JP2011049752A - コンデンサマイクロホン - Google Patents

Abstract

【課題】ＭＥＭＳ技術を用いて製造されたマイクロホンエレメントを有するコンデンサマイクロホンにおいて、マイクロホンエレメントがベース基板に載置固定された構成であっても、マイクロホン感度の均一性を確保可能とする。
【解決手段】シリコン基板２２上にコンデンサ構造部Ｃが積層形成されてなるマイクロホンエレメント２０を、ＩＣチップ４０と共にベース基板５０に載置固定する。その際、これらを覆うようにしてベース基板５０に固定されたカバー６０の上面壁６０Ａにおけるコンデンサ構造部Ｃの上方位置に、このコンデンサ構造部Ｃに音を導くための音孔６０ａを形成する。そして、このカバー６０の上面壁６０Ａとマイクロホンエレメント２０との間に、コンデンサ構造部Ｃと音孔６０ａとの間の前方空間Ｃ１とこれを囲む外周空間Ｃ３と仕切る音道壁７０を配置する。これにより前方空間Ｃ１の容積を小さくする。
【選択図】図１

Description

本願発明は、コンデンサマイクロホンに関するものであり、特に、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いて製造されたマイクロホンエレメントを有するコンデンサマイクロホンに関するものである。

一般に、コンデンサマイクロホンは、振動膜と固定電極とが対向配置されたコンデンサ構造部を有する構成となっているが、近年では、その小型化を図るため、ＭＥＭＳ技術を用いて、上記コンデンサ構造部をマイクロホンエレメントの一部として積層形成する工夫もなされている。

例えば「特許文献１」や「特許文献２」に記載されたコンデンサマイクロホンにおいては、中央開口部が形成されたシリコン基板上に、その中央開口部を塞ぐようにしてコンデンサ構造部を積層形成することにより、マイクロホンエレメントが構成されるようになっている。

その際、上記「特許文献１」の図６に記載されたコンデンサマイクロホンにおいては、マイクロホンエレメントがインピーダンス変換素子と共にベース基板に載置固定された状態で、筐体内に収容された構成になっている。

一方、上記「特許文献２」の図５に記載されたコンデンサマイクロホンにおいては、マイクロホンエレメントがインピーダンス変換素子と共にトップ基板に吊り下げ固定された状態で、筐体内に収容された構成になっている。

特開２００７−８１６１４号公報 国際公開２００５−８６５３５号

一般に、コンデンサマイクロホンにおいては、上記「特許文献１」の図６や「特許文献２」の図５にも記載されているように、その筐体の上面壁におけるコンデンサ構造部の上方位置に、該コンデンサ構造部に音を導くための音孔が形成された構成となっている。

しかしながら、上記「特許文献１」の図６に記載されたコンデンサマイクロホンにおいては、音孔とコンデンサ構造部との間の空間（以下「前方空間」という）が、この前方空間を囲む空間（以下「外周空間」という）と連通しており、かなり大きい容積で形成されているので、次のような問題がある。

すなわち、前方空間が大きい容積で形成されていると、その共鳴周波数が低くなるので、可聴域またはこれに近い周波数領域で音波の共鳴が発生してしまい、このため可聴域でのマイクロホン感度の均一性が損なわれてしまう、という問題がある。

一方、上記「特許文献２」の図５に記載されたコンデンサマイクロホンにおいては、マイクロホンエレメントがトップ基板に吊り下げ固定されているので、その吊り下げ固定部において前方空間と外周空間とを仕切ることができ、これにより前方空間の容積を小さくすることができる。

しかしながら、この「特許文献２」の図５に記載されたコンデンサマイクロホンにおいては、マイクロホンエレメントの吊り下げ固定部が、吊り下げ固定機能だけではなくコンデンサ構造部とトップ基板との電気的接続機能も兼ねているので、その形状自由度が小さく、したがって、前方空間についてもその容積や形状の自由度が小さくなってしまい、このため可聴域でのマイクロホン感度の均一性を確保する上で不十分なものとなってしまう、という問題がある。また、このような構成を採用した場合には、マイクロホンエレメントがベース基板に載置固定された一般的な構成のコンデンサマイクロホンにおいて、可聴域でのマイクロホン感度の均一性を確保することはできない、という問題がある。

本願発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ＭＥＭＳ技術を用いて製造されたマイクロホンエレメントを有するコンデンサマイクロホンにおいて、マイクロホンエレメントがベース基板に載置固定された構成であっても、マイクロホン感度の均一性を確保することができるコンデンサマイクロホンを提供することを目的とするものである。

本願発明は、筐体内において前方空間を外周空間と仕切るための構成に工夫を施すことにより、上記目的達成を図るようにしたものである。

すなわち、本願発明に係るコンデンサマイクロホンは、
中央開口部が形成されたシリコン基板上に、振動膜と固定電極とが対向配置されてなるコンデンサ構造部が、上記中央開口部を塞ぐようにして積層形成されてなるマイクロホンエレメントと、
上記コンデンサ構造部の静電容量の変化を電気インピーダンス変換するインピーダンス変換素子と、
上記マイクロホンエレメントおよび上記インピーダンス変換素子を載置固定するベース基板と、
上記マイクロホンエレメントおよび上記インピーダンス変換素子を覆うようにして上記ベース基板に固定されたカバーと、を備えてなるコンデンサマイクロホンにおいて、
上記カバーの上面壁における上記コンデンサ構造部の上方位置に、該コンデンサ構造部に音を導くための音孔が形成されており、
上記カバーの上面壁と上記マイクロホンエレメントとの間に、上記コンデンサ構造部と上記音孔との間の前方空間とこの前方空間を囲む外周空間とを仕切る音道壁が配置されている、ことを特徴とするものである。

