JP4609363B2 - コンデンサ型マイクロホン及びその製造方法 - Google Patents
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Description
田島利文、江刺氏正喜ら、マイクロマシン・センサシステム研究会資料、MSS−01−34、「コンデンサ型シリコンマイクロホンの機械特性」、社団法人 電気学会
(1) 半導体基板用平板の上に第1絶縁物質層を介してダイヤフラム電極と該ダイヤフラム電極の外側位置でダイヤフラム電極を間隔をおいて囲むリング状層とを形成するとともに、これらダイヤフラム電極及びリング状層の上に第2絶縁物質層を積層し、該第2絶縁物層の上にダイヤフラム電極及びリング状層の内周部に対向する平板状の固定電極とリング状層の内周部からダイヤフラム電極の外周部にかけて対向する支持梁とを形成する積層工程と、
(2) 前記半導体基板用平板の中央部を前記第1絶縁物質層との界面まで除去して前記リング状層の内径より大きい空洞部を有する半導体基板を形成する空洞部形成工程と、
(3) 前記固定電極の外周部から第2絶縁物質層の外周部にかけてこれらを覆うようにレジスト層をリング状に形成しておき、これらをエッチング液に浸漬して両絶縁物質層を部分的に除去するエッチング処理工程とを備え、
前記エッチング処理工程により、前記ダイヤフラム電極と固定電極との間に空隙層を形成するとともに、前記支持梁とダイヤフラム電極との間を連結する連結柱を形成し、一方、前記ダイヤフラム電極を前記空洞部に向けて露出状態とするとともに、前記半導体基板とリング状層との間に空気層を形成することを特徴とする。
このコンデンサ型マイクロホンは、図1に示すように、中央部に空洞部1が形成されたブロック状の半導体基板2の上に、その空洞部1を囲むように環状の絶縁層3が設けられ、該絶縁層3の上面に平板状の固定電極4の外周部が固定され、該固定電極4との間に空隙層5を介して相互に平行にダイヤフラム電極6が支持され、該ダイヤフラム電極6の外側位置に、固定電極4の外周部と半導体基板2との間に配置するようにリング状層7が設けられ、該リング状層7と半導体基板2との間に空気層8が形成された構成とされている。
なお、これらの構成は、ここに述べた構造のものに限られるものではない。
(1)積層工程
まず、図5(a)に示すように、半導体基板2となる単結晶シリコン等の基板用平板31の表面にCVD(Chemical Vapor Deposition)等の薄膜形成技術により酸化シリコン(SiO2)等の絶縁物質を堆積して、第1絶縁物質層32を形成する。
次に、第1絶縁物質層32の上にポリシリコン等からなる導電層33をCVD法等により形成する。
なお、ダイヤフラム電極6のアーム部14においては、ランド部15となる位置の第1絶縁物質層32にスルーホールを形成しておき、このスルーホールを埋めるように導電層33を形成することにより、ランド部15と一体に導通部22が形成される。
さらに、この第2絶縁物質層35の上にポリシリコン等からなる導電層をCVD法等により形成し、この導電層上に固定電極4及び支持梁11となる部分を覆うレジスト層を形成して、RIE等のエッチング処理により通孔18を有する固定電極4及び支持梁11を形成する。これら固定電極4及び支持梁11を形成した後、これらの上に積層されているレジスト層を除去すると図5(c)に示す状態となる。この状態で固定電極4と支持梁11とは、その間に屈曲したスリット12を介して分離された状態となる。
なお、ダイヤフラム電極6のランド部15上では、第2絶縁物質層35にスルーホールを形成し、その上からアルミニウム等のスルーホールメッキによる外部接続用入力端子21を形成する。
次に、図5(c)に鎖線で示すように基板用平板31の裏面側に空洞部1となる中央部を残してレジスト層36を形成し、いわゆる深堀エッチング(Deep RIE)により、第1絶縁物質層32との界面に到達するまで基板用平板31の中央部を除去して、図5(d)に示すように空洞部1を有する半導体基板2を形成する。この空洞部1を形成した後、半導体基板2上のレジスト層36を除去する。
次いで、図5(e)に示すように、固定電極4の通孔18が形成されている中央部分を除いて、固定電極4の外周部及び支持梁11の外側端部を覆うようにリング状にレジスト層37を形成し、全体をフッ酸等のエッチング液に浸漬してウェットエッチングを施す。
