JP7219526B2 - トランスデューサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、トランスデューサ装置に関し、特に小型化が可能なトランスデューサ装置に関する。

例えば従来のトランスデューサ装置では、図１４に示すように実装基板１上にトランスデューサ素子２とこのトランスデューサ素子２から出力された信号等を処理する回路素子を備えた電子部品３を実装し、全体を金属製の蓋部４で覆う構造を採用している。一般的にこの電子部品３は、シリコン半導体で形成されている。また蓋部４には、トランスデューサ素子２に音圧等が伝搬するため孔部５が形成されている。

孔部５からトランスデューサ装置内に伝搬する音圧等の変化は、トランスデューサ素子２で容量変化として検知され、電子部品３に形成された回路素子によって所望の信号処理を行い、検知信号が出力される。この検知信号は、実装基板１に形成された貫通電極（図示せず）等を通り、外部端子６から出力されることになる。

このような構造のトランスデューサ装置では、電子部品３の表面は遮光樹脂７で覆われている。これは、回路素子を構成するシリコン半導体のｐｎ接合に光が入射すると、光起電力により回路素子内に不要のリーク電流が発生してしまうためである。

ところで電子部品３を覆う遮光樹脂７は、図１４に示すようにポッティングにより形成されるのが一般的である。その際、滴下する樹脂量のばらつきや、滴下から硬化時までの周囲温度等の影響により形状がばらついてしまう。その結果、実装基板１と蓋部４とで囲まれた音響空間の容積にばらつきが発生してしまう。これは、高感度のトランスデューサ装置の特性変動を招き好ましくない。

また遮光樹脂７が流れ出る領域を確保する必要があり、電子部品３とトランスデューサ素子２とを離間して配置する必要があり、小型化の妨げになっていた。

そこで遮光樹脂のポッティング領域を制限する技術が、例えば特許文献１に開示されている。しかし、特許文献１に開示されている技術を採用するとトランスデューサ素子２や電子部品を搭載する筐体を複雑な形状に加工する必要があり、量産化が難しくなる。

特許第５３７５３１１号公報

従来のトランスデューサ装置では、電子部品３に形成された回路素子の遮光性を維持し、小型化、量産性向上を実現することが困難だった。本発明はこのような問題点を解消し、回路素子の遮光性を維持しつつ、小型化を実現し、量産性に優れたトランスデューサ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本願請求項１に係る発明は、第１の基板に、貫通孔と、該貫通孔上にスペーサーを介して固定電極を含む固定電極膜と可動電極を含む可動電極膜とを対向配置したトランスデューサ素子と、該トランスデューサ素子の信号を処理する回路素子とを備え、前記回路素子の表面に、前記第1の基板内に入射する光の遮蔽膜を配置していることを特徴とする。

本願請求項２に係る発明は、請求項１記載のトランスデューサ装置において、前記第１の基板内の前記回路素子の周囲を取り囲むように、該第１の基板内に入射する光を遮蔽する物質が充填された遮蔽溝を配置していることを特徴とする。

本願請求項３に係る発明は、請求項１または２いずれか記載のトランスデューサ装置において、キャビティが形成された第２の基板を備え、前記キャビティ内に前記トランスデューサ素子と前記回路素子とを収容するように前記第１の基板と前記第２の基板が接合し、前記第１の基板あるいは前記第２の基板の少なくともいずれかの表面に前記トランスデューサ素子あるいは前記回路素子に接続する外部端子が配置されていることを特徴とする。

本願請求項４に係る発明は、請求項３記載のトランスデューサ装置において、前記第１の基板および前記第２の基板は、シリコンからなることを特徴とする。

本発明のトランスデューサ装置は、回路素子に入射する光を遮るため、回路素子表面に遮蔽膜を配置したり、さらに遮蔽物質が充填された溝を回路素子を取り囲むように配置することで、遮光樹脂が流れ出る領域を確保する必要がなくなり、トランスデューサ素子と回路素子との間の寸法を狭くすることで、小型化を実現することができる。

また遮光樹脂の滴下量に起因する音響空間の容積にばらつきが発生せず、高感度のトランスデューサ装置を実現することができる。

さらに遮蔽膜や溝内に遮蔽物質を配置する方法は、通常の半導体装置、特にシリコンからなる半導体装置の製造工程に従い簡便に形成することができ、量産性に優れているという利点もある。

