティ３２の開口３０ｂの周囲に位置し、ダイヤフラム１０と基板３０との間隙の高さＨ（図２Ｃ参照）をバックキャビティ３２の開口３０ｂの周囲において低くしている。ダイヤフラム１０と基板３０との間の間隙の形態は、音波がバックキャビティ３２に伝搬することを妨げる音響抵抗の大きさに密接に関連する。バックキャビティ３２に通ずるこの音響抵抗の大きさは周波数の関数となる。
【００１８】
このような凸部１４ａ、１２ａが無い場合、すなわちダイヤフラム１０の基板３０と向かい合う面が平面である場合において、バックキャビティ３２に通ずる音響抵抗を低くしようとすれば、基板３０の表面を基準とするダイヤフラム１０の高さをダイヤフラム１０の全体において狭くすることになる。しかしこの場合、ダイヤフラム１０が基板３０に接触したときにダイヤフラム１０がそのまま基板３０に固着しやすくなる。凸部１４ａ、１２ａを形成することにより、ダイヤフラム１０と基板３０との固着を防止しながらダイヤフラム１０と基板３０との間の間隙の高さを部分的に低くできるため、バックキャビティ３２に通ずる音響抵抗を大きく設定することができる。ダイヤフラム１０の径方向（中心から外周に向かう方向）に進行する音波に対しては、凸部１４ａ、１２ａの凸端面と基板３０との距離Ｈを小さくし、凸部１４ａ、１２ａの凸端面のダイヤフラム１０の径方向の長さＬを長くすることにより、バックキャビティ３２に通ずる音響抵抗が高くなる。
【００１９】
図１に示すように中央部１２の凸部１２ａを、中央部１２の周方向において複数の腕部１４の間に対応する部分にそれぞれ形成し、中央部１２の周方向において分断することにより、ダイヤフラム１０と基板３０とがさらに固着しにくくなる。ダイヤフラム１０の周方向において中央部１２の凸部１２ａが存在しない領域では、バックキャビティ３２に通ずる音響抵抗は腕部１４の凸部１４ａによって高めることが望ましい。すなわち、中央部１２の凸部１２ａを分断する場合、中央部１２のそれぞれの凸部１２ａの両端部は、図１に示すようにダイヤフラム１０の径方向において腕部１４の凸部１４ａと対向していることが望ましい。また、凸部１２ａと凸部１４ａの間において、ダイヤフラム１０の周方向の音響抵抗を高めるため、図２Ｂに示す凸部１２ａと凸部１４ａとの間隔Ｗは狭いほどよい。
腕部１４の凸部１４ａは、図２Ｂに示すようにダイヤフラム１０の径方向のうねりによって形成されている。ダイヤフラム１０に径方向のうねりがあり、このうねりが応力集中の起こる腕部１４を横断していると、ダイヤフラム１０の径方向の弾性係数はさらに小さくなる。
【００２０】
プレート２０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単層の導電性の堆積膜からなる。プレート２０を導電膜と絶縁膜の複層構造にしてもよいが、単層構造にすることで製造工程が簡素化される。プレート２０の外縁は、絶縁性を有する複数の第二支持部５４によって基板３０上に支持されている。プレート２０はダイヤフラム１０に対向している。プレート２０とダイヤフラム１０との間には、例えば４μｍ程度の高さの間隙４０が形成されている。それぞれの第二支持部５４は、プレート２０と基板３０とをダイヤフラム１０の切り欠き部分において結合している。すなわち、プレート２０の中心から外縁までの距離は、ダイヤフラム１０の中心から外縁までの距離よりも短くなっている。この構成によってプレート２０が振動しにくくなっている。
プレート２０は、ダイヤフラム１０の中央部１２と中心が一致しダイヤフラム１０の中央部１２より直径が小さい中央部２２と、中央部２２から外側に放射状に延びる複数の腕部２４とを備える略歯車形状をなしている。プレート２０のそれぞれの腕部２４は、ダイヤフラム１０の隣り合う腕部１４の間にある切り欠き部分に対向する位置にある。ダイヤフラム１０のそれぞれの腕部１４は、プレート２０の隣り合う腕部２４に挟まれた切り欠き部分に対向する位置にある。この構成により、ダイヤフラム１０の固定端近傍の領域においてダイヤフラム１０とプレート２０とが対向する面積が小さくなるため、コンデンサマイクロホンの寄生容量が低減される。中央部２２及び腕部２４には、図１に示すように多数の通孔２６が連続的に形成されている。通孔２６は、図示しないパッケージ内に進入した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。プレート２０の寸法は、たとえば、厚さ：１．５μｍ、中央部２２の半径：０．３ｍｍ、腕部２４の長さ：０．１ｍｍとする。
