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JP2008022501A - Condenser microphone and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2008022501A
JP2008022501A JP2006194856A JP2006194856A JP2008022501A JP 2008022501 A JP2008022501 A JP 2008022501A JP 2006194856 A JP2006194856 A JP 2006194856A JP 2006194856 A JP2006194856 A JP 2006194856A JP 2008022501 A JP2008022501 A JP 2008022501A
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JP
Japan
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diaphragm
plate
condenser microphone
fixing unit
island
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2006194856A
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Japanese (ja)
Inventor
Akiyoshi Sato
明善 佐藤
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Yamaha Corp
Original Assignee
Yamaha Corp
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Publication date
Application filed by Yamaha Corp filed Critical Yamaha Corp
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Abstract

【課題】コンデンサマイクロホンの低周波数領域での感度を高めてフラットな感度特性を実現するとともに外力による音響信号の歪みを抑制する。
【解決手段】静止電極を形成しているプレートと、島状に形成され前記プレートに対して相対的に固定されている島状定着部と、前記プレートと垂直な方向から見て前記島状定着部の周りに環状又は離散的に形成され前記プレートに対して相対的に固定されている周辺定着部と、前記静止電極に対する振動電極を形成しているダイヤフラムと、を備え、前記プレートと前記ダイヤフラムとが前記島状定着部と前記周辺定着部とに定着した状態で前記ダイヤフラムが前記プレートに対して振動する、コンデンサマイクロホン。
【選択図】図1
An object of the present invention is to increase the sensitivity of a condenser microphone in a low frequency region to realize a flat sensitivity characteristic and to suppress distortion of an acoustic signal due to an external force.
A plate forming a stationary electrode, an island-shaped fixing portion formed in an island shape and fixed relative to the plate, and the island-shaped fixing when viewed from a direction perpendicular to the plate. A peripheral fixing portion that is annularly or discretely formed around the portion and fixed relative to the plate, and a diaphragm that forms a vibration electrode for the stationary electrode, the plate and the diaphragm A condenser microphone in which the diaphragm vibrates with respect to the plate in a state where the diaphragm is fixed to the island-shaped fixing portion and the peripheral fixing portion.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、コンデンサマイクロホン及びその製造方法に関し、特にMEMS製造プロセスによって製造されるコンデンサマイクロホンに関する。   The present invention relates to a condenser microphone and a manufacturing method thereof, and more particularly to a condenser microphone manufactured by a MEMS manufacturing process.

従来、MEMS製造プロセスによって製造されるコンデンサマイクロホンが知られている(例えば特許文献1参照)。従来のコンデンサマイクロホンでは、ダイヤフラムの振幅を大きくすることが重視されていた。   Conventionally, a condenser microphone manufactured by a MEMS manufacturing process is known (see, for example, Patent Document 1). In conventional condenser microphones, emphasis has been placed on increasing the amplitude of the diaphragm.

しかし、ダイヤフラムの振幅を大きくするためにはダイヤフラムとプレートとの間隔を広げる必要がある。プレートの音孔から進入する音波をダイヤフラムで受けるコンデンサマイクロホンでは、ダイヤフラムのプレートと反対側にキャビティを設け、キャビティの圧力を大気圧と平衡させるための通路を確保する必要がある。ダイヤフラムのプレート側からこの通路を通ってダイヤフラムのキャビティ側へ音波が回り込むと、コンデンサマイクロホンの感度が低くなる。しかし、この通路の音響抵抗を低い周波数の音波に対しても高くすることは困難であったため、従来のコンデンサマイクロホンは周波数が低くなるほど感度が低くなる周波数特性を持っていた。   However, in order to increase the amplitude of the diaphragm, it is necessary to widen the distance between the diaphragm and the plate. In a condenser microphone that receives sound waves entering from a sound hole of a plate with a diaphragm, it is necessary to provide a cavity on the opposite side of the diaphragm plate to ensure a passage for balancing the pressure of the cavity with atmospheric pressure. When the sound wave circulates from the diaphragm plate side through the passage to the cavity side of the diaphragm, the sensitivity of the condenser microphone is lowered. However, since it is difficult to increase the acoustic resistance of the passage even for low-frequency sound waves, the conventional condenser microphone has a frequency characteristic in which the sensitivity decreases as the frequency decreases.

また、従来のコンデンサマイクロホンの構造では、歩行や車両走行などにより音波以外の外力が作用すると、プレートとダイヤフラムの共振周波数が異なるため、その外力によってプレートがダイヤフラムから独立して振動し、その結果、振動雑音が発生する。
特表2004−506394号公報
In addition, in the structure of the conventional condenser microphone, when an external force other than sound waves is applied due to walking, vehicle running, etc., the resonance frequency of the plate and the diaphragm is different, so the plate vibrates independently of the diaphragm by the external force, Vibration noise is generated.
JP-T-2004-506394

本発明は上記の問題に鑑みて創作されたものであって、コンデンサマイクロホンの低周波数領域での感度を高めてフラットな感度特性を実現するとともに振動雑音を低減することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to increase the sensitivity of a condenser microphone in a low frequency region so as to realize a flat sensitivity characteristic and reduce vibration noise.

(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、静止電極を形成しているプレートと、島状に形成され前記プレートに対して相対的に固定されている島状定着部と、前記プレートと垂直な方向から見て前記島状定着部の周りに環状又は離散的に形成され前記プレートに対して相対的に固定されている周辺定着部と、前記静止電極に対する振動電極を形成しているダイヤフラムと、を備え、前記プレートと前記ダイヤフラムとが前記島状定着部と前記周辺定着部とに定着した状態で前記ダイヤフラムが前記プレートに対して振動する。   (1) A condenser microphone for achieving the above object includes a plate that forms a stationary electrode, an island-shaped fixing portion that is formed in an island shape and is relatively fixed to the plate, and the plate. A peripheral fixing portion that is annularly or discretely formed around the island-shaped fixing portion as viewed from the vertical direction and is fixed relative to the plate, and a diaphragm that forms a vibrating electrode for the stationary electrode The diaphragm vibrates with respect to the plate in a state where the plate and the diaphragm are fixed to the island-shaped fixing unit and the peripheral fixing unit.

このコンデンサマイクロホンによると、ダイヤフラムが周辺定着部だけでなく、周辺定着部に囲まれて島状に形成されている島状定着部にも定着した状態で静止電極に対して振動する。したがってこのコンデンサマイクロホンでは、同一の機械的特性を有する同一面積のダイヤフラムが周辺だけプレートに対して相対的に固定された状態で振動するコンデンサマイクロホンに比べ、ダイヤフラムの最大振幅が小さくなる。このため、このコンデンサマイクロホンでは、そのような従来のコンデンサマイクロホンに比べてダイヤフラムとプレートとの間隔を狭く設定することができる。したがってこのコンデンサマイクロホンによると、容量を増大させることができる。尚、容量が増大すれば、ダイヤフラムの最大振幅が小さくなっても感度は低くならない。さらに、ダイヤフラムとプレートとの間に形成される空間の高さを従来より低くできるため、その空間の音響抵抗を低い周波数まで高くすることができる。したがって、ダイヤフラムのプレートと反対側にキャビティが形成される構造であっても、ダイヤフラムとプレートの間からダイヤフラムのプレートと反対側のキャビティに回り込む音波によって低い周波数領域での感度が低下しにくくなるため、フラットな感度特性のコンデンサマイクロホンを実現することができる。   According to this condenser microphone, the diaphragm vibrates with respect to the stationary electrode in a state where the diaphragm is fixed not only to the peripheral fixing portion but also to the island-shaped fixing portion formed in an island shape surrounded by the peripheral fixing portion. Therefore, in this condenser microphone, the maximum amplitude of the diaphragm is smaller than that of the condenser microphone that vibrates in the state where the diaphragm having the same mechanical characteristics and the same area is fixed relative to the plate only at the periphery. For this reason, in this condenser microphone, the distance between the diaphragm and the plate can be set narrower than that of such a conventional condenser microphone. Therefore, according to this condenser microphone, the capacity can be increased. If the capacity increases, the sensitivity does not decrease even if the maximum amplitude of the diaphragm decreases. Furthermore, since the height of the space formed between the diaphragm and the plate can be made lower than before, the acoustic resistance of the space can be increased to a low frequency. Therefore, even in a structure in which a cavity is formed on the side opposite to the diaphragm plate, the sensitivity in the low frequency region is unlikely to decrease due to the sound waves that enter the cavity on the opposite side of the diaphragm plate from between the diaphragm and the plate. Thus, a condenser microphone having a flat sensitivity characteristic can be realized.

