JP2004506394A

JP2004506394A - 小型ブロードバンド変換器

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Publication number: JP2004506394A
Application number: JP2002519372A
Authority: JP
Inventors: ペダーソン，　マイケル; ロープパート，　ピーター　ブイ．; リー，　スン　ボク
Original assignee: ノールズ　エレクトロニクス，リミテッド　ライアビリティ　カンパニー
Priority date: 2000-08-11
Filing date: 2001-08-10
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2021-08-10
Also published as: DE60118208T2; EP1310136A2; JP2009153203A; DE60118208D1; EP1310136B1; AU2001281241A1; KR20030033026A; CN1498513B; EP1469701A3; CN101867858A; DE60133679T2; KR100571967B1; EP1469701A2; JP5049312B2; DK1469701T3; ATE321429T1; DE60133679D1; EP1469701B1; CN1498513A; ATE392790T1

Abstract

コンデンサマイクロフォンのような固体状態の微小構造の複数の実施形態が開示される。１実施形態に従って、変換器は、固定の穿孔部材、穿孔部材から間隔を空けて配置された自由に移動可能な振動板、振動板と周囲近辺の穿孔部材との間の適切な間隔を維持する穿孔部材にある支持リング、および、振動板が支持リングの上に自由に留まるが、振動板を穿孔部材から機械的に分離するコンプライアントな懸架バネを含む。別の実施形態に従って、シリコンベースデバイスに使用される***型微小構造が開示される。***型微小構造は、膜を支持するリブ構造の側壁を有する略平坦な膜を含む。
【選択図】図１

Description

【０００１】
（説明）
（技術分野）
本発明は、小型シリコン変換器に関する。
【０００２】
（発明の背景）
マイクロフォンのようなシリコンベースの容量性変換器を使用することは、当該分野で周知である。典型的に、このようなマイクロフォンは、固定された裏当て板、（変動可能なエア間隔コンデンサの二つのプレートを共に形成する）高コンプライアント可動振動板、電圧バイアス源、および、バッファの四つの要素でなる。
【０００３】
集積回路技術で公知の処理と類似した処理を用いて音響変換器をバッチ製造することによって、製造コスト、再現性、および、縮小化の点に関して興味深い特徴が提供される。さらに、この技術は、一定した高感度の広い動作バンド幅を有する単一の変換器を構築する唯一の可能性を提供する。これにより、修正が全く無くまたはほとんど無く、通信、可聴周波数および超音波側距、画像および動作検出システムのような多様な応用に用いられ得る変換器が提供される。
【０００４】
広いバンド幅および高感度を達成する鍵は、小さくかつ極度に感度の良い振動板を有する構造の製造にある。この設計は、Ｂｅｒｎｓｔｅｉｎによる米国特許第５，１４６，４３５号、および、米国特許第５，５４２，２６８号で以前に提案されている。これらの構造では、振動板は、かなり柔軟に可動する多くのバネの上に懸架される。しかし、このバネを実装することによって、構造の音の漏れを制御する固有の問題が生じる。この音の漏れは、次に、変換器の低周波ロールオフ（ｒｏｌｌ−ｏｆｆ）に影響を与える。別のアプローチは、一点で振動板を取り付けることであり、これはまた、極度に感度の良い構造を提供する。Ｌｏｅｐｐｅｒｔによる米国特許第５，４９０，２２０号を参照されたい。残念なことに、この場合では、振動板材料の特性、特にフリー膜をカールさせる固有の応力勾配が重要になる。最終的には、これにより、変換器の低周波ロールオフの再現性に関係する、この構造の同様の問題が生じる。
【０００５】
裏当て板および振動板の二つの機械的な要素は、典型的に、当業者に周知の表面とバルク微細加工との組み合わせを用いて、単一のシリコン基板上に形成される。これらの二つの要素の一つは、一般的に、支持シリコンウェハの表面と平面になるように形成される。もう一方の要素は、それ自身略平面であるが、背面または側壁によって最初の要素の上に数ミクロン離れて取り付けられており、つまり、「***型微小構造」という用語となる。
【０００６】
一般的に、互いに対する二つの要素の位置決めは、デバイス全体の性能に影響する。***型微小構造を構成する薄膜の固有の応力によって、構造は、設計の位置から偏向する。特定のマイクロフォンにおいて、振動板と裏当て板との間隔の変動は、マイクロフォンの感度、ノイズ、および、過圧応答に影響する。
