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JP2009089097A - Vibrating transducer - Google Patents

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JP2009089097A
JP2009089097A JP2007256905A JP2007256905A JP2009089097A JP 2009089097 A JP2009089097 A JP 2009089097A JP 2007256905 A JP2007256905 A JP 2007256905A JP 2007256905 A JP2007256905 A JP 2007256905A JP 2009089097 A JP2009089097 A JP 2009089097A
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JP
Japan
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diaphragm
plate
substrate
film
support
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Withdrawn
Application number
JP2007256905A
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Japanese (ja)
Inventor
Tamito Suzuki
民人 鈴木
Yukitoshi Suzuki
幸俊 鈴木
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Yamaha Corp
Original Assignee
Yamaha Corp
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Publication date
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Priority to TW097137481A priority patent/TW200934273A/en
Priority to CNA2008101617836A priority patent/CN101400012A/en
Priority to US12/284,935 priority patent/US20090136064A1/en
Priority to KR1020080094562A priority patent/KR20090033091A/en
Priority to EP08016986A priority patent/EP2043385A2/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve sensitivity and durability in a vibrating transducer of which diaphragm is supported by a columnar structure without upsizing. <P>SOLUTION: The vibrating transducer has: a substrate 100; a diaphragm 123, having a center section and a plurality of arm sections extended radially from the center section to the outside; a plate 162, having an opposing section that opposes the center section and a plurality of junction sections extended radially from the opposing section to the outside; a plate support section for supporting the plate; and a plurality of columnar diaphragm support sections 102 for supporting the diaphragm with a gap to the plate. In the vibrating transducer, the arm section 123c in the circumferential direction of the diaphragm is longer in a region joined to the diaphragm support section than the shortest length between the diaphragm support section and the center section. Electrostatic capacity, which is formed by the diaphragm and the plate, is changed by vibrating the diaphragm 123 to the plate 162. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は振動トランスデューサに関し、特にMEMSセンサとしての微小なコンデンサマイクロホンなどの波動トランスデューサに関する。   The present invention relates to a vibration transducer, and more particularly to a wave transducer such as a minute condenser microphone as a MEMS sensor.

従来、半導体デバイスの製造プロセスを応用して製造される微小なコンデンサマイクロホンが知られている。このようなコンデンサマイクロホンは、MEMSマイクロホンといわれ、対向電極を構成するダイヤフラムとプレートは基板上に堆積した薄膜からなるとともに互いに離間した状態で基板上に支持されている。音波によってダイヤフラムがプレートに対して振動すると、その変位によりコンデンサの静電容量が変化し、その容量変化が電気信号に変換される。   Conventionally, a minute condenser microphone manufactured by applying a semiconductor device manufacturing process is known. Such a condenser microphone is called a MEMS microphone, and the diaphragm and the plate constituting the counter electrode are formed of a thin film deposited on the substrate and are supported on the substrate in a state of being separated from each other. When the diaphragm vibrates with respect to the plate by the sound wave, the capacitance of the capacitor changes due to the displacement, and the capacitance change is converted into an electric signal.

電気学会MSS−01−34The Institute of Electrical Engineers of Japan MSS-01-34 特開平9−508777JP 9-508777 A 米国特許第4776019号US Patent No. 4776019 特表2004−506394Special table 2004-506394

本件出願人は、プレートの剛性を高めることにより感度が高まり、ダイヤフラムを柱形の構造物で支えることにより、ダイヤフラムの剛性を低減したり、成膜工程で生ずる応力を緩和したり、寄生容量を低減できることを突き止めている。しかし、小型化の要求を満たしつつ、ダイヤフラムを柱形の構造物で支えるとともに十分な耐久性を実現することは困難である。   The Applicant increases the sensitivity by increasing the rigidity of the plate, and by supporting the diaphragm with a columnar structure, the rigidity of the diaphragm is reduced, the stress generated in the film formation process is reduced, and the parasitic capacitance is reduced. I have found out that it can be reduced. However, it is difficult to support the diaphragm with a columnar structure and achieve sufficient durability while satisfying the demand for miniaturization.

本発明はこの問題を解決するために創作されたものであって、ダイヤフラムが柱形の構造物で支えられる振動トランスデューサの感度と耐久性とを、大型化せずに高めることを目的とする。   The present invention has been created to solve this problem, and it is an object of the present invention to increase the sensitivity and durability of a vibration transducer whose diaphragm is supported by a columnar structure without increasing the size.

(1)上記目的を達成するための振動トランスデューサは、基板と、堆積膜からなり、導電性を有し、中央部と中央部から外側に放射状に延びる複数の腕部とを備えるダイヤフラムと、堆積膜からなり、導電性を有し、中央部に対向している対向部と対向部から外側に放射状に延びる複数の接合部とを備えるプレートと、堆積膜からなり、複数の接合部のそれぞれと基板とに接合され、プレートを支持するプレート支持部と、堆積膜からなり、プレートの周方向において複数の接合部の間に位置し、プレートの径方向においてプレート支持部より外側に位置し、複数の腕部のそれぞれと基板とに接合され、プレートとの間に空隙を挟んでダイヤフラムを支持する複数の柱形のダイヤフラム支持部と、を備え、ダイヤフラムの周方向における腕部の長さは、ダイヤフラム支持部と中央部との間における最短長よりもダイヤフラム支持部に接合される領域における長さが長く、ダイヤフラムがプレートに対して振動することによりダイヤフラムとプレートとで形成される静電容量が変化する。
本発明による振動トランスデューサでは、ダイヤフラムとプレートのそれぞれが放射状の形態を有し、それぞれの支持部がプレートの径方向において互い違いに位置し、複数のダイヤフラム支持部にダイヤフラムが掛け渡される距離よりも複数のプレート支持部にプレートが掛け渡される距離が短い。すなわち、ダイヤフラムの複数の腕部と基板とにそれぞれ接合される柱形の複数のダイヤフラム支持部は、プレートの周方向においてプレートの複数の接合部の間に位置し、プレートの径方向においてプレート支持部よりも外側に位置する。このため本発明によるとダイヤフラムの剛性に対して相対的にプレートの剛性を高めることができる。ダイヤフラム支持部とダイヤフラムとの接合面積が広いほどダイヤフラムの接合強度が高まるため、振動トランスデューサの耐久性が高まる。しかし、ダイヤフラムの径方向においてダイヤフラム支持部の長さを長くとってダイヤフラムの接合面積を広くすると、ダイヤフラムがダイヤフラム支持部に掛け渡される距離とは無関係に、すなわちダイヤフラムの剛性が変わらない(感度が高まらない)にもかかわらず、振動トランスデューサが大型化する。そこで本発明では、ダイヤフラム支持部との接合領域においてダイヤフラムの腕部の幅(ダイヤフラムの周方向の長さ)を広げ、ダイヤフラム支持部とダイヤフラムとの接合面積を広くとることを可能にしている。その結果、本発明によると、ダイヤフラムが柱形の構造物で支えられる振動トランスデューサの感度と耐久性とを、大型化せずに高めることができる。なおダイヤフラム支持部は、幾何学における柱体に限らず、扁平であってもよく、構造的に閉じた壁ではなく複数の構造体としてダイヤフラムを支持できる形であればよい。
(1) A vibration transducer for achieving the above object includes a substrate, a diaphragm made of a deposited film, having conductivity, and having a central portion and a plurality of arm portions extending radially outward from the central portion, and a deposition A plate comprising a film, having conductivity, facing the central part, and a plurality of joints extending radially outward from the facing part; and a deposited film, each of the plurality of joints A plate support portion that is bonded to the substrate and supports the plate, and is formed of a deposited film, is positioned between the plurality of bond portions in the circumferential direction of the plate, and is positioned outside the plate support portion in the radial direction of the plate. A plurality of columnar diaphragm support portions that are bonded to each of the arm portions and the substrate and support the diaphragm with a gap between the plates, and arms in the circumferential direction of the diaphragm Is longer than the shortest length between the diaphragm support part and the central part in the region joined to the diaphragm support part, and is formed by the diaphragm and the plate when the diaphragm vibrates with respect to the plate. The electrostatic capacity changes.
In the vibration transducer according to the present invention, each of the diaphragm and the plate has a radial form, and the respective support portions are alternately positioned in the radial direction of the plate, and a plurality of the support portions are more than the distance over which the diaphragms are spanned across the plurality of diaphragm support portions. The distance over which the plate is stretched over the plate support is short. That is, the plurality of columnar diaphragm support portions that are respectively joined to the plurality of arm portions of the diaphragm and the substrate are located between the plurality of joint portions of the plate in the circumferential direction of the plate, and support the plate in the radial direction of the plate. It is located outside the part. Therefore, according to the present invention, the rigidity of the plate can be increased relative to the rigidity of the diaphragm. Since the joint strength of the diaphragm increases as the joint area between the diaphragm support portion and the diaphragm increases, the durability of the vibration transducer increases. However, if the diaphragm support portion is made longer in the radial direction of the diaphragm to increase the joint area of the diaphragm, the rigidity of the diaphragm does not change regardless of the distance over which the diaphragm is spanned over the diaphragm support portion (sensitivity is improved). Despite this, the vibration transducer increases in size. Therefore, in the present invention, the width of the diaphragm arm (the length in the circumferential direction of the diaphragm) is increased in the joint region with the diaphragm support portion, thereby making it possible to increase the joint area between the diaphragm support portion and the diaphragm. As a result, according to the present invention, the sensitivity and durability of the vibration transducer in which the diaphragm is supported by the columnar structure can be increased without increasing the size. Note that the diaphragm support portion is not limited to a geometrical pillar, and may be flat as long as the diaphragm can be supported as a plurality of structures instead of structurally closed walls.

