静电压力换能器及其制造方法

专利名称：静电压力换能器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种静电压力换能器，例如适用于MEMS (微机电系统)的电容 式传声器。本发明还涉及静电压力换能器的制造方法。
本申请要求日本专利申请No.2006-281889和日本专利申请No.2007-81423的 优先权，它们的内容通过引用并入于此。
背景技术：
通常都知道，静电压力换能器，特别是电容式传声器，是通过MEMS(微机 电系统)的制造过程被制造出来的。日本专利申请公开号2004-506394公开了一 种用作电容式传声器的《效型宽带换能器。该电容式传声器包括形成固定电极的板 (plate)和形成振动电极的隔膜(diaphragm),它们被定位在基板(或连接管芯 (die)的配线部)附近。可以采用第一种结构，即隔膜而不是板^t^位在接近配 线部的位置，也可以采用第二种结构，即板而不是隔膜被定位在接近配线部的位 置。在第一种和第二种结构中，隔膜都用作分隔薄膜，将与配线部相对的声学空 间与接近配线部的非声学空间分隔开。另夕卜，在板上形成多个孔。在隔膜而不是 板寻iCt位在接近配线部的第一种结构中，由隔膜在配线部附近形成空腔(cavity)。 在板而不是隔膜^^/f立在接近配线部的第二种结构中，由板在配线部附近形成空 腔。当声学空间和非声学空间之间发生静电压差时，电容式传声器的灵敏度劣化。 为了避免灵敏度降低，有必要形成一个在大气压和非声学空间气压之间建立平衡 的沟道。
然而，当声波通过连接声学空间和非声学空间的沟道ii^非声学空间时，电 容式传声器灵敏度降低，其中声学空间和非声学空间利用隔膜分开。增加沟道声 阻尼以便处理低频范围内的声波很困难，换句话说，减少沟道的宽度(或横截面 尺寸)很困难。出于这个原因，通常熟知的电容式传声器每一个都具有灵敏度在 低频范围内降低的频率特性。
另夕卜，硅传声器(或硅电容式传声器)已经作为小尺寸静电压力换能器的例 子而被熟知，它是通过半导体制造方法生产的。在日本专利申请公开号2004-506394中公开的微型宽带换能器中，该微型宽带换能器作为静电压力换能 器，相对定位的一对电极通过具有相对较高^>变的电极板和具有相对较#^>复的 隔膜来实现，其中当隔膜被由偏压电压产生的电场吸引到电极板时，电极板和隔 膜之间的间隙减小，但是，当隔膜与电极板的凸出部(projections)相接触时， 该间隙保持不变。这一类静电压力换能器有以下问题。
硅传声器的灵敏度随着电极板与隔膜之间距离的减小而改善。然而，有可能 发生拉进(pull-in)现象，即承受压力的隔膜被偏转，并且当施加偏压电压时被 吸引到电极板上。这就降低了隔膜抵抗其积械振动的稳定性，也降低了隔膜的额 定压力。当隔膜被吸引到电极^Ji时，隔膜与J41之间的距离增加以便降低与基 板后腔通信的空间的声阻尼，因此降低了低频范围内的灵敏度。

发明内容
本发明的目的是提供一种诸如电容式传声器的静电压力换能器，在所述换能 器中改善了有关低频范围声波的灵敏度，从而实现平坦的灵敏度特性。 本发明的另一个目的是提供一种静电压力换能器的制造方法。 本发明另外的目的是实现有关静电压力换能器的稳定性和灵壽文度之间的高 度平衡。
在本发明的第一个方面中，静电压力换能器(例如，电容式传声器)包括板， 具有多个孔并形成固定电极；隔膜，形成与固定电极相对设置的振动电极； 至少一个间隔物，在隔膜的外围端内的环形区域中设置在板和隔膜之间；以
及具有开口的止动板，位于关于隔膜与板相对的设置，其中，隔膜以如下方 式相对于板振动，使得由于发生在板和隔膜之间的静电吸引，位于间隔物内 的隔膜的内部移动接近板，而位于间隔物外的隔膜的外部反向于板移动，这 样隔膜的外围端部分地与止动板的开口的边缘接触。
优选地，允许隔膜振动的空间尽可能大地增加，并且优选地，连接由隔膜分 隔开的声学空间和非声学空间之间的沟道宽度减小。在电容式传声器中，连接声
学空间和非声学空间之间的沟道利用隔膜和止动4反之间的空间形成。
当电容式传声器采用隔膜位于板和14U利用硅晶片形成)之间的第一种结 构时，差^反用作止动板。当施加偏压电压时，由于发生在板和隔膜之间的静电吸 引，隔膜被吸引到板以便部分地接触间隔物，其中隔膜的外围端部分地接触到止 动板的开口边缘，因此即使当连接声学空间和非声学空间之间沟道的宽度减小时
也允许隔膜振动。这样增大了连接在声学空间和非声学空间之间的沟道的声阻
尼；并且这才ff吏低频范围的声波很难穿透沟道。也就是说，可以防止电容式传声 器的灵敏度由于声波意外ii7v由隔膜限定的非声学空间而劣化。可以修改电容式
传声器，使得隔膜的整个外围诸財妄触到用作止动板的基板的开口边缘。在这种修 改例中，优选地，为了在非声学空间的气压与大气压之间建立平衡，在适当位置 形成小的间隙。
当然，电容式传声器可被重新设计为采用板位于隔膜和1^反(利用硅晶片形 成)之间的第二种结构。在这种结构中，止动板定位为远离配线部，而非隔膜。
配线部是多层布线基板，形成包封静电压力换能器的封装(package)的底部，或 者它对应于嵌在引线框的封装的底部。当电容式传声器的管芯直接连到接用于安 装其它电子元件的电路板时，配线部相当于电路板。由于在施加偏压电压时在板 和隔膜之间产生静电吸引，隔膜被吸引到板，以便部分地接触间隔物，其中隔膜 的外围端部分地接触止动板的开口边缘，因此即使当连接在声学空间和非声学空 间的沟道宽度减小时也允许隔膜振动。这样增大了连接在声学空间和非声学空间 的沟道的声阻尼；并且这冲ff吏低频范围的声波难以穿过沟道。因此，可以防止电 容式传声器的灵敏度由于声波意外i^7v由隔膜限定的非声学空间而劣化。
也就是说，电容式传声器可以具有平坦的频率特性，而低频范围的灵敏度不 劣化。
如果不施加偏压电压，非声学空间不会以气密方式关闭；因此，可以在非声 学空间的气压与电容式传声器中的大气压之间建立平衡。这样可靠地防止了隔膜 由于产生在声学空间和非声学空间之间的^S差而被意外损坏；因此，可以防止 电容式传声器的灵敏度由于气压差而劣化。
备选地，静电压力换能器(例如，电容式传声器)包括板，具有多个孔 并形成固定电极；隔膜，形成与固定电极相对设置的振动电极；至少一个间 隔物，位于板和隔膜之间并具有位于板的多个孔中最外侧的孔外的环形内 壁；以及壁，支承板的外围端从而与隔膜、板和配线部一起包围由邻近配线 部的隔膜限定的非声学空间，其中，隔膜以如下方式相对于板振动，使得由 于发生在板和隔膜之间的静电吸引，隔膜移动接近板从而闭合由间隔物包围 的开口并以气密的方式基本上闭合非声学空间。
以上，当;^口偏压电压时，由于发生在板与隔膜之间的静电吸引，隔膜被吸 引到板，由此以气密方式关闭非声学空间。这样防止了声波意外iiA非声学空间；