【０００７】
多くの他の因子がまた、マイクロフォンの製造、構造、構成、および、設計全体に影響する。このような問題は、Ｂｅｒｇｇｖｉｓｔによる米国特許第５，４０８，７３１号、Ｌｏｅｐｐｅｒｔによる米国特許第５，４９０，２２０号、および、Ｌｏｅｐｐｅｒｔによる米国特許第５，８７０，４８２号で詳述され、検討されている。
【０００８】
***型微小構造のようなマイクロフォンの裏当て板の設計に関する特定の例では、振動板に対して正確な位置に堅い要素を生成することが目標である。これを達成する一つの方法は、所望の間隔を確立するよう機能する加工済みのシリコン酸化物犠牲層の上に堆積された窒化シリコン薄膜を用いて裏当て板を形成することである。この犠牲層は、後に周知のエッチング処理によって除去され、***した裏当て板が残る。窒化シリコン裏当て板の固有の引張り応力によって、この裏当て板は、位置からずれて偏向する。圧縮応力は、構造に座屈が生じるので、常に避けられる。
【０００９】
図１２は、従来技術の一つのこのような***型微小構造１１０を示す。酸化物が***型微小構造１１０を残して取り除かれた後、固有の張力が、板１１２内に存在する。この張力Ｔは、製造プロセスから、および、***型微小構造１１０と支持ウェハ１１６との間の材料の膨張係数の違いから生じる。示されるように、張力Ｔは、半径方向外側へと向いている。板１１２に固有の張力Ｔは、側壁１１４の土台１１８のまわりの矢印Ｍで示されるモーメントＭを生じる。このモーメントＭは、矢印Ｄの方向にウェハ１１６へと板１１２を偏向させる傾向を生じる。板１１２のこの偏向は、マイクロフォンの感度および性能に対してマイナスの効果を生じる。
【００１０】
薄膜***型微小構造内のこの固有の張力の効果を打ち消すための多くの望ましくない手段が、当該分野で知られている。これらの手段のなかには、シリコンリッチな薄膜を作製することによって薄膜の組成を調整し、固有の応力レベルを低減し得るものがある。しかし、この技術には欠点がある。これにより、薄膜のＨＦ酸に対するエッチング耐性がより小さくなり、製造を困難にし、費用が重むことになる。当該分野で公知のさらなる解決方法は、***された裏当て板を支える側壁の厚さを増加させて、これにより、薄膜が偏向する傾向に対して抵抗する側壁の能力を増加することである。これは、幾何学的な観点では受け入れられる印象があるが、薄膜の堆積を用いて***型微小構造が製作される場合、厚い側壁の製造は実用的ではない。
【００１１】
本発明の目的は、これらのおよび他の問題を解決することである。
【００１２】
（発明の要旨）
本発明の１局面は、振動板が自身の平面内で自由に移動する場合に、振動板の機械的な感度が最大となるという事実に由来する。さらに、振動板が穿孔部材に取り付けられた支持リングの上に留まっている場合、変換器の低周波ロールオフが良好に制御された堅い音響シールが達成され得る。さらに、懸架によってのみ振動板を自身の平面内で動かすように、および、固有の音圧波に対する振動板のたわみに加わらないように懸架の方法が選択される場合、穿孔部材から完全に分離することができ、変換器上の外部の応力に対する感度を減少させる。
【００１３】
１実施形態において、本発明は、穿孔部材、および、穿孔部材と間隔を空けて配置された可動振動板からなる音響変換器の特徴を記述する。この間隔は、上に振動板が留まる穿孔部材に取り付けられた支持リングによって維持される。振動板が自身の平面内で自由に移動するように振動板を懸架させ、これにより、振動板の機械的感度を最大化する手段が存在する。支持リングと穿孔部材に取り付けられた基板との間で振動板を横方向に制約することによって懸架が達成される。穿孔部材と振動板との間に電界を印加する手段もある。振動板が固有の音圧波によって偏向する際に、穿孔部材と振動板との間の電気容量の変化を検出する手段もまた存在する。
【００１４】
振動板の共振周波数が最大音響動作周波数より大きくなるように振動板の厚さと大きさとが選択される。同様に、共振周波数が最大音響動作周波数より大きくなるように穿孔部材の寸法が選択される。穿孔部材が取り付けられる基板の周囲は、上記穿孔部材に固有の応力による穿孔部材の曲率を最小化するように随意に形成され得る。振動板の懸架手段は、振動板の平面に存在する機械インピーダンスが最小となるように、しかし、振動板と穿孔部材との近接する間隔を維持するように製作される。支持リングは、穿孔部材に形成され、振動板の動的部分の大きさを設定する。支持リングの高さは、振動板と穿孔部材との間の初期の間隔を規定する。振動板および穿孔部材には一つ以上の開口部が存在しており、変換器のバックチャンバから周辺への音響経路を提供する。これにより、振動板全体にわたる構築によって生じる任意の気圧が除去される。変換器の低ロールオフ周波数は、変換器バックチャンバの音響コンプライアンスとともに、上記開口部、および、振動板と基板との間の狭い間隔の音響抵抗によって形成されたコーナーの周波数によって制限される。穿孔部材は、可動振動板と穿孔部材との間のエア間隔へ、および、そのエア間隔から流れるエアの低音響抵抗を提供する開口部の体系的なパターンを有する。開口部の体系的なパターンおよび大きさは、変換器の高ロールオフ周波数が、振動板、および、変換器のバックチャンバの音響コンプライアンスとともに音響抵抗により導入されたコーナー周波数によって制限されるように選択される。この音響抵抗は、デバイスに生成された音響ノイズに大きく原因がある。ダンピングとノイズとの間にトレードオフが行われるべきであることは、当業者により認識される。