本発明の第１の実施例のトランスデューサ装置の製造方法を説明する図である。 本発明の第１の実施例のトランスデューサ装置の製造方法を説明する図である。 本発明の第１の実施例のトランスデューサ装置の製造方法を説明する図である。 本発明の第１の実施例のトランスデューサ装置の製造方法を説明する図である。 本発明の第１の実施例のトランスデューサ装置の製造方法を説明する図である。 本発明の第１の実施例のトランスデューサ装置の製造方法を説明する図である。 本発明の第２の実施例のトランスデューサ装置の製造方法を説明する図である。 本発明の第２の実施例のトランスデューサ装置の製造方法を説明する図である。 本発明の第２の実施例のトランスデューサ装置の製造方法を説明する図である。 本発明の第２の実施例のトランスデューサ装置の製造方法を説明する図である。 本発明の第２の実施例のトランスデューサ装置の製造方法を説明する図である。 本発明の第３の実施例のトランスデューサ装置の製造方法を説明する図である。 本発明の第４の実施例のトランスデューサ装置の製造方法を説明する図である。 従来のトランスデューサ装置を説明する図である。

本発明のトランスデューサ装置は、第１の基板に形成された回路素子上に遮蔽膜を配置し、あるいは回路素子を取り囲むように形成された溝内に遮蔽物質を充填することで、狭い面積で、回路素子に入射する光を遮断することができる構成としている。以下、製造工程に従い、本発明のトランスデューサ装置について詳細に説明する。

本発明の第１の実施例について、その製造工程に従い説明する。まずシリコン基板からなる第１の基板８を用意する。この第１の基板８には、トランスデューサ素子と回路素子とからなるトランスデューサ装置形成予定領域が複数配置されており、後述する個片化により個々のトランスデューサ装置に分割される構成となっている。以下図面を用いた説明は、１個のトランスデューサ装置形成予定領域を図示するものとする。

各トランスデューサ装置形成予定領域に回路素子９を形成する。一方トランスデューサ装置形成予定領域にトランスデューサ素子を形成するため凹部１０を形成する（図１）。ここで回路素子９を形成する工程の説明は省略するが、回路素子９を形成する工程と、トランスデューサ素子を形成する工程は、いずれかを先に形成したり、あるいは両方同時に形成したり、適宜変更することができる。

凹部１０の表面に薄い酸化膜１１を形成した後、凹部１０底部の酸化膜１１上に導電性のポリシリコン膜からなる可動電極膜１２を形成する。さらに可動電極膜１２上にＵＳＧ（Undoped Silicate Glass）膜からなる犠牲層１３を積層し平坦化する。この犠牲層１３は、後述するように一部を除去することでスペーサーを構成する膜となる。犠牲層１３上には、固定電極となる導電性のポリシリコン膜１４を形成する（図２）。

可動電極膜１２に接続する配線部を形成するため、犠牲層１３の一部を除去して可動電極膜１２の一部を露出させ、全面にシリコン窒化膜１５を形成する（図３）。

音圧等を可動電極膜１２に伝える貫通孔１６を形成するため、通常のフォトリソグラフ法によりシリコン窒化膜１５、固定電極膜１４の一部をエッチング除去し、貫通孔１６内に犠牲層１３を露出させる（図４）。

シリコン窒化膜１５の一部を除去し、可動電極膜１２および固定電極膜１４にそれぞれ接続する導電性ポリシリコンからなる引出電極１７を形成する。この引出電極１７は、トランスデューサ素子の出力信号を回路素子９に入力させるための配線として使用され、さらに回路素子９の引出電極１７ともなる。その後、回路素子９に入射して回路素子９に不要なリーク電流等を生じさせる波長の光を遮断する遮蔽膜１８を形成する。この遮蔽膜１８の構造は周知の構造であり、所望の材料の薄膜を多層形成することで形成することができる（図５）。また例えば、アルミニウム等の金属膜を用いることができ、金属膜を用いる場合には、引出電極１７との間に絶縁膜を形成すれば良い。

第１の基板８の裏面側から酸化膜１１が露出するまで第１の基板８を除去し、バックチャンバー１９（貫通孔に相当）を形成する。その後、可動電極膜１２と固定電極膜１４の間を中空構造とするため、犠牲層１３の一部をエッチング除去することで、エッチングされずに残る犠牲層１３がスペーサーとなる。その結果、図６に示すようにトランスデューサ素子２０が完成する。このような状態の第１の基板を８を個片化すれば、複数のトランスデューサ装置が完成する。