上記構成において「上面壁」や「上方位置」等の方向性を示す用語は、コンデンサマイクロホンを構成する各部材相互間の位置関係を明確にするために便宜上用いたものであって、これによりコンデンサマイクロホンを実際に使用する際の方向性が限定されるものではない。

上記「カバー」は、ベース基板に固定されることにより、このベース基板とでマイクロホンエレメントおよびインピーダンス変換素子を覆う筐体を形成する部材であれば、その具体的な構成やベース基板に対する固定構造等は特に限定されるものではない。その際、この「カバー」の具体的な構成としては、例えば、金属板をプレス成形することにより単一の部材として構成されたもの、あるいは、マイクロホンエレメントおよびインピーダンス変換素子を囲むようにしてベース基板に載置固定された環状部材と、この環状部材の上面に載置固定された蓋状部材とで構成されたもの等が採用可能である。

上記「音道壁」は、前方空間と外周空間と仕切るように形成された部材であれば、その高さや断面形状等の具体的構成は特に限定されるものではない。また、この「音道壁」は、マイクロホンエレメントの一部として構成されたものであってもよいし、マイクロホンエレメントとは別部材で構成されたものであってもよい。

上記構成に示すように、本願発明に係るコンデンサマイクロホンは、シリコン基板上にコンデンサ構造部が積層形成されてなるマイクロホンエレメントが、インピーダンス変換素子と共にベース基板に載置固定された構成となっており、そして、これらマイクロホンエレメントおよびインピーダンス変換素子を覆うようにしてベース基板に固定されたカバーには、その上面壁におけるコンデンサ構造部の上方位置に、このコンデンサ構造部に音を導くための音孔が形成されているが、このカバーの上面壁とマイクロホンエレメントとの間には、コンデンサ構造部と音孔との間の前方空間とこの前方空間を囲む外周空間と仕切る音道壁が配置されているので、次のような作用効果を得ることができる。

すなわち、ベース基板とカバーとで構成される筐体内において、前方空間と外周空間とが音道壁により仕切られているので、前方空間の容積を小さくすることができる。

しかも、この音道壁には、コンデンサ構造部に対する電気的接続機能は不要であり、その機能を前方空間と外周空間との仕切り機能に特化させることができるので、前方空間の容積や形状の自由度を高めることができ、これにより可聴域でのマイクロホン感度の均一性を確保することが容易に可能となる。

このように本願発明によれば、ＭＥＭＳ技術を用いて製造されたマイクロホンエレメントを有するコンデンサマイクロホンにおいて、マイクロホンエレメントがベース基板に載置固定された構成であっても、マイクロホン感度の均一性を確保することができる。

上記構成において、音道壁の少なくとも一部が、マイクロホンエレメントの上面に積層形成されたレジスト層で構成されたものとすれば、マイクロホンエレメントをＭＥＭＳ技術を用いて積層形成する工程において、音道壁についてもその少なくとも一部を積層形成することができる。したがって、音道壁の配置を比較的容易に行うことができ、かつその位置精度を高めることができる。

その際、音道壁がレジスト層のみにより構成されたものとした上で、このレジスト層が、その上端面をカバーの上面壁に当接させるとともに上下方向に圧縮弾性変形した状態で配置された構成とすれば、次のような作用効果を得ることができる。

すなわち、音道壁がレジスト層のみにより構成されたものとすることにより、マイクロホンエレメントの積層形成工程において音道壁もその全体を同時に積層形成することができるので、音道壁の配置を容易にかつ位置精度良く行うことができる。しかも、この音道壁として積層形成されたレジスト層は、その上端面がカバーの上面壁に当接するとともに上下方向に圧縮弾性変形した状態で配置されているので、音道壁がレジスト層のみにより構成されているにもかかわらず、前方空間と外周空間とを確実に仕切ることができる。その際、マイクロホンエレメントの上端面とカバーの上面壁との間隔に多少のバラツキがあっても、音道壁として積層形成されたレジスト層の圧縮弾性変形作用により、その仕切り機能を維持することができる。

一方、音道壁の一部がレジスト層で構成されたものとした上で、このレジスト層の上端面とカバーの上面壁との間に弾性部材が介装された構成とすることも可能である。このような構成を採用した場合においても、前方空間と外周空間とを確実に仕切ることができる。

上記構成において、カバーの上面壁に、音孔の外周形状に沿って下方へ突出する環状フランジ部が形成された構成とすれば、この環状フランジ部においても音道壁との面接触が行われるようにすることができ、これにより前方空間と外周空間との仕切り機能を一層高めることができる。また、このような構成を採用した場合には、環状フランジ部を音道壁と係合させることよって、カバーをベース基板に固定する際の位置決めを行うことも可能である。さらに、音道壁の一部を構成するレジスト層の上端面とカバーの上面壁との間に弾性部材が介装される構成とした場合には、この弾性部材を環状フランジ部に係合させることによって、これを所定位置に仮止めすることができ、これによりコンデンサマイクロホンを組み付ける際の作業性を高めることができる。

