JP5070026B2 - Condenser microphone and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)を用いて製造される感度の高いコンデンサマイクロホン及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a highly sensitive condenser microphone manufactured using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) and a manufacturing method thereof.
近年、MEMS技術を用いて製造されるコンデンサマイクロホンが、これまで使用されてきたエレクトレットコンデンサマイクロホンに置き換わり市場を拡大している。特に、小型化及び薄型化が必要な分野で、コンデンサマイクロホンの使用が、拡大している。このコンデンサマイクロホンにおいては、音圧に対して可動なダイアフラム電極と固定電極とが平行に設けられ、音圧によりダイアフラム電極を振動させて、ダイアフラム電極と固定電極との間の容量の変化を電圧の変化に変換することにより、音を電気信号に変換している。このコンデンサマイクロホンの感度は、ある音圧での平行平板電極間の容量値(Cp)に対する容量変化(△Cp)の割合(△Cp/Cp)に比例する。 In recent years, condenser microphones manufactured using MEMS technology have been replaced by electret condenser microphones that have been used so far, thereby expanding the market. In particular, the use of condenser microphones is expanding in fields that require miniaturization and thinning. In this condenser microphone, a diaphragm electrode and a fixed electrode that are movable with respect to sound pressure are provided in parallel, and the diaphragm electrode is vibrated by the sound pressure to change the capacitance between the diaphragm electrode and the fixed electrode. Sound is converted into an electrical signal by converting it into a change. The sensitivity of this condenser microphone is proportional to the ratio (ΔCp / Cp) of the capacitance change (ΔCp) to the capacitance value (Cp) between the parallel plate electrodes at a certain sound pressure.
図15は、従来の一般的なコンデンサマイクロホンの断面図、図16は、その平面図である。図15は、図16のD−D断面を示す断面図である。従来の一般的なコンデンサマイクロホンは、基板41と、基板41の上に設けられるダイアフラム電極42と、スペーサ43を介してダイアフラム電極42と平行に配置される固定電極44とを有する。また、固定電極44の上には、絶縁膜45が設けられている。従来の一般的なコンデンサマイクロホンの構造においては、ダイアフラム電極42は、円形又は方形に形成され、ダイアフラム電極42の周囲で、例えば、基板41及び/又はスペーサ43により固定されている。ダイアフラム電極42は、ダイアフラム電極用引き出し電極46に接続され、ダイアフラム電極部47が形成されている。他方、固定電極44は、固定電極用引き出し電極48に接続され、固定電極部49が形成されている。
FIG. 15 is a cross-sectional view of a conventional general condenser microphone, and FIG. 16 is a plan view thereof. 15 is a cross-sectional view showing a DD cross section of FIG. 16. A conventional general condenser microphone includes a
従来の一般的なコンデンサマイクロホンにおいては、ダイアフラム電極42を薄くすることにより、ダイアフラム電極42が音圧に対して、可動しやすく形成され、ダイアフラム電極42の容量変化を大きくして、コンデンサマイクロホンの感度の向上を図っている。しかしながら、従来の一般的なコンデンサマイクロホンにおいては、ダイアフラム電極42の周囲が固定されているので、ダイアフラム電極42の周辺部分において、音圧変化に対する容量の変化が少なく、コンデンサマイクロホンの感度を向上させることが困難であった。
In the conventional general condenser microphone, by making the
また、従来の一般的なコンデンサマイクロホンにおいては、ダイアフラム膜の引っ張り応力が大きいと、コンデンサマイクロホンの感度が低下する。そこで、ダイアフラム膜の引っ張り応力を小さくしていくと、ダイアフラム電極の性能のばらつきが大きくなり、それに伴って感度のばらつきも大きくなってしまう。一方、ダイアフラム膜の応力が圧縮側になると、ダイアフラム電極が撓んで、コンデンサマイクロホンとして動作しなくなる。このため、ダイアフラム膜の引っ張り応力を小さくしていくことには限界があった。他方、ダイアフラム膜を薄くすることによっても、感度を向上させることができる。しかしながら、ダイアフラム膜を薄くすると、ダイアフラム電極の機械的強度も低下し、ダイアフラム膜を薄くすることにも限界があった。 Further, in the conventional general condenser microphone, when the tensile stress of the diaphragm film is large, the sensitivity of the condenser microphone is lowered. Therefore, when the tensile stress of the diaphragm film is reduced, the performance variation of the diaphragm electrode is increased, and the sensitivity variation is increased accordingly. On the other hand, when the stress of the diaphragm film is on the compression side, the diaphragm electrode is bent and does not operate as a condenser microphone. For this reason, there is a limit to reducing the tensile stress of the diaphragm film. On the other hand, the sensitivity can also be improved by making the diaphragm film thinner. However, when the diaphragm film is made thinner, the mechanical strength of the diaphragm electrode is also lowered, and there is a limit to making the diaphragm film thinner.
これらを解決するために、様々な試みがなされてきた。これらの試みについて以下に簡単に説明する。 Various attempts have been made to solve these problems. These attempts are briefly described below.
特許文献1及び特許文献2のコンデンサマイクロホンにおいて、多数の孔を有する固定電極に対して、クランプを介してダイアフラム電極が作動関係を有して保持される。ダイアフラム電極の周辺部での変位が、クランプ及び/又はバネにより制約されるために、コンデンサマイクロホンの感度の向上に制約があった。
In the condenser microphones of
特許文献3のコンデンサマイクロホンにおいて、固定電極に対して、ダイアフラム電極が十字形状の梁により吊持される。十字形状の梁の部分は、音圧に対して動作しないので、コンデンサマイクロホンの感度の向上に制約があった。
In the condenser microphone of
特許文献4のコンデンサマイクロホンにおいて、ダイアフラム電極の周囲の抵抗率を増加させることにより、周囲の容量を低下させて、実質的な容量変化割合(△Cp/Cp)の増加を図っている。しかしながら、ダイアフラム電極の有する応力のために、感度の向上に制約があった。
In the condenser microphone of
特許文献5のコンデンサマイクロホンにおいて、ダイアフラムによって可動電極を吊り持つ構成とすることにより容量変化割合(△Cp/Cp)の増加を図っている。しかしながら、構造が複雑で製造が難しくなるという問題を有していた。また、ダイアフラムの周囲が固定されているので、感度の向上に制約があった。
In the condenser microphone of
非特許文献1のコンデンサマイクロホンにおいて、歯車状の固定電極と歯車状のダイアフラム電極を交互に配置することが提案されている。ダイアフラム電極の固定されて変位しない部分と対応する位置に固定電極部分が存在しないので、必然的に容量(Cp)が減少し、容量変化割合(△Cp/Cp)が増加する。しかし、ダイアフラム電極の周囲の全てが固定されている場合より感度が向上するが、ダイアフラム電極の周囲が依然として部分的に固定さているので感度の向上に制約がある。
MEMS技術を用いて製造されるコンデンサマイクロホンにおいては、感度を向上させるため、ダイアフラムを固定する方法について様々な工夫がなされ、ダイアフラムの引っ張り応力、ダイアフラムの厚さについても様々な検討がなされてきたが、それぞれについてトレードオフとなる問題があり、この問題を解決することが課題となっている。 In the condenser microphone manufactured using the MEMS technology, in order to improve the sensitivity, various methods for fixing the diaphragm have been made, and various studies have been made on the tensile stress of the diaphragm and the thickness of the diaphragm. However, there is a trade-off problem for each, and solving this problem is an issue.
