JP2010109416A

JP2010109416A - 圧力トランスデューサおよび圧力トランスデューサの製造方法

Info

Publication number: JP2010109416A
Application number: JP2008276488A
Authority: JP
Inventors: Toshinao Suzuki; 利尚鈴木; Seiji Hiraide; 誠治平出; Tamito Suzuki; 民人鈴木
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2008-10-28
Filing date: 2008-10-28
Publication date: 2010-05-13

Abstract

【課題】寄生容量を抑制しつつダイヤフラムとプレートの間の空隙層への異物の進入を防止する。
【解決手段】カバー１６１とプレート１６２の間に形成されているスリットＳを介してカバーとプレートとが絶縁されているためカバーとダイヤフラム１２３ａ・１２３ｃとの間に寄生容量は発生しない。そしてプレートの対向部とともに一対の対向電極を形成するダイヤフラムの受圧部１２３ａから突出するバンド１２３ｃはカバーによって覆われ、カバーとプレートの間の空隙はスリットである。したがってプレートによって覆われないダイヤフラムの領域の大部分はカバーによって覆われることになる。このためダイヤフラムとプレートの間の空隙層への異物の進入を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は圧力トランスデューサおよび圧力トランスデューサの製造方法に関し、特にＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）センサとしての微小なコンデンサマイクロホンに関する。

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ＭＥＭＳが知られている。ＭＥＭＳマイクロホンともいわれる微小なコンデンサマイクロホンにおいて、対向電極を構成するダイヤフラムとプレートは薄膜からなるとともに互いに離間した状態で基板上に固定されている。コンデンサマイクロホン等の圧力トランスデューサでは、圧力に応じてダイヤフラムが変形すると、ダイヤフラムとプレート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。

電気学会ＭＳＳ−０１−３４特開平９−５０８７７７米国特許第４７７６０１９号特表２００４−５０６３９４

ＭＥＭＳセンサとしての微小なコンデンサマイクロホンでは、僅かな圧力変動を検知するために、ダイヤフラムの全周を固定せずに切り欠き等をダイヤフラムに形成することがある。しかしながらダイヤフラムに切り欠き等が形成されたこのようなコンデンサマイクロホンでは、通孔が形成されているパッケージ内においてダイの表面にダイヤフラムが露出するため、ダイヤフラムとプレートの間の空隙層に異物が進入するおそれがある。

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、寄生容量を抑制しつつダイヤフラムとプレートの間の空隙層への異物の進入を防止することを目的とする。

（１）上記目的を達成するための圧力トランスデューサは、開口が形成されている基板と、前記基板の前記開口が形成されている面である主面に対して垂直な方向から見て前記開口と重なる対向部と、前記対向部から前記主面に対して平行な方向に突出し突端部が前記基板に対して固定されている複数の突部とが形成されているプレートと、前記開口および前記開口の縁部とを覆い前記対向部とともに１対の対向電極を形成する受圧部と、前記主面に対して平行であって前記主面に対して垂直な方向から見て前記突部と重ならない方向に前記受圧部から突出し可撓性を有し突端部が前記基板に対して固定されている複数のバンドとが形成され、前記受圧部が受ける圧力に応じて前記基板と前記プレートの間において変形するダイヤフラムと、隣り合う前記突部の間に設けられスリットを介して前記プレートから絶縁され前記バンドを覆っている複数のカバーと、前記主面に対して平行な方向において前記バンドの突端部よりも前記受圧部に近い領域において、前記ダイヤフラムから離して前記ダイヤフラムの前記基板と反対側に前記カバーを支持するカバー支持部と、を備える。

本発明によると、カバーとプレートの間に形成されているスリットを介してカバーとプレートとが絶縁されているためカバーとダイヤフラムとの間に寄生容量は発生しない。そ
してプレートの対向部とともに一対の対向電極を形成するダイヤフラムの受圧部から突出するバンドはカバーによって覆われ、カバーとプレートの間の空隙はスリットである。したがってプレートによって覆われないダイヤフラムの領域の大部分はカバーによって覆われることになる。このため本発明によるとダイヤフラムとプレートの間の空隙層への異物の進入を防止することができる。さらに本発明によると、カバー支持部が基板の主面に対して平行な方向においてバンドの突端部よりも受圧部に近い領域においてダイヤフラムの基板と反対側にカバーを支持するため、カバーの対向部に近い領域が変形してダイヤフラムに接触することを防止できる。尚、「基板に対して固定されている」とは、基板に対し
てプレートの突部またはダイヤフラムのバンドを直接結合することを限定的に意味するものではなく、それらが中間物を介して間接的に固定されている状態を含む。

（２）上記目的を達成するための圧力トランスデューサにおいて、前記ダイヤフラム、前記プレートおよび前記カバーはそれぞれ単層の導電膜からなり、前記プレートおよび前記カバーは同一層に位置する前記導電膜からなることが好ましい。

本発明によると層構造が簡素化されるため圧力トランスデューサの製造コストを低減できる。また本発明においてダイヤフラムのバンドはプレートに対向していないため、ダイヤフラムの全体およびカバーの全体がそれぞれ単層の導電膜から形成されていたとしても、ダイヤフラムの固定端であるバンドの突端に対して近傍の振幅が小さい領域において寄生容量が形成されることはない。