(2)ダイヤフラムの腕部の幅(ダイヤフラムの周方向の長さ)が短いほどダイヤフラムの剛性が下がる。したがってダイヤフラムの腕部の幅がダイヤフラム支持部と接合される領域において最も広がるようにすることが望ましい。すなわち、ダイヤフラムの周方向における腕部の長さは、ダイヤフラム支持部に接合される領域において最も長いことが望ましい。

連続にくによく、構造的には、閉じた壁ではなく複数の柱として要素
(2) The rigidity of the diaphragm decreases as the arm width of the diaphragm (the length in the circumferential direction of the diaphragm) decreases. Therefore, it is desirable that the width of the arm portion of the diaphragm be maximized in the region where the diaphragm support portion is joined. That is, it is desirable that the length of the arm portion in the circumferential direction of the diaphragm is the longest in the region joined to the diaphragm support portion.

Consistently, structurally, the elements are multiple columns rather than closed walls

(3)また、ダイヤフラムの周方向において、ダイヤフラム支持部の長さはダイヤフラム支持部と中央部との間における腕部の最短長よりも長いことが望ましい。   (3) Further, in the circumferential direction of the diaphragm, the length of the diaphragm support portion is preferably longer than the shortest length of the arm portion between the diaphragm support portion and the central portion.

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。尚、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the corresponding component in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

1.構成
図1は本発明の一実施形態であるコンデンサマイクロホン1のMEMS構造部であるセンサチップを示し、図2はその模式的な断面を示し、図3はその膜の積層構造を示している。図20および図21はその一部の詳細な断面を示している。コンデンサマイクロホン1はセンサチップと、電源回路および増幅回路を備えた図示しない回路チップと、これらを収容する図示しないパッケージとから構成される。
1. Configuration FIG. 1 shows a sensor chip which is a MEMS structure part of a condenser microphone 1 according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 shows a schematic cross section thereof, and FIG. 3 shows a laminated structure of the film. 20 and 21 show a detailed cross section of a part thereof. The condenser microphone 1 includes a sensor chip, a circuit chip (not shown) provided with a power supply circuit and an amplifier circuit, and a package (not shown) that accommodates these.

コンデンサマイクロホン1のセンサチップは、基板100と、その上に積層された下層絶縁膜110、下層導電膜120、上層絶縁膜130、上層導電膜160、表層絶縁膜170などの堆積膜とからなるチップである。はじめにコンデンサマイクロホン1のMEMS構造部の膜の積層構造について説明する。   The sensor chip of the capacitor microphone 1 is a chip composed of a substrate 100 and a deposited film such as a lower insulating film 110, a lower conductive film 120, an upper insulating film 130, an upper conductive film 160, and a surface insulating film 170 stacked thereon. It is. First, the laminated structure of the film of the MEMS structure portion of the condenser microphone 1 will be described.

基板100はP型単結晶シリコンからなる。基板の材質はこれに限らず、薄膜を堆積するための下地基板および薄膜からなる構造体を支持する支持基板としての剛性、厚さ、靱性を備えていればよい。基板100には通孔が形成されており、その通孔の開口100aはバックキャビティC1の開口を形成している。   The substrate 100 is made of P-type single crystal silicon. The material of the substrate is not limited to this, and it is only necessary to have rigidity, thickness, and toughness as a base substrate for depositing a thin film and a support substrate for supporting a structure made of the thin film. A through hole is formed in the substrate 100, and the opening 100a of the through hole forms an opening of the back cavity C1.

基板100、下層導電膜120および上層絶縁膜130に接合されている下層絶縁膜110は酸化シリコン(SiO)からなる堆積膜である。下層絶縁膜110は円周上に等間隔に配列された複数のダイヤフラム支持部102と、ダイヤフラム支持部102よりも内側において円周上に等間隔に配列された複数のガードスペーサ103と、ガードリング125cおよびガードリード125dを基板100から絶縁している環状の環状部101とを構成している。 The lower insulating film 110 bonded to the substrate 100, the lower conductive film 120, and the upper insulating film 130 is a deposited film made of silicon oxide (SiO x ). The lower insulating film 110 includes a plurality of diaphragm support portions 102 arranged at equal intervals on the circumference, a plurality of guard spacers 103 arranged at equal intervals on the circumference inside the diaphragm support portions 102, and a guard ring. 125c and the guard lead 125d are formed with an annular portion 101 that insulates the substrate 100 from the substrate 100.

下層絶縁膜110および上層絶縁膜130に接合されている下層導電膜120はPなどの不純物が全体にドーピングされた多結晶シリコンからなる堆積膜である。下層導電膜120はガード電極125aとガードコネクタ125bとガードリング125cとガードリード125dとからなるガード部127と、ダイヤフラム123とを構成している。   The lower conductive film 120 joined to the lower insulating film 110 and the upper insulating film 130 is a deposited film made of polycrystalline silicon doped with impurities such as P as a whole. The lower conductive film 120 forms a guard part 127 including a guard electrode 125a, a guard connector 125b, a guard ring 125c, and a guard lead 125d, and a diaphragm 123.

下層導電膜120と上層導電膜160と下層絶縁膜110とに接合されている上層絶縁膜130は酸化シリコンからなる堆積膜である。上層絶縁膜130は円周上に配列された複数のプレートスペーサ131とプレートスペーサ131の外側に位置しエッチストッパリング161を支持しプレートリード162dとガードリード125dとを絶縁する環状の環状部132とを構成している。   The upper insulating film 130 bonded to the lower conductive film 120, the upper conductive film 160, and the lower insulating film 110 is a deposited film made of silicon oxide. The upper insulating film 130 is arranged on the outer periphery of a plurality of plate spacers 131, an annular annular portion 132 that is positioned outside the plate spacer 131, supports the etch stopper ring 161, and insulates the plate lead 162d and the guard lead 125d. Is configured.

上層絶縁膜130に接合されている上層導電膜160はP等の不純物が全体にドーピングされた多結晶シリコンからなる堆積膜である。上層導電膜160はプレート162と、プレートリード162dと、エッチストッパリング161とを構成している。   The upper conductive film 160 bonded to the upper insulating film 130 is a deposited film made of polycrystalline silicon doped with impurities such as P as a whole. The upper conductive film 160 constitutes a plate 162, a plate lead 162d, and an etch stopper ring 161.

