专利名称：声敏元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种声敏元件，特别是一种形成在半导体基板上的声敏元件。
背景技术：
作为检测出声音振动的半导体传感器，有人提出了电容器式硅麦克风。该麦克风的半导体基板上具有由薄膜电极与背板(backplate)电极所构成的电容器。如果给该麦克风施加音压，薄膜电极就会振动，改变薄膜电极与背板电极之间的距离，通过这样让电容器的静电电容也发生变化。另外，测定出静电电容的变化所引起的电压的变化，所测定的电压相当于通过麦克风所接收的声音信号。(参照例如专利文献1)专利文献1特表昭60一500841号公报电容器式硅麦克风例如能够通过比驻极体(elecret)电容传声器还小型、轻量的麦克风来实现。本发明人发现了以下问题。电容器式硅麦克风由于比驻极体电容传声器更小型，因此机械构造强度容易降低。另外，制造过程中，每次成膜氮化硅膜或氧化硅膜时，要经历400度到800度的温度循环，因此，作为硅基板的半导体基板，与薄膜电极之间产生应力差。其结果是，薄膜电极中产生了内部应力或挠矩，因此，薄膜电极的灵敏度降低。另外，薄膜电极与背板电极的周围部分的静电电容，是灵敏度降低的原因。也即，灵敏度相当于音压所引起的静电电容的变化量除以全部静电电容所得到的值，周围部分的静电电容，使全体的静电电容为主增加，因此导致灵敏度实质上降低。
发明内容
本发明为了解决上述以往的问题而提出的，其目的在于提供一种具有给定的强度，且提高了声音信号的检测灵敏度的声敏元件。
为了解决上述问题，本发明的某个方式的声敏元件具备通过至少1个固定端安装在半导体基板的第1面的表面上，将贯通设置在半导体基板上的音孔覆盖起来的可动电极；以及通过与可动电极的组合形成气隙而设置的固定电极；以及在通过从半导体基板的第2面侧经过音孔所进入的音压让可动电极振动时，将该振动所引起的电容的静电电容的变化作为声音信号输出的输出部。可动电极，在至少1个固定端以外的部分中形成铰链轴，通过基于该铰链轴的铰链构造与半导体基板相系着(相关联地固定在一起)。
“第1面”以及“第2面”是为了便于说明半导体基板中的两个面而设置的，也可以是“上侧”与“下侧”，或“左侧”与“右侧”。
“固定电极”可以与可动电极相面对，形成电容器，与第1面之间的配置的关系并没有特别进行限定。这里，最好将固定电极对可动电极设置在与第1面相反侧。
“铰链构造”一般是指通过铰链轴旋转的动作，来开闭含有铰链轴的物体的构造，但这里只要是能够限制铰链轴的自由移动的构造就可以，为了让含有铰链轴的物体中的铰链轴以外的部分固定起来，即使物体不能够开闭也可以。也即，意味着限制包含有铰链轴的可动电极，向上下以及左右进行规定以上的移动。
如果采用该方式，由于可动电极只通过至少1个固定端安装在半导体基板上，因此，能够减小与半导体基板之间的应力差的影响。另外，通过铰链构造对可动电极的振动进行限制，因此，即使是只通过至少1个固定端进行安装，也能够抑制构造上的强度降低。
作为优选方式，可动电极的铰链轴与至少1个固定端，在半导体基板的第1面的表面，设置在固定电极所占区域的外侧。通过采用这样的构造，由于让静电电容的变化量在同一个程度上，并且整体的静电电容变小，因此，能够实质上增大灵敏度。
作为优选方式，可动电极，在固定电极所占区域的外侧，具有铰链轴与至少1个固定端突出的形状。由于铰链轴与至少1个固定端突出，因此，即使铰链轴与至少1个固定端远离固定电极所占区域，也能够缩小可动电极与固定电极所形成的气隙的面积，改善构造强度。
作为优选方式，可动电极在与半导体基板的第1面的表面相面对的部分中设有突起物。通过突起物，能够防止可动电极黏附在半导体基板上。
本发明的另一种方式也是一种声敏元件。该声敏元件具备通过至少1个固定端安装在半导体基板的第1面的表面上，将贯通设置在半导体基板上的音孔覆盖起来的可动电极；以及通过与可动电极的组合形成气隙而设置的固定电极；以及在通过从半导体基板的第2面侧经过音孔所进入的音压让可动电极振动时，将该振动所引起的电容的静电电容的变化作为声音信号输出的输出部。可动电极，在至少1个固定端以外的部分中突出设置有钩部，通过该钩部与半导体基板相嵌合。
“钩部”相当于前端弯曲的部分，前端的弯曲方法可以是任意的，也可以是能够嵌合在半导体中的形状。例如，既可以是“L”形的向给定方向弯曲，也可以是“T”形的向两端弯曲。另外，也可以是圆形。