【００２１】
第二支持部５４は、上層絶縁部５４１と下層絶縁部５４３とこれらに挟まれたガード電極５４２とからなる。上層絶縁部５４１および下層絶縁部５４３はダイヤフラム１０とプレート２０とを絶縁している。上層絶縁部５４１および下層絶縁部５４３は例えばシリコン酸化膜からなる。ガード電極５４２は、ダイヤフラム１０と同時に形成できるように、ダイヤフラム１０と同一の材料で構成することが望ましい。ガード電極５４２は、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、ガード電極５４２を省略しても良い。
【００２２】
図３は、ダイヤフラム１０とプレート２０との間の静電容量の変化を電気信号として検出するための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。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３Ａに示すようにガード電極５４２が存在しなければ、プレート２０と基板３０との間に寄生容量が形成される。
【００２３】
図３Ｂに示すようにガード電極５４２を設ける場合、プリアンプＡの出力端をガード電極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ガード電極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、プレート２０とガード電極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、プレート２０とガード電極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、ガード電極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。このようにガード電極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。
チャージポンプＣＰ、プリアンプＡなどは図１、図２に示すＭＥＭＳ構造部を構成するダイと別のダイに備えてもよいし、図１、図２に示すＭＥＭＳ構造部を備えるダイに備えてもよい。
【００２４】
２．製造方法
以下、上述のコンデンサマイクロホンの製造方法を図４〜図２８の工程断面図を用いて説明する。
【００２５】
先ず、図４に示すように、例えば単結晶シリコン基板等の半導体基板からなる基板３０の表面に、凸部１４ａ、１２ａにそれぞれ対応する凹部５００ａ、５００ｂを有する第一絶縁膜５００を形成する。この第一絶縁膜５００は、例えばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いて形成される厚さ２μｍ程度のシリコン酸化膜からなる。凹部５００ａ、５００ｂは、フォトリソグラフィとエッチングにより形成される。すなわち凹部５００ａ、５００ｂは、第一絶縁膜５００の全面に塗布されパターニングされたフォトレジストマスクＲ１を用いたエッチングによって形成される。第一絶縁膜５００は、基板３０とダイヤフラム１０との間に間隙を形成するための犠牲膜として機能するとともに、ダイヤフラム１０を基板３０上に支える第一支持部５０と、プレート２０を基板３０上に支える第二支持部５４の下層絶縁部５４３とを形成するためのものである。
【００２６】
次に、図５に示すように、第一絶縁膜５００の表面に、ダイヤフラム１０およびガード電極５４２になる第一導電膜１００を堆積する。その結果、第一絶縁膜５００の凹部５００ａ、５００ｂがうねりとして第一絶縁膜５００に転写され、ダイヤフラム１０の凸部１２ａ、１４ａが形成される。第一導電膜１００は、例えば減圧ＣＶＤ法を用いて形成される厚さ０．５μｍ程度のＰが添加されたポリシリコンからなる。この場合、第一導電膜１００は基板３０の裏面にも堆積する。
