ダイヤフラム及びその製造方法並びにそのダイヤフラムを有するコンデンサマイクロホン及びその製造方法
【課題】屈曲部を有する強度が高いダイヤフラム及びその製造方法、並びに感度が高くダイヤフラムの強度が高いコンデンサマイクロホン及びその製造方法を提供する。
【解決手段】第一の膜のパターニングによりダイヤフラムの中央部を形成し、前記第一の膜の近端部上に第二の膜を堆積により形成し、前記第二の膜上に第三の膜を堆積により形成し、前記第三の膜を、前記第二の膜上から前記第一の膜の外側に伸びる形状にパターニングすることにより、前記第一の膜と前記第二の膜と前記第三の膜とを含む複層膜からなり前記中央部から前記中央部の外側に屈曲しながら伸びる、前記ダイヤフラムの屈曲部を形成する、ことを含む。
【解決手段】第一の膜のパターニングによりダイヤフラムの中央部を形成し、前記第一の膜の近端部上に第二の膜を堆積により形成し、前記第二の膜上に第三の膜を堆積により形成し、前記第三の膜を、前記第二の膜上から前記第一の膜の外側に伸びる形状にパターニングすることにより、前記第一の膜と前記第二の膜と前記第三の膜とを含む複層膜からなり前記中央部から前記中央部の外側に屈曲しながら伸びる、前記ダイヤフラムの屈曲部を形成する、ことを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はダイヤフラム及びその製造方法並びにそのダイヤフラムを有するコンデンサマイクロホン及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスを応用して製造可能なコンデンサマイクロホンや加速度センサが知られている。コンデンサマイクロホンは、音波によって振動するダイヤフラムとプレートとのそれぞれに電極を有し、プレートとダイヤフラムとは支持部によって互いに離間した状態で支持されている。コンデンサマイクロホンは、ダイヤフラムの変位による容量変化を電気信号に変換して出力する。
【０００３】
特許文献１には、ダイヤフラムの中央部と端部との間に屈曲部を有するコンデンサマイクロホンが開示されている。特許文献１に記載されたコンデンサマイクロホンでは、ダイヤフラムの残留応力を屈曲部の変形で緩和することにより、ダイヤフラムの振幅を増大させて感度を高めようとしている。しかしながら、特許文献１に記載されたダイヤフラムの屈曲部は単一の薄膜で構成されている。一般に、このようなダイヤフラムの屈曲部は犠牲層に形成した段部の表面上に堆積により形成されるため、その膜厚は段部の底面に近づくほど薄くなり、犠牲層の段部の側面上に成長する部分と段部の底面上に成長する部分との間に結晶粒界が形成される。すなわち、このダイヤフラムの強度は屈曲部の段差を大きくするほど低下する。したがって、特許文献１に記載されたコンデンサマイクロホンでは、ダイヤフラムの強度を保ちながら、屈曲部の段差を大きくすることにより感度を高めることができない。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２３１０９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上述の問題を解決するためになされたものであって、屈曲部を有する強度が高いダイヤフラム及びその製造方法、並びに感度が高くダイヤフラムの強度が高いコンデンサマイクロホン及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）上記目的を達成するためのダイヤフラムの製造方法は、第一の膜のパターニングによりダイヤフラムの中央部を形成し、前記第一の膜の近端部上に第二の膜を堆積により形成し、前記第二の膜上に第三の膜を堆積により形成し、前記第三の膜を、前記第二の膜上から前記第一の膜の外側に伸びる形状にパターニングすることにより、前記第一の膜と前記第二の膜と前記第三の膜とを含む複層膜からなり前記中央部から前記中央部の外側に屈曲しながら伸びる、前記ダイヤフラムの屈曲部を形成する、ことを含む。
ダイヤフラム中央部を構成する第一の膜の近端部上に第二の膜を形成し、第二の膜上から第一の膜の外側に伸びる第三の膜を形成することにより、第一の膜から第三の膜を屈曲させることなく、ダイヤフラム中央部の外側に屈曲部を形成することができる。したがって、ダイヤフラムの屈曲部に結晶粒界が形成されることはない。また、第一の膜から第三の膜を含む複層膜からなる屈曲部の段差は、例えば第二の膜の膜厚で制御することができる。すなわち、ダイヤフラムの強度を保ちながら、ダイヤフラム中央部の外側に要求される段差の屈曲部を形成することができる。ここで強度とは、構造物の破壊に対する耐性を示し、強度が高いとは外力により破壊されにくいことを意味し、強度が低いとは外力により破壊されやすいことを意味する。また近端部とは端に近い部分を意味する。
【０００７】
（２）上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンの製造方法は、固定電極を有するプレートと、可動電極を有する中央部と前記中央部から屈曲しながら外側に伸びる屈曲部とを有し、音波によって振動するダイヤフラムと、前記固定電極と前記可動電極との間に空隙を形成しながら、前記プレートと前記ダイヤフラムの前記屈曲部より外側とを支持している支持部と、を備えるコンデンサマイクロホンの製造方法であって、第一の膜のパターニングにより前記ダイヤフラムの前記中央部を形成し、前記第一の膜の近端部上に第二の膜を堆積により形成し、前記第二の膜上に第三の膜を堆積により形成し、前記第三の膜を、前記第二の膜上から前記第一の膜の外側に伸びる形状にパターニングすることにより、前記第一の膜と前記第二の膜と前記第三の膜とを含む複層膜からなる、前記ダイヤフラムの前記屈曲部を形成する、ことを含む。
ダイヤフラム中央部を構成する第一の膜の近端部上に第二の膜を形成し、第二の膜上から第一の膜の外側に伸びる第三の膜を形成することにより、要求される段差の屈曲部を有する強度の高いダイヤフラムを形成することができる。このようにしてダイヤフラムの支持部に固定されている端部と中央部との間に形成された屈曲部は、ダイヤフラム中央部の残留応力によって変形することでダイヤフラム中央部の残留応力を緩和したり、音波によって大きく変形することにより、中央部の音波による振動の振幅を増大させる。すなわち、感度が高くダイヤフラムの強度が高いコンデンサマイクロホンを製造することができる。
【０００８】
（３）上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンの製造方法は、前記第三の膜のパターニングにより前記プレートを形成する、ことを含んでもよい。
プレートを構成する第三の膜とダイヤフラムの屈曲部を構成する第三の膜とを同一の工程で形成することができるため、コンデンサマイクロホンの製造工程を簡素化することができる。
【０００９】
（４）上記目的を達成するためのダイヤフラムは、中央部と、前記中央部を構成する第一の膜と、前記第一の膜の近端部上に形成されている第二の膜と、前記第二の膜上から前記第一の膜の外側に伸びる第三の膜とを含む複層膜からなり、前記中央部から前記中央部の外側に屈曲しながら伸びる屈曲部と、を備える。
【００１０】
（５）上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンは、固定電極を有するプレートと、可動電極を有する中央部と、前記中央部を構成する第一の膜と前記第一の膜の近端部上に形成されている第二の膜と前記第二の膜上から前記第一の膜の外側に伸びる第三の膜とを含む複層膜からなり前記中央部から屈曲しながら外側に伸びる屈曲部とを有し、音波によって振動するダイヤフラムと、前記固定電極と前記可動電極との間に空隙を形成しながら、前記プレートと前記ダイヤフラムの前記屈曲部より外側とを支持している支持部と、を備える。
ダイヤフラムは屈曲部を有し、屈曲部より外側で支持部に支持されている。このような構造を有するコンデンサマイクロホンでは、ダイヤフラムの屈曲部が中央部の残留応力によって変形することでダイヤフラム中央部の残留応力を緩和したり、ダイヤフラムの屈曲部が音波によって大きく変形することでダイヤフラム中央部の音波による振幅を増大させることができる。また、ダイヤフラムの屈曲部は複層膜で構成されているため、屈曲部に結晶粒界が形成されることはなく、屈曲部の強度は高い。すわなち、本発明によるコンデンサマイクロホンは感度が高く、ダイヤフラムの強度も高い。