如果采用该方式，由于可动电极只通过至少1个固定端安装在半导体基板上，因此，能够减小与半导体基板之间的应力差的影响。另外，通过与钩部的嵌合对可动电极的振动进行限制，因此，即使是只通过至少1个固定端进行安装，也能够抑制构造上的强度降低。另外，除了固定端以外，只通过钩部将可动电极与半导体基板嵌合起来，因此能够简化构造。
作为优选方式，可动电极的钩部，与设置在半导体基板中的钩部的入口相嵌合。这种情况下，能够通过设置在半导体基板中的钩部的入口，与可动电极中所设置的钩部相嵌合。
本发明的另一种方式也是一种声敏元件。该声敏元件具有通过至少1个固定端安装在半导体基板的第1面的表面上，将贯通设置在半导体基板上的音孔覆盖起来的可动电极；以及通过与可动电极的组合形成气隙而设置的固定电极；以及在通过从半导体基板的第2面侧经过音孔所进入的音压让可动电极振动时，将该振动所引起的电容的静电电容的变化作为声音信号输出的输出部。可动电极，在至少1个固定端以外的部分中突出设置有具有环状的前端的突出部，通过该具有环状的前端的突出部与半导体基板相嵌合。
“环状”可以是圆环形状，另外其形状也可以不是圆形，也可是四边形。另外，不但可以是圆环这样的连接构造，还可以是其一部分中形成有切口的构造。也即，只要是在能够嵌合的程度中，能够被钩住的形状就可以。
如果采用该方式，由于可动电极只通过至少1个固定端安装在半导体基板上，因此，能够减小与半导体基板之间的应力差的影响。另外，通过与环状的前端的嵌合对可动电极的振动进行限制，因此，即使是只通过至少1个固定端进行安装，也能够抑制构造上的强度降低。
作为优选方式，可动电极的突出部中，环状的前端通过贯通在上述半导体基板中所设置的轴中，与半导体基板相嵌合。这种情况下，能够通过设置在半导体基板中的轴，与设置在可动电极中的环状的前端相嵌合。
本发明的另一种方式也是一种声敏元件。该声敏元件具备通过至少1个固定端安装在半导体基板的第1面的表面上，将贯通设置在半导体基板上的音孔覆盖起来的可动电极；以及通过与可动电极的组合形成气隙而设置的固定电极；以及在通过从半导体基板的第2面侧经过音孔所进入的音压让可动电极振动时，将该振动所引起的电容的静电电容的变化作为声音信号输出的输出部。可动电极，通过至少1个固定端以外的部分，与上述半导体基板相嵌合。
如果采用该方式，由于可动电极只通过至少1个固定端安装在半导体基板上，因此，能够减小与半导体基板之间的应力差的影响。另外，由于通过给定的嵌合对可动电极的振动进行限制，因此，即使是只通过至少1个固定端进行安装，也能够抑制构造上的强度降低。
发明效果根据本发明，能够提供一种具有给定的强度，且提高了声音信号的检测灵敏度的声敏元件
图1为表示本发明的实施例1的相关声敏元件的构成的俯视图。
图2为图1的声敏元件的第1剖面图。
图3为图1的声敏元件的第2剖面图。
图4(A)～(C)为表示图1的声敏元件的制造工序的图。
图5(A)～(℃)为接着图4(A)～(C)表示图1的声敏元件的制造工序的图。
图6(A)～(C)为接着图5(A)～(C)表示图1的声敏元件的制造工序的图。
图7为表示本发明的实施例2的相关声敏元件的构成的俯视图。
图8为图7的声敏元件的第1剖面图。
图9为图7的声敏元件的第2剖面图。
图10(A)～(B)为表示图7的声敏元件的变形例的俯视图。
图11(A)～(C)为表示本发明的实施例3的相关声敏元件的构成的俯视图与剖面图。
图12(A)～(B)为表示图11的声敏元件的变形例的俯视图与剖面图。
图13(A)～(B)为表示图11的声敏元件的另一个变形例的俯视图。
具体实施例方式
(实施例1)在对本发明进行具体说明之前，先进行概要说明。本发明的实施例1，涉及一种形成在半导体基板上的电容器式硅麦克风。电容器式硅麦克风在半导体基板的第1面的表面上设有薄膜电极，并在比薄膜电极更远离第1面侧设有背板电极，以将贯通在半导体基板中的音孔覆盖起来。本实施例的相关电容器式硅麦克风，通过1个固定端，将薄膜电极安装在半导体基板上。
另外，薄膜电极在边缘部分形成有多个铰链轴，通过基于多个铰链轴的铰链结构，系着在半导体基板上。这样，由于将薄膜电极直接安装在半导体基板上的固定端只有1个，因此，变得很难受到与半导体基板之间的应力差的影响。另外，由于固定端以外的部分通过铰链构造系着在半导体基板上，从而限制了薄膜电极的动作范围。因此，即使固定端只有1个，也能够抑制构造强度的降低。
