专利名称：音响传感器、音响转换器、利用该音响转换器的传声器、及音响转换器的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种音响转换器，尤其涉及一种利用MEMS (Micro ElectroMechanical System,微电子机械系统)技术制造的微小尺寸的音响转换器、利用该音响转换器的传声器、及音响转换器的制造方法。
背景技术：
以往，作为小型的传声器，使用一种利用被称为ECM (Electret CondenserMicrophone,驻极体电容传声器)的音响传感器的传声器。然而，ECM不耐热,另外,在应对数码化、小型化、高功能·多功能化、省功率这些方面，利用使用MEMS技术制造的音响传感器的传声器(MEMS传声器)较为优异，因此，近年来多采用MEMS传声器。使用MEMS技术制造的音响传感器(MEMS传感器)是使用半导体集成电路制作技术制作的音响传感器，其具有如下构成以利用隔膜电极和背板电极形成电容器的方式，将这些电极设在半导体基板上。而且，如果对该MEMS传感器施加声压，那么导电性的振动膜(隔膜)会振动，从而振动膜和包含固定电极的固定膜(背板)间的距离发生变化。由此，由振动膜和固定电极形成的电容器的静电电容发生变化。MEMS传声器通过测定该静电电容的变化所引起的电压的变化，作为电信号而输出声压。而且，作为表示MEMS传感器的构成的文献，有专利文献I 3。在专利文献I中，记载着使用硅基板作为固定电极，在硅基板上设置振动膜的微传感器。另外，在专利文献2中，记载着和专利文献I同样地使用硅基板作为固定电极，在娃基板上设置振动膜的娃电容传声器(传感器)。另外，在专利文献3中，记载着包含导电性的振动板、和通过空气间隔而和振动板分离且由基板支撑的穿孔构件的音响转换器。(现有技术文献)专利文献I :美国专利申请公开第2004/0259286号说明书(2004年12月23日公开)专利文献2 :美国专利申请公开第2005/0005421号说明书(2005年I月13日公开)专利文献3 :日本国际专利申请公开公报“特表2004-506394号(2004年2月26日公开)”
发明内容
(本发明要解决的问题)然而，所述专利文献I 3的构成中产生以下问题。即，如果光照射到构成传声器的半导体基板，那么由于光电效应，而出现由原子产生电子和空穴并再次结合这样的现象。而且，在该电子和空穴的产生、结合的过程中会产生电流。该电流成为噪音，而无法准确地作为电信号输出声压。本发明是鉴于所述问题点而完成的，其目的在于实现减少由于照射光而产生的噪音的音响转换器等。(解决问题的方案)为了解决所述课题，本发明的音响转换器包含半导体基板、导电性的振动膜、及固定电极板；该音响转换器在所述半导体基板的上表面隔着空隙而配置有所述振动膜和所述固定电极板，根据所述振动膜和所述固定电极板间的静电电容的变化来检测压力；该音响转换器的特征在于在所述半导体基板的表面上添加有杂质。另外，在本发明的音响转换器的制造方法中，该音响转换器包含半导体基板、导电性的振动膜、及固定电极板，根据该振动膜和该固定电极板间的静电电容的变化来检测压·力；该音响转换器的制造方法的特征在于包含杂质添加步骤，向所述半导体基板的表面添加杂质；及形成步骤，在添加有所述杂质的所述半导体基板上形成所述振动膜及所述固定电极板。然而，如果对半导体基板照射光，那么由于光电效应会由原子产生电子和空穴，其后再次结合。由此，电流在半导体基板中流动。如果从因光电效应产生电子和空穴起至再次结合为止的时间也就是寿命(lifetime)较长，那么所述电子及空穴的存在数变大，因此在所述半导体基板中流动的电流变大，该电流所导致的噪音变大。