JP2002345088A - 圧力感応装置及びこれに用いられる半導体基板の製造方法 - Google Patents
圧力感応装置及びこれに用いられる半導体基板の製造方法Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
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- H04R19/005—Electrostatic transducers using semiconductor materials
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高性能を維持しながら薄型化、小型化を図る
ことが可能な圧力感応装置及びこれに用いられる半導体
基板の製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板３の主面３ａの中心部に形成
された凹部４の底面４ａに背面電極５を設け、凹部４の
周囲に拡がる周表面３ｃ上に振動電極膜７の周縁部を固
定することにより、背面電極５／空間８（空気）／振動
電極膜７よりなるコンデンサを構成した。また、エッチ
ングにより凹部４を形成するので、個々の装置における
凹部４の深さのばらつきが抑えられ、その結果、信頼性
が高く安価な圧力感応装置が得られる。
ことが可能な圧力感応装置及びこれに用いられる半導体
基板の製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板３の主面３ａの中心部に形成
された凹部４の底面４ａに背面電極５を設け、凹部４の
周囲に拡がる周表面３ｃ上に振動電極膜７の周縁部を固
定することにより、背面電極５／空間８（空気）／振動
電極膜７よりなるコンデンサを構成した。また、エッチ
ングにより凹部４を形成するので、個々の装置における
凹部４の深さのばらつきが抑えられ、その結果、信頼性
が高く安価な圧力感応装置が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、携帯電話等に用い
られるエレクトレットコンデンサマイクロフォン（Elec
tret Condenser Microphone）や圧力センサ等の圧力感
応装置に関する。
られるエレクトレットコンデンサマイクロフォン（Elec
tret Condenser Microphone）や圧力センサ等の圧力感
応装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６は、携帯電話等に用いられている従
来のエレクトレットコンデンサマイクロフォンを示す断
面図である。図において、２０はジャンクションＦＥＴ
（以下Ｊ−ＦＥＴと記す）２１が搭載されたプリント基
板、２２は背面電極、２３はポリプロピレン等のポリマ
ーに電子ビームを照射して電荷（Ｑ）を半永久的にチャ
ージさせたエレクトレット膜、２４はプラスチックより
なるスペーサ、２５はエレクトレット膜２３上にスペー
サ２４を介して配置された振動膜で、アルミニウムより
なる表面電極がコーティングされている。この振動膜２
５は空間を介してエレクトレット膜２３及びその下の背
面電極２２と対向しており、これらのエレクトレット膜
２３及び背面電極２２との間にコンデンサを形成する。
また、２６は振動膜２５を固定する押さえゴム、２７は
背面電極２２及びエレクトレット膜２３を保持するホル
ダー、２８は通気孔２９を有するカプセル、３０は通気
孔２９を覆うクロスである。
来のエレクトレットコンデンサマイクロフォンを示す断
面図である。図において、２０はジャンクションＦＥＴ
（以下Ｊ−ＦＥＴと記す）２１が搭載されたプリント基
板、２２は背面電極、２３はポリプロピレン等のポリマ
ーに電子ビームを照射して電荷（Ｑ）を半永久的にチャ
ージさせたエレクトレット膜、２４はプラスチックより