另外，在从第1面侧看半导体基板的情况下，薄膜电极的固定端与铰链轴，设置在背板电极所占据的区域的外侧，因此，在对应于背板电极的薄膜电极的部分，能够让音压的振动变大。结果提高了灵敏度。另外，薄膜电极具有固定端与铰链轴突出的形状，因此，能够在远离背板电极所占据区域的位置上设置固定端与铰链轴，提高灵敏度。另外，与薄膜电极为圆形，背板电极所占区域远离固定端的情况相比，能够缩小薄膜电极的面积，从而能够改善构造强度。
图1为表示本发明的实施例1的相关声敏元件100的构成的俯视图。图2为声敏元件100的第1剖面图，图3为声敏元件100的第2剖面图。这里，图2为图1的声敏元件100的A-A’中的剖面图，图3为图1的声敏元件100的B-B’中的剖面图。这里，对照这些图对声敏元件100进行说明。
声敏元件100具有气隙层10、保护膜12、背板电极14、薄膜电极16、薄膜突起部18、基板开口部20、声音孔22、薄膜用焊盘电极24、背板用焊盘电极26、铰链固定部28、架桥部30、蚀刻抑制器(stopper)50以及硅基板52。另外，从图2以及图3可以得知，图1中从上面无法直接看到气隙层10等。但是，这里为了容易理解结构，将无法直接看到的部分也适当显示出来。另外，前面的说明中将“第1面”与“第2面”分别作为“上侧”与“下侧”，但并不仅限于此。
硅基板52成为声敏元件100的基盘。硅基板52中，如图2与图3所示，从硅基板52的上侧至下侧贯通设置有音孔。另外，如图1所示，音孔的基板开口部20具有四边形的形状。另外，硅基板52的上侧表面，具有蚀刻抑制器50。
薄膜电极16，如图2所示，通过至少1个固定端32安装在硅基板52的上侧的表面，以将硅基板52的剖面中的音孔覆盖起来。这里，在设有薄膜用焊盘电极24的方向上，设有固定端32。也即，薄膜电极16通过1个固定端32安装在硅基板52以及蚀刻抑制器50上。从图2以及图3的音孔的下侧输入音压，通过音压能够让薄膜电极16振动，也即能够按昭可动的方式构成。
图1中，薄膜电极16在互相垂直的直径方向具有4个突出部分。4个突出部分的一个中设有固定端32，此外的3处形成有铰链轴34。从图2可以得知，通过铰链轴34、铰链固定部28以及架桥部30形成铰链结构，通过铰链结构将薄膜电极16与蚀刻抑制器50系着起来。铰链结构通过用铰链固定部28与架桥部30将铰链轴34包围起来而形成。也即，在图2中限制铰链固定部28向铰链轴34的左右移动，并限制支撑在铰链固定部28上的架桥部30向铰链轴34的上方移动。通过这样对铰链轴34的移动进行限制，能够对薄膜电极16的移动也进行限制。
如图1所示，薄膜电极16的铰链轴34与固定端32，在硅基板52的上侧的表面中，设置在背板电极14所占据区域的外侧。另外，如前所述，薄膜电极16的铰链轴34与固定端32，具有在背板电极14所占区域的外侧突出的形状。假设不是突出形状，且铰链轴34与固定端32设置在图1的位置中的情况下，薄膜电极16具有以薄膜用焊盘电极24以及铰链轴34为直径的圆形。因此，气隙层10与薄膜电极16的面积变大，强度也变弱。薄膜突起部18如图3所示，在薄膜电极16中，设置在与硅基板52的上侧表面相面对的部分上。
背板电极14，如图2以及图3所示，设置在薄膜电极16的上方，与背板电极14一起形成电容。该电容具有如果因音压让薄膜电极16振动，则会改变静电电容的值的特性。另外，如图1所示，背板电极14的大小被设置为将基板开口部20也即音孔的至少一部分占据。
保护膜12，如图2以及图3所示，形成为将背板电极14与薄膜电极16覆盖起来。这里，保护膜12以及背板电极14与薄膜电极16之间所产生的空间，称作气隙层10。另外，保护膜12与背板电极14，形成有多个声音孔22。
薄膜用焊盘电极24与背板用焊盘电极26，分别与薄膜电极16以及背板电极14相连接，被加载了规定的电压。另外，如果通过薄膜电极16以及背板电极14来改变电容的静电电容，则薄膜用焊盘电极24与背板用焊盘电极26之间的电位差也变化，因此，将该变化了的电位差作为声音信号输出。也即，薄膜用焊盘电极24与背板用焊盘电极26间接检测出电容的静电电容变化。所输出的声音信号，通过图中未显示的处理部进行处理。该处理例如是通过扬声器输出，或将声音信号变换成数字信号并保存等等。