【００１１】
尚、本明細書において、「・・・上に形成する」とは、技術上の阻害要因がない限りにおいて、「・・・上に直に形成する」と、「・・・上に中間物を介して形成する」の両方を含む意味とする。
また、請求項に記載された製造方法の各工程の順序は、技術上の阻害要因がない限り、記載順に限定されるものではなく、どのような順番で行われてもよく、また同時に行われてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、複数の実施例に基づいて本発明の実施の形態を説明する。各実施例において同一の符号が付された構成要素は、その符号が付された他の実施例の構成要素と対応する。
（第一実施例）
図１と図２は、本発明の第一実施例によるコンデンサマイクロホンの構成を示す模式図である。図２は本発明の第一実施例によるコンデンサマイクロホンの平面図であり、図１（Ａ）は図２のＡ１−Ａ１線による断面図であり、図１（Ｂ）は図２のＢ１−Ｂ１線による断面図である。本発明の第一実施例によるコンデンサマイクロホン１は、半導体製造プロセスを用いて製造される所謂シリコンマイクロホンである。コンデンサマイクロホン１は、図１（Ａ）、（Ｂ）に断面図として描かれた感音部と、図１（Ａ）に回路図として描かれた検出部とを備えている。以下、感音部の構成、検出部の構成、コンデンサマイクロホン１の製造方法の順に説明する。
【００１３】
（感音部の構成）
図１に示すように、コンデンサマイクロホン１の感音部は、ダイヤフラム１０、バックプレート３０、支持部４０等を有している。
ダイヤフラム１０は両持ち梁状に支持部４０に支持されている（図２参照）。ダイヤフラム１０の中央部１２は導電膜１２１の絶縁膜１３１に固着していない部分で構成され、その外側の屈曲部１４は導電膜１２１の絶縁膜１３１に固着している部分と、導電膜１２２の絶縁膜１１１に固着していない部分と、絶縁膜１３１と絶縁膜１３２と導電膜１４２との複層膜で構成されている（図１（Ｂ）参照）。ダイヤフラム１０の中央部１２を構成する導電膜１２１は可動電極として機能する。導電膜１２１と導電膜１２２と導電膜１４２は、例えば多結晶シリコン（以下、ポリシリコンという。）等の半導体膜である。絶縁膜１３１と絶縁膜１３２は例えばＳｉＯ2等の酸化膜である。導電膜１２１及び導電膜１２２が請求項に記載の「第一の膜」に相当し、絶縁膜１３１及び絶縁膜１３２が「第二の膜」に相当し、導電膜１４２が「第三の膜」に相当する。
【００１４】
尚、第一の膜から第三の膜はそれぞれ単層膜からなるものと説明したが、第一の膜から第三の膜はそれぞれ複層膜でもよい。また、ダイヤフラム１０の中央部１２は、絶縁膜と少なくともその中央部に形成された可動電極としての導電膜とで構成してもよい。また、絶縁膜１３１によって形成される段部と絶縁膜１３２によって形成される段部とを有する屈曲部１４を例示したが、屈曲部は少なくとも一カ所以上の段部を有していればよい。また、絶縁膜は導電膜と同形状でなくてもよい。
【００１５】
プレートとしてのバックプレート３０は、導電膜１４１の絶縁膜１３３に固着していない部分で構成されている（図１（Ａ）参照）。導電膜１４１は例えばポリシリコン等の半導体膜である。バックプレート３０は、両持ち梁状に支持部４０に支持されてダイヤフラム１０の中央部１２と立体交差している。このようにバックプレート３０をダイヤフラム１０の音波によって大きく変位する中央部１２とのみ対向させることにより、ダイヤフラム１０とバックプレート３０とにより形成されるコンデンサ（以下、マイクコンデンサという。）の音波によって変化しない容量成分を低減することができる。バックプレート３０には複数の通孔３２が形成されている（図２参照）。この結果、音源からの音波は通孔３２を通過してダイヤフラム１０に伝搬される。導電性のバックプレート３０は固定電極として機能する。
【００１６】
支持部４０は、導電膜１４１の絶縁膜１３３に固着している部分と、導電膜１２２の絶縁膜１１１及び絶縁膜１３３に固着している部分と、絶縁膜１３３と導電膜１２３と絶縁膜１１１と基板１００とで構成されている。絶縁膜１１１と絶縁膜１３３は例えばＳｉＯ2等の酸化膜であり、導電膜１２３は例えばポリシリコン等の半導体膜であり、基板１００は例えば単結晶シリコン基板である。支持部４０には、基板１００と絶縁膜１１１とを貫通する開口部４２が形成されている。開口部４２は、コンデンサマイクロホン１のバックキャビティを構成している。
【００１７】
図２に示す電極６０は、ダイヤフラム１０と検出部とを接続するための電極である。電極６０は導電膜１２２と同一層に形成され、電極６０から導電膜１２２まで伸びる導線１２５と、導電膜１２２と、導電膜１２２から導電膜１２１まで伸びる導線１２４とを介して導電膜１２１に接続されている（図４（Ａ２）参照）。電極６１は、バックプレート３０と検出部とを接続するための電極である。電極６１は、電極６１から導電膜１４１まで伸びる導線１４３を介して導電膜１４１に接続されている。
【００１８】
電極６２は、電極６２から導電膜１２３に伸びる導線１２６を介して導電膜１２３に接続されている（図４（Ａ２）参照）。導電膜１２３は他の導電膜と電気的に絶縁されて、バックプレート３０を構成する導電膜１４１と基板１００との間に形成されている。電極６２に検出部の出力電圧と同一電圧を印加することにより、導電膜１２３をガード電極として用いることができる。詳細は後述する。
【００１９】
尚、コンデンサマイクロホン１は、ダイヤフラム１０がバックプレート３０よりも音源側に位置し、ダイヤフラム１０に直接音波が伝搬するように構成してもよい。この場合、バックプレート３０の通孔３２は、ダイヤフラム１０とバックプレート３０の間に形成されている空隙５０と、バックキャビティとを連通させる通路として機能する。
【００２０】
（検出部の構成）
図１（Ａ）に示すように、ダイヤフラム１０はバイアス電源回路１０００に接続され、バックプレート３０は抵抗１００２を介してグランドに接続されている。そしてバックプレート３０はプリアンプ１０１０にも接続されている。コンデンサマイクロホン１の検出部はバックプレート３０とグランドとの間の電圧に相関する信号をプリアンプ１０１０から出力する。
【００２１】
具体的には例えば、バイアス電源回路１０００の出力端に接続されているリード線１００４が電極６０と基板１００とに接続され、抵抗１００２の一端に接続されているリード線１００６が電極６１に接続され、抵抗１００２の他端に接続されているリード線１００８がコンデンサマイクロホン１の実装基板のグランドに接続されている。抵抗１００２としては抵抗値が大きなものを使用する。具体的には抵抗１００２はＧルオーダーの電気抵抗を有するものが望ましい。バックプレート３０と抵抗１００２とを接続しているリード線１００６はプリアンプ１０１０の入力端にも接続されている。プリアンプ１０１０としては入力インピーダンスの高いものを使用することが望ましい。
【００２２】
尚、上述したように電極６２に検出部の出力電圧と同一電圧を印加することにより、導電膜１２３をガード電極として用いることができる。ガード電極とは、バックプレート３０を構成する導電膜１４１と基板１００との間に生じる寄生容量を低減するための電極のことである。具体的には例えば、導電膜１２３をガード電極として用いる場合、図１（Ａ）に示すプリアンプ１０１０でボルテージフォロア回路を構成し、プリアンプ１０１０の出力端を電極６２に接続すればよい。バックプレート３０を構成する導電膜１４１と導電膜１２３とを同電位にすることにより、導電膜１４１と導電膜１２３との間に生じる寄生容量を除去することができ、導電膜１４１と基板１００との間に生じる寄生容量を低減することができる。
【００２３】
（コンデンサマイクロホンの作動）
音波がバックプレート３０の通孔３２を通過してダイヤフラム１０に伝搬すると、ダイヤフラム１０は音波によって振動する。ダイヤフラム１０が振動すると、その振動によりバックプレート３０とダイヤフラム１０との間の距離が変化し、ダイヤフラム１０とバックプレート３０とにより形成されるマイクコンデンサの静電容量が変化する。