另一方面，如果向半导体基板添加杂质，那么添加了杂质的区域和未添加杂质的区域相比，所述寿命变短，因此所述电子及空穴的存在数变少。因而，在所述半导体基板中流动的电流减少，该电流所导致的噪音变小。而且，根据所述构成或方法，向半导体基板的表面添加杂质。因而，即便对半导体基板的表面照射光，也可以缩短所述寿命，因此可以减少由于光电效应而产生的电子和空穴的存在数。也就是说，可以减少流动的电流。由此，可以减少由于照射光而产生的电流所导致的噪音，因此能够提供可以更准确地检测压力的压力传感器。(发明的效果)如上所述，本发明的音响转换器的构成为，在半导体基板的表面上添加有杂质。另外，本发明的音响转换器的制造方法包含向半导体基板的表面添加杂质的杂质添加步骤。由此，即便对半导体基板的表面照射光，也能够缩短从因光电效应产生电子和空穴起至再次结合为止的时间也就是寿命，因此可以减少因光电效应产生的电子和空穴的存在数。也就是说，可以减少流动的电流。因而，由于可以减少因照射光而产生的电流所导致的噪音，所以发挥如下效果能够提供可以更准确地检测压力的压力传感器。
图I是表示本发明的实施方式的图，且是表示音响传感器的外观的立体图。图2是所述音响传感器的分解立体图。图3是沿着图I的X-X线的所述音响传感器的箭视剖面图。
图4是表示包含所述音响传感器的传声器的主要部分构成的图。图5是表示在所述音响传感器的硅基板中添加杂质的区域的图。
图6是用来对因添加杂质所产生的效果进行说明的图。图7是用来对添加杂质的区域中的杂质浓度的差异进行说明的图。图8是表示在I片晶片上制造多个芯片的状态的图。图9是表示在I片晶片上制造多个芯片的情况下的多个芯片间的电连接关系的图。图10是表示在所述音响传感器中硅基板和振动膜连接的状态的说明图。图11是表示所述音响传感器的制造步骤的说明图。图12是表示所述音响传感器的制造步骤的说明图。[附图标记说明]
I音响传感器(音响转换器)
5固定电极板
10 传声器
II桂基板(半导体基板)
12后腔室
13绝缘膜
14振动膜
15背板
16固定电极
17声孔
18振动膜电极垫19固定电极垫
20固定部 21、23 止动部
22气隙(空隙)
41ASIC (获取部)
101 硅基板
102、103、105牺牲层
104 振动膜
106固定电极
107背板
108电极垫
109孔
111杂质添加区域
具体实施例方式如下所述，根据图I 图11对本发明的一实施方式进行说明。(音响传感器的构造)首先，使用图I 3对本实施方式的音响传感器(音响转换器)I的构造进行说明。图I是表示音响传感器I的外观的立体图。另外，图2是音响传感器I的分解立体图。另夕卜，图3是音响传感器I的剖面图，图3的(a)是沿着图I的X-X线的音响传感器I的箭视剖面图，图3的(b)是将图3的(a)的区域31放大的图，图3的(c)是将图3的(a)的区域32放大的图。如图I及2所示，音响传感器I构成为在设置着作为贯通孔的后腔室(backchamber) 12的硅基板(半导体基板)11的上表面，积层绝缘膜13、振动膜(隔膜)14、及固定电极板5。而且，固定电极板5包含背板15及固定电极16,在背板15的娃基板11侧配置着固定电极16。此外，振动膜14及固定电极板5也可以反过来配置。另外，在背板15、及固定电极16上设置着多个声孔(acoustic hole) 17。另外,在振动膜14的四角中的一个上设置着振动膜电极垫18，在固定电极16的四角中的一个上设置着固定电极垫19。