上記構成において、シリコン基板およびベース基板のうちの少なくとも一方に、シリコン基板の中央開口部と外周空間とを連通させる連通孔が形成された構成とすれば、次のような作用効果を得ることができる。

すなわち、コンデンサマイクロホンにおいては、そのコンデンサ構造部の下方に位置する空間（以下「後方空間」という）が小さいと、振動膜を変位させるのに必要な力が大きくなるので、振動膜が変位しにくくなり、このため所要の音響特性を確保することができなくなってしまう。そこで、シリコン基板およびベース基板のうちの少なくとも一方に連通孔を形成して、シリコン基板の中央開口部と外周空間とを連通させるようにすれば、後方空間の容積を十分に大きくすることができ、これにより所要の音響特性を確保することができる。その際、本願発明に係るコンデンサマイクロホンにおいては、音道壁により前方空間と外周空間とが仕切られているので、上記連通孔を形成しても前方空間と後方空間とが外周空間を介して連通することはなく、したがってマイクロホン機能に支障を来たしてしまうおそれはない。

この場合において、連通孔として、シリコン基板の下端部の一部を切除することにより形成された構成とすれば、マイクロホンエレメントの積層形成工程において連通孔も同時に形成することができる。また、連通孔として、ベース基板の上面を凹溝状に切除することにより形成された構成とすれば、マイクロホンエレメントの積層形成工程を簡素化することができる。

本願発明の一実施形態に係るコンデンサマイクロホンを、上向きに配置した状態で示す側断面図 上記コンデンサマイクロホンのマイクロホンエレメントを詳細に示す側断面図であって、図３のII−II線に沿った断面図 図２のIII−III線断面図 上記マイクロホンエレメントの製造工程を示す側断面図（その１） 上記マイクロホンエレメントの製造工程を示す側断面図（その２） 上記マイクロホンエレメントの製造工程を示す側断面図（その３） 上記実施形態の第１変形例を示す、図１と同様の図 上記実施形態の第２変形例を示す、図１と同様の図 上記実施形態の第３変形例を示す、図１と同様の図

以下、図面を用いて、本願発明の実施の形態について説明する。

図１は、本願発明の一実施形態に係るコンデンサマイクロホン１０を、上向きに配置した状態で示す側断面図である。

同図に示すように、本実施形態に係るコンデンサマイクロホン１０は、マイクロホンエレメント２０と、ＩＣチップ４０と、ベース基板５０と、カバー６０とを備えてなっている。そして、このコンデンサマイクロホン１０は、そのベース基板５０の下面において、外部機器（例えば携帯電話機等）のプリント基板（図示せず）に表面実装された状態で使用されるようになっている。

マイクロホンエレメント２０は、中央開口部２２ａが形成されたシリコン基板２２上に、振動膜２４と固定電極２６とが対向配置されており、これによりコンデンサ構造部Ｃが構成されるようになっている。このコンデンサマイクロホン１０のマイクロホンエレメント２０は、ＭＥＭＳ技術を用いて製造されるようになっている（これについては後述する）。

ＩＣチップ４０は、振動膜２４の振動に伴って生じる、この振動膜２４と固定電極２６との間の静電容量の変化を、電気インピーダンス変換して電気信号として取り出すとともに、この電気信号を増幅するように構成されている。

ベース基板５０は、平面視において長辺が４ｍｍ程度の長方形の外形形状を有する絶縁基板の上下両面に、複数の導電層（図示せず）が所定の配線パターンで形成された構成となっている。そして、このベース基板５０は、その上面において、マイクロホンエレメント２０およびＩＣチップ４０を載置固定するようになっている。その際、マイクロホンエレメント２０の載置固定は、このマイクロホンエレメント２０を、そのシリコン基板２２の下面において、ベース基板５０の上面に接着することにより行われている。また、ＩＣチップ４０の載置固定は、このＩＣチップ４０をマイクロホンエレメント２０と隣接するように配置した状態で、ベース基板５０の上面に接着することにより行われている。なお、これらの接着は、例えばエポキシ系接着剤等を用いて行われるようになっている。

ＩＣチップ４０は、図示しない電源用端子、出力用端子、アース用端子およびバイアス用端子とを備えている。そして、このＩＣチップ４０は、その電源用端子、出力用端子およびアース用端子が、ベース基板５０に形成された各導電層にそれぞれボンディングワイヤ４２を介して電気的に接続されるとともに、そのバイアス用端子が、振動膜２４の端子部３２Ａにボンディングワイヤ４４を介して電気的に接続されている。

また、マイクロホンエレメント２０における固定電極２６の端子部３２Ｂは、ベース基板５０に形成されたアース用の導電層にボンディングワイヤ４６を介して電気的に接続されている。

カバー６０は、マイクロホンエレメント２０およびＩＣチップ４０を覆うようにして、ベース基板５０に載置固定されている。そして、このカバー６０とベース基板５０とにより、マイクロホンエレメント２０およびＩＣチップ４０を収容する筐体が構成されるようになっている。