なるスペーサ、２５はエレクトレット膜２３上にスペー
サ２４を介して配置された振動膜で、アルミニウムより
なる表面電極がコーティングされている。この振動膜２
５は空間を介してエレクトレット膜２３及びその下の背
面電極２２と対向しており、これらのエレクトレット膜
２３及び背面電極２２との間にコンデンサを形成する。
また、２６は振動膜２５を固定する押さえゴム、２７は
背面電極２２及びエレクトレット膜２３を保持するホル
ダー、２８は通気孔２９を有するカプセル、３０は通気
孔２９を覆うクロスである。
【０００３】従来のエレクトレットコンデンサマイクロ
フォンは、背面電極２２、エレクトレット膜２３、表面
電極を有する振動膜２５にてコンデンサを構成してい
る。カプセル２８の通気孔２９より音声等の音圧が伝わ
ると、この音圧により振動膜２５が振動してコンデンサ
の容量（Ｃ）が変化する。電荷（Ｑ）は一定であるた
め、Ｑ＝ＣＶの関係から電圧（Ｖ）の変化が現れる。こ
の電圧の変化をＪ−ＦＥＴ２１のゲート電極に印加する
ことにより、ドレイン電流を変化させ、電圧信号として
検出する。
フォンは、背面電極２２、エレクトレット膜２３、表面
電極を有する振動膜２５にてコンデンサを構成してい
る。カプセル２８の通気孔２９より音声等の音圧が伝わ
ると、この音圧により振動膜２５が振動してコンデンサ
の容量（Ｃ）が変化する。電荷（Ｑ）は一定であるた
め、Ｑ＝ＣＶの関係から電圧（Ｖ）の変化が現れる。こ
の電圧の変化をＪ−ＦＥＴ２１のゲート電極に印加する
ことにより、ドレイン電流を変化させ、電圧信号として
検出する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】エレクトレットコンデ
ンサマイクロフォンは、携帯電話等の携帯端末に用いら
れるため、さらなる薄型化、小型化が望まれている。し
かしながら、上記のような従来構造では、プリント基板
２０、Ｊ−ＦＥＴ２１及びホルダー２７等が用いられて
おり、部品点数が多く、薄型化、小型化は困難であっ
た。さらに、従来構造では、薄型化、小型化に伴い、Ｓ
／Ｎ比が低下し、性能が悪くなるという問題があった。
ンサマイクロフォンは、携帯電話等の携帯端末に用いら
れるため、さらなる薄型化、小型化が望まれている。し
かしながら、上記のような従来構造では、プリント基板
２０、Ｊ−ＦＥＴ２１及びホルダー２７等が用いられて
おり、部品点数が多く、薄型化、小型化は困難であっ
た。さらに、従来構造では、薄型化、小型化に伴い、Ｓ
／Ｎ比が低下し、性能が悪くなるという問題があった。
【０００５】本発明は、上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、高性能を維持しながら薄型化、
小型化を図ることが可能な圧力感応装置及びこれに用い
られる半導体基板の製造方法を提供することを目的とす
る。
ためになされたもので、高性能を維持しながら薄型化、
小型化を図ることが可能な圧力感応装置及びこれに用い
られる半導体基板の製造方法を提供することを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる圧力感応
装置は、内部に収容室を有するパッケージと、収容室に
外部圧力を導入する手段と、収容室内に配置された半導
体基板と、半導体基板上に配置され収容室に導入された
外部圧力に応じて静電容量が変化するコンデンサを備
え、半導体基板の一主面には、底面を有する凹部と、こ
の凹部の周囲に拡がる周表面とが形成されており、コン
デンサは、凹部の底面に設けられた固定電極膜と、凹部
を覆うようにして周表面に固定され固定電極膜と空間を
介して対向する振動電極膜とを有し、この振動電極膜が
収容室に導入された外部圧力の変動に応じて振動するよ
うに構成されているものである。また、周表面は第１の
平面上に位置する平坦面であり、凹部の底面は第１の平
面から隔たったそれとほぼ平行な第２の平面上に位置す