因此，可以防止电容式传声器的灵敏度劣化。换句话说，电容式传声器可以实现 平坦的频率特性，而不劣化低频范围内的灵敏度。间隔物的内壁基本上形成为环 形，其中优选地，为了将截止频率降低到低于音频范围，在空间的环形内壁上形 成小的间隙。简而言之，间隔物的内壁可以形成为完全的环形，也可以形成包括 小间隙的不完全的环形，所述间隙允许截止频率低于声频范围或接近声频范围的
下限频率(lower-limit frequency )。当间隔物内壁形成为完全的环形时，优选地在 指定位置而不是间隔物上形成额外的间隙，从而在声学空间的气压与大气压之间 建立平衡。
配线部是多层布线基板，形成包封电容式传声器的封装的底部，或者它对应 于嵌在引线框的封装的底部。当电容式传声器的管芯直接连接用于安装电子元件 的电路板时，配线部相当于电路板。
如果不施加偏压电压，非声学空间不会以气密方式关闭，因此，可以在声学 空间的气压与大气压之间建立平衡。这就防止隔膜由于气压差而被意外地损坏； 因此，可以防止电容式传声器的灵敏度由于气压差而劣化。
附带地，每个前述的静电压力换能器可以进一步包括互连至隔膜的多个弹 簧，以及互连至弹簧的支柱，使得隔膜跨过所述支柱。总得来说，薄膜在其 形成过程中不可避免地具有内应力。在电容式传声器中，隔膜(其是薄膜)通过 弹簧而跨接支柱；因此，隔膜的应力被弹^#放，而隔膜的张力(其是隔膜对压 力的反应)也由弹M放。出于这个原因，可以增大隔膜的振幅，还可以改善电 容式传声器的灵敏度。
在一种适用于根据本发明第一方面的静电压力换能器的制造方法中，形成作 为隔膜的第一膜；在第一膜上形成第一绝缘膜；在第一绝缘膜上形成作为板 的第二膜；通过抗蚀剂图形化和蚀刻在第一绝缘膜中形成至少一个孔；在孔 内沉积第二绝缘膜，第二绝缘膜的成分不同于第一绝缘膜的成分从而形成由 第二绝缘膜构成的间隔物；随后，通过湿法蚀刻从第一膜和第二膜之间的指 定区域选择性地除去第一绝缘膜。该制造方法的有益之处在于，具有绝缘特性 的间隔物形状可以与第一绝纟4l莫其iH卩分形状无关地确定。
在适用于根据本发明第二方面的静电压力换能器的制造方法中，形成作为 隔膜的第一膜；在第一膜上形成第一绝缘膜；通过抗蚀剂图形化和蚀刻在第 一绝缘膜中形成基本上呈环形的沟道；在沟道内沉积第二绝缘膜，第二绝缘 膜的成分不同于第 一绝缘膜的成分从而形成由第二绝缘膜构成的间隔物；除 去位于间隔物内的第二绝缘膜的内部；除去第二绝缘膜从而暴露第一绝缘 膜，在第一绝缘膜上形成第二膜；随后，通过湿法蚀刻从第一膜和第二膜之 间的指定区域选择性地除去第一绝缘膜。该制造方法的优点在于，具有绝缘特 性的环形间隔物可以与第 一绝纟4l莫其^卩分形状无关地形成。
在本发明的第二个方面中，静电压力换能器包括止动板(或基板)，利用沉 积在止动板上的板电;fel莫而形成的板，利用隔膜电才iU莫而形成的隔膜，以及多个 悬臂，其中每个悬臂都在其末端朝向隔膜偏转，隔膜因此被按压。由于悬臂的内 应力，可以增大板和隔膜之间的第一间隙，由此改善静电压力换能器的稳定性。
上面，止动板形成后腔；板电fel莫具有第一通孔；在隔膜外围端和止动板开 口边缘之间形成具有施加在后腔与第一通孔之间的声阻尼的第二间隙；在后腔以 外的隔膜的外部部分中形成与第一通孔和第二间隙相通的至少一个第二通孔；而 第一间隙与第一通3L4目通。引起隔膜位移的^a经由第一通孑W皮传送到隔 膜。当由与板相对的隔膜所限定的非声学空间具有相对较小的容积并且以气密方 式关闭时，施加到非声学空间的压力引^^应，以便减小隔膜的位移，由此劣化 灵敏度。另夕卜，有这样的可能，即隔膜会由于非声学空间的^和大气压之间的 气压差而被意外损坏。这种可能性可以消除，这是由于具有施加在隔膜与止动板 之间的声阻尼的第二间隙可被减小到小于沉积在隔膜电极膜和止动板之间的牺 4生月莫的厚度。由此，可以改勘氐频范围的灵每丈度，同时确保关于,争电压力换能器 (例如电容式传声器)的高度稳定性。
隔膜具有多个突出部，其末端接触到止动板以便形成第二间隙。由于第二间 隙取决于隔膜突出部的高度，可以精确建立灵敏度并可靠地保证稳定性。备选地， 止动板具有多个接触到隔膜的突出部以形成第二间隙。由于第二间隙取决于止动 板突出部的高度，因此可以精确设定灵敏度并可靠地保iW急定性。并且，乂話腔 向外延伸的多个沟道形成在止动板上，以形成第二间隙，其中第二间隙取决于沟 道的尺寸。
可以形成多个第二通孔，其中隔膜电才划莫在相邻的第二通孑L之间的形状为弯 曲带状。这样可以容易地z使隔膜移位；因此，可以减小悬臂的内应力，&于于通 过在生产过程中增加隔膜与板之间的第一间隙来改善灵敏度来说是必要的。
悬臂可以利用多个膜形成，由此可以容易地改变悬臂在其厚度方向上的内应 力。为了降低制造成本，悬臂和板电4刻莫可以利用共同的膜形成。
悬臂具有突出部，所述突出部从其末端朝向隔膜突出且其末端与P鬲膜接触，
由此可以减小悬臂的内应力。备选地，在隔膜上形成多个突出部，其中它们朝向 悬臂突出并与悬臂的末端接触。


参照下面的附图，将对本发明的这些和其它目标、方面和实施例进行更详细
的描述，其中
图1A是沿图1C中的线A-A截取的纵向截面图，该图示出了根据本发明第
一实施例的电容式传声器的构造；
图1B是沿图1C中的线B-B截取的纵向截面图1C是沿图1A和IB中的线C-C获得的横向截面图2是纵向截面图，概略示出了隔膜相对于板振动并接触到间隔物；
图3是部分截面图，示出了形成图1A到1C中所显示的电容式传声器的膜
的层叠结构的例子；
图4A是截面图，说明了电容式传声器制造方法的第一步； 图4B是截面图，说明了电容式传声器制造方法的第二步； 图4C是截面图，说明了电容式传声器制造方法的第三步； 图4D是截面图，说明了电容式传声器制造方法的第四步； 图5A是截面图，说明了电容式传声器制造方法的第五步； 图5B是截面图，说明了电容式传声器制造方法的第六步； 图5C是截面图，说明了电容式传声器制造方法的第七步； 图6A是截面图，说明了电容式传声器制造方法的第八步； 图6B是截面图，说明了电容式传声器制造方法的第九步； 图7A是截面图，说明了电容式传声器制造方法的第十步； 图7B是截面图，说明了电容式传声器制造方法的第十一步； 图8A沿图8C中的线A-A截取的侧视威面图，该图示出了根据本发明第一
实施例的改变例的电容式传声器的构造；
图8B是沿图8C中的线B-B截取的纵向截面图8C是沿图8A和8B中的线C-C截取的横向截面图9是部分截面图，示出了形成图8A到8C中所显示的电容式传声器的膜
的层叠结构的例子；
图10A是截面图，说明了电容式传声器制造方法的第一步； 图10B是截面图，说明了电容式传声器制造方法的第二步；
图10C是截面图，说明了电容式传声器制造方法的第三步； 图10D是截面图，说明了电容式传声器制造方法的第四步； 图11A是截面图，说明了电容式传声器制造方法的第五步； 图11B是截面图，说明了电容式传声器制造方法的第六步； 图IIC是截面图，说明了电容式传声器制造方法的第七步； 图11D是截面图，说明了电容式传声器制造方法的第八步； 图12A是截面图，说明了电容式传声器制造方法的第九步； 图12B是截面图，说明了电容式传声器制造方法的第十步； 图13A是沿图13C中的线1A-1A截取的截面图，该图示出了根据本发明第