【００２４】
バックプレート３０は上述したように抵抗値が大きい抵抗１００２に接続されているため、マイクコンデンサの静電容量がダイヤフラム１０の振動により変化したとしても、マイクコンデンサに蓄積されている電荷が抵抗１００２を流れることは殆どない。すなわち、マイクコンデンサに蓄積されている電荷は変化しないものとみなすことができる。したがって、マイクコンデンサの静電容量の変化をバックプレート３０とグランドの間の電圧の変化として取り出すことができる。
【００２５】
このようにしてコンデンサマイクロホン１は、マイクコンデンサの静電容量の極めてわずかな変化を電気信号として出力する。すなわちコンデンサマイクロホン１は、ダイヤフラム１０に加わる音圧の変化をマイクコンデンサの静電容量の変化に変換し、マイクコンデンサの静電容量の変化を電圧の変化に変換することにより、音圧の変化に相関する電気信号を出力する。
【００２６】
上述したようにダイヤフラム１０の屈曲部１４は中央部１２から支持部４０まで屈曲しながら伸びている。この結果、屈曲部１４が中央部１２の残留応力により変形することで中央部１２の残留応力を緩和したり、屈曲部１４が音波によって大きく変形することにより、中央部１２の音波による振動の振幅を増大させることができる。
【００２７】
ところが、ダイヤフラム１０が音波によって振動すると屈曲部１４にはダイヤフラム１０の変形に伴う応力が集中する。したがって、ダイヤフラム１０の屈曲部１４の強度が不足していると、ダイヤフラム１０は屈曲部１４で破損するおそれがある。
【００２８】
そこで、コンデンサマイクロホン１では、上述したようにダイヤフラム１０の屈曲部１４を複層膜で構成している。ダイヤフラム１０の屈曲部１４を複層膜で構成することにより、屈曲部１４を構成する各薄膜を屈曲させることなく、ダイヤフラム１０の中央部１２の外側に屈曲部１４を形成することができる。したがって、ダイヤフラム１０の屈曲部１４に結晶粒界が形成されることはない。また屈曲部１４の段差（図３に示す矢印９０参照）は、例えば第二の膜としての絶縁膜１３１及び絶縁膜１３２の膜厚によって制御することができる。すなわち、ダイヤフラム１０の屈曲部１４を複層膜で構成することにより、ダイヤフラム１０の強度を保ちながら、要求される段差の屈曲部１４を形成することができる。
【００２９】
（コンデンサマイクロホンの製造方法）
図４から図６は、コンデンサマイクロホン１の製造方法を示す模式図である。（Ｂ）は（Ａ）の図４（Ａ１）に示すＢ４−Ｂ４線による断面図であり、（Ｃ）は図４（Ａ１）に示すＣ４−Ｃ４線による断面図である。
【００３０】
はじめに、図４（Ｃ１）に示すように、基板１００上に絶縁膜１１０を形成する。基板１００は、例えば単結晶シリコン基板等の半導体基板である。具体的には、基板１００の表面に例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等で絶縁材料を堆積させることにより、基板１００上に絶縁膜１１０を形成する。
次に、絶縁膜１１０上に導電膜１２０をＣＶＤ等で形成する。導電膜１２０は、例えばポリシリコン膜である。尚、ＳＯＩ基板を用いることにより、本工程は省略可能である。
【００３１】
次に、図４（Ａ２）に示すように、導電膜１２０をパターニングすることにより、導電膜１２１から導電膜１２３と導線１２４及び導線１２５と電極６０及び電極６２とを形成する。導電膜１２１と導電膜１２２は略矩形であり、ダイヤフラム１０の中央部１２を構成する導電膜１２１が屈曲部１４を構成する２つの導電膜１２２の間に位置するように、ダイヤフラム１０の長手方向に配列されている。導電膜１２３は、後述する工程で形成する導電膜１４１と対向させるために、導電膜１４１の形状及び配置に応じて形成されている。
【００３２】
具体的には例えば、導電膜１２０のパターニングは以下のように行う。まず、導電膜１２０の不要な部分を露出させるレジスト膜を導電膜１２０上にリソグラフィを用いて形成する。より具体的には、導電膜１２０にレジストを塗布してレジスト膜を形成する。そして所定形状のマスクを配置してレジスト膜に対して露光現像処理を施し、不要なレジスト膜を除去する。これにより、導電膜１２０の不要な部分を露出させるレジスト膜が導電膜１２０上に形成される。レジスト膜の除去には、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）等のレジスト剥離液を用いる。次に、レジスト膜から露出する導電膜１２０をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等でエッチングすることにより、導電膜１２１から導電膜１２３と導線１２４と導線１２５と電極６０から電極６２とを形成する。そしてレジスト膜を除去する。
【００３３】
次に、図４（Ａ３）に示すように、絶縁膜１１０上に導電膜１２０より厚い絶縁膜１３０をＣＶＤ等で形成する。後述する工程において、導電膜１２１から導電膜１２３、導電膜１４１及び導電膜１４２（図２参照。以下、導電膜という。）に対して絶縁膜１１０及び絶縁膜１３０（以下、絶縁膜という。）を選択的に除去するため、絶縁膜は導電膜に対して選択比の高い材料で形成する。例えば導電膜をポリシリコンで形成する場合は、絶縁膜はＳｉＯ2で形成すればよい。また、絶縁膜を導電膜に対して選択的に除去する工程では、絶縁膜の一部を除去しコンデンサマイクロホン１を構成する絶縁膜を残存させるため、絶縁膜１１０と絶縁膜１３０は同一材料で形成することが望ましい。絶縁膜１１０と絶縁膜１３０を同一材料で形成することにより、両者のエッチングレートを等しくできる。この結果、絶縁膜のエッチング量を容易に制御することが可能となる。
【００３４】
次に、絶縁膜１３０上に導電膜１４０をＣＶＤ等で形成する。例えば導電膜１４０はポリシリコン膜である。
次に、図５（Ｂ４）に示すように、導電膜１４０をパターニングすることにより、バックプレート３０を構成する導電膜１４１と、ダイヤフラム１０の屈曲部１４を構成する導電膜１４２と、電極６１と導線１４３とを形成する（図５（Ｂ４）参照）。導電膜１４１は略矩形であり、その長手方向は導電膜１２１及び導電膜１２２の配列方向と直交し、絶縁膜１３０を介して導電膜１２１と立体交差している。導電膜１４２は略矩形であり、導電膜１２１の導電膜１２２と隣り合う近端部１２１ａ上から、導電膜１２２の導電膜１２１と隣り合う近端部１２２ａ上まで伸びている。
【００３５】
次に、図５（Ａ５）に示すように、支持部４０の開口部４２を構成する開口部１０２を基板１００に形成する。具体的には開口部１０２は、例えば以下に示すように形成する。まず、基板１００の開口部１０２を形成する部位を露出させるレジスト膜をリソグラフィを用いて形成する。次に、基板１００のレジスト膜から露出する部位を絶縁膜１１０に達するまでＤｅｅｐＲＩＥ等で除去することにより、基板１００に開口部１０２を形成する。そしてレジスト膜を除去する。
【００３６】
次に、絶縁膜１１０及び絶縁膜１３０の一部を除去することにより、コンデンサマイクロホン１の各部を形成する（図６（Ｂ７）（Ｃ７）参照）。具体的には例えば、絶縁膜１３３の一部は以下のように除去する。まず、図６（Ａ６）から（Ｃ６）に示すように、絶縁膜１３０上に支持部４０として残存させる部位を覆うレジスト膜１５０を形成する。次に、絶縁膜をウェットエッチングで除去する。例えば絶縁膜１１０及び絶縁膜１３０をＳｉＯ2で形成した場合、エッチング液としてはフッ酸等を用いればよい。
【００３７】
エッチング液は、通孔３２、導電膜１４２に形成されている通孔１４４、導電膜１４１及び導電膜１４２とレジスト膜１５０との間の間隙、基板１００の開口部１０２等から浸入して絶縁膜を溶解させる。例えば、エッチング液が導電膜１２１と導電膜１４１との間の絶縁膜１３０を溶解することによりダイヤフラム１０とバックプレート３０との間の空隙５０が形成され、絶縁膜のレジスト膜１５０及び基板１００に覆われた一部が残存することにより支持部４０が形成される。
【００３８】
このとき、エッチング液が導電膜１２１と導電膜１２２との間の間隙及び導電膜１４２の通孔１４４から浸入して絶縁膜１３０を溶解させ、絶縁膜１３０の導電膜１４２と導電膜１２１の間の部分及び絶縁膜１３０の導電膜１４２と導電膜１２２との間の部分が残存することにより、第二の膜としての絶縁膜１３１及び絶縁膜１３２が形成される。このように絶縁膜の一部を除去することでコンデンサマイクロホン１の各部を形成することができ、コンデンサマイクロホン１の感音部が得られる。