上層導電膜160および上層絶縁膜130に接合されている表層絶縁膜170は酸化シリコン膜からなる絶縁性の堆積膜である。   A surface insulating film 170 bonded to the upper conductive film 160 and the upper insulating film 130 is an insulating deposited film made of a silicon oxide film.

コンデンサマイクロホン1のMEMS構造部には4つの端子125e、162e、123e、100bが設けられている。これらの端子125e、162e、123e、100bはAlSiなどの導電性の堆積膜であるパッド導電膜180、Niなどの導電性の堆積膜であるバンプ膜210、Auなどの耐腐食性に優れた導電性の堆積膜であるバンプ保護膜220とからなる。端子125e、162e、123e、100bはそれぞれSiNなどの絶縁性の堆積膜であるパッド保護膜190と酸化シリコンなどの絶縁性の堆積膜である表層保護膜200とによって側壁が保護されている。   The MEMS structure portion of the condenser microphone 1 is provided with four terminals 125e, 162e, 123e, and 100b. These terminals 125e, 162e, 123e, and 100b are a conductive conductive film such as AlSi, a pad conductive film 180, a bump film 210 that is a conductive deposited film such as Ni, and a conductive material having excellent corrosion resistance such as Au. A bump protective film 220 which is a conductive deposited film. The side walls of the terminals 125e, 162e, 123e, and 100b are protected by a pad protective film 190 that is an insulating deposited film such as SiN and a surface protective film 200 that is an insulating deposited film such as silicon oxide.

以上、コンデンサマイクロホン1のMEMS構造部の膜の積層構造について説明した。次にコンデンサマイクロホン1のMEMS構造部の機械構造について説明する。   The laminated structure of the MEMS structure film of the condenser microphone 1 has been described above. Next, the mechanical structure of the MEMS structure part of the condenser microphone 1 will be described.

ダイヤフラム123は全体が導電性を有する単層の薄い堆積膜からなり、中央部123aと、中央部123aから外側に放射状に伸びる複数の腕部123cとを備える。図21に示すようにダイヤフラム123はその外縁近傍の複数箇所に接合されている複数の柱形のダイヤフラム支持部102によってプレート162との間と基板100との間とにそれぞれ空隙を挟んでプレート162から絶縁して支持され、基板100と平行に張り渡されている。ダイヤフラム支持部102は、ダイヤフラム123のそれぞれの腕部123cの先端部に接合されている。ダイヤフラム123は腕部123cと腕部123cとの間が切り欠かれているため、切り欠きのない形態に比べて剛性が低くなっている。さらにそれぞれの腕部123cには通孔であるダイヤフラム孔123bが複数形成されているため、腕部123c自体の剛性も低くなっている。   The diaphragm 123 is formed of a single-layer thin deposited film having conductivity as a whole, and includes a central portion 123a and a plurality of arm portions 123c extending radially outward from the central portion 123a. As shown in FIG. 21, the diaphragm 123 has a plate 162 with a plurality of columnar diaphragm support portions 102 joined at a plurality of positions near the outer edge thereof, with a gap between the plate 162 and the substrate 100, respectively. The substrate 100 is supported in an insulated manner and is stretched in parallel with the substrate 100. The diaphragm support portion 102 is joined to the distal end portion of each arm portion 123 c of the diaphragm 123. Since the diaphragm 123 is notched between the arm part 123c and the arm part 123c, the rigidity is lower than that of the form without the notch. Furthermore, since a plurality of diaphragm holes 123b, which are through holes, are formed in each arm portion 123c, the rigidity of the arm portion 123c itself is low.

中央部123aの近傍において、ダイヤフラム123の腕部123cは中央部123aに接近するほどダイヤフラム123の周方向に長くなっている。これにより腕部123cと中央部123aとの境界における応力集中を緩和できる。また腕部123cと中央部123aとの境界近傍において腕部123cの輪郭に屈曲部を形成しないことにより屈曲部において応力集中が起こることを防止できる。   In the vicinity of the central portion 123a, the arm portion 123c of the diaphragm 123 becomes longer in the circumferential direction of the diaphragm 123 as it approaches the central portion 123a. Thereby, the stress concentration at the boundary between the arm portion 123c and the central portion 123a can be relaxed. Moreover, stress concentration can be prevented from occurring in the bent portion by not forming the bent portion in the outline of the arm portion 123c in the vicinity of the boundary between the arm portion 123c and the central portion 123a.

ダイヤフラム123の腕部123cはダイヤフラム支持部102との接合領域において幅が広く、すなわちダイヤフラムの周方向の長さが長くなっている。具体的には、ダイヤフラム123の腕部123cは、中央部123aの近傍では中央部123aから離れるに従って幅が狭まり、ダイヤフラム支持部102の近傍ではダイヤフラム支持部102に接近するに従って幅が広がっている。したがってダイヤフラム123の周方向における腕部123cの長さは、ダイヤフラム支持部102と中央部123aとの間において最も短くなり、ダイヤフラム支持部102に接合される領域においてはダイヤフラム支持部102と中央部123aとの間における最短長よりも長くなっている。このため、ダイヤフラム123の半径を広げずにダイヤフラム123とダイヤフラム支持部102との接合面積を広くとり、耐久性を高めることができる。さらに本実施形態の腕部123cの幅(ダイヤフラム123の周方向の長さ)はダイヤフラム支持部102と接合される領域において最も長くなっているため、ダイヤフラム123の剛性を低く保ちながらダイヤフラム123の接合強度を十分に確保できる。   The arm portion 123c of the diaphragm 123 has a wide width in the joining region with the diaphragm support portion 102, that is, the circumferential length of the diaphragm is long. Specifically, the width of the arm portion 123c of the diaphragm 123 decreases in the vicinity of the central portion 123a as it moves away from the central portion 123a, and increases in the vicinity of the diaphragm support portion 102 as it approaches the diaphragm support portion 102. Therefore, the length of the arm portion 123c in the circumferential direction of the diaphragm 123 is the shortest between the diaphragm support portion 102 and the central portion 123a, and in the region joined to the diaphragm support portion 102, the diaphragm support portion 102 and the central portion 123a. It is longer than the shortest length between. For this reason, it is possible to increase the bonding area between the diaphragm 123 and the diaphragm support portion 102 without increasing the radius of the diaphragm 123, and to improve the durability. Furthermore, since the width of the arm portion 123c (the length in the circumferential direction of the diaphragm 123) of the present embodiment is the longest in the region where the diaphragm support portion 102 is joined, the diaphragm 123 can be joined while the rigidity of the diaphragm 123 is kept low. Enough strength can be secured.