二实施例的电容式传声器的构造；
图13B是沿图13C中的线1B-B1截取的截面图13C是包括在图13A和13B中所示的电容式传声器中的板的平面图14A是纵向剖面图，示意性地示出了电容式传声器的中间结构；
图14B是平面图，示出了形成电容式传声器隔膜的隔膜电极薄膜的图形；
图15A是截面图，示出了才艮据本发明第二实施例的改变例的电容式传声器的
构造；
图15B是截面图，示出了图15A中所示的电容式传声器的构造； 图15C是截面图，示出了实现图15B中所示沟道的形成的膜的层叠结构； 图16是包括在图15A和15B中所示的电容式传声器中的隔膜的平面图； 图17是平面图，示出了包括在图15A和15B中所示电容式传声器中的隔膜
电极薄膜的图形；
图18A是截面图，示出了根据第二实施例另一个修改例的电容式传声器的构
造；
图18B是截面图，示出了图18B中所示的电容式传声器的构造； 图18C是截面图，示出了实现图18B中所示沟道的形成的膜的层叠结构； 图19是平面图，示出了包括在图18A和18B中所示电容式传声器中的隔膜 电极薄膜的图形；
图20A是截面图，示出了根据第二实施例另一改变例的电容式传声器的构
造；
图20B是截面图，示出了根据第二实施例的再一改变例的电容式传声器的构造。
具体实施例方式
本发明将参照附图，通过例子进行更详细的描述。 1、第一实施例
图1A、 1B和1C是截面图，它们概略示出了根据本发明第一实施例的电容
式传声器1的构造，关于膜(film)的层叠结构没有特殊说明。图1A和图IB的 切削平面垂直于板12的表面。图1C的切削平面平行于板12的表面。图1C示 出了/A^反12看过去的隔膜(diaphragm) 16。具体地，图1A是沿着图1C中的线 A-A所截取的纵向剖面图，而图1B是沿着图1C中的线B-B所截取的纵向剖面图。
电容式传声器1包"^^成固定电极的板12和形成振动电极的隔膜16。板12 固定在环形壁8上。隔膜16经由弹簧19跨过由壁8限定的内部空间。
用作止动板的基敗14经由粘合剂固定在配线部17。通孔(或开口 )被形成 为在其厚度方向贯穿14反14,以便形成在J4114的开口边缘9以内的空腔15。 空腔15增加了非声学空间的容积，所述非声学空间定位为相对于隔膜16来说与 板12呈相对位置。也就是说，形成空腔15以降低由于隔膜16振动发生在非声 学空间内的压力振动(pressure vibration)的幅度。
壁8利用 一个或更多形成在J4反14上的膜形成。壁8连接在板12和基板14 之间。在第一实施例中，支柱被限定为与弹簧19互连的壁8的连接部分。
隔膜16经由弹簧19跨过空腔15并且位于空腔15的上方，以便将声学空间 与非声学空间分隔开。隔膜16利用一个或更多的膜形成，包括形成振动电极的 导电膜。具体地，隔膜16具有M基板14的开口的圓形外形(outline),其中隔 膜16的厚度例如从0.5nm到1.5jim。
弹簧19从隔膜16圆周外围的指定位置向壁8拉伸。隔膜16的内应力通过 弹簧19的形变而降低。
板12利用一个或更多的膜形成，包括形成固定电极的导电膜。多个孔(即 声音孔11)形成为在指定位置贯穿板12。声波穿过声音孔11以便向内传播i^v 电容式传声器l，这斧使隔膜16振动。
在从垂直于隔膜16的方向看到的环形区域内，在板12和隔膜16之间设置 多个间隔物10。间隔物10可以形成为^M^垂直于隔膜16的方向上的孤立元件 (island )。可替换地，它们可以形成为环形形状。间隔物10的底部与板12相互 连接。间隔物10的高度小于板12与隔膜16之间的距离。因此，在没有外力施 加在隔膜16上的情况下，间隔物IO的末端远离隔膜16。间隔物10的数量和布 置根据隔膜16的形状、厚度、内应力和支承结构以及电容式传声器1的特性来 适当设计。
为了防止隔膜16由于在具有上述构造的电容式传声器1内部产生的静电吸 引力而被意外地吸引到板上，有必要调整弹簧19的形状、隔膜16的内应力、用 于布置间隔物10的环形区域的直径以及间隔物10的高度。为了实现该情形，也 就是没有 口静电吸引力，隔膜16的外围端与_|^反14的开口边缘9之间的距离 变得比隔膜16与J4反14的开口边缘9之间的距离要小，并且隔膜16的外围端 可以部分地接触1^反14的开口边缘9，有必要调整在隔膜16与间隔物IO之间的 接触位置以内卩艮定的内部区域，调整在隔膜16与间隔物IO之间的接触位置以外 限定的隔膜16的外围部分的宽度，以及调整隔膜16的内应力。通过调整形成隔 膜16的膜的材料，隔膜16的厚度和施力。到隔膜16上的电压(bias voltage)来减 小隔膜16的内应力。该偏压电压例如从5V到15V。
第一实施例利用指定尺度来设计，其中，不施加偏压电压，板12与隔膜16 之间的距离设置为4nm;隔膜16与基板14开口边缘9之间的距离设置为1.5pm; 隔膜16的外围端与隔膜16和间隔物10之间的接触位置之间的距离设置为 130,;包括与间隔物10的接触位置在内的隔膜16的内部区域的直径设置为 700,。另外，隔膜16具有弹性形变能力，当施加偏压电压时，其中心部分向 板12靠近2,。
电容式传声器1可以被修改，使得隔膜16的圆周外围完全与基板14的开口 边缘9相接触。在这种修改例中，为了在非声学空间的内部压力和大气压之间建 立平衡，优选地在适当位置(例如相对于开口边缘9或间隔物10)形成一个小的 间隙。
接下来，将详细描述电容式传声器1的运行。当由电荷泵(charge pump)(未 示出)升高的偏压电压 口到板12与隔膜16之间时，隔膜16由于图1A和图 1B中的点划线所表示的静电吸引力而部分地与间隔物IO相接触。也就是说，在 与间隔物10的接触位置以内限定的隔膜16的内部区域被吸引到板12,而在与间 隔物10的接触位置以外限定的隔膜16的外围部分靠近基板14,因此除了与弹簧 19互连部分之外的隔膜16的外围端与基板14的内部端9相接触。在这种状态下， 当声波进入声音孔ll以到达隔膜16时，隔膜16相对于板12发生振动，因为与 隔膜16相比，板12具有更大的厚度和高的抵抗偏转(deflection)的刚性。这时， 隔膜16与间隔物IO相接触地振动，如图2中的点划线所示。
如上所述，第一实施例中的电容式传声器1能够振动隔膜16而同时至少隔
膜外围端的指定部分与用作止动板的基板14的开口边缘9相接触，以便减小声
学空间与非声学空间之间沟道的宽度。这样增大了声学空间与非声学空间之间的
沟道的声阻尼(acoustic resistance);并且使#^氐频范围的声波难以穿过沟道。 也就是说，可以控制电容式传声器l的灵敏度的劣化(degradation),这种劣化在 声波意外地i^A由隔膜16所限定的非声学空间中时会发生。与通常所知的灵敏 度对于低频范围的声波会劣化的电容式传声器相比，第一实施例的电容式传声器 1对于高频范围的声波和低频范围的声波都能够实现平坦的频率特性(flat frequency range )。