【００１５】
穿孔部材、支持リング、懸架手段、および、振動板は、微細加工薄膜技術、および、フォトリソグラフィ技術を用いてシリコンウェハから製造され得、炭素ベースのポリマー、シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、二酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンカーバイド、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、炭素、チタン、金、鉄、銅、クロム、タングステン、アルミニウム、白金、パラジウム、ニッケル、タンタル、および、これらの合金からなる群から選択される一つ以上の材料から製造され得る。
【００１６】
別の実施形態において、本発明は、また、穿孔部材、および、穿孔部材と間隔を空けて配置された可動振動板からなる音響変換器の特徴を記述する。この間隔は、上に振動板が留まる穿孔部材に取り付けられた支持リングによって維持される。振動板が自身の平面内で自由に移動するように振動板を懸架させ、これにより、振動板の機械的感度を最大化する手段が存在する。懸架は、振動板と穿孔部材との間に高コンプライアンスのバネを利用することによって達成される。このバネは、構成、および、振動板の解放処理に役立つ。しかし、動作すると、静電引力によって、振動板は、穿孔部材の支持構造と接触する。Ｂｅｒｎｓｔｅｉｎによる米国特許第５，１４６，４３５号、および、Ｂｅｒｎｓｔｅｉｎによる米国特許第５，４５２，２６８号の教示とは逆に、本発明のバネは、振動板のコンプライアンスを構築する際に果たす役割は小さい。穿孔部材と振動板との間に電界を印加する手段もまた存在する。固有の音響音圧波によって振動板が偏向するときに、穿孔部材と振動板との間の電気容量の変化を検出する手段がさらに存在する。
【００１７】
振動板の共振周波数が最大音響動作周波数より大きくなるように振動板の厚さと大きさとが選択される。同様に、共振周波数が最大音響動作周波数より大きくなるように穿孔部材の寸法が選択される。穿孔部材が取り付けられる基板の周囲は、上記穿孔部材に固有の応力による穿孔部材の曲率を最小化するように随意に形成され得る。高コンプライアンスの懸架バネは、微細加工技術によって構造が十分強堅となるように、しかし、穿孔部材から振動板を機械的に切り離し、かつ、動作中の振動板の面内振動を防ぐために、振動板の意図された低ロールオフ振動数と比較して、振動板およびバネの面内共振周波数は可能な限り小さいことを保証するに十分なコンプライアンスとなるように製作される。支持リングは、穿孔部材に形成され、振動板の動的部分の大きさを設定する。支持リングの高さは、振動板と穿孔部材との間の初期の間隔を規定する。支持リングには振動板の一つ以上の開口部が存在して、変換器のバックチャンバから周辺への音響経路を提供する。これにより、振動板全体にわたる構築によって生じる任意の気圧が除去される。変換器の低ロールオフ周波数は、開口部の音響抵抗、および、変換器バックチャンバの音響コンプライアンスによって形成されたコーナー周波数によって制限される。穿孔部材は、可動振動板と穿孔部材との間のエア間隔へ、および、そのエア間隔から流れるエアの低音響抵抗を提供する開口部の体系的なパターンを有する。開口部の体系的なパターンおよび大きさは、変換器の高ロールオフ周波数が、振動板、および、変換器のバックチャンバの音響コンプライアンスとともに音響抵抗により導入されたコーナー周波数によって制限されるように選択される。穿孔部材、支持リング、懸架手段、および、振動板は、微細加工薄膜技術、および、フォトリソグラフィ技術を用いてシリコンウェハから製造され得、炭素ベースのポリマー、シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、二酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンカーバイド、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、炭素、チタン、金、鉄、銅、クロム、タングステン、アルミニウム、白金、パラジウム、ニッケル、タンタル、および、これらの合金からなる群から選択される一つ以上の材料から製造され得る。
【００１８】