【００３９】
（第二実施例）
第二実施例によるコンデンサマイクロホンの検出部は、第一実施例によるコンデンサマイクロホン１の検出部と実質的に同一である。以下、第二実施例によるコンデンサマイクロホンの感音部、コンデンサマイクロホンの製造方法の順に説明する。
【００４０】
（感音部の構成）
図７は本発明の第二実施例によるコンデンサマイクロホンの感音部の構成を示す模式図である。図７（Ａ）は平面図、図７（Ｂ）は（Ａ）のＢ７−Ｂ７線による断面図である。第二実施例によるコンデンサマイクロホン２の感音部は、ダイヤフラム２１０及びバックプレート２３０が第一実施例に係るダイヤフラム１０及びバックプレート３０と異なる。
【００４１】
ダイヤフラム２１０は、その中央部２１２の外側に伸びる複数の屈曲部２１４を介して支持部４０に支持されている。ダイヤフラム２１０の中央部２１２は円盤状であり、屈曲部２１４は中央部２１２の径方向に屈曲しながら支持部４０まで伸びている。
【００４２】
屈曲部２１４は、第一実施例に係る屈曲部１４と同様に、導電膜１２１の絶縁膜１３１に固着している部分と、導線膜１２２の絶縁膜１１１に固着していない部分と、絶縁膜１３１と絶縁膜１３２と導電膜１４２との複層膜で構成されている。具体的には例えば、導電膜１２１は円盤状であり、導線膜１２２は導電膜１２１を囲む円環状であり、絶縁膜１３１及び絶縁膜１３２は柱状である。絶縁膜１３１は導電膜１２１の近端部上に位置し、絶縁膜１３２は導線膜１２２の内周側の近端部上に位置している。
【００４３】
バックプレート２３０は、その二次元形状が第一実施例に係るバックプレート３０と異なる。具体的には例えば、バックプレート２３０の中央部は円盤状であり、その近端部は中央部から支持部まで放射状に伸びている。バックプレート２３０の膜構成は、第一実施例に係るバックプレート３０と実質的に同一である。
【００４４】
（コンデンサマイクロホンの製造方法）
図８から図１０は、コンデンサマイクロホン２の製造方法を示す模式図である。（Ｂ）は（Ａ）の図８（Ａ１）に示すＢ８−Ｂ８線による断面図であり、（Ｃ）は図８（Ａ１）に示すＣ８−Ｃ８線による断面図である。
【００４５】
はじめに、図８（Ｃ１）に示すように、第一実施例に係る製造方法と同様にして基板１００上に絶縁膜１１０を形成し、絶縁膜１１０上に導電膜１２０を形成する。
次に、図８（Ａ２）に示すように、導電膜１２０をパターニングすることにより、導電膜１２１と導電膜１２２と導線１２４と導線１２５と電極６０とを形成する。導電膜１２１は円盤状であり、導線膜１２２は導電膜１２１を囲む円環状であり、導線１２４は導電膜１２１から導電膜１２２まで伸び、導線１２５は導電膜１２２から電極６０まで伸びている。
【００４６】
次に、図９（Ｃ３）に示すように、第一実施例に係る製造方法と同様にして絶縁膜１１０上に絶縁膜１３０を形成し、絶縁膜１３０上に導電膜１４０を形成する。
次に、図９（Ａ４）に示すように、導電膜１４０をパターニングすることにより、バックプレート２３０を構成する導電膜１４１と、ダイヤフラム２１０の屈曲部２１４を構成する複数の導電膜１４２とを形成する。導電膜１４１は中央部が円盤状であって近端部が中央部から放射状に伸びている。導電膜１４２は導電膜１２１の近端部１２１ａ上から導電膜１２２の内周側の近端部１２２ａ上まで伸びている。
【００４７】
次に、図１０（Ａ５）に示すように、第一実施例に係る製造方法と同様にして支持部４０の開口部４２を構成する開口部１０２を基板１００に形成する。そして、図１０（Ａ６）に示すように、第一実施例に係る製造方法と同様にして絶縁膜１１０及び絶縁膜１３０の一部を除去することにより、コンデンサマイクロホン２の各部を形成する。
【００４８】
以上、本発明のダイヤフラム及びその製造方法並びにそのダイヤフラムを有するコンデンサマイクロホン及びその製造方法の第実施形態について、コンデンサマイクロホン１及びコンデンサマイクロホン２を例示して説明した。しかし本発明は、技術上の阻害要因がない限りにおいて、屈曲部を有するダイヤフラム及びそのようなダイヤフラムを備えるコンデンサマイクロホンに適用することができる。また、本発明のダイヤフラム及びその製造方法は、音圧以外の圧力を検出するセンサのダイヤフラムに適用してもよい。
【００４９】
また、第一の膜としての導電膜１２１及び導電膜１２２と第三の膜としての導電膜１４２とを形成した後に、絶縁膜の一部を除去することにより第二の膜としての絶縁膜１３１及び絶縁膜１３２を形成すると説明したが、第一の膜から第三の膜はどのような順序で形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】第一実施例によるコンデンサマイクロホンを示す模式図。
【図２】第一実施例によるコンデンサマイクロホンを示す平面図。
【図３】第一実施例に係るダイヤフラムの屈曲部を説明するための模式図。
【図４】第一実施例によるコンデンサマイクロホンの製造方法を示す模式図。
【図５】第一実施例によるコンデンサマイクロホンの製造方法を示す模式図。
【図６】第一実施例によるコンデンサマイクロホンの製造方法を示す模式図。
【図７】第二実施例によるコンデンサマイクロホンを示す模式図。
【図８】第二実施例によるコンデンサマイクロホンの製造方法を示す模式図。
【図９】第二実施例によるコンデンサマイクロホンの製造方法を示す模式図。
【図１０】第二実施例によるコンデンサマイクロホンの製造方法を示す模式図。
【符号の説明】
【００５１】
１、２：コンデンサマイクロホン、１０、２１０：ダイヤフラム、１２、２１２：中央部（ダイヤフラムの中央部）、１４、２１４：屈曲部（ダイヤフラムの屈曲部）、３０、２３０：バックプレート（プレート）、３２：通孔、４０：支持部、５０：空隙、６０：電極、１２１：導電膜（第一の膜）、１２２：導電膜（第一の膜）、１３１：絶縁膜（第二の膜）、１３２：絶縁膜（第二の膜）、１４２：導電膜（第三の膜）
【技術分野】
【０００１】
本発明はダイヤフラム及びその製造方法並びにそのダイヤフラムを有するコンデンサマイクロホン及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスを応用して製造可能なコンデンサマイクロホンや加速度センサが知られている。コンデンサマイクロホンは、音波によって振動するダイヤフラムとプレートとのそれぞれに電極を有し、プレートとダイヤフラムとは支持部によって互いに離間した状態で支持されている。コンデンサマイクロホンは、ダイヤフラムの変位による容量変化を電気信号に変換して出力する。
【０００３】
特許文献１には、ダイヤフラムの中央部と端部との間に屈曲部を有するコンデンサマイクロホンが開示されている。特許文献１に記載されたコンデンサマイクロホンでは、ダイヤフラムの残留応力を屈曲部の変形で緩和することにより、ダイヤフラムの振幅を増大させて感度を高めようとしている。しかしながら、特許文献１に記載されたダイヤフラムの屈曲部は単一の薄膜で構成されている。一般に、このようなダイヤフラムの屈曲部は犠牲層に形成した段部の表面上に堆積により形成されるため、その膜厚は段部の底面に近づくほど薄くなり、犠牲層の段部の側面上に成長する部分と段部の底面上に成長する部分との間に結晶粒界が形成される。すなわち、このダイヤフラムの強度は屈曲部の段差を大きくするほど低下する。したがって、特許文献１に記載されたコンデンサマイクロホンでは、ダイヤフラムの強度を保ちながら、屈曲部の段差を大きくすることにより感度を高めることができない。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２３１０９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上述の問題を解決するためになされたものであって、屈曲部を有する強度が高いダイヤフラム及びその製造方法、並びに感度が高くダイヤフラムの強度が高いコンデンサマイクロホン及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）上記目的を達成するためのダイヤフラムの製造方法は、第一の膜のパターニングによりダイヤフラムの中央部を形成し、前記第一の膜の近端部上に第二の膜を堆積により形成し、前記第二の膜上に第三の膜を堆積により形成し、前記第三の膜を、前記第二の膜上から前記第一の膜の外側に伸びる形状にパターニングすることにより、前記第一の膜と前記第二の膜と前記第三の膜とを含む複層膜からなり前記中央部から前記中央部の外側に屈曲しながら伸びる、前記ダイヤフラムの屈曲部を形成する、ことを含む。