（３）上記目的を達成するための圧力トランスデューサにおいて、前記プレートおよび前記カバーには前記プレートと前記ダイヤフラムの間の空隙と前記カバーと前記ダイヤフラムの間の空隙と前記カバー支持部とをエッチングにより自己整合的に形成するためのエッチャントが通る通孔が複数形成されていることが好ましい。

この場合、プレート及びカバーをマスクとして用いる等方性エッチングによってプレートとダイヤフラムの間の空隙とカバーとダイヤフラムの間の空隙とカバー支持部とを自己整合的に形成できる。したがって圧力トランスデューサの製造コストを低減できる。尚、プレートとカバーとに形成される通孔は、エッチャントを通す程度の大きさがあればよいため、圧力トランスデューサの機能を損なう大きさの塵埃などの異物が通らない程度に小さくすることができる。

（４）上記目的を達成するための圧力トランスデューサの製造方法は、前記基板となるウエハの表面に下層絶縁膜を形成し、前記下層絶縁膜の表面に前記ダイヤフラムとなる下層導電膜を形成し、前記下層導電膜の表面に、上層絶縁膜を形成し、前記上層絶縁膜の表面に前記プレート及び前記カバーとなる上層導電膜を形成し、前記開口が形成された前記基板と前記通孔が形成されたプレートと前記通孔が形成された前記カバーとをマスクとして用いる等方性エッチングによって前記下層絶縁膜の一部と前記上層絶縁膜の一部とを除去することにより、前記基板と前記ダイヤフラムの間の空隙と前記ダイヤフラムとプレートの間の空隙とを形成するとともに前記下層絶縁膜および前記上層絶縁膜の残部を含む前記カバー支持部を形成する、ことを含む。

この方法によると、プレートとダイヤフラムの間の空隙とカバーとダイヤフラムの間の空隙とカバー支持部とを自己整合的に形成できるため、圧力トランスデューサの製造コストを低減できる。

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。

（第一実施形態）
１．構成
図１は本発明の圧力トランスデューサの一実施形態であるコンデンサマイクロホンの固体素子部であるセンサダイ１の主要部を示し、図２はその模式的な断面を示し、図３はその積層構造を示している。図１においてハッチングは下層導電膜１２０が形成されている領域を示している。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄはそれぞれ図１に示すＡＡ線、ＢＢ線、ＣＣ線、ＤＤ線の断面に対応している。コンデンサマイクロホンはセンサダイ１と、電源回路および増幅回路を備えた図示しない回路ダイと、これらを収容する空間とセンサダイ１に音波を伝搬する通孔とが形成されている図示しないパッケージとから構成される。

はじめにコンデンサマイクロホンのセンサダイ１を構成している各膜について説明する。
コンデンサマイクロホンのセンサダイ１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などからなる固体素子である。尚、図１から図３において上層導電膜１６０より上の層は示されていない。

基板１００はＰ型単結晶ケイ素（Ｓｉ）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機械的特性を備えていればよい。基板１００の厚さは例えば６２５μｍとする。下層絶縁膜１１０は酸化ケイ素（ＳｉＯ_ｘ）からなる堆積膜である。下層絶縁膜１１０の厚さは例えば１．５〜２．０μｍとする。下層導電膜１２０はリン（Ｐ）などの不純物が全体にドーピングされた多結晶ケイ素からなる堆積膜である。下層導電膜１２０は図１においてハッチングが付された領域に形成されている。下層導電膜１２０の厚さは例えば０．５〜０．７μｍとする。上層絶縁膜１３０は、酸化ケイ素からなる絶縁性の堆積膜である。上層絶縁膜１３０の厚さは例えば４．０〜５．０μｍとする。上層導電膜１６０は、リンなどの不純物が全体にドーピングされた多結晶ケイ素からなる堆積膜である。上層導電膜１６０の厚さは例えば１．０〜２．０μｍとする。

次にコンデンサマイクロホンのセンサダイ１の機械構造について説明する。
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。開口１００ａが形成されている基板１００の面を主面というものとする。バックキャビティＣ１の開口１００ａと反対側の端部は図示しないパッケージによって閉塞される。したがって開口１００ａと反対側の端部からはバックキャビティＣ１に音波が実質的に伝搬しない。基板１００は柔軟なダイヤフラム１２３に対しては実質的に剛体として振る舞う。