このエッチング処理により、半導体基板2の空洞部1でエッチング液に接触する第1絶縁物質層32が中央部から溶解され、ダイヤフラム電極6が露出してくると、該ダイヤフラム電極6とリング状層7との間のリング状のスリット17からエッチング液が浸入して該スリット17の部分の第2絶縁物質層35を溶解し、反対側では、固定電極4の通孔18及び支持梁11との間のスリット12を介してエッチング液に接触している第2絶縁物質層35がこれら通孔18及びスリット12の部分から溶解する。これら絶縁物質層32、35の溶解は厚さ方向だけでなく、いわゆるサイドエッチングと称される面方向のエッチングも進行する。そして、このエッチング時間を適切に設定することにより、固定電極4とダイヤフラム電極6との間の絶縁物質が除去されて両電極4,6間に空隙層5が形成されるとともに、各支持梁11とダイヤフラム電極6との間に連結柱13が形成され、また、リング状層7の下方に空気層8が形成されるものである。
d1=(1/2)*d0、
d2=(1/2)*d0、
S1=S2=S0とすると、
Cs1=2*Cs、
Cs2=2*(1/3.9)*Cs≒(1/2)*Csとなるから、
合成容量C≒Cm+(1/2)*Csとなって、寄生容量を低減させることができる。
また、リング状層7の位置は、前記実施形態ではダイヤフラム電極6と同一平面上に形成したが、異なる層上に形成してもよい。
Claims (4)
- 半導体基板に空洞部が形成されるとともに、該空洞部の周囲を囲むように半導体基板上に形成した絶縁層に、その内側空間に架け渡された状態の平板状の固定電極と、該固定電極と相互間隔をおいて平行なダイヤフラム電極とが支持され、圧力変動に対応するダイヤフラム電極と固定電極との間の静電容量変化を検出するコンデンサ型マイクロホンであって、
前記半導体基板と該半導体基板に対向状態とされる固定電極の外周部との間に、前記絶縁層の一部が除去されてなる空気層が介在し、
前記ダイヤフラム電極は、前記絶縁層から内側に張り出す支持梁の内方端部に吊下げ状態に支持されるとともに、該ダイヤフラム電極の半径外方位置に、前記固定電極と半導体基板との間で固定電極の外周部に対向するリング状層が設けられ、該リング状層と半導体基板との間に前記空気層が形成されていることを特徴とするコンデンサ型マイクロホン。 - 前記ダイヤフラム電極とリング状層とは同じ材料から構成されていることを特徴とする請求項1記載のコンデンサ型マイクロホン。
- 請求項1又は2記載のコンデンサ型マイクロホンを製造する方法であって、
前記空気層に相当する部分に絶縁物質層を形成するとともに、該絶縁物質層よりもエッチング液との親和性の低い材料により前記リング状層を形成しておき、これらをエッチング液に浸漬することにより、前記半導体基板とリング状層との間の前記絶縁物質層を除去して前記空気層を形成することを特徴とするコンデンサ型マイクロホンの製造方法。 - 半導体基板用平板の上に第1絶縁物質層を介してダイヤフラム電極と該ダイヤフラム電極の外側位置でダイヤフラム電極を間隔をおいて囲むリング状層とを形成するとともに、これらダイヤフラム電極及びリング状層の上に第2絶縁物質層を積層し、該第2絶縁物層の上にダイヤフラム電極及びリング状層の内周部に対向する平板状の固定電極とリング状層の内周部からダイヤフラム電極の外周部にかけて対向する支持梁とを形成する積層工程と、
前記半導体基板用平板の中央部を前記第1絶縁物質層との界面まで除去して前記リング状層の内径より大きい空洞部を有する半導体基板を形成する空洞部形成工程と、
前記固定電極の外周部から前記第2絶縁物質層の外周部にかけてこれらを覆うようにレジスト層をリング状に形成しておき、これらをエッチング液に浸漬して両絶縁物質層を部分的に除去するエッチング処理工程とを備え、
前記エッチング処理工程により、前記ダイヤフラム電極と固定電極との間に空隙層を形成するとともに、前記支持梁とダイヤフラム電極との間を連結する連結柱を形成し、一方、前記ダイヤフラム電極を前記空洞部に向けて露出状態とするとともに、前記半導体基板とリング状層との間に空気層を形成することを特徴とするコンデンサ型マイクロホンの製造方法。
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