また、コンデンサマイクロホンの容量(Cp)は、平行電極間の容量だけではなく、パッド電極、配線、及び基板の浮遊容量も含んでいる。このような浮遊容量を低減することによって、同じ容量の変化(△Cp)でも容量変化割合(△Cp/Cp)を増加して感度を向上することができる。このため、感度を向上させるために、浮遊容量を低減させることが課題となっている。浮遊容量を低減させるためには、従来のコンデンサマイクロホンのレイアウトを工夫するだけではなく、コンデンサマイクロホンの基本的な構造について根本的に検討することが必要となっている。 The capacitance (Cp) of the capacitor microphone includes not only the capacitance between the parallel electrodes but also the pad electrode, the wiring, and the floating capacitance of the substrate. By reducing such stray capacitance, the capacitance change rate (ΔCp / Cp) can be increased and the sensitivity can be improved even with the same capacitance change (ΔCp). For this reason, in order to improve sensitivity, it has become a subject to reduce stray capacitance. In order to reduce the stray capacitance, it is necessary not only to devise the layout of the conventional condenser microphone but also to fundamentally study the basic structure of the condenser microphone.
さらに、コンデンサマイクロホンの周波数特性については、ダイアフラムを介して音圧感知側とバックキャビティーとの間の通気をどのように制御するかが課題となっている。通気口を設けないと、気圧変化の問題及び極低音でのノイズ発生の問題が生じる。しかしながら、通気口が大きすぎると、低音での感度が低下するとういう問題を生じる。 Furthermore, regarding the frequency characteristics of the condenser microphone, how to control the ventilation between the sound pressure sensing side and the back cavity via the diaphragm is a problem. If a vent is not provided, problems of atmospheric pressure change and noise generation at extremely low frequencies occur. However, if the vent is too large, there is a problem that the sensitivity at low sound is lowered.
本発明は、これらの課題を解決し、MEMS技術を用いて、感度が高く、周波数特性に優れたコンデンサマイクロホン及びその製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve these problems, and to provide a capacitor microphone having high sensitivity and excellent frequency characteristics and a method for manufacturing the same using MEMS technology.
上記目的を達成するために、本発明のコンデンサマイクロホンは、音波が通過する複数の穴を有する絶縁膜と、前記絶縁膜によって保持され、音波が通過する複数の穴を有する固定電極と、前記固定電極の裏面の中心部に設けられる固定部と、前記固定電極と平行に配置され、前記固定部により中心部のみが前記固定電極に固定され、前記固定電極を通過した音波を受けて振動し、振動の振幅が中心から外周に近づくにしたがって増加するダイアフラム電極と、を具備し、音波を前記固定電極と前記ダイアフラム電極との間の容量変化に変換して電気信号として検出することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a condenser microphone according to the present invention includes an insulating film having a plurality of holes through which sound waves pass, a fixed electrode held by the insulating film and having a plurality of holes through which sound waves pass, and the fixed A fixed portion provided at the center of the back surface of the electrode, and arranged in parallel with the fixed electrode, only the central portion is fixed to the fixed electrode by the fixed portion, and receives and vibrates a sound wave that has passed through the fixed electrode; A diaphragm electrode that increases as the amplitude of vibration approaches the outer periphery from the center, and converts a sound wave into a capacitance change between the fixed electrode and the diaphragm electrode and detects it as an electrical signal. .
また、本発明のコンデンサマイクロホンは、音波が通過する複数の穴を有する絶縁膜と、前記絶縁膜によって保持され、音波が通過する複数の穴を有する固定電極と、前記固定電極の裏面の中心部に設けられる固定部と、前記固定電極と平行に配置され、前記固定部により中心部のみが前記固定電極に固定され、前記固定電極を通過した音波を受けて振動し、振動の振幅が中心から外周に近づくにしたがって増加するダイアフラム電極と、前記ダイアフラム電極と同一の平面に形成され、ダイアフラム電極との間に通気口を形成する外側電極と、を具備し、音波を前記固定電極と前記ダイアフラム電極との間の容量変化に変換して電気信号として検出することを特徴とする。 The condenser microphone according to the present invention includes an insulating film having a plurality of holes through which sound waves pass, a fixed electrode having a plurality of holes held by the insulating film and through which sound waves pass, and a central portion of the back surface of the fixed electrode A fixed portion provided in the fixed electrode, and arranged in parallel with the fixed electrode, and only the central portion is fixed to the fixed electrode by the fixed portion, receives the sound wave that has passed through the fixed electrode, vibrates, and the amplitude of vibration starts from the center. A diaphragm electrode that increases as it approaches the outer periphery, and an outer electrode that is formed on the same plane as the diaphragm electrode and forms a vent between the diaphragm electrode, and transmits sound waves to the fixed electrode and the diaphragm electrode It is characterized in that it is detected as an electric signal after being converted into a capacitance change between and.
本発明のコンデンサマイクロホンは、請求項1又は2いずれか記載のコンデンサマイクロホンにおいて、前記固定電極と同一の平面に形成され、前記固定電極と電気的に絶縁され、前記固定部から前記固定電極の外周方向に延びる形状を有し、前記固定部を介して前記ダイアフラム電極と電気的に接続されるダイアフラム電極用電気接続部を具備することを特徴とする。
The condenser microphone according to the present invention is the condenser microphone according to
本発明のコンデンサマイクロホンの製造方法は、基板の表面に、第1絶縁膜及び第1導電性膜を成膜する工程と、前記第1導電性膜を所定の形状に加工してダイアフラム電極の形状を形成する工程と、前記第1導電性膜の上に犠牲層を成膜する工程と、前記ダイアフラム電極の中心部の前記犠牲層に、該犠牲層を貫通する溝を形成する工程と、前記犠牲層の上及び前記溝の内部に、第2導電性膜を成膜する工程と、前記第2導電性膜に固定電極の形状とダイアフラム電極用電気接続部の形状とを形成する工程と、前記第2導電性膜の上に、第2絶縁膜を成膜する工程と、前記第2絶縁膜と前記固定電極の形状の第2導電性膜とを貫通して前記犠牲層に達する複数の穴を形成する工程と、前記基板の裏面からエッチングすることにより、前記基板に、前記ダイアフラム電極より面積が大きく、前記第1絶縁膜に達する開口を形成する工程と、前記複数の穴と前記基板の前記開口からエッチングすることにより、前記第1絶縁膜及び前記犠牲層を部分的に除去して、前記ダイアフラム電極を前記固定電極に固定する固定部と、前記固定電極を前記基板の上に支持するスペーサと、通気口とを形成する工程と、を具備することを特徴とする。 The method of manufacturing a condenser microphone according to the present invention includes a step of forming a first insulating film and a first conductive film on a surface of a substrate, and processing the first conductive film into a predetermined shape to form a diaphragm electrode shape. forming a, a step of forming a sacrificial layer on the first conductive layer, the sacrificial layer in the center portion of the diaphragm electrode, and forming a groove penetrating the sacrificial layer, wherein Forming a second conductive film on the sacrificial layer and in the groove; forming a fixed electrode shape and a diaphragm electrode electrical connection portion on the second conductive film; Forming a second insulating film on the second conductive film; and a plurality of layers reaching the sacrificial layer through the second insulating film and the second conductive film in the shape of the fixed electrode A step of forming a hole and etching from the back surface of the substrate; Forming an opening having a larger area than the diaphragm electrode and reaching the first insulating film; and etching the plurality of holes and the opening of the substrate to form the first insulating film and the sacrificial layer. Forming a fixing portion for partially removing the diaphragm electrode to fix the fixed electrode, a spacer for supporting the fixed electrode on the substrate, and a vent. And
また、本発明のコンデンサマイクロホンの製造方法は、基板の表面に、第1絶縁膜及び第1導電性膜を成膜する工程と、前記第1導電性膜に、前記第1導電性膜を貫通し、後の通気口となる第1の溝を形成し、前記第1の溝の内側にダイアフラム電極の形状を形成し、前記第1の溝の外側に前記ダイアフラム電極と同一の平面に設けられる外側電極の形状を形成する工程と、前記第1導電性膜の上に犠牲層を成膜し、前記第1導電性膜を貫通する前記第1の溝を前記犠牲層により充填する工程と、前記ダイアフラム電極の中心部の前記犠牲層に、該犠牲層を貫通する第2の溝を形成する工程と、前記犠牲層の上及び前記第2の溝の内部に、第2導電性膜を形成する工程と、前記第2導電性膜に固定電極の形状とダイアフラム電極用電気接続部の形状とを形成する工程と、前記第2導電性膜の上に、第2絶縁膜を形成する工程と、前記第2絶縁膜と前記固定電極の形状の第2導電性膜とを貫通して前記犠牲層に達する複数の穴を形成する工程と、前記基板の裏面からエッチングすることにより、前記基板に、前記ダイアフラム電極より面積が大きく、前記第1絶縁膜に達する開口を形成する工程と、前記複数の穴と前記基板の前記開口からエッチングすることにより、前記第1絶縁膜及び前記犠牲層を部分的に除去して、前記ダイアフラム電極を前記固定電極に固定する固定部と、前記固定電極を前記基板の上に支持するスペーサと、前記通気口とを形成する工程と、を具備することを特徴とする。