ダイヤフラム１２３は、基板１００に比べて十分薄く可撓性を有する下層導電膜１２０からなり、受圧部１２３ａと複数のバンド１２３ｃとを備える。ダイヤフラム１２３は受圧部１２３ａが基板１００の開口１００ａを覆う位置において基板１００の主面に対して平行に固定されている。受圧部１２３ａはおよそ円又は正多角形の形態を有し、基板１００の開口１００ａと開口１００ａの縁部とを覆っている。複数のバンド１２３ｃは受圧部１２３ａから基板１００の主面に対して平行な方向に放射状に伸びている。それぞれのバンド１２３ｃの突端部はハンマーヘッド形に拡幅している。バンド１２３ｃの突端部は下層絶縁膜１１０と上層絶縁膜１３０との間に挟まれ、下層絶縁膜１１０と上層絶縁膜１３０とに結合している。下層絶縁膜１１０は基板１００に結合しているため、バンド１２３ｃの突端部は下層絶縁膜１１０を介して基板１００に間接的に固定されていることになる。以下、バンド１２３ｃの下層絶縁膜１１０にも上層絶縁膜１３０にも接触していない部位を可撓部というものとする。ダイヤフラム１２３は隣り合うバンド１２３ｃの間が切り欠かれ、バンド１２３ｃの突端部のみが固定されているため、外周全体が固定される円又は多角形の形態に比べて変形しやすくなっている。さらにそれぞれのバンド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、バンド１２３ｃ自体の剛性も低くなっている。

基板１００の開口１００ａの縁部とダイヤフラム１２３の受圧部１２３ａとの間には下層絶縁膜１１０の厚さと等しい高さの空隙層Ｃ２が形成されている。空隙層Ｃ２はバックキャビティＣ１の気圧を大気圧と平衡させる通路である。また空隙層Ｃ２は、パッケージの通孔からパッケージ内に進入した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している。ダイヤフラム１２３の基板１００と対向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に付着すること（スティクション）を防止するための突起である。

ダイヤフラム１２３は複数のバンド１２３ｃのうちの１つの突端から伸びるダイヤフラムリード１２３ｄによって図示しない端子に接続されている。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図示しない端子まで伸びている。ダイヤフラム１２３と基板１００とは図示しない回路ダイにおいて短絡しているため（図４Ｂ参照）、ダイヤフラム１２３と基板１００とは同電位である。

プレート１６２は全体が下層導電膜１２０より厚い上層導電膜１６０からなり、対向部１６２ｂと、複数の突部１６２ａとを備える。プレート１６２には、通孔であるプレート孔１６２ｃが多数形成されている。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。対向部１６２ｂは、およそ円又は多角形の形態を有する。対向部１６２ｂはダイヤフラム１２３の受圧部１２３ａに対向し、受圧部１２３ａのほぼ全体を覆っている。複数の突部１６２ａは対向部１６２ｂから基板１００の主面に対して平行な方向に放射状に伸びている。プレート１６２の突部１６２ａとダイヤフラム１２３のバンド１２３ｃとの位置関係は、図１および図３に示すように基板１００の主面に対して垂直な方向から見たときに、突部１６２ａとバンド１２３ｃとが重ならず、突部１６２ａとバンド１２３ｃとが互い違いになり、隣り合う突部１６２ａの間の切り欠きの真下にバンド１２３ｃが位置する関係である。それぞれの突部１６２ａの突端部は、上層絶縁膜１３０からなり島状に形成されているプレート支持部１３１と下層導電膜１２０からなるガード電極１２５ａと下層絶縁膜１１０とを介して基板１００に固定されている。したがって基板１００の主面に対して垂直な方向から見たときに、対向部１６２ｂが基板１００の開口１００ａに重なる位置においてプレート１６２は基板１００の主面に対して平行に固定されている。プレート１６２とダイヤフラム１２３との間にはプレート支持部１３１の厚さと等しい厚さの空隙層Ｃ３が形成されている。基板１００の主面に対して垂直な方向から見たとき、ダイヤフラム１２３の固定端であるバンド１２３ｃの突端部よりも受圧部１２３ａに近い領域であって隣り合うバンド１２３ｃの間の切り欠きと重なる領域に、それぞれのプレート支持部１３１は位置する。これによりプレート１６２の剛性が上がる。プレート１６２のダイヤフラム１２３と対向する面には複数のプレートバンプ１６２ｆが設けられている。プレートバンプ１６２ｆはダイヤフラム１２３がプレート１６２に付着すること（スティクション）を防止する突起である。プレート１６２の突部１６２ａの突端からは突部１６２ａより細いプレートリード１６２ｄが図示しない端子まで伸びている。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。基板１００の主面に対して垂直な方向から見てプレートリード１６２ｄの配線経路は後述するガードリード１２５ｄと重なっている。

図２Ｂに示すように、上層導電膜１６０からなるカバー１６１は、カバー支持部１３２と下層絶縁膜１１０とによって、ダイヤフラム１２３から見て基板１００と反対側に支持されている。またカバー１６１は、図１、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃに示すように、スリットＳによってプレート１６２から分断されている。すなわち上層導電膜１６０からなるプレート１６２とカバー１６１とはスリットＳを介して互いに絶縁されている。カバー１６１の内側の輪郭はプレート１６２の輪郭に沿って形成されている。具体的にはカバー１６１の内縁の複数の突部１６１ａは、プレート１６２の隣り合う突部１６２ａの間においてプレート１６２の対向部１６２ｂに向かって突出している。プレート１６２とカバー１６１との間にあるスリットＳの幅は、異物がプレート１６２とダイヤフラム１２３との間の空隙層Ｃ３に進入しない程度に狭くほぼ一定に設定される。カバー１６１は、周方向の一カ所で分断されており、カバー１６１が分断されている領域をプレートリード１６２ｄが延伸している。

