聲敏元件的製作方法
2023-08-08 22:55:31 3
專利名稱：聲敏元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種聲敏元件，特別是一種形成在半導體基板上的聲敏元件。
背景技術：
作為檢測出聲音振動的半導體傳感器，有人提出了電容器式矽麥克風。該麥克風的半導體基板上具有由薄膜電極與背板(backplate)電極所構成的電容器。如果給該麥克風施加音壓，薄膜電極就會振動，改變薄膜電極與背板電極之間的距離，通過這樣讓電容器的靜電電容也發生變化。另外，測定出靜電電容的變化所引起的電壓的變化，所測定的電壓相當於通過麥克風所接收的聲音信號。(參照例如專利文獻1)專利文獻1特表昭60一500841號公報電容器式矽麥克風例如能夠通過比駐極體(elecret)電容傳聲器還小型、輕量的麥克風來實現。本發明人發現了以下問題。電容器式矽麥克風由於比駐極體電容傳聲器更小型，因此機械構造強度容易降低。另外，製造過程中，每次成膜氮化矽膜或氧化矽膜時，要經歷400度到800度的溫度循環，因此，作為矽基板的半導體基板，與薄膜電極之間產生應力差。其結果是，薄膜電極中產生了內部應力或撓矩，因此，薄膜電極的靈敏度降低。另外，薄膜電極與背板電極的周圍部分的靜電電容，是靈敏度降低的原因。也即，靈敏度相當於音壓所引起的靜電電容的變化量除以全部靜電電容所得到的值，周圍部分的靜電電容，使全體的靜電電容為主增加，因此導致靈敏度實質上降低。
發明內容
本發明為了解決上述以往的問題而提出的，其目的在於提供一種具有給定的強度，且提高了聲音信號的檢測靈敏度的聲敏元件。
為了解決上述問題，本發明的某個方式的聲敏元件具備通過至少1個固定端安裝在半導體基板的第1面的表面上，將貫通設置在半導體基板上的音孔覆蓋起來的可動電極；以及通過與可動電極的組合形成氣隙而設置的固定電極；以及在通過從半導體基板的第2面側經過音孔所進入的音壓讓可動電極振動時，將該振動所引起的電容的靜電電容的變化作為聲音信號輸出的輸出部。可動電極，在至少1個固定端以外的部分中形成鉸鏈軸，通過基於該鉸鏈軸的鉸鏈構造與半導體基板相繫著(相關聯地固定在一起)。
「第1面」以及「第2面」是為了便於說明半導體基板中的兩個面而設置的，也可以是「上側」與「下側」，或「左側」與「右側」。
「固定電極」可以與可動電極相面對，形成電容器，與第1面之間的配置的關係並沒有特別進行限定。這裡，最好將固定電極對可動電極設置在與第1面相反側。
「鉸鏈構造」一般是指通過鉸鏈軸旋轉的動作，來開閉含有鉸鏈軸的物體的構造，但這裡只要是能夠限制鉸鏈軸的自由移動的構造就可以，為了讓含有鉸鏈軸的物體中的鉸鏈軸以外的部分固定起來，即使物體不能夠開閉也可以。也即，意味著限制包含有鉸鏈軸的可動電極，向上下以及左右進行規定以上的移動。
如果採用該方式，由於可動電極只通過至少1個固定端安裝在半導體基板上，因此，能夠減小與半導體基板之間的應力差的影響。另外，通過鉸鏈構造對可動電極的振動進行限制，因此，即使是只通過至少1個固定端進行安裝，也能夠抑制構造上的強度降低。
作為優選方式，可動電極的鉸鏈軸與至少1個固定端，在半導體基板的第1面的表面，設置在固定電極所佔區域的外側。通過採用這樣的構造，由於讓靜電電容的變化量在同一個程度上，並且整體的靜電電容變小，因此，能夠實質上增大靈敏度。
作為優選方式，可動電極，在固定電極所佔區域的外側，具有鉸鏈軸與至少1個固定端突出的形狀。由於鉸鏈軸與至少1個固定端突出，因此，即使鉸鏈軸與至少1個固定端遠離固定電極所佔區域，也能夠縮小可動電極與固定電極所形成的氣隙的面積，改善構造強度。
作為優選方式，可動電極在與半導體基板的第1面的表面相面對的部分中設有突起物。通過突起物，能夠防止可動電極黏附在半導體基板上。
本發明的另一種方式也是一種聲敏元件。該聲敏元件具備通過至少1個固定端安裝在半導體基板的第1面的表面上，將貫通設置在半導體基板上的音孔覆蓋起來的可動電極；以及通過與可動電極的組合形成氣隙而設置的固定電極；以及在通過從半導體基板的第2面側經過音孔所進入的音壓讓可動電極振動時，將該振動所引起的電容的靜電電容的變化作為聲音信號輸出的輸出部。可動電極，在至少1個固定端以外的部分中突出設置有鉤部，通過該鉤部與半導體基板相嵌合。