複数のダイヤフラム支持部102はバックキャビティC1の開口100aの周囲において開口100aの周方向に等間隔に配列されている。それぞれのダイヤフラム支持部102は絶縁性の堆積膜からなり柱形である。ダイヤフラム123は、その中央部123aがバックキャビティC1の開口100aを覆うように、これらのダイヤフラム支持部102によって基板100の上に支持されている。それぞれのダイヤフラム支持部102は、プレート162の径方向においてプレート162の複数の接合部162aの間に位置し、プレート162の径方向においてプレート支持部129よりも外側に位置する。このためダイヤフラム123の剛性はプレート162の剛性に比べて低くなっている。またそれぞれのダイヤフラム支持部102の幅(ダイヤフラムの周方向の長さ)はダイヤフラム支持部102とダイヤフラム123の中央部123aとの間における腕部123cの幅(ダイヤフラムの周方向の長さ)よりも長い。このため、ダイヤフラム123とダイヤフラム支持部102との十分な接合強度が確保されている。基板100とダイヤフラム123との間にはダイヤフラム支持部102の厚さに相当する空隙C2が形成されている。空隙C2はバックキャビティC1の気圧を大気圧と平衡させるために必要である。空隙C2はダイヤフラム123を振動させる音波がバックキャビティの開口100aに至るまでの経路における最大の音響抵抗を形成するように、低く、ダイヤフラム123の径方向の長さが長く形成されている。   The plurality of diaphragm support portions 102 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the opening 100a around the opening 100a of the back cavity C1. Each diaphragm support portion 102 is formed of an insulating deposited film and has a column shape. The diaphragm 123 is supported on the substrate 100 by these diaphragm support portions 102 so that the central portion 123a covers the opening 100a of the back cavity C1. Each of the diaphragm support portions 102 is located between the plurality of joint portions 162 a of the plate 162 in the radial direction of the plate 162, and is located outside the plate support portion 129 in the radial direction of the plate 162. For this reason, the rigidity of the diaphragm 123 is lower than the rigidity of the plate 162. The width of each diaphragm support 102 (the length in the circumferential direction of the diaphragm) is larger than the width of the arm portion 123c (the length in the circumferential direction of the diaphragm) between the diaphragm support 102 and the central portion 123a of the diaphragm 123. long. Therefore, sufficient bonding strength between the diaphragm 123 and the diaphragm support portion 102 is ensured. A gap C <b> 2 corresponding to the thickness of the diaphragm support 102 is formed between the substrate 100 and the diaphragm 123. The air gap C2 is necessary to balance the atmospheric pressure of the back cavity C1 with the atmospheric pressure. The gap C2 is low and the radial length of the diaphragm 123 is long so that the acoustic wave that vibrates the diaphragm 123 forms the maximum acoustic resistance in the path to the back cavity opening 100a.

ダイヤフラム123の基板100と対抗する面には複数のダイヤフラムバンプ123fが形成されている。このダイヤフラムバンプ123fはダイヤフラム123が基板100に付着(スティッキング)することを防止するための突起物であり、ダイヤフラム123を構成する下層導電膜120のうねりによって形成されている。すなわちダイヤフラムバンプ123fの裏側にはディンプル(凹み)が形成されている。   A plurality of diaphragm bumps 123 f are formed on the surface of the diaphragm 123 that faces the substrate 100. The diaphragm bump 123f is a protrusion for preventing the diaphragm 123 from adhering (sticking) to the substrate 100, and is formed by the undulation of the lower conductive film 120 constituting the diaphragm 123. That is, dimples (dents) are formed on the back side of the diaphragm bump 123f.

ダイヤフラム123は複数の腕部123cのうちの1つの先端から伸びるダイヤフラムリード123dによってダイヤフラム端子123eに接続されている。ダイヤフラムリード123dは腕部123cより幅が狭くダイヤフラム123と同じ下層導電膜120によって構成されている。ダイヤフラムリード123dは環状のガードリング125cが分断されている領域を通ってダイヤフラム端子123eまで伸びている。ダイヤフラム端子123eと基板端子100bとは図示しない回路チップにおいて短絡しているため(図4参照)、ダイヤフラム123と基板100とは同電位である。
なお、ダイヤフラム123と基板100の電位が異なる場合にはダイヤフラム123と基板100とが寄生容量を形成するが、この場合であっても、ダイヤフラム123が複数のダイヤフラム支持部102によって支持されており、隣り合うダイヤフラム支持部102の間には空気層が存在するため、ダイヤフラム123が環状の壁構造のスペーサで支持される構造に比べると寄生容量が小さくなる。
The diaphragm 123 is connected to the diaphragm terminal 123e by a diaphragm lead 123d extending from one end of the plurality of arm portions 123c. Diaphragm lead 123d is narrower than arm portion 123c and is formed of lower conductive film 120 that is the same as diaphragm 123. The diaphragm lead 123d extends to the diaphragm terminal 123e through a region where the annular guard ring 125c is divided. Since the diaphragm terminal 123e and the substrate terminal 100b are short-circuited in a circuit chip (not shown) (see FIG. 4), the diaphragm 123 and the substrate 100 are at the same potential.
When the potentials of the diaphragm 123 and the substrate 100 are different, the diaphragm 123 and the substrate 100 form a parasitic capacitance. Even in this case, the diaphragm 123 is supported by the plurality of diaphragm support portions 102. Since an air layer exists between adjacent diaphragm support portions 102, the parasitic capacitance is reduced as compared with a structure in which the diaphragm 123 is supported by a spacer having an annular wall structure.

プレート162は全体が導電性を有する単層の薄い堆積膜からなり、対向部162bと、対向部162bから外側に放射状に伸びる接合部162aとを備える。プレート162はその外縁近傍の複数箇所に接合されている複数の柱形のプレートスペーサ131に支持されている。またプレート162はその中心がダイヤフラム123の中心と重なるようにダイヤフラム123と平行に張り渡されている。プレート162の中心(対向部162bの中心)から対向部162bの外縁までの距離すなわちプレート162の中心から外縁までの最短距離は、ダイヤフラム123の中心(中央部123aの中心)から中央部123aの外縁までの距離すなわちダイヤフラム123の中心から外縁までの最短距離よりも短い。したがって振幅が小さいダイヤフラム123の外縁近傍領域において、プレート162はダイヤフラム123に対向しない。またプレート162の接合部162aと接合部162aとの間には切り欠きが形成されているため、ダイヤフラム123の外縁近傍に相当するプレート162の切り欠きの領域においてもプレート162とダイヤフラム123とが対向しない。そしてプレート162の切り欠きの領域にダイヤフラム123の腕部123cが伸びている。このため寄生容量を増大させることなくダイヤフラム123の振動の両端の間の距離、すなわちダイヤフラム123が張り渡される距離を長くとることができる。   The plate 162 is formed of a single layer thin deposited film having conductivity as a whole, and includes a facing portion 162b and a joint portion 162a extending radially outward from the facing portion 162b. The plate 162 is supported by a plurality of columnar plate spacers 131 joined to a plurality of locations near the outer edge thereof. Further, the plate 162 is stretched in parallel with the diaphragm 123 so that the center thereof overlaps the center of the diaphragm 123. The distance from the center of the plate 162 (center of the opposing portion 162b) to the outer edge of the opposing portion 162b, that is, the shortest distance from the center of the plate 162 to the outer edge is the outer edge of the central portion 123a from the center of the diaphragm 123 (center of the central portion 123a). Is shorter than the shortest distance from the center of the diaphragm 123 to the outer edge. Therefore, the plate 162 does not face the diaphragm 123 in the region near the outer edge of the diaphragm 123 having a small amplitude. Further, since a notch is formed between the joint 162a and the joint 162a of the plate 162, the plate 162 and the diaphragm 123 face each other even in the notch region of the plate 162 corresponding to the vicinity of the outer edge of the diaphragm 123. do not do. The arm portion 123 c of the diaphragm 123 extends in the notch region of the plate 162. For this reason, the distance between both ends of the vibration of the diaphragm 123, that is, the distance over which the diaphragm 123 is stretched can be increased without increasing the parasitic capacitance.

プレート162には通孔であるプレート孔162cが複数形成されている。プレート孔162cはダイヤフラム123に音波を伝搬させる通路として機能するとともに、上層絶縁膜130を等方的にエッチングするためのエッチャントを通す孔としても機能する。上層絶縁膜130がエッチングされた後に残る部分がプレートスペーサ131および環状部132となりエッチングによって除去される部分がダイヤフラム123とプレート162との間の空隙C3となる。すなわちプレート孔162cは空隙C3とプレートスペーサ131とを同時に形成できるようにエッチャントを上層絶縁膜130に到達させるための通孔である。したがってプレート孔162cは空隙C3の高さやプレートスペーサ131の形状やエッチング速度に応じて配置されている。具体的にはプレート孔162cはプレートスペーサ131との接合領域とその周辺をのぞく対向部162bおよび接合部162aのほぼ全域にわたってほぼ等間隔に配列されている。隣り合うプレート孔162cの間隔を狭めるほど上層絶縁膜130の環状部132の幅を狭くしてチップの面積を狭くできる。一方、隣り合うプレート孔162cの間隔を狭めるほどプレート162の剛性が低くなる。   A plurality of plate holes 162 c that are through holes are formed in the plate 162. The plate hole 162c functions as a passage for propagating sound waves to the diaphragm 123, and also functions as a hole through which an etchant for isotropically etching the upper insulating film 130 is passed. The portion remaining after the upper insulating film 130 is etched becomes the plate spacer 131 and the annular portion 132, and the portion removed by the etching becomes the gap C <b> 3 between the diaphragm 123 and the plate 162. That is, the plate hole 162c is a through hole for allowing the etchant to reach the upper insulating film 130 so that the gap C3 and the plate spacer 131 can be formed simultaneously. Therefore, the plate hole 162c is arranged according to the height of the gap C3, the shape of the plate spacer 131, and the etching rate. Specifically, the plate holes 162c are arranged at almost equal intervals over almost the entire region of the facing portion 162b and the joining portion 162a except for the joining region with the plate spacer 131 and its periphery. As the interval between the adjacent plate holes 162c is narrowed, the width of the annular portion 132 of the upper insulating film 130 can be narrowed to reduce the chip area. On the other hand, the rigidity of the plate 162 becomes lower as the interval between the adjacent plate holes 162c is reduced.