图4(A)～(C)表示声敏元件100的制造工序。另外，图4(A)～(C)，与图2相同，对应于图1的声敏元件100的A-A’中的剖面。
图4(A)的工序1中，在硅基板52上成膜蚀刻抑制器50。蚀刻抑制器50一般使用氮化硅膜。形成氮化硅膜时所使用的气体是甲硅烷(monosilane)与氨气、二氯甲硅烷与氨气等，成膜温度为300℃～600℃。
图4(B)的工序2中，在蚀刻抑制器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)的氧化硅膜，但也可以使用其他膜，只要能够溶解于氢氟酸(HF)就可以。该第1替代膜54之后将会被HF蚀刻所去除，因此是不会在最终的结构体中残留的膜。对第1替代膜54，使用通常的光刻技术和蚀刻技术去除其周边部。另外，之后为了在图中未显示的薄膜电极16中形成薄膜突起部18，事先在该部分对第1替代膜54进行部分蚀刻。该蚀刻中，在到达蚀刻抑制器50之前，便在中途停止蚀刻。
图4(C)的工序3中，在第1替代膜54上成膜薄膜电极16。薄膜电极16一般使用多晶硅，但也可以使用其他具有导电性的材料。对薄膜电极16使用通常的光刻技术与蚀刻技术去除其不需要的部分。
图5(A)～(C)接着图4(A)～(C)表示声敏元件100的制造工序。图5(A)的工序4中，在薄膜电极16上形成了2～5μm左右的第2替代膜56。第2替代膜56最好是与工序2的第1替代膜54相同的膜。该第2替代膜56的膜厚成为最终的电极间的气隙距离，因此反映在电容(C＝ε*S/t，ε介电率，S电极面积，t气隙距离)也即灵敏度中，同时也给声敏元件100的构造的强固性带来很大影响。这意味着如果图中未显示的气隙层10过于狭窄，则薄膜电极16与图中未显示的背板电极14过于接近，无法进行传感(sensing)。
因此，第2替代膜56的膜厚是一个重要的参数。考虑到具有铰链结构的声敏元件100，其气隙距离在2～5μm是比较合适的。接下来，使用通常的光刻技术与蚀刻技术，对周边的不需要部分以及图中未显示的铰链固定部28进行蚀刻，直到到达蚀刻抑制器50为止。另外，事先对图中未显示的架桥部30蚀刻到中途，使得该蚀刻没有到达薄膜电极16。
图5(B)的工序5，与形成在第2替代膜56上形成背板电极14的导电膜以及形成铰链构造的导电膜同时成膜。从机械强度的观点来看，本导电膜最好使用多晶硅。之后，使用通常的光刻技术与蚀刻技术去除不需要的部分。本实施例中，将形成背板电极14的导电膜，与形成铰链构造的导电膜同时形成，但也可以成膜为分别不同的膜。这种情况下，可以分别选择更加适当的膜种类与膜厚。
图5(C)的工序6中，在背板电极14上成膜作为保护膜12的氮化硅膜。之后，对氮化硅膜，使用通常的光刻技术与蚀刻技术去除不需要的部分。这里的不需要的部分不但指周边部，还包括焊盘部分与声音孔22。
图6(A)～(C)接着图5(A)～(C)表示声敏元件100的制造工序。图6(A)的工序7中，在焊盘部分中，形成薄膜用焊盘电极24或图中未显示的背板用焊盘电极26的焊盘电极。焊盘电极特别适于铝、铜、金等的低电阻金属膜。形成方法有使用通常的光刻技术与蚀刻技术的方法，但也可以使用所谓的电镀抗蚀(plating resist)法或抗蚀蚀刻停止(resist etch-off)法等的技术。
图6(B)的工序8，在硅基板52的背面形成蚀刻掩膜，使用该蚀刻掩膜，通过氢氧化钾水溶液(KON)或氢氧化四甲基铵(TMAH)等碱性蚀刻液进行各向同性蚀刻。该各向同性蚀刻，被工序1中所成膜的蚀刻抑制器50自动停止蚀刻。之后，从背面侧通过蚀刻液(例如磷酸)或干蚀刻，去除该开口部分的蚀刻抑制器50。
图6(C)的工序9，从声音孔22以及背面侧，使用HF对第1替代膜54以及第2替代膜56有选择地进行蚀刻，通过这样，将第1替代膜54以及第2替代膜56完全去除。这样一来，最终形成了气隙层10与铰链构造。
根据本发明的实施例，由于薄膜电极只通过1个固定端安装在硅基板上，因此，能够减小与硅基板之间的应力差的影响。另外，通过铰链构造对薄膜电极的振动进行限制，因此，即使是通过1个固定端进行安装，也能够抑制构造上的强度降低。另外，通过采用这样的构造，由于让静电电容的变化量在同一个程度上，并且整体的静电电容变小，因此，能够实质上增大灵敏度。