当没有在电容式传声器1的隔膜16上施加偏压电压时，非声学空间不是紧 密闭合的，这样就在非声学空间的气压和大气压之间建立了平衡。即使当偏压电 压施加在隔膜16上时，非声学空间也不是紧密闭合的，这样就在非声学空间的 气压和大气压之间建立了平衡。这样可以防止隔膜16由于气压差而被损坏；并 且这样可以控制电容式传声器1灵敏度的劣化。
图3是示出了形成电容式传声器1的膜的层叠结构的实例的部分截面图。 J4反14是利用由单晶石Ma成的晶片(wafer) 107而形成。 围绕着由隔膜16所限定的靠近配线部17的非声学空间的壁8，是利用形成 间隔物10的绝缘膜105和蚀刻止动膜102以^S4114形成的。
板12是利用导电膜104和绝缘膜105形成的。导电膜104形成固定电极。 板12利用绝缘膜105形成，其中壁8与板12的表面层连续地相互连接；因此， 板12与壁8相互连接。
间隔物10利用绝缘膜105形成。绝纟彖膜105的突出部分形成间隔物10,所 述突出部分形成板12的表面层向_|^反14突出并且贯穿板12;因此，间隔物10 被连接到板12。
隔膜16、弹簧19和支柱13利用形成振动电极的导电膜108形成。用于支承 与隔膜16连接的弹簧19的支柱13相对于导电膜108而被嵌在到壁8中。
接下来，将参照图4A-4D、图5A到5C、图6A和6B以及图7A和7B来描 述电容式传声器1的制造方法，这些图都是用于说明电容式传声器1制造步骤的 截面图。每个图都简单地示出了关于单片区域的截面图，其中用于将固定电极和 振动电极与信号处理电路(未示出)互连的焊垫(pads)可以适当地设计，因此 未被示出。
在图4A所示的第一步中，蚀刻止动膜102被形成在由单晶硅组成的晶片107 上。蚀刻止动膜102是具有绝缘性能的牺牲膜(sacrificefilm),它由Si02构成， 用作深度R正(Deep-R正，其中RE代表活性离子蚀刻)的终点控制，这将在后 面描述。接下来,抗蚀剂掩模201的图形通过湿法蚀刻而被转移到蚀刻止动膜102 上，由此在蚀刻止动膜102上形成微坑(dimples )301。
在图4B所示的第二步中，导电膜108形成在蚀刻止动膜102上，然后，抗 蚀剂掩才莫202的图形被转移到导电膜108上，由此形成隔膜16的外形和弹簧19 的外形。隔膜16和弹簧19利用导电膜18而形成。导电膜108由金属膜或多晶 硅膜组成，它通过减压CVD (decompression CVD,其中CVD代表化学蒸汽沉 积)的方式沉积，掺入诸如磷(P)这样的杂质并且进行退火处理。
在图4C所示的第三步中，间隔物膜103形成在蚀刻止动膜102和导电膜108 上方，然后，抗蚀剂4^才莫203的图形被转移到间隔物膜103，由此在间隔物膜103 上形成微坑302。间隔物膜103以所需的厚度形成，例如使得Si02通过CVD而 被薄薄地沉积，并且重复进行退火处理。
在图4D所示的第四步中，导电膜104被形成在间隔物膜103上，然后，抗 蚀剂掩模204的图形被转移到导电膜104,由此形成固定电极(其是利用导电膜 104而形成的)的外形。导电膜104由金属膜或多晶^M组成，它通过减压CVD 沉积，掺入诸如磷这样的杂质并且进行退火处理。
在图5A所示的第五步中，通过用蚀刻实现抗蚀剂掩模205图形的转移，用 于形成间隔物10的孔304形成在导电膜104和间隔物膜103中。具体地，导电 膜104经历各向同性蚀刻，然后，间隔物膜103经历各向异性干法蚀刻。各向异 性干法蚀刻在被蚀刻部分到达导电膜108之前停止，由此可以形成孔304,该孔 用于形成具有薄的末端的间隔物10。即使当孔304的深度被设置为使得导电膜 108暴露，通过去除绝缘膜106 (在下个步骤中形成)而将间隔物10与隔膜16 隔离也是可能的。
附带地，孑L 304不一定非要通过前述的抗蚀图形化(resist patterning)和蚀刻 形成；因此，例如可以通过纳米刻印^支术(nano-imprinttechnology)来形成孔304。
在图5B所示的第六步骤中，绝缘膜106形成在间隔物膜103上，然后，抗 蚀剂掩模206的图形被转移到绝缘膜106,由此去除绝缘膜106的不需要部分。 绝缘膜106由Si02组成，例如它经历CVD。绝缘膜106在形成隔膜16的导电膜 108与形成板12的导电膜104之间提供绝缘。
在图5C所示的第七步中，间隔物膜103和蚀刻止动膜102利用抗蚀剂掩模 208而纟皮部分地去除，由此形成孔306，它用于形成用作壁8的绝纟彖膜105的指
定部分。特殊地，间隔物膜103经历各向同性湿法蚀刻，然后，间隔物膜103和
蚀刻止动膜102经历各向异性干法蚀刻，由此形成用于暴露晶片107的孔306。 覆盖有导电膜108的蚀刻止动膜102的指定部分不被去除，因为导电膜108限定 了蚀刻的终点。
在图6A所示的第八步中，绝缘膜105被形成在间隔物膜103和导电膜104 的上方。绝缘膜105由对间隔物膜103具有蚀刻选择性的指定材料构成。例如， 绝缘膜105利用SiN膜形成，其厚度通过重复进行减压CVD和退火来调整。
在图6B所示的第九步中，抗蚀剂掩模211的图形通过蚀刻而被转移到绝缘 膜105,由此形成贯穿绝缘膜105和导电膜104的声音孔11。具体地，各向异性 蚀刻利用不同的蚀刻蒸汽进4于两次以l更形成声音孔11 。
接下来，依次沉积在晶片107背面的导电膜108、导电膜104和绝缘膜105 通过背面研磨(back-grinding)去除；此后，在图7A所示的第十步中，抗蚀剂 掩才莫212形成在晶片107的背面上，然后其经历深度R正以形成空腔15。
在图7B所示的第十一步中，绝缘膜105被用作蚀刻止动膜，以便将蚀刻剂 提供到声音孔11和空腔15中，由此通过湿法蚀刻来去除蚀刻止动膜102和间隔 物膜103的不需要部分。
最后，晶片107通过切块被分为单独的片。这样，就可以完成图3所示的电 容式传声器l的生产。
第一实施例被设计为适用于前述第一种结构，其中隔膜定位为比板更接近配 线部。当然，可以修改第一实施例来适用于前述的第二种结构，其中板的位置比 隔膜更接近配线部。在该修改例中，具有允许声波进入的开口的止动斧反浮皮定位为 关于隔膜与配线部相对。也就是说，具有开口的基板粘附在配线部上，其中该板 和止动板都由与14反互连的壁来支承。另夕卜，间隔物形成在隔膜外围端以内的环 形区域，其中弹簧与隔膜的外围端互连，因此隔膜经由弹簧]f夸过壁的内部区域。
如果不施加偏压电压，隔膜的外围端不与止动板的开口边》l^目接触。因此， 可以通过由隔膜、止动板和壁限定的沟道来建立声学空间和非声学空间(位置靠 近配线部)在^i方面的平衡。当施加偏压电压时，在与间隔物的接触位置以内 限定的隔膜的内部部分靠近板；由于隔膜的刚性，在与间隔物的接触位置以外限 定的隔膜的外部部分(或外围部分)靠近止动板；并且隔膜的外围端部分地与止 动板的开口边缘接触。这样减小了连接在声学空间和非声学空间之间的沟道的宽 度，其中隔膜由于声波而振动。因此，前述修改例可以提供与第一实施例相似的 效果。