また、このコンデンサマイクロホンでは、同一の機械的特性を有する同一面積のダイヤフラムが周辺だけプレートに対して相対的に固定された状態で振動する従来のコンデンサマイクロホンに比べ、ダイヤフラムの振動境界間の距離が短くなるため、音圧に対するダイヤフラムの変位が小さい。したがってこのコンデンサマイクロホンでは、音圧と出力の関係が線形に近くなる。   Further, in this condenser microphone, the distance between diaphragm vibration boundaries is smaller than that of a conventional condenser microphone that vibrates in a state where a diaphragm having the same mechanical characteristics and the same area is fixed relative to the plate only at the periphery. Due to the shortening, the displacement of the diaphragm with respect to the sound pressure is small. Therefore, in this condenser microphone, the relationship between the sound pressure and the output becomes nearly linear.

(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、前記島状定着部と前記周辺定着部とは、前記ダイヤフラムと前記プレートとの間に形成されていてもよい。   (2) In the condenser microphone for achieving the above object, the island-shaped fixing unit and the peripheral fixing unit may be formed between the diaphragm and the plate.

このようにコンデンサマイクロホンが構成される場合、音波でない外力がコンデンサマイクロホンに加わったとき、ダイヤフラムとプレートと少なくとも島状定着部とは一体的に振動する。したがって、このコンデンサマイクロホンでは音波以外の外力による振動雑音が低減される。   When the condenser microphone is configured in this way, when an external force that is not a sound wave is applied to the condenser microphone, the diaphragm, the plate, and at least the island-shaped fixing unit vibrate integrally. Therefore, in this condenser microphone, vibration noise due to external force other than sound waves is reduced.

(3)音波でない外力がコンデンサマイクロホンに加わったとき、ダイヤフラムとプレートと島状定着部とを一体的に振動させるためには、前記島状定着部と前記周辺定着部とは、前記プレートに結合していることが望ましい。   (3) When an external force other than a sound wave is applied to the condenser microphone, the island-shaped fixing unit and the peripheral fixing unit are coupled to the plate in order to vibrate the diaphragm, the plate, and the island-shaped fixing unit integrally. It is desirable that

(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、前記ダイヤフラムの外周の一部と結合している支持部をさらに備えてもよいし、前記ダイヤフラムは、前記スペーサと前記ダイヤフラムとの間の静電引力により前記島状定着部と前記周辺定着部とに定着してもよい。   (4) The condenser microphone for achieving the above object may further include a support part coupled to a part of the outer periphery of the diaphragm, and the diaphragm is a static microphone between the spacer and the diaphragm. The island-shaped fixing unit and the peripheral fixing unit may be fixed by electric attraction.

このようにコンデンサマイクロホンが構成される場合、ダイヤフラムの全周が環状の支持部に結合しているコンデンサマイクロホンに比べ、ダイヤフラムの内部応力が低減されるため、コンデンサマイクロホンの感度が高くなる。   When the condenser microphone is configured in this way, the internal stress of the diaphragm is reduced compared to the condenser microphone in which the entire circumference of the diaphragm is coupled to the annular support portion, so that the sensitivity of the condenser microphone is increased.

(5)上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンは、前記島状定着部と前記周辺定着部の前記ダイヤフラムが定着する端部は先細りしていてもよい。   (5) In the condenser microphone for achieving the above object, the ends of the island-shaped fixing unit and the peripheral fixing unit where the diaphragm is fixed may be tapered.

このようにコンデンサマイクロホンが構成される場合、島状定着部と周辺定着部の撓み剛性や破壊強度を保ちつつ、ダイヤフラムの定着部位の面積を低減できる。したがってコンデンサマイクロホンの感度が増大する。   When the condenser microphone is configured in this way, the area of the fixing portion of the diaphragm can be reduced while maintaining the bending rigidity and breaking strength of the island-shaped fixing portion and the peripheral fixing portion. Therefore, the sensitivity of the condenser microphone is increased.

(6)上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンの製造方法は、前記ダイヤフラムを形成し、前記ダイヤフラムの上に第一の絶縁膜を形成し、前記第一の絶縁膜の上に前記プレートを形成し、前記第一の絶縁膜に孔を形成し、前記第一の絶縁膜と異なる組成の第二の絶縁膜を前記孔の内部に堆積させることにより、前記孔内に前記第二の絶縁膜からなる前記島状定着部を形成し、ウェットエッチングにより前記第一の犠牲膜を選択的に前記ダイヤフラムと前記プレートとの間から除去する、ことを含んでもよい。   (6) A method of manufacturing a condenser microphone for achieving the above object includes forming the diaphragm, forming a first insulating film on the diaphragm, and forming the plate on the first insulating film. Forming a hole in the first insulating film, and depositing a second insulating film having a composition different from that of the first insulating film inside the hole, whereby the second insulating film is formed in the hole. Forming the island-shaped fixing portion and selectively removing the first sacrificial film from between the diaphragm and the plate by wet etching.

この製造方法によると、孤立した絶縁性の島状定着部の形状を第一の犠牲膜の残存形状とは無関係に形成することができる。   According to this manufacturing method, the shape of the isolated insulating island-shaped fixing portion can be formed regardless of the remaining shape of the first sacrificial film.

(7)上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンの製造方法において、前記孔の深さは前記ダイヤフラムに到達しない深さであってもよい。   (7) In the method for manufacturing a condenser microphone for achieving the above object, the depth of the hole may be a depth that does not reach the diaphragm.

この製造方法によると、ダイヤフラムに結合していない島状定着部を形成することができる。   According to this manufacturing method, an island-shaped fixing portion that is not bonded to the diaphragm can be formed.

(8)上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンは、静止電極を形成しているプレートと、前記静止電極に対する振動電極を形成しているダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに互いに独立した複数の振動境界を形成する壁部と、を備え、前記ダイヤフラムは前記壁部に定着した状態で振動してもよい。   (8) A condenser microphone for achieving the above object forms a plate that forms a stationary electrode, a diaphragm that forms a vibrating electrode for the stationary electrode, and a plurality of independent vibration boundaries on the diaphragm And the diaphragm may vibrate while being fixed to the wall.

このコンデンサマイクロホンによると、壁部によってダイヤフラムに独立した複数の振動境界が形成される。したがってこのコンデンサマイクロホンでは、同一の機械的特性を有する同一面積のダイヤフラムが周辺だけプレートに対して相対的に固定された状態で振動するコンデンサマイクロホンに比べ、ダイヤフラムの最大振幅が小さくなる。このため、このコンデンサマイクロホンでは、そのような従来のコンデンサマイクロホンに比べてダイヤフラムとプレートとの間隔を狭く設定することができる。したがってこのコンデンサマイクロホンによると、容量を増大させることができる。尚、容量が増大すれば、ダイヤフラムの最大振幅が小さくなっても感度は低くならない。またダイヤフラムとプレートの間に進入した音波を壁部によって遮断できる。したがって、ダイヤフラムのプレートと反対側にキャビティが形成される構造であっても、ダイヤフラムとプレートの間からダイヤフラムのプレートと反対側のキャビティに回り込む音波によって低い周波数領域での感度が低下しにくくなるため、フラットな感度特性のコンデンサマイクロホンを実現することができる。   According to this condenser microphone, a plurality of vibration boundaries independent of the diaphragm are formed by the wall portion. Therefore, in this condenser microphone, the maximum amplitude of the diaphragm is smaller than that of a condenser microphone that vibrates in a state where a diaphragm having the same mechanical characteristics and the same area is fixed relative to the plate only at the periphery. For this reason, in this condenser microphone, the distance between the diaphragm and the plate can be set narrower than that of such a conventional condenser microphone. Therefore, according to this condenser microphone, the capacity can be increased. If the capacity increases, the sensitivity does not decrease even if the maximum amplitude of the diaphragm decreases. Moreover, the sound wave that has entered between the diaphragm and the plate can be blocked by the wall. Therefore, even in a structure in which a cavity is formed on the side opposite to the diaphragm plate, the sensitivity in the low frequency region is unlikely to decrease due to the sound waves that enter the cavity on the opposite side of the diaphragm plate from between the diaphragm and the plate. Thus, a condenser microphone having a flat sensitivity characteristic can be realized.