「鉤部」相當於前端彎曲的部分，前端的彎曲方法可以是任意的，也可以是能夠嵌合在半導體中的形狀。例如，既可以是「L」形的向給定方向彎曲，也可以是「T」形的向兩端彎曲。另外，也可以是圓形。
如果採用該方式，由於可動電極只通過至少1個固定端安裝在半導體基板上，因此，能夠減小與半導體基板之間的應力差的影響。另外，通過與鉤部的嵌合對可動電極的振動進行限制，因此，即使是只通過至少1個固定端進行安裝，也能夠抑制構造上的強度降低。另外，除了固定端以外，只通過鉤部將可動電極與半導體基板嵌合起來，因此能夠簡化構造。
作為優選方式，可動電極的鉤部，與設置在半導體基板中的鉤部的入口相嵌合。這種情況下，能夠通過設置在半導體基板中的鉤部的入口，與可動電極中所設置的鉤部相嵌合。
本發明的另一種方式也是一種聲敏元件。該聲敏元件具有通過至少1個固定端安裝在半導體基板的第1面的表面上，將貫通設置在半導體基板上的音孔覆蓋起來的可動電極；以及通過與可動電極的組合形成氣隙而設置的固定電極；以及在通過從半導體基板的第2面側經過音孔所進入的音壓讓可動電極振動時，將該振動所引起的電容的靜電電容的變化作為聲音信號輸出的輸出部。可動電極，在至少1個固定端以外的部分中突出設置有具有環狀的前端的突出部，通過該具有環狀的前端的突出部與半導體基板相嵌合。
「環狀」可以是圓環形狀，另外其形狀也可以不是圓形，也可是四邊形。另外，不但可以是圓環這樣的連接構造，還可以是其一部分中形成有切口的構造。也即，只要是在能夠嵌合的程度中，能夠被鉤住的形狀就可以。
如果採用該方式，由於可動電極只通過至少1個固定端安裝在半導體基板上，因此，能夠減小與半導體基板之間的應力差的影響。另外，通過與環狀的前端的嵌合對可動電極的振動進行限制，因此，即使是只通過至少1個固定端進行安裝，也能夠抑制構造上的強度降低。
作為優選方式，可動電極的突出部中，環狀的前端通過貫通在上述半導體基板中所設置的軸中，與半導體基板相嵌合。這種情況下，能夠通過設置在半導體基板中的軸，與設置在可動電極中的環狀的前端相嵌合。
本發明的另一種方式也是一種聲敏元件。該聲敏元件具備通過至少1個固定端安裝在半導體基板的第1面的表面上，將貫通設置在半導體基板上的音孔覆蓋起來的可動電極；以及通過與可動電極的組合形成氣隙而設置的固定電極；以及在通過從半導體基板的第2面側經過音孔所進入的音壓讓可動電極振動時，將該振動所引起的電容的靜電電容的變化作為聲音信號輸出的輸出部。可動電極，通過至少1個固定端以外的部分，與上述半導體基板相嵌合。
如果採用該方式，由於可動電極只通過至少1個固定端安裝在半導體基板上，因此，能夠減小與半導體基板之間的應力差的影響。另外，由於通過給定的嵌合對可動電極的振動進行限制，因此，即使是只通過至少1個固定端進行安裝，也能夠抑制構造上的強度降低。
發明效果根據本發明，能夠提供一種具有給定的強度，且提高了聲音信號的檢測靈敏度的聲敏元件
圖1為表示本發明的實施例1的相關聲敏元件的構成的俯視圖。
圖2為圖1的聲敏元件的第1剖面圖。
圖3為圖1的聲敏元件的第2剖面圖。
圖4(A)～(C)為表示圖1的聲敏元件的製造工序的圖。
圖5(A)～(℃)為接著圖4(A)～(C)表示圖1的聲敏元件的製造工序的圖。
圖6(A)～(C)為接著圖5(A)～(C)表示圖1的聲敏元件的製造工序的圖。
圖7為表示本發明的實施例2的相關聲敏元件的構成的俯視圖。
圖8為圖7的聲敏元件的第1剖面圖。
圖9為圖7的聲敏元件的第2剖面圖。
圖10(A)～(B)為表示圖7的聲敏元件的變形例的俯視圖。
圖11(A)～(C)為表示本發明的實施例3的相關聲敏元件的構成的俯視圖與剖面圖。
圖12(A)～(B)為表示圖11的聲敏元件的變形例的俯視圖與剖面圖。
圖13(A)～(B)為表示圖11的聲敏元件的另一個變形例的俯視圖。
具體實施例方式
(實施例1)在對本發明進行具體說明之前，先進行概要說明。本發明的實施例1，涉及一種形成在半導體基板上的電容器式矽麥克風。電容器式矽麥克風在半導體基板的第1面的表面上設有薄膜電極，並在比薄膜電極更遠離第1面側設有背板電極，以將貫通在半導體基板中的音孔覆蓋起來。本實施例的相關電容器式矽麥克風，通過1個固定端，將薄膜電極安裝在半導體基板上。
另外，薄膜電極在邊緣部分形成有多個鉸鏈軸，通過基於多個鉸鏈軸的鉸鏈結構，繫著在半導體基板上。這樣，由於將薄膜電極直接安裝在半導體基板上的固定端只有1個，因此，變得很難受到與半導體基板之間的應力差的影響。另外，由於固定端以外的部分通過鉸鏈構造繫著在半導體基板上，從而限制了薄膜電極的動作範圍。因此，即使固定端只有1個，也能夠抑制構造強度的降低。