在第一实施例中，间隔物连接到板。可以修改第一实施例，使得间隔物不连 接到板而连接到隔膜。在该修改例中，当施加偏压电压时，隔膜靠近板，因此与 间隔物的互连部分相对的相对端接触到板，所述互连部分是与隔膜互相连接的。 这里，由于隔膜的刚性，在与间隔物的互连部分以外的隔膜的外部部分靠近止动 板，且隔膜的外围端部分地接触到止动板的开口边缘。附带地，间隔物可进一步 修改为例如使得它们与板和隔膜二者分离，并与壁连接。
接下来，将详细描述根据第一实施例的改变例的电容式传声器2。图8A、 8B 和8C是示意性地示出了电容式传声器2的结构的截面图，对于膜的层叠结构没 有具体说明，其中与图1A、 1B和1C中相同的部件使用相同的附图标记来表示； 因此，省略了对其的重复描述。
图8A和8B的切割平面垂直于板12的表面，而图8C的切割平面平行于板 12的表面。图8C示出了乂M反12看过去的隔膜16。具体地，图8A是沿图8C中 的线A-A截取的截面图，图8B是沿图8C中的线B-B截取的截面图。
在权利要求的用语中，壁可限定为壁8、基板14以及间隔物10以外的板12 的外部部分的集合，因此其包围非声学空间和隔膜16、间隔物10和配线部17。 示于图8A到8C中的该改变例与示于图1A到1C中的第一实施例的不同之处在 于，间隔物IO基本上在最外面的声音孔11以外的位置处以环状形式整体地形成。
例如，间隔物10的宽度在其径向方向上测量为4jam。用作间隙的切口 (slit) IOO形成在环形间隔物10中。切口 100的形状为4)im宽、4lam高。截止频率 取决于切口 IOO的形状，其中具有前述尺寸的切口 100实现接近30Hz的截止频 率，该频率接近于声频范围的下限。
接下来将描述电容式传声器2的总体操作。当施加偏压电压时，隔膜16移 动接近板12,其中隔膜16的环状外围部分接触到间隔物10。图8A和8B利用 点划线示出了隔膜16部分地接触到间隔物10。声波贯穿板12的声音孔11传递， 以到达隔膜16,这样隔膜16由于声波而发生振动。当隔膜16部分地接触到间隔 物10时，除了对应于间隔物10的指定空间，由隔膜16限定的接近配线部17的 非声学空间基本上与声学空间隔离。由于对于作为探测对象的声波来说其m^,进 入到由隔膜16所限定的非声学空间，因此，可以防止电容式传声器2的灵敏度 意外的劣化。如果不;^o偏压电压，隔膜16不会接触到间隔物10，因此在由隔 膜16所分隔的声学空间和非声学空间之间不会建立起气压差。即使当偏压电压 被施加到电容式传声器2时，也可以通过间隔物10的切口 100在非声学空间的 气压与大^S之间建立平衡。这样防止了隔膜16由于气压差而被意外的损坏。
另外，可以防止由于气压差而造成的电容式传声器2灵敏度劣化。
切口 100的数量可以适当地确定，只要截止频率保持在声频范围之外。也就 是说，可以在间隔物10中形成多个切口 100。在这种情况下，优选地，为了在非 声学空间的气压和大气压之间建立平衡，可以在指定位置(例如关于隔膜16的) 而不是间隔物10上形成额外的间隙。
图9是截面图，示出了形成电容式传声器2的膜的层叠结构的例子。
_14反14是利用由单晶^ii成的晶片107形成。
壁8由蚀刻止动膜102、用于在隔膜16和^反12之间形成间隙的间隔物膜103 和形成间隔物10的绝缘膜105等构成。
板12利用导电膜104而形成，以形成固定电极。导电膜104连接用于形成 壁8的绝纟U莫105。
间隔物10利用绝缘膜105形成。
隔膜16和弹簧19利用导电膜108形成,导电膜108还用于振动电极的形成。 导电膜108在蚀刻止动膜102与间隔物膜103之间连接。
接下来，将参照图IOA到IOD、图IIA到IID以及图12A和12B来详细描 述电容式传声器2的制造方法，其中每个图都是示出单片(one-chip)区域的截 面图，其中用于将信号处理电路(未示出)连接到固定电极和振动电极上的焊垫 可以适当;也i殳计，不再i兌明。
在图IOA所示的第一步中，蚀刻止动膜102形成在由单晶鞋i且成的晶片107 上。蚀刻止动膜102是具有绝缘性能的牺牲膜，它由Si02构成，用于在深度RIE 中执行终点控制。接下来，导电膜108形成在蚀刻止动膜102上。例如，导电膜 108由金属膜或多晶硅膜构成，其经历减压CVD,被掺入诸如磷(P)这样的杂 质并且经历退火处理。
在图IOB所示的第二步中，抗蚀剂掩模202的图形被转移到导电膜108，由 此形成隔膜16的外形和弹簧19的外形，所述隔膜16和弹簧19利用导电膜108 形成。
在图10C所示的第三步中，间隔物膜103形成在蚀刻止动膜102和导电膜 108上方。抗蚀剂摘r才莫203的图形被转移到间隔物膜103,由此在间隔物膜103 上形成孔304。孔304用于间隔物10的形成，并且基本上形成为环形，其指定部 分被切掉以形成切口 100。间隔物103通过重复执行实现Si02薄沉积的CVD和 退火而形成为希望的厚度。孑L304贯穿间隔物膜103到达导电膜108，导电膜108 因此通过蚀刻部分地暴露。附带地，蚀刻可以在孔304的底部到达导电膜108之
前停止，这样导电膜108不暴露。这样可以去掉图IIA所示的后处理的步骤。
孑L304不是必须通过抗蚀图形化和蚀刻而形成；也就是说，其可以例如通过 利用纳米刻印技术来形成。
在图IOD所示的第四步中，绝缘膜106形成在间隔物膜103上。绝缘膜106 在下面的步骤中去除，这4ff吏得间隔物10和隔膜16彼此分离。绝缘膜106由 Si02构成，例如它经历CVD。
在图11A所示的第五步中，绝缘膜105形成在绝缘膜106上。绝缘膜105 由对间隔物膜103和绝缘膜106具有蚀刻选择性的指定材料构成。例如，绝缘膜 105通过重复进行减压CVD和退火来形成希望的厚度。
在图IIB所示的第六步中，抗蚀剂掩模204的图形被转移到绝缘膜105,由 此去除绝纟彖J莫105的不需要部分。
在图IIC所示的第七步中，绝缘膜105被部分地去除，然后，形成导电膜 104,以便部分;Nk^绝缘膜105的上表面并覆盖绝缘膜106的暴露区域。抗蚀 剂^^才莫210的图形被转移到导电膜104,由此形成板12(其利用导电膜104形成) 的周纟彖外形。导电膜104由金属膜或多晶硅膜构成，其经历减压CVD,被掺入 诸如磷(P)这样的杂质并且经历退火处理。
在图IID所示的第八步中，抗蚀剂掩才莫211的图形4皮转移到导电膜104和绝 缘膜105,由此形成板12 (其利用导电膜104形成)的声音孔ll。具体地，声音 孔11通过各向异性干法蚀刻来形成。
在图12A所示的第九步中，抗蚀剂4^模212形成在晶片107的背面，然后， 晶片107经历深度RIE以便形成空腔15。
在图12B的第十步中，绝缘膜105用作蚀刻止动板，以便向声音孔ll和空 腔15^是供蚀刻剂，由此通过湿法蚀刻去除蚀刻止动膜102、间隔物膜103和绝缘 膜106中的不想要的部分。