另外，由于铰链轴与1个固定端突出，因此，即使在铰链轴与1个固定端远离被背板电极所占据的区域，也能够缩小薄膜电极与背板电极所形成的气隙的面积，改善构造的强度。另外，通过突起物，能够防止薄膜电极黏附在硅基板上。另外，由于背板电极只占据了基盘开口部的一部分区域，因此能够提高声敏元件的灵敏度。另外，由于薄膜电极通过铰链构造安装，因此，能够限制与薄膜电极的面平行的移动。另外，由于薄膜电极通过铰链构造进行安装，因此即使在受到来自与薄膜电极的面平行的方向的冲击的情况下，通过让薄膜电极进行某种程度的移动，也能够吸收冲击。
(实施例2)实施例2与本发明的实施例1相同，涉及一种形成在半导体基板上的电容器式硅麦克风。实施例1的相关电容器式硅麦克风中，通过铰链构造将薄膜电极安装在半导体基板上。实施例2的相关电容器式硅麦克风中，通过在薄膜电极中突出设置钩部，让该钩部与半导体基板相嵌合。结果是，实施例2的相关电容器式硅麦克风，比实施例1的相关电容器式硅麦克风的构造更加简单。另外，与实施例1相同，变得很难受到与半导体基板之间的应力差的影响，且即使固定端只有1个，也能够抑制构造强度的降低。另外还能够提高灵敏度，改善构造强度。
图7为表示本发明的实施例2的相关声敏元件100的构成的俯视图。图8为声敏元件100的第1剖面图。图9为声敏元件100的第2剖面图。这里，图8为图7的声敏元件100的A-A’中的剖面图，图9为图7的声敏元件100的B-B’中的剖面图。声敏元件100与图1的声敏元件100不同，具有钩部60与钩入口76。但是，图7的声敏元件100也具有与图1的声敏元件100相同的部分，因此，这里以二者的不同为中心进行说明。
图7中，薄膜电极16在互相垂直的直径方向具有4处突出部分。4处突出部分的一处中设有固定端32，此外的3处形成有钩部60。从图9可以得知，通过让钩部60嵌合在钩入口76中，而将薄膜电极16安装在硅基板52中。进一步对其进行说明，在如图7所示的俯视图中，薄膜电极16的突出部分，在钩部60中扩展。也即，钩部60为T型。另外，钩入口76设置在硅基板52的上方，并且比钩部60更加狭窄。保护膜12中，比钩入口76更加前端的部分，具有与钩部60相对应的形状。也即，前端部分也为T型。
通过这样的构成，在图9中，限制了钩入口76向钩部60的左方向，也即向薄膜电极16中的与背板电极14重叠的区域的方向移动。另外，限制了保护膜12中，以钩部60为中心的情况下的钩入口76的相反侧的壁面，向钩部60的右方向，也即向设在薄膜电极16的突出部分的前端方向的移动。另外，限制图9中设置在钩部60的上方的保护膜12的部分，向钩部60的上方移动。通过像这样对钩部60的移动进行限制，能够对薄膜电极16的移动也进行限制。另外，钩部60与至少1个固定端32，在硅基板52的上面的表面中，设置在背板电极14所占区域的外侧。
保护膜12如图8以及图9所示，被形成为将背板电极14以及薄膜电极16覆盖起来。这里，保护膜12中，设有用来与钩部60相嵌合的钩入口76，但钩入口76也可设置在硅基板52上。另外，如图3所示，薄膜电极16中可以形成薄膜突起部18。
图7中以钩部60为T型的情况进行了说明。但是，钩部60还可以是T型以外的形状，钩部60的宽度，可以比钩入口76的宽度宽。图10(A)～(B)为表示声敏元件100的变形例的俯视图。它们表示图7中的从薄膜电极16突出的部分的前端附近。图10(A)为在从薄膜电极16突出的部分中，钩部60只在一个方向扩展的情况。也即，钩部60为倒L形。这种情况下，钩部60的宽度也比钩入口76的宽度宽。
图10(B)为从薄膜电极16突出的部分的中，钩部60扩展为圆形的情况。钩部60没有角，一部分的宽度比钩入口76的宽度更加宽。以上的实施例中，对钩部60在与硅基板52的上面平行的方向扩展的情况进行了说明，但本发明并不仅限于此，例如，钩部60还可以在垂直于硅基板52的上面的方向上扩展。也即，声敏元件100的剖面图中，钩部60可以具有如图7、图10(A)与(B)所示的形状。另外，钩入口76具有对应于钩部60的形状。即使钩部60具有这样的形状，钩部60也能够嵌合在钩入口76中。
下面对以上所说明的实施例2的相关声敏元件100的构造进行总结。薄膜电极16，与硅基板52等分离，通过固定端32固定在硅基板52中。另外，通过让薄膜电极16嵌合在硅基板52中，来限制薄膜电极16向旋转方向、高度方向以及半径方向的移动。另外，在半径方向的移动的限制，具有某种程度的富余。另外，薄膜电极16具有钩部60，而钩部60可以朝向高度方向、水平方向中的任一方。另外，薄膜电极16具有多个钩部60。