図１、図２Ｂに示すように、カバー１６１の内縁の突部１６１ａは、カバーの対向部１６２ｂに向かって突出し、バンド１２３ｃの可撓部を覆っている。そして図１、図２Ｄに示すように、基板１００の主面に対して平行な方向においてバンド１２３ｃの突端部より受圧部１２３ａに近い領域において、カバー１６１の内縁の突部１６１ａは、カバー支持部１３２の内縁の隣り合う突部１３２ｂによってその両縁部を支持されている。このように、カバー１６１の内縁の複数の突部１６１ａは、外力や応力によって変形することによってダイヤフラム１２３のバンド１２３ｃの可撓部と接触しないように、カバー支持部１３２の内縁の突部１３２ｂによって支持されている。そしてカバー１６１の内縁の複数の突部１６１ａは、基板１００の主面を基準としてダイヤフラム１２３のバンド１２３ｃよりも高い位置に固定されている。ダイヤフラム１２３のバンド１２３ｃとカバー１６１との間の空隙の高さ（基板１００の主面に対して垂直な方向の長さ）ｈはバンド１２３ｃの可撓部の定格範囲内の振幅よりも十分に大きい。

カバー支持部１３２は上層絶縁膜１３０からなる。カバー支持部１３２の内縁の突部１３２ｂは、図２Ｂおよび図２Ｄに示すようにカバー１６１の内縁の複数の突部１６１ａの基板側の面に結合している。図２Ｂおよび図２Ｄに示すように、下層絶縁膜１１０の内縁には、カバー支持部１３２の突部１３２ｂに対応する突部１１０ａが形成されており、カバー支持部１３２の内縁の複数の突部１３２ｂはそれぞれ下層絶縁膜１１０の内縁の突部１１０ａを間に挟んで基板１００に固定されている。すなわちバンド１２３ｃの可撓部を覆っているカバー１６１の内縁の突部１３２ｂはカバー支持部１３２の内縁の突部１３２ｂと下層絶縁膜１１０の内縁の突部１１０ａとからなる２層構造の壁によって基板１００上に支持されている。また下層絶縁膜１１０により支持されているバンド１２３ｃを覆うためのカバー１６１は、その下層絶縁膜１１０とその上の上層絶縁膜１３０とで支持されている。

カバー支持部１３２の内縁の複数の突部１３２ｂと下層絶縁膜１１０の内縁の突部１１０ａとによって構成されている２層構造の壁とカバー１６１の内縁の突部１６１ａと基板１００とで囲まれた空隙は、ダイヤフラム１２３の受圧部１２３ａの近傍において開口しているおよそ直方体の横穴となっている。ダイヤフラム１２３のバンド１２３ｃの突端部はこの横穴の開口側から見て横穴の壁の最も奥の部分に固定されている。すなわち前述したとおり、バンド１２３ｃの突端部は、カバー支持部１３２を構成している上層絶縁膜１３０と、下層絶縁膜１１０との間に挟まれることによって固定されている。バンド１２３ｃの可撓部は、図２Ｄに示すように、このような横穴に収容され、カバー支持部１３２の内縁の突部１３２ｂと下層絶縁膜１１０の内縁の突部１１０ａとによって構成されている２層構造の壁と、カバー１６１の内縁の突部１６１ａと、基板１００とによって囲まれている。また図２Ｄに示すように、バンド１２３ｃの可撓部は、カバー支持部１３２の内縁の複数の突部１３２ｂと下層絶縁膜１１０の内縁の突部１１０ａとによって構成されている２層構造の壁からも、カバー１６１の内縁の突部１６１ａからも、基板１００からも離れている。

カバー支持部１３２の内縁の隣り合う突部１３２ｂの間の空隙は、カバー１６１に形成されているカバー孔１６１ｃから供給されるエッチャントによる上層絶縁膜１３０のエッチングにより自己整合的に形成される。すなわちカバー支持部１３２の内縁の複数の突部１３２ｂの間の空隙は、カバー孔１６１ｃの形状と配列とによって確定する。下層絶縁膜１１０の内縁の突部１１０ａの間の空隙はダイヤフラム１２３のバンド１２３ｃに形成されているダイヤフラム孔１２３ｂから供給されるエッチャントによる下層絶縁膜１１０のエッチングにより自己整合的に形成される。すなわち下層絶縁膜１１０の内縁の突部１１０ａの間の空隙、ダイヤフラム孔１２３ｂの形状と配列とによって確定する。

カバー孔１６１ｃの形状と配列の一例を図２２に示す。図２２はプレートを外した状態でダイヤフラム１２３に対して垂直な方向からセンサダイ１を見た平面図である。カバー孔１６１ｃはバンド１２３ｃの可撓部と受圧部１２３ａとに対向する領域に分布している。カバー孔１６１ｃの中心間距離はほぼ均一である。受圧部１２３ａと対向するカバー１６１の内縁の突部１６１ａの突端近傍においては、カバー孔１６１ｃはカバー１６１のほぼ全域に分布している。カバー１６１の内縁の突部１６１ａの突端から基端に向かって、突部１６１ａの幅（周方向の長さ）よりもカバー孔１６１ｃの分布幅が狭くなっている。そしてカバー１６１の内縁の突部１６１ａにおいてカバー孔１６１ｃが分布していない範囲にカバー支持部１３２の内縁の突部１３２ｂが形成される。カバー１６１の内縁の突部１６１ａにおいてカバー孔１６１ｃの分布幅はバンド１２３ｃの可撓部の幅より広い。このためバンド１２３ｃの可撓部とカバー支持部１３２との間に十分な空隙が形成される。