また、このコンデンサマイクロホンでは、同一の機械的特性を有する同一面積のダイヤフラムが周辺だけプレートに対して相対的に固定された状態で振動する従来のコンデンサマイクロホンに比べ、ダイヤフラムの振動境界間の距離が短くなるため、外力に対するダイヤフラムの変位が小さい。したがってこのコンデンサマイクロホンでは、音圧と出力の関係が線形に近くなる。   Further, in this condenser microphone, the distance between diaphragm vibration boundaries is smaller than that of a conventional condenser microphone that vibrates in a state where a diaphragm having the same mechanical characteristics and the same area is fixed relative to the plate only at the periphery. Since it becomes shorter, the displacement of the diaphragm with respect to the external force is small. Therefore, in this condenser microphone, the relationship between the sound pressure and the output becomes nearly linear.

尚、請求項において「〜上に」というときは、技術的な阻害要因がない限りにおいて「上に中間物を介在させずに」と「〜上に中間物を介在させて」の両方を意味する。また、請求項に記載された動作の順序は、技術的な阻害要因がない限りにおいて記載順に限定されず、同時に実行されても良いし、記載順の逆順に実行されても良いし、連続した順序で実行されなくても良い。   In the claims, “to the top” means both “without an intermediate on the top” and “with an intermediate on the top” unless there is a technical impediment. To do. Further, the order of the operations described in the claims is not limited to the order of description as long as there is no technical obstruction factor, and may be executed at the same time, may be executed in the reverse order of the description order, or may be continuous. It does not have to be executed in order.

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。各実施形態において対応している構成要素には共通の符号を付し、重複する説明は省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Constituent elements corresponding to each embodiment are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted.

1.第一実施形態:
・構成
図1A、図1Bはそれぞれ本発明のコンデンサマイクロホンの第一実施形態を示す模式的な断面図である。図1Aの切断面はプレート12の表面と垂直である。図1Bの切断面はプレート12の表面と平行であって、ダイヤフラム16をプレート12の側から見た状態を示している。コンデンサマイクロホン1は、静止電極を形成しているプレート12と振動電極を形成しているダイヤフラム16とを備えている。プレート12とダイヤフラム16とは基板14の上に支持部13によって固定されている。プレート12とダイヤフラム16とにバイアス電圧が印加されると、ダイヤフラム16とプレート12との間に静電引力が作用し、ダイヤフラム16はプレート12に結合している定着部10に定着する。図1Aにはダイヤフラム16のプレート12に定着した状態を破線で示している。
1. First embodiment:
Configuration FIG. 1A and FIG. 1B are schematic cross-sectional views showing a first embodiment of the condenser microphone of the present invention. The cut surface of FIG. 1A is perpendicular to the surface of the plate 12. The cut surface of FIG. 1B is parallel to the surface of the plate 12 and shows a state in which the diaphragm 16 is viewed from the plate 12 side. The condenser microphone 1 includes a plate 12 that forms a stationary electrode and a diaphragm 16 that forms a vibrating electrode. The plate 12 and the diaphragm 16 are fixed on the substrate 14 by a support portion 13. When a bias voltage is applied to the plate 12 and the diaphragm 16, electrostatic attraction acts between the diaphragm 16 and the plate 12, and the diaphragm 16 is fixed to the fixing unit 10 coupled to the plate 12. FIG. 1A shows a state where the diaphragm 16 is fixed to the plate 12 by a broken line.

基板14は実装基板17に接着などにより固定されている。基板14には通孔が形成され、その通孔がキャビティ15を形成している。キャビティ15はダイヤフラム16のプレート12と反対側の空間の容積を増大させる空間であって、ダイヤフラム16のプレート12と反対側の空間においてダイヤフラム16の振動によって生ずる圧力振動の振幅を小さくする。   The substrate 14 is fixed to the mounting substrate 17 by adhesion or the like. A through hole is formed in the substrate 14, and the through hole forms a cavity 15. The cavity 15 is a space that increases the volume of the space on the side opposite to the plate 12 of the diaphragm 16, and reduces the amplitude of the pressure vibration caused by the vibration of the diaphragm 16 in the space on the side opposite to the plate 12 of the diaphragm 16.

支持部13は基板14の上に形成された一以上の膜から構成され、ダイヤフラム16とプレート12と基板14と結合している。支持部13にはダイヤフラム16が収容されている通孔18が形成されている。すなわち、支持部13は定着部10を囲む環状に形成されており、請求項に記載の周辺定着部に相当し得る。   The support portion 13 is composed of one or more films formed on the substrate 14, and is connected to the diaphragm 16, the plate 12, and the substrate 14. A through hole 18 in which the diaphragm 16 is accommodated is formed in the support portion 13. That is, the support portion 13 is formed in an annular shape surrounding the fixing portion 10 and can correspond to the peripheral fixing portion described in the claims.

ダイヤフラム16は、キャビティ15の上に支持部13によって張り渡されている。ダイヤフラム16は振動電極を形成する導電膜を含む一層以上の膜で構成され、キャビティ15の開口を覆う円形の中央部20から腕部19が延びた形状をしている。複数の腕部19の先端が支持部13と結合している。ダイヤフラム16の厚さは例えば0.5〜1.5μmに設定される。   The diaphragm 16 is stretched over the cavity 15 by the support portion 13. The diaphragm 16 is composed of one or more films including a conductive film that forms a vibrating electrode, and has a shape in which an arm part 19 extends from a circular central part 20 that covers the opening of the cavity 15. The ends of the plurality of arm portions 19 are coupled to the support portion 13. The thickness of the diaphragm 16 is set to 0.5 to 1.5 μm, for example.

ダイヤフラム16の腕部19は円形の中央部20を囲む位置に複数形成され、それぞればねとして機能するように屈曲した形状をしている。ダイヤフラム16は中央部20に比べて変形しやすい腕部19の先端でのみ支持部13に結合されているため、ダイヤフラム16の内部応力は腕部19の変形によって緩和される。ただし、本実施形態では、ダイヤフラム16とプレート12との間隔を狭くするため、ダイヤフラム16の張力が小さく、定着部10同士の間隔が広い場合には、静電引力によってダイヤフラム16がプレート12に付着する所謂プルインが発生しやすくなる。そこで、ダイヤフラム16の張力を適切な値にするために、腕部19の形状やダイヤフラム16の内部応力が調節される。   A plurality of arm portions 19 of the diaphragm 16 are formed at positions surrounding the circular central portion 20 and are bent so as to function as springs. Since the diaphragm 16 is coupled to the support portion 13 only at the tip of the arm portion 19 which is more easily deformed than the central portion 20, the internal stress of the diaphragm 16 is relieved by the deformation of the arm portion 19. However, in this embodiment, since the distance between the diaphragm 16 and the plate 12 is narrowed, when the tension of the diaphragm 16 is small and the distance between the fixing portions 10 is wide, the diaphragm 16 adheres to the plate 12 by electrostatic attraction. So-called pull-in is likely to occur. Therefore, in order to set the tension of the diaphragm 16 to an appropriate value, the shape of the arm portion 19 and the internal stress of the diaphragm 16 are adjusted.