プレートスペーサ131はダイヤフラム123と同じ層に位置するガード電極125aに接合されている(ガード電極125aはダイヤフラム123と同じ下層導電膜120からなる。)。プレートスペーサ131はプレート162に接合されている絶縁性の堆積膜である上層絶縁膜130からなる。複数のプレートスペーサ131はバックキャビティC1の開口100aの周囲に等間隔に配列されている。それぞれのプレートスペーサ131はダイヤフラム123の腕部123cと腕部123cとの間の切り欠きの領域に位置するため、ダイヤフラム123の最大径よりも、プレート162の最大径を小さくすることができる。これによりプレート162の剛性が上がるとともにプレート162と基板100との寄生容量が小さくなる。   The plate spacer 131 is joined to a guard electrode 125a located in the same layer as the diaphragm 123 (the guard electrode 125a is made of the same lower conductive film 120 as the diaphragm 123). The plate spacer 131 includes an upper insulating film 130 that is an insulating deposited film bonded to the plate 162. The plurality of plate spacers 131 are arranged at equal intervals around the opening 100a of the back cavity C1. Since each plate spacer 131 is located in a notch area between the arm portion 123c and the arm portion 123c of the diaphragm 123, the maximum diameter of the plate 162 can be made smaller than the maximum diameter of the diaphragm 123. This increases the rigidity of the plate 162 and reduces the parasitic capacitance between the plate 162 and the substrate 100.

図20に示すように、プレート162はそれぞれがガードスペーサ103とガード電極125aとプレートスペーサ131とによって構成される柱形の複数のプレート支持部129によって基板100上に支持されている。すなわち本実施形態においてプレート支持部129は複層の堆積膜からなる構造である。プレート支持部129によって、プレート162とダイヤフラム123との間には空隙C3が形成され、プレート162と基板100との間には空隙C3と空隙C2とが形成されている。ガードスペーサ103とプレートスペーサ131とが絶縁性を有するためプレート162は基板100から絶縁されている。   As shown in FIG. 20, the plate 162 is supported on the substrate 100 by a plurality of columnar plate support portions 129 each formed by a guard spacer 103, a guard electrode 125 a, and a plate spacer 131. That is, in this embodiment, the plate support part 129 has a structure composed of a multilayer deposited film. A gap C3 is formed between the plate 162 and the diaphragm 123 by the plate support portion 129, and a gap C3 and a gap C2 are formed between the plate 162 and the substrate 100. Since the guard spacer 103 and the plate spacer 131 are insulative, the plate 162 is insulated from the substrate 100.

ガード電極125aがなく、プレート162の電位と基板100の電位とが異なる場合、プレート162と基板100とが対向している領域には寄生容量が生じ、特にこれらの間に絶縁物がある場合には寄生容量が大きくなる(図4A参照)。本実施形態ではプレート162を基板100上に支持するガードスペーサ103とガード電極125aとプレートスペーサ131とからなる、互いに離間した柱形の複数のプレート支持部129でプレート162を基板100上に支持する構造であるため、ガード電極125aがないとしても、環状の壁構造の絶縁物でプレート162が基板100上に支持される構造に比べると寄生容量が小さくなっている。   When the guard electrode 125a is not provided and the potential of the plate 162 and the potential of the substrate 100 are different, a parasitic capacitance is generated in the region where the plate 162 and the substrate 100 are opposed to each other, and particularly when there is an insulator between them. Increases the parasitic capacitance (see FIG. 4A). In the present embodiment, the plate 162 is supported on the substrate 100 by a plurality of columnar plate support portions 129 that are separated from each other, each of which includes a guard spacer 103 that supports the plate 162 on the substrate 100, a guard electrode 125 a, and a plate spacer 131. Because of the structure, even if the guard electrode 125a is not provided, the parasitic capacitance is smaller than the structure in which the plate 162 is supported on the substrate 100 by an insulator having an annular wall structure.

プレート162のダイヤフラム123と対向する面には複数の突起(プレートバンプ)162fが設けられている。プレートバンプ162fはプレート162を構成する上層導電膜160に接合された窒化シリコン(SiN)膜と、窒化シリコン膜に接合された多結晶シリコン膜とからなる。プレートバンプ162fはダイヤフラム123がプレート162に付着(スティッキング)することを防止する。   A plurality of protrusions (plate bumps) 162 f are provided on the surface of the plate 162 that faces the diaphragm 123. The plate bump 162f includes a silicon nitride (SiN) film bonded to the upper conductive film 160 constituting the plate 162 and a polycrystalline silicon film bonded to the silicon nitride film. The plate bump 162f prevents the diaphragm 123 from sticking (sticking) to the plate 162.

プレート162の接合部162aの先端からは接合部162aより細いプレートリード162dがプレート端子162eまで伸びている。プレートリード162dはプレート162と同じ上層導電膜160からなる。プレートリード162dの配線経路はガードリード125dの配線経路と重なっている。このためプレートリード162dと基板100との寄生容量が低減される。
以上、コンデンサマイクロホン1のMEMS構造部の機械構造について説明した。
A plate lead 162d that is thinner than the joint 162a extends from the tip of the joint 162a of the plate 162 to the plate terminal 162e. The plate lead 162 d is made of the same upper conductive film 160 as the plate 162. The wiring path of the plate lead 162d overlaps the wiring path of the guard lead 125d. For this reason, the parasitic capacitance between the plate lead 162d and the substrate 100 is reduced.
The mechanical structure of the MEMS structure part of the condenser microphone 1 has been described above.

2.作用
図4は回路チップとセンサチップとが接続されることにより構成される回路を示している。ダイヤフラム123には回路チップに備わるチャージポンプCPによって安定したバイアス電圧が印加される。このバイアス電圧が高いほど感度が高くなるがダイヤフラム123とプレート162とのスティクションが起きやすくなるためプレート162の剛性は重要である。
2. FIG. 4 shows a circuit configured by connecting a circuit chip and a sensor chip. A stable bias voltage is applied to the diaphragm 123 by a charge pump CP provided in the circuit chip. The higher the bias voltage, the higher the sensitivity, but the stiffness of the plate 162 is important because stiction between the diaphragm 123 and the plate 162 tends to occur.