另外，在從第1面側看半導體基板的情況下，薄膜電極的固定端與鉸鏈軸，設置在背板電極所佔據的區域的外側，因此，在對應於背板電極的薄膜電極的部分，能夠讓音壓的振動變大。結果提高了靈敏度。另外，薄膜電極具有固定端與鉸鏈軸突出的形狀，因此，能夠在遠離背板電極所佔據區域的位置上設置固定端與鉸鏈軸，提高靈敏度。另外，與薄膜電極為圓形，背板電極所佔區域遠離固定端的情況相比，能夠縮小薄膜電極的面積，從而能夠改善構造強度。
圖1為表示本發明的實施例1的相關聲敏元件100的構成的俯視圖。圖2為聲敏元件100的第1剖面圖，圖3為聲敏元件100的第2剖面圖。這裡，圖2為圖1的聲敏元件100的A-A』中的剖面圖，圖3為圖1的聲敏元件100的B-B』中的剖面圖。這裡，對照這些圖對聲敏元件100進行說明。
聲敏元件100具有氣隙層10、保護膜12、背板電極14、薄膜電極16、薄膜突起部18、基板開口部20、聲音孔22、薄膜用焊盤電極24、背板用焊盤電極26、鉸鏈固定部28、架橋部30、蝕刻抑制器(stopper)50以及矽基板52。另外，從圖2以及圖3可以得知，圖1中從上面無法直接看到氣隙層10等。但是，這裡為了容易理解結構，將無法直接看到的部分也適當顯示出來。另外，前面的說明中將「第1面」與「第2面」分別作為「上側」與「下側」，但並不僅限於此。
矽基板52成為聲敏元件100的基盤。矽基板52中，如圖2與圖3所示，從矽基板52的上側至下側貫通設置有音孔。另外，如圖1所示，音孔的基板開口部20具有四邊形的形狀。另外，矽基板52的上側表面，具有蝕刻抑制器50。
薄膜電極16，如圖2所示，通過至少1個固定端32安裝在矽基板52的上側的表面，以將矽基板52的剖面中的音孔覆蓋起來。這裡，在設有薄膜用焊盤電極24的方向上，設有固定端32。也即，薄膜電極16通過1個固定端32安裝在矽基板52以及蝕刻抑制器50上。從圖2以及圖3的音孔的下側輸入音壓，通過音壓能夠讓薄膜電極16振動，也即能夠按昭可動的方式構成。
圖1中，薄膜電極16在互相垂直的直徑方向具有4個突出部分。4個突出部分的一個中設有固定端32，此外的3處形成有鉸鏈軸34。從圖2可以得知，通過鉸鏈軸34、鉸鏈固定部28以及架橋部30形成鉸鏈結構，通過鉸鏈結構將薄膜電極16與蝕刻抑制器50繫著起來。鉸鏈結構通過用鉸鏈固定部28與架橋部30將鉸鏈軸34包圍起來而形成。也即，在圖2中限制鉸鏈固定部28向鉸鏈軸34的左右移動，並限制支撐在鉸鏈固定部28上的架橋部30向鉸鏈軸34的上方移動。通過這樣對鉸鏈軸34的移動進行限制，能夠對薄膜電極16的移動也進行限制。
如圖1所示，薄膜電極16的鉸鏈軸34與固定端32，在矽基板52的上側的表面中，設置在背板電極14所佔據區域的外側。另外，如前所述，薄膜電極16的鉸鏈軸34與固定端32，具有在背板電極14所佔區域的外側突出的形狀。假設不是突出形狀，且鉸鏈軸34與固定端32設置在圖1的位置中的情況下，薄膜電極16具有以薄膜用焊盤電極24以及鉸鏈軸34為直徑的圓形。因此，氣隙層10與薄膜電極16的面積變大，強度也變弱。薄膜突起部18如圖3所示，在薄膜電極16中，設置在與矽基板52的上側表面相面對的部分上。
背板電極14，如圖2以及圖3所示，設置在薄膜電極16的上方，與背板電極14一起形成電容。該電容具有如果因音壓讓薄膜電極16振動，則會改變靜電電容的值的特性。另外，如圖1所示，背板電極14的大小被設置為將基板開口部20也即音孔的至少一部分佔據。
保護膜12，如圖2以及圖3所示，形成為將背板電極14與薄膜電極16覆蓋起來。這裡，保護膜12以及背板電極14與薄膜電極16之間所產生的空間，稱作氣隙層10。另外，保護膜12與背板電極14，形成有多個聲音孔22。
薄膜用焊盤電極24與背板用焊盤電極26，分別與薄膜電極16以及背板電極14相連接，被加載了規定的電壓。另外，如果通過薄膜電極16以及背板電極14來改變電容的靜電電容，則薄膜用焊盤電極24與背板用焊盤電極26之間的電位差也變化，因此，將該變化了的電位差作為聲音信號輸出。也即，薄膜用焊盤電極24與背板用焊盤電極26間接檢測出電容的靜電電容變化。所輸出的聲音信號，通過圖中未顯示的處理部進行處理。該處理例如是通過揚聲器輸出，或將聲音信號變換成數位訊號並保存等等。