最后，晶片107被分割为单独的片。这样，就可以完成图9中所示的电容式 传声器2的生产。
可以以各种不同方式进一步修改电容式传声器2。也就是说，电容式传声器
计电容式传声器2，其方式是使板12位于基板14和隔膜16之间。
另外，间隔物10不是必须连接到板12;也就是说，间隔物10可连接到隔膜 16而不是板10。并且，间隔物10可以与板12和隔膜16隔离，其中它可连接到 壁8。 最后，第一实施例及其改变例可在所附权利要求所限定的本发明的保护范围 内做进一步修改。特别地，膜的成分、膜的形成方法、膜的外形形成方法以及适 于前述制造方法的制造工艺都可以根据膜材料、I錄度、所需的外形形成精度的
组合来适当确定，这些都是实现适用于电容式传声器的所需物理特性的因素；因
此，它们不是限制条件。
2、第二实施例
接下来，将具似苗述根据本发明第二实施例的电容式传声器1001。图13A 和13B是截面图，示意性地示出了电容式传声器1001的基本部分。电容式传声 器1001是芯片，在该芯片中多个薄膜沉积在由硅构成的基板(或止动板)1016 上，并且该芯片被包封在由布线J4反和M物(均未示出)所构成的封装中。
通孔H4形成为贯穿基板1016。通孔H4的开口 1161形成后腔BC的开口， 该空腔由布线14反(未示出)闭合。
第一间隔物膜1015沉积在基^反1016的表面，并且例如利用由Si02构成的绝 缘膜形成。圓形通孔H3形成为贯穿第一间隔物膜1015。
隔膜电才刻莫1014沉积在第一间隔物膜1015的表面，并利用导电膜形成，该 导电膜掺入诸如磷(P)的杂质并且例如由多晶硅构成。
第二间隔物膜1013沉积在隔膜电^J莫1014的表面，例如利用由Si02构成的 绝缘膜形成。圆形通孔H2形成为贯穿第二间隔物膜1013。
板电才iU莫1012沉积在第二间隔物膜1013的表面上，并利用导电膜形成，例 如，该导电膜掺入诸如磷(P)这样的杂质并且由多晶硅构成。施加在拉伸方向 上的内应力(此后简称拉伸应力)仍然保持在板电才ill莫1012中。
压缩膜(compressive film) 1011沉积在板电4刻莫1012的表面上，并例如利 用由Si02构成的绝纟彖力莫形成。施加在压缩方向上的内应力(此后简称压缩应力) 仍然存留在压缩膜1011中。
图13C是平面图，示出了电容式传声器1001的主要部分。
板1110由板电才iU莫1012组成，所述电才刻莫1012的外围部分连接第二间隔 物膜1013，其中板电^LM 1012跨过第二间隔物膜1013,以便闭合通孔H2。在 板1110中形成多个通孔H1 (用作第一通孔)。板1110的外形取决于通孔H2的 外形，其中只要板1110具有与隔膜1120相对定位的相对大的区域，并且板1110 具有抵抗其偏转的足够的刚性，那么对于板1110的形状没有具体的限制。为了 建立用于其的布线，焊垫1112连接到板1110。
位于板1110和隔膜1120之间的第一间隙Gl是通过在第二间隔物膜1013中
形成通孔H2来实现的。响应悬臂1100的偏转，第一间隙G1增大，而同时当隔 膜1120接触到1^反1016时，Gl被固定在恒定距离上。第一间隙Gl经由通孔 Hl和切口 S与大气空间相通。
如图13A所示，悬臂1100的每一个都由板电才刻莫1012和压缩膜1011构成， 并且每一个都经由形成在板电柳莫1012中的切口 S而与板1110隔离。悬臂1100 的底部连接第二间隔物膜1013，使得悬臂1100向内朝第二间隔物膜1013的通孔 H2的中心伸出。拉伸应力存留在靠近隔膜电fel莫1014的板电^5J莫1012中，而 压缩应力存留在远离隔膜电才刻莫1014的压缩膜1011中。因此，悬臂1100朝向 基板1016按压隔膜1120，其方式是底部被固定在适当位置上的悬臂1100的末端 向下朝隔膜1120偏转。
突出部1101形成在悬臂1100的末端，它伸向隔膜1120，并接触到隔膜1120。 突出部1101的高度比介于隔膜电^U莫1014和板电4iU莫1012之间的第二间隔物 膜1013的厚度要小。由于悬臂1100的偏转(取决于它们的内应力)，突出部1101 的末端向下朝向与隔膜1120接触的1411016按压该隔膜1120。突出部1101可 以利用隔膜电才刻莫1014形成。备选的，它们可以利用另一连接隔膜电极膜1014 的沉积膜来形成。另外，突出部1101每一个要么具有绝缘性要么具有导电特性。
为了将悬臂1100朝向隔膜1120偏转，优选地，悬臂1100的内应力在厚度 方向上变化，即，悬臂1100的压缩应力在朝向隔膜1120的方向上变小。第二实 施例的电容式传声器1001被设计为使#^个悬臂IIOO具有由两层膜构成的双层 结构，其中，为了改变厚度方向上的内应力，优选地将压缩应力有意施加到远离 隔膜1120的膜上，并且将拉伸应力有意施加到靠近隔膜1120的膜上。即使当悬 臂1100具有由单层膜构成的单层结构时，也可以通过在膜沉积过程中适当改变 膜的形成^f牛，控制悬臂1100的内应力，使得压缩方向的内应力在表面中增大。 在表面中压缩方向的内应力可以增大，而不改变膜在其沉积过程中的形成条件。 也就是说，在膜的表面中压缩方向的内应力增大，该膜通过原位(in situ)掺加 含磷的多晶硅的沉积、通过增加掺杂物、通过在多晶珪沉积后在表面上进行磷的 离子注入、或者通过在多晶硅沉积后在表面上进行灯加热退火(lamp annealing) 来形成。仅仅由于伸方向的内应力，可以使悬臂1100朝向隔膜1120偏转。在这 种情况下，有必要以这样的方式形成能形成悬臂1100的沉积膜使拉伸应力在 朝向隔膜1120的厚度方向上增大。
图14B是示出了隔膜电^5J莫1014图形的平面图。P鬲膜电^5J莫1014包括隔膜 1120、多个用于使隔膜1120跨过第一间隔物膜1015的互连部分1121、屏蔽电极
(guardelectrode) 1130、焊垫1131和1124。例如，隔膜电fel莫1014利用导电膜 形成，该导电膜由Si02构成并掺入诸如磷(P)这样的杂质。隔膜1120的外形 包围形成在^i^反1016上的后腔BC的开口 1161。也就是说，后腔BC的开口 1161 被隔膜1120所覆盖。
隔膜1120与屏蔽电极1130相隔离，其中将隔膜1120与屏蔽电极1130相隔 离的那部分间隙形成气孔(称作第二气孔)1122。气孔1122在图14B中用阴影 表示。由于气孔1122形成在后腔BC的开口 1161的外面，第二间隙G2形成在 隔膜1120的外围端与勤反1016的开口边缘之间(参见图13)。第二间隙G2与 后腔BC和气孔1122相通。也就;li兌，后腔BC经由第二间隙G2、气孔1122、 第一间隙G1和通孔H1而与大气空间相通。在第二间隙G2、气孔1122、第一间 隙G1和通孔H1之中，第二间隙G2具有最高的声阻尼。可以通过减小第二间隙 G2(或者通过减小互连部分1121的突出部1123的高度，或者通过增大隔膜1120 的外围端与基il 1016的开口边缘在平面图中的重叠区域)增大第二间隙G2的声 阻尼，由此改善灵敏度，特别是在低频范围内的。