る平坦面を有するものである。
装置は、内部に収容室を有するパッケージと、収容室に
外部圧力を導入する手段と、収容室内に配置された半導
体基板と、半導体基板上に配置され収容室に導入された
外部圧力に応じて静電容量が変化するコンデンサを備
え、半導体基板の一主面には、底面を有する凹部と、こ
の凹部の周囲に拡がる周表面とが形成されており、コン
デンサは、凹部の底面に設けられた固定電極膜と、凹部
を覆うようにして周表面に固定され固定電極膜と空間を
介して対向する振動電極膜とを有し、この振動電極膜が
収容室に導入された外部圧力の変動に応じて振動するよ
うに構成されているものである。また、周表面は第１の
平面上に位置する平坦面であり、凹部の底面は第１の平
面から隔たったそれとほぼ平行な第２の平面上に位置す
る平坦面を有するものである。
【０００７】また、半導体基板は、振動電極膜の振動に
よるコンデンサの容量の変化を電圧信号に変換して検出
する変換回路を有するものである。また、半導体基板に
は、空間を収容室に連通する連通手段が設けられている
ものである。また、連通手段として、半導体基板の一主
面に、凹部から半導体基板の端縁に達する空気連通溝を
設けたものである。また、半導体基板は、一主面と対向
する他主面を有し、また前記凹部からこの他主面に達す
る空気抜き孔を有しているものである。さらに、パッケ
ージは、半導体基板の空気抜き孔と重なる底面に空気抜
き孔を有しているものである。また、凹部は、深さが５
〜１５μｍである。また、振動電極膜として、電極がコ
ーティングされたポリマーに電荷がチャージされたエレ
クトレット膜を用いるものである。
よるコンデンサの容量の変化を電圧信号に変換して検出
する変換回路を有するものである。また、半導体基板に
は、空間を収容室に連通する連通手段が設けられている
ものである。また、連通手段として、半導体基板の一主
面に、凹部から半導体基板の端縁に達する空気連通溝を
設けたものである。また、半導体基板は、一主面と対向
する他主面を有し、また前記凹部からこの他主面に達す
る空気抜き孔を有しているものである。さらに、パッケ
ージは、半導体基板の空気抜き孔と重なる底面に空気抜
き孔を有しているものである。また、凹部は、深さが５
〜１５μｍである。また、振動電極膜として、電極がコ
ーティングされたポリマーに電荷がチャージされたエレ
クトレット膜を用いるものである。
【０００８】また、本発明に係わる半導体基板の製造方
法は、圧力感応装置に使用され、一主面に、底面を有す
る凹部と、この凹部の周囲に拡がる周表面と、この周表
面の内周から外周に達する少なくとも１つの連通溝とを
有する半導体基板の製造方法であって、半導体基板の一
主面の全面上に、第１レジスト膜を形成する第１工程
と、前記周表面上の第１レジスト膜を残し、その内部を
開口するように第１レジスト膜をパターニングする第２
工程と、この第１レジスト膜をマスクにして前記周表面
の内周に深さ５〜１５μｍの凹部を形成する第３工程
と、第１レジスト膜を除去する第４工程と、前期凹部と
前記周表面を覆うように第２レジスト膜を形成する第５
工程と、前記周表面の内周から外周に達する少なくとも
１つの経路を露出するように第２レジスト膜をパターニ
ングする第６工程と、第２レジスト膜をマスクにして前
記経路に深さ２〜３．５μｍの連通溝を形成する第７工
程を含んだものである。
法は、圧力感応装置に使用され、一主面に、底面を有す
る凹部と、この凹部の周囲に拡がる周表面と、この周表
面の内周から外周に達する少なくとも１つの連通溝とを
有する半導体基板の製造方法であって、半導体基板の一
主面の全面上に、第１レジスト膜を形成する第１工程
と、前記周表面上の第１レジスト膜を残し、その内部を
開口するように第１レジスト膜をパターニングする第２
工程と、この第１レジスト膜をマスクにして前記周表面
の内周に深さ５〜１５μｍの凹部を形成する第３工程
と、第１レジスト膜を除去する第４工程と、前期凹部と
