(57)【要約】【課題】従来のＰＺＴを用いた圧電型スピーカは、その製造プロセスの点において、専用ドライバＩＣに使用されるＣＭＯＳ半導体プロセスとの整合性が悪いため、圧電型スピーカと信号処理回路とを一体化するのは困難であった。バルクＭＥＭＳ技術および圧電薄膜を用いた場合でも、半導体基板上に形成された信号処理回路との一体化は達成されていなかった。信号処理回路を別に設けなければならず、小型化することが困難であった。【解決手段】本発明の音響トランスデューサは、半導体基板上に作成した信号処理回路と、基板と一体に音響トランスデューサとして機能するダイヤフラム部が形成されている。音響トランスデューサにおいて、ダイヤフラム部が基板との間に形成された空間部すなわちキャビティによって仕切られる。【選択図】図１
2009267616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、信号処理回路および前記信号処理回路に対し信号の入出力を行う信号端子が形成された半導体回路部と、
前記半導体回路部上に、前記半導体回路部と一体に形成された積層体であって、前記積層体は、
前記半導体回路部の上に形成され、内部にキャビティを有する絶縁層と、
前記絶縁層の上であって、前記キャビティに対応する領域に形成された第１の金属層と、  
前記第１の金属層の上に形成された圧電体層と、
前記圧電体層の上であって、前記キャビティに対応する領域に前記第１の金属層と対向して形成された第２の金属層とが順次積層して形成され、前記第１の金属層および前記第２の金属層と、前記信号端子とが、電気的に接続されていることと
を備えたことを特徴とする音響トランスデューサ。
【請求項２】
前記信号処理回路は、半導体製造プロセスによって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の音響トランスデューサ。
【請求項３】
前記信号処理回路は、音声入力信号に基づいて、前記第１の金属膜および前記第２の金属層を介して前記圧電体層に印加する電圧を制御する駆動回路と、入力される電源電圧より高い電圧を発生させ前記駆動回路に供給する昇圧回路とを有することを特徴とする請求項１または２に記載の音響トランスデューサ。
【請求項４】
前記信号処理回路は、
前記入力信号の周波数成分に対し、自然数倍の周波数成分を発生させる倍音発生部をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の音響トランスデューサ。
【請求項５】
前記圧電体層は、窒化アルミニウムにより構成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
【請求項６】
半導体基板上に、信号処理回路および前記信号処理回路の信号端子が形成された半導体回路部に第１の絶縁層を形成するステップと、
前記第１の絶縁層に凹部領域を形成するステップと、
前記凹部領域にアモルファスシリコンを堆積するステップと、
前記第１の絶縁層および前記アモルファスシリコン上に第２の絶縁層を堆積するステップと、
前記第２の絶縁層上に第１の金属層、圧電体層および第２の金属層を、順次積層するステップであって、前記第１の金属層および前記第２の金属層は、前記凹部領域に対応する領域に前記圧電体層を挟んで対向する電極対を形成することと、
前記第第１の金属膜および前記第２の金属膜と、前記信号処理回路の前記信号端子とを、金属配線によって接続するステップと、
前記第１の金属層、前記圧電体層および前記第２の金属層を貫通して前記アモルファスシリコンに接続するように形成された開口部を形成し、前記開口部を経由して前記アモルファスシリコンを選択的に除去するステップと
を備えることを特徴とする音響トランスデューサの製造方法。
【請求項７】
前記圧電体は、窒化アルミニウムにより構成されたことを特徴とする請求項６に記載の音響トランスデューサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響トランスデューサおよびその製造方法に関する。より詳細には、圧電体を用いたマイクロフォン、マイクロスピーカならびに超音波センサ等の音響トランスデューサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機の小型化および薄型化が進行し、携帯電話機に用いられる部品には、特に小型かつ低背面であることが必要とされている。従来、携帯電話機で用いられてきたマイクロスピーカは、ダイナミック型である。一般にダイナミック型マイクロスピーカは駆動力に優れるが、ボイスコイルおよび磁石を内蔵しているため、低背化することが難しい。さらに、消費電流が大きいことも欠点である。