根据本发明的实施例，薄膜电极只通过至少1个固定端安装在硅基板上，因此，能够减小与硅基板之间的应力差的影响。另外，通过与钩部的嵌合对薄膜电极的振动进行限制，因此，即使是通过至少1个固定端进行安装，也能够抑制构造上的强度降低。另外，除了固定端以外，只通过钩部将薄膜电极与半导体基板嵌合起来，因此能够让构造简单。另外，通过设置在硅基板上的钩入口，能够与设置在薄膜电极上的钩部嵌合起来。另外，通过采用这样的构造，由于让静电电容的变化量在同一个程度上，并且整体的静电电容变小，因此，能够实质上增大灵敏度。
另外，由于钩部与1个固定端突出，因此，即使在钩部与1个固定端远离被背板电极所占据的区域，也能够缩小薄膜电极与背板电极所形成的气隙的面积，改善构造的强度。另外，由于背板电极只占据了基盘开口部的一部分区域，因此能够提高声敏元件的灵敏度。另外，由于薄膜电极通过钩部相嵌合，因此，能够限制与薄膜电极的面平行的移动。另外，由于薄膜电极通过钩部相嵌合，因此即使在受到来自与薄膜电极的面平行的方向的冲击的情况下，通过让薄膜电极进行某种程度的移动，也能够吸收冲击。
另外，通过像实施例这样的构造，由于限制了薄膜电极向旋转方向、高度方向以及半径方向的移动，因此，能够改善薄膜电极的机械强度。另外，通过采用实施例这样的构造，让薄膜电极与硅基板相分离，能够降低薄膜电极自身的内部应力以及挠矩。另外，由于半径方向的移动限制具有某种程度的富余，因此能够降低内部应力等。另外，还能够防止成为噪声的原因的背板电极与薄膜电极的冲突，以及下降等强力的冲击所引起的薄膜电极的不可逆变位等，让特性恶化的变位。
(实施例3)实施例3与本发明的实施例1以及2相同，涉及一种形成在半导体基板上的电容器式硅麦克风。实施例2的相关的电容器式硅麦克风中，通过在薄膜电极中突出设置钩部，让该钩部与半导体基板相嵌合。实施例3的相关电容器式硅麦克风中，设有突出于薄膜电极的部分，另外，突出部分的前端为环形。通过在该环形的前端，贯通设置在半导体基板中的轴，让薄膜电极与半导体基板相嵌合。如实施例3所示，本发明与各种各样的形态相对应。另外，这样的实施例3的相关电容器式硅麦克风，具有与实施例1以及2的相关电容器式硅麦克风相同的效果。
实施例3的相关声敏元件100具有与图7至图9中的声敏元件100相同的形状。实施例3的相关声敏元件100中，与图7至图9中的声敏元件100相比，突出部分的前端附近的形状不同。因此，下面对突出部分的前端附近的形状进行说明。
图11(A)～(C)为表示本发明的实施例3的相关声敏元件100的构成的俯视图以及剖面图。声敏元件100包括环部62与轴部64。图11(A)相当于俯视图，图11(B)相当于剖面图。图11(A)以及(B)的右侧，与突出部分的前端相对应。薄膜电极16的突出部分的前端中，设有环部62。环部62的中央部分，如图所示为空的结构。如图11(B)所示，环部62的中央部分，贯通有设置在保护膜12中的轴部64。另外，轴部64也可以设置在硅基板52中。通过这样的构造，薄膜电极16与硅基板52相嵌合。进一步对其进行说明，在如图11(A)所示的俯视图中，薄膜电极16的突出部分中的环部62中，中央部位设有孔。另外，通过在孔的部位设置轴部64，轴部64限制环部62向平行于硅基板52的上面的方向移动。另外，如图3所示，可以在薄膜电极16中设置薄膜突起部18。
通过这样的构成，在图11(B)中，限制了轴部64向环部62的左右方向，也即向薄膜电极16中的与背板电极14重叠的区域的方向，以及向设置在薄膜电极16中的突出部分的前端方向移动。另外，限制图11(B)中设置在环部62的上方的保护膜12的部分，向环部62的上方移动。通过像这样对环部62的移动进行限制，能够对薄膜电极16的移动也进行限制。
另外，轴部64与至少1个固定端32，在硅基板52的上面的表面中，设置在背板电极14所占区域的外侧。图11(C)为对图11(A)的变形例，环部62不完全形成为环状。也即，环部62的一部分可以有切口。即使环部62像这样，环部62也能够通过轴部64限制移动。其结果是，能够得到图11(A)与(B)相同的效果。另外，轴部64可以具有如钩部60所示的形状。环部62具有与其对应的形状。