本発明の別の局面は、シリコンベースデバイスに使用される***型微小構造の改変を提供する。本発明のこの局面の１実施形態に従って、略平坦な薄膜、および、膜を支持する側壁を備えたシリコンベースデバイスに使用される***型微小構造が提供される。ここで、側壁は、リブである。
【００１９】
本発明の他の特徴および利点は、以下の図面とともに以下の明細書から明らかとなる。
【００２０】
（発明の詳細な説明）
本発明は、多くの異なる形式の実施形態を可能とするが、本発明の開示が、本発明の原理の説明とみなされ、かつ、本発明の広い局面を示される実施形態に限定するよう意図されていないということを理解した上で、本発明の好適な実施形態を図示し、本明細書中で詳述する。
【００２１】
次に、図面を参照して、特に図１〜３を参照して、本発明に従う音響変換器が開示される。音響変換器１０は、導電性の振動板１２、および、基板３０によって支持され、かつ、エア間隔２０によって分離された穿孔部材４０を含む。かなり狭いエア間隔または幅２２は、振動板１２と振動板を自身の平面内で自由に動かす基板３０との間に存在する。これにより、振動板材料の任意の固有の応力を軽減して、基板から振動板を分離する。多くの小さなへこみ１３は、振動板と基板との間の狭い間隔のスティクションを防ぐように振動板に製造される。振動板１２の横方向の動きは、穿孔部材４０にある支持構造４１によって制約される。この支持構造はまた、振動板と穿孔部材との間の適切な初期の間隔を維持することに役立つ。支持構造４１が連続リングまたは複数のバンパのいずれかであり得る。支持構造４１が連続リングである場合、支持構造４１の上に留まる振動板１２は、密接な音響シールを形成して、変換器の低周波ロールオフを良く制御する。支持構造４１は、複数のバンパである場合、音響シールは、バンパ間の間隔を制限することによって、あるいは、狭いエア間隔２２、または、それらの組み合わせによって形成され得る。
【００２２】
導電性振動板１２は、誘電層３１によって基板３０から電気的に絶縁される。導電性電極４２は、非導電性の穿孔部材４０に取り付けられる。穿孔部材は、複数の開口部２１を含む。この開口部を通して、振動板と穿孔部材との間の犠牲層（図示せず）が、製造中にエッチングされて、エア間隔２０を形成する。後に、これらの開口部は、エア間隔中のエアの音響ダンピングを減少させて、変換器の十分なバンド幅を提供することに役立つ。多くの開口部は、また、振動板１２に製造され、バックチャンバ（図示せず）（この上に変換器がマウントされる）のコンプライアンスを伴うリーク経路１４を形成する穿孔部材４０は、広域フィルタを形成する。この広域フィルタによって、変換器の音響機能を妨げない十分な低さの、および、気圧変動の影響を取り除くために十分な高さのロールオフ周波数を生じる。開口部１４は、フォトリソグラフィー法によって定義され、従って、厳重に制御され得、変換器は、良好に規定された低い周波数の挙動を示す。周囲４３に沿った穿孔部材４０の取付けは、固有の内部曲げモーメントによる穿孔部材の曲率を減少するように変化され得る。周囲は、連続的に曲がった表面（図１〜３）、または、不連続の波形の付いた表面（図４）であり得る。不連続の周囲４３は、穿孔部材４０のさらなる剛性を提供する。これにより、穿孔部材４０に固有の曲げモーメントによる曲率を減少する。
【００２３】
図５〜７を参照して、本発明に従った音響変換器の別の実施形態が示される。変換器５０は、導電性の振動板１２、および、基板３０に支持されて、かつ、エア間隔２０によって分離された穿孔部材４０を含む。振動板１２は、多くのバネ１１を通して基板に取り付けられる。このバネは、振動板を基板から機械的に切り離すことに役立つ。このバネによって、振動板にある任意の固有の応力を軽減する。さらに、振動板は、基板およびデバイスパッケージにある応力から解放される。
【００２４】
振動板１２の横方向の動きは、穿孔部材４０にある支持構造４１によって制約される。この支持構造４１はまた、振動板と穿孔部材４０との間の適切な初期間隔を維持することに役立つ。支持構造４１は、連続的なリング、または、複数のバンパのいずれかであり得る。支持構造４１が連続的なリングの場合、支持構造４１の上に留まる振動板１２は、密接な音響シールを形成して、変換器の低周波ロールオフが良く制御される。支持構造４１が複数のバンパの場合、音響シールは、バンパ間の間隔を制限することによって、または、振動板周りの、および、穿孔２１を通る十分に長い経路を提供することによって形成され得る。
【００２５】