The method of manufacturing a condenser microphone according to the present invention includes a step of forming a first insulating film and a first conductive film on a surface of a substrate, and penetrating the first conductive film into the first conductive film. Then, a first groove to be a subsequent vent is formed, the shape of the diaphragm electrode is formed inside the first groove, and the first groove is provided on the same plane as the diaphragm electrode outside the first groove. Forming a shape of an outer electrode; forming a sacrificial layer on the first conductive film; and filling the first groove penetrating the first conductive film with the sacrificial layer; Forming a second groove penetrating the sacrificial layer in the sacrificial layer at the center of the diaphragm electrode ; and forming a second conductive film on the sacrificial layer and in the second groove And the shape of the fixed electrode and the electrical connection for the diaphragm electrode on the second conductive film A step of forming a shape, a step of forming a second insulating film on the second conductive film, and a second conductive film in the shape of the second insulating film and the fixed electrode. A step of forming a plurality of holes reaching the sacrificial layer; a step of forming an opening reaching the first insulating film in the substrate by etching from the back surface of the substrate, the area being larger than the diaphragm electrode; The fixed portion that fixes the diaphragm electrode to the fixed electrode by partially removing the first insulating film and the sacrificial layer by etching from the openings of the plurality of holes and the substrate, and the fixed electrode a spacer supported on said substrate, characterized by comprising the steps of forming the said vent.
本発明によれば、ダイアフラム電極が中心部でのみ固定され、ダイアフラム電極の外周では固定されないので、音波によるダイアフラム電極の振動の振幅は中心から外周に近づくにしたがって大きくなる。このため、音圧により周辺部ほど大きな容量変化を生じる。そして、ダイアフラム電極は、周辺部ほど面積が大きくなるので、容量変化割合(△Cp/Cp)を大きくすることが可能となり、コンデンサマイクロホンの感度を向上させることが可能となる。 According to the present invention, since the diaphragm electrode is fixed only at the center and not fixed at the outer periphery of the diaphragm electrode, the amplitude of the vibration of the diaphragm electrode due to the sound wave increases from the center toward the outer periphery. For this reason, a large capacitance change is generated in the peripheral portion due to the sound pressure. Since the diaphragm electrode has a larger area in the periphery, the capacitance change rate (ΔCp / Cp) can be increased, and the sensitivity of the condenser microphone can be improved.
本発明によれば、ダイアフラム電極の中心部でダイアフラム電極を固定する固定部と、固定電極と同一平面にある電気接続部とを介して、ダイアフラム電極をダイアフラム電極用引き出し電極と電気的に接続するので、ダイアフラム電極の外周周辺の構造を簡単なものとすることができる。これにより、浮遊容量を低減し、同じダイアフラム電極の面積でも、容量(Cp)を低減することが可能となり、容量変化割合(△Cp/Cp)を大きくして、コンデンサマイクロホンの感度を向上させることが可能となる。 According to the present invention, the diaphragm electrode is electrically connected to the extraction electrode for the diaphragm electrode through the fixing portion that fixes the diaphragm electrode at the center portion of the diaphragm electrode and the electrical connection portion that is in the same plane as the fixed electrode. Therefore, the structure around the outer periphery of the diaphragm electrode can be simplified. As a result, the stray capacitance can be reduced, and the capacitance (Cp) can be reduced even with the same diaphragm electrode area, and the capacitance change rate (ΔCp / Cp) can be increased to improve the sensitivity of the condenser microphone. Is possible.
本発明によれば、成膜とリソグラフィーの工程を用いることにより、基板とダイアフラム電極との間に設けられる通気口の加工精度を向上することが可能となるので、ダイアフラム電極を介する音圧感知側とバックキャビティー間の通気の制御性が向上する。これにより、コンデンサマイクロホンの周波数特性を向上させ、ノイズを低減し、感度を向上させることにより、コンデンサマイクロホンの音響特性を向上させることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to improve the processing accuracy of the vent hole provided between the substrate and the diaphragm electrode by using the film forming and lithography processes, so that the sound pressure sensing side via the diaphragm electrode can be improved. And control of ventilation between the back cavity and the back cavity. Thereby, it is possible to improve the acoustic characteristics of the condenser microphone by improving the frequency characteristics of the condenser microphone, reducing noise, and improving the sensitivity.
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、同一の構成要素については同一の参照符号を付して説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, about the same component, the same referential mark is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
本発明の第1の実施形態に係るコンデンサマイクロホンについて説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係るコンデンサマイクロホンを示す断面図、図2は、本発明の第1の実施形態に係るコンデンサマイクロホンを示す平面図、図3は、本発明の第1の実施形態に係るコンデンサマイクロホンの固定電極とダイアフラム電極用電気接続部の両方の断面を示す断面図、図4は、本発明の第1の実施形態に係るコンデンサマイクロホンの断面を斜め上から示す斜視断面図、図5、図6は、本発明の第1の実施形態に係るコンデンサマイクロホンの製造工程を示す図、図7は、本発明の第1の実施形態に係るコンデンサマイクロホンの製造工程を斜め上から示す斜視図である。 A condenser microphone according to a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a condenser microphone according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view showing the condenser microphone according to the first embodiment of the present invention, and FIG. Sectional drawing which shows the cross section of both the fixed electrode of the capacitor | condenser microphone which concerns on 1 embodiment, and the electrical connection part for diaphragm electrodes, FIG. 4 shows the cross section of the capacitor | condenser microphone which concerns on the 1st Embodiment of this invention from diagonally upward FIG. 5 is a perspective sectional view, FIG. 5 and FIG. 6 are diagrams showing a manufacturing process of the condenser microphone according to the first embodiment of the present invention. FIG. 7 is a manufacturing process of the condenser microphone according to the first embodiment of the present invention. It is a perspective view shown from diagonally upward.
ここで、図1は、図2のA−A断面から見た本発明の第1の実施形態に係るコンデンサマイクロホンを示す断面図、図3は、図2のB−B断面から見た本発明の第1の実施形態に係るコンデンサマイクロホンを示す断面図である。図4は、図2のA−A断面を斜め上から見た第1の実施形態に係るコンデンサマイクロホンの形状を示す図である。 Here, FIG. 1 is a cross-sectional view showing the condenser microphone according to the first embodiment of the present invention viewed from the AA cross section of FIG. 2, and FIG. 3 is the present invention viewed from the BB cross section of FIG. It is sectional drawing which shows the condenser microphone which concerns on 1st Embodiment. FIG. 4 is a diagram showing the shape of the condenser microphone according to the first embodiment when the AA cross section of FIG. 2 is viewed obliquely from above.