如图13A和BB所示，互连部分1121 4皮/人具有圆形形状的隔膜1120的外 部圆周向外延长。隔膜1120经由互连部分1121连接到焊垫1124。由于互连部分 1121的末端连接第一间隔物膜1015,所以隔膜1120跨过通孔H3。互连部分1121 的外形为弯曲带状的形状；因此，互连部分1121在隔膜1120径向的弹性模量减 小。因此，施加到与隔膜1120对应的隔膜电才刻莫1014中心部分的内应力通过互 连部分1121被释放。这就增加了隔膜1120对抗压力的位移；因此，可以增加整 个频率范围内的灵敏度。
如图13A所示，隔膜1120具有突出部1123，所述突出部朝向J^反1016向 下突出。突出部1123可以利用隔膜电才iUl莫1014或其它连接隔膜电才刻莫1014的 沉积膜形成。隔膜1120的突出部1123的末端接触到基板1016的表面。由于提 供了突出部1123，第二间隙G2在隔膜1120和基板1016之间一直保持同样的尺 寸。附带地，隔膜1120的突出部1123可以在平面图中与悬臂1100的突出部1101 相重叠，或者它们在平面图中不相互重叠。
接下来，将详细描述电容式传声器1001的制造方法。电容式传声器1001是 通过半导体装置处理技术来生产的。具体地，多个薄膜依次沉积在基板1016(由 块状材料构成)上；并且通过蚀刻或剥离(liftoff)技术适当地形成间隙；由此， 可以形成图13A到13C中所示的结构。
图14A是纵向剖面图，扭无略地示出了电容式传声器1001在生产过程中的中
间结构。这里，第一间隔物膜1015、隔膜1014、第二间隔物膜1013、板电^ll莫 1012和压缩膜1011被依次形成在J4！ 1016上，其中隔膜电才iU莫1014、板电极 膜1012和压缩膜1011经历图形化。通孔H4通过深度R正形成在J^反1016上。 在压缩膜1011利用光致抗蚀剂(photoresist)被保护之后，第一间隔物膜1015 和第二间隔物膜1013被选择性地通过各向异性蚀刻而去除，从而形成图13A到 13C中所示的电容式传声器1001。第一间隔物膜1015的通孔H3的形状和第二 间隔物膜1013的通孔H2的形状取决于差d反1016的开口 1161的形状、板电^U莫 1012的通孔H1的形状以及切口 S的形状。
突出部1123可以以这样的方式形成，即在第一间隔物膜1015上形成凹窝(直 接在其下面形成)，然后与隔膜电才划莫1014嵌在一起。备选地，凹窝与另一具有 绝缘性或导电性的沉积膜嵌在-"^，而不是与隔膜电4划莫1014嵌在一起；伸出 凹窝的沉积膜的指定部分通过平整化(planation)处理而去除；然后，隔膜电极 膜1014经历沉积。相似地，突出部1101可以利用凹窝形成，该凹窝形成在第二 间隔物膜1013上(直接在其下面形成)。
在图14A中，在板电4刻莫1012的指定部分和压缩膜1011的指定部分上、沿 厚度方向施加不同的内应力，所述指定部分用于悬臂1100的形成。也就是说， 在压缩膜1011中而不是在定位为靠近隔膜电才iU莫1014的板电才iU莫1012中出现 强烈的压缩应力。因此，由于第一间隔物膜1015的通孔H3和第二间隔物膜1013 的通孔H2的形成，悬臂1100的末端朝向隔膜1120偏转，以便突出部1101(其 接触到隔膜1120)朝向基板1016按压隔膜1120。这增大了隔膜1120与板1110 之间的第一间隙Gl，并同时减小了隔膜1120与基4反1016之间的第二间隙G2。 此时，形成在隔膜电才刻莫1014中的具有弯曲带形状的互连部分1121在隔膜1120 的径向扩张；因此，隔膜1120的内应力在4立伸方向不增^A而减小。当隔膜1120 的突出部1123的末端接触到^S4反1016时，悬臂1100和互连部分1121在形状上 稳定下来，如图13A和13B所示。
在存在于大气空间与后腔BC之间的空间中，实现最大声P且尼的第二间隙 G2取决于隔膜1120的突出部1123的高度。第二间隙G2 (位于隔膜1120的径 向)的水平宽;1取决于隔膜1120水平伸出后腔BC的开口 1161之外的伸出部分 的宽度。电容式传声器1001在低频范围内的灵敏度取决于第二间隙G2和后腔 BC的斜只。
在本实施例中，当隔膜电极膜1014沉积到第一间隔物膜1015上之后，决定 电容式传声器1001在低频范围内灵敏度的第二间隙G2小于隔膜1120与差^反
1016之间的距离。另外，与电容式传声器1001中的额定压力(ratedpressure)和 抵^^4戎振动的稳定')"封目关的第一间隙Gl (隔膜1120与板1110之间)由于悬 臂1100的变形而变得大于第二间隔物膜1013的厚度。换句话说，本实施例为了 建立前述间隙而利用沉积膜的内应力；因此，可以以适当增大第一间隙G1同时 减小第二间隙。也就是说，本实施例能够改勘氐频范围内的灵敏度，增大额定电 压，并且改善对^^財戒振动的稳定性。结果是，可以在电容式传声器1001中的 灵敏度和稳定性之间建立高度的平衡。
第二实施例的电容式传声器1001可以以各种方式进一步修改；因此，将参 考图15A-15C、 16、 17、 18A-18C、 19以及20A-20B来描述第二实施例的改变例, 其中与图13A-13C和图14A-14B中相同的部件用相同的附图标记来表示；因此， 将省略对其的重复性描述。
图15A和15B是截面图，示出了第二实施例关于第二间隙G2的形成而作出 的改变例；图16和17是平面图，示出了隔膜电极膜1014的修改例，所述隔膜 电才刻莫1014用于实现图15A和15B中所示的第二间隙G2。图15A和15B示出 了切割平面，是就与沿图13C中的线1A-1A和1B-1B截取的图13A和13B而说 明的。如图15A-15B、 16、 17所示，第二间隙G2可以利用沟道1125形成，该 沟道1125从隔膜1120的外围部分沿其径向内延伸。沟道1125的宽度可以如图 16所示地减小，也可以如图17所示地增大。也就是-说，沟道1125可以适当地在 形状和尺寸上进行设计，以便获得所希望的声阻尼。沟道1125的第一端与气孔 1122相通，而其第二端与后腔BC的开口 1161相通。第二间隙G2取决于沟道 1125的深度。，在如图15C所示的隔膜电^J莫1014沉积前，牺牲膜1017对应于 沟道1125形成在基f反1016上，由此实现沟道1125的形成。优选地，牺牲膜1017 由指定材料构成，它可以同时与第一间隔物膜1015和第二间隔物膜1013 4进 行蚀刻。