プレート12は静止電極を形成する導電膜を含む一層以上の膜で構成されている。プレート12は、ダイヤフラム16の基板14と反対側において支持部13に張り渡され、支持部13によって形成されている通孔18を覆っている。プレート12には複数の通孔が形成されており、各通孔が音孔11を形成している。音波は音孔11からコンデンサマイクロホン1の内部に進行し、ダイヤフラム16を振動させる。   The plate 12 is composed of one or more films including a conductive film that forms a stationary electrode. The plate 12 is stretched over the support portion 13 on the side opposite to the substrate 14 of the diaphragm 16 and covers the through hole 18 formed by the support portion 13. A plurality of through holes are formed in the plate 12, and each through hole forms a sound hole 11. The sound wave travels from the sound hole 11 to the inside of the condenser microphone 1 and vibrates the diaphragm 16.

プレート12とダイヤフラム16との間には支持部13から離れた島状に形成されている定着部10が設けられている。定着部10の基部はプレート12と結合している。定着部10の高さはプレート12とダイヤフラム16との間隔よりも低いため、ダイヤフラム16に外力が作用していない状態では、定着部10の先端部はダイヤフラム16から離れている。定着部10の先端面は球面状である。すなわち、定着部10の先端部は先細りした形状であるため、プレート12とダイヤフラム16との間に静電引力が作用すると、定着部10のダイヤフラム16と平行な断面の最大面積よりも小さな面積で定着部10とダイヤフラム16とは接触する。   Between the plate 12 and the diaphragm 16, a fixing unit 10 formed in an island shape separated from the support unit 13 is provided. The base of the fixing unit 10 is coupled to the plate 12. Since the height of the fixing unit 10 is lower than the distance between the plate 12 and the diaphragm 16, the front end of the fixing unit 10 is separated from the diaphragm 16 when no external force is applied to the diaphragm 16. The front end surface of the fixing unit 10 is spherical. That is, since the tip of the fixing unit 10 has a tapered shape, when electrostatic attraction acts between the plate 12 and the diaphragm 16, the area of the fixing unit 10 is smaller than the maximum area of the cross section parallel to the diaphragm 16. The fixing unit 10 and the diaphragm 16 are in contact with each other.

定着部10の数や配列は、ダイヤフラム16の形状、膜厚、内部応力、支持構造、コンデンサマイクロホン1の特性などに応じて設計される。例えば図1Bに示すように格子点上に複数の定着部10を配列しても良いし、図2A、図2Bに示すようにダイヤフラム16の中心にのみ接触するように定着部10を1つだけ設けても良い。複数の定着部10のうち内側に配列されている定着部10は請求項に記載の島状定着部に相当する。複数の定着部10のうち最も外側に配列されている定着部10は請求項に記載の周辺定着部に相当する。定着部10が1つだけである場合、支持部13が請求項に記載の周辺定着部に相当する。   The number and arrangement of the fixing units 10 are designed according to the shape, film thickness, internal stress, support structure, characteristics of the condenser microphone 1 and the like of the diaphragm 16. For example, as shown in FIG. 1B, a plurality of fixing units 10 may be arranged on lattice points, or only one fixing unit 10 is brought into contact with only the center of the diaphragm 16 as shown in FIGS. 2A and 2B. It may be provided. Among the plurality of fixing units 10, the fixing units 10 arranged inside correspond to the island-shaped fixing unit described in the claims. The fixing unit 10 arranged on the outermost side among the plurality of fixing units 10 corresponds to a peripheral fixing unit described in the claims. When there is only one fixing unit 10, the support unit 13 corresponds to the peripheral fixing unit described in the claims.

・作動
コンデンサマイクロホン1は、図示しないチャージポンプなどによって昇圧されたバイアス電圧がプレート12とダイヤフラム16とに印加され、静電引力によって図3Aに示すようにダイヤフラム16が定着部10に定着した状態で使用される。その状態で音孔11から進入した音波がダイヤフラム16に到達すると、プレート12はダイヤフラム16に対して十分厚くたわみ合成が高いため、ダイヤフラム16はプレート12に対して振動する。このとき、ダイヤフラム16は図3Aの破線で示すように定着部10と支持部13とに定着した状態で振動する。
-Operation In the condenser microphone 1, a bias voltage boosted by a charge pump (not shown) is applied to the plate 12 and the diaphragm 16, and the diaphragm 16 is fixed to the fixing unit 10 as shown in FIG. 3A by electrostatic attraction. used. In this state, when the sound wave entering from the sound hole 11 reaches the diaphragm 16, the plate 12 vibrates with respect to the plate 12 because the plate 12 is sufficiently thick and has a high deflection composition. At this time, the diaphragm 16 vibrates while being fixed to the fixing unit 10 and the support unit 13 as indicated by a broken line in FIG. 3A.

したがって、ダイヤフラム16の振動境界は、ダイヤフラム16の周辺だけではなく、ダイヤフラム16の内部にある定着部10との接触部位にも存在することになる。振動境界から振動境界までの距離(W)が広いほど膜の振幅は大きくなるため、ダイヤフラム16の振幅(A)は、図3Bに示すように周辺にのみ振動境界が存在する比較例のコンデンサマイクロホン900のダイヤフラム901の振幅(a)に比べて小さくなる。したがって、定格音圧を一定とすれば、ダイヤフラム16の振幅が小さいために、ダイヤフラム16とプレート12との間隔(D)を比較例のコンデンサマイクロホン900に比べて狭く設定することができる。ダイヤフラム16とプレート12の容量は間隔(D)に反比例するため、ダイヤフラム16とプレート12との間隔を狭くすればダイヤフラム16とプレート12の容量が大きくなる。具体的には例えばダイヤフラム16の直径を1mmとし、100μm間隔の格子点に定着部10を配列する場合、ダイヤフラム16とプレート12の間隔は0.5μm程度に設定できる。   Therefore, the vibration boundary of the diaphragm 16 exists not only in the vicinity of the diaphragm 16 but also in a contact portion with the fixing unit 10 inside the diaphragm 16. The larger the distance (W) from the vibration boundary to the vibration boundary, the larger the amplitude of the membrane. Therefore, the amplitude (A) of the diaphragm 16 is a comparative condenser microphone having a vibration boundary only in the periphery as shown in FIG. 3B. The amplitude is smaller than the amplitude (a) of the diaphragm 901 of 900. Therefore, if the rated sound pressure is constant, the amplitude of the diaphragm 16 is small, so the distance (D) between the diaphragm 16 and the plate 12 can be set narrower than that of the condenser microphone 900 of the comparative example. Since the capacity of the diaphragm 16 and the plate 12 is inversely proportional to the distance (D), if the distance between the diaphragm 16 and the plate 12 is narrowed, the capacity of the diaphragm 16 and the plate 12 is increased. Specifically, for example, when the diameter of the diaphragm 16 is 1 mm and the fixing units 10 are arranged at lattice points with an interval of 100 μm, the distance between the diaphragm 16 and the plate 12 can be set to about 0.5 μm.

また、ダイヤフラム16とプレート12との間隔を狭くできるため、音孔11から進入した音波がダイヤフラム16の周囲からキャビティ15に回り込みにくい。具体的には、ダイヤフラム16とプレート12の間隔を狭めることにより、ダイヤフラム16とプレート12との間にある空間の音響抵抗を、低い周波数の音波に対しても、高くできる。したがって、コンデンサマイクロホン1の感度特性がフラットになる。   Further, since the distance between the diaphragm 16 and the plate 12 can be narrowed, the sound wave that has entered from the sound hole 11 is unlikely to enter the cavity 15 from the periphery of the diaphragm 16. Specifically, by reducing the distance between the diaphragm 16 and the plate 12, the acoustic resistance in the space between the diaphragm 16 and the plate 12 can be increased even for low-frequency sound waves. Therefore, the sensitivity characteristic of the condenser microphone 1 becomes flat.