ダイヤフラム中央部を構成する第一の膜の近端部上に第二の膜を形成し、第二の膜上から第一の膜の外側に伸びる第三の膜を形成することにより、第一の膜から第三の膜を屈曲させることなく、ダイヤフラム中央部の外側に屈曲部を形成することができる。したがって、ダイヤフラムの屈曲部に結晶粒界が形成されることはない。また、第一の膜から第三の膜を含む複層膜からなる屈曲部の段差は、例えば第二の膜の膜厚で制御することができる。すなわち、ダイヤフラムの強度を保ちながら、ダイヤフラム中央部の外側に要求される段差の屈曲部を形成することができる。ここで強度とは、構造物の破壊に対する耐性を示し、強度が高いとは外力により破壊されにくいことを意味し、強度が低いとは外力により破壊されやすいことを意味する。また近端部とは端に近い部分を意味する。
【０００７】
（２）上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンの製造方法は、固定電極を有するプレートと、可動電極を有する中央部と前記中央部から屈曲しながら外側に伸びる屈曲部とを有し、音波によって振動するダイヤフラムと、前記固定電極と前記可動電極との間に空隙を形成しながら、前記プレートと前記ダイヤフラムの前記屈曲部より外側とを支持している支持部と、を備えるコンデンサマイクロホンの製造方法であって、第一の膜のパターニングにより前記ダイヤフラムの前記中央部を形成し、前記第一の膜の近端部上に第二の膜を堆積により形成し、前記第二の膜上に第三の膜を堆積により形成し、前記第三の膜を、前記第二の膜上から前記第一の膜の外側に伸びる形状にパターニングすることにより、前記第一の膜と前記第二の膜と前記第三の膜とを含む複層膜からなる、前記ダイヤフラムの前記屈曲部を形成する、ことを含む。
ダイヤフラム中央部を構成する第一の膜の近端部上に第二の膜を形成し、第二の膜上から第一の膜の外側に伸びる第三の膜を形成することにより、要求される段差の屈曲部を有する強度の高いダイヤフラムを形成することができる。このようにしてダイヤフラムの支持部に固定されている端部と中央部との間に形成された屈曲部は、ダイヤフラム中央部の残留応力によって変形することでダイヤフラム中央部の残留応力を緩和したり、音波によって大きく変形することにより、中央部の音波による振動の振幅を増大させる。すなわち、感度が高くダイヤフラムの強度が高いコンデンサマイクロホンを製造することができる。
【０００８】
（３）上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンの製造方法は、前記第三の膜のパターニングにより前記プレートを形成する、ことを含んでもよい。
プレートを構成する第三の膜とダイヤフラムの屈曲部を構成する第三の膜とを同一の工程で形成することができるため、コンデンサマイクロホンの製造工程を簡素化することができる。
【０００９】
（４）上記目的を達成するためのダイヤフラムは、中央部と、前記中央部を構成する第一の膜と、前記第一の膜の近端部上に形成されている第二の膜と、前記第二の膜上から前記第一の膜の外側に伸びる第三の膜とを含む複層膜からなり、前記中央部から前記中央部の外側に屈曲しながら伸びる屈曲部と、を備える。
【００１０】
（５）上記目的を達成するためのコンデンサマイクロホンは、固定電極を有するプレートと、可動電極を有する中央部と、前記中央部を構成する第一の膜と前記第一の膜の近端部上に形成されている第二の膜と前記第二の膜上から前記第一の膜の外側に伸びる第三の膜とを含む複層膜からなり前記中央部から屈曲しながら外側に伸びる屈曲部とを有し、音波によって振動するダイヤフラムと、前記固定電極と前記可動電極との間に空隙を形成しながら、前記プレートと前記ダイヤフラムの前記屈曲部より外側とを支持している支持部と、を備える。
ダイヤフラムは屈曲部を有し、屈曲部より外側で支持部に支持されている。このような構造を有するコンデンサマイクロホンでは、ダイヤフラムの屈曲部が中央部の残留応力によって変形することでダイヤフラム中央部の残留応力を緩和したり、ダイヤフラムの屈曲部が音波によって大きく変形することでダイヤフラム中央部の音波による振幅を増大させることができる。また、ダイヤフラムの屈曲部は複層膜で構成されているため、屈曲部に結晶粒界が形成されることはなく、屈曲部の強度は高い。すわなち、本発明によるコンデンサマイクロホンは感度が高く、ダイヤフラムの強度も高い。
【００１１】
尚、本明細書において、「・・・上に形成する」とは、技術上の阻害要因がない限りにおいて、「・・・上に直に形成する」と、「・・・上に中間物を介して形成する」の両方を含む意味とする。
また、請求項に記載された製造方法の各工程の順序は、技術上の阻害要因がない限り、記載順に限定されるものではなく、どのような順番で行われてもよく、また同時に行われてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、複数の実施例に基づいて本発明の実施の形態を説明する。各実施例において同一の符号が付された構成要素は、その符号が付された他の実施例の構成要素と対応する。
（第一実施例）
図１と図２は、本発明の第一実施例によるコンデンサマイクロホンの構成を示す模式図である。図２は本発明の第一実施例によるコンデンサマイクロホンの平面図であり、図１（Ａ）は図２のＡ１−Ａ１線による断面図であり、図１（Ｂ）は図２のＢ１−Ｂ１線による断面図である。本発明の第一実施例によるコンデンサマイクロホン１は、半導体製造プロセスを用いて製造される所謂シリコンマイクロホンである。コンデンサマイクロホン１は、図１（Ａ）、（Ｂ）に断面図として描かれた感音部と、図１（Ａ）に回路図として描かれた検出部とを備えている。以下、感音部の構成、検出部の構成、コンデンサマイクロホン１の製造方法の順に説明する。
【００１３】
（感音部の構成）
図１に示すように、コンデンサマイクロホン１の感音部は、ダイヤフラム１０、バックプレート３０、支持部４０等を有している。
ダイヤフラム１０は両持ち梁状に支持部４０に支持されている（図２参照）。ダイヤフラム１０の中央部１２は導電膜１２１の絶縁膜１３１に固着していない部分で構成され、その外側の屈曲部１４は導電膜１２１の絶縁膜１３１に固着している部分と、導電膜１２２の絶縁膜１１１に固着していない部分と、絶縁膜１３１と絶縁膜１３２と導電膜１４２との複層膜で構成されている（図１（Ｂ）参照）。ダイヤフラム１０の中央部１２を構成する導電膜１２１は可動電極として機能する。導電膜１２１と導電膜１２２と導電膜１４２は、例えば多結晶シリコン（以下、ポリシリコンという。）等の半導体膜である。絶縁膜１３１と絶縁膜１３２は例えばＳｉＯ2等の酸化膜である。導電膜１２１及び導電膜１２２が請求項に記載の「第一の膜」に相当し、絶縁膜１３１及び絶縁膜１３２が「第二の膜」に相当し、導電膜１４２が「第三の膜」に相当する。
【００１４】
尚、第一の膜から第三の膜はそれぞれ単層膜からなるものと説明したが、第一の膜から第三の膜はそれぞれ複層膜でもよい。また、ダイヤフラム１０の中央部１２は、絶縁膜と少なくともその中央部に形成された可動電極としての導電膜とで構成してもよい。また、絶縁膜１３１によって形成される段部と絶縁膜１３２によって形成される段部とを有する屈曲部１４を例示したが、屈曲部は少なくとも一カ所以上の段部を有していればよい。また、絶縁膜は導電膜と同形状でなくてもよい。
【００１５】