另外，如图3所示，振动膜14具有止动部23，固定电极板5具有止动部21。进而，在振动膜14和固定电极16之间设置着4 μ m左右的气隙(空隙)22。硅基板11包含单晶硅，厚度为500 μ m左右。另外，在硅基板11的上表面及下表面利用氧化膜而形成绝缘覆膜。振动膜14包含导电性的多晶硅，厚度为O. 7 μ m左右。振动膜14为大致呈矩形状的薄膜。在四角部分设置着固定部20。而且，振动膜14以覆盖后腔室12的方式配置在硅基板11的上表面，且仅使四个固定部20固定在硅基板11上，振动膜14感应声压而上下振动。另外，在固定部20中的一个上设置振动膜电极垫18。背板15包含氮化膜，厚度为2 μ m左右。背板15的周围部固定在硅基板11上。另夕卜，由背板15和固定电极16形成固定电极板5。固定电极16包含多晶娃,厚度为O. 5 μ m左右。而且，在固定电极16设置着固定电极垫19。进而，在背板15及固定电极16上设置多个声孔17来作为用来使声压通过的孔。此外，固定电极16以和除了振动膜14的四角以外的振动的部分对应的方式设置。其原因在于振动膜14的四角被固定，即便在和该部分对应的部位设置固定电极16，振动膜14和固定电极16间的静电电容也不会发生变化。利用该声孔17,使得声压不会施加在固定电极板5上,而是施加在振动膜14上。另外，通过设置声孔17，使气隙22中的空气容易向外部溢出，热杂音得以减轻，从而可以减少噪音。另外，在振动膜14及固定电极板5上分别设置止动部23及止动部21。止动部23防止振动膜14除了固定部20以外还和硅基板11粘着(stick)，止动部21防止振动膜14和固定电极板5粘着。关于各自的尺寸，止动部23为O. 3 μ m左右的长度，止动部21为I. O μ m左右的长度。根据所述构造，音响传感器I如果从表面侧受到声压，那么固定电极板5不动，而振动膜14振动。由此，由于振动膜14和固定电极16间的距离发生变化，所以振动膜14和固定电极16间的静电电容发生变化。因而，在和振动膜14电连接的振动膜电极垫18、与和固定电极16电连接的固定电极垫19之间施加直流电压，将所述静电电容的变化作为电信号而取出，由此可以将声压作为电信号而检测到。(传声器的构成)使用图4对本实施方式的传声器10的构成进行说明。图4是表不传声器10的主 要部分构成的图，图4的(a)是示意性地表示传声器10的外观的图，图4的(b)是传声器10的框图。如图4的(a)所示，传声器10为如下构成将音响传感器I和ASIC (ApplicationSpecific Integrated Circuits,专用集成电路,获取部)41连接,且将它们配置在印刷基板46上，且由外壳42包围。另外，在外壳42上设置着孔43。而且，来自外部的声压通过孔43而到达音响传感器1，由此由音响传感器I检测声压。另外，来自外部的光通过孔43而到达音响传感器1，由此可能会因光而产生噪音。另外，如图4的(b)所示，ASIC41包含电荷泵(charge pump)44、及放大器部45。而且，音响传感器I的振动膜电极垫18及固定电极垫19、和ASIC41连接。电荷泵44是直流电源，并对音响传感器I的振动膜电极垫18和固定电极垫19之间施加直流电压。也就是说，用来检测所述振动膜14和固定电极16间的静电电容的变化的直流电压是通过电荷泵44而施加。放大器部45测定音响传感器I的振动膜电极垫18和固定电极垫19间的电压，并输出其变化量。也就是说，该输出是将振动膜14和固定电极16间的静电电容的变化作为电信号而表不，由此，可以检测声压。此夕卜，Vdd表不电源电压，Vout表不输出电压。(杂质的添加)