さらに、ダイヤフラム16の振幅Aが小さいため、ダイヤフラム16と基板14との間隔Hも狭くすることができる。キャビティ15の開口の周囲においてダイヤフラム16と基板14との間隔Hを小さく設定することにより、ダイヤフラム16と基板14との隙間の音響抵抗についても低い周波数まで高くすることができる。   Furthermore, since the amplitude A of the diaphragm 16 is small, the distance H between the diaphragm 16 and the substrate 14 can also be narrowed. By setting the gap H between the diaphragm 16 and the substrate 14 around the opening of the cavity 15 to be small, the acoustic resistance of the gap between the diaphragm 16 and the substrate 14 can be increased to a low frequency.

また、ダイヤフラム16は、歩行振動や走行振動に伴う音波以外の外力に対しては、プレート12と一体的に振動する。したがって、歩行や車両走行に伴う振動がコンデンサマイクロホン1に生じたとしても、その振動によってダイヤフラム16がプレート12に対して振動しにくいため、コンデンサマイクロホン1は振動雑音を発生させにくい。   Further, the diaphragm 16 vibrates integrally with the plate 12 with respect to external force other than sound waves accompanying walking vibration and running vibration. Therefore, even if vibration caused by walking or running of the vehicle occurs in the condenser microphone 1, the diaphragm 16 hardly vibrates with respect to the plate 12 due to the vibration, and therefore the condenser microphone 1 hardly generates vibration noise.

図4は電圧一定の条件下におけるコンデンサマイクロホンの容量(C)と対向電極間距離(D)との関係を示すグラフである。容量変化ΔQを得るために必要な振幅に対応する対向電極間距離の変動幅(Δd、ΔD)は、対向電極間距離が小さくなるほど小さくなる。対向電極間距離(D)と容量(C)との関係は、対向電極間距離の変動幅が小さくなるほど線形に近くなる。したがって、本実施形態のコンデンサマイクロホン1と比較例のコンデンサマイクロホン900とを同一の容量変化が得られる条件で比較すると、比較例に比べて本実施形態のコンデンサマイクロホン1の方が、対向電極間距離(D)と容量(C)との関係が線形に近い。すなわち、本実施形態のコンデンサマイクロホン1は比較例のコンデンサマイクロホン900に比べて音圧と出力との関係を線形に近づけることができる。   FIG. 4 is a graph showing the relationship between the capacitance (C) of the condenser microphone and the distance (D) between the counter electrodes under a constant voltage condition. The variation width (Δd, ΔD) of the distance between the counter electrodes corresponding to the amplitude necessary to obtain the capacitance change ΔQ decreases as the distance between the counter electrodes decreases. The relationship between the distance between the counter electrodes (D) and the capacitance (C) becomes closer to the linear as the variation width of the distance between the counter electrodes becomes smaller. Therefore, when comparing the capacitor microphone 1 of the present embodiment and the capacitor microphone 900 of the comparative example under the condition that the same capacitance change is obtained, the capacitor microphone 1 of the present embodiment is more distant from the counter electrode than the comparative example. The relationship between (D) and capacity (C) is nearly linear. That is, the condenser microphone 1 of the present embodiment can bring the relationship between the sound pressure and the output closer to a linearity compared to the condenser microphone 900 of the comparative example.

・比較
図14の表は本発明の実施形態としてのコンデンサマイクロホン1と比較例としてのコンデンサマイクロホン900の性能を示している。コンデンサマイクロホン1とコンデンサマイクロホン900とはともに半径0.5mmのダイヤフラムを備えるものとして比較している。図14の表に示すように、本実施形態の構造を採用すると、コンデンサマイクロホン1のマイク容量は比較例より格段に大きくなる。
Comparison The table in FIG. 14 shows the performance of the condenser microphone 1 as an embodiment of the present invention and the condenser microphone 900 as a comparative example. Both the condenser microphone 1 and the condenser microphone 900 are compared as having a diaphragm with a radius of 0.5 mm. As shown in the table of FIG. 14, when the structure of this embodiment is adopted, the microphone capacity of the condenser microphone 1 becomes much larger than that of the comparative example.

2.第二実施形態:
図5A、図5Bは本発明のコンデンサマイクロホンの第二実施形態を示す模式的な断面図である。図5Aの切断面はプレート12の表面と垂直である。図5Bの切断面はプレート12の表面と平行であって、ダイヤフラム16をプレート12の側から見た状態を示している。ダイヤフラム16の振動境界は定着部10によって定めることができるため、図5A、図5Bに示すように、ダイヤフラム16の外形は点対称図形でなくても良い。コンデンサマイクロホン2の外形は基板14のダイシングにより定まるため矩形である。従って例えば、コンデンサマイクロホン2の表面積に対するダイヤフラム16の面積の割合を増大させるため、信号処理回路とコンデンサマイクロホン2とを接続するためのパッド22およびパッド23をのぞいたほとんどの領域をダイヤフラム16が占めるようにダイヤフラム16の外形を設定しても良い。
2. Second embodiment:
5A and 5B are schematic cross-sectional views showing a second embodiment of the condenser microphone of the present invention. The cut surface of FIG. 5A is perpendicular to the surface of the plate 12. The cut surface in FIG. 5B is parallel to the surface of the plate 12 and shows a state in which the diaphragm 16 is viewed from the plate 12 side. Since the vibration boundary of the diaphragm 16 can be determined by the fixing unit 10, as shown in FIGS. 5A and 5B, the outer shape of the diaphragm 16 may not be a point-symmetric figure. The external shape of the condenser microphone 2 is rectangular because it is determined by the dicing of the substrate 14. Therefore, for example, in order to increase the ratio of the area of the diaphragm 16 to the surface area of the condenser microphone 2, the diaphragm 16 occupies most of the area except the pad 22 and the pad 23 for connecting the signal processing circuit and the condenser microphone 2. Alternatively, the outer shape of the diaphragm 16 may be set.

またダイヤフラム16は支持部13に張り渡されていなくても良い。ダイヤフラム16を支持部13に張り渡さない場合、ダイヤフラム16の張力は実質的に0になる。バイアス電圧が印加されたときにダイヤフラム16がプレート12に付着しないように、定着部10の配列やダイヤフラム16の撓み剛性が調節される。   The diaphragm 16 may not be stretched over the support portion 13. When the diaphragm 16 is not stretched over the support portion 13, the tension of the diaphragm 16 is substantially zero. The arrangement of the fixing units 10 and the flexural rigidity of the diaphragm 16 are adjusted so that the diaphragm 16 does not adhere to the plate 12 when a bias voltage is applied.

ダイヤフラム16が支持部13に張り渡されていない場合、ダイヤフラム16のもっとも外側の振動境界も定着部10によって定められる。したがって、この場合、図5Bに白丸で示されている定着部10が請求項に記載された島状定着部に相当し、黒丸で示されている定着部10と支持部13とが請求項に記載された周辺定着部に相当する。   When the diaphragm 16 is not stretched over the support portion 13, the outermost vibration boundary of the diaphragm 16 is also determined by the fixing portion 10. Therefore, in this case, the fixing unit 10 indicated by a white circle in FIG. 5B corresponds to the island-shaped fixing unit described in the claims, and the fixing unit 10 and the support unit 13 indicated by the black circle are included in the claims. This corresponds to the peripheral fixing portion described.

3.第三実施形態:
図6は本発明のコンデンサマイクロホンの第三実施形態を示す模式的な断面図である。図6の切断面はプレート12の表面と垂直である。定着部10はプレート12とダイヤフラム16の両方と結合していても良い。定着部10をプレート12とダイヤフラム16の両方に結合することにより、音波以外の外力によってはダイヤフラム16がプレート12に対してさらに振動しにくなる。
3. Third embodiment:
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a third embodiment of the condenser microphone of the present invention. The cut surface in FIG. 6 is perpendicular to the surface of the plate 12. The fixing unit 10 may be coupled to both the plate 12 and the diaphragm 16. By coupling the fixing unit 10 to both the plate 12 and the diaphragm 16, the diaphragm 16 is less likely to vibrate relative to the plate 12 due to external forces other than sound waves.