【０００３】
このような理由から、マイクロスピーカにおいては、ダイナミック型から圧電型のスピーカに、より注目が集まっている。ダイナミック型と異なり、圧電型はより薄型化が可能であり、さらに消費電流が小さいメリットを持っているためである。現在実用化されている圧電型のスピーカは、セラミック焼成によって形成した薄板または強誘電体結晶をカットした薄板の両側に、電極を形成して貼り合わせて構成されている。セラミック焼成材料には、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（以下ＰＺＴという）がある。
【０００４】
圧電型のスピーカは上述のような長所を持つ一方で、ダイナミック型のスピーカと比較して、音圧レベルが低い。このため、ダイナミック型スピーカと同じ程度の音圧を確保するためには、圧電型スピーカを高い電圧で駆動する専用のドライバ回路が必要となる。また、マイクロスピーカにおいては、１ｋＨｚ以下の低周波数域において音圧レベルの低下が著しく、再生音の周波数特性の観点で音質も劣化することが知られている。例えば特許文献１には、従来の圧電型スピーカが記載されている。
【０００５】
他のマイクロスピーカとしては、ＭＥＭＳ（Micro Electro Machining Systems）を用いたタイプの研究も行われつつある(非特許文献１)。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−９６２２５号公報
【非特許文献１】“Piezoelectric Microspeaker with Compressive Nitride Diaphragm”, Seung Hwan Yi, Eun Sok Kim, IEEE 16th. International Micro Electro Mechanical Conference (MEMS '02), pp. 269-263, 2002.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように省スペースの観点から、携帯電話機等の小型電子機器内において用いられるスピーカに対する小型化の要求が高まっている。しかしながら、従来の圧電型スピーカを用いた場合、十分な音圧レベルを確保するために専用のドライバＩＣが必要である。携帯電話機の中においても、専用ドライバＩＣがマイクロスピーカとは別個に構成され、専用ドライバＩＣとマイクロスピーカとは、別々に実装されているのが現状である。このように、圧電型スピーカにおいては、音圧レベルを確保するための専用の信号処理回路が必要となるため、省面積化を阻んでいたのが現状である。
【０００８】
特許文献１に記載された圧電型スピーカにおいては、上述の製造プロセスの差異によって、圧電型スピーカと信号処理回路を一体化することができず、十分な小型化を達成することができない。
【０００９】
また、非特許文献１に記載された圧電型スピーカは、バルクＭＥＭＳ技術および圧電薄膜を用いたものであるが、半導体基板上に形成された信号処理回路との一体化は未だ達成されていない。信号処理回路を別に設けなければならず、やはり小型化することが困難であった。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、スピーカ等のトランスデューサと信号処理回路とを一体化して構成し、小型でかつ高性能な音響トランスデューサ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】
【００１１】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、半導体基板上に、信号処理回路および前記信号処理回路に対し信号の入出力を行う信号端子が形成された半導体回路部と、前記半導体回路部上に、前記半導体回路部と一体に形成された積層体であって、前記積層体は、前記半導体回路部の上に形成され、内部にキャビティを有する絶縁層と、前記絶縁層の上であって、前記キャビティに対応する領域に形成された第１の金属層と、前記第１の金属層の上に形成された圧電体層と、前記圧電体層の上であって、前記キャビティに対応する領域に前記第１の金属層と対向して形成された第２の金属層とが順次積層して形成され、前記第１の金属層および前記第２の金属層と、前記信号端子とが、電気的に接続されていることとを備えたことを特徴とする音響トランスデューサである。ここで、前記積層体は、音響トランスデューサのダイヤフラム部として機能する。