図1に示すように、本願発明の第1の実施形態に係るコンデンサマイクロホンは、中央に貫通する開口を有する基板1と、基板1の上に形成され、中央に貫通する開口を有するスペーサ2と、スペーサ2の上に形成され、導電性膜3により形成される固定電極4と、固定電極4の上に形成され固定電極4を保持する絶縁膜5と、固定電極4の絶縁膜5と接する面と反対側の面の中心部に設置される固定部6と、固定電極4と平行に配置され、固定部6により中心部のみが固定電極4に固定されるダイアフラム電極7とを有する。固定電極4とその上に設けられた絶縁膜5には、固定電極4と絶縁膜5とを貫通する複数の穴8が設けられる。固定電極4とダイアフラム電極7との間に、ギャップ9が形成されている。
As shown in FIG. 1, the condenser microphone according to the first embodiment of the present invention includes a
音波は、絶縁膜5の表面側から入射し、絶縁膜5と固定電極4とを貫通する複数の穴8を通過する。ダイアフラム電極7は、穴8を通過した音波を受けて振動する。ダイアフラム電極7は、固定部6により中心部のみが固定電極4に固定され、外周は固定されずに可動とされているので、音波による振動の振幅は中心から外周に近づくにしたがって大きくなる。本実施形態に係るコンデンサマイクロホンは、ダイアフラム電極7が音波を受けて振動することにより生じる固定電極4とダイアフラム電極7との間の容量変化を電気信号に変換することにより動作する。通気口10を設けることで、スペース9とキャビティー11との間の気圧差をなくすことができる。
The sound wave enters from the surface side of the insulating
図2及び図3に示すように、導電性膜3は、固定電極4と、固定電極4と電気的に絶縁されるダイアフラム電極用電気接続部12とに分離されている。固定電極4は、ダイアフラム電極7と一対のコンデンサを形成しコンデンサマイクロホンとして動作させるのに必要な表面積を有する。ダイアフラム電極用電気接続部12は、コンデンサマイクロホンの中心から外周に延びる形状を有し、固定電極4より小さな面積を有する。固定部6は、絶縁材料により形成され、固定部6の側面に導電性膜13が形成される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
ダイアフラム電極7は、固定部6の側面に形成される導電性膜13とダイアフラム電極用電気接続部12とを介してダイアフラム電極用引き出し電極14と接続され、ダイアフラム電極部15が形成されている。他方、固定電極4は、固定電極用引き出し電極16と接続され、固定電極部17が形成されている。ダイアフラム電極7を、固定部6の側面の導電性膜13と、ダイアフラム電極用電気接続部12とを通して電気的に接続することにより、ダイアフラム電極7の外周近傍の構造が簡単になり、浮遊容量を低減することが可能となる。
The
ダイアフラム電極7を、固定電極4と同一平面にあるダイアフラム電極用電気接続部12を介してダイアフラム電極用引き出し電極14と電気的に接続する場合について説明したが、ダイアフラム電極7を、ダイアフラム電極7と同一平面にある電気接続部を介してダイアフラム電極用引き出し電極14と電気的に接続するようにしても良い。
The case where the
本発明の第1の実施形態に係るコンデンサマイクロホンの1実施例においては、基板1としてシリコン基板21が用いられ、スペーサ2は、熱酸化膜22の上にCVD酸化膜からなる犠牲層24が積層して形成され、スペーサ2の上の導電性膜3と絶縁膜5は、それぞれ導電性ポリシリコン膜と窒化シリコン膜によりそれぞれ形成され、固定部6は、CVD酸化膜により形成され、固定部の側面の導電性膜13は、導電性ポリシリコンにより形成され、ダイアフラム電極7は、導電性ポリシリコンにより形成されるようにしても良い。
In one example of the condenser microphone according to the first embodiment of the present invention, a
次に、図5、図6及び図7を参照して、本願発明の第1の実施形態に係るコンデンサマイクロホンの製造方法を、本実施形態に係るコンデンサマイクロホンの1実施例を一例として説明する。 Next, with reference to FIG. 5, FIG. 6 and FIG. 7, a method for manufacturing a condenser microphone according to the first embodiment of the present invention will be described as an example of the condenser microphone according to this embodiment.
シリコン基板21の上に、シリコン基板21を熱酸化して、熱酸化膜22を成膜する。この熱酸化膜22の上に、不純物を添加した第1導電性ポリシリコン膜23を成膜する。第1導電性ポリシリコン膜23は、不純物を添加しながらポリシリコン膜を堆積して成膜しても良く、又は、ノンドープのポリシリコン膜を成膜した後にイオン注入等の公知の方法を用いることにより成膜しても良い。その後、応力調整のために、熱処理を行う(図5a)。
The
次に、通常のホトリソグラフィーを用いて第1導電性ポリシリコン膜23をダイアフラム電極7の形状に加工する。ここでは、ダイアフラム電極7の形状を円形に加工する場合について説明しているが、ダイアフラム電極の形状は円形に限らず、使用法に応じたダイアフラム電極の動作に適する多角形、楕円形等の任意の形状に加工しても良い(図5b、図7a)。
Next, the first
次に、犠牲層24を形成する。犠牲層24は、例えば、熱CVD(Chemical Vapor Deposition)法により酸化シリコン(SiO2)膜を成膜することにより形成される(図5c)。
Next, the
次に、ダイアフラム電極7の中心部に、ダイアフラム電極7を固定電極に固定する固定部を形成するため、犠牲層24を貫通する溝24aを形成し、犠牲層24を、溝24aの内側にある犠牲層24bと溝24aの外側にある犠牲層24cとに分離する。溝24aは、例えば、円環形状に形成されるが、犠牲層24を、溝24aの内側にある犠牲層24bと溝24aの外側にある犠牲層24cとに分離する閉ループ形状であれば多角形を含めて任意の形状に形成されても良い(図5d、図7b)。ここで、溝24aの内側にある犠牲層24bは、必ずしも必要ではないが、ダイアフラム電極7との接着強度を増すため、溝24aの内側にある犠牲層24bを残すのが好ましい。
Next, in order to form a fixed portion for fixing the
次に、固定電極となる不純物を添加した第2導電性ポリシリコン膜25を成膜する。第2導電性ポリシリコン膜25は、不純物を添加しながらポリシリコン膜を堆積して成膜しても良く、又はノンドープのポリシリコン膜を成膜した後にイオン注入等の公知の方法を用いることにより不純物を添加して成膜しても良い。ここで、第2導電性ポリシリコン膜25は、犠牲層24に設けられた溝24aを充填し、溝24aの底部でダイアフラム電極7と導通し、溝24aの内側にある犠牲層24bの側壁を覆うように形成される。図1に示すように、溝24aの内側にある犠牲層24bは後の工程で固定部6に加工され、溝24aの内側にある犠牲層24bの側壁に形成された第2導電性ポリシリコン膜25(図1:13)は、ダイアフラム電極7とダイアフラム電極用電気接続部(図1:12)とを電気的に接続する(図5e、図1)。
Next, a second
次に、固定電極となる第2導電性ポリシリコン膜25を、エッチングにより加工する。図7(c)に示すように、この第2導電性ポリシリコン膜25は、固定電極4とダイアフラム電極用電気接続部12とに分離され絶縁される。ダイアフラム電極用電気接続部12は、中心からの径と面積がその下に設けられる溝24aより大きい中心部12aと、中心部12aと接続され中心から外側に延びる接続部12bとを備えるように形成される。ダイアフラム電極用電気接続部12は、ダイアフラム電極用引き出し電極14に接続され、固定電極4は、固定電極用引き出し電極16に接続されている(図6a、図7c)。
Next, the second
次に、プラズマCVD法を用いて、窒化シリコン膜26を成膜する。この窒化シリコン膜26は、固定電極4とダイアフラム電極用電気接続部12とを担持する。次に、図2に示すように、第2導電性ポリシリコン膜が表面に露出するように、窒化シリコン膜26を加工し、ダイアフラム電極部15と固定電極部17とを形成する(図6b、図2)。
Next, a
その後、金属膜を堆積し、ダイアフラム電極部15と固定電極部17上にのみ金属膜を残すパターン加工をして金属電極を形成する(図示せず)。金属膜として、例えば、アルミニウム膜を用いることができる。
Thereafter, a metal film is deposited and patterned to leave the metal film only on the
通常のホトリソグラフィーを用いて、窒化シリコン膜26と第2導電性ポリシリコン膜25との両方を貫通して犠牲層24に達する複数の穴8を形成する。これにより、穴8を通してダイアフラム電極7まで音波を通過させる穴あきの固定電極4の形状が形成される(図6c)。なお、図2及び図4では、ダイアフラム電極用引き出し電極12にも複数の穴が形成されているが、この複数の穴は、後述する犠牲層24を除去する際に、エッチング液を通過させるために形成されたものである。