【００２７】
次に図６に示すように、フォトレジストマスクＲ２を用い、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等の異方性エッチングにより第一導電膜１００を選択的にエッチングして所定の形状に加工する。その結果、厚さ０．５μｍ程度のダイヤフラム１０と通孔１６とガード電極５４２と引出配線部１３とが形成される（図１６参照）。なお、引出配線部１３は図１において省略されている。その後、フォトレジストマスクＲ２を除去する。
【００２８】
次に図７に示すように、第一絶縁膜５００および第一導電膜１００の表面に、第二絶縁膜３００と第二導電膜２００とを順に堆積させる。第二絶縁膜３００は、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて形成される厚さ４μｍ程度のシリコン酸化膜からなる。第二絶縁膜３００は、ダイヤフラム１０とプレート２０との間に空隙を形成するための犠牲膜として機能するとともに、第二支持部５４の上層絶縁部５４１を形成するためのものである。第二導電膜２００は、例えば減圧ＣＶＤ法を用いてＰが添加された厚さ１．５μｍ程度のポリシリコンからなる。この場合、第二導電膜２００は基板３０の裏面にも堆積する。
【００２９】
次に図８に示すように、フォトレジストマスクＲ３を用い、ＲＩＥ等の異方性エッチングにより第二導電膜２００を選択的にエッチングして所定の形状に加工する。その結果、図１６に示す厚さ１．５μｍ程度のプレート２０と通孔２６と引出配線部２３とが形成される。なお、引出配線部２３は図１において省略されている。その後、フォトレジストマスクＲ３を除去する。
【００３０】
次に図９に示すように、第二絶縁膜３００と第二導電膜２００の表面に第三絶縁膜４００を形成する。第三絶縁膜４００は、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて形成される厚さ０．３μｍ程度のシリコン酸化膜からなる。
次に図１０に示すように、フォトレジストマスクＲ４を用いて第三絶縁膜４００及び第二絶縁膜３００を選択的にエッチングし、ダイヤフラム１０の引出配線部１３を露出させる電極取出し孔Ｈ１と、プレート２０の引出配線部２３を露出させる電極取出し孔Ｈ２とを形成する。その後、フォトレジストマスクＲ４を除去する。
【００３１】
次に図１１に示すように、第三絶縁膜４００と電極取出し孔Ｈ１、Ｈ２から露出する第一導電膜１００と第二導電膜２００との表面に第三導電膜６００を堆積する。第三導電膜６００は例えばスパッタ法を用いて形成されるＡｌ−Ｓｉからなる。
次に図１２に示すように、フォトレジストマスクＲ５を用い、例えば混酸によるウエットエッチングにより第三導電膜６００を選択的にエッチング除去して所定の形状に加工する。その結果、ダイヤフラム１０の引出配線部１８に接続する第一電極６２と、プレート２０の引出配線部２３に接続する第二電極６１とが形成される。その後、フォトレジストマスクＲ５を除去する。
【００３２】
次に図１３に示すように、例えば基板３０の裏面に堆積している第二導電膜２００及び第一導電膜１００を研削または研磨によって除去し、更に基板３０の裏面を研削または研磨し、基板３０の厚さを５００〜６００μｍに調整する。
次に図１４に示すように、フォトレジストマスクＲ６を用い、例えばディープＲＩＥなどの異方性エッチングにより基板３０を選択的にエッチングし、第一絶縁膜５００に達する通孔３０ａを形成する。その後、フォトレジストマスクＲ６を除去する。
【００３３】
次に図１５に示すように、フォトレジストマスクＲ７を用い、たとえばバッファードフッ酸（Buffered HF）を使用するウェットエッチングによって第三絶縁膜４００、第二絶縁膜３００、及び第一絶縁膜５００を選択的にエッチング除去する。このとき、第二導電膜２００に形成されている複数の通孔２６は、第二導電膜２００と第一導電膜１００との間にエッチャントを供給する孔として機能する。第一導電膜１００に形成された複数の通孔（ダイヤフラムの腕部の通孔）は、第一導電膜１００と基板３０との間にエッチャントを供給する孔として機能する。また、基板３０の通孔３０ａは第一絶縁膜５００にエッチャントを供給する孔として機能する。第三絶縁膜４００、第二絶縁膜３００、及び第一絶縁膜５００が同一材料からなる場合、本工程において連続的に除去することができる。