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１の音響トランスデューサであって、前記信号処理回路は、半導体製造プロセスによって形成されたことを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２の音響トランスデューサであって、前記信号処理回路は、音声入力信号に基づいて、前記第１の金属膜および前記第２の金属層を介して前記圧電体層に印加する電圧を制御する駆動回路と、入力される電源電圧より高い電圧を発生させ前記駆動回路に供給する昇圧回路とを有することを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項３の音響トランスデューサであって、前記信号処理回路は、前記入力信号の周波数成分に対し、自然数倍の周波数成分を発生させる倍音発生部をさらに有することを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至３いずれかの音響トランスデューサであって、前記圧電体層は、窒化アルミニウムにより構成されたことを特徴とする。圧電体としては、他に酸化ジルコニア（ＺｎＯ）、ＰＺＴなどを用いることも可能である。窒化アルミニウムは、３００〜４００℃程度の温度で製膜が可能なので、信号処理回路に対してダメージを与えない点で、また材料がアルミニウムおよび窒素から構成されているので、ＬＳＩ工程に新種の材料を持ち込まなくても良いという点で、最適である。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、半導体基板上に、信号処理回路および前記信号処理回路の信号端子が形成された半導体回路部に第１の絶縁層を形成するステップと、前記第１の絶縁層に凹部領域を形成するステップと、前記凹部領域にアモルファスシリコンを堆積するステップと、前記第１の絶縁層および前記アモルファスシリコン上に第２の絶縁層を堆積するステップと、前記第２の絶縁層上に第１の金属層、圧電体層および第２の金属層を、順次積層するステップであって、前記第１の金属層および前記第２の金属層は、前記凹部領域に対応する領域に前記圧電体層を挟んで対向する電極対を形成することと、前記第第１の金属膜および第２の金属膜と、前記信号処理回路の信号端子とを、金属配線で接続するステップと、前記第１の金属層と、前記圧電体層と、前記第２の金属層を貫通して前記アモルファスシリコンに接続するように形成された開口部を形成し、前記開口部を経由して前記アモルファスシリコンを選択的に除去するステップとを備えることを特徴とする音響トランスデューサの製造方法である。前記凹部領域は、第１の絶縁層内に形成されたキャビティとして機能する。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項６の製造方法であって、前記圧電体は、窒化アルミニウムにより構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、圧電体をダイヤフラムとして用いた音響トランスデューサを信号処理回路を含む基板上に形成し、音響トランスデューサと信号処理回路基板を一体化することによって、小型かつ高性能な音響トランスデューサを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。
【００２０】
図１は、本発明の音響トランスデューサの構成を示す構造図である。図１の（ａ）は、音響トランスデューサを構成する基板１の面の上方から見た上面図を示し、（ｂ）は基板１の側面から見た断面図を示す。本発明の音響トランスデューサは、半導体基板上に作成した信号処理回路と、基板と一体に音響トランスデューサとして機能するダイヤフラム部が形成されているところに特徴がある。音響トランスデューサにおいて、ダイヤフラム部が基板との間に形成された空間部すなわちキャビティによって仕切られている。
【００２１】
以下、まず本発明の構成の概略を説明し、構成をより理解しやすいように本発明の音響トランスデューサの製造方法を説明する。図１の（ａ）は、音響トランスデューサを形成した基板１の基板面に向かって上方から見た図である。後述する最表面に形成される保護層を取り除いた状態を示している。
【００２２】
基板１上には、窒化アルミニウムなどの圧電体で構成される薄膜層１０が形成されており、薄膜層１０を挟んでその厚さ方向の上下に、円形の第１の電極９および第２の電極１１が形成されている。薄膜層１０および２つの電極９、１１は、積層されて一体の積層体として構成されている。ここで、２つの電極の形状は円形には限られず、楕円形など音響トランスデューサとして音響変換作用があればどのような形状であっても良い。第１の電極９および第２の電極１１は、それぞれ信号出力端子２ｂ、２ａと接続されている。