このカバー６０は、金属板にプレス成形を施すことにより形成されている。このこのカバー６０は、ベース基板５０と平行に延びる上面壁６０Ａと、この上面壁６０Ａの外周縁部から下方へ延びる周面壁６０Ｂとからなっている。そして、このカバー６０のベース基板５０への載置固定は、ベース基板５０の上面における外周縁部に形成されたアース用の導電層に対して、その周面壁６０Ｂの下端縁をハンダ付けすることにより行われている。

このカバー６０の上面壁６０Ａにおけるコンデンサ構造部Ｃの上方位置には、このコンデンサ構造部Ｃに音を導くための音孔６０ａが形成されている。この音孔６０ａは、φ０．８ｍｍ程度の直径を有する円形の開口形状を有している。

上記筐体内におけるカバー６０の上面壁６０Ａとマイクロホンエレメント２０との間には、コンデンサ構造部Ｃと音孔６０ａとの間の前方空間Ｃ１とこの前方空間Ｃ１を囲む外周空間Ｃ３とを仕切るための筒状の音道壁７０が配置されている。

この音道壁７０は、音孔６０ａを囲むようにして上下方向に円筒形に延びるように形成されている。その際、この音道壁７０の内径は、φ１ｍｍ程度の値に設定されており、その肉厚は、０．０５〜０．１ｍｍ程度の値に設定されている。

この音道壁７０は、マイクロホンエレメント２０の上面に積層形成されたレジスト層で構成されている（これについては後述する）。

図２は、マイクロホンエレメント２０を詳細に示す側断面図であり、図３は、図２のIII−III線断面図である。なお、図２は、図３のII−II線に沿った断面図である。

これらの図に示すように、このマイクロホンエレメント２０は、中央開口部２２ａが形成されたシリコン基板２２上に、振動膜２４と固定電極２６とが対向配置されており、これによりコンデンサ構造部Ｃが構成されるようになっている。

シリコン基板２２は、シリコンウエハから１．６ｍｍ角程度の大きさに切り出された単結晶シリコンのチップで構成されており、０．４ｍｍ程度の板厚を有している。このシリコン基板２２の中央開口部２２ａは、エッチング加工により円柱状に形成されている。その際、この中央開口部２２ａは、その内径がφ０．９ｍｍ程度に設定されている。

そして、このシリコン基板２２の上面における中央開口部２２ａの周囲には、シリコン酸化膜からなる絶縁層２８が積層形成されている。また、このシリコン基板２２の下面には、シリコン酸化膜からなる薄い絶縁層３６が熱酸化処理により形成されている。

固定電極２６は、多結晶シリコンからなり、絶縁層２８の上面に、中央開口部２２ａを塞ぐようにして積層形成されている。この固定電極２６には、複数の貫通孔２６ａが中央開口部２２ａに臨むようにして形成されている。

これら各貫通孔２６ａの孔径は、φ５〜２０μｍが適している。その理由は以下のとおりである。すなわち、孔径が小さくなりすぎると、音響抵抗が大きくなり、振動膜２４の振動を抑制してしまう傾向にある、一方、孔径が大きくなりすぎると、固定電極２６の面積が小さくなり、振動膜２４と対となってコンデンサ構造部Ｃを形成する面積が小さくなり、結果としてマイクロホン感度が低下してしまう傾向にある。

この固定電極２６の上面には、シリコン酸化膜からなる絶縁層３０が積層形成されている。その際、この絶縁層３０には、中央開口部２２ａよりもやや小さい内径の円形開口部３０ａが形成されており、その周囲には一箇所に貫通孔３０ｂが形成されている。

この絶縁層３０の厚さは、２〜６μｍが最適である。その理由は以下のとおりである。すなわち、この絶縁層３０は、固定電極２６と振動膜２４とのギャップを決定する層であるが、その膜厚を薄くしすぎると、固定電極２６と振動膜２４との粘性抵抗が大きくなり、十分な振動膜２４の変位が得られない傾向にある。逆に、この絶縁層３０の膜厚を厚くしすぎると、コンデンサ構造部Ｃの静電容量がそのギャップに反比例することから、マイクロホン感度が低下してしまう傾向にある。

この絶縁層３０の上面における対角線上の２箇所には、１対の端子部３２Ａ、３２Ｂが、金属薄膜からなる導電層として積層形成されている。その際、一方の端子部３２Ａは、その一部が振動膜２４の上面に接触するように形成されており、他方の端子部３２Ｂは、その一部が絶縁層３０の貫通孔３０ｂを介して固定電極２６に接触するように形成されている。これら各端子部３２Ａ、３２Ｂとなる金属としては、アルミニウム、クロム／金、チタン／白金などが好適に利用される。

振動膜２４は、多結晶シリコンからなり、固定電極２６の上方近傍において該固定電極２６と平行に延びるように配置されている。その際、この振動膜２４は、絶縁層３０の円形開口部３０ａよりもやや大きい円形の外形形状を有しており、その外周縁部において絶縁層３０に積層形成されている。そして、この振動膜２４の中心部には、複数の微小貫通孔２４ａが通気用として形成されている。

この振動膜２４の膜厚は、０．５〜２μｍが最適である。その理由は以下のとおりである。すなわち、この振動膜２４の膜厚を薄くしすぎると、共振周波数が小さくなりすぎる傾向にあり、可聴域に振動膜２４の共振が現れる可能性がある。一方、この振動膜２４の膜厚を厚くしすぎると、振動膜２４が硬くなり、マイクロホン感度が低下してしまう傾向にある。なお、この振動膜２４の構成として、シリコン基板２２上に樹脂膜および金属膜を積層形成したものを採用することも可能である。