【００３４】
その後、フォトレジストマスクＲ７を除去し、ダイシングすると、図１６に示すコンデンサマイクロホンのＭＥＭＳ構造を備えるダイが完成する。
【００３５】
（第二実施例）
なお、ダイヤフラム１０の基板３０に向かい合う面の凸部１４ａ、１２ａは、図１７に示すように、第一導電膜１００に接合された絶縁膜１０１によって構成してもよい。絶縁膜１０１によって凸部１４ａ、１２ａを構成する場合、上述した図５に示す工程を実施する前に、第一絶縁膜５００の凹部５００ａ、５００ｂを埋める絶縁膜１０１を形成し、その後、絶縁膜１０１の凹部５００ａ、５００ｂからはみ出している表層部分を研削または研磨の少なくともいずれか一方によって除去する工程を実施すればよい。なお、絶縁膜１０１の材料には、第一絶縁膜５００に対して選択的に除去可能なたとえばシリコン窒化膜を選択する。
【００３６】
（第三実施例）
図１８に示すように、第一導電膜１００にスリット１００ａを形成し、このスリット１００ａの間から基板３０に向かって突出するように絶縁膜１０１を形成し、この絶縁膜１０１によってダイヤフラム１０から基板３０に向かって突出する凸部１２ａを形成してもよい。
【００３７】
ダイヤフラム１０から基板３０に向かって突出する凸部は、中央部１２の隣り合う腕部１４の間においてのみ形成してもよいし、ダイヤフラム１０の腕部１４において第一実施例と同様の領域にも形成してもよい。また中央部１２の周方向に隣り合う凸部の間隔を極めて小さくしてもよい。また凸部１２ａを基板３０の開口３０ｂを囲む円環形に構成してもよい。図１９Ａおよび図１９Ｂは、中央部１２にのみ凸部を形成する構成を示している。図１９Ａはダイヤフラム１０を基板３０とは反対側から見た平面図であり、プレート２０の位置を一点鎖線で示し、基板３０の開口３０ｂの位置を破線で示している。図１９Ｂはダイヤフラム１０と基板３０とを示す斜視図であって、プレート２０の位置を一点鎖線で示している。なお、図１９Ａおよび図１９Ｂにおいてダイヤフラム１０の通孔１６は省略されている。
【００３８】
本実施例にかかるダイヤフラム１０の凸部は次のように形成することができる。まず上述した図５の工程の後に、図４の工程で形成した凹部５００ａが露出するように第一導電膜１００をエッチングすることによってスリット１００ａを形成する。次にスリット１００ａおよび凹部５００ａを覆う絶縁膜１０１を第一導電膜１００上に形成する。絶縁膜１０１の材料には、第一絶縁膜５００および第二絶縁膜３００とのエッチング速度が大きく異なるシリコン窒化物などを用いる。続いて絶縁膜１０１の不要部をエッチングにより除去すればよい。絶縁膜１０１はスリット１００ａの周囲を残存させて第一導電膜１００との接合面積を大きく確保し、第一導電膜１００と絶縁膜１０１との密着力を高めることが望ましい。
なお、第一絶縁膜５００に凹部５００ａを形成する前に第一導電膜１００を第一絶縁膜５００の表面に形成してもよい。この場合、スリット１００ａを第一導電膜１００に形成するためのマスクをそのまま用いて凹部５００ａをエッチングにより形成することができる。
本実施例によると製造工程においてダイヤフラム１０に生ずる応力をスリット１００ａおよび絶縁膜１０１によって調節することができる。
【００３９】
（第四実施例）
ダイヤフラム１０の基板３０に向かい合う面において基板３０に向かって突出する凸部１２ａは図２０および図２１に示すように棒形であってもよい。例えば図２１に示すように、径方向に３個が整列し、周方向に７列が配列された合計２１個で１群の棒形の凸部１２ａを、ダイヤフラム１０の中央部１２に複数群形成してもよい。図２１Ａはダイヤフラム１０を基板３０側から見た平面図であり、プレート２０の位置を一点鎖線で示し、基板３０の開口３０ｂの位置を破線で示している。図２１Ｂはダイヤフラム１０と基板３０とを示す斜視図であって、プレート２０の位置を一点鎖線で示している。なお、図２１Ａおよび図２１Ｂにおいてダイヤフラム１０の通孔１６は省略されている。棒形の凸部の配列は千鳥配列であってもよい。また、棒形の凸部をダイヤフラム１０の腕部１４にも配列してもよい。