图12(A)～(B)为表示声敏元件100的变形例的俯视图与剖面图。声敏元件100具有第1环部66、第2环部68、第3环部70以及第4环部72。图12(A)以及(B)的右侧与薄膜电极16的突出部分的前端相对应。第1环部66相当于图11(A)的环部62。第1环部66嵌合在第3环部70中，第3环部70嵌合在第2环部68中，第2环部68嵌合在第4环部72中。这里，如图12(B)所示，第3环部70与第4环部72，具有让第1环部66中的开有孔的面旋转90°的形状。另外，第3环部70、第4环部72设置在硅基板52的上方。这样，从第1环部66到第4环部72，向薄膜电极16的突出部分的前端部，象连珠一样连接起来。
图13(A)～(B)为表示声敏元件100的另一个变形例的俯视图。图13(A)包括第1环部66与第5环部74。图13(A)的右侧与薄膜电极16的突出部分的前端相对应。第5环部74设置在图中未显示的硅基板52的上方。如图所示，通过将第1环部66与第5环部74嵌合起来，让薄膜电极16与硅基板52相嵌合。
图13(B)与图1相同，是声敏元件100的全体的俯视图。这里，为了对环部62与轴部64的构造进行说明，将除此之外的部分，以及图1中所示的部分，例如背板电极14、薄膜用焊盘电极24以及背板用焊盘电极26等省略。沿声敏元件100的圆周，设置多个环部62。另外，多个环部62的每一个的中央部分的孔中分别设有轴部64。这里，1个环部62与1个轴部64的关系，对应于图11(A)以及(B)中的环部62与轴部64的关系。
根据本发明的实施例，薄膜电极只通过至少1个固定端安装在硅基板上，因此，能够减小与硅基板之间的应力差的影响。另外，通过与环部的嵌合对薄膜电极的振动进行限制，因此，即使是通过至少1个固定端进行安装，也能够抑制构造上的强度降低。另外，通过设置在硅基板中的轴部，能够与设置在薄膜电极中的环部相嵌合。另外，通过采用这样的构造，由于让静电电容的变化量在同一个程度上，并且整体的静电电容变小，因此，能够实质上增大灵敏度。
另外，由于环部与1个固定端突出，因此，即使在环部与1个固定端远离被背板电极所占据的区域，也能够缩小薄膜电极与背板电极所形成的气隙的面积，改善构造的强度。另外，由于背板电极只占据了基盘开口部的一部分区域，因此能够提高声敏元件的灵敏度。另外，由于薄膜电极通过环部相嵌合，因此，能够限制与薄膜电极的面平行的移动。另外，由于薄膜电极通过环部相嵌合，因此即使在受到来自与薄膜电极的面平行的方向的冲击的情况下，通过让薄膜电极进行某种程度的移动，也能够吸收冲击。
以上根据实施例对本发明进行了说明。实施例是例示，其各个构成要素以及各个处理过程的组合中可以有各种变形例，另外，这样的变形例也在本发明的范围内，这一点本领域技术人员应当可以理解。
在本发明的实施例1至3中，固定端32只有1个。但是，本发明并不仅限于此，还可以是多个。或者，也可以增大固定端32的面积。根据本变形例，能够提高声敏元件100的强度。也即，可以将薄膜电极16安装在硅基板52中。
本发明的实施例1中，薄膜电极16通过3个铰链构造和1个固定端32，与硅基板52相结合。但本发明并不仅限于此，例如还可以是3个以外的铰链构造。根据本变形例，薄膜电极16可以通过各种形状构成。也即，薄膜电极16可以系着在硅基板52上。
本发明的实施例1至3中，声敏元件100通过硅基板52、薄膜电极16、背板电极14的顺序配置而构成。但本发明并不仅限于此，例如还可以通过硅基板52、背板电极14、薄膜电极16的顺序配置构成。这种情况下，从作为设置在硅基板52中的音孔的基板开口部20所输入的音压，通过设置在背板电极14中的声音孔22，让薄膜电极16振动。根据本变形例，能够将本发明适用于各种声敏元件10的构成。也即，可以通过音压让薄膜电极16振动。
本发明的实施例1至3的任意组合也是有效的。通过这样的组合，能够得到实施例1至3的任意的组合的效果。
权利要求
1.一种声敏元件，其特征在于，具备可动电极，其通过至少1个固定端安装在半导体基板的第1面的表面上，将贯通设置在所述半导体基板上的音孔覆盖起来；固定电极，其通过与所述可动电极的组合形成气隙而被设置；以及输出部，其在通过从半导体基板的第2面侧经过音孔所进入的音压让所述可动电极振动时，将该振动所引起的电容的静电电容的变化作为声音信号输出，其中，所述可动电极，在所述至少1个固定端以外的部分中形成铰链轴，通过基于该铰链轴的铰链构造与所述半导体基板相系着。