前記周表面を覆うように第２レジスト膜を形成する第５
工程と、前記周表面の内周から外周に達する少なくとも
１つの経路を露出するように第２レジスト膜をパターニ
ングする第６工程と、第２レジスト膜をマスクにして前
記経路に深さ２〜３．５μｍの連通溝を形成する第７工
程を含んだものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】実施の形態１．以下に、本発明の
実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明
の実施の形態１における圧力感応装置であるエレクトレ
ットコンデンサマイクロフォン（Electret Condenser M
icrophone：以下ＥＣＭと称す）の構造を示す断面図で
ある。図において、１はパッケージであり、内部に気密
に構成された収容室１ｃを有する。このパッケージ１
は、パッケージ本体１ａとその上端を気密に覆う上蓋１
ｂより構成される。２は、収容室１ｃに外部圧力を導入
する手段として上蓋１ｂに設けられた通気孔、３は収容
室１ｃに配置された正方形状の半導体基板であり、シリ
コン等の半導体材料で構成されている。この半導体基板
３は、相対向する一対の主面３ａ、３ｂを有し、その一
方の主面３ｂは、樹脂または半田にてパッケージ本体１
ａの底部内面に接着されている。さらに、４は半導体基
板３の主面３ａの中心部に形成され、主面３ａと平行な
平坦面を有する底面４ａと傾斜を有する側面４ｂよりな
る凹部である。すなわち、半導体基板３の主面３ａに
は、底面４ａ及び側面４ｂを有する凹部４と、この凹部
４の周囲に拡がる周表面３ｃとが形成されている。ま
た、５は凹部４の底面４ａに設けられたアルミニウムよ
りなる固定電極膜である背面電極、６は半導体基板３の
周表面３ｃ上に形成された酸化シリコン膜であり、半導
体基板３を熱酸化する方法、または常圧ＣＶＤ及びＰ−
ＣＶＤ等の方法により被着される。
実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明
の実施の形態１における圧力感応装置であるエレクトレ
ットコンデンサマイクロフォン（Electret Condenser M
icrophone：以下ＥＣＭと称す）の構造を示す断面図で
ある。図において、１はパッケージであり、内部に気密
に構成された収容室１ｃを有する。このパッケージ１
は、パッケージ本体１ａとその上端を気密に覆う上蓋１
ｂより構成される。２は、収容室１ｃに外部圧力を導入
する手段として上蓋１ｂに設けられた通気孔、３は収容
室１ｃに配置された正方形状の半導体基板であり、シリ
コン等の半導体材料で構成されている。この半導体基板
３は、相対向する一対の主面３ａ、３ｂを有し、その一
方の主面３ｂは、樹脂または半田にてパッケージ本体１
ａの底部内面に接着されている。さらに、４は半導体基
板３の主面３ａの中心部に形成され、主面３ａと平行な
平坦面を有する底面４ａと傾斜を有する側面４ｂよりな
る凹部である。すなわち、半導体基板３の主面３ａに
は、底面４ａ及び側面４ｂを有する凹部４と、この凹部
４の周囲に拡がる周表面３ｃとが形成されている。ま
た、５は凹部４の底面４ａに設けられたアルミニウムよ
りなる固定電極膜である背面電極、６は半導体基板３の
周表面３ｃ上に形成された酸化シリコン膜であり、半導
体基板３を熱酸化する方法、または常圧ＣＶＤ及びＰ−
ＣＶＤ等の方法により被着される。
【００１０】また、７は正方形状の振動電極膜であり、
凹部４を覆うようにして半導体基板３の周表面３ｃ上に
固定され、背面電極５と空間８を介して対向している。
この振動電極膜７は、収容室１ｃに導入された外部圧力
の変動に応じて振動し、背面電極５と共にコンデンサを
構成する。本実施の形態では、振動電極膜７として、ポ
リプロピレン等のポリマー７ａにアルミニウムよりなる
表面電極７ｂがコーティングされたエレクトレット膜を