絶縁層３０の上面には、フォトレジストからなる表面保護層３４が積層形成されている。その際、この表面保護層３４は、振動膜２４の外周縁部および１対の端子部３２Ａ、３２Ｂを覆うように形成されている。そして、この表面保護層３４の外周縁部の２箇所には、１対の端子部３２Ａ、３２Ｂを露出させるための１対の孔３４ａ、３４ｂが形成されている。

そして、この表面保護層３４の上面には、音孔６０ａを囲むようにして上下方向に円筒形に延びるレジスト層が形成されており、これにより音道壁７０を構成するようになっている。

この音道壁７０を構成するレジスト層は、永久フォトレジストと呼ばれる有機化合物で形成されている。この永久フォトレジストとしては、例えば、東京応化工業社製ＴＭＭＲシリーズＳ２０００、日本化薬社製ＳＵ−８シリーズ３０００等を用いることが可能である。これらの永久フォトレジストは高膜厚化が可能であり、いろいろな膜厚に調整することも可能であり、また適度な弾力性を有している。

この音道壁７０を構成するレジスト層は、その上端面をカバー６０の上面壁６０Ａの下面に当接させるとともに上下方向に圧縮弾性変形した状態で配置されている。

すなわち、この音道壁７０を構成するレジスト層は、無負荷状態では、図２において２点鎖線で示すように、カバー６０の上面壁６０Ａとマイクロホンエレメント２０の上面（すなわち表面保護層３４の上面）との間隔よりもやや高くなるように形成されている。例えば、上記間隔が０．３ｍｍ程度であるとすると、その１割増しの０．３３ｍｍ程度の値）で形成されている。そして、この音道壁７０を構成するレジスト層は、カバー６０がベース基板５０に載置固定された状態では、その上面壁６０Ａとの当接により下方へ押圧されて、上下方向に多少圧縮弾性変形した状態となる。

シリコン基板２２は、その下端部が４箇所において径方向に切除されており、これにより４つの凹溝部２２ｂが形成されている。これら４つの凹溝部２２ｂは、平面視において十字配置で４箇所に形成されている。その際、これら各凹溝部２２ｂは、シリコン基板２２の下端部の一部を、その下端面から台形の断面形状で直線状に切除することにより形成されている。そして、これら４つの凹溝部２２ｂとベース基板５０の上面とで、中央開口部２２ａと外周空間Ｃ３とを連通させる連通孔８０を４箇所に形成するようになっている。

そしてこれにより、図１に示すように、コンデンサ構造部Ｃの下方に位置する後方空間Ｃ２を、中央開口部２２ａ分の容積から、これに外周空間Ｃ３の容積と４箇所の連通孔８０の容積とを合わせた容積まで拡大させるようになっている。

次に、マイクロホンエレメント２０の製造工程について説明する。

図４〜６は、このマイクロホンエレメント２０の製造工程を示す側断面図である。

まず、図４（ａ）に示すように、ハンドルレイヤとしての厚いシリコン層１２２の上面に、シリコン酸化膜１２８とデバイスレイヤとしての薄いシリコン層１２６とが、この順で積層されてなるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハ１００を用意する。なお、図４（ａ）においては、ＳＯＩウエハ１００を、１つのマイクロホンエレメント２０のサイズ分の大きさで示している（図中の２点鎖線は全体形状の一部を示している）。

次に、同図（ｂ）に示すように、このＳＯＩウエハ１００を熱酸化させ、その上下両面に、薄いシリコン酸化膜１３６、１０２をそれぞれ形成する。

次に、同図（ｃ）に示すように、ＳＯＩウエハ１００のシリコン層１２２の下端部に、平面視において格子状配置で凹溝部１２２ｂを形成する。その際、まず、下面のシリコン酸化膜１３６をエッチングし、このエッチングされたシリコン酸化膜１３６をマスクとして、異方性ウェットエッチングを行い、シリコン層１２２に複数の凹溝部１２２ｂを形成する。これら凹溝部１２２ｂは、マイクロホンエレメント２０の凹溝部２２ｂとなるべきものである。

次に、同図（ｄ）に示すように、ＳＯＩウエハ１００のシリコン層１２６に微細な孔１２６ａをエッチングにより形成する。これらの孔１２６ａは、マイクロホンエレメント２０において固定電極２６の貫通孔２６ａとなるべきものである。

次に、図５（ｅ）に示すように、シリコン層１２６の孔１２６ａを、シリコン酸化膜１０４および多結晶シリコン薄膜１０６で再充填する。これらシリコン酸化膜１０４および多結晶シリコン薄膜１０６はＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などにより製膜することが可能である。

次に、同図（ｆ）に示すように、シリコン層１２６の表面にシリコン酸化膜１３０を形成する。このシリコン酸化膜１３０は、その一部にシリコン酸化膜１０４を含むものとなる。このシリコン酸化膜１３０は、固定電極２６と振動膜２４とのギャップを決定する絶縁層３０となるべきものである。