圖4(A)～(C)表示聲敏元件100的製造工序。另外，圖4(A)～(C)，與圖2相同，對應於圖1的聲敏元件100的A-A』中的剖面。
圖4(A)的工序1中，在矽基板52上成膜蝕刻抑制器50。蝕刻抑制器50一般使用氮化矽膜。形成氮化矽膜時所使用的氣體是甲矽烷(monosilane)與氨氣、二氯甲矽烷與氨氣等，成膜溫度為300℃～600℃。
圖4(B)的工序2中，在蝕刻抑制器50上成膜第1替代膜54。第1替代膜54中，一般使用含有磷(P)的氧化矽膜，但也可以使用其他膜，只要能夠溶解於氫氟酸(HF)就可以。該第1替代膜54之後將會被HF蝕刻所去除，因此是不會在最終的結構體中殘留的膜。對第1替代膜54，使用通常的光刻技術和蝕刻技術去除其周邊部。另外，之後為了在圖中未顯示的薄膜電極16中形成薄膜突起部18，事先在該部分對第1替代膜54進行部分蝕刻。該蝕刻中，在到達蝕刻抑制器50之前，便在中途停止蝕刻。
圖4(C)的工序3中，在第1替代膜54上成膜薄膜電極16。薄膜電極16一般使用多晶矽，但也可以使用其他具有導電性的材料。對薄膜電極16使用通常的光刻技術與蝕刻技術去除其不需要的部分。
圖5(A)～(C)接著圖4(A)～(C)表示聲敏元件100的製造工序。圖5(A)的工序4中，在薄膜電極16上形成了2～5μm左右的第2替代膜56。第2替代膜56最好是與工序2的第1替代膜54相同的膜。該第2替代膜56的膜厚成為最終的電極間的氣隙距離，因此反映在電容(C＝ε*S/t，ε介電率，S電極面積，t氣隙距離)也即靈敏度中，同時也給聲敏元件100的構造的強固性帶來很大影響。這意味著如果圖中未顯示的氣隙層10過於狹窄，則薄膜電極16與圖中未顯示的背板電極14過於接近，無法進行傳感(sensing)。
因此，第2替代膜56的膜厚是一個重要的參數。考慮到具有鉸鏈結構的聲敏元件100，其氣隙距離在2～5μm是比較合適的。接下來，使用通常的光刻技術與蝕刻技術，對周邊的不需要部分以及圖中未顯示的鉸鏈固定部28進行蝕刻，直到到達蝕刻抑制器50為止。另外，事先對圖中未顯示的架橋部30蝕刻到中途，使得該蝕刻沒有到達薄膜電極16。
圖5(B)的工序5，與形成在第2替代膜56上形成背板電極14的導電膜以及形成鉸鏈構造的導電膜同時成膜。從機械強度的觀點來看，本導電膜最好使用多晶矽。之後，使用通常的光刻技術與蝕刻技術去除不需要的部分。本實施例中，將形成背板電極14的導電膜，與形成鉸鏈構造的導電膜同時形成，但也可以成膜為分別不同的膜。這種情況下，可以分別選擇更加適當的膜種類與膜厚。
圖5(C)的工序6中，在背板電極14上成膜作為保護膜12的氮化矽膜。之後，對氮化矽膜，使用通常的光刻技術與蝕刻技術去除不需要的部分。這裡的不需要的部分不但指周邊部，還包括焊盤部分與聲音孔22。
圖6(A)～(C)接著圖5(A)～(C)表示聲敏元件100的製造工序。圖6(A)的工序7中，在焊盤部分中，形成薄膜用焊盤電極24或圖中未顯示的背板用焊盤電極26的焊盤電極。焊盤電極特別適於鋁、銅、金等的低電阻金屬膜。形成方法有使用通常的光刻技術與蝕刻技術的方法，但也可以使用所謂的電鍍抗蝕(plating resist)法或抗蝕蝕刻停止(resist etch-off)法等的技術。
圖6(B)的工序8，在矽基板52的背面形成蝕刻掩膜，使用該蝕刻掩膜，通過氫氧化鉀水溶液(KON)或氫氧化四甲基銨(TMAH)等鹼性蝕刻液進行各向同性蝕刻。該各向同性蝕刻，被工序1中所成膜的蝕刻抑制器50自動停止蝕刻。之後，從背面側通過蝕刻液(例如磷酸)或幹蝕刻，去除該開口部分的蝕刻抑制器50。
圖6(C)的工序9，從聲音孔22以及背面側，使用HF對第1替代膜54以及第2替代膜56有選擇地進行蝕刻，通過這樣，將第1替代膜54以及第2替代膜56完全去除。這樣一來，最終形成了氣隙層10與鉸鏈構造。
根據本發明的實施例，由於薄膜電極只通過1個固定端安裝在矽基板上，因此，能夠減小與矽基板之間的應力差的影響。另外，通過鉸鏈構造對薄膜電極的振動進行限制，因此，即使是通過1個固定端進行安裝，也能夠抑制構造上的強度降低。另外，通過採用這樣的構造，由於讓靜電電容的變化量在同一個程度上，並且整體的靜電電容變小，因此，能夠實質上增大靈敏度。