其次，使用图5 图7对杂质的添加进行说明。图5是表示添加杂质的区域的图。另外，图6是用来对因添加杂质而产生的效果进行说明的图。另外，图7是用来对添加杂质的区域中的杂质浓度的差异进行说明的图。在本实施方式中，向硅基板11的表面添加杂质。杂质的添加是通过掺杂离子而进行。首先，对添加杂质的原因进行说明。如果光照射到音响传感器I的娃基板11上，那么娃基板11的原子会被光激发而产生电子和空穴(光电效应)。而且，产生电流(光噪音)直到所产生的电子和空穴结合为止。该产生的电流在振动膜电极垫18或固定电极垫19上流通，从而导致ASIC41所取出的直流电压产生误差。
因此，如果向硅基板11的表面添加杂质，那么发挥如下效果。也就是说，直到由于光照射到硅基板11而产生的电子和空穴结合为止的时间变短。因而，由光电效应产生的电流流动的时间变短。由此，可以减少在振动膜电极垫18或固定电极垫19上流动的电流，从而可以减少ASIC41取出的直流电压的误差。使用图5，对添加杂质的区域进行说明。在本实施方式中，向硅基板11的积层着振动膜14、固定电极板5等的面即杂质添加区域51添加杂质。由此，通过声孔17而入射来的光照射到硅基板11的表面上，由此可以减少所产生的光噪音。此外，添加杂质的区域并不限定于此，例如，如图5的(b)所示，也可以添加到硅基板11的整个表面上。由此，可以减少由于入射至传声器10的框体42内部的光而产生的光噪音。作为添加至硅基板11的杂质，例如可以列举硼(B)、磷(P)、砷(As)、金(Au)、铝(Al)、铁(Fe)、铬(Cr)、及它们的化合物。其次，将对已添加了杂质的娃基板11和未添加杂质的娃基板11照射光并测量光敏度的结果示于图6中。此外，此处，使用硼作为杂质。在图6中，纵轴表示光敏度，越往下表示光噪音越难以产生。在图6所示的硅基板11中，对基板A F不添加杂质，而对基板G J添加杂质。如图6所示，可以明白和不添加杂质的基板A F相比，添加了杂质的基板G J的光敏度低，也就是说难以产生光噪
曰 其次，使用图7对添加的杂质的浓度进行说明。图7是从上表面观察硅基板11的图，以斜线表示的区域71的杂质浓度高，区域72的杂质浓度低。区域72的部分是振动膜电极垫18和硅基板11电连接的部分，通过降低这部分的杂质浓度而可以提高电阻。由此，在制造过程中，当在I片晶片(基板)上制造多个芯片(首响传感器I)时，可以保持芯片间的电阻，从而可以同时对多个芯片进行电测定。使用图8、图9对能够同时对多个芯片进行电测定的情况进行更详细的说明。图8是表示在I片晶片上制造多个芯片的状态的图。另外，图9是表示多个芯片间的电连接关系的图。 如图8所不，在I片晶片81上制造多个心片(心片a、心片b、心片c)。此时的电连接关系成为图9所示那样。此处，在振动膜电极垫18和晶片81间的电阻82的电阻值较低的情况下，所有芯片的振动膜电极垫18成为短路的状态。因而，在该状态下，如果同时对多个芯片进行电测定，那么对各个芯片无法得出准确的测定结果。另一方面，电阻82的电阻值越高，越不会成为所有芯片的振动膜电极垫18短路的状态，从而可以同时对多个芯片进行电测定。另外，使振动I吴14和娃基板11短路是为了在振动I吴14和固定电极15短路的情况下防止音响传感器I被破坏。此外，也可以不使振动膜14和硅基板11短路，而使固定电极16和娃基板11短路。 其次，使用图10对振动膜14和硅基板11连接的状态进行说明。图10的(b)是沿着图10的(a)中的Y-Y线的剖面图。如上所述，在图10的(a)的区域72中，振动膜14和硅基板11连接。更详细来说，如图10的(b)所示，振动膜电极垫18和振动膜14连接。而且，振动膜电极垫18在固定电极板15上电连接至区域72，在区域72和硅基板11连接。(音响传感器的制造步骤)其次，使用图11及图12对音响传感器I的制造步骤进行说明。图11及图12是表示音响传感器I的制造步骤的说明图。