プレートとしてのバックプレート３０は、導電膜１４１の絶縁膜１３３に固着していない部分で構成されている（図１（Ａ）参照）。導電膜１４１は例えばポリシリコン等の半導体膜である。バックプレート３０は、両持ち梁状に支持部４０に支持されてダイヤフラム１０の中央部１２と立体交差している。このようにバックプレート３０をダイヤフラム１０の音波によって大きく変位する中央部１２とのみ対向させることにより、ダイヤフラム１０とバックプレート３０とにより形成されるコンデンサ（以下、マイクコンデンサという。）の音波によって変化しない容量成分を低減することができる。バックプレート３０には複数の通孔３２が形成されている（図２参照）。この結果、音源からの音波は通孔３２を通過してダイヤフラム１０に伝搬される。導電性のバックプレート３０は固定電極として機能する。
【００１６】
支持部４０は、導電膜１４１の絶縁膜１３３に固着している部分と、導電膜１２２の絶縁膜１１１及び絶縁膜１３３に固着している部分と、絶縁膜１３３と導電膜１２３と絶縁膜１１１と基板１００とで構成されている。絶縁膜１１１と絶縁膜１３３は例えばＳｉＯ2等の酸化膜であり、導電膜１２３は例えばポリシリコン等の半導体膜であり、基板１００は例えば単結晶シリコン基板である。支持部４０には、基板１００と絶縁膜１１１とを貫通する開口部４２が形成されている。開口部４２は、コンデンサマイクロホン１のバックキャビティを構成している。
【００１７】
図２に示す電極６０は、ダイヤフラム１０と検出部とを接続するための電極である。電極６０は導電膜１２２と同一層に形成され、電極６０から導電膜１２２まで伸びる導線１２５と、導電膜１２２と、導電膜１２２から導電膜１２１まで伸びる導線１２４とを介して導電膜１２１に接続されている（図４（Ａ２）参照）。電極６１は、バックプレート３０と検出部とを接続するための電極である。電極６１は、電極６１から導電膜１４１まで伸びる導線１４３を介して導電膜１４１に接続されている。
【００１８】
電極６２は、電極６２から導電膜１２３に伸びる導線１２６を介して導電膜１２３に接続されている（図４（Ａ２）参照）。導電膜１２３は他の導電膜と電気的に絶縁されて、バックプレート３０を構成する導電膜１４１と基板１００との間に形成されている。電極６２に検出部の出力電圧と同一電圧を印加することにより、導電膜１２３をガード電極として用いることができる。詳細は後述する。
【００１９】
尚、コンデンサマイクロホン１は、ダイヤフラム１０がバックプレート３０よりも音源側に位置し、ダイヤフラム１０に直接音波が伝搬するように構成してもよい。この場合、バックプレート３０の通孔３２は、ダイヤフラム１０とバックプレート３０の間に形成されている空隙５０と、バックキャビティとを連通させる通路として機能する。
【００２０】
（検出部の構成）
図１（Ａ）に示すように、ダイヤフラム１０はバイアス電源回路１０００に接続され、バックプレート３０は抵抗１００２を介してグランドに接続されている。そしてバックプレート３０はプリアンプ１０１０にも接続されている。コンデンサマイクロホン１の検出部はバックプレート３０とグランドとの間の電圧に相関する信号をプリアンプ１０１０から出力する。
【００２１】
具体的には例えば、バイアス電源回路１０００の出力端に接続されているリード線１００４が電極６０と基板１００とに接続され、抵抗１００２の一端に接続されているリード線１００６が電極６１に接続され、抵抗１００２の他端に接続されているリード線１００８がコンデンサマイクロホン１の実装基板のグランドに接続されている。抵抗１００２としては抵抗値が大きなものを使用する。具体的には抵抗１００２はＧルオーダーの電気抵抗を有するものが望ましい。バックプレート３０と抵抗１００２とを接続しているリード線１００６はプリアンプ１０１０の入力端にも接続されている。プリアンプ１０１０としては入力インピーダンスの高いものを使用することが望ましい。
【００２２】
尚、上述したように電極６２に検出部の出力電圧と同一電圧を印加することにより、導電膜１２３をガード電極として用いることができる。ガード電極とは、バックプレート３０を構成する導電膜１４１と基板１００との間に生じる寄生容量を低減するための電極のことである。具体的には例えば、導電膜１２３をガード電極として用いる場合、図１（Ａ）に示すプリアンプ１０１０でボルテージフォロア回路を構成し、プリアンプ１０１０の出力端を電極６２に接続すればよい。バックプレート３０を構成する導電膜１４１と導電膜１２３とを同電位にすることにより、導電膜１４１と導電膜１２３との間に生じる寄生容量を除去することができ、導電膜１４１と基板１００との間に生じる寄生容量を低減することができる。
【００２３】
（コンデンサマイクロホンの作動）
音波がバックプレート３０の通孔３２を通過してダイヤフラム１０に伝搬すると、ダイヤフラム１０は音波によって振動する。ダイヤフラム１０が振動すると、その振動によりバックプレート３０とダイヤフラム１０との間の距離が変化し、ダイヤフラム１０とバックプレート３０とにより形成されるマイクコンデンサの静電容量が変化する。
【００２４】
バックプレート３０は上述したように抵抗値が大きい抵抗１００２に接続されているため、マイクコンデンサの静電容量がダイヤフラム１０の振動により変化したとしても、マイクコンデンサに蓄積されている電荷が抵抗１００２を流れることは殆どない。すなわち、マイクコンデンサに蓄積されている電荷は変化しないものとみなすことができる。したがって、マイクコンデンサの静電容量の変化をバックプレート３０とグランドの間の電圧の変化として取り出すことができる。
【００２５】
このようにしてコンデンサマイクロホン１は、マイクコンデンサの静電容量の極めてわずかな変化を電気信号として出力する。すなわちコンデンサマイクロホン１は、ダイヤフラム１０に加わる音圧の変化をマイクコンデンサの静電容量の変化に変換し、マイクコンデンサの静電容量の変化を電圧の変化に変換することにより、音圧の変化に相関する電気信号を出力する。
【００２６】
上述したようにダイヤフラム１０の屈曲部１４は中央部１２から支持部４０まで屈曲しながら伸びている。この結果、屈曲部１４が中央部１２の残留応力により変形することで中央部１２の残留応力を緩和したり、屈曲部１４が音波によって大きく変形することにより、中央部１２の音波による振動の振幅を増大させることができる。
【００２７】
ところが、ダイヤフラム１０が音波によって振動すると屈曲部１４にはダイヤフラム１０の変形に伴う応力が集中する。したがって、ダイヤフラム１０の屈曲部１４の強度が不足していると、ダイヤフラム１０は屈曲部１４で破損するおそれがある。
【００２８】
そこで、コンデンサマイクロホン１では、上述したようにダイヤフラム１０の屈曲部１４を複層膜で構成している。ダイヤフラム１０の屈曲部１４を複層膜で構成することにより、屈曲部１４を構成する各薄膜を屈曲させることなく、ダイヤフラム１０の中央部１２の外側に屈曲部１４を形成することができる。したがって、ダイヤフラム１０の屈曲部１４に結晶粒界が形成されることはない。また屈曲部１４の段差（図３に示す矢印９０参照）は、例えば第二の膜としての絶縁膜１３１及び絶縁膜１３２の膜厚によって制御することができる。すなわち、ダイヤフラム１０の屈曲部１４を複層膜で構成することにより、ダイヤフラム１０の強度を保ちながら、要求される段差の屈曲部１４を形成することができる。
【００２９】
（コンデンサマイクロホンの製造方法）
図４から図６は、コンデンサマイクロホン１の製造方法を示す模式図である。（Ｂ）は（Ａ）の図４（Ａ１）に示すＢ４−Ｂ４線による断面図であり、（Ｃ）は図４（Ａ１）に示すＣ４−Ｃ４線による断面図である。
【００３０】
はじめに、図４（Ｃ１）に示すように、基板１００上に絶縁膜１１０を形成する。基板１００は、例えば単結晶シリコン基板等の半導体基板である。具体的には、基板１００の表面に例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等で絶縁材料を堆積させることにより、基板１００上に絶縁膜１１０を形成する。
次に、絶縁膜１１０上に導電膜１２０をＣＶＤ等で形成する。導電膜１２０は、例えばポリシリコン膜である。尚、ＳＯＩ基板を用いることにより、本工程は省略可能である。
【００３１】
次に、図４（Ａ２）に示すように、導電膜１２０をパターニングすることにより、導電膜１２１から導電膜１２３と導線１２４及び導線１２５と電極６０及び電極６２とを形成する。導電膜１２１と導電膜１２２は略矩形であり、ダイヤフラム１０の中央部１２を構成する導電膜１２１が屈曲部１４を構成する２つの導電膜１２２の間に位置するように、ダイヤフラム１０の長手方向に配列されている。導電膜１２３は、後述する工程で形成する導電膜１４１と対向させるために、導電膜１４１の形状及び配置に応じて形成されている。