このような棒形の凸部は、例えばシリコン窒化膜などの絶縁膜によって、第二実施例と同様に形成することができる。
【００４０】
本実施例では、ダイヤフラム１０の縁から基板３０とダイヤフラム１０との間に進入する音波は複数の凸部１２ａによって阻まれるためバックキャビティ３２に到達しにくくなる。またそれぞれの凸部１２ａが突端面の小さい棒形であるため、ダイヤフラム１０が基板３０にさらに張り付き（固着し）にくくなる。
（第五実施例）
基板３０の開口３０ｂの周囲におけるダイヤフラム１０と基板３０との間の音響抵抗は、基板３０からダイヤフラム１０に突出する凸部によって高めてもよい。図２２Ａおよび図２２Ｂに、ダイヤフラム１０から基板３０に向かって突出する凸部１２ａ、１４ａと基板３０からダイヤフラム１０に向かって突出する凸部３０ｃとを組み合わせた本発明の第五実施例の構成を示す。凸部１２ａ、１４ａ、３０ｃはいずれも棒形であり、例えば図２３に示すように配列すればよい。図２３はダイヤフラム１０およびプレート２０と凸部との位置関係を示した平面図であって、ダイヤフラム１０の凸部１２ａ、１４ａの位置を白い円で示し、基板３０の凸部３０ｃを黒い円で示している。
【００４１】
図２３において、ダイヤフラム１０の中央部１２に形成されている複数の凸部１２ａは、基板３０の開口３０ｂの周囲において２重の同心円上に配列されている。そして中央部１２の径方向に並ぶ２個の凸部１２ａの間に、基板３０からダイヤフラム１０に向かって突出する凸部３０ｃが１個配置され、２個の凸部１２ａと１個の凸部３０ｃとがダイヤフラム１０の中央部１２の径方向に整列している。すなわち、ダイヤフラム１０から基板３０に向かって突出する凸部１２ａと、基板３０からダイヤフラム１０に向かって突出する凸部３０ｃとは中央部１２の径方向において交互に配列されている。
【００４２】
図２３において、ダイヤフラム１０の腕部１４に形成されている複数の凸部１４ａは基板３０の開口３０ｂの周囲において２重の同心円上に配列されている。そして中央部１２の径方向に並ぶ２個の凸部１４ａの間に、基板３０からダイヤフラム１０に向かって突出する凸部３０ｃが１個配置され、２個の凸部１４ａと１個の凸部３０ｃとがダイヤフラム１０の中央部１２の径方向に整列している。すなわち、ダイヤフラム１０から基板３０に向かって突出する凸部１４ａと、基板３０からダイヤフラム１０に向かって突出する凸部３０ｃとは中央部１２の径方向において交互に配列されている。
【００４３】
ダイヤフラム１０から基板３０に向かって突出する凸部１２ａ、１４ａと、基板３０からダイヤフラム１０に向かって突出する凸部３０ｃとは、第四実施例と同様に、基板３０の開口３０ｂの周囲におけるダイヤフラム１０と基板３０との間の音響抵抗を高め、ダイヤフラム１０と基板３０とが張り付く（固着する）ことを防止する。またダイヤラフラム１０が振動する際に、ダイヤフラム１０の凸部１２ａ、１４ａと基板３０の凸部３０ｃとが接触するため、ダイヤフラム１０の周辺部が中央の振動に追従しないことで生ずる歪みを防ぐことができる。この歪みを防ぐことができることから、圧力変動に伴うコンデンサの容量変化を正しく計測することができ、コンデンサマイクロフォンとしての感度が向上する。
なお、凸部１２ａ、１４ａ、３０ｃはいずれもシリコン窒化膜などの絶縁膜によって形成することができる。
【００４４】
（第六実施例）
図２４および図２５に示すように、基板３０の開口３０ｂの周囲における音響抵抗をダイヤフラム１０の外側において、基板３０からプレート２０に向かって突出する凸部３０ｄによって高めてもよい。図２５Ａはダイヤフラム１０と凸部３０ｄを示す平面図であってプレート２０の位置を一点鎖線で示している。図２５Ｂは基板３０を示す斜視図であって、ダイヤフラム１０およびプレート２０の位置を一点鎖線で示している。例えば図２４に示すように基板３０からプレート２０に向かって突出する棒形の凸部３０ｄを、図２５に示すようにダイヤフラム１０の隣り合う腕部１２の間において、ダイヤフラム１０の外周に沿うように配列する。凸部３０ｄはダイヤフラム１０の基板３０とは反対側まで突出させる。このように、ダイヤフラム１０の隣り合う１組の腕部１２の間において千鳥配列した複数の凸部３０ｄからなる音響抵抗を形成してもよい。凸部３０ｄはシリコン窒化膜などの絶縁膜によって形成すればよい。