図示しないパッケージの通孔から伝わる音波はプレート孔162cとプレート162の腕部間の切り欠き領域とを通ってダイヤフラム123に伝わる。プレート162には両面から同位相の音波が伝わるためプレート162は実質的に振動しない。ダイヤフラム123に伝わった音波はプレート162に対してダイヤフラム123を振動させる。ダイヤフラム123が振動するとプレート162とダイヤフラム123とを対向電極とする平行平板コンデンサの静電容量が変動する。この静電容量の変動は電圧信号として回路チップのアンプAに入力されて増幅される。センサチップの出力はハイインピーダンスであるためアンプAがパッケージ内に必要である。   A sound wave transmitted from a through hole of the package (not shown) is transmitted to the diaphragm 123 through the plate hole 162c and a notch region between the arms of the plate 162. Since the sound wave having the same phase is transmitted from both surfaces to the plate 162, the plate 162 does not substantially vibrate. The sound waves transmitted to the diaphragm 123 cause the diaphragm 123 to vibrate with respect to the plate 162. When the diaphragm 123 vibrates, the capacitance of the parallel plate capacitor having the plate 162 and the diaphragm 123 as the counter electrodes varies. This variation in capacitance is input to the amplifier A of the circuit chip as a voltage signal and amplified. Since the output of the sensor chip is high impedance, an amplifier A is required in the package.

基板100とダイヤフラム123とが短絡されているため、図3Aに示すようにガード部127のガード電極125aが存在しなければ相対的に振動しないプレート162と基板100とによって寄生容量が形成される。図3Bに示すようにアンプAの出力端をガード部127に接続し、アンプAによってボルテージフォロア回路を構成することによりプレート162と基板100とによって寄生容量が形成されないようになる。すなわちプレート162の接合部162aと基板100とが対向する領域において接合部162aと基板100との間にガード電極125aを設けることにより、プレート162の接合部162aと基板100とが対向する領域における寄生容量を低減できる。さらに、またプレート162から伸びるプレートリード162dと対向する領域には、ガード電極同士を接続するガードリング125cからガード端子125eに伸びるガードリード125dが配線されているため、プレートリード162dと基板100とによっても寄生容量が形成されない。環状のガードリング125cはダイヤフラム123の周囲においてほぼ最短経路で複数のガード電極125aを接続している。またプレート162の周方向においてガード電極125aをプレート162の接合部162aより長く形成することによりさらに寄生容量が低減される。   Since the substrate 100 and the diaphragm 123 are short-circuited, as shown in FIG. 3A, parasitic capacitance is formed by the plate 162 and the substrate 100 that do not vibrate relatively unless the guard electrode 125a of the guard portion 127 is present. As shown in FIG. 3B, the output terminal of the amplifier A is connected to the guard unit 127, and a voltage follower circuit is configured by the amplifier A, so that no parasitic capacitance is formed by the plate 162 and the substrate 100. That is, by providing the guard electrode 125a between the junction 162a and the substrate 100 in the region where the junction 162a of the plate 162 and the substrate 100 face each other, the parasitic in the region where the junction 162a of the plate 162 and the substrate 100 oppose each other. Capacity can be reduced. Furthermore, since a guard lead 125d extending from the guard ring 125c connecting the guard electrodes to the guard terminal 125e is wired in a region facing the plate lead 162d extending from the plate 162, the plate lead 162d and the substrate 100 No parasitic capacitance is formed. The annular guard ring 125 c connects the plurality of guard electrodes 125 a with a substantially shortest path around the diaphragm 123. Further, by forming the guard electrode 125a longer than the joint 162a of the plate 162 in the circumferential direction of the plate 162, the parasitic capacitance is further reduced.

なお、チャージポンプCP、アンプAなどの回路チップに備わる要素をセンサチップ内に設け、1チップ構造のコンデンサマイクロホン1を構成することも可能である。   Note that it is also possible to configure the one-chip capacitor microphone 1 by providing elements provided in the circuit chip such as the charge pump CP and the amplifier A in the sensor chip.

3.製造方法
次に図5から図17に基づいてコンデンサマイクロホン1の製造方法を説明する。
3. Manufacturing Method Next, a manufacturing method of the condenser microphone 1 will be described with reference to FIGS.

図5に示す工程では、まず基板100の表面全体に酸化シリコンからなる下層絶縁膜110を形成する。次に、ダイヤフラムバンプ123fを形成するためのディンプル110aをフォトレジストマスクを用いたエッチングにより下層絶縁膜110に形成する。次に、下層絶縁膜110の表面上にCVD法などを用いて多結晶シリコンからなる下層導電膜120を形成する。すると、ディンプル110aの上にダイヤフラムバンプ123fが形成される。最後に、フォトレジストマスクを用いて下層導電膜120をエッチングすることにより、下層導電膜120からなるダイヤフラム123およびガード部127を形成する。   In the process shown in FIG. 5, first, a lower insulating film 110 made of silicon oxide is formed on the entire surface of the substrate 100. Next, dimples 110a for forming the diaphragm bumps 123f are formed on the lower insulating film 110 by etching using a photoresist mask. Next, a lower conductive film 120 made of polycrystalline silicon is formed on the surface of the lower insulating film 110 using a CVD method or the like. Then, the diaphragm bump 123f is formed on the dimple 110a. Finally, the lower layer conductive film 120 is etched using a photoresist mask to form the diaphragm 123 and the guard portion 127 made of the lower layer conductive film 120.

続いて図6に示す工程では、下層絶縁膜110と下層導電膜120の表面全体に酸化シリコンからなる上層絶縁膜130を形成する。次に、プレートバンプ162fを形成するためのディンプル130aを、フォトレジストマスクを用いたエッチングにより上層絶縁膜130に形成する。   Subsequently, in the process shown in FIG. 6, an upper insulating film 130 made of silicon oxide is formed on the entire surface of the lower insulating film 110 and the lower conductive film 120. Next, a dimple 130a for forming the plate bump 162f is formed on the upper insulating film 130 by etching using a photoresist mask.

続く図7に示す工程では、上層絶縁膜130の表面上に多結晶シリコン膜135と窒化シリコン膜136とからなるプレートバンプ162fを形成する。多結晶シリコン膜135を周知の方法でパターニングした後に窒化シリコン膜136が形成されるため、ディンプル130aから突出している多結晶シリコン膜135の露出面全体が窒化シリコン膜136で覆われる。窒化シリコン膜136はスティッキング時にダイヤフラム123とプレート162とが短絡することを防止する絶縁膜である。   In the subsequent step shown in FIG. 7, a plate bump 162 f made of a polycrystalline silicon film 135 and a silicon nitride film 136 is formed on the surface of the upper insulating film 130. Since the silicon nitride film 136 is formed after the polycrystalline silicon film 135 is patterned by a known method, the entire exposed surface of the polycrystalline silicon film 135 protruding from the dimple 130a is covered with the silicon nitride film 136. The silicon nitride film 136 is an insulating film that prevents the diaphragm 123 and the plate 162 from being short-circuited during sticking.

続いて図8に示す工程では、上層絶縁膜130の露出面と窒化シリコン膜136の表面にECVD法などを用いて多結晶シリコンからなる上層導電膜160を形成する。次にフォトレジストマスクを用いて上層導電膜160をエッチングすることによりプレート162とプレートリード162dとエッチストッパリング161とを形成する。なおこの工程ではプレート孔162cは形成されない。   8, an upper conductive film 160 made of polycrystalline silicon is formed on the exposed surface of the upper insulating film 130 and the surface of the silicon nitride film 136 using an ECVD method or the like. Next, the plate 162, the plate lead 162d, and the etch stopper ring 161 are formed by etching the upper conductive film 160 using a photoresist mask. In this step, the plate hole 162c is not formed.