2.根据权利要求1所述的声敏元件，其特征在于所述可动电极的铰链轴与至少1个固定端，在所述半导体基板的第1面的表面，设置在所述固定电极所占区域的外侧。
3.根据权利要求2所述的声敏元件，其特征在于所述可动电极，在所述固定电极所占区域的外侧，具有铰链轴与至少1个固定端突出的形状。
4.一种声敏元件，其特征在于，具备可动电极，其通过至少1个固定端安装在半导体基板的第1面的表面上，将贯通设置在所述半导体基板上的音孔覆盖起来；固定电极，其通过与所述可动电极的组合形成气隙而被设置；以及输出部，其在通过从半导体基板的第2面侧经过音孔所进入的音压让所述可动电极振动时，将该振动所引起的电容的静电电容的变化作为声音信号输出，其中，所述可动电极，在所述至少1个固定端以外的部分中突出设置有钩部，通过该钩部与所述半导体基板相嵌合。
5.根据权利要求4所述的声敏元件，其特征在于所述可动电极的钩部，与设置在所述半导体基板中的所述钩部的入口相嵌合。
6.根据权利要求4所述的声敏元件，其特征在于所述可动电极的钩部与至少1个固定端，在所述半导体基板的第1面的表面，设置在所述固定电极所占区域的外侧。
7.根据权利要求5所述的声敏元件，其特征在于所述可动电极的钩部与至少1个固定端，在所述半导体基板的第1面的表面，设置在所述固定电极所占区域的外侧。
8.一种声敏元件，其特征在于，具备可动电极，其通过至少1个固定端安装在半导体基板的第1面的表面上，将贯通设置在所述半导体基板上的音孔覆盖起来；固定电极，其通过与所述可动电极的组合形成气隙而被设置；以及输出部，其在通过从半导体基板的第2面侧经过音孔所进入的音压让所述可动电极振动时，将该振动所引起的电容的静电电容的变化作为声音信号输出，其中，所述可动电极，在所述至少1个固定端以外的部分中突出设置有具有环状的前端的突出部，通过该具有环状的前端的突出部与所述半导体基板相嵌合。
9.根据权利要求8所述的声敏元件，其特征在于所述可动电极的突出部中，环状的前端通过贯通在上述半导体基板中所设置的轴中，与所述半导体基板相嵌合。
10.根据权利要求8所述的声敏元件，其特征在于所述可动电极的突出部与至少1个固定端，在所述半导体基板的第1面的表面，设置在所述固定电极所占区域的外侧。
11.根据权利要求9所述的声敏元件，其特征在于所述可动电极的突出部与至少1个固定端，在所述半导体基板的第1面的表面，设置在所述固定电极所占区域的外侧。
12.一种声敏元件，其特征在于，具备可动电极，其通过至少1个固定端安装在半导体基板的第1面的表面上，将贯通设置在所述半导体基板上的音孔覆盖起来；固定电极，其通过与所述可动电极的组合形成气隙而被设置；以及输出部，其在通过从半导体基板的第2面侧经过音孔所进入的音压让所述可动电极振动时，将该振动所引起的电容的静电电容的变化作为声音信号输出，其中，所述可动电极，通过所述至少1个固定端以外的部分，与所述半导体基板相嵌合。
13.根据权利要求1所述的声敏元件，其特征在于所述可动电极，在与所述半导体基板的第1面的表面相面对的部分中设有突起物。
14.根据权利要求4所述的声敏元件，其特征在于所述可动电极，在与所述半导体基板的第1面的表面相面对的部分中设有突起物。
15.根据权利要求8所述的声敏元件，其特征在于所述可动电极，在与所述半导体基板的第1面的表面相面对的部分中设有突起物。
16.根据权利要求12所述的声敏元件，其特征在于所述可动电极，在与所述半导体基板的第1面的表面相面对的部分中设有突起物。
全文摘要
本发明涉及一种提高了灵敏度与强度的声敏元件。硅基板(52)中贯通设置有音孔。薄膜电极(16)通过至少1个固定端(32)安装在硅基板(52)的上侧的表面上，将硅基板(52)的音孔覆盖起来。薄膜电极(16)在互相垂直的直径方向具有4处突出部分。4处突出部分的一处中设有固定端(32)，此外的3处形成有铰链轴(34)。背板电极(14)设置在薄膜电极(16)的上方，形成电容。
文档编号H04R19/04GK1728888SQ20051008813
公开日2006年2月1日 申请日期2005年7月29日 优先权日2004年7月30日
发明者松原直辉, 奥田道则 申请人:三洋电机株式会社