【００２３】
図１の（ｂ）は、（ａ）のIｂ−Iｂ線上における断面の構成を示している。（ｂ）を参照すれば、基板１上には絶縁膜５が形成され、さらに薄膜層１０が形成される。絶縁層５内であって、第１の電極９および第２の電極１１の形成領域に対応してキャビティ６が形成される。基板１上には、信号処理回路１８が形成されている。信号処理回路１８と音響トランスデューサは、信号出力端子２ｂ、２ａを介して接続される。
【００２４】
図２は、本発明の音響トランスデューサを別の断面で見た構成を示す図である。（ａ）は上面図であり、図１の（ａ）と同一である。図２の（ｂ）は、（ａ）において電極を跨がないIIｂ−IIｂ線上における断面の構成を示す図である。絶縁層５内のキャビティ６は、後述するようにビアホール１７ａ、１７ｂを経由して形成される。（ｂ）から明らかなように、少なくともＣ−Ｄ断面上では、ダイヤフラム部１９は基板１と分離されており、音響トランスデューサとして機能するための機械的な自由度を得ている。キャビティ６の形状は、図１および図２では、高さの低い円柱形状として示しているが、これに限られない。すなわち、音響トランスデューサとして機能することができる限り、２つの電極９、１１の形状に対応した形状であれば良いことに留意されたい。次に、上述の特有の構造を持つ本発明の音響トランスデューサの機能について説明する。
【００２５】
図３は、本発明の音響トランスデューサの構成と信号処理を含む機能とを対応させて説明した図である。図３の（ａ）は、音響トランスデューサのダイヤフラム部含む信号処理回路の機能を具体的に示したブロック図である。（ｂ）は、音響トランスデューサの断面構造を示しており、図１の（ｂ）と同一である。（ａ）に示されるように、本発明の音響トランスデューサは、信号処理回路部１８およびダイヤフラム部１９を含んでいる。信号処理回路部１８は、外部からの音声入力信号が入力される信号入力端子２１ａ、２１ｂ、音声入力信号を増幅するプレアンプ２４を含む。プレアンプ部２４を経て、さらに音声信号は、Ｄ級アンプ２５によって増幅され、ダイヤフラム部１９を駆動するのに必要な電圧レベルまで増幅される。Ｄ級アンプ２５からの駆動信号は、出力端子２２ａ、２２ｂを経由してダイヤフラム１９に接続される。
【００２６】
信号処理回路１８は、さらに外部のバッテリなどから入力端子２０を経由して供給される電源電圧を、昇圧しおよび安定化させる昇圧回路および電圧レギュレータ部２３を含む。昇圧回路・電圧レギュレータ部２３は、バッテリ等から供給される電源電圧を、電源電圧よりも高い所定の電圧にまで昇圧し、安定化させた上で、Ｄ級アンプ２５へ供給する。電源電圧よりも高い所定の電圧がＤ級アンプ２５に供給されることによって、ダイヤフラム部１９に高い駆動電圧が与えされ、高い音圧レベルを得ることができる。本実施例の音響トランスデューサはマイクロスピーカである。
【００２７】
ダイヤフラム１９を駆動する手段としては、他にＡ級アンプ、ＡＢ級アンプなどがあるが、低歪みという観点でＤ級アンプが特に好適である。昇圧回路は、例えばチャージポンプ回路を含み、電圧レギュレータ回路としては、ＤＣ−ＤＣコンバータを含む回路が特に好適である。
【００２８】
図３の（ｂ）を参照すれば、本発明の音響トランスデューサは、信号処理回路１８が基板１上に形成されるとともに、基板１の上方にキャビティを介して形成されたダイヤフラム部１９が基板１と一体となって形成されている点に特徴がある。信号処理回路１８とダイヤフラム部１９とは、基板１上に形成された出力電極２２ａ、２２ｂによって接続されている。尚、図３の（ｂ）には、信号入力端子２１ａ、２１ｂおよび電源入力端子２０は示されていないが、出力電極２２ａ、２２ｂと同様に形成することことができる。次に、本発明の音響トランスデューサの製造方法について、より具体的な実施例とともに説明する。
【００２９】
図４よび図５は、本発明の音響トランスデューサを作成する工程を説明するフロー図である。各図においては、（１）から（９）までの各工程を説明する断面図と、各断面図に対応した説明とを、上から下に向かって順次示している。以下に述べる工程では、基板１上には既に信号処理回路１８および信号処理回路と外部回路等とを接続する電極２ａ、２ｂが形成されている。信号処理回路１８および電極２ａ、２ｂは、従来の半導体回路の製造プロセスを利用して形成される。以下、例示的な工程を説明する。
【００３０】