A plurality of
次に、シリコン基板21の裏面からアルカリ液を用いてシリコン基板21を加工し、熱酸化膜22まで到達するダイアフラム電極7より径の大きな開口を形成する。これにより、シリコン基板21の裏面に、キャビティー11が形成される(図6c)。
Next, the
緩衝弗酸液によるウエットエッチングにより窒化シリコン膜26と第2導電性ポリシリコン膜25に形成された穴8を通して犠牲層24を部分的に除去する。この際、シリコン基板21の裏面の開口から熱酸化膜22も除去され、犠牲層24は、この開口からも除去される。犠牲層24bは、犠牲層24bの側壁に形成されたポリシリコン膜25によって保護されているので、エッチングされない。これにより、ダイアフラム電極7が、その中心部のみで、ダイアフラム電極用電気接続部12の中心部12aに、固定部6によって固定されて、周辺部は固定されない形状に加工される。ウエットエッチングにより溝24aの外側にある犠牲層24cの大部分が除去されることにより、固定電極4とダイアフラム電極7との間にギャップ9が形成されるが、外周部分は除去されずに残り、スペーサ2が形成される。また、このウエットエッチングにより、シリコン基板21とダイアフラム電極7との間に、通気口10が形成される。成膜とホトリソグラフィーの工程を用いることにより、通気口を精度良く形成することができるので、コンデンサマイクロホンの音響性能を向上することができる(図6d、図4)。
The
本発明の第1の実施形態に係るコンデンサマイクロホンの動作と、図15に示す周辺部を固定されたダイアフラム電極を有する従来型のコンデンサマイクロホンの動作とを比較して説明する。 The operation of the condenser microphone according to the first embodiment of the present invention will be described in comparison with the operation of a conventional condenser microphone having a diaphragm electrode with a fixed peripheral portion shown in FIG.
第1の実施形態に係るコンデンサマイクロホンと図15の従来のコンデンサマイクロホンの構造と動作を比較するために、軸対象3次元有限要素法を用いて一定音圧を印加したときのダイアフラム電極の変位量を計算した。図8は、この計算結果の1例を示す。縦軸の変化を識別できるように、軸方向(Z方向)の変位を1000倍にして示している。 In order to compare the structure and operation of the condenser microphone according to the first embodiment and the conventional condenser microphone of FIG. 15, the displacement amount of the diaphragm electrode when a constant sound pressure is applied using the three-dimensional axial object method Was calculated. FIG. 8 shows an example of this calculation result. The displacement in the axial direction (Z direction) is shown as 1000 times so that the change in the vertical axis can be identified.
図8(a)に示すように、第1の実施形態に係るコンデンサマイクロホンは、ダイアフラム電極の中心部が固定され、周辺部が固定されていないので、周辺部が大きく変位する。一方、従来のコンデンサマイクロホンは、図8(b)に示すように、ダイアフラム電極の周辺部が固定され、中心部が固定されていないので、中心部が変位し、ダイアフラム電極の膜が音圧で伸びて軸方向(Z方向)に変化するものの、ダイアフラム電極の膜の中心部の変位が固定されている周辺部により拘束されている。そのため、中心部の変位の量は、本発明の固定されずに自由に変位する周辺部の変位量と比較してかなり小さいことがわかる。 As shown in FIG. 8A, in the condenser microphone according to the first embodiment, the central portion of the diaphragm electrode is fixed and the peripheral portion is not fixed, so that the peripheral portion is greatly displaced. On the other hand, as shown in FIG. 8B, in the conventional condenser microphone, the peripheral part of the diaphragm electrode is fixed and the central part is not fixed. Therefore, the central part is displaced, and the diaphragm electrode film has a sound pressure. Although it extends and changes in the axial direction (Z direction), the displacement of the central portion of the membrane of the diaphragm electrode is constrained by the fixed peripheral portion. Therefore, it can be seen that the amount of displacement of the central portion is considerably smaller than the amount of displacement of the peripheral portion that is freely displaced without being fixed according to the present invention.
図9は、同一音圧での本発明の中心固定型のダイアフラム電極と従来の周辺固定型のダイアフラム電極のその半径に対する最大変位量を比較して示す。図9に示すように、ダイアフラム電極の径の増加とともに、ダイアフラム電極の最大変位量は非線形的に増加する。そして、いずれの径においても、本発明の中心固定型の最大変位量は、従来の周辺固定型の最大変位量に対して、計算の範囲で5から7倍大きく、径が小さいほどこの比(倍率の値)が大きくなる。このように、本発明の中心固定型は、従来の周辺固定型に比較して、ダイアフラム電極の径が小さいほど最大変位量を大きくできる効果を奏するので、マイクロホンを小型化するのに非常に有利である。 FIG. 9 shows a comparison of the maximum displacement amount with respect to the radius of the center fixed diaphragm electrode of the present invention and the conventional peripheral fixed diaphragm electrode at the same sound pressure. As shown in FIG. 9, the maximum displacement amount of the diaphragm electrode increases nonlinearly as the diameter of the diaphragm electrode increases. In any diameter, the maximum displacement amount of the center fixed type of the present invention is 5 to 7 times larger in the calculation range than the maximum displacement amount of the conventional peripheral fixed type, and this ratio ( (Magnification value) increases. Thus, the center fixed type of the present invention has an effect that the maximum displacement can be increased as the diameter of the diaphragm electrode is smaller than the conventional peripheral fixed type, which is very advantageous for downsizing the microphone. It is.