另外，由於鉸鏈軸與1個固定端突出，因此，即使在鉸鏈軸與1個固定端遠離被背板電極所佔據的區域，也能夠縮小薄膜電極與背板電極所形成的氣隙的面積，改善構造的強度。另外，通過突起物，能夠防止薄膜電極黏附在矽基板上。另外，由於背板電極只佔據了基盤開口部的一部分區域，因此能夠提高聲敏元件的靈敏度。另外，由於薄膜電極通過鉸鏈構造安裝，因此，能夠限制與薄膜電極的面平行的移動。另外，由於薄膜電極通過鉸鏈構造進行安裝，因此即使在受到來自與薄膜電極的面平行的方向的衝擊的情況下，通過讓薄膜電極進行某種程度的移動，也能夠吸收衝擊。
(實施例2)實施例2與本發明的實施例1相同，涉及一種形成在半導體基板上的電容器式矽麥克風。實施例1的相關電容器式矽麥克風中，通過鉸鏈構造將薄膜電極安裝在半導體基板上。實施例2的相關電容器式矽麥克風中，通過在薄膜電極中突出設置鉤部，讓該鉤部與半導體基板相嵌合。結果是，實施例2的相關電容器式矽麥克風，比實施例1的相關電容器式矽麥克風的構造更加簡單。另外，與實施例1相同，變得很難受到與半導體基板之間的應力差的影響，且即使固定端只有1個，也能夠抑制構造強度的降低。另外還能夠提高靈敏度，改善構造強度。
圖7為表示本發明的實施例2的相關聲敏元件100的構成的俯視圖。圖8為聲敏元件100的第1剖面圖。圖9為聲敏元件100的第2剖面圖。這裡，圖8為圖7的聲敏元件100的A-A』中的剖面圖，圖9為圖7的聲敏元件100的B-B』中的剖面圖。聲敏元件100與圖1的聲敏元件100不同，具有鉤部60與鉤入口76。但是，圖7的聲敏元件100也具有與圖1的聲敏元件100相同的部分，因此，這裡以二者的不同為中心進行說明。
圖7中，薄膜電極16在互相垂直的直徑方向具有4處突出部分。4處突出部分的一處中設有固定端32，此外的3處形成有鉤部60。從圖9可以得知，通過讓鉤部60嵌合在鉤入口76中，而將薄膜電極16安裝在矽基板52中。進一步對其進行說明，在如圖7所示的俯視圖中，薄膜電極16的突出部分，在鉤部60中擴展。也即，鉤部60為T型。另外，鉤入口76設置在矽基板52的上方，並且比鉤部60更加狹窄。保護膜12中，比鉤入口76更加前端的部分，具有與鉤部60相對應的形狀。也即，前端部分也為T型。
通過這樣的構成，在圖9中，限制了鉤入口76向鉤部60的左方向，也即向薄膜電極16中的與背板電極14重疊的區域的方向移動。另外，限制了保護膜12中，以鉤部60為中心的情況下的鉤入口76的相反側的壁面，向鉤部60的右方向，也即向設在薄膜電極16的突出部分的前端方向的移動。另外，限制圖9中設置在鉤部60的上方的保護膜12的部分，向鉤部60的上方移動。通過像這樣對鉤部60的移動進行限制，能夠對薄膜電極16的移動也進行限制。另外，鉤部60與至少1個固定端32，在矽基板52的上面的表面中，設置在背板電極14所佔區域的外側。
保護膜12如圖8以及圖9所示，被形成為將背板電極14以及薄膜電極16覆蓋起來。這裡，保護膜12中，設有用來與鉤部60相嵌合的鉤入口76，但鉤入口76也可設置在矽基板52上。另外，如圖3所示，薄膜電極16中可以形成薄膜突起部18。
圖7中以鉤部60為T型的情況進行了說明。但是，鉤部60還可以是T型以外的形狀，鉤部60的寬度，可以比鉤入口76的寬度寬。圖10(A)～(B)為表示聲敏元件100的變形例的俯視圖。它們表示圖7中的從薄膜電極16突出的部分的前端附近。圖10(A)為在從薄膜電極16突出的部分中，鉤部60隻在一個方向擴展的情況。也即，鉤部60為倒L形。這種情況下，鉤部60的寬度也比鉤入口76的寬度寬。
圖10(B)為從薄膜電極16突出的部分的中，鉤部60擴展為圓形的情況。鉤部60沒有角，一部分的寬度比鉤入口76的寬度更加寬。以上的實施例中，對鉤部60在與矽基板52的上面平行的方向擴展的情況進行了說明，但本發明並不僅限於此，例如，鉤部60還可以在垂直於矽基板52的上面的方向上擴展。也即，聲敏元件100的剖面圖中，鉤部60可以具有如圖7、圖10(A)與(B)所示的形狀。另外，鉤入口76具有對應於鉤部60的形狀。即使鉤部60具有這樣的形狀，鉤部60也能夠嵌合在鉤入口76中。