さらに、シリコン酸化膜１３０を部分的にエッチングして小孔１３０ａを形成し、ＳＯＩウエハ１００のシリコン層１２６との電気的接続がとれるようにパターニングする。

次に、同図（ｇ）に示すように、シリコン酸化膜１３０の上面に、多結晶シリコン薄膜１２４を製膜する。その際、微細な孔１２４ａが形成されるように部分的にエッチングしてパターニングする。この多結晶シリコン薄膜１２４は、振動膜２４となるべきものである。

次に、同図（ｈ）に示すように、シリコン酸化膜１３０の上面の２箇所に、金属薄膜１３２Ａ、１３２Ｂの製膜およびパターニングを行う。これら金属薄膜１３２Ａ、１３２Ｂは、それぞれ端子部３２Ａ、３２Ｂとなるべきものである。
る
次に、図６（ｉ）に示すように、シリコン酸化膜１３０の上面に、フォトレジストをスピンコートしてパターニングし、パッシベーション膜１３４を形成する。このパッシベーション膜１３４は、表面保護膜３４となるべきものである。このパッシベーション膜１３４は、フォトレジスト以外にもパリレン、酸化シリコンなどが好適に利用される。その際、金属薄膜１３２Ａ、１３２Ｂとの電気的接続がとれるようにするため、このパッシベーション膜１３４の２箇所に小孔１３４ａ、１３４ｂを形成しておく。

次に、同図（ｊ）に示すように、パッシベーション膜１３４の上面に、永久フォトレジスト（例えば東京応化工業製ＴＭＭＲシリーズＳ２０００）をスピンコート、露光、現像してパターニングし、レジスト層１７０として形成する。このレジスト層１７０は、音道壁７０となるべきものである。その際、このレジスト層１７０の高さは、スピンコートの回転速度と回転時間とにより調整する。

次に、同図（ｋ）に示すように、ＳＯＩウエハ１００の下面から、ＤＲＩＥ（すなわち深堀り反応性エッチング）によりシリコン層１２２をエッチングし、ＢＯＸ層となるシリコン酸化膜１０４でＤＲＩＥを終了する。そしてこれにより、円柱状の中央開口部１２２ａを形成する。この中央開口部１２２ａは、中央開口部２２ａとなるべきものである。

そして、この中央開口部１２２ａの下方から、フッ化水素ガスおよびフッ化キセノンガスにより、シリコン酸化膜１２８、シリコン層１２６に再充填された多結晶シリコン薄膜１０６およびシリコン酸化膜１３０をドライエッチングして、多結晶シリコン薄膜１２４を、同図（ｌ）に示すように、振動膜２４としてリリースする（すなわち振動膜２４を振動可能な状態とする）。

最後に、ダイシングにより、ＳＯＩウエハ１００からマイクロホンエレメント２０をチップとして個片化する。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。

本実施形態に係るコンデンサマイクロホン１０は、シリコン基板２２上にコンデンサ構造部Ｃが積層形成されてなるマイクロホンエレメント２０が、ＩＣチップ４０と共にベース基板５０に載置固定された構成となっており、そして、これらマイクロホンエレメント２０およびＩＣチップ４０を覆うようにしてベース基板５０に固定されたカバー６０には、その上面壁６０Ａにおけるコンデンサ構造部Ｃの上方位置に、このコンデンサ構造部Ｃに音を導くための音孔６０ａが形成されているが、このカバー６０の上面壁６０Ａとマイクロホンエレメント２０との間には、コンデンサ構造部Ｃと音孔６０ａとの間の前方空間Ｃ１とこの前方空間Ｃ１を囲む外周空間Ｃ３と仕切る音道壁７０が配置されているので、次のような作用効果を得ることができる。

すなわち、ベース基板５０とカバー６０とで構成される筐体内において、前方空間Ｃ１と外周空間Ｃ３とが音道壁７０により仕切られているので、前方空間Ｃ１の容積を小さくすることができる。そしてこれにより、前方空間Ｃ１の共鳴周波数を、可聴域（一般的に２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）よりも十分に高い５０ｋＨｚ以上の値に設定することができる。

しかも、この音道壁７０には、コンデンサ構造部Ｃに対する電気的接続機能は不要であり、その機能を前方空間Ｃ１と外周空間Ｃ３との仕切り機能に特化させることができるので、前方空間Ｃ１の容積や形状の自由度を高めることができ、これにより可聴域でのマイクロホン感度の均一性を確保することが容易に可能となる。

このように本実施形態によれば、ＭＥＭＳ技術を用いて製造されたマイクロホンエレメント２０を有するコンデンサマイクロホン１０において、マイクロホンエレメント２０がベース基板５０に載置固定された構成であっても、マイクロホン感度の均一性を確保することができる。

特に本実施形態においては、音道壁７０が、マイクロホンエレメント２０の上面に積層形成されたレジスト層で構成されているので、マイクロホンエレメント２０をＭＥＭＳ技術を用いて積層形成する工程において、音道壁７０についても同時に積層形成することができ、これにより音道壁７０の配置を容易にかつ位置精度良く行うことができる。しかも、この音道壁７０として積層形成されたレジスト層は、その上端面がカバー６０の上面壁６０Ａに当接するとともに上下方向に圧縮弾性変形した状態で配置されているので、音道壁７０がレジスト層のみにより構成されているにもかかわらず、前方空間Ｃ１と外周空間Ｃ３とを確実に仕切ることができる。その際、マイクロホンエレメント２０の上端面とカバー６０の上面壁６０Ａとの間隔に多少のバラツキがあっても、音道壁７０として積層形成されたレジスト層の圧縮弾性変形作用により、その仕切り機能を維持することができる。