続いて図9に示す工程では、上層絶縁膜130にコンタクトホールCH1、CH3、CH4が形成され、続いて酸化シリコンからなる表層絶縁膜170が表面全体に形成される。さらにフォトレジストマスクを用いたエッチングにより、表層絶縁膜170にコンタクトホールCH2を形成すると同時に表層絶縁膜170のコンタクトホールCH1、CH3、CH4の底部に形成されている部分を除去する。次にコンタクトホールCH1、CH2、CH3、CH4のそれぞれを埋めるAlSiからなるパッド導電膜180が形成され、コンタクトホールCH1、CH2、CH3、CH4を覆う部分を残して周知の方法でパターニングされる。さらに窒化シリコンからなるパッド保護膜190が表層絶縁膜170およびパッド導電膜180の上にCVD法により形成されパット導電膜180の周囲にのみを残るようにパッド導電膜190が周知の方法によりパターニングされる。   Subsequently, in the step shown in FIG. 9, contact holes CH1, CH3, and CH4 are formed in the upper insulating film 130, and then a surface insulating film 170 made of silicon oxide is formed on the entire surface. Further, the contact hole CH2 is formed in the surface insulating film 170 by etching using a photoresist mask, and at the same time, the portion formed at the bottom of the contact holes CH1, CH3, and CH4 of the surface insulating film 170 is removed. Next, a pad conductive film 180 made of AlSi that fills each of the contact holes CH1, CH2, CH3, and CH4 is formed, and is patterned by a well-known method leaving a portion that covers the contact holes CH1, CH2, CH3, and CH4. Further, a pad protective film 190 made of silicon nitride is formed on the surface insulating film 170 and the pad conductive film 180 by the CVD method, and the pad conductive film 190 is patterned by a well-known method so as to remain only around the pad conductive film 180. The

続いて図10に示す工程では、フォトレジストマスクを用いた異方性エッチングにより、プレート孔162cに対応する通孔170aが表層絶縁膜170に形成され、上層導電膜160にはプレート孔162cが形成される。この工程は連続的に実施され、通孔170aが形成された表層絶縁膜170は上層導電膜160のレジストマスクとして機能する。   Subsequently, in the step shown in FIG. 10, through holes 170a corresponding to the plate holes 162c are formed in the surface insulating film 170 by anisotropic etching using a photoresist mask, and the plate holes 162c are formed in the upper conductive film 160. Is done. This process is performed continuously, and the surface insulating film 170 in which the through holes 170a are formed functions as a resist mask for the upper conductive film 160.

続いて図11に示す工程では、酸化シリコンからなる表層保護膜200が表層絶縁膜170とパッド保護膜190の表面に形成される。このとき表層絶縁膜170の通孔170aとプレート孔162cとは表層保護膜200によって埋められる。   Subsequently, in the step shown in FIG. 11, a surface protective film 200 made of silicon oxide is formed on the surface of the surface insulating film 170 and the pad protective film 190. At this time, the through holes 170 a and the plate holes 162 c of the surface insulating film 170 are filled with the surface protective film 200.

続いて図12に示す工程では、コンタクトホールCH1、CH2、CH3、CH4にそれぞれ形成されているパッド導電膜180の表面にNiからなるバンプ膜210を形成し、バンプ膜210の表面にAuからなるバンプ保護膜220を形成する。さらにこの段階で基板100の裏面を研削し、基板100の厚さを完成寸法にする。   Subsequently, in the step shown in FIG. 12, a bump film 210 made of Ni is formed on the surface of the pad conductive film 180 formed in each of the contact holes CH1, CH2, CH3, and CH4, and the surface of the bump film 210 is made of Au. A bump protective film 220 is formed. Further, at this stage, the back surface of the substrate 100 is ground, and the thickness of the substrate 100 is adjusted to a completed dimension.

続いて図13に示す工程では、フォトレジストマスクを用いたエッチングにより、表層保護膜200と表層絶縁膜170とにエッチストッパリング161が露出する通孔H5を形成する。   Subsequently, in a step shown in FIG. 13, through holes H5 in which the etch stopper ring 161 is exposed are formed in the surface protective film 200 and the surface insulating film 170 by etching using a photoresist mask.

以上の工程で基板100の表面側の成膜プロセスはすべて終了している。基板100の表面側の成膜プロセスがすべて終了した状態において、図14に示す工程ではバックキャビティC1に対応する通孔を基板100に形成するための通孔H6を有するフォトレジストマスクR1を基板100の裏面に形成する。   The film formation process on the surface side of the substrate 100 is completed through the above steps. In the state where all the film formation processes on the surface side of the substrate 100 have been completed, in the step shown in FIG. Formed on the back surface.

続いて図15に示す工程では、基板深掘りエッチング(Deep−RIE)により基板100に通孔を形成する。このとき下層絶縁膜110がエッチングストッパとなる。   Subsequently, in a step shown in FIG. 15, through holes are formed in the substrate 100 by deep substrate etching (Deep-RIE). At this time, the lower insulating film 110 serves as an etching stopper.

続いて図16に示す工程では、フォトレジストマスクR1を除去し、基板深掘りエッチングにより基板100に荒く形成された通孔の壁面100cを平滑化する。   Subsequently, in the step shown in FIG. 16, the photoresist mask R1 is removed, and the wall surface 100c of the through hole roughly formed in the substrate 100 is smoothed by the substrate deep etching.

続いて図17に示す工程では、フォトレジストマスクR2とBHF(希フッ酸)を用いた等方性エッチングにより、プレート162およびプレートリード162dの上にある余分な表層保護膜200および表層絶縁膜170を除去し、さらに上層絶縁膜130の一部を除去して環状部132、プレートスペーサ131および空隙C3を形成し、下層絶縁膜110の一部を除去してガードスペーサ103、ダイヤフラム支持部102、環状部101および空隙C2を形成する。このときエッチャントであるBHFはフォトレジストマスクR2の通孔H6と基板100の開口100aのそれぞれから進入する。上層絶縁膜130の輪郭はプレート162およびプレートリード162dによって規定される。すなわちプレート162およびプレートリード162dに対するセルフアラインによって環状部132およびプレートスペーサ131が形成される。図20に示すように環状部132およびプレートスペーサ131の端面には等方性エッチングによりアンダーカットが形成される。また下層絶縁膜110の輪郭は基板100の開口100aとダイヤフラム123とダイヤフラムリード123dとガード電極125aとガードコネクタ125bとガードリング125cとによって規定される。すなわちダイヤフラム123に対するセルフアラインによりガードスペーサ103およびダイヤフラム支持部102が形成される。ガードスペーサ103とプレートスペーサ131の端面には等方性エッチングによりアンダーカットが形成される(図20、図21参照)。なおこの工程においてガードスペーサ103とプレートスペーサ131とが形成されるため、プレート162を基板100の上に支持するプレート支持部129のガード電極125aを除く部分がこの工程で形成されている。   Subsequently, in the step shown in FIG. 17, an unnecessary surface protective film 200 and surface insulating film 170 on the plate 162 and the plate lead 162d are formed by isotropic etching using the photoresist mask R2 and BHF (dilute hydrofluoric acid). Further, a part of the upper insulating film 130 is removed to form the annular part 132, the plate spacer 131 and the gap C3, and a part of the lower insulating film 110 is removed to remove the guard spacer 103, the diaphragm support part 102, The annular portion 101 and the gap C2 are formed. At this time, the etchant BHF enters from each of the through hole H6 of the photoresist mask R2 and the opening 100a of the substrate 100. The contour of the upper insulating film 130 is defined by the plate 162 and the plate lead 162d. That is, the annular portion 132 and the plate spacer 131 are formed by self-alignment with the plate 162 and the plate lead 162d. As shown in FIG. 20, an undercut is formed on the end surfaces of the annular portion 132 and the plate spacer 131 by isotropic etching. The contour of the lower insulating film 110 is defined by the opening 100a of the substrate 100, the diaphragm 123, the diaphragm lead 123d, the guard electrode 125a, the guard connector 125b, and the guard ring 125c. That is, the guard spacer 103 and the diaphragm support portion 102 are formed by self-alignment with the diaphragm 123. Undercuts are formed on the end surfaces of the guard spacer 103 and the plate spacer 131 by isotropic etching (see FIGS. 20 and 21). Since the guard spacer 103 and the plate spacer 131 are formed in this step, a portion excluding the guard electrode 125a of the plate support portion 129 that supports the plate 162 on the substrate 100 is formed in this step.