4.第四実施形態:
図7A、図7Bはそれぞれ本発明のコンデンサマイクロホンの第四実施形態を示す模式的な断面図である。図7Aの切断面はプレート12の表面と垂直である。図7Bの切断面はプレート12の表面と平行であって、ダイヤフラム16をプレート12の側から見た状態を示している。図7Bに示すように、定着部10はダイヤフラム16に互いに独立した複数の振動境界を形成する壁状に形成しても良い。定着部10をこのように形成する場合、ダイヤフラム16は定着部10によって区画された領域ごとに独立して振動する。この場合、ダイヤフラム16の直径は音波の波長に対して十分小さいため、定着部10によって区画された各領域は実質的に同相で振動する。
4). Fourth embodiment:
7A and 7B are schematic cross-sectional views showing a fourth embodiment of the condenser microphone of the present invention. The cut surface in FIG. 7A is perpendicular to the surface of the plate 12. The cut surface of FIG. 7B is parallel to the surface of the plate 12 and shows a state in which the diaphragm 16 is viewed from the plate 12 side. As illustrated in FIG. 7B, the fixing unit 10 may be formed in a wall shape that forms a plurality of independent vibration boundaries on the diaphragm 16. When the fixing unit 10 is formed in this way, the diaphragm 16 vibrates independently for each area partitioned by the fixing unit 10. In this case, since the diameter of the diaphragm 16 is sufficiently small with respect to the wavelength of the sound wave, each region partitioned by the fixing unit 10 vibrates substantially in phase.

5.第五実施形態:
図8A、図8Bはそれぞれ本発明のコンデンサマイクロホンの第五実施形態を示す断面図である。図8Aの切断面はプレート12の表面と垂直である。図8Bの切断面はプレート12の表面と平行であって、プレート12の側からダイヤフラム16を透かして定着部10を見た状態を示している。図8Aに示すように、定着部10は基板14とダイヤフラム16との間に設けられていても良い。この場合、定着部10は基板14とダイヤフラム16とに結合している。また、島状の定着部10を支持するために、基板14には互いに独立した複数のキャビティ15が形成される。
5. Fifth embodiment:
8A and 8B are cross-sectional views showing a fifth embodiment of the condenser microphone of the present invention. The cut surface of FIG. 8A is perpendicular to the surface of the plate 12. The cut surface of FIG. 8B is parallel to the surface of the plate 12 and shows a state in which the fixing unit 10 is viewed through the diaphragm 16 from the plate 12 side. As shown in FIG. 8A, the fixing unit 10 may be provided between the substrate 14 and the diaphragm 16. In this case, the fixing unit 10 is coupled to the substrate 14 and the diaphragm 16. Further, in order to support the island-shaped fixing unit 10, a plurality of cavities 15 that are independent from each other are formed in the substrate 14.

6.製造方法:
本発明のコンデンサマイクロホンの製造方法の実施形態を説明する前に、上述したコンデンサマイクロホン1、2、3、4を実現するための膜の積層構造の一例を説明する。図9はコンデンサマイクロホン1、2、3、4に共通する膜の積層構造の一例を示す断面図である。
6). Production method:
Before describing an embodiment of a method for manufacturing a condenser microphone of the present invention, an example of a laminated structure of films for realizing the above-described condenser microphones 1, 2, 3, 4 will be described. FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example of a laminated structure of films common to the condenser microphones 1, 2, 3, and 4.

基板14は単結晶Siなどからなるウェハ107から形成される。
支持部13はエッチストッパ膜102、ダイヤフラム16とプレート12との間に空隙を形成するためのスペーサ膜103、プレート12に静止電極を形成している導電膜104、定着部10を形成している絶縁膜105、絶縁膜106等から構成されている。
The substrate 14 is formed from a wafer 107 made of single crystal Si or the like.
The support portion 13 includes an etch stopper film 102, a spacer film 103 for forming a gap between the diaphragm 16 and the plate 12, a conductive film 104 forming a stationary electrode on the plate 12, and a fixing portion 10. The insulating film 105, the insulating film 106, and the like are included.

プレート12は導電膜104と絶縁膜105とから構成され、導電膜104が静止電極を形成する。支持部13の表面層とプレート12の表面層が絶縁膜105で構成されているため、プレート12は支持部13と結合している。   The plate 12 includes a conductive film 104 and an insulating film 105, and the conductive film 104 forms a stationary electrode. Since the surface layer of the support portion 13 and the surface layer of the plate 12 are composed of the insulating film 105, the plate 12 is coupled to the support portion 13.

定着部10は絶縁膜105から構成されている。プレート12の表面層を構成し、プレート12を貫通している絶縁膜105の基板14側に突出している部分が定着部10を構成しているため、定着部10はプレート12に結合している。   The fixing unit 10 includes an insulating film 105. Since the surface layer of the plate 12 and the portion of the insulating film 105 penetrating the plate 12 that protrudes toward the substrate 14 constitutes the fixing unit 10, the fixing unit 10 is coupled to the plate 12. .

ダイヤフラム16は振動電極を形成する導電膜108から構成される。導電膜108は支持部13を構成しているエッチストッパ膜102とスペーサ膜103との間に挟まれているため、ダイヤフラム16は支持部13に結合されている。   The diaphragm 16 includes a conductive film 108 that forms a vibrating electrode. Since the conductive film 108 is sandwiched between the etch stopper film 102 and the spacer film 103 constituting the support portion 13, the diaphragm 16 is coupled to the support portion 13.

振動電極と信号処理回路とを接続するためのパッド22はダイヤフラム16の振動電極を構成している導電膜108に密着している導電膜109から構成されている。   The pad 22 for connecting the vibration electrode and the signal processing circuit is composed of a conductive film 109 in close contact with the conductive film 108 constituting the vibration electrode of the diaphragm 16.

静止電極と信号処理回路とを接続するためのパッド23はプレート12の静止電極を構成している導電膜104に密着している導電膜109から構成されている。   The pad 23 for connecting the stationary electrode and the signal processing circuit is composed of a conductive film 109 in close contact with the conductive film 104 constituting the stationary electrode of the plate 12.

以上、コンデンサマイクロホン1、2、3、4を構成している膜の積層構造について説明した。尚、コンデンサマイクロホン5の構造は、定着部10がエッチストッパ膜102で構成される点を除けば、コンデンサマイクロホン1、2、3、4と同様の膜の積層構造によって実現可能である。   The laminated structure of the films constituting the condenser microphones 1, 2, 3, 4 has been described above. Note that the structure of the condenser microphone 5 can be realized by a laminated structure of films similar to the condenser microphones 1, 2, 3, and 4, except that the fixing unit 10 is composed of the etch stopper film 102.

図10、図11、図12、図13はそれぞれコンデンサマイクロホンの製造工程を示す断面図である。図10、図11、図12、図13の各図においては1チップ領域内が断面図として示されている。   10, FIG. 11, FIG. 12, and FIG. 13 are cross-sectional views showing the manufacturing process of the condenser microphone. In each of FIGS. 10, 11, 12, and 13, the inside of one chip area is shown as a cross-sectional view.

はじめに図10Aに示すように、単結晶Siウェハなどのウェハ107の上にエッチストッパ膜102を成膜する。エッチストッパ膜102は後述するDeep−RIEの終点制御のための例えばSiOからなる絶縁性の犠牲膜である。次にレジストマスク201のパターンをエッチストッパ膜102にウェットエッチングにより転写し、エッチストッパ膜102にディンプル301を形成する。 First, as shown in FIG. 10A, an etch stopper film 102 is formed on a wafer 107 such as a single crystal Si wafer. The etch stopper film 102 is an insulating sacrificial film made of, for example, SiO 2 for controlling the end point of Deep-RIE described later. Next, the pattern of the resist mask 201 is transferred to the etch stopper film 102 by wet etching, and dimples 301 are formed in the etch stopper film 102.

次に図10Bに示すように、エッチストッパ膜102の上に導電膜108を成膜し、レジストマスク202のパターンを転写することにより導電膜108からなるダイヤフラム16の輪郭を形成する。導電膜108は例えば減圧CVDによって堆積し、P等の不純物がドープされ、アニール処理された多結晶Si膜や金属膜からなる。   Next, as shown in FIG. 10B, a conductive film 108 is formed on the etch stopper film 102, and the pattern of the resist mask 202 is transferred to form the outline of the diaphragm 16 made of the conductive film 108. The conductive film 108 is made of, for example, a polycrystalline Si film or a metal film deposited by low pressure CVD, doped with impurities such as P, and annealed.