また本実施形態においては、シリコン基板２２の下端部に、４つの凹溝部２２ｂが形成されており、これら凹溝部２２ｂとベース基板５０の上面とで、中央開口部２２ａと外周空間Ｃ３とを連通させる４つの連通孔８０を形成するようになっているので、コンデンサ構造部Ｃの下方に位置する後方空間Ｃ２を、中央開口部２２ａ分の容積から、これに外周空間Ｃ３の容積と４箇所の連通孔８０の容積とを加えた大きさの容積まで拡大することができ、これにより所要の音響特性を確保することができる。

その際、本実施形態に係るコンデンサマイクロホン１０においては、音道壁７０により前方空間Ｃ１と外周空間Ｃ３とが仕切られているので、連通孔８０を形成しても前方空間Ｃ１と後方空間Ｃ２とが外周空間Ｃ３を介して連通することはなく、したがってマイクロホン機能に支障を来たしてしまうおそれはない。

また、連通孔８０は、シリコン基板２２の下端部の一部を切除することにより形成されているので、マイクロホンエレメント２０の積層形成工程において連通孔８０についても同時に形成することができる。

次に、上記実施形態の変形例について説明する。

まず、上記実施形態の第１変形例について説明する。

図７は、本変形例に係るコンデンサマイクロホン２１０を示す、図１と同様の図である。

同図に示すように、本変形例に係るコンデンサマイクロホン２１０は、その基本的な構成については上記実施形態の場合と同様であるが、音道壁２７０の構成が上記実施形態の場合と異なっている。

すなわち、上記実施形態の音道壁７０は、マイクロホンエレメント２０の上面に積層形成されたレジスト層のみにより構成されているが、本変形例の音道壁２７０は、マイクロホンエレメント２０の上面に積層形成されたレジスト層２７２と、このレジスト層２７２の上端面とカバー６０の上面壁６０Ａとの間に介装された円環状の弾性部材２７４とで構成されている。

本変形例のレジスト層２７２は、その高さ方向の寸法が、マイクロホンエレメント２０の上面とカバー６０の上面壁６０Ａの下面との間隔よりも小さい値に設定されている。

弾性部材２７４は、レジスト層２７２よりも弾性率が低い部材で構成されている。その際、この弾性部材２７４の幅は、レジスト層２７２の幅よりもある程度広い幅で形成されており、その厚さは、レジスト層２７２の上端面とカバー６０の上面壁６０Ａの下面との間隔よりもやや大きめの値に設定されている。そして、この音道壁２７０においては、主として弾性部材２７４が上下方向に弾性圧縮変形するようになっている。

本変形例の構成を採用することによっても、前方空間Ｃ１と外周空間Ｃ３とを確実に仕切ることができる。また、本変形例の構成を採用することにより、レジスト層２７２を積層形成する際の精度を粗く設定することも可能となる。

次に、上記実施形態の第２変形例について説明する。

図８は、本変形例に係るコンデンサマイクロホン３１０を示す、図１と同様の図である。

同図に示すように、本変形例に係るコンデンサマイクロホン３１０は、その基本的な構成については上記第１変形例の場合と同様であるが、その音道壁３７０およびカバー３６０の構成が上記第１変形例の場合と異なっている。

すなわち、本変形例のカバー３６０は、その上面壁３６０Ａに、音孔３６０ａの外周形状に沿って下方へ突出する環状フランジ部３６０ｂが形成された構成となっている。

また、本変形例の音道壁３７０は、上記第１変形例の音道壁２７０と同様、マイクロホンエレメント２０の上面に積層形成されたレジスト層３７２と、このレジスト層３７２の上端面とカバー３６０の上面壁３６０Ａの下面との間に介装された弾性部材３７４とで構成されているが、これらレジスト層３７２および弾性部材３７４は、上記第１変形例のレジスト層２７２および弾性部材２７４よりもやや大きい径で形成されている。そしてこれにより、弾性部材３７４は、その内周面においてカバー３６０の環状フランジ部３６０ｂの外周面と面接触するようになっている。

本変形例の構成を採用することにより、前方空間Ｃ１と外周空間Ｃ３との仕切り機能を一層高めることができる。また、カバー３６０の環状フランジ部３６０ｂを音道壁２７０の弾性部材３７４と係合させることにより、この弾性部材３７４を所定位置に仮止めすることができ、これによりコンデンサマイクロホン１０を組み付ける際の作業性を高めることができる。

次に、上記実施形態の第３変形例について説明する。

図９は、本変形例に係るコンデンサマイクロホン４１０を示す、図１と同様の図である。

同図に示すように、本変形例に係るコンデンサマイクロホン４１０は、その基本的な構成については上記実施形態の場合と同様であるが、そのマイクロホンエレメント４２０のシリコン基板４２２およびベース基板４５０の構成が上記実施形態の場合と異なっている。

すなわち、本変形例のシリコン基板４２２には、中央開口部４２２ａは形成されているが、上記実施形態のシリコン基板２２における凹溝部２２ｂに相当する凹溝部は形成されていない。