【００３２】
具体的には例えば、導電膜１２０のパターニングは以下のように行う。まず、導電膜１２０の不要な部分を露出させるレジスト膜を導電膜１２０上にリソグラフィを用いて形成する。より具体的には、導電膜１２０にレジストを塗布してレジスト膜を形成する。そして所定形状のマスクを配置してレジスト膜に対して露光現像処理を施し、不要なレジスト膜を除去する。これにより、導電膜１２０の不要な部分を露出させるレジスト膜が導電膜１２０上に形成される。レジスト膜の除去には、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）等のレジスト剥離液を用いる。次に、レジスト膜から露出する導電膜１２０をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等でエッチングすることにより、導電膜１２１から導電膜１２３と導線１２４と導線１２５と電極６０から電極６２とを形成する。そしてレジスト膜を除去する。
【００３３】
次に、図４（Ａ３）に示すように、絶縁膜１１０上に導電膜１２０より厚い絶縁膜１３０をＣＶＤ等で形成する。後述する工程において、導電膜１２１から導電膜１２３、導電膜１４１及び導電膜１４２（図２参照。以下、導電膜という。）に対して絶縁膜１１０及び絶縁膜１３０（以下、絶縁膜という。）を選択的に除去するため、絶縁膜は導電膜に対して選択比の高い材料で形成する。例えば導電膜をポリシリコンで形成する場合は、絶縁膜はＳｉＯ2で形成すればよい。また、絶縁膜を導電膜に対して選択的に除去する工程では、絶縁膜の一部を除去しコンデンサマイクロホン１を構成する絶縁膜を残存させるため、絶縁膜１１０と絶縁膜１３０は同一材料で形成することが望ましい。絶縁膜１１０と絶縁膜１３０を同一材料で形成することにより、両者のエッチングレートを等しくできる。この結果、絶縁膜のエッチング量を容易に制御することが可能となる。
【００３４】
次に、絶縁膜１３０上に導電膜１４０をＣＶＤ等で形成する。例えば導電膜１４０はポリシリコン膜である。
次に、図５（Ｂ４）に示すように、導電膜１４０をパターニングすることにより、バックプレート３０を構成する導電膜１４１と、ダイヤフラム１０の屈曲部１４を構成する導電膜１４２と、電極６１と導線１４３とを形成する（図５（Ｂ４）参照）。導電膜１４１は略矩形であり、その長手方向は導電膜１２１及び導電膜１２２の配列方向と直交し、絶縁膜１３０を介して導電膜１２１と立体交差している。導電膜１４２は略矩形であり、導電膜１２１の導電膜１２２と隣り合う近端部１２１ａ上から、導電膜１２２の導電膜１２１と隣り合う近端部１２２ａ上まで伸びている。
【００３５】
次に、図５（Ａ５）に示すように、支持部４０の開口部４２を構成する開口部１０２を基板１００に形成する。具体的には開口部１０２は、例えば以下に示すように形成する。まず、基板１００の開口部１０２を形成する部位を露出させるレジスト膜をリソグラフィを用いて形成する。次に、基板１００のレジスト膜から露出する部位を絶縁膜１１０に達するまでＤｅｅｐＲＩＥ等で除去することにより、基板１００に開口部１０２を形成する。そしてレジスト膜を除去する。
【００３６】
次に、絶縁膜１１０及び絶縁膜１３０の一部を除去することにより、コンデンサマイクロホン１の各部を形成する（図６（Ｂ７）（Ｃ７）参照）。具体的には例えば、絶縁膜１３３の一部は以下のように除去する。まず、図６（Ａ６）から（Ｃ６）に示すように、絶縁膜１３０上に支持部４０として残存させる部位を覆うレジスト膜１５０を形成する。次に、絶縁膜をウェットエッチングで除去する。例えば絶縁膜１１０及び絶縁膜１３０をＳｉＯ2で形成した場合、エッチング液としてはフッ酸等を用いればよい。
【００３７】
エッチング液は、通孔３２、導電膜１４２に形成されている通孔１４４、導電膜１４１及び導電膜１４２とレジスト膜１５０との間の間隙、基板１００の開口部１０２等から浸入して絶縁膜を溶解させる。例えば、エッチング液が導電膜１２１と導電膜１４１との間の絶縁膜１３０を溶解することによりダイヤフラム１０とバックプレート３０との間の空隙５０が形成され、絶縁膜のレジスト膜１５０及び基板１００に覆われた一部が残存することにより支持部４０が形成される。
【００３８】
このとき、エッチング液が導電膜１２１と導電膜１２２との間の間隙及び導電膜１４２の通孔１４４から浸入して絶縁膜１３０を溶解させ、絶縁膜１３０の導電膜１４２と導電膜１２１の間の部分及び絶縁膜１３０の導電膜１４２と導電膜１２２との間の部分が残存することにより、第二の膜としての絶縁膜１３１及び絶縁膜１３２が形成される。このように絶縁膜の一部を除去することでコンデンサマイクロホン１の各部を形成することができ、コンデンサマイクロホン１の感音部が得られる。
【００３９】
（第二実施例）
第二実施例によるコンデンサマイクロホンの検出部は、第一実施例によるコンデンサマイクロホン１の検出部と実質的に同一である。以下、第二実施例によるコンデンサマイクロホンの感音部、コンデンサマイクロホンの製造方法の順に説明する。
【００４０】
（感音部の構成）
図７は本発明の第二実施例によるコンデンサマイクロホンの感音部の構成を示す模式図である。図７（Ａ）は平面図、図７（Ｂ）は（Ａ）のＢ７−Ｂ７線による断面図である。第二実施例によるコンデンサマイクロホン２の感音部は、ダイヤフラム２１０及びバックプレート２３０が第一実施例に係るダイヤフラム１０及びバックプレート３０と異なる。
【００４１】
ダイヤフラム２１０は、その中央部２１２の外側に伸びる複数の屈曲部２１４を介して支持部４０に支持されている。ダイヤフラム２１０の中央部２１２は円盤状であり、屈曲部２１４は中央部２１２の径方向に屈曲しながら支持部４０まで伸びている。
【００４２】
屈曲部２１４は、第一実施例に係る屈曲部１４と同様に、導電膜１２１の絶縁膜１３１に固着している部分と、導線膜１２２の絶縁膜１１１に固着していない部分と、絶縁膜１３１と絶縁膜１３２と導電膜１４２との複層膜で構成されている。具体的には例えば、導電膜１２１は円盤状であり、導線膜１２２は導電膜１２１を囲む円環状であり、絶縁膜１３１及び絶縁膜１３２は柱状である。絶縁膜１３１は導電膜１２１の近端部上に位置し、絶縁膜１３２は導線膜１２２の内周側の近端部上に位置している。
【００４３】
バックプレート２３０は、その二次元形状が第一実施例に係るバックプレート３０と異なる。具体的には例えば、バックプレート２３０の中央部は円盤状であり、その近端部は中央部から支持部まで放射状に伸びている。バックプレート２３０の膜構成は、第一実施例に係るバックプレート３０と実質的に同一である。
【００４４】
（コンデンサマイクロホンの製造方法）
図８から図１０は、コンデンサマイクロホン２の製造方法を示す模式図である。（Ｂ）は（Ａ）の図８（Ａ１）に示すＢ８−Ｂ８線による断面図であり、（Ｃ）は図８（Ａ１）に示すＣ８−Ｃ８線による断面図である。
【００４５】
はじめに、図８（Ｃ１）に示すように、第一実施例に係る製造方法と同様にして基板１００上に絶縁膜１１０を形成し、絶縁膜１１０上に導電膜１２０を形成する。
次に、図８（Ａ２）に示すように、導電膜１２０をパターニングすることにより、導電膜１２１と導電膜１２２と導線１２４と導線１２５と電極６０とを形成する。導電膜１２１は円盤状であり、導線膜１２２は導電膜１２１を囲む円環状であり、導線１２４は導電膜１２１から導電膜１２２まで伸び、導線１２５は導電膜１２２から電極６０まで伸びている。
【００４６】
次に、図９（Ｃ３）に示すように、第一実施例に係る製造方法と同様にして絶縁膜１１０上に絶縁膜１３０を形成し、絶縁膜１３０上に導電膜１４０を形成する。
次に、図９（Ａ４）に示すように、導電膜１４０をパターニングすることにより、バックプレート２３０を構成する導電膜１４１と、ダイヤフラム２１０の屈曲部２１４を構成する複数の導電膜１４２とを形成する。導電膜１４１は中央部が円盤状であって近端部が中央部から放射状に伸びている。導電膜１４２は導電膜１２１の近端部１２１ａ上から導電膜１２２の内周側の近端部１２２ａ上まで伸びている。