ダイヤフラム孔１２３ｂの形状と配列の一例を図２３に示す。図２３はプレートおよびカバーが外されたセンサダイ１をダイヤフラム１２３に対して垂直な方向から見た平面図である。ダイヤフラム孔１２３ｂはバンド１２３ｃの可撓部の全体に分布している。ダイヤフラム孔１２３ｂの中心間距離はほぼ均一である。
以上、コンデンサマイクロホンのセンサダイ１の機械構造について説明した。

２．作用
図４Ｂは回路ダイとセンサダイ１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には回路ダイ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。

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とスリットＳとカバー孔１６１ｃとを通ってダイヤフラム１２３に伝搬する。プレート１６２には両面から同位相の音波が伝搬するためプレート１６２は実質的に振動しない。ダイヤフラム１２３に伝搬した音波はプレート１６２および基板１００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ダイのアンプＡに入力されて増幅される。

カバー１６１とプレート１６２とはスリットＳによって電気的に切り離されており、カバー１６１は電気的に浮いているため、対向しているカバー１６１とダイヤフラム１２３のバンド１２３ｃとによって寄生容量は形成されない。

基板１００とダイヤフラム１２３とが短絡されているため、図２Ａに示すガード電極１２５ａが存在しなければ、図４Ａに示すよう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４Ｂに示すようにアンプＡの出力端をガード電極１２５ａ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。すなわち図２Ａに示すように、基板１００の主面に対して垂直な方向から見てプレート１６２と基板１００とが重なる領域において上層絶縁膜１３０からなるプレート支持部１３１と下層絶縁膜１１０との間にダイヤフラム１２３から絶縁されたガード電極１２５ａを設け、ガード電極１２５ａをガードコネクタ１２５ｂ、ガードリング１２５ｃおよびガードリード１２５ｄを介してアンプＡの出力端に接続することにより、プレート１６２と基板１００とが重なる領域における寄生容量を低減できる。さらに、図１および図３に示すようにプレート１６２から伸びるプレートリード１６２ｄと対向する領域にガードリード１２５ｄを配線すれば、プレートリード１６２ｄと基板１００とによっても寄生容量は形成されない。

コンデンサマイクロホンは電話機、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータなどの様々な電子機器に搭載することができる。電子機器の筐体にはコンデンサマイクロホンに音波を伝搬するための通孔が必要である。したがって電子機器の筐体に形成された通孔とコンデンサマイクロホンのパッケージに形成された通孔とを通じてコンデンサマイクロホンのパッケージ内に塵埃が進入するおそれがある。しかし本実施形態によると、塵埃は、ダイヤフラム１２３とプレート１６２との間の空隙Ｃ３に進入する前にスリットＳ、プレート孔１６２ｃ、カバー孔１６１ｃのいずれかを通過することになる。スリットＳの幅、プレート孔１６２ｃの直径、カバー孔１６１ｃの直径はエッチャントが通る範囲で狭くすることができる。したがって本実施形態によるとダイヤフラム１２３とプレート１６２の間の空隙層Ｃ３またはダイヤフラム１２３と基板１００との間の空隙層Ｃ２への異物の進入を防止できる。そしてプレート１６２の対向部１６２ｂに向かって突出しダイヤフラム１２３のバンド１２３ｃを覆っているカバー１６１の部分は、カバー支持部１３２の突部１３２ｂによってプレート１６２の対向部１６２ｂに近い領域において支持されることにより、変形しにくくなっている。したがって、ダイヤフラム１２３のバンド１２３ｃを覆っているカバー１６１の部分がダイヤフラム１２３に接触することが防止される。

３．製造方法
次に、図５から図２１に基づいてコンデンサマイクロホンの製造方法を説明する。図５から図２１は図１に示すＥＥ線の断面に対応している。
まず図５に示す工程において、基板１００の表面全体に酸化ケイ素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を形成するための型１１０ｂ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ケイ素の堆積膜である下層導電膜１２０を形成する。このとき、型１１０ｂに対応した位置にダイヤフラムバンプ１２３ｆが形成される。さらに、フォトレジストマスクを用いて下層導電膜１２０を所定形状になるように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などを形成する。

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の表面全体に酸化ケイ素からなる上層絶縁膜１３０を形成する。さらに、プレートバンプ１６２ｆを形成するための型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。

続く図７に示す工程では、上層絶縁膜１３０の表面上に多結晶ケイ素膜１３５とこれを覆う窒化ケイ素膜１３６とからなるプレートバンプ１６２ｆを形成する。

続いて図８に示す工程では、上層絶縁膜１３０の表面と窒化ケイ素膜１３６の表面にＣＶＤ法などを用いて多結晶ケイ素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とカバー１６１とを形成する。このときプレート１６２とカバー１６１とはスリットＳにより分離される。なおこの工程ではプレート孔１６２ｃは形成されない。