一方、本変形例のベース基板４５０には、その上面が４箇所において凹溝状に切除されている。そして、これら４箇所に形成された凹溝部４５０ａとシリコン基板４２２の下端面とにより、中央開口部２２ａと外周空間Ｃ３とを連通させる連通孔４８０を４箇所に形成するようになっている。

本変形例の構成を採用した場合においても、後方空間Ｃ２の容積を十分大きなものとすることができ、これにより所要の音響特性を確保することができる。また、本変形例の構成を採用することにより、ベース基板４５０の構成を簡素化することができるので、マイクロホンエレメント４２０の積層形成工程についても簡素化することができる。

なお、４箇所の凹溝部４５０ａの形成は、例えば、ベース基板５０の絶縁基板上に積層される複数の導電層を部分的に切除すること等により行うことが可能である。

その際、本変形例のように、４箇所に凹溝部４５０ａが形成された構成とする代わりに、例えば、２箇所あるいは１箇所にのみ凹溝部４５０ａが形成された構成等とすることも可能である。このようにした場合においても、後方空間Ｃ２の容積を十分大きなものとして、所要の音響特性を確保することができる。また、このような構成とすることにより、凹溝部４５０ａの形成を一層容易に行うことが可能となる。

なお、上記実施形態および各変形例において諸元として示した数値は一例にすぎず、これらを適宜異なる値に設定してもよいことはもちろんである。

１０、２１０、３１０、４１０ コンデンサマイクロホン
２０、４２０ マイクロホンエレメント
２２、４２２ シリコン基板
２２ａ、４２２ａ 中央開口部
２２ｂ、４５０ａ 凹溝部
２４ 振動膜
２４ａ 微小貫通孔
２６ 固定電極
２６ａ、３０ｂ 貫通孔
２８、３０、３６ 絶縁層
３０ａ 円形開口部
３２Ａ、３２Ｂ 端子部
３４ 表面保護層
３４ａ、３４ｂ 孔
４０ ＩＣチップ（インピーダンス変換素子）
４２、４４、４６ ボンディングワイヤ
５０、４５０ ベース基板
６０、３６０ カバー
６０Ａ、３６０Ａ 上面壁
６０Ｂ 周面壁
６０ａ、３６０ａ 音孔
７０、２７０、３７０ 音道壁
８０、４８０ 連通孔
１００ ＳＯＩウエハ
１０２、１０４、１２８、１３０、１３６ シリコン酸化膜
１０６、１２４ 多結晶シリコン薄膜
１２２、１２６ シリコン層
１２２ａ 中央開口部
１２２ｂ 凹溝部
１２４ａ、１２６ａ 微細な孔
１３０ａ、１３４ａ、１３４ｂ 小孔
１３２Ａ、１３２Ｂ 金属薄膜
１３４ パッシベーション膜
１７０ レジスト層
２７２、３７２ レジスト層
２７４、３７４ 弾性部材
３６０ｂ 環状フランジ部
Ｃ コンデンサ構造部
Ｃ１ 前方空間
Ｃ２ 後方空間
Ｃ３ 外周空間

Claims (7)

1. 中央開口部が形成されたシリコン基板上に、振動膜と固定電極とが対向配置されてなるコンデンサ構造部が、上記中央開口部を塞ぐようにして積層形成されてなるマイクロホンエレメントと、
   上記コンデンサ構造部の静電容量の変化を電気インピーダンス変換するインピーダンス変換素子と、
   上記マイクロホンエレメントおよび上記インピーダンス変換素子を載置固定するベース基板と、
   上記マイクロホンエレメントおよび上記インピーダンス変換素子を覆うようにして上記ベース基板に固定されたカバーと、を備えてなるコンデンサマイクロホンにおいて、
   上記カバーの上面壁における上記コンデンサ構造部の上方位置に、該コンデンサ構造部に音を導くための音孔が形成されており、
   上記カバーの上面壁と上記マイクロホンエレメントとの間に、上記コンデンサ構造部と上記音孔との間の前方空間とこの前方空間を囲む外周空間とを仕切る音道壁が配置されている、ことを特徴とするコンデンサマイクロホン。
2. 上記音道壁の少なくとも一部が、上記マイクロホンエレメントの上面に積層形成されたレジスト層で構成されている、ことを特徴とする請求項１記載のコンデンサマイクロホン。
3. 上記音道壁が上記レジスト層のみにより構成されており、
   このレジスト層が、該レジスト層の上端面を上記カバーの上面壁に当接させるとともに上下方向に圧縮弾性変形した状態で配置されている、ことを特徴とする請求項２記載のコンデンサマイクロホン。
4. 上記カバーの上面壁に、上記音孔の外周形状に沿って下方へ突出する環状フランジ部が形成されている、ことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のコンデンサマイクロホン。
5. 上記シリコン基板および上記ベース基板のうちの少なくとも一方に、上記シリコン基板の中央開口部と上記外周空間とを連通させる連通孔が形成されている、ことを特徴とする請求項１〜４いずれか記載のコンデンサマイクロホン。
6. 上記連通孔が、上記シリコン基板の下端部の一部を切除することにより形成されている、ことを特徴とする請求項５記載のコンデンサマイクロホン。
7. 上記連通孔が、上記ベース基板の上面を凹溝状に切除することにより形成されている、ことを特徴とする請求項５記載のコンデンサマイクロホン。

Images