次に、実際に作成した本発明のマイクロホンと従来のマイクロホンとの間で、同一音圧に対する感度を比較した。図10は、その感度の比較の一例である。同一径のダイアフラム電極を用いた場合に、本発明の中心固定型の感度は、従来の周辺固定型の感度と比較して約16倍大きいことを示している。変位量に比較して感度の増大効果が大きいのは、中心部よりも周辺部の方が面積が大きく、周辺部で変位量の大きい本発明の方が、容量変化量が大きくなることと、本発明のマイクロホンでは、浮遊容量が極めて小さいためと考えられる。このように、本発明を用いることにより、マイクロホンの感度を大きくすることができる。また、マイクロホンの感度が同じならば、マイクロホンを小型化することが可能になる。 Next, the sensitivity to the same sound pressure was compared between the actually created microphone of the present invention and the conventional microphone. FIG. 10 is an example of comparison of sensitivity. When the diaphragm electrode of the same diameter is used, the sensitivity of the center fixed type of the present invention is about 16 times larger than the sensitivity of the conventional peripheral fixed type. The effect of increasing sensitivity compared to the amount of displacement is greater because the area of the peripheral part is larger than the center part, and the present invention having a large amount of displacement in the peripheral part has a larger capacity change amount, This is probably because the microphone of the present invention has a very small stray capacitance. Thus, the sensitivity of the microphone can be increased by using the present invention. Further, if the sensitivity of the microphone is the same, the microphone can be miniaturized.
第1の実施形態に係るコンデンサマイクロホンの製造方法の変形例について説明する。第1の実施形態に係るコンデンサマイクロホンの製造方法において、積層する膜を一層追加して、加工精度をさらに向上しても良い。例えば、熱酸化膜22の上に、CVD法により窒化シリコン膜を成膜して設ける。この窒化シリコン膜を、ダイアフラム電極の径より大きく取り除く。その上に、第1導電性ポリシリコン膜23を成膜して、ダイアフラム電極の形状に加工する。その後、前述の工程に従い、溝24aの外側にある犠牲層24cを除去すると、ダイアフラム電極の音圧感知側とキャビティー間の通気口が、ダイアフラム電極と窒化シリコン膜との間に形成され、表面と裏面との位置合わせ及び厚いシリコンの加工の影響を受けることなく、基板の表面側から窒化シリコン膜とダイアフラム電極の位置合わせ精度で形成されるので、通気口の寸法精度がさらに向上する。これにより、マイクロホンの通気口の寸法のバラツキを低減し、ダイアフラム電極の音圧感知側と裏面キャビティー間の通気制御の精度を向上し、コンデンサマイクロホンの音響性能を向上することが可能となる。
A modification of the method for manufacturing the condenser microphone according to the first embodiment will be described. In the method of manufacturing the condenser microphone according to the first embodiment, the processing accuracy may be further improved by adding one more film to be stacked. For example, a silicon nitride film is formed on the
本願発明の第2の実施形態に係るコンデンサマイクロホンについて説明する。図11は、本発明の第2の実施形態に係るコンデンサマイクロホンを示す断面図、図12は、本発明の第2の実施形態に係るコンデンサマイクロホンを示す平面図、図13、図14は、本発明の第2の実施形態に係るコンデンサマイクロホンの製造工程を示す図である。ここで、図11は、図12のC−C断面から見た本発明の第2の実施形態に係るコンデンサマイクロホンを示す断面図である。 A condenser microphone according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 is a cross-sectional view showing a condenser microphone according to a second embodiment of the present invention, FIG. 12 is a plan view showing a condenser microphone according to the second embodiment of the present invention, and FIGS. It is a figure which shows the manufacturing process of the condenser microphone which concerns on the 2nd Embodiment of invention. Here, FIG. 11 is a cross-sectional view showing a condenser microphone according to the second embodiment of the present invention as seen from the CC cross section of FIG.
図11及び図12を参照して、本願発明の第2の実施形態に係るコンデンサマイクロホンについて説明する。なお、第1の実施形態に係るコンデンサマイクロホンと同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。本願発明の第2の実施形態に係るコンデンサマイクロホンは、ダイアフラム電極7の外側に、ダイアフラム電極7とほぼ同一の平面に形成された外側電極30を有する。ダイアフラム電極7と外側電極30との間には、通気口31が形成される。また、本願発明の第2の実施形態に係るコンデンサマイクロホンは、スペーサ2の側壁に導電性膜32を設けるようにしても良い。外側電極30とスペーサ2の側壁に導電性膜32とを有するそれぞれの効果については、以下の本実施形態に係るコンデンサマイクロホンの製造方法を説明するなかで説明する。
A condenser microphone according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the same components as those of the condenser microphone according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The condenser microphone according to the second embodiment of the present invention has an
図13及び図14を参照して、本願発明の第2の実施形態に係るコンデンサマイクロホンの製造方法の一例について説明する。第2の実施形態に係るコンデンサマイクロホンの製造工程のうち、第1の実施形態と同一の製造工程については、説明を省略して記載する。 With reference to FIGS. 13 and 14, an example of a method for manufacturing a condenser microphone according to a second embodiment of the present invention will be described. Of the manufacturing steps of the condenser microphone according to the second embodiment, the same manufacturing steps as those of the first embodiment are not described.
第1の実施形態と同様に、シリコン基板21の上に、シリコン基板21を熱酸化して熱酸化膜22を成膜し、この熱酸化膜22の上に、不純物を添加した第1導電性ポリシリコン膜23を成膜する。その後、応力調整のために、熱処理を行う(図13a)。
Similar to the first embodiment, the
次に、通常のホトリソグラフィーを用いて第1導電性ポリシリコン膜23に第1導電性ポリシリコン膜23を貫通する溝33aを形成して、溝33aの内側にある第1導電性ポリシリコン膜33bをダイアフラム電極7の形に加工する。本実施形態において、溝33aは、本実施形のコンデンサマイクロホンが完成した後に、ダイアフラム電極7の音圧感知側とキャビティー間の通気口31(図11)となる。溝33aの外側にある第1導電性ポリシリコン膜33cは、後に、外側電極30(図11)となる。ここでは、ダイアフラム電極の形を円形に加工する場合について説明したが、ダイアフラム電極の形状は円形に限らず、使用法に応じたダイアフラム電極の動作に適する多角形、楕円形等の任意の閉ループの形状に形成されても良い。ダイアフラム電極の形状に応じて、溝33aも任意の形状に形成されて良い(図13b)。
Next, a
次に、第1の実施形態と同様に、犠牲層24を形成する。犠牲層24は、例えば、熱CVD法により酸化シリコン膜を成膜することにより形成される。本実施形態において、前工程で形成された溝33aは、犠牲層により充填される(図13c)。
Next, as in the first embodiment, a
次に、ダイアフラム電極7の中心部に、ダイアフラム電極7を固定電極に固定する固定部6(図11)を形成するための犠牲層24を貫通する溝34aと、側壁スペーサ32(図11)を形成するための溝34bとを形成し、犠牲層24を溝34aの内側にある犠牲層34cと、溝34aと溝34bの中間にある犠牲層34dと、溝34bの外側にある犠牲層34eとの3個に分離する。それぞれの溝34a、34bは、例えば、円環形状に形成されるが、犠牲層24を分離する閉ループ形状であれば多角形を含めて任意の形状に形成されても良い(図13d)。
Next, a
次に、不純物を添加した固定電極となる第2導電性ポリシリコン膜25を成膜する。第2導電性ポリシリコン膜25は、不純物を添加しながらポリシリコン膜を堆積して成膜しても良く、又はノンドープのポリシリコン膜を成膜した後にイオン注入等の公知の方法を用いることにより不純物を添加して成膜しても良い。ここで、犠牲層24に設けられた内側の溝34aと外側の溝34bは、第2導電性ポリシリコン膜25により充填され、第2導電性ポリシリコン膜25は、溝34aの底面でダイアフラム電極7と導通し、内側にある犠牲層34cの側面を覆うように形成される。また、第2導電性ポリシリコン膜25は、溝34bの底面で外側電極30と導通し、外側にある犠牲層34eの側壁を覆うように形成される。図11に示すように、溝34aの内側にある犠牲層34cの側壁に形成された第2導電性ポリシリコン膜は、ダイアフラム電極7とダイアフラム電極用電気接続部12とを電気的に接続する導電成膜13となる。犠牲層34eの側壁に形成された第2導電性ポリシリコン膜は、固定電極4と外側電極30とを電気的に接続する。また、溝34bの外側にある犠牲層34eの側壁に形成された第2導電性ポリシリコン膜は、溝34aと溝34bの中間にある犠牲層34dを除去する際、溝34bの外側にある犠牲層34eのサイドエッチングを防止し、スペーサ2の形状(図14d)を制御する。なお、固定電極4と外側電極30とを電気的に接続しない場合には、溝34bの形成を省略しても良い(図13e、図11)。
Next, a second
次に、図6(a)から図6(c)に示した第1の実施形態の製造工程と同様な製造工程を実施する(図14aから図14c)。 Next, the same manufacturing process as that of the first embodiment shown in FIGS. 6A to 6C is performed (FIGS. 14a to 14c).