導電性の振動板１２は、誘電層３１によって基板３０から電気的に絶縁されている。導電性の電極４２は、非導電性の穿孔部材４０に取り付けられる。穿孔部材は、多くの開口部２１を含む。この開口部を通って、振動板１２と穿孔部材との間の犠牲層（図示せず）は、製造中にエッチングされて、エア間隔２０を形成する。これらの開口部は、後に、エア間隔中のエアの音響のダンピングを減少して、変換器の十分なバンド幅を提供することに役立つ。多くの開口部は、バックチャンバ（図示せず）のコンプライアンスを伴う経路１４（図６）を形成するために、支持構造４１に製造される。このバックチャンバの上に、変換器がマウントされ得る。この漏れ経路１４は、変換器の音響機能を妨げないように十分低く、かつ、気圧変動の影響を取り除くように十分高い広域フィルタを形成する。開口部１４は、好ましくは、フォトリソグラフィック法によって定義されて、従って、密接に制御され得、変換器の低い周波数の挙動を良く定義する。周囲４３に沿った穿孔部材の取り付けは、初期の内部曲げモーメントによる穿孔部材の曲率を減少するように変化され得る。周囲４３は、滑らか（図５〜７）であり得るか、または、波形（図８および１１）であり得る。波形の周囲は、穿孔部材のさらなる剛性を提供する。これにより、穿孔部材にある固有の曲げモーメントによる曲率を減少する。
【００２６】
動作中に、電気ポテンシャルが、導電性の振動板１２と穿孔部材上の電極４２との間に印加される。電気ポテンシャル、および、付随するコンダクタへの帯電は、振動板と穿孔部材との間の電気的引力を生成する。結果として、自由な振動板１２は、この振動板１２が支持構造４１上に留まるまで、穿孔部材４０へ移動する。この支持構造４１は、良く定義されたエア間隔２０、および、経路１４を通る音響の漏れを有する変換器の初期の動作点を設定する。音響エネルギの影響を受けるとき、圧力差は、振動板１２を通して現れる。この圧力差は、穿孔部材４０の方向へ、または、部材４０から離れて振動板１２を偏向させる。振動板１２の偏向によって、振動板１２と穿孔部材４０との間の電界、従って電気容量を変化させる。結果として、変換器の電気容量は、音響エネルギによって変調される。
【００２７】
容量の変調を検出する方法が、図９に示される。検出回路１００において、変換器１０２は、ＤＣ電圧源１０１、および、かなり高い入力インピーダンスを有する単一ゲイン増幅器１０４に接続される。バイアスレジスタ１０３は、増幅器の入力のＤＣポテンシャルを接地する。それによって、ＤＣポテンシャル「Ｖｂｉａｓ」は、変換器を介して印加される。この回路において、変換器の電荷は一定であると仮定すると、変換器の容量の変化は、変換器を介しての電気ポテンシャルの変化を生じる。この電気ポテンシャルの変化は、単一ゲイン増幅器によって測定される。
【００２８】
容量の変調を検出する別の方法は、図１０で示される。検出回路２００において、変換器２０２は、ＤＣ電圧源２０１、ならびに、フィードバックレジスタ２０３およびコンデンサ２０４を有する電荷増幅器構成２０５に接続される。フィードバックレジスタは、回路のＤＣの安定性を保証し、増幅器の入力のＤＣレベルを維持する。これにより、ＤＣポテンシャル「Ｖｂｉａｓ−Ｖｂ」は、変換器を介して印加される。この回路において変換器にかかるポテンシャルが一定であると仮定すると、増幅器の仮想接地原理によって、容量の変化は、変換器における電荷の変化、従って、増幅器に対する負入力と正入力との間のオフセットにつながるフィードバックコンデンサの入力側の電荷の変化となる。増幅器は、フィードバックコンデンサの出力側にミラー電荷を供給して、オフセットを取り除き、出力電圧「Ｖ_ＯＵＴ」の変化を生じる。この回路の電荷ゲインは、初期の変換器の容量とフィードバックコンデンサの容量との間の比によって設定される。この検出器回路の利点は、増幅器の仮想接地原理が、任意の寄生容量を変換器の電気的な接地へと排除して、そうでなければ、この仮想接地原理は、マイクロフォン容量の動的変化の効果を弱める。しかし、寄生容量を減少させて、信号「Ｖｂ」に対する任意のノイズ、および、固有の増幅器ノイズのゲインを最小化させるように注意が払われるべきである。
【００２９】
本発明の***型微小構造１１０の実施形態は、図１３および１４に示される。***型微小構造１１０は、略円形の薄膜板、または、側壁１１４によって支持される裏当て板１１２を含む。
【００３０】
***型微小構造１１０は、当業者には通常公知であり、かつ、簡単に知られている堆積技術およびエッチング技術を用いることによって、シリコンウェハ１１６上の犠牲シリコン酸化物層の上に堆積された窒化シリコンの薄膜板１１２で構成される。犠牲シリコン酸化物層は、明確さのために予め、図から取り除かれている。***型微小構造１１０の側壁図１１４は、自身の基部１１８においてシリコンウェハ１１６に取り付けられ、自身の反対の端部において板１１２に取り付けられる。側壁１１４は、板１１２に対してほぼ垂直であるが、他の角度を側壁１１４と板１１２との間に利用してもよいことに留意されたい。
【００３１】
図１５は、透視して示された本発明の側壁１１４の表面を有する図１３のアセンブリの平面図を示す。図１３〜１５で示された本発明の側壁１１４がリブであり、複数の周期的な隆線１２０および溝１２２を形成していることが見受けられ得る。好適な実施形態において、隆線１２０および溝１２２は、平行、かつ、等間隔で配置されており、波型構造を形成する。さらに、好ましい実施形態は、隆線１２０、および、正方形の断面の溝１２２を利用する。この様態において、側壁に波形を付ける効果は、板１１２に固有の張力Ｔと同様に、放射状の側壁１１４のセグメント１２４を生成することである。張力Ｔのように側壁１１４の一部を放射状にすることによって、側壁１１４は強化される。従来技術に属する、板１１２と接線方向にある側壁１１４は、本発明の放射状のセグメント１２４と比較すると容易に曲げられることが分かる。