次に図10Cに示すように、エッチストッパ膜102の上と導電膜108の上とにスペーサ膜103を成膜し、レジストマスク203のパターンを転写することによりスペーサ膜103にディンプル302を形成する。スペーサ膜103は例えばCVDでSiOを薄く堆積させてアニールする処理を繰り返すことにより所望の厚さに形成される。   Next, as shown in FIG. 10C, a spacer film 103 is formed on the etch stopper film 102 and the conductive film 108, and a dimple 302 is formed on the spacer film 103 by transferring the pattern of the resist mask 203. . The spacer film 103 is formed to have a desired thickness by repeating the process of annealing by depositing SiO thinly by CVD, for example.

次に図10Dに示すように、スペーサ膜103の上に導電膜104を成膜し、レジストマスク204のパターンを転写することにより、導電膜104で構成されるプレート12の外周輪郭を形成する。導電膜104は、例えば減圧CVDによって堆積し、P等の不純物がドープされ、アニール処理された多結晶Si膜や金属膜からなる。   Next, as shown in FIG. 10D, a conductive film 104 is formed on the spacer film 103, and the pattern of the resist mask 204 is transferred to form the outer peripheral contour of the plate 12 formed of the conductive film 104. The conductive film 104 is made of, for example, a polycrystalline Si film or a metal film deposited by low pressure CVD, doped with impurities such as P, and annealed.

次に図11Aに示すように、レジストマスク205のパターンをエッチングで転写することにより定着部10を形成するための孔304を導電膜104とスペーサ膜103とに形成する。具体的には、等方性エッチングを用いて導電膜104をエッチングした後に異方性ドライエッチングによりスペーサ膜103をエッチングする。膜108に到達する前に異方性ドライエッチングを停止することにより、先端部が先細りした定着部10を形成するための孔304を形成することができる。一方、この孔304の深さを導電膜108が露出する深さに設定する場合でも、次に形成される絶縁膜106が除去されることによって定着部10とダイヤフラム16とが分離される。   Next, as shown in FIG. 11A, holes 304 for forming the fixing portion 10 are formed in the conductive film 104 and the spacer film 103 by transferring the pattern of the resist mask 205 by etching. Specifically, after the conductive film 104 is etched using isotropic etching, the spacer film 103 is etched by anisotropic dry etching. By stopping the anisotropic dry etching before reaching the film 108, it is possible to form the hole 304 for forming the fixing portion 10 having a tapered tip. On the other hand, even when the depth of the hole 304 is set to a depth at which the conductive film 108 is exposed, the fixing unit 10 and the diaphragm 16 are separated by removing the insulating film 106 to be formed next.

次に図11Bに示すように、絶縁膜106を成膜し、レジストマスク206のパターンを転写して絶縁膜106の不要部を除去する。絶縁膜106は例えばCVDで堆積したSiOで構成される。絶縁膜106はダイヤフラム16を構成する導電膜108とプレート12を構成する導電膜104とを絶縁するための膜である。
尚、孔304の深さを導電膜108が露出する深さに設定し、絶縁膜106を導電膜108上に形成しないことにより定着部10とダイヤフラム16とを結合することができる。
Next, as shown in FIG. 11B, an insulating film 106 is formed, and the pattern of the resist mask 206 is transferred to remove unnecessary portions of the insulating film 106. The insulating film 106 is made of SiO deposited by CVD, for example. The insulating film 106 is a film for insulating the conductive film 108 constituting the diaphragm 16 from the conductive film 104 constituting the plate 12.
The fixing portion 10 and the diaphragm 16 can be coupled by setting the depth of the hole 304 to a depth at which the conductive film 108 is exposed and not forming the insulating film 106 on the conductive film 108.

次に図11Cに示すように、レジストマスク208のパターンを転写することによりスペーサ膜103とエッチストッパ膜102の不要部を除去するとともに、パッド22と導電膜108とを接合するための孔307と、支持部13の通孔18の壁面を構成するためのエッチストッパとして絶縁膜105が機能する部位を形成するための孔306を形成する。具体的には、ウェットエッチングによりスペーサ膜103を等方的にエッチングした後に、ドライエッチングによりスペーサ膜103とエッチストッパ膜102とを異方的にエッチングすることにより導電膜108を露出させる孔307とウェハ107を露出させる孔306とを形成する。   Next, as shown in FIG. 11C, unnecessary portions of the spacer film 103 and the etch stopper film 102 are removed by transferring the pattern of the resist mask 208, and the holes 307 for joining the pad 22 and the conductive film 108 are formed. Then, a hole 306 for forming a portion where the insulating film 105 functions as an etch stopper for constituting the wall surface of the through hole 18 of the support portion 13 is formed. Specifically, after the spacer film 103 isotropically etched by wet etching, the spacer film 103 and the etch stopper film 102 are anisotropically etched by dry etching to expose the conductive film 108. A hole 306 for exposing the wafer 107 is formed.

次に図12Aに示すように、スペーサ膜103の上と導電膜104の上とに絶縁膜105を成膜し、レジストマスク209のパターンを転写することにより、絶縁膜105に導電膜108を露出させる孔309と導電膜104を露出させる孔308とを形成する。絶縁膜105はスペーサ膜103とエッチング選択性がある材料で構成され、例えば減圧CVDによる堆積とアニールを繰り返すことにより所望の厚さに形成されるSiN膜からなる。   Next, as shown in FIG. 12A, an insulating film 105 is formed on the spacer film 103 and the conductive film 104, and the pattern of the resist mask 209 is transferred to expose the conductive film 108 on the insulating film 105. A hole 309 to be formed and a hole 308 to expose the conductive film 104 are formed. The insulating film 105 is made of a material having etching selectivity with respect to the spacer film 103, and is made of, for example, a SiN film formed to have a desired thickness by repeating deposition by low pressure CVD and annealing.

次に図12Bに示すように、導電膜109を成膜し、レジストマスク210のパターンをエッチングにより転写することによりパッド22とパッド23の輪郭を形成する。導電膜109は例えばスパッタにより堆積したAlからなる。   Next, as shown in FIG. 12B, a conductive film 109 is formed, and the contour of the pad 22 and the pad 23 is formed by transferring the pattern of the resist mask 210 by etching. The conductive film 109 is made of Al deposited by sputtering, for example.

次に図12Cに示すように、レジストマスク211のパターンをエッチングにより転写することにより絶縁膜105と導電膜104とに音孔11を形成する。具体的には例えば、エッチングガスの異なる2回の異方性ドライエッチングの実施により音孔11が形成される。   Next, as shown in FIG. 12C, the sound hole 11 is formed in the insulating film 105 and the conductive film 104 by transferring the pattern of the resist mask 211 by etching. Specifically, for example, the sound hole 11 is formed by performing anisotropic dry etching twice with different etching gases.

次に、ウェハ107の裏面に堆積している導電膜108と、導電膜104と、絶縁膜105とをバックグラインド処理により除去した後に、図13Aに示すようにウェハ107の裏面上にレジストマスク212を形成し、Deep−RIEによりウェハ107にキャビティ15を形成する。   Next, after the conductive film 108, the conductive film 104, and the insulating film 105 deposited on the back surface of the wafer 107 are removed by back grinding, a resist mask 212 is formed on the back surface of the wafer 107 as shown in FIG. 13A. The cavity 15 is formed in the wafer 107 by Deep-RIE.

次に図13Bに示すようにレジストマスク214を用いて導電膜109の表面と絶縁膜105の表面とに形成されているSiO膜を除去する。 Next, as shown in FIG. 13B, the SiO 2 film formed on the surface of the conductive film 109 and the surface of the insulating film 105 is removed using a resist mask 214.