図４の工程（１）においては、まず、第１の絶縁膜５が形成される。（１）において一点破線で囲まれた部分３は、半導体基板１上に信号処理回路１８が既に形成されている半導体回路部３を示している。さらに半導体回路部３には、信号処理回路１８から信号を入力または出力するための端子２ａ、２ｂが形成されている。尚、半導体基板１上には、既に保護層４が形成されている。保護層４としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポリイミドまたはこれらの組み合わせが利用される。
【００３１】
工程（１）においては、まず半導体基板１の上に、第１の絶縁膜５を堆積させて形成する。ここで、半導体基板１はシリコンまたはガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の化合物半導体が好適である。半導体基板１上に形成する第１の絶縁膜５としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜が好適である。本実施例では、シリコン酸化膜をプラズマＣＶＤによって厚さ５．０μｍ堆積させた。本発明の音響トランスデューサの製造プロセスにおける特徴は、既に基板上に形成されている信号処理回路１８にダメージを与えないように、低温でこの第１の絶縁膜５の形成が行われることにある。第１の絶縁膜５の製膜温度は３００℃以下が好ましく、プラズマＣＶＤ、スパッタなどを用いることができる。続いて、第１の絶縁膜５中にＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法を用いて、後にキャビティー領域を構成する凹部領域６を形成する。この凹部領域６の深さは、例えば４．０μｍである。
【００３２】
凹部領域６の形状は、形成するダイヤフラムの形状に応じて決定する。例えば、円形形状の上下電極によって画定されるダイヤフラムが形成される場合には、凹部領域６は概ね円柱状の形状とすることができる。但し、凹部領域６は、後に工程（９）で詳細に説明するように、犠牲層となるアモルファスシリコンをドライエッチングによって除去するために形成されるビアホール部のための領域を含めた形状と成ることに注意されたい。
【００３３】
工程（２）においては、凹部領域６が形成された後、第１の絶縁膜５の全体を覆ってアモルファスシリコン７を堆積させて形成する。例えば、スパッタによって厚さ６．０μｍ堆積させる。アモルファスシリコンの形成温度は、基板１上に形成されている信号処理回路１８にダメージを与えないように、３００℃以下が好ましい。アモルファスシリコンは室温でも堆積させることが可能であり、信号処理回路１８へのダメージがないので好適である。アモルファスシリコン７を全面に堆積させた後、その表面をＣＭＰ法（Chemical Mechanical Polishing）によって研磨して、アモルファスシリコンを除去する。リセス領域以外の場所のアモルファスシリコンが除去された時点で、ＣＭＰを終了することが好ましい。実際には、オーバーポリッシュすることよって、リセス領域以外の場所のアモルファスシリコンを完全に除去することが必要である。また、オーバーポリッシュは、凹部領域６のアモルファスシリコンの後退（ディッシング）が最小となるように調節が必要である。
【００３４】
工程（３）においては、凹部領域６以外のアモルファスシリコン７を除去した後、第２の絶縁膜８を堆積させて形成する。第２の絶縁膜８は、プラズマＣＶＤによってまたはスパッタによって、厚さ１．０μｍ堆積させる。第２の絶縁膜８としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜が特に好ましいが、第１の絶縁膜５と同じ材質のものを用いるのがさらに好ましい。
【００３５】
工程（４）においては、第２の絶縁膜８を形成した後、後に下部電極（第１の電極）となる第１の金属膜９を堆積させる。第１の金属膜９の材質としては、例えばタングステン／チタンを使用することができる。スパッタを用いて、各層をそれぞれ厚さ０．２μｍ／０．０５μｍ堆積させた後、フォトリソグラフィーによりパターニングして、ドライエッチングによって所定の形状の下部電極９を形成する。
【００３６】
工程（５）においては、下部電極９を形成した後、全面に圧電体層として窒化アルミニウム薄膜１０を堆積させ形成する。窒化アルミニウム薄膜１０は、スパッタによって、厚さ１．０μｍ堆積させる。既に基板１上に形成された信号処理回路１８にダメージを与えないように、３００℃以下の製膜温度で窒化アルミニウム薄膜１０を堆積させることが望ましい。窒化アルミニウム薄膜１０を堆積させた後、スパッタによって上部電極（第２の電極）となる第２の金属膜１１を堆積させる。第２の金属膜１１の材質としては、例えばアルミニウム/チタンを使用することができる。スパッタを用いて、各層をそれぞれ厚さ０．２μｍ／０．０５μｍ堆積させた後、フォトリソグラフィーによりパターニングして、ドライエッチングによって所定の形状の上部電極１１を形成する。