【００３２】
波状、または、隆線１２０および溝１２２の図１３〜１５で示された幾何学的図形とは異なる図形が、想定され得て、かつ、側壁１１４のモーメントＭに抵抗する能力を増加させるように効果的に用いられ得、図１３〜１５に示される幾何学的図形は、本発明の範囲を制約するように意図されない。
【００３３】
例えば、略環状の幾何学的図形、略三角形の図形、あるいは、これらの幾何学的図形または他の幾何学的図形の任意の組み合わせまたは変形は、隆線１２２および溝１２４のために用いられ得る。
【００３４】
好ましい実施形態において、波形は放射状であり、従って、側壁１１４は、裏当て板１１２の張力に対して平行である。さらに、犠牲材料は、側壁１１４が基板に対して傾斜されるようにエッチングされて、薄膜裏当て板１１２が堆積される際の良好なステップカバレッジを可能にする。
【００３５】
特定の実施形態を例示して説明したが、多くの修正が、本発明の本質から大きく逸脱することなく考えられる。保護範囲は、添付の特許請求の範囲によって制限されるのみである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明によるクランプ懸架された音響変換器の図２における直線１−１に沿った模式的な拡大断面図である。
【図２】図２は、図１の音響変換器を部分的に透視した上面平面図である。
【図３】図３は、図２の直線３−３に沿った、図２の音響変換器の断面斜視図である。
【図４】図４は、図２に類似した音響変換器の部分的に透視した部分的な拡大上面図であり、ここで、穿孔部材は、随意に成形された取り付け用の周囲を含む。
【図５】図５は、本発明に従った、高コンプライアンスのバネを懸架した、音響変換器の図６の平面５−５に沿った模式的な拡大断面図である。
【図６】図６は、図５の音響変換器の部分的に透視した上面平面図である。
【図７】図７は、平面７−７に沿った図６の音響変換器の断面斜視図である。
【図８】図８は、図５と同類の音響変換器の部分的に透視されて、かつ、大きく拡大された部分的上面図であり、ここで、穿孔部材は、随意に成形された取り付け用の周囲を含む。
【図９】図９は、マイクロフォン上に一定の電荷を維持する間に、マイクロフォンの容量の変化を検出するための電子回路である。
【図１０】図１０は、マイクロフォン上に一定の電気ポテンシャルを維持する間に、マイクロフォンの容量の変化を検出するための電子回路である。
【図１１】図１１は、図４の音響変換器の断面斜視図である。
【図１２】図１２は、従来技術で公知の***型微小構造の模式的な断面図である。
【図１３】図１３は、本発明を具案化した***型微小構造の断面斜視図である。
【図１４】図１４は、図１３の***型微小構造の断面図である。
【図１５】図１５は、直線１１−１１に沿った、図１３の平面図である。

Claims

複数の穿孔がある平坦な表面を有するカバー部材と、
該穿孔部材に操作可能に取り付けられた基板と、
該カバー部材と該基板との間に置かれた振動板であって、該振動板は、該カバー部材の該平坦な表面に対して平行な平面内で横方向に移動可能である、振動板と、
該振動板に操作可能に結合されて、該穿孔部材と該振動板との間の間隔に電界を印加する回路と、
該振動板に操作可能に結合されて、該カバー部材と該振動板との間の電気容量の変化に応答する回路と
を含む音響変換器であって、
該カバー部材は、該カバー部材と、固有の内部曲げモーメントに対する該カバー部材の感度を減少させるようにパターン化された該基板との間に取り付け用の周囲を含む、音響変換器。
前記周囲は、波形である、請求項１に記載の音響変換器。
前記カバー部材および前記基板は、横方向の制約を定義する、請求項１に記載の音響変換器。
一つ以上のくぼみは前記振動板に製作されて、該振動板と前記基板との間のスティクションを防ぐ、請求項１に記載の音響変換器。
前記カバー部材は、一つ以上の開口部を有する支持構造を含み、固有の内部曲げモーメントに対する該カバー部材の感度を減少させる、請求項１に記載の音響変換器。
一つ以上の機械的バネは、前記カバー部材および前記振動板に操作可能に接続される、請求項１に記載の音響変換器。
一つ以上の同時発生の開口部は、前記振動板および前記カバー部材に製作されて、該振動板を通って、低周波圧を均等化させる経路を提供する、請求項１に記載の音響変換器。
一つ以上の非同時発生の開口部は、前記振動板および前記カバー部材に製作される、請求項１に記載の音響変換器。
前記カバー部材は、内部に製作された一つ以上の開口部を有する支持構造を含み、前記振動板を通る低周波圧を均等化させる経路を提供する、請求項１に記載の音響変換器。