最後に、図6(d)に示した第1の実施形態の製造工程と同様な製造工程を実施して、第2の実施形態に係るコンデンサマイクロホンが形成される。第2の実施形態の最後の工程について以下に簡単に説明する。 Finally, the manufacturing process similar to the manufacturing process of the first embodiment shown in FIG. 6D is performed to form the condenser microphone according to the second embodiment. The final process of the second embodiment will be briefly described below.
複数の穴8とシリコン基板21の開口から緩衝弗酸液によるウエットエッチングをすることにより、導電性膜13を保護膜として、第1導電性ポリシリコン膜23と第2導電性ポリシリコン膜25との間にある犠牲層24を部分的に除去して、ダイアフラム電極7を固定電極4に固定する固定部6とギャップ9とが形成される。これとともに、固定電極4を基板1の上に支持するスペーサ2が形成される。溝34bの外側にある犠牲層34eの側壁に導電性膜32が形成されている場合は、この導電性膜32を保護膜としてスペーサ2が形成されるので、スペーサ2の形状を制御することができる。この工程で、導電性膜23の溝33aを充填する犠牲層24が除去されて、通気口31が形成される(図14d)。
By performing wet etching with a buffered hydrofluoric acid solution from the openings of the plurality of
次に、第2の実施形態に係るコンデンサマイクロホン及びその製造方法の特有の効果について説明する。 Next, specific effects of the condenser microphone and the manufacturing method thereof according to the second embodiment will be described.
ダイアフラム電極7の音圧感知側とキャビティー11との間の通気口31が、基板の表面側からの同一のマスクによるリソグラフィーを用いて第1導電性ポリシリコン膜23を加工することによって形成される。これにより、通気口を、リソグラフィーの限界に達するまで微細に精度良く加工することが可能となり、通気口31の寸法制度を向上することが可能となる。この結果、通気口31の寸法のバラツキを低減し、ダイアフラム電極7の音圧感知側とキャビティー11との間の通気制御の精度を向上することが可能となる。
A
本実施形態では、電極間の溝は、例えば、円形に形成されているが、多角形、又は歯車形状等を含む任意の形状に形成されるようにして、特性の最適化を図ることが可能である。電極間の溝の幅は、一定としても良いが、通気制御を最適化するために、場所によって溝の幅を変えても良い。 In the present embodiment, the groove between the electrodes is formed in a circular shape, for example, but it is possible to optimize the characteristics by forming it into a polygonal shape or an arbitrary shape including a gear shape. It is. The width of the groove between the electrodes may be constant, but the width of the groove may be changed depending on the location in order to optimize the ventilation control.
また、第2の実施形態においては、第1の実施形態の変形例のように成膜数を増加することにより製造工程を複雑化することなく、通気口31の加工精度を向上することが可能となる。
Further, in the second embodiment, it is possible to improve the processing accuracy of the
第2の実施形態において、外側電極30と固定電極4とを電気的に接続する場合について説明した。外側電極30と固定電極4とを電気的に接続することにより、外側電極30と固定電極4との電位を固定して、電位の不安定要因を除去し、ダイアフラム電極7の周囲(キャップ9)の電位を安定化することが可能となる。したがって、外側電極30を、固定電極4の代わりにダイアフラム電極7と電気的に接続しても良く、これによっても電位の不安定要因を除去し、ダイアフラム電極7の周囲(キャップ9)の電位を安定化することが可能となる。
In the second embodiment, the case where the
外側電極30と固定電極4とを電気的に接続する場合には、コンデンサマイクロホンの実際の使用時に、外側電極30と、外側電極30と逆の極性を有するダイアフラム電極7との間に静電引力が働き、ダイアフラム電極7の動作に制動が加えられる。静電引力によりダイアフラム電極7の動作に制動が加えられることは、コンデンサマイクロホンの感度を向上するうえでは逆効果である。しかし、静電引力によりダイアフラム電極7の動作に制動が加えられることは、動作時にダイアフラム電極に生じる物理的揺れや加速度から、ダイアフラム電極7を保護する効果を生じる。静電引力とダイアフラム電極7の動作の自由度との間の関係をトレードオフとして最適設計をすることにより、感度が十分に高く機械的にも強固なコンデンサマイクロホンを実現することができる。
When the
1:基板、2:スペーサ、3:導電性膜、4:固定電極、5:絶縁膜、6:固定部、7:ダイアフラム電極、8:穴、9:ギャップ、10:通気口、11:キャビティー、12:ダイアフラム電極用電気接続部、13:導電性膜、14:ダイアフラム電極用引き出し電極、15:ダイアフラム電極部、16:固定電極用引き出し電極、17:固定電極部、21:シリコン基板、22:熱酸化膜、23:第1導電性ポリシリコン膜、24:犠牲層、24a:溝、24b:溝24aの内側にある犠牲層、24c:溝24aの外側にある犠牲層、25:第2導電性ポリシリコン膜、26:窒化シリコン膜、30:外側電極、31:通気口、32:導電性膜、33a:溝、33b:溝33aの内側にある第1導電性ポリシリコン膜、33c:溝33aの外側にある第1導電性ポリシリコン膜、34a、34b:溝、34c:溝34aの内側にある犠牲層、34d:溝34aと溝34bの中間にある犠牲層、34e:溝34bの外側にある犠牲層、41:基板、42:ダイアフラム電極、43:スペーサ、44:固定電極、45:絶縁膜、46:ダイアフラム電極用引き出し電極、47:ダイアフラム電極部、48:固定電極用引き出し電極、49:固定電極部 1: Substrate, 2: Spacer, 3: Conductive film, 4: Fixed electrode, 5: Insulating film, 6: Fixed part, 7: Diaphragm electrode, 8: Hole, 9: Gap, 10: Vent, 11: Cavity Tee, 12: Electric connection part for diaphragm electrode, 13: Conductive film, 14: Extraction electrode for diaphragm electrode, 15: Diaphragm electrode part, 16: Extraction electrode for fixed electrode, 17: Fixed electrode part, 21: Silicon substrate, 22: thermal oxide film, 23: first conductive polysilicon film, 24: sacrificial layer, 24a: groove, 24b: sacrificial layer inside groove 24a, 24c: sacrificial layer outside groove 24a, 25: first 2 conductive polysilicon film, 26: silicon nitride film, 30: outer electrode, 31: vent hole, 32: conductive film, 33a: groove, 33b: first conductive polysilicon film inside groove 33a, 33c : Groove 33a First conductive polysilicon film on the outside, 34a, 34b: groove, 34c: sacrificial layer inside the groove 34a, 34d: sacrificial layer between the groove 34a and the groove 34b, 34e: outside the groove 34b Sacrificial layer, 41: substrate, 42: diaphragm electrode, 43: spacer, 44: fixed electrode, 45: insulating film, 46: extraction electrode for diaphragm electrode, 47: diaphragm electrode portion, 48: extraction electrode for fixed electrode, 49: Fixed electrode part
Claims (5)
前記絶縁膜によって保持され、音波が通過する複数の穴を有する固定電極と、
前記固定電極の裏面の中心部に設けられる固定部と、
前記固定電極と平行に配置され、前記固定部により中心部のみが前記固定電極に固定され、前記固定電極を通過した音波を受けて振動し、振動の振幅が中心から外周に近づくにしたがって増加するダイアフラム電極と、
を具備し、音波を前記固定電極と前記ダイアフラム電極との間の容量変化に変換して電気信号として検出することを特徴とするコンデンサマイクロホン。 An insulating film having a plurality of holes through which sound waves pass;
A fixed electrode held by the insulating film and having a plurality of holes through which sound waves pass;
A fixed portion provided at the center of the back surface of the fixed electrode;
Arranged in parallel with the fixed electrode, only the central part is fixed to the fixed electrode by the fixed part, vibrates in response to a sound wave that has passed through the fixed electrode, and the amplitude of the vibration increases from the center toward the outer periphery. A diaphragm electrode;
The condenser microphone is characterized in that a sound wave is converted into a change in capacitance between the fixed electrode and the diaphragm electrode and detected as an electric signal.