首先，如图11的(a)所示，利用热氧化法使硅基板101的表面氧化，以绝缘覆膜6102膜)覆盖表面。而且，通过掺杂离子而将杂质添加至杂质添加区域111 (杂质添加步骤)。其次，如图11的(b)所示，在添加了杂质的杂质添加区域111上，堆积牺牲层(多晶硅)102、及牺牲层(氧化硅)103(形成步骤)。接下来，如图11的(c)所示，在牺牲层103的上表面形成振动膜(多晶硅)104 (形成步骤)。其次，如图11的(d)所示，在所成膜的振动膜104上堆积牺牲层(氧化硅)105(形成步骤)，进而，通过在牺牲层105上形成金属薄膜而形成固定电极106，通过堆积氮化硅(绝缘层)而形成背板107 (形成步骤)。接下来，通过使金或铬在特定位置成膜而形成电极垫108，并且在固定电极106及背板107上形成孔109。其后，如图11的(e)所示，通过异向性蚀刻来蚀刻硅基板101。其次，如图12的(a)所示，通过等向性蚀刻来蚀刻牺牲层102。进而，如图12的(b)所示，蚀刻硅基板101的上表面侧。接下来，如图12的(C)所示，完成硅基板101的蚀亥IJ，最后，如图12的(d)所示，蚀刻牺牲层103、牺牲层105。由此，音响传感器I完成。(其他)如上所述，本发明的音响转换器包含半导体基板、导电性的振动膜、及固定电极板，该音响转换器在所述半导体基板的上表面隔着空隙而配置有所述振动膜和所述固定电极板，且根据所述振动膜和所述固定电极板间的静电电容的变化来检测压力；该音响转换器的特征在于在所述半导体基板的表面上添加有杂质。另外，本发明的音响转换器的制造方法中，音响转换器包含半导体基板、导电性的振动膜、及固定电极板，且根据该振动膜和该固定电极板间的静电电容的变化来检测压力；该音响转换器的制造方法的特征在于包含杂质添加步骤，向该所述半导体基板的表面添加杂质；及形成步骤，在添加有所述杂质的所述半导体基板上形成所述振动膜及所述固定电极板。然而，如果光照射到半导体基板上，那么因光电效应而由原子产生电子和空穴，其后再次结合。由此，电流在半导体基板上流动。如果从因光电效应产生电子和空穴起至再次结合为止的时间也就是寿命较长，那么所述电子及空穴的存在数变大，因此在所述半导体基板中流动的电流变大，该电流所导致的噪音变大。另一方面，如果对半导体基板添加杂质，那么和未添加杂质的区域相比，添加了杂质的区域的所述寿命变短，因此所述电子及空穴的存在数变少。因而，在所述半导体基板中流动的电流减少，该电流所导致的噪音变小。而且，根据所述构成或方法，对半导体基板的表面添加杂质。因而，即便对半导体基板的表面照射光，也可以使所述寿命变短，因此可以使由光电效应产生的电子和空穴的存在数变少。也就是说，可以减少流动的电流。由此，可以减少因照射光而产生的电流所造成的噪音，从而可以提供一种可以更准确地检测压力的压力传感器。作为优选，在本发明的音响转换器中，在所述半导体基板的形成有所述振动膜一侧的表面上添加有杂质。在形成有振动膜的一侧形成振动膜及固定电极板。而且，在将振动膜和固定电极板间的静电电容的变化作为电信号进行检测，并由此来检测压力的情况下，如果电流在半·导体基板的形成有振动膜的一侧流动，那么对所述电信号的影响较大。也就是说，如果光照射在半导体基板的形成有振动膜的一侧，那么因产生的电流所致的噪音所造成的影响较大。根据所述构成，可以减少因光照射在半导体基板的形成有振动膜的一侧而产生的电流，因此可以更准确地检测压力。在本发明的音响转换器中，所述半导体基板的所述表面、和所述振动膜或所述固定电极板之间也可以形成电连接。根据所述构成，对振动膜和固定电极板之间施加电压时，即便振动膜或所述固定电极板、和所述半导体基板的所述表面因任何理由接触而导致电短路，电流也会从振动膜及固定电极板中的任意一个向半导体基板流动，因此可以避免因该短路导致本装置损坏。