下面對以上所說明的實施例2的相關聲敏元件100的構造進行總結。薄膜電極16，與矽基板52等分離，通過固定端32固定在矽基板52中。另外，通過讓薄膜電極16嵌合在矽基板52中，來限制薄膜電極16向旋轉方向、高度方向以及半徑方向的移動。另外，在半徑方向的移動的限制，具有某種程度的富餘。另外，薄膜電極16具有鉤部60，而鉤部60可以朝向高度方向、水平方向中的任一方。另外，薄膜電極16具有多個鉤部60。
根據本發明的實施例，薄膜電極只通過至少1個固定端安裝在矽基板上，因此，能夠減小與矽基板之間的應力差的影響。另外，通過與鉤部的嵌合對薄膜電極的振動進行限制，因此，即使是通過至少1個固定端進行安裝，也能夠抑制構造上的強度降低。另外，除了固定端以外，只通過鉤部將薄膜電極與半導體基板嵌合起來，因此能夠讓構造簡單。另外，通過設置在矽基板上的鉤入口，能夠與設置在薄膜電極上的鉤部嵌合起來。另外，通過採用這樣的構造，由於讓靜電電容的變化量在同一個程度上，並且整體的靜電電容變小，因此，能夠實質上增大靈敏度。
另外，由於鉤部與1個固定端突出，因此，即使在鉤部與1個固定端遠離被背板電極所佔據的區域，也能夠縮小薄膜電極與背板電極所形成的氣隙的面積，改善構造的強度。另外，由於背板電極只佔據了基盤開口部的一部分區域，因此能夠提高聲敏元件的靈敏度。另外，由於薄膜電極通過鉤部相嵌合，因此，能夠限制與薄膜電極的面平行的移動。另外，由於薄膜電極通過鉤部相嵌合，因此即使在受到來自與薄膜電極的面平行的方向的衝擊的情況下，通過讓薄膜電極進行某種程度的移動，也能夠吸收衝擊。
另外，通過像實施例這樣的構造，由於限制了薄膜電極向旋轉方向、高度方向以及半徑方向的移動，因此，能夠改善薄膜電極的機械強度。另外，通過採用實施例這樣的構造，讓薄膜電極與矽基板相分離，能夠降低薄膜電極自身的內部應力以及撓矩。另外，由於半徑方向的移動限制具有某種程度的富餘，因此能夠降低內部應力等。另外，還能夠防止成為噪聲的原因的背板電極與薄膜電極的衝突，以及下降等強力的衝擊所引起的薄膜電極的不可逆變位等，讓特性惡化的變位。
(實施例3)實施例3與本發明的實施例1以及2相同，涉及一種形成在半導體基板上的電容器式矽麥克風。實施例2的相關的電容器式矽麥克風中，通過在薄膜電極中突出設置鉤部，讓該鉤部與半導體基板相嵌合。實施例3的相關電容器式矽麥克風中，設有突出於薄膜電極的部分，另外，突出部分的前端為環形。通過在該環形的前端，貫通設置在半導體基板中的軸，讓薄膜電極與半導體基板相嵌合。如實施例3所示，本發明與各種各樣的形態相對應。另外，這樣的實施例3的相關電容器式矽麥克風，具有與實施例1以及2的相關電容器式矽麥克風相同的效果。
實施例3的相關聲敏元件100具有與圖7至圖9中的聲敏元件100相同的形狀。實施例3的相關聲敏元件100中，與圖7至圖9中的聲敏元件100相比，突出部分的前端附近的形狀不同。因此，下面對突出部分的前端附近的形狀進行說明。
圖11(A)～(C)為表示本發明的實施例3的相關聲敏元件100的構成的俯視圖以及剖面圖。聲敏元件100包括環部62與軸部64。圖11(A)相當於俯視圖，圖11(B)相當於剖面圖。圖11(A)以及(B)的右側，與突出部分的前端相對應。薄膜電極16的突出部分的前端中，設有環部62。環部62的中央部分，如圖所示為空的結構。如圖11(B)所示，環部62的中央部分，貫通有設置在保護膜12中的軸部64。另外，軸部64也可以設置在矽基板52中。通過這樣的構造，薄膜電極16與矽基板52相嵌合。進一步對其進行說明，在如圖11(A)所示的俯視圖中，薄膜電極16的突出部分中的環部62中，中央部位設有孔。另外，通過在孔的部位設置軸部64，軸部64限制環部62向平行於矽基板52的上面的方向移動。另外，如圖3所示，可以在薄膜電極16中設置薄膜突起部18。
通過這樣的構成，在圖11(B)中，限制了軸部64向環部62的左右方向，也即向薄膜電極16中的與背板電極14重疊的區域的方向，以及向設置在薄膜電極16中的突出部分的前端方向移動。另外，限制圖11(B)中設置在環部62的上方的保護膜12的部分，向環部62的上方移動。通過像這樣對環部62的移動進行限制，能夠對薄膜電極16的移動也進行限制。
另外，軸部64與至少1個固定端32，在矽基板52的上面的表面中，設置在背板電極14所佔區域的外側。圖11(C)為對圖11(A)的變形例，環部62不完全形成為環狀。也即，環部62的一部分可以有切口。即使環部62像這樣，環部62也能夠通過軸部64限制移動。其結果是，能夠得到圖11(A)與(B)相同的效果。另外，軸部64可以具有如鉤部60所示的形狀。環部62具有與其對應的形狀。