前記カバー部材は、支持構造を含み、前記振動板は、前記電界に起因して、該振動板と前記穿孔部材との間で生成された静電引力により、該支持構造に対して適切な位置に保たれている、請求項１に記載の音響変換器。
前記振動板および前記カバー部材は、フォトリソグラフィ技術を用いてシリコンウェハ上に製作される、請求項１に記載の音響変換器。
前記振動板および前記カバー部材は、炭素ベースポリマー、シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、二酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンカーバイド、ゲルマニウム、窒化ガリウム、炭素、チタン、金、鉄、銅、クロム、タングステン、アルミニウム、白金、パラジウム、ニッケル、タンタル、および、これらの合金からなる一つ以上の材料から製作される、請求項１に記載の音響変換器。
複数の穿孔がある平坦な表面を有するカバー部材と、
該穿孔部材に操作可能に取り付けられた基板と、
該カバー部材と該基板との間に置かれた振動板であって、該振動板は、該カバー部材の該平坦な表面に対して平行な平面内で横方向に移動可能である、振動板と、
該振動板に操作可能に結合されて、該穿孔部材と該振動板との間の間隔に電界を印加する回路と、
該振動板に操作可能に結合されて、該カバー部材と該振動板との間の電気容量の変化に応答する回路と、
を含む、音響変換器であって、
該カバー部材は、内部に製作された一つ以上の開口部を有する支持構造を含み、該振動板を通って、低周波圧を均等化させる経路を提供する、音響変換器。
前記周囲は、波形である、請求項１３に記載の音響変換器。
前記カバー部材および前記基板は、横方向の制約を定義する、請求項１３に記載の音響変換器。
一つ以上のくぼみは前記振動板に製作されて、該振動板と前記基板との間のスティクションを防ぐ、請求項１３に記載の音響変換器。
前記カバー部材は、一つ以上の開口部を有する支持構造を含み、固有の内部曲げモーメントに対する該カバー部材の感度を減少させる、請求項１３に記載の音響変換器。
一つ以上の機械的バネは、前記カバー部材および前記振動板に操作可能に接続される、請求項１３に記載の音響変換器。
一つ以上の同時発生の開口部は、前記振動板および前記カバー部材に製造されて、該振動板を通って、低周波圧を均等化させる経路を提供する、請求項１３に記載の音響変換器。
一つ以上の非同時発生の開口部が、前記振動板および前記カバー部材に製作される、請求項１３に記載の音響変換器。
前記カバー部材は、該カバー部材と前記基板との間に取り付け用の周囲を含み、該基板は、固有の内部曲げモーメントに対する該カバー部材の感度を減少させるように形成されている、請求項１３に記載の音響変換器。
前記カバー部材は、支持構造を含み、前記振動板は、前記電界に起因して、該振動板と前記穿孔部材との間で生成された静電引力により、該支持構造に対して適切な位置に保たれている、請求項１３に記載の音響変換器。
前記振動板および前記カバー部材は、フォトリソグラフィ技術を用いてシリコンウェハ上に製作される、請求項１３に記載の音響変換器。
前記振動板およびカバー部材は、炭素ベースポリマー、シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、二酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンカーバイド、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、銅、チタン、金、イオン、銅、クロム、タングステン、アルミニウム、白金、パラジウム、ニッケル、タンタル、および、これらの合金からなる一つ以上の材料から製作される、請求項１３に記載の音響変換器。
シリコンベースのデバイスで使用される***型微小構造であって、該***型微小構造は、
略平坦薄膜と、
該薄膜を支持する側壁と
を含み、該側壁は、内部に形成された少なくとも一つのリブを有する、***型微小構造。
前記側壁は、波形である、請求項２５に記載の***型微小構造。
前記リブは、略アーチ型の断面を有する、請求項２５に記載の***型微小構造。
前記リブは、略三角形の断面を有する、請求項２５に記載の***型微小構造。
前記リブは、略矩形の断面を有する、請求項２５に記載の***型微小構造。
前記薄膜は、シリコンベースの容量性変換器の一つの板を含む、請求項２５に記載の***型微小構造。
前記薄膜は、シリコンベースのマイクロフォンの堅い裏当て板を含む、請求項２５に記載の***型微小構造。
裏当て板を有するシリコーンベースエレクトレットマイクロフォンであって、
略平坦な薄膜と、
該薄膜を支持する側壁と
を含み、該側壁は、内部に形成された少なくとも一つのリブを有する、シリコンベースエレクトレットマイクロフォン。
前記側壁は、波形である、請求項３２に記載のマイクロフォン。
前記リブは、略アーチ型の断面を有する、請求項３２に記載のマイクロフォン。