本実施例のトランスデューサ装置は、トランスデューサ素子２０と回路素子９との間の寸法を大きくすることなく回路素子９の表面に遮蔽膜１８を備える構成となっているため、トランスデューサ装置の小型化を実現しながら、回路素子９に不要な光が入射することを防止し、回路素子９を構成するｐｎ接合での光起電力により不要なリーク電流等の発生を抑えることができる。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。第１の実施例同様、まずシリコン基板からなる第１の基板８を用意する。各トランスデューサ装置形成予定領域に回路素子９を形成する。本実施例では、回路素子９を取り囲むように深い凹部２１を形成する。一方トランスデューサ素子形成予定領域にトランスデューサ素子を形成するため凹部１０を形成する。（図１）。

凹部１０および深い凹部２１表面に薄い酸化膜１１を形成した後、深い凹部２１内に、回路素子９に入射して回路素子９に不要なリーク電流等を生じさせる波長の光を遮断する遮蔽膜を積層し、深い凹部２１内に遮蔽物質２２を充填する。一方凹部１０の底部の酸化膜１１上には導電性のポリシリコン膜からなる可動電極膜１２を形成する。さらに可動電極膜１２上にＵＳＧ（Undoped Silicate Glass）膜からなる犠牲層１３を積層し平坦化する。この犠牲層１３は、後述するように一部を除去することでスペーサーを構成する膜となる。犠牲層１３上には、固定電極となる導電性のポリシリコン膜１４を形成する（図８）。

可動電極膜１２に接続する配線部を形成するため、犠牲層１３の一部を除去して可動電極膜１２の一部を露出させ、全面にシリコン窒化膜１５を形成する（図９）。

音圧等を可動電極膜１２に伝える貫通孔１６を形成するため、通常のフォトリソグラフ法によりシリコン窒化膜１５、固定電極膜１４の一部をエッチング除去し、貫通孔１６内に犠牲層１３を露出させる。

シリコン窒化膜１５の一部を除去し、可動電極膜１２および固定電極膜１４にそれぞれ接続する導電性ポリシリコンからなる引出電極１７を形成する。この引出電極１７は、トランスデューサ素子の出力信号を回路素子９に入力させるための配線として使用され、さらに回路素子９の引出電極１７ともなる。その後、回路素子９に入射して回路素子９に不要なリーク電流等を生じさせる波長の光を遮断する遮蔽膜１８を形成する。この遮蔽膜１８の構造は周知の構造であり、所望の材料の薄膜を多層形成することで形成することができる。また例えば、アルミニウム等の金属膜を用いることができ、金属膜を用いる場合には、引出電極１７との間に絶縁膜を形成すれば良い。この遮蔽膜１８と深い凹部２１に充填した遮蔽物質２２によって回路素子９に入射する光が遮蔽されることになる（図１０）。この遮蔽物質２２は、例えば深い凹部２１の側面にアルミニウム等の金属膜を積層することで形成することができる。この場合、必ずしも深い凹部２１内を全て遮蔽物質２２で充填する必要はなく、回路素子９に入射して不要なリーク電流等を発生させる波長の光を遮断できれば良い。

第１の基板８の裏面側から酸化膜１１が露出するまで第１の基板８を除去し、バックチャンバー１９（貫通孔に相当）を形成する。その後、可動電極膜１２と固定電極膜１４の間を中空構造とするため、犠牲層１３の一部をエッチング除去することで、エッチングされずに残る犠牲層１３がスペーサーとなる。その結果、図１１に示すようにトランスデューサ素子２０が完成する。このような状態の第１の基板を８を個片化すれば、複数のトランスデューサ装置が完成する。

本実施例のトランスデューサ装置は、回路素子９の表面に遮蔽膜１８を備え、さらに回路素子９の周囲を取り囲むように遮蔽物質２２が配置する構成となっているため、回路素子９に不要な光が入射することを防止し、回路素子９を構成するｐｎ接合での光起電力による不要なリーク電流等の発生を抑えることができる。

次に第３の実施例について説明する。上記第１の実施例及び第２の実施例では、トランスデューサ装置のパッケージングについて言及していない。本実施例では、トランスデューサ装置のパッケージング構造について説明する。上述の第１の実施例で説明したトランスデューサ素子２０と回路素子９を完成させた第１の基板を個片化しない状態（図６）で、別に用意するシリコン基板からなる第２の基板２３と接合させる。第２の基板２３は、図１２に示すようにトランスデューサ素子２０と回路素子９を収容するキャビティ２４を複数備えている。また第２の基板２３には、トランスデューサ素子２０あるいは回路素子９の引出電極１７と接続する外部電極２５もそれぞれ備えている。