前記絶縁膜によって保持され、音波が通過する複数の穴を有する固定電極と、
前記固定電極の裏面の中心部に設けられる固定部と、
前記固定電極と平行に配置され、前記固定部により中心部のみが前記固定電極に固定され、前記固定電極を通過した音波を受けて振動し、振動の振幅が中心から外周に近づくにしたがって増加するダイアフラム電極と、
前記ダイアフラム電極と同一の平面に形成され、ダイアフラム電極との間に通気口を形成する外側電極と、
を具備し、音波を前記固定電極と前記ダイアフラム電極との間の容量変化に変換して電気信号として検出することを特徴とするコンデンサマイクロホン。 An insulating film having a plurality of holes through which sound waves pass;
A fixed electrode held by the insulating film and having a plurality of holes through which sound waves pass;
A fixed portion provided at the center of the back surface of the fixed electrode;
Arranged in parallel with the fixed electrode, only the central part is fixed to the fixed electrode by the fixed part, vibrates in response to a sound wave that has passed through the fixed electrode, and the amplitude of the vibration increases from the center toward the outer periphery. A diaphragm electrode;
An outer electrode that is formed in the same plane as the diaphragm electrode and forms a vent between the diaphragm electrode;
The condenser microphone is characterized in that a sound wave is converted into a change in capacitance between the fixed electrode and the diaphragm electrode and detected as an electric signal.
前記第1導電性膜を所定の形状に加工してダイアフラム電極の形状を形成する工程と、
前記第1導電性膜の上に犠牲層を成膜する工程と、
前記ダイアフラム電極の中心部の前記犠牲層に、該犠牲層を貫通する溝を形成する工程と、
前記犠牲層の上及び前記溝の内部に、第2導電性膜を成膜する工程と、
前記第2導電性膜に固定電極の形状とダイアフラム電極用電気接続部の形状とを形成する工程と、
前記第2導電性膜の上に、第2絶縁膜を成膜する工程と、
前記第2絶縁膜と前記固定電極の形状の第2導電性膜とを貫通して前記犠牲層に達する複数の穴を形成する工程と、
前記基板の裏面からエッチングすることにより、前記基板に、前記ダイアフラム電極より面積が大きく、前記第1絶縁膜に達する開口を形成する工程と、
前記複数の穴と前記基板の前記開口からエッチングすることにより、前記第1絶縁膜及び前記犠牲層を部分的に除去して、前記ダイアフラム電極を前記固定電極に固定する固定部と、前記固定電極を前記基板の上に支持するスペーサと、通気口とを形成する工程と、
を具備す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。 Forming a first insulating film and a first conductive film on the surface of the substrate;
Processing the first conductive film into a predetermined shape to form the shape of the diaphragm electrode;
Forming a sacrificial layer on the first conductive film;
The sacrificial layer in the center portion of the diaphragm electrode, and forming a groove penetrating the sacrificial layer,
Forming a second conductive film on the sacrificial layer and in the groove;
Forming a shape of a fixed electrode and a shape of an electrical connection portion for a diaphragm electrode on the second conductive film;
Forming a second insulating film on the second conductive film;
Forming a plurality of holes that penetrate the second insulating film and the second conductive film in the shape of the fixed electrode and reach the sacrificial layer;
Etching from the back surface of the substrate to form an opening in the substrate that has a larger area than the diaphragm electrode and reaches the first insulating film;
The fixed portion that fixes the diaphragm electrode to the fixed electrode by partially removing the first insulating film and the sacrificial layer by etching from the openings of the plurality of holes and the substrate, and the fixed electrode Forming a spacer and a vent for supporting the substrate on the substrate;
A method of manufacturing a condenser microphone.
前記第1導電性膜に、該第1導電性膜を貫通し、後の通気口となる第1の溝を形成し、前記第1の溝の内側にダイアフラム電極の形状を形成し、前記第1の溝の外側に前記ダイアフラム電極と同一の平面に設けられる外側電極の形状を形成する工程と、
前記第1導電性膜の上に犠牲層を成膜し、前記第1導電性膜を貫通する前記第1の溝を前記犠牲層により充填する工程と、
前記ダイアフラム電極の中心部の前記犠牲層に、該犠牲層を貫通する第2の溝を形成する工程と、
前記犠牲層の上及び前記第2の溝の内部に、第2導電性膜を形成する工程と、
前記第2導電性膜に固定電極の形状とダイアフラム電極用電気接続部の形状とを形成する工程と、
前記第2導電性膜の上に、第2絶縁膜を形成する工程と、
前記第2絶縁膜と前記固定電極の形状の第2導電性膜とを貫通して前記犠牲層に達する複数の穴を形成する工程と、
前記基板の裏面からエッチングすることにより、前記基板に、前記ダイアフラム電極より面積が大きく、前記第1絶縁膜に達する開口を形成する工程と、
前記複数の穴と前記基板の前記開口からエッチングすることにより、前記第1絶縁膜及び前記犠牲層を部分的に除去して、前記ダイアフラム電極を前記固定電極に固定する固定部と、前記固定電極を前記基板の上に支持するスペーサと、前記通気口とを形成する工程と、
を具備す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。 Forming a surface of the substrate, a first insulating film and a first conductive film;
A first groove that penetrates through the first conductive film and becomes a later vent is formed in the first conductive film, and a diaphragm electrode shape is formed inside the first groove, Forming a shape of an outer electrode provided on the same plane as the diaphragm electrode on the outer side of one groove;
Depositing a sacrificial layer on the first conductive film, and filling the first groove penetrating the first conductive film with the sacrificial layer;
The sacrificial layer in the center portion of the diaphragm electrode, and forming a second groove penetrating the sacrificial layer,
Forming a second conductive film on the sacrificial layer and in the second groove;
Forming a shape of a fixed electrode and a shape of an electrical connection portion for a diaphragm electrode on the second conductive film;
Forming a second insulating film on the second conductive film;
Forming a plurality of holes that penetrate the second insulating film and the second conductive film in the shape of the fixed electrode and reach the sacrificial layer;
Etching from the back surface of the substrate to form an opening in the substrate that has a larger area than the diaphragm electrode and reaches the first insulating film;
The fixed portion that fixes the diaphragm electrode to the fixed electrode by partially removing the first insulating film and the sacrificial layer by etching from the openings of the plurality of holes and the substrate, and the fixed electrode a spacer supported on said substrate and forming a said vent,
A method of manufacturing a condenser microphone.
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