続いて図９に示す工程では、通孔Ｈ１、Ｈ３、Ｈ４が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下層絶縁膜１１０と上層絶縁膜１３０とに形成される。通孔Ｈ１、Ｈ３、Ｈ４は、ダイヤフラムリード１２３ｄ、ガードリード１２５ｄ、基板１００をそれぞれ露出させる。

続いて図１０に示す工程では、酸化ケイ素からなる表層絶縁膜１７０がプラズマＣＶＤ法によって上層絶縁膜１３０の表面全体と上層導電膜１６０の表面全体と通孔Ｈ１、Ｈ３、Ｈ４の内側とに形成される。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の通孔Ｈ１、Ｈ３、Ｈ４の底に形成された部分を除去し、コンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４を表層絶縁膜１７０に形成する。その結果、ダイヤフラムリード１２３ｄ、プレートリード１６２ｄ、ガードリード１２５ｄおよび基板１００が露出する。

続いて図１１に示すようにコンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４のそれぞれを覆うとともにダイヤフラムリード１２３ｄ、プレートリード１６２ｄ、ガードリード１２５ｄおよび基板１００に接合されるＡｌＳｉからなる導電膜を表層絶縁膜１７０の表面全体にスパッタ法により形成する。さらにコンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４を覆う部分を残してＡｌＳｉの導電膜を部分的に除去するためにフォトレジストマスクを用いたエッチングを施すと、ＡｌＳｉの導電膜からなるパッド１８０が形成される。

続いて図１２に示すように、パッド１８０の側面を保護するための窒化ケイ素からなるパッド保護膜１９０が低応力プラズマＣＶＤ法により表層絶縁膜１７０の表面とパッド１８０の表面とに形成される。

続いて図１３に示すように、それぞれのパッド１８０の縁部上の領域とそれぞれのパッド１８０の周囲の領域とだけを残してパッド保護膜１９０をフォトレジストマスクを用いたドライエッチングにより部分的に除去する。

続いて図１４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およびカバー孔１６１ｃに対応する通孔が表層絶縁膜１７０に形成される。次に、通孔が形成された表層絶縁膜１７０を上層導電膜１６０のエッチング用マスクとして上層導電膜１６０にプレート孔１６２ｃおよびカバー孔１６１ｃを形成する。

続いて図１５に示す工程では、表層絶縁膜１７０の表面全体とパッド１８０の表面全体とパッド保護膜１９０の表面全体とに酸化ケイ素からなるメッキ保護膜２００を形成する。次にフォトレジストマスクを用いたエッチングによりメッキ保護膜２００をパターニングし、表層絶縁膜１７０とパッド保護膜１９０とを覆う部分を残しつつ、パッド１８０の表面中央部を露出させる。

続いて図１６に示す工程では、メッキ保護膜２００の通孔から露出しているパッド１８０の表面にニッケル（Ｎｉ）からなるバンプ膜２１０を無電解メッキ法にて形成する。さらにバンプ膜２１０の表面に金（Ａｕ）からなるバンプ保護膜２２０を形成する。次に基板１００の裏面を研削し、基板１００の厚さを所定の寸法にする。

続いて図１７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、メッキ保護膜２００と表層絶縁膜１７０とにカバー１６１が露出する環状の通孔Ｈ５を形成する。

続いて図１８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。

続いて図１９に示す工程では、基板深掘りエッチング（Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ；所謂ボッシュプロセス）により基板１００にバックキャビティＣ１に対応する通孔を形成する。このとき下層絶縁膜１１０がエッチングストッパとなる。

続いて図２０および図２１に示すように、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、フォトレジストマスクＲ２の通孔Ｈ６から露出しているメッキ保護膜２００および表層絶縁膜１７０を除去し、さらに上層絶縁膜１３０の一部を除去してカバー支持部１３２、プレート支持部１３１および空隙層Ｃ３を形成し、同時にバックキャビティＣ１から下層絶縁膜１１０の一部を除去してダイヤフラム１２３と基板１００との間に空隙層Ｃ２を形成する。上層絶縁膜１３０の輪郭はプレート１６２およびカバー１６１によって自己整合的に形成され、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とによって自己整合的に形成される。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支持部１３１およびカバー支持部１３２となる。すなわち図８に示す工程において形成されたスリットＳと図１４に示す工程において形成されたプレート孔１６２ｃおよびカバー孔１６１ｃは、空隙層Ｃ３とプレート支持部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として機能する。したがってプレート孔１６２ｃはプレート支持部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はプレート支持部１３１との接合領域とその周辺をのぞく対向部１６２ｂおよび突部１６２ａのほぼ全域にわたってほぼ等間隔に配列され、カバー孔１６１ｃはプレート１６２の対向部１６２ｂに向かって突出している部分の幅方向中央部にほぼ等間隔に配列されている。