次に図13Cに示すように、導電膜109からなるパッド22とパッド23とをレジストマスク215で保護した状態で絶縁膜105をエッチストッパとして用いて、音孔11とキャビティ15とからエッチャントを供給し、エッチストッパ膜102とスペーサ膜103の不要部をウェットエッチングすることにより、支持部13の通孔18を形成する。   Next, as shown in FIG. 13C, an etchant is supplied from the sound hole 11 and the cavity 15 using the insulating film 105 as an etch stopper with the pad 22 and the pad 23 made of the conductive film 109 protected by a resist mask 215. Then, unnecessary portions of the etch stopper film 102 and the spacer film 103 are wet etched to form the through holes 18 of the support portion 13.

最後にダイシングによりウェハ107を分断すると図9に示すコンデンサマイクロホン1、2、3、4が完成する。   Finally, when the wafer 107 is divided by dicing, condenser microphones 1, 2, 3, and 4 shown in FIG. 9 are completed.

以上、本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明は、上記した実施の形態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、上述した製造工程において、膜の組成、成膜方法、膜の輪郭形成方法、工程順序などは、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。   Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. is there. For example, in the above-described manufacturing process, the film composition, film forming method, film contour forming method, process sequence, etc. are combinations of film materials having physical properties that can constitute a condenser microphone, film thickness, and required contour. It is appropriately selected according to the shape accuracy and the like and is not particularly limited.

分図1A及び分図1Bは第一実施形態にかかる断面図。FIG. 1A and FIG. 1B are sectional views according to the first embodiment. 分図2A及び分図2Bは第一実施形態にかかる断面図。FIG. 2A and FIG. 2B are sectional views according to the first embodiment. 分図3Aは第一実施形態にかかる断面図。分図3Bは比較例にかかる断面図。FIG. 3A is a sectional view according to the first embodiment. FIG. 3B is a sectional view according to a comparative example. ダイヤフラムとプレートの間隔と容量の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the space | interval of a diaphragm and a plate, and capacity | capacitance. 分図5A及び分図5Bは第二実施形態にかかる断面図。5A and 5B are cross-sectional views according to the second embodiment. 第三実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 3rd embodiment. 分図7A及び分図7Bは第四実施形態にかかる断面図。7A and 7B are cross-sectional views according to the fourth embodiment. 分図8A及び分図8Bは第五実施形態にかかる断面図。8A and 8B are cross-sectional views according to the fifth embodiment. 第一実施形態から第四実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 4th embodiment from 1st embodiment. コンデンサマイクロホンの製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of a condenser microphone. コンデンサマイクロホンの製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of a condenser microphone. コンデンサマイクロホンの製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of a condenser microphone. コンデンサマイクロホンの製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of a condenser microphone. 本発明の第一実施形態の性能と比較例の性能を示す表。The table | surface which shows the performance of 1st embodiment of this invention, and the performance of a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

1、2、3、4、5:コンデンサマイクロホン、10:定着部、11:音孔、12:プレート、13:支持部、14:基板、15:キャビティ、16:ダイヤフラム、17:実装基板、18:通孔、19:腕部、20:中央部、22:パッド、23:パッド、102:エッチストッパ膜、103:スペーサ膜、104:導電膜、105:絶縁膜、106:絶縁膜、107:ウェハ、108:導電膜、109:導電膜
1, 2, 3, 4, 5: condenser microphone, 10: fixing unit, 11: sound hole, 12: plate, 13: support unit, 14: substrate, 15: cavity, 16: diaphragm, 17: mounting substrate, 18 : Through-hole, 19: Arm part, 20: Center part, 22: Pad, 23: Pad, 102: Etch stopper film, 103: Spacer film, 104: Conductive film, 105: Insulating film, 106: Insulating film, 107: Wafer, 108: conductive film, 109: conductive film

Claims (8)

静止電極を形成しているプレートと、
島状に形成され前記プレートに対して相対的に固定されている島状定着部と、
前記プレートと垂直な方向から見て前記島状定着部の周りに環状又は離散的に形成され前記プレートに対して相対的に固定されている周辺定着部と、
前記静止電極に対する振動電極を形成しているダイヤフラムと、
を備え、
前記プレートと前記ダイヤフラムとが前記島状定着部と前記周辺定着部とに定着した状態で前記ダイヤフラムが前記プレートに対して振動する、
コンデンサマイクロホン。
A plate forming a stationary electrode;
An island-shaped fixing portion formed in an island shape and fixed relative to the plate;
A peripheral fixing unit that is annularly or discretely formed around the island-shaped fixing unit as viewed from a direction perpendicular to the plate and is fixed relative to the plate;
A diaphragm forming a vibrating electrode for the stationary electrode;
With
The diaphragm vibrates with respect to the plate in a state where the plate and the diaphragm are fixed to the island-shaped fixing unit and the peripheral fixing unit.
Condenser microphone.
前記島状定着部と前記周辺定着部とは、前記ダイヤフラムと前記プレートとの間に形成されている、
請求項1に記載のコンデンサマイクロホン。
The island-shaped fixing portion and the peripheral fixing portion are formed between the diaphragm and the plate.
2. The condenser microphone according to claim 1.
前記島状定着部と前記周辺定着部とは、前記プレートに結合している、
請求項2に記載のコンデンサマイクロホン。
The island-shaped fixing unit and the peripheral fixing unit are coupled to the plate.
The condenser microphone according to claim 2.
前記ダイヤフラムの外周の一部と結合している支持部をさらに備え、
前記ダイヤフラムは、前記スペーサと前記ダイヤフラムとの間の静電引力により前記島状定着部と前記周辺定着部とに定着する、
請求項2又は3に記載のコンデンサマイクロホン。
A support portion coupled to a part of the outer periphery of the diaphragm;
The diaphragm is fixed to the island-shaped fixing unit and the peripheral fixing unit by electrostatic attraction between the spacer and the diaphragm.
The condenser microphone according to claim 2 or 3.
前記島状定着部と前記周辺定着部の前記ダイヤフラムが定着する端部は先細りしている、
請求項4に記載のコンデンサマイクロホン。
The ends of the island-shaped fixing unit and the peripheral fixing unit where the diaphragm is fixed are tapered,
The condenser microphone according to claim 4.
前記ダイヤフラムを形成し、
前記ダイヤフラムの上に第一の絶縁膜を形成し、
前記第一の絶縁膜の上に前記プレートを形成し、
前記第一の絶縁膜に孔を形成し、
前記第一の絶縁膜と異なる組成の第二の絶縁膜を前記孔の内部に堆積させることにより、前記孔内に前記第二の絶縁膜からなる前記島状定着部を形成し、
ウェットエッチングにより前記第一の犠牲膜を選択的に前記ダイヤフラムと前記プレートとの間から除去する、
ことを含む請求項1〜5のいずれか一項に記載のコンデンサマイクロホンの製造方法。
Forming the diaphragm,
Forming a first insulating film on the diaphragm;
Forming the plate on the first insulating film;
Forming a hole in the first insulating film;
By depositing a second insulating film having a composition different from that of the first insulating film inside the hole, the island-shaped fixing portion made of the second insulating film is formed in the hole,
Selectively removing the first sacrificial film from between the diaphragm and the plate by wet etching;
The manufacturing method of the capacitor | condenser microphone as described in any one of Claims 1-5 containing this.
前記孔の深さは前記ダイヤフラムに到達しない深さである、
請求項6に記載のコンデンサマイクロホンの製造方法。
The depth of the hole is a depth that does not reach the diaphragm,
A method for manufacturing a condenser microphone according to claim 6.
静止電極を形成しているプレートと、
前記静止電極に対する振動電極を形成しているダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムに互いに独立した複数の振動境界を形成する壁部と、
を備え、
前記ダイヤフラムは前記壁部に定着した状態で前記プレートに対して振動する、
コンデンサマイクロホン。
A plate forming a stationary electrode;
A diaphragm forming a vibrating electrode for the stationary electrode;
A wall that forms a plurality of independent vibration boundaries in the diaphragm;
With
The diaphragm vibrates with respect to the plate in a state of being fixed to the wall.
Condenser microphone.
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