用いている。この振動電極膜７の構成に基づき、前記コ
ンデンサは、背面電極５／空間８（空気）／表面電極７
ｂを有する振動電極膜７より構成される。なお、振動電
極膜７を半導体基板３の周表面に固定する方法として
は、陽極接合を用いることができる。この場合、振動電
極膜７を半導体基板３の周表面３ｃ上の酸化シリコン膜
６に接触させた状態で、振動電極膜７の表面電極７ｂを
陽極、半導体基板３を陰極とする直流電圧を印加するこ
とにより、生成される陽極酸化膜によって振動電極膜７
が酸化シリコン膜６に接合される。
凹部４を覆うようにして半導体基板３の周表面３ｃ上に
固定され、背面電極５と空間８を介して対向している。
この振動電極膜７は、収容室１ｃに導入された外部圧力
の変動に応じて振動し、背面電極５と共にコンデンサを
構成する。本実施の形態では、振動電極膜７として、ポ
リプロピレン等のポリマー７ａにアルミニウムよりなる
表面電極７ｂがコーティングされたエレクトレット膜を
用いている。この振動電極膜７の構成に基づき、前記コ
ンデンサは、背面電極５／空間８（空気）／表面電極７
ｂを有する振動電極膜７より構成される。なお、振動電
極膜７を半導体基板３の周表面に固定する方法として
は、陽極接合を用いることができる。この場合、振動電
極膜７を半導体基板３の周表面３ｃ上の酸化シリコン膜
６に接触させた状態で、振動電極膜７の表面電極７ｂを
陽極、半導体基板３を陰極とする直流電圧を印加するこ
とにより、生成される陽極酸化膜によって振動電極膜７
が酸化シリコン膜６に接合される。
【００１１】図２は、本実施の形態におけるＥＣＭに用
いられる半導体基板３を示す平面図であり、ほぼ正方形
状の半導体基板３が用いられ、その一方の主面３ａは、
凹部４と、その周りに形成された周表面３ｃを含んでい
る。凹部４は主面３ａの中心部に形成されており、その
底面４ａには、円形の背面電極５が形成されている。凹
部４の周囲には周表面３ｃが拡がっており、この周表面
３ｃは、主面３ｂと平行な第１の平面上に位置する平坦
面であり、凹部４の底面４ａは前記第１の平面から隔た
ったそれとほぼ平行な第２の平面上に位置する平坦面で
ある。また、周表面３ｃには、凹部４から半導体基板３
の端縁まで延びる空気連通溝４ｃが形成されている。こ
れにより、凹部４と振動電極膜７に挟まれた空間８は、
収容室１ｃに連通しており、空間８内の空気は収容室１
ｃの空気は空間８に容易に出入りすることができるた
め、振動電極膜７が振動し易くなる。なお、半導体基板
３の周表面３ｃ上には振動電極膜７が固定されている
が、空気連通溝４ｃはこの固定部分の下をくぐって周表
面３ｃの内周から外周、すなわち半導体基板３の端縁に
達する経路を延びている。
いられる半導体基板３を示す平面図であり、ほぼ正方形
状の半導体基板３が用いられ、その一方の主面３ａは、
凹部４と、その周りに形成された周表面３ｃを含んでい
る。凹部４は主面３ａの中心部に形成されており、その
底面４ａには、円形の背面電極５が形成されている。凹
部４の周囲には周表面３ｃが拡がっており、この周表面
３ｃは、主面３ｂと平行な第１の平面上に位置する平坦
面であり、凹部４の底面４ａは前記第１の平面から隔た
ったそれとほぼ平行な第２の平面上に位置する平坦面で
ある。また、周表面３ｃには、凹部４から半導体基板３
の端縁まで延びる空気連通溝４ｃが形成されている。こ
れにより、凹部４と振動電極膜７に挟まれた空間８は、
収容室１ｃに連通しており、空間８内の空気は収容室１
ｃの空気は空間８に容易に出入りすることができるた
め、振動電極膜７が振動し易くなる。なお、半導体基板
３の周表面３ｃ上には振動電極膜７が固定されている
が、空気連通溝４ｃはこの固定部分の下をくぐって周表
面３ｃの内周から外周、すなわち半導体基板３の端縁に
達する経路を延びている。
【００１２】さらに、本実施の形態における半導体基板
３は、振動電極膜７の振動によるコンデンサの容量の変