图18A和18B是截面图，示出了有关第二间隙G2形成的第二实施例的另一 种改变例。图19是平面图，示出了用于实现图18A和18B中所示的第二间隙 G2形成的隔膜电才划莫1014。图18A和18B示出了切割平面，这些平面是与沿图 13C中的线1A-1A和1B-1B截取的图13A和13B相关说明的。如图18A-18B和 图19所示，第二间隙G2可以利用沟道1165形成，所述沟道1165是从基板1016 开口边缘处的开口 1161向外延伸的。沟道1165的第一端与气孔1122相通，而 其第二端与后腔BC的开口 1161相通。第二间隙G2取决于沟道1165的深度。 如图18C所示，当第一间隔物膜1015沉积前，沟道1165形成在基板1016中并
与牺牲膜1018嵌在^。优选地，牺牲膜1018由指定材料构成，它可以同时与 第一间隔物膜1015和第二间隔物膜1013 ""^进行蚀刻。
图20A和20B是截面图，示出了有关第一间隙Gl和第二间隙G2的形成的 第二实施例的另外的改变例。图20A和20B示出了切割平面，这些平面是与沿 图13C中的线1A-1A截取的图13A相关说明的。如图20A所示，突出部1101 与隔膜1120整体形成，其中突出部1101的末端接触到悬臂1100,从而可以确定 第一间隙Gl的尺寸。另夕卜，突出部1123与_|^反1016 ，形成，其中突出部1123 的末端接触到隔膜1120，以侵—确定第二间隙G2 (参见图13B)的尺寸。换句话 说，突出部1123可以利用沉积膜来形成，所述沉积膜的背面连接基板1016。备 选地，如图20B所示，突出部不是必须关于悬臂1100和隔膜1120形成。
并且，板1110和隔膜1120的每一个可以形成为部分地具有绝缘性能的单层 结构，也可以形成为在第二和其它层中具有导电性能的多层结构。板1110和隔 膜1120的每一个都不是必须形成为圓形形状，也可形成为矩形形状。悬臂IIOO 可以利用不同于板电冲刻莫1012的另外的层来形成，例如形成在板电fel莫1012和 隔膜电^ll莫1014之间的沉积膜。
最后，本发明不必限制为第一和第二实施例及其修改例；因此，在所附权利 要求限定的本发明保护范围内可以实现其它改变例。
权利要求
1.一种静电压力换能器，包括板，具有多个孔并形成固定电极；隔膜，形成与所述固定电极相对设置的振动电极；至少一个间隔物，在所述隔膜的外围端内的环形区域中设置在所述板和所述隔膜之间；以及具有开口的止动板，位于关于所述隔膜与所述板相对的设置，其中，所述隔膜以如下方式相对于所述板振动，使得由于发生在所述板和所述隔膜之间的静电吸引，位于所述间隔物内的所述隔膜的内部移动接近所述板，而位于所述间隔物外的所述隔膜的外部反向于所述板移动，这样所述隔膜的外围端部分地与所述止动板的开口的边缘接触。
2. —种静电压力换能器，包括板，具有多个孔并形成固定电极；隔膜，形成与所述固定电极相对设置的振动电极；至少一个间隔物，位于所述板和所述隔膜之间并具有位于所述板的多个孔中最外侧的孔外的环形内壁；以及壁，支承所述板的外围端从而与所述隔膜、所述板和所述配线部一起包 围由邻近配线部的所述隔膜限定的非声学空间，其中，所述隔膜以如下方式相对于所述板振动，使得由于发生在所述板 和所述隔膜之间的静电吸引，所述隔膜移动接近所述板从而闭合由所述间隔 物包围的开口并以气密的方式基本上闭合所述非声学空间。
3. 如权利要求1所述的静电压力换能器，其为电容式传声器。
4. 如权利要求2所述的静电压力换能器，其为电容式传声器。
5. 如权利要求1所述的静电压力换能器，还包括 互连至所述隔膜的多个弹簧；以及支柱，互连至所述弹簧使得所述隔膜跨过所述支柱。
6. 如权利要求2所述的静电压力换能器，还包括 互连至所述隔膜的多个弹簧，以及支柱，互连至所述弹簧使得所述隔膜跨过所述支柱。
7. —种用于制造如权利要求1所述的静电压力换能器的方法，包括步骤形成作为所述隔膜的第 一膜；在所述第一膜上形成第一绝缘膜；在所述第 一绝缘膜上形成作为所述板的第二膜；通过抗蚀剂图形化和蚀刻在所述第 一绝缘膜中形成至少 一个孔；在所述孔内沉积第二绝缘膜，所述第二绝缘膜的成分不同于所述第一绝缘膜的成分从而形成由所述第二绝缘膜构成的所述间隔物；以及通过湿法蚀刻从所述第一膜和所述第二膜之间的指定区域选择性地除去所述第一绝缘膜。
8. —种用于制造如权利要求2所述的静电压力换能器的方法，包括步骤形成作为所述隔膜的第 一 膜； 在所述第一膜上形成第一绝缘膜；通过抗蚀剂图形化和蚀刻在所述第 一绝缘膜中形成基本上呈环形的沟道；在所述沟道内沉积第二绝缘膜，所述第二绝缘膜的成分不同于所述第一 绝缘膜的成分从而形成由所述第二绝缘膜构成的所述间隔物；除去位于所述间隔物内的所述第二绝缘膜的内部；除去所述第二绝缘膜从而暴露所述第一绝缘膜，在所述第一绝缘膜上形 成所述第二膜；以及通过湿法蚀刻从所述第一膜和所述第二膜之间的指定区域选择性地除 去所述第一绝缘膜。
9. 如权利要求1所述的静电压力换能器，还包括多个悬臂，每个悬臂在 其末端朝所述隔膜偏斜，由此所述隔膜被按压。
10. 如权利要求9所述的静电压力换能器，其中第一间隙形成于所述隔 膜和所述板之间，所述止动板的开口形成后腔，具有施加于所述后腔和所述 板的第 一通孔之间的声阻尼的第二间隙形成于所述隔膜的外围端和所述止 动板之间，且与所述第一通孔和所述第二间隙相通的至少一个第二通孔形成 于所述止动板的开口外的所述隔膜的外部中，且所述第一间隙与所述第一通 孔相通。
11. 如权利要求IO所述的静电压力换能器，其中所述隔膜具有多个突出部，所述突出部的末端与所述止动板接触从而形成所述第二间隙。
12. 如权利要求IO所述的静电压力换能器，其中所述止动板具有多个突 出部，所述突出部的末端与所述隔膜接触从而形成所述第二间隙。
13. 如权利要求IO所述的静电压力换能器，其中所迷止动板具有多个沟道，所述沟道从所述后腔向外延长从而形成所述第二间隙。
14. 如权利要求IO所述的静电压力换能器，其中多个第二通孔形成于所 述隔膜的外部中。
15. 如权利要求9所述的静电压力换能器，其中每个所述悬臂由多个层 叠在一起的膜构成。
16. 如权利要求15所述的静电压力换能器，其中所述悬臂和所述板使用 共同的膜形成。
17. 如权利要求9所述的静电压力换能器，其中所述间隔物附着到所述 悬臂的末端从而朝所述隔膜突起。
18. 如权利要求9所述的静电压力换能器，其中所述间隔物附着到所述 板附近的所述隔膜的表面从而朝所述悬臂突起。
全文摘要
一种静电压力换能器(例如，电容式传声器)，包括板，具有多个孔并形成固定电极；隔膜，形成与固定电极相对设置的振动电极；至少一个间隔物，在隔膜的外围端内的环形区域中设置在板和隔膜之间；以及具有开口的止动板，位于关于隔膜与板相对的设置，其中，隔膜以如下方式相对于板振动，使得由于发生在板和隔膜之间的静电吸引，位于间隔物内的隔膜的内部移动接近板，而位于间隔物外的隔膜的外部反向于板移动，其中隔膜的外围端部分地与止动板的开口的边缘接触。因此，可以在改善低频范围内的灵敏度的同时实现平坦的频率特性。
文档编号H04R19/01GK101203066SQ20071030666
公开日2008年6月18日 申请日期2007年10月15日 优先权日2006年10月16日
发明者佐藤明善, 铃木幸俊 申请人:雅马哈株式会社