【００３７】
本発明の音響トランスデューサにおいては、下部電極９および上部電極１１の２つの電極と、これらの電極間に挟まれた窒化アルミニウム薄膜１０とによってダイヤフラムが形成される。したがって、下部電極９および上部電極１１は、外部との接続配線部分を除いて、ほぼ同一の形状であれば良い。例えば、図１の（ａ）に示したように概ね円形とすれば良い。しかし、円形形状には限定されず、音響トランスデューサのダイヤフラムとして機能する限り下部電極９および上部電極１１が異なる形状であっても良い。
【００３８】
スパッタ技術の進歩によって、３００〜４００℃の温度範囲で安定して結晶性の高い窒化アルミニウム膜を作成することができる。したがって、ＣＭＯＳ半導体プロセスとの整合性も良く、基板１上に信号処理回路１８形成した後であっても、製膜することができるというメリットを持っている。
【００３９】
また、下部電極９および上部電極１１をそれぞれ構成する第１の金属膜および第２の金属膜としては、アルミニウム、白金、タングステン、チタン、チタンタングステンまたはモリブデンが好適である。第１の金属膜および第２の金属膜は、違う材料を組み合わせて用いても良い。次に、図５によって、引き続く工程（６）から（９）を説明する。
【００４０】
工程（６）においては、上部電極１１を形成した後、全面にシリコン酸化膜１２を堆積させて形成する。シリコン酸化膜１２は、スパッタによって厚さ０．２μｍ堆積させる。このシリコン酸化膜１２は、後に説明する工程（９）におけるビアホール形成後に、レジストを剥離する時のダメージから窒化アルミニウム層１０を保護するために利用される。一般に、窒化アルミニウムはアルカリによってダメージを受けやすく、窒化アルミニウムがレジスト剥離液に曝されないようにする本工程が必要となる。
【００４１】
工程（７）においては、シリコン酸化膜１２を堆積させた後、下部電極９、上部電極１１および信号処理回路１８からそれぞれ信号を取り出す端子との電気的接触を取るためのビアホール１３、１４、１５ａ、１５ｂを、ＲＩＥによって形成する。引き続く配線形成工程において、配線のビアホールにおけるステップカバレージを確保するために、各ビアホールの形状は順テーパ形状であることが好ましい。
【００４２】
工程（８）においては、ビアホールを形成した後、全面に金属膜１６を堆積させて形成する。金属膜１６は、スパッタによって厚さ０．６μｍ堆積させる。金属膜１６の材質は例えばアルミニウム/チタンを使用することができる。金属膜１６を堆積させた後、パターニングおよびドライエッチングによって配線を形成する。配線を形成することよって、窒化アルミニウム層１０を挟み込む上部電極１１および下部電極９と、基板１上に形成された信号処理回路１８の各入出力端子２ａ、２ｂとをお互いに電気的に結合させることができる。第１の金属膜および第２の金属膜と信号処理回路の入力端子などを結合する電気的な手段としては、半導体プロセスの配線形成工程を用いて、またはボンディングワイヤなどを利用することができる。
【００４３】
工程（９）においては、配線１６を形成した後、前述の工程（２）において第１の絶縁膜５内の凹部領域６に形成されたアモルファスシリコン７に接続するように、ビアホール１７ａ、１７ｂを形成する。図５の（９）は、説明を簡単にするため配線層をまたがない上述の（１）から（８）までの各断面とは異なる断面を示していることに留意されたい。すなわち、例えば図２の（ａ）におけるＣ−Ｄ線上の断面に対応している。このビアホール１７ａ、１７ｂは、犠牲層となるアモルファスシリコン７をドライエッチングによって除去するために利用される。アモルファスシリコン７の選択的な除去には、エッチングガスとして、六フッ化硫黄（ＳＦ6）、ゼノンフロライド（ＸｅＦ2）が好ましい。特にゼノンフロライドは、シリコン酸化膜との選択比という観点から最適である。ビアホール１７ａ、１７ｂ形成した後、例えばゼノンフロライドによるドライエッチングによってアモルファスシリコン７を選択的に除去し、工程（２）における凹部領域および第２の絶縁膜８によって画定されたキャビティー６が形成される。
【００４４】
上述の（１）から（９）までの工程によって、信号処理回路１８が形成された半導体基板１の上方に、窒化アルミニウムを圧電層として動作するダイヤフラム１９が形成される。本発明の音響トランスデューサにおけるダイヤフラム１９は、キャビティー６上において、第２の絶縁膜８、下部電極９、窒化アルミニウム層１０ならびに上部電極１１が順次積層して形成された積層体として構成されている。
【００４５】