ダイヤフラム１２３のバンド１２３ｃの近傍において上層絶縁膜１３０と下層絶縁膜１１０がエッチングされる過程を図２２Ａから図２２Ｅに詳細に示す。エッチャントであるＢＨＦは図２８Ａに示すようにカバー孔１６１ｃとスリットＳのそれぞれに埋まっているメッキ保護膜２００をエッチングすることによって上層絶縁膜１３０に達する。このときメッキ保護膜２００と同じ酸化ケイ素からなる表層絶縁膜１７０も除去される。続いて上層絶縁膜１３０の表面に達したエッチャントは図２８Ｂに示すようにカバー孔１６１ｃの端部とスリットＳの端部とから等方的に上層絶縁膜１３０をエッチングする。上層絶縁膜１３０のエッチングは上層導電膜１６０と上層絶縁膜１３０との界面と平行な方向にも進行するため、カバー１６１の内縁の突部１６１ａとバンド１２３ｃの可撓部との間からは図２８Ｃに示すように上層絶縁膜１３０が除去される。その結果、カバー１６１の内縁の突部１６１ａは、その両縁部を除いて支持を失う。続いて上層絶縁膜１３０と下層絶縁膜１１０との界面に達したエッチャントは図２８Ｄに示すように上層絶縁膜１３０とともに下層絶縁膜１１０も等方的にエッチングし続ける。このとき、ダイヤフラム孔１２３ｂの端部とバンド１２３ｃの両縁部とからは、上層絶縁膜１３０と下層絶縁膜１１０との界面と平行な方向にもエッチングが進行する。その結果、バンド１２３ｃの可撓部と基板１００との間からは図２８Ｅに示すように下層絶縁膜１１０が除去される。バンド１２３ｃの可撓部の上下両側において上層絶縁膜１３０と下層絶縁膜１１０とが完全に除去されるときに、カバー１６１の内縁の突部１６１ａの両縁部の直下においてはなお上層絶縁膜１３０と下層絶縁膜１１０とがカバー支持部として残り、バンド１２３ｃの突端部の直下においてはなお下層絶縁膜１１０がダイヤフラム支持部として残るように、スリットＳ及びカバー孔１６１ｃの寸法と配置が設定されている。このように上層絶縁膜１３０と下層絶縁膜１１０とが等方的にエッチングされると、ダイヤフラム１２３はバンド１２３ｃのハンマーヘッド形の突端部が上層絶縁膜１３０と下層絶縁膜１１０とによって挟まれることによって、支持されることになる。

最後にフォトレジストマスクＲ２を除去し、ダイシングするとコンデンサマイクロホンのセンサダイ１が完成する。センサダイ１と図示しない回路ダイ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センサダイ１の端子と回路ダイの端子とパッケージ基板とを電気的に接続し、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が完成する。センサダイ１がパッケージ基板に接着されることにより、基板１００の主面の裏側においてバックキャビティＣ１が閉塞される。

（第二実施形態）
カバー孔１６１ｃの形状と配列の他の一例を図２４に示す。図２４はプレートを外した状態でダイヤフラム１２３に対して垂直な方向からセンサダイ１を見た平面図である。カバー孔１６１ｃはハンマーヘッド形の突端部を含むバンド１２３ｃの全体と受圧部１２３ａとに対向する領域において分布させてもよい。この場合、バンド１２３ｃのハンマーヘッド形の突端部にはダイヤフラム孔１２３ｂが形成されていないため、バンド１２３ｃの突端部は下層絶縁膜１１０（ダイヤフラム支持部）にのみ結合し、バンド１２３ｃの突端部とカバー１６１との間には空隙が形成されることになる。そして図２５に示すように、カバー支持部１３２の内縁はバンド１２３ｃを取り囲む形態となる。図２５はプレートおよびカバーが外されたセンサダイ１をダイヤフラム１２３に対して垂直な方向から見た平面図である。

（第三実施形態）
図２６はプレートを外した状態でダイヤフラム１２３に対して垂直な方向からセンサダイ１を見た平面図である。図２７はプレートおよびカバーが外されたセンサダイ１をダイヤフラム１２３に対して垂直な方向から見た平面図である。
カバー支持部１３２には、図２６、図２７に示すように周辺部１３２ｄから分断されている柱状の部分１３２ｃ（柱部）を形成しても良い。すなわちカバー支持部１３２を互いに分断されている周辺部１３２ｄと複数の柱部１３２ｃとから構成し、カバー１６１の内縁の突部１６１ａは柱部１３２ｃによって支持しても良い。この場合、図２６に示すようにカバー支持部１３２を周辺部１３２ｄと柱部１３２ｃとに分断する領域上にもカバー孔１６１ｃを分布させればよい。

（他の実施形態）
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。たとえばプレート１６２とカバー１６１との間のスリットＳの幅は一定である必要はなく、スリットの幅が一部で広がっていてもよい。また、チャージポンプＣＰ、アンプＡなどの回路ダイに備わる要素をセンサダイ１内に設け、１チップ構造のコンデンサマイクロホンを構成することも可能である。