然而，在通过在I片半导体基板上的多个区域上分别形成振动膜及固定电极板，从而在各区域形成音响转换器的情况下，如果所述半导体基板的所述表面、和所述振动膜或所述固定电极板电连接，那么难以同时对该等多个音响转换器进行电测定。其原因在于，某个音响转换器的所述振动膜或所述固定电极板、和其他音响转换器的所述振动膜或所述固定电极板电连接，由此给所述某个音响转换器的电测定、和所述其他音响转换器的电测定之间带来影响。因此，在本发明的音响转换器中，在添加有杂质的所述半导体基板的表面中，形成所述电连接的区域的杂质浓度也可以低于除此以外区域的杂质浓度。和杂质浓度高的区域相比，杂质浓度低的区域内电流较难流动。也就是说，电阻值较高。因而，根据所述构成，半导体基板、和振动膜或固定电极板电连接的区域的电阻值变闻。由此，在本装置的制造过程中，在I片半导体基板上的多个区域内分别形成振动膜及固定电极板，且在各个区域形成音响转换器，在此状态下，可以同时对该多个音响转换器进行电测定。此外，作为优选，所述杂质是通过添加至所述半导体基板而使寿命缩短的杂质，例如优选以下的任意种物质硼、磷、砷、金、铝、铁、铬、及它们的化合物。即便是包含所述音响转换器和获取该音响转换器检测到的压力变化的获取部的传声器，也可以发挥所述效果。本发明并不限定于所述实施方式，可在权利要求所示的范围内进行各种变更。也就是说，对于将在权利要求所示的范围内适当变更的技术方案组合而获得的实施方式，也包含在本发明的技术范围内。(产业上的利用可能性)
因为能够实现可以更准确地检测声压的小型音响传感器，故而宜用于例如手机的话筒。
权利要求
1.一种音响转换器，包含半导体基板、导电性的振动膜、及固定电极板； 该音响转换器在所述半导体基板的上表面，隔着空隙而配置有所述振动膜和所述固定电极板，根据所述振动膜和所述固定电极板间的静电电容的变化来检测压力； 该音响转换器的特征在于 在所述半导体基板的表面上添加有杂质。
2.根据权利要求I所述的音响转换器，其特征在于 在所述半导体基板的形成有所述振动膜一侧的表面上，添加有杂质。
3.根据权利要求2所述的音响转换器，其特征在于 所述半导体基板的所述表面、和所述振动膜或所述固定电极板之间形成电连接。
4.根据权利要求3所述的音响转换器，其特征在于 在添加有杂质的所述半导体基板的表面中，形成所述电连接的区域的杂质浓度低于除此以外区域的杂质浓度。
5.根据权利要求I至4中任一权利要求所述的音响转换器，其特征在于 所述杂质为以下的任意种物质硼、磷、砷、金、铝、铁、铬、及它们的化合物。
6.—种传声器,其特征在于 包含权利要求I至5中任一权利要求所述的音响转换器、和获取该音响转换器所检测到的压力变化的获取部。
7.一种音响转换器的制造方法，该音响转换器包含半导体基板、导电性的振动膜、及固定电极板，且根据该振动膜和该固定电极板间的静电电容的变化来检测压力； 该音响转换器的制造方法的特征在于包含 杂质添加步骤，向所述半导体基板的表面添加杂质；及 形成步骤，在添加有所述杂质的所述半导体基板上，形成所述振动膜及所述固定电极板。
全文摘要
在本发明的音响传感器(1)中，在硅基板(11)的上表面，隔着气隙(22)而配置有导电性的振动膜(14)和上固定电极板(5)，并且在硅基板(11)的表面上添加有杂质。
文档编号H04R19/04GK102907118SQ201180025800
公开日2013年1月30日 申请日期2011年4月20日 优先权日2010年5月27日
发明者石本浩一, 多田罗佳孝, 犬塚伸, S·康蒂 申请人:欧姆龙株式会社, 意法半导体股份有限公司