最後にフォトレジストマスクR2を除去し、基板100をダイシングすると図1に示すコンデンサマイクロホン1のセンサチップが完成する。センサチップと回路チップとを図示しないパッケージ基板に接着し、ワイヤボンディングによって各端子間を接続し、図示しないパッケージカバーをパッケージ基板にかぶせると、コンデンサマイクロホン1が完成する。センサチップがパッケージ基板に接着されることにより、基板100の裏面側においてバックキャビティC1が気密に閉塞される。   Finally, the photoresist mask R2 is removed and the substrate 100 is diced to complete the sensor chip of the condenser microphone 1 shown in FIG. When the sensor chip and the circuit chip are bonded to a package substrate (not shown), the terminals are connected by wire bonding, and a package cover (not shown) is placed on the package substrate, the capacitor microphone 1 is completed. By bonding the sensor chip to the package substrate, the back cavity C1 is hermetically closed on the back side of the substrate 100.

4.他の実施形態
図18および図19はそれぞれダイヤフラム123の変形例を示している。図18および図19に示すようにダイヤフラム123の隣り合う腕部123cの輪郭は中央部123aの輪郭に接し中央部123aの内側に凸である曲線として連続していてもよい。また図18に示すようにダイヤフラム123の輪郭がダイヤフラム支持部102との接合領域と中央部123aとの間において屈曲部がない曲線である場合には、ダイヤフラム123の腕部123cにおける応力集中が緩和されるため腕部123c自体が折れ曲がりにくくなる。また図18および図19に示すようにダイヤフラム孔123bがダイヤフラム123の周方向に整列しないように配列してもダイヤフラム123の腕部123cにおける応力集中が緩和されるため腕部123c自体が折れ曲がりにくくなる。
4). Other Embodiments FIGS. 18 and 19 show modifications of the diaphragm 123, respectively. As shown in FIGS. 18 and 19, the contour of the adjacent arm portion 123 c of the diaphragm 123 may be continuous as a curve that touches the contour of the central portion 123 a and is convex to the inside of the central portion 123 a. Further, as shown in FIG. 18, when the contour of the diaphragm 123 is a curve having no bent portion between the joint region with the diaphragm support portion 102 and the central portion 123a, the stress concentration in the arm portion 123c of the diaphragm 123 is alleviated. Therefore, the arm portion 123c itself is not easily bent. Further, as shown in FIGS. 18 and 19, even if the diaphragm holes 123b are arranged so as not to be aligned in the circumferential direction of the diaphragm 123, the stress concentration in the arm portion 123c of the diaphragm 123 is alleviated, so that the arm portion 123c itself is not easily bent. .

尚、本発明の技術的範囲は、上述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、上記実施形態で示した材質や寸法はあくまで例示であるし、当業者であれば自明である工程の追加や削除や工程順序の入れ替えについては説明が省略されている。例えば、上述した製造工程において、膜の組成、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。   It should be noted that the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, the materials and dimensions shown in the above embodiment are merely examples, and descriptions of addition and deletion of processes and replacement of the process order that are obvious to those skilled in the art are omitted. 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.

本発明の実施形態にかかる平面図。The top view concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる模式的な断面図。The typical sectional view concerning the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態にかかる分解斜視図。The disassembled perspective view concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる回路図。The circuit diagram concerning the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1:コンデンサマイクロホン、100:基板、100a:開口、100b:基板端子、101:環状部、102:ダイヤフラム支持部、103:ガードスペーサ、110:下層絶縁膜、110a:ディンプル、120:下層導電膜、123:ダイヤフラム、123a:中央部、123b:ダイヤフラム孔、123c:腕部、123d:ダイヤフラムリード、123e:ダイヤフラム端子、123f:ダイヤフラムバンプ、125a:ガード電極、125b:ガードコネクタ、125c:ガードリング、125d:ガードリード、125e:ガード端子、127:ガード部、129:プレート支持部、130:上層絶縁膜、130a:ディンプル、131:プレートスペーサ、132:環状部、160:上層導電膜、161:エッチストッパリング、162:プレート、162a:接合部、162b:対向部、162c:プレート孔、162d:プレートリード、162e:プレート端子、162f:プレートバンプ、170:表層絶縁膜、180:パッド導電膜、190:パッド保護膜、200:表層保護膜、210:バンプ膜、220:バンプ保護膜、A:アンプ、C1:バックキャビティ、C2:空隙、C3:空隙、CP:チャージポンプ 1: condenser microphone, 100: substrate, 100a: opening, 100b: substrate terminal, 101: annular portion, 102: diaphragm support, 103: guard spacer, 110: lower insulating film, 110a: dimple, 120: lower conductive film, 123: Diaphragm, 123a: Center part, 123b: Diaphragm hole, 123c: Arm part, 123d: Diaphragm lead, 123e: Diaphragm terminal, 123f: Diaphragm bump, 125a: Guard electrode, 125b: Guard connector, 125c: Guard ring, 125d : Guard lead, 125e: guard terminal, 127: guard part, 129: plate support part, 130: upper layer insulating film, 130a: dimple, 131: plate spacer, 132: annular part, 160: upper layer conductive film, 161: etch stopper Re 162: plate, 162a: bonding portion, 162b: facing portion, 162c: plate hole, 162d: plate lead, 162e: plate terminal, 162f: plate bump, 170: surface insulating film, 180: pad conductive film, 190: Pad protective film, 200: surface protective film, 210: bump film, 220: bump protective film, A: amplifier, C1: back cavity, C2: air gap, C3: air gap, CP: charge pump

Claims (3)

基板と、
堆積膜からなり、導電性を有し、中央部と前記中央部から外側に放射状に延びる複数の腕部とを備えるダイヤフラムと、
堆積膜からなり、導電性を有し、前記中央部に対向している対向部と前記対向部から外側に放射状に延びる複数の接合部とを備えるプレートと、
堆積膜からなり、複数の前記接合部のそれぞれと前記基板とに接合され、前記プレートを支持するプレート支持部と、
堆積膜からなり、前記プレートの周方向において複数の前記接合部の間に位置し、前記プレートの径方向において前記プレート支持部より外側に位置し、複数の前記腕部のそれぞれと前記基板とに接合され、前記プレートとの間に空隙を挟んで前記ダイヤフラムを支持する複数の柱形のダイヤフラム支持部と、
を備え、
前記ダイヤフラムの周方向における前記腕部の長さは、前記ダイヤフラム支持部と前記中央部との間における最短長よりも前記ダイヤフラム支持部に接合される領域における長さが長く、
前記ダイヤフラムが前記プレートに対して振動することにより前記ダイヤフラムと前記プレートとで形成される静電容量が変化する、
振動トランスデューサ。
A substrate,
A diaphragm comprising a deposited film, having conductivity, and comprising a central portion and a plurality of arms extending radially outward from the central portion;
A plate comprising a deposited film, having conductivity, and having a facing portion facing the central portion and a plurality of joints extending radially outward from the facing portion;
A plate support made of a deposited film, joined to each of the plurality of joints and the substrate, and supporting the plate;
It consists of a deposited film, is located between the plurality of joints in the circumferential direction of the plate, is located outside the plate support part in the radial direction of the plate, and each of the plurality of arm portions and the substrate A plurality of columnar diaphragm support portions that are joined and support the diaphragm with a gap between the plate and the plate;
With
The length of the arm portion in the circumferential direction of the diaphragm is longer in the region joined to the diaphragm support portion than the shortest length between the diaphragm support portion and the central portion,
The capacitance formed by the diaphragm and the plate changes as the diaphragm vibrates with respect to the plate.
Vibration transducer.
前記ダイヤフラムの周方向における前記腕部の長さは、前記ダイヤフラム支持部に接合される領域において最も長い、
請求項1に記載の振動トランスデューサ。
The length of the arm portion in the circumferential direction of the diaphragm is the longest in the region joined to the diaphragm support portion,
The vibration transducer according to claim 1.
前記ダイヤフラムの周方向において、前記ダイヤフラム支持部の長さは前記ダイヤフラム支持部と前記中央部との間における前記前記腕部の最短長よりも長い、
請求項1または2に記載の振動トランスデューサ。
In the circumferential direction of the diaphragm, the length of the diaphragm support portion is longer than the shortest length of the arm portion between the diaphragm support portion and the central portion,
The vibration transducer according to claim 1.
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