化を電圧信号に変換して検出する変換回路や増幅回路、
音質向上のためのノイズリダクション回路及びイコライ
ザ回路（いずれも図示せず）等の信号処理回路を有す
る。これらの回路配線は、凹部４の側面４ｂや周表面３
ｃ上に引き回されている。
３は、振動電極膜７の振動によるコンデンサの容量の変
化を電圧信号に変換して検出する変換回路や増幅回路、
音質向上のためのノイズリダクション回路及びイコライ
ザ回路（いずれも図示せず）等の信号処理回路を有す
る。これらの回路配線は、凹部４の側面４ｂや周表面３
ｃ上に引き回されている。
【００１３】次に、動作について説明する。本実施の形
態におけるＥＣＭは、半導体基板３に形成された凹部４
の底面４ａに設けられた固定電極膜または背面電極５
と、表面電極７ｂがコーティングされた振動電極膜７に
よってコンデンサを構成している。振動電極膜７には、
予め電子ビームを照射することにより、半永久的に電荷
（Ｑ）が固定されている。上蓋１ｂの通気孔２を通じて
音声等の外部音圧が収容室１ｃに導入されると、この音
圧により振動電極膜７が振動してコンデンサの容量
（Ｃ）が変化する。Ｑ＝ＣＶの関係から、電荷（Ｑ）は
一定であるため、電圧（Ｖ）の変化が現れる。半導体基
板３は、この静電容量の変化を電圧信号に変換して検出
・増幅し、音質を向上させて出力することにより、マイ
クロフォンとしての機能を果たす。
態におけるＥＣＭは、半導体基板３に形成された凹部４
の底面４ａに設けられた固定電極膜または背面電極５
と、表面電極７ｂがコーティングされた振動電極膜７に
よってコンデンサを構成している。振動電極膜７には、
予め電子ビームを照射することにより、半永久的に電荷
（Ｑ）が固定されている。上蓋１ｂの通気孔２を通じて
音声等の外部音圧が収容室１ｃに導入されると、この音
圧により振動電極膜７が振動してコンデンサの容量
（Ｃ）が変化する。Ｑ＝ＣＶの関係から、電荷（Ｑ）は
一定であるため、電圧（Ｖ）の変化が現れる。半導体基
板３は、この静電容量の変化を電圧信号に変換して検出
・増幅し、音質を向上させて出力することにより、マイ
クロフォンとしての機能を果たす。
【００１４】続いて、本実施の形態におけるＥＣＭに用
いられる半導体基板３の製造方法について説明する。こ
こでは特に、半導体基板３の一主面３ａに、底面４ａを
有する凹部４と、この凹部４の周囲に拡がる周表面４ｃ
の内周から外周に達する少なくとも１つの空気連通溝４
ｃを形成する工程について、図３を用いて説明する。図
において、９ａは第１レジスト膜、９ｂは第２レジスト
膜を示している。なお、図中、同一、相当部分には同一
符号を付している。
いられる半導体基板３の製造方法について説明する。こ
こでは特に、半導体基板３の一主面３ａに、底面４ａを
有する凹部４と、この凹部４の周囲に拡がる周表面４ｃ
の内周から外周に達する少なくとも１つの空気連通溝４
ｃを形成する工程について、図３を用いて説明する。図
において、９ａは第１レジスト膜、９ｂは第２レジスト
膜を示している。なお、図中、同一、相当部分には同一
符号を付している。
【００１５】まず、半導体基板３の主面３ａの全面上に
レジストを塗布し、第１レジスト膜９ａを形成する（図
３（ａ））。続いて、写真製版により周表面３ｃ上の第
１レジスト膜９ａを残し、その内部を開口するように第
１レジスト膜９ａをパターニングする（図３（ｂ））。
その後、この第１レジスト膜９ａをマスクにして、半導
体基板３の主面３ａの一部を水酸化カリウムを用いたウ
ェットエッチングにより除去し、周表面３ｃの内周に深
さ５〜１５μｍの凹部４を形成し（図３（ｃ））、その
後にこの第１レジスト膜９ａを除去する。続いて、凹部
４と周表面３ｃを覆うように第２レジスト膜９ｂを形成
し（図３（ｄ））、写真製版により周表面３ｃの内周か
ら外周に達する少なくとも１つの経路を露出するように
第２レジスト膜９ｂをパターニングし、この第２レジス