【００４５】
このような凸部３０ｄは、ダイヤフラム１０の腕部１２と腕部１２の間からダイヤフラム１０と基板３０との間に進入する音波を減衰させる音響抵抗となる。また凸部３０ｄは衝撃によってプレート２０が変形する際に、プレート２０の変形にともなうプレート２０とダイヤフラム１０との接触を防止するストッパとしても機能する。
【００４６】
（他の実施例）
尚、本発明の技術的範囲は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施例で示した構造や工程や材料はあくまで例示であるし、当業者であれば自明である工程の追加や削除や工程順序の入れ替えについては説明が省略されている。例えば、上述した製造工程において、膜の組成、膜の堆積方法、パターニング方法、コンデンサマイクロホンを構成しうる物性を持つ膜材料の組み合わせや、膜厚や、要求される輪郭形状精度などに応じて適宜選択されるものであって、特に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】第一実施例に係る模式的な平面図。
【図２】図２Ａは第一実施例に係る模式的な断面図。図２Ｂは第一実施例に係る模式的な断面図。図２Ｃは図２Ａの部分拡大図。
【図３】図３Ａは第一実施例に係る回路図。図３Ｂは第一実施例に係る回路図。
【図４】第一実施例に係る工程断面図。
【図５】第一実施例に係る工程断面図。
【図６】第一実施例に係る工程断面図。
【図７】第一実施例に係る工程断面図。
【図８】第一実施例に係る工程断面図。
【図９】第一実施例に係る工程断面図。
【図１０】第一実施例に係る工程断面図。
【図１１】第一実施例に係る工程断面図。
【図１２】第一実施例に係る工程断面図。
【図１３】第一実施例に係る工程断面図。
【図１４】第一実施例に係る工程断面図。
【図１５】第一実施例に係る工程断面図。
【図１６】第一実施例に係る工程断面図。
【図１７】第二実施例に係る工程断面図。
【図１８】第三実施例に係る断面図。
【図１９】図１９Ａは第三実施例に係る平面図。図１９Ｂは第三実施例に係る斜視図。
【図２０】第四実施例に係る断面図。
【図２１】図２１Ａは第四実施例に係る平面図。図２１Ｂは第四実施例に係る斜視図。
【図２２】図２２Ａは第五実施例に係る断面図。図２２Ｂは第五実施例に係る断面図。
【図２３】第五実施例に係る平面図。
【図２４】第六実施例に係る断面図。
【図２５】図２５Ａは第六実施例に係る平面図。図２５Ｂは第三実施例に係る斜視図。
【符号の説明】
【００４８】
１０：ダイヤフラム、１２：中央部、１２ａ：凸部、１３：引出配線部、１４：腕部、１４ａ：凸部、１６：通孔、１８：引出配線部、２０：プレート、２０：プレート、２２：中央部、２３：引出配線部、２４：腕部、２６：通孔、３０：基板、３０ａ：通孔、３０ｂ：開口、３０ｃ：凸部、３２：バックキャビティ、４０：間隙、５０：第一支持部、５４：第二支持部、６１：第二電極、６２：第一電極、１００：第一導電膜、１０１：絶縁膜、２００：第二導電膜、３００：第二絶縁膜、４００：第三絶縁膜、５００：第一絶縁膜、５００ａ：凹部、５４１：上層絶縁部、５４２：ガード電極、５４３：下層絶縁部、６００：第三導電膜、Ａ：プリアンプ、ＣＰ：チャージポンプ、Ｒ１：フォトレジストマスク、Ｒ２：フォトレジストマスク、Ｒ３：フォトレジストマスク、Ｒ４：フォトレジストマスク、Ｒ５：フォトレジストマスク、Ｒ６：フォトレジストマスク、Ｒ７：フォトレジストマスク
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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