前記リブは、略三角形の断面を有する、請求項３２に記載のマイクロフォン。
前記リブは、略矩形の断面を有する、請求項３２に記載のマイクロフォン。
前記側壁は、複数のリブを含む、請求項３２に記載のマイクロフォン。
前記リブは、前記側壁のまわりに等間隔で配置される、請求項３７に記載のマイクロフォン。
シリコンベースのデバイスに使用される***型微小構造であって、該***型微小構造は、
第一の厚さおよび周囲を有する略平らな要素と、
第二の厚さを有する側壁と
を含み、該側壁は、該周囲において、基板の上方一定の距離で、該平らな要素を支持し、該側壁は、内部に形成された複数のリブを有する、***型微小構造。
前記第一の厚さは、前記平らな要素の横方向の広がりと比較して小さい、請求項３９に記載の***型微小構造。
前記第二の厚さは、前記第一の厚さとほぼ等しい、請求項３９に記載の***型微小構造。
前記距離は、前記第二の厚さと比較して大きい、請求項３９に記載の***型微小構造。
前記リブは、前記平らな要素の重心に対して内部へ、および、外部へと前記周囲の周期的な経路に追随する、請求項３９に記載の***型微小構造。
前記経路は、アーチ型である、請求項４３に記載の***型微小構造。
内部に複数のくぼみがある平坦な表面を有するカバー部材と、
該穿孔部材に操作可能に取り付けられた基板と、
該カバー部材と該基板の間に置かれた振動板であって、該振動板は、該カバー部材の該平坦な表面に対して平行な平面内で横方向に移動可能であり、該カバー部材は、該カバー部材と該基板との間に取り付け用の周囲を含み、該基板は、固有の内部曲げモーメントに対する該カバー部材の感度を減少するようにパターン化された、振動板と
を含む、音響変換器。
前記振動板に操作可能に結合されて、前記カバー部材と該振動板との間の電気容量の変化に応答する回路を含む、請求項４５に記載の変換器。
前記振動板に操作可能に結合されて、前記カバー部材と該振動板との間の間隔に電界を印加する回路を含む、請求項４５に記載の変換器。
前記周囲は、波形である、請求項４５に記載の音響変換器。
前記カバー部材と前記基板は、横方向の制約を定義する、請求項４５に記載の音響変換器。
前記振動板は、くぼみを含み、該振動板と前記基板との間のスティクションを防ぐ、請求項４５に記載の音響変換器。
前記カバー部材は、開口部を有する支持構造を含み、固有の内部曲げモーメントに対する該カバー部材の感度を減少させる、請求項４５に記載の音響変換器。
前記カバー部材および前記振動板に操作可能に接続された機械的バネを含む、請求項４５に記載の音響変換器。
前記振動板および前記カバー部材は、同時発生の開口部を含み、該振動板を通って、低周波圧を均等化させる経路を提供する、請求項４５に記載の音響変換器。
複数の同時発生の開口部を含む、請求項４５に記載の音響変換器。
前記カバー部材は、開口部（単数および複数）を有する支持構造を含み、前記振動板を通って、低周波圧を均等化させる経路を提供する、請求項４５に記載の音響変換器。
前記カバー部材は、前記変換器がバイアスされる場合、前記振動板を支持する支持構造を含む、請求項４５に記載の音響変換器。
前記振動板および前記カバー部材は、フォトリソグラフィ技術を用いてシリコンウェハ上に製造される、請求項４５に記載の音響変換器。
前記振動板および前記カバー部材は、炭素ベースポリマー、シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、二酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンカーバイド、ゲルマニウム、窒化ガリウム、炭素、チタン、金、鉄、銅、クロム、タングステン、アルミニウム、白金、パラジウム、ニッケル、タンタル、および、これらの合金からなる一つ以上の材料から製作される、請求項４５に記載の音響変換器。
基板と、
平坦な表面および支持構造を有するカバー部材と、
該カバー部材と該基板との間に置かれた振動板であって、該振動板は、該カバー部材の該平坦な表面に対して平行な面内で横方向に自由に移動可能であり、変換器がバイアスされる場合、該支持構造は、該振動板の周囲と係合し、該振動板と該カバー部材との間隔を維持する、振動板と
を含む、音響変換器。
前記カバー部材は、複数のくぼみを含む、請求項５９に記載の変換器。
前記支持構造は、連続的である、請求項５９に記載の変換器。
前記支持構造は、複数のバンパを含む、請求項５９に記載の変換器。
基板と、
平坦な表面および支持構造を有するカバー部材と、
振動板と、
該振動板を自身の平面内で自由に移動可能にさせるために、該基板から該振動板を懸架する手段であって、該支持構造は、変換器がバイアスされるとき、該振動板の周囲と係合し、該振動板と該カバー部材との間隔を維持する、手段と
を含む音響変換器。
前記懸架する手段は、高コンプライアンスのバネを含む、請求項６３に記載の変換器。
前記支持構造は、連続的である、請求項６３に記載の変換器。
前記支持構造は、複数のバンパを含む、請求項６３に記載の変換器。