第１の基板８と第２の基板２３を接合した後個片化すると、第２の基板２３が蓋部となりパッケージングされたトランスデューサ装置が完成する。なお本実施例では図１２に示すように、第２の基板２３には、図１４で説明した孔部５に相当する孔部が形成されていないので、バックチャンバーとして形成した孔部１９ａ（貫通孔に相当）が孔部５に相当するアコースティックポートとして機能することになる。

本実施例のトランスデューサ装置は、遮蔽膜１８の構成により小型化が実現できるとともに、第２の基板２３を接合して個片化するという通常の半導体装置に製造工程のみで、複数のトランスデューサ装置を簡便に形成することができる。ここで使用される第１の基板８及び第２の基板２３は、薄型化が可能であり、完成したトランスデューサ装置は、低背化が実現できることになる。

次に第４の実施例について説明する。上記第３の実施例同様、本実施例ではトランスデューサ装置のパッケージング構造について説明する。上述の第２の実施例で説明したトランスデューサ素子２０と回路素子９を完成させた第１の基板８を個片化しない状態（図１１）で、上述のシリコン基板からなる第２の基板２３を接合させる。第２の基板２３は、図１３に示すようにトランスデューサ素子２０と回路素子９を収容するキャビティ２４を備えている。また第２の基板２３には、トランスデューサ素子２０あるいは回路素子９の引出電極１７と接続する外部電極２５を備えている。

第１の基板８と第２の基板２３を接合した後個片化すると、第２の基板２３が蓋部となるパッケージングされたトランスデューサ装置が完成する。本実施例においても図１３に示すように、第２の基板２３には、図１４で説明した孔部５に相当する孔部が形成されていないので、バックチャンバーとして形成した孔部１９ａ（貫通孔に相当）が孔部５に相当するアコースティックポートとして機能することになる。

本実施例のトランスデューサ装置は、遮蔽膜１８および遮蔽物質２２の構成により小型化が実現できるとともに、第２の基板２３を接合して個片化するという通常の半導体装置に製造工程のみで、複数のトランスデューサ装置を簡便に形成することができる。ここで使用される第１の基板８及び第２の基板２３は、薄型化が可能であり、完成したトランスデューサ装置は、低背化が実現できることになる。

以上本発明の実施例について説明したが本発明は上記実施例に限定されるものでないことは言うまでもない。例えば、トランスデューサ素子２０や回路素子９の製造方法は、上記実施例に限定されない。遮蔽膜の形成、あるいは遮蔽物資の充填も適宜変更可能である。また第２の基板２３に形成されている外部電極２５の配置等も適宜変更可能である。上記第３の実施例および第４の実施例で説明した第２の基板２３に、従来例の孔部５に相当する孔部を配置することも可能である。

１： 実装基板、２：トランスデューサ素子、３：電子部品、４:蓋部、５:孔部、６：外部端子、７：遮光樹脂、８：第１の基板、９：回路素子、１０：凹部、１１：酸化膜、１２：可動電極膜、１３：犠牲層、１４：固定電極膜、１５：シリコン窒化膜、１６：貫通孔、１７：引出電極、１８：遮蔽膜、１９：バックチャンバー、１９ａ：孔部、２０：トランスデューサ素子、２１：深い凹部、２２：遮蔽物質、２３：第２の基板、２４：キャビティ、２５：外部電極

Claims (4)

1. 第１の基板に、貫通孔と、該貫通孔上にスペーサーを介して固定電極を含む固定電極膜と可動電極を含む可動電極膜とを対向配置したトランスデューサ素子と、該トランスデューサ素子の信号を処理する回路素子とを備え、
   前記回路素子の表面に、前記第1の基板内に入射する光の遮蔽膜を配置していることを特徴とするトランスデューサ装置。
2. 請求項１記載のトランスデューサ装置において、
   前記第１の基板内の前記回路素子の周囲を取り囲むように、該第１の基板内に入射する光を遮蔽する物質が充填された遮蔽溝を配置していることを特徴とするトランスデューサ装置。
3. 請求項１または２いずれか記載のトランスデューサ装置において、
   キャビティが形成された第２の基板を備え、
   前記キャビティ内に前記トランスデューサ素子と前記回路素子とを収容するように前記第１の基板と前記第２の基板が接合し、前記第1の基板あるいは前記第２の基板の少なくともいずれかの表面に前記トランスデューサ素子あるいは前記回路素子に接続する外部端子が配置されていることを特徴とするトランスデューサ装置。
4. 請求項３記載のトランスデューサ装置において、前記第１の基板および前記第２の基板は、シリコンからなることを特徴とするトランスデューサ装置。

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