【００４７】
次に、図１０（Ａ５）に示すように、第一実施例に係る製造方法と同様にして支持部４０の開口部４２を構成する開口部１０２を基板１００に形成する。そして、図１０（Ａ６）に示すように、第一実施例に係る製造方法と同様にして絶縁膜１１０及び絶縁膜１３０の一部を除去することにより、コンデンサマイクロホン２の各部を形成する。
【００４８】
以上、本発明のダイヤフラム及びその製造方法並びにそのダイヤフラムを有するコンデンサマイクロホン及びその製造方法の第実施形態について、コンデンサマイクロホン１及びコンデンサマイクロホン２を例示して説明した。しかし本発明は、技術上の阻害要因がない限りにおいて、屈曲部を有するダイヤフラム及びそのようなダイヤフラムを備えるコンデンサマイクロホンに適用することができる。また、本発明のダイヤフラム及びその製造方法は、音圧以外の圧力を検出するセンサのダイヤフラムに適用してもよい。
【００４９】
また、第一の膜としての導電膜１２１及び導電膜１２２と第三の膜としての導電膜１４２とを形成した後に、絶縁膜の一部を除去することにより第二の膜としての絶縁膜１３１及び絶縁膜１３２を形成すると説明したが、第一の膜から第三の膜はどのような順序で形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】第一実施例によるコンデンサマイクロホンを示す模式図。
【図２】第一実施例によるコンデンサマイクロホンを示す平面図。
【図３】第一実施例に係るダイヤフラムの屈曲部を説明するための模式図。
【図４】第一実施例によるコンデンサマイクロホンの製造方法を示す模式図。
【図５】第一実施例によるコンデンサマイクロホンの製造方法を示す模式図。
【図６】第一実施例によるコンデンサマイクロホンの製造方法を示す模式図。
【図７】第二実施例によるコンデンサマイクロホンを示す模式図。
【図８】第二実施例によるコンデンサマイクロホンの製造方法を示す模式図。
【図９】第二実施例によるコンデンサマイクロホンの製造方法を示す模式図。
【図１０】第二実施例によるコンデンサマイクロホンの製造方法を示す模式図。
【符号の説明】
【００５１】
１、２：コンデンサマイクロホン、１０、２１０：ダイヤフラム、１２、２１２：中央部（ダイヤフラムの中央部）、１４、２１４：屈曲部（ダイヤフラムの屈曲部）、３０、２３０：バックプレート（プレート）、３２：通孔、４０：支持部、５０：空隙、６０：電極、１２１：導電膜（第一の膜）、１２２：導電膜（第一の膜）、１３１：絶縁膜（第二の膜）、１３２：絶縁膜（第二の膜）、１４２：導電膜（第三の膜）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の膜のパターニングによりダイヤフラムの中央部を形成し、
前記第一の膜の近端部上に第二の膜を堆積により形成し、
前記第二の膜上に第三の膜を堆積により形成し、
前記第三の膜を、前記第二の膜上から前記第一の膜の外側に伸びる形状にパターニングすることにより、前記第一の膜と前記第二の膜と前記第三の膜とを含む複層膜からなり前記中央部から前記中央部の外側に屈曲しながら伸びる、前記ダイヤフラムの屈曲部を形成する、
ことを含むダイヤフラムの製造方法。
【請求項２】
固定電極を有するプレートと、
可動電極を有する中央部と前記中央部から屈曲しながら外側に伸びる屈曲部とを有し、音波によって振動するダイヤフラムと、
前記固定電極と前記可動電極との間に空隙を形成しながら、前記プレートと前記ダイヤフラムの前記屈曲部より外側とを支持している支持部と、を備えるコンデンサマイクロホンの製造方法であって、
第一の膜のパターニングにより前記ダイヤフラムの前記中央部を形成し、
前記第一の膜の近端部上に第二の膜を堆積により形成し、
前記第二の膜上に第三の膜を堆積により形成し、
前記第三の膜を、前記第二の膜上から前記第一の膜の外側に伸びる形状にパターニングすることにより、前記第一の膜と前記第二の膜と前記第三の膜とを含む複層膜からなる、前記ダイヤフラムの前記屈曲部を形成する、
ことを含むコンデンサマイクロホンの製造方法。
【請求項３】
前記第三の膜の一部で前記プレートを形成する、
ことを含む請求項２に記載のコンデンサマイクロホンの製造方法。
【請求項４】
中央部と、
前記中央部を構成する第一の膜と、前記第一の膜の近端部上に形成されている第二の膜と、前記第二の膜上から前記第一の膜の外側に伸びる第三の膜とを含む複層膜からなり、前記中央部から前記中央部の外側に屈曲しながら伸びる屈曲部と、
を備えるダイヤフラム。
【請求項５】
固定電極を有するプレートと、
可動電極を有する中央部と、前記中央部を構成する第一の膜と前記第一の膜の近端部上に形成されている第二の膜と前記第二の膜上から前記第一の膜の外側に伸びる第三の膜とを含む複層膜からなり前記中央部から屈曲しながら外側に伸びる屈曲部とを有し、音波によって振動するダイヤフラムと、
前記固定電極と前記可動電極との間に空隙を形成しながら、前記プレートと前記ダイヤフラムの前記屈曲部より外側とを支持している支持部と、
を備えるコンデンサマイクロホン。
【請求項１】
第一の膜のパターニングによりダイヤフラムの中央部を形成し、
前記第一の膜の近端部上に第二の膜を堆積により形成し、
前記第二の膜上に第三の膜を堆積により形成し、
前記第三の膜を、前記第二の膜上から前記第一の膜の外側に伸びる形状にパターニングすることにより、前記第一の膜と前記第二の膜と前記第三の膜とを含む複層膜からなり前記中央部から前記中央部の外側に屈曲しながら伸びる、前記ダイヤフラムの屈曲部を形成する、
ことを含むダイヤフラムの製造方法。
【請求項２】
固定電極を有するプレートと、
可動電極を有する中央部と前記中央部から屈曲しながら外側に伸びる屈曲部とを有し、音波によって振動するダイヤフラムと、
前記固定電極と前記可動電極との間に空隙を形成しながら、前記プレートと前記ダイヤフラムの前記屈曲部より外側とを支持している支持部と、を備えるコンデンサマイクロホンの製造方法であって、
第一の膜のパターニングにより前記ダイヤフラムの前記中央部を形成し、
前記第一の膜の近端部上に第二の膜を堆積により形成し、
前記第二の膜上に第三の膜を堆積により形成し、
前記第三の膜を、前記第二の膜上から前記第一の膜の外側に伸びる形状にパターニングすることにより、前記第一の膜と前記第二の膜と前記第三の膜とを含む複層膜からなる、前記ダイヤフラムの前記屈曲部を形成する、
ことを含むコンデンサマイクロホンの製造方法。
【請求項３】
前記第三の膜の一部で前記プレートを形成する、
ことを含む請求項２に記載のコンデンサマイクロホンの製造方法。
【請求項４】
中央部と、
前記中央部を構成する第一の膜と、前記第一の膜の近端部上に形成されている第二の膜と、前記第二の膜上から前記第一の膜の外側に伸びる第三の膜とを含む複層膜からなり、前記中央部から前記中央部の外側に屈曲しながら伸びる屈曲部と、
を備えるダイヤフラム。
【請求項５】
固定電極を有するプレートと、
可動電極を有する中央部と、前記中央部を構成する第一の膜と前記第一の膜の近端部上に形成されている第二の膜と前記第二の膜上から前記第一の膜の外側に伸びる第三の膜とを含む複層膜からなり前記中央部から屈曲しながら外側に伸びる屈曲部とを有し、音波によって振動するダイヤフラムと、
前記固定電極と前記可動電極との間に空隙を形成しながら、前記プレートと前記ダイヤフラムの前記屈曲部より外側とを支持している支持部と、
を備えるコンデンサマイクロホン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−２４３２７１（Ｐ２００７−２４３２７１Ａ）
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５９０４１（Ｐ２００６−５９０４１）
【出願日】平成１８年３月６日（２００６．３．６）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月６日（２００６．３．６）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
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