圖12(A)～(B)為表示聲敏元件100的變形例的俯視圖與剖面圖。聲敏元件100具有第1環部66、第2環部68、第3環部70以及第4環部72。圖12(A)以及(B)的右側與薄膜電極16的突出部分的前端相對應。第1環部66相當於圖11(A)的環部62。第1環部66嵌合在第3環部70中，第3環部70嵌合在第2環部68中，第2環部68嵌合在第4環部72中。這裡，如圖12(B)所示，第3環部70與第4環部72，具有讓第1環部66中的開有孔的面旋轉90°的形狀。另外，第3環部70、第4環部72設置在矽基板52的上方。這樣，從第1環部66到第4環部72，向薄膜電極16的突出部分的前端部，象連珠一樣連接起來。
圖13(A)～(B)為表示聲敏元件100的另一個變形例的俯視圖。圖13(A)包括第1環部66與第5環部74。圖13(A)的右側與薄膜電極16的突出部分的前端相對應。第5環部74設置在圖中未顯示的矽基板52的上方。如圖所示，通過將第1環部66與第5環部74嵌合起來，讓薄膜電極16與矽基板52相嵌合。
圖13(B)與圖1相同，是聲敏元件100的全體的俯視圖。這裡，為了對環部62與軸部64的構造進行說明，將除此之外的部分，以及圖1中所示的部分，例如背板電極14、薄膜用焊盤電極24以及背板用焊盤電極26等省略。沿聲敏元件100的圓周，設置多個環部62。另外，多個環部62的每一個的中央部分的孔中分別設有軸部64。這裡，1個環部62與1個軸部64的關係，對應於圖11(A)以及(B)中的環部62與軸部64的關係。
根據本發明的實施例，薄膜電極只通過至少1個固定端安裝在矽基板上，因此，能夠減小與矽基板之間的應力差的影響。另外，通過與環部的嵌合對薄膜電極的振動進行限制，因此，即使是通過至少1個固定端進行安裝，也能夠抑制構造上的強度降低。另外，通過設置在矽基板中的軸部，能夠與設置在薄膜電極中的環部相嵌合。另外，通過採用這樣的構造，由於讓靜電電容的變化量在同一個程度上，並且整體的靜電電容變小，因此，能夠實質上增大靈敏度。
另外，由於環部與1個固定端突出，因此，即使在環部與1個固定端遠離被背板電極所佔據的區域，也能夠縮小薄膜電極與背板電極所形成的氣隙的面積，改善構造的強度。另外，由於背板電極只佔據了基盤開口部的一部分區域，因此能夠提高聲敏元件的靈敏度。另外，由於薄膜電極通過環部相嵌合，因此，能夠限制與薄膜電極的面平行的移動。另外，由於薄膜電極通過環部相嵌合，因此即使在受到來自與薄膜電極的面平行的方向的衝擊的情況下，通過讓薄膜電極進行某種程度的移動，也能夠吸收衝擊。
以上根據實施例對本發明進行了說明。實施例是例示，其各個構成要素以及各個處理過程的組合中可以有各種變形例，另外，這樣的變形例也在本發明的範圍內，這一點本領域技術人員應當可以理解。
在本發明的實施例1至3中，固定端32隻有1個。但是，本發明並不僅限於此，還可以是多個。或者，也可以增大固定端32的面積。根據本變形例，能夠提高聲敏元件100的強度。也即，可以將薄膜電極16安裝在矽基板52中。
本發明的實施例1中，薄膜電極16通過3個鉸鏈構造和1個固定端32，與矽基板52相結合。但本發明並不僅限於此，例如還可以是3個以外的鉸鏈構造。根據本變形例，薄膜電極16可以通過各種形狀構成。也即，薄膜電極16可以繫著在矽基板52上。
本發明的實施例1至3中，聲敏元件100通過矽基板52、薄膜電極16、背板電極14的順序配置而構成。但本發明並不僅限於此，例如還可以通過矽基板52、背板電極14、薄膜電極16的順序配置構成。這種情況下，從作為設置在矽基板52中的音孔的基板開口部20所輸入的音壓，通過設置在背板電極14中的聲音孔22，讓薄膜電極16振動。根據本變形例，能夠將本發明適用於各種聲敏元件10的構成。也即，可以通過音壓讓薄膜電極16振動。
本發明的實施例1至3的任意組合也是有效的。通過這樣的組合，能夠得到實施例1至3的任意的組合的效果。
權利要求
1.一種聲敏元件，其特徵在於，具備可動電極，其通過至少1個固定端安裝在半導體基板的第1面的表面上，將貫通設置在所述半導體基板上的音孔覆蓋起來；固定電極，其通過與所述可動電極的組合形成氣隙而被設置；以及輸出部，其在通過從半導體基板的第2面側經過音孔所進入的音壓讓所述可動電極振動時，將該振動所引起的電容的靜電電容的變化作為聲音信號輸出，其中，所述可動電極，在所述至少1個固定端以外的部分中形成鉸鏈軸，通過基於該鉸鏈軸的鉸鏈構造與所述半導體基板相繫著。