ダイヤフラム１９においては、上部電極１１および下部電極９を通して窒化アルミニウム層１０に電圧が印加されることによって、窒化アルミニウム層１０が伸縮する。第２の絶縁膜８、上部電極１１および下部電極９のバイモルフ効果によって、窒化アルミニウム層１０を振動させることができる。外部からの音声入力信号電圧は、信号処理回路１８において信号処理され、入出力端子２ａ、２ｂを経由して下部電極９、上部電極１１にそれぞれ印加される。
【００４６】
上述の製造工程によって、本発明の特有の構成を持つ音響トランスデューサを形成することができる。信号処理回路を含む基板１と積層体として構成されたダイヤフラム部を一体として、一つの製造プロセスにより形成することができる。窒化アルミニウムをダイヤフラムとして用いた音響トランスデューサを信号処理回路の上方に形成し、音響トランスデューサと信号処理回路を含む基板を一体化することによって、小型かつ高性能な音響トランスデューサを実現することができる。
【００４７】
図６は、本発明の音響トランスデューサとともに利用できる他の信号処理回路の構成を示すブロック図である。図３の（ａ）に示した構成の信号処理回路においては、一般にマイクロスピーカでは低音の再生が困難であることが知られている。この問題を解決するために、ミシングファンダメンタル現象を利用する方法が知られている。再生困難な低音の代わりに、その倍音（ある周波数の音声信号の自然数倍の周波数を持つ音声信号）を再生させることによって、スピーカの再生可能帯域で再生しているにもかかわらず、聴覚的な低音感を向上させることができる。
【００４８】
図６に示した信号処理回路は、図３の（ａ）に示した信号処理回路に加えて、出力信号に倍音を挿入する回路を備えることによって、スピーカからの再生音の低音感を向上させる。具体的には、入力端子２１ａ、２１ｂへ入力される音声入力信号から、ローパスフィルタ２６を通して基音周波数成分を取り出す。さらに、倍音生成部２７において、基音の自然数倍の周波数を持つ音声信号が作り出される。その後、Ｄ級アンプ２５からの出力および倍音生成部２７からの出力を、加算部２８ａ、２８ｂにおいて足し合わせる。加算された信号は、端子２２ａ、２２ｂを通して音響トランスデューサ１９を駆動する。倍音発生部２７をさらに備えることによって、音響トランスデューサの再生音の周波数特性を補正することが可能となる。低音感の向上によって、音響トランスデューサからの音質全体を向上させる効果を持つ。
【００４９】
図６に示した構成の信号処理回路を本発明の音響トランスデューサに適用することによって、マイクロスピーカでは困難であった低音感の不足を補い、より小型で音圧レベルが高く音質ともに優れたマイクロスピーカを実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、小型で高性能な音響トランスデューサに利用することができる。特に携帯電話機等のシステムに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の音響トランスデューサの構成を示す構造図である。
【図２】本発明の音響トランスデューサを別断面からみた構成を示す構造図である。
【図３】本発明の音響トランスデューサの構成と信号処理を含む機能とを対応させ説明した図である。
【図４】本発明の音響トランスデューサを作成する工程を説明するフロー図である。
【図５】本発明の音響トランスデューサを作成する工程を説明するフロー図である。
【図６】本発明の音響トランスデューサとともに利用できる他の信号処理回路の構成を示す回路ブロック図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  基板
２ａ、２ｂ  信号出力端子
３  半導体回路部
４  保護膜
５  第１の絶縁膜
６  凹部領域（キャビティ）
７  アモルファスシリコン
８  第２の絶縁膜
９  下部電極（第１の電極）
１０  薄膜層（窒化アルミニウム）
１１  上部電極（第２の電極）
１２  シリコン酸化膜
１３、１４、１５ａ、１５ｂ、１７ａ、１７ｂ  ビアホール
１６  配線層
１８  信号処理回路部
１９  音響トランスデューサ(ダイヤフラム)
２０  電源電圧入力端子
２１ａ、２１ｂ  音声信号入力端子
２２ａ、２２ｂ  出力電極
２３  昇圧回路と電圧レギュレータ部
２４  プレアンプ
２５  Ｄ級アンプ
２６  ローパスフィルタ
２７  倍音発生部
２８ａ、２８ｂ  加算部
２９  音響トランスデューサ入力端子
【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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