また、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。

本発明の一実施形態にかかる平面図。本発明の一実施形態にかかる模式的な断面図。本発明の一実施形態にかかる分解斜視図。本発明の一実施形態にかかる回路図。本発明の一実施形態にかかる断面図。本発明の一実施形態にかかる断面図。本発明の一実施形態にかかる断面図。本発明の一実施形態にかかる断面図。本発明の一実施形態にかかる断面図。本発明の一実施形態にかかる断面図。本発明の一実施形態にかかる断面図。本発明の一実施形態にかかる断面図。本発明の一実施形態にかかる断面図。本発明の一実施形態にかかる断面図。本発明の一実施形態にかかる断面図。本発明の一実施形態にかかる断面図。本発明の一実施形態にかかる断面図。本発明の一実施形態にかかる断面図。。本発明の一実施形態にかかる断面図。本発明の一実施形態にかかる断面図。本発明の一実施形態にかかる断面図。本発明の一実施形態にかかる平面図。本発明の一実施形態にかかる平面図。本発明の一実施形態にかかる平面図。本発明の一実施形態にかかる平面図。本発明の一実施形態にかかる平面図。本発明の一実施形態にかかる平面図。図１に示すＤＤ線断面に対応する工程図。

符号の説明

１：センサダイ、１００：基板、１００ａ：開口、１０１：下層絶縁膜、１０３：ガード支持部、１１０：下層絶縁膜、１１０ａ：突部、１２０：下層導電膜、１２３：ダイヤフラム、１２３ａ：受圧部、１２３ｂ：ダイヤフラム孔、１２３ｃ：バンド、１２３ｄ：ダイヤフラムリード、１２３ｆ：ダイヤフラムバンプ、１２５：ガードコネクタ、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、１３０：上層絶縁膜、１３０ａ：型、１３１：プレート支持部、１３２：カバー支持部、１３２ｂ：突部、１３５：多結晶ケイ素膜、１３６：窒化ケイ素膜、１６０：上層導電膜、１６１：カバー、１６１ｃ：カバー孔、１６２：プレート、１６２ａ：突部、１６２ｂ：対向部、１６２ｃ：プレート孔、１６２ｄ：プレートリード、１６２ｆ：プレートバンプ、１７０：表層絶縁膜、１８０：パッド、１９０：パッド保護膜、２００：メッキ保護膜、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：空隙層、Ｃ３：空隙、Ｃ３：空隙層、ＣＨ１：コンタクトホール、ＣＰ：チャージポンプ、Ｈ１：通孔、Ｈ５：通孔、Ｈ６：通孔、Ｒ１：フォトレジストマスク、Ｒ２：フォトレジストマスク、Ｓ：スリット

Claims

開口が形成されている基板と、
前記基板の前記開口が形成されている面である主面に対して垂直な方向から見て前記開口と重なる対向部と、前記対向部から前記主面に対して平行な方向に突出し突端部が前記基板に対して固定されている複数の突部とが形成されているプレートと、
前記開口および前記開口の縁部とを覆い前記対向部とともに１対の対向電極を形成する受圧部と、前記主面に対して平行であって前記主面に対して垂直な方向から見て前記突部と重ならない方向に前記受圧部から突出し可撓性を有し突端部が前記基板に対して固定されている複数のバンドとが形成され、前記受圧部が受ける圧力に応じて前記基板と前記プレートの間において変形するダイヤフラムと、
隣り合う前記突部の間に設けられスリットを介して前記プレートから絶縁され前記バンドを覆っている複数のカバーと、
前記主面に対して平行な方向において前記バンドの突端部よりも前記受圧部に近い領域において、前記ダイヤフラムから離して前記ダイヤフラムの前記基板と反対側に前記カバーを支持するカバー支持部と、
を備える圧力トランスデューサ。
前記ダイヤフラム、前記プレートおよび前記カバーはそれぞれ単層の導電膜からなり、
前記プレートおよび前記カバーは同一層に位置する前記導電膜からなる、
請求項１に記載の圧力トランスデューサ。
前記プレートおよび前記カバーには前記プレートと前記ダイヤフラムの間の空隙と前記カバーと前記ダイヤフラムの間の空隙と前記カバー支持部とをエッチングにより自己整合的に形成するためのエッチャントが通る通孔が複数形成されている、
請求項２に記載の圧力トランスデューサ。
請求項３に記載の圧力トランスデューサを製造する方法であって、
前記基板となるウエハの表面に下層絶縁膜を形成し、
前記下層絶縁膜の表面に前記ダイヤフラムとなる下層導電膜を形成し、
前記下層導電膜の表面に、上層絶縁膜を形成し、
前記上層絶縁膜の表面に前記プレート及び前記カバーとなる上層導電膜を形成し、
前記開口が形成された前記基板と前記通孔が形成されたプレートと前記通孔が形成された前記カバーとをマスクとして用いる等方性エッチングによって前記下層絶縁膜の一部と前記上層絶縁膜の一部とを除去することにより、前記基板と前記ダイヤフラムの間の空隙と前記ダイヤフラムとプレートの間の空隙とを形成するとともに前記下層絶縁膜および前記上層絶縁膜の残部を含む前記カバー支持部を形成する、
ことを含む圧力トランスデューサの製造方法。