2.根據權利要求1所述的聲敏元件，其特徵在於所述可動電極的鉸鏈軸與至少1個固定端，在所述半導體基板的第1面的表面，設置在所述固定電極所佔區域的外側。
3.根據權利要求2所述的聲敏元件，其特徵在於所述可動電極，在所述固定電極所佔區域的外側，具有鉸鏈軸與至少1個固定端突出的形狀。
4.一種聲敏元件，其特徵在於，具備可動電極，其通過至少1個固定端安裝在半導體基板的第1面的表面上，將貫通設置在所述半導體基板上的音孔覆蓋起來；固定電極，其通過與所述可動電極的組合形成氣隙而被設置；以及輸出部，其在通過從半導體基板的第2面側經過音孔所進入的音壓讓所述可動電極振動時，將該振動所引起的電容的靜電電容的變化作為聲音信號輸出，其中，所述可動電極，在所述至少1個固定端以外的部分中突出設置有鉤部，通過該鉤部與所述半導體基板相嵌合。
5.根據權利要求4所述的聲敏元件，其特徵在於所述可動電極的鉤部，與設置在所述半導體基板中的所述鉤部的入口相嵌合。
6.根據權利要求4所述的聲敏元件，其特徵在於所述可動電極的鉤部與至少1個固定端，在所述半導體基板的第1面的表面，設置在所述固定電極所佔區域的外側。
7.根據權利要求5所述的聲敏元件，其特徵在於所述可動電極的鉤部與至少1個固定端，在所述半導體基板的第1面的表面，設置在所述固定電極所佔區域的外側。
8.一種聲敏元件，其特徵在於，具備可動電極，其通過至少1個固定端安裝在半導體基板的第1面的表面上，將貫通設置在所述半導體基板上的音孔覆蓋起來；固定電極，其通過與所述可動電極的組合形成氣隙而被設置；以及輸出部，其在通過從半導體基板的第2面側經過音孔所進入的音壓讓所述可動電極振動時，將該振動所引起的電容的靜電電容的變化作為聲音信號輸出，其中，所述可動電極，在所述至少1個固定端以外的部分中突出設置有具有環狀的前端的突出部，通過該具有環狀的前端的突出部與所述半導體基板相嵌合。
9.根據權利要求8所述的聲敏元件，其特徵在於所述可動電極的突出部中，環狀的前端通過貫通在上述半導體基板中所設置的軸中，與所述半導體基板相嵌合。
10.根據權利要求8所述的聲敏元件，其特徵在於所述可動電極的突出部與至少1個固定端，在所述半導體基板的第1面的表面，設置在所述固定電極所佔區域的外側。
11.根據權利要求9所述的聲敏元件，其特徵在於所述可動電極的突出部與至少1個固定端，在所述半導體基板的第1面的表面，設置在所述固定電極所佔區域的外側。
12.一種聲敏元件，其特徵在於，具備可動電極，其通過至少1個固定端安裝在半導體基板的第1面的表面上，將貫通設置在所述半導體基板上的音孔覆蓋起來；固定電極，其通過與所述可動電極的組合形成氣隙而被設置；以及輸出部，其在通過從半導體基板的第2面側經過音孔所進入的音壓讓所述可動電極振動時，將該振動所引起的電容的靜電電容的變化作為聲音信號輸出，其中，所述可動電極，通過所述至少1個固定端以外的部分，與所述半導體基板相嵌合。
13.根據權利要求1所述的聲敏元件，其特徵在於所述可動電極，在與所述半導體基板的第1面的表面相面對的部分中設有突起物。
14.根據權利要求4所述的聲敏元件，其特徵在於所述可動電極，在與所述半導體基板的第1面的表面相面對的部分中設有突起物。
15.根據權利要求8所述的聲敏元件，其特徵在於所述可動電極，在與所述半導體基板的第1面的表面相面對的部分中設有突起物。
16.根據權利要求12所述的聲敏元件，其特徵在於所述可動電極，在與所述半導體基板的第1面的表面相面對的部分中設有突起物。
全文摘要
本發明涉及一種提高了靈敏度與強度的聲敏元件。矽基板(52)中貫通設置有音孔。薄膜電極(16)通過至少1個固定端(32)安裝在矽基板(52)的上側的表面上，將矽基板(52)的音孔覆蓋起來。薄膜電極(16)在互相垂直的直徑方向具有4處突出部分。4處突出部分的一處中設有固定端(32)，此外的3處形成有鉸鏈軸(34)。背板電極(14)設置在薄膜電極(16)的上方，形成電容。
文檔編號H04R19/04GK1728888SQ20051008813
公開日2006年2月1日 申請日期2005年7月29日 優先權日2004年7月30日
發明者松原直輝, 奧田道則 申請人:三洋電機株式會社