ト膜９ｂをマスクにして、半導体基板３の主面３ａの一
部をフッ酸及び硝酸を用いたウェットエッチングにより
除去し、前記経路に深さ２〜３．５μｍの空気連通溝４
ｃを形成する（図３（ｅ））。その後、半導体基板３の
凹部４の底面４ａに背面電極５を形成する工程、周表面
３ｃ上及び凹部４の側面４ｂ上に種々の信号処理回路を
形成する工程等、所定の工程を経ることにより、本実施
の形態におけるＥＣＭに用いられる半導体基板３が完成
する。
レジストを塗布し、第１レジスト膜９ａを形成する（図
３（ａ））。続いて、写真製版により周表面３ｃ上の第
１レジスト膜９ａを残し、その内部を開口するように第
１レジスト膜９ａをパターニングする（図３（ｂ））。
その後、この第１レジスト膜９ａをマスクにして、半導
体基板３の主面３ａの一部を水酸化カリウムを用いたウ
ェットエッチングにより除去し、周表面３ｃの内周に深
さ５〜１５μｍの凹部４を形成し（図３（ｃ））、その
後にこの第１レジスト膜９ａを除去する。続いて、凹部
４と周表面３ｃを覆うように第２レジスト膜９ｂを形成
し（図３（ｄ））、写真製版により周表面３ｃの内周か
ら外周に達する少なくとも１つの経路を露出するように
第２レジスト膜９ｂをパターニングし、この第２レジス
ト膜９ｂをマスクにして、半導体基板３の主面３ａの一
部をフッ酸及び硝酸を用いたウェットエッチングにより
除去し、前記経路に深さ２〜３．５μｍの空気連通溝４
ｃを形成する（図３（ｅ））。その後、半導体基板３の
凹部４の底面４ａに背面電極５を形成する工程、周表面
３ｃ上及び凹部４の側面４ｂ上に種々の信号処理回路を
形成する工程等、所定の工程を経ることにより、本実施
の形態におけるＥＣＭに用いられる半導体基板３が完成
する。
【００１６】以上のように構成されたＥＣＭにおいて
は、半導体基板３の主面３ａに形成される凹部４の深さ
は、コンデンサの容量値と直接関係し、マイクロフォン
性能に大きな影響を与える。凹部４の深さを浅く設定す
ると、Ｓ／Ｎ比が向上し、マイクロフォン感度は向上す
る。しかし、個々の装置に形成された凹部４の深さの微
少な誤差の影響を受けやすくなるため、個々のマイクロ
フォンの感度ばらつきが増加する。また、振動電極膜７
が凹部４の底面４ａに形成された背面電極５に吸着気味
になり、高音領域における感度が低下する。一方、凹部
４の深さを深く設定すると、凹部４の深さの微少な誤差
の影響を受けにくくなるため、個々のマイクロフォンの
感度ばらつきは抑えられるが、マイクロフォン感度が低
下する。これらのことを考慮すると、凹部４の深さは５
〜１５μｍが適当であり、本実施の形態では７μｍとし
た。なお、この範囲中で設定された深さであっても、そ
の深さのばらつきを極力抑えることが重要である。
は、半導体基板３の主面３ａに形成される凹部４の深さ
は、コンデンサの容量値と直接関係し、マイクロフォン
性能に大きな影響を与える。凹部４の深さを浅く設定す
ると、Ｓ／Ｎ比が向上し、マイクロフォン感度は向上す
る。しかし、個々の装置に形成された凹部４の深さの微
少な誤差の影響を受けやすくなるため、個々のマイクロ
フォンの感度ばらつきが増加する。また、振動電極膜７
が凹部４の底面４ａに形成された背面電極５に吸着気味
になり、高音領域における感度が低下する。一方、凹部
４の深さを深く設定すると、凹部４の深さの微少な誤差
の影響を受けにくくなるため、個々のマイクロフォンの
感度ばらつきは抑えられるが、マイクロフォン感度が低
下する。これらのことを考慮すると、凹部４の深さは５
〜１５μｍが適当であり、本実施の形態では７μｍとし
た。なお、この範囲中で設定された深さであっても、そ
の深さのばらつきを極力抑えることが重要である。
【００１７】図６に示す従来構造では、コンデンサの容
量値を決定する空間がプラスチック製のスペーサ２４の
高さで決定され、さらにホルダー２７、スペーサ２４、
押さえゴム２６等の多くの部品を用いるため、スペーサ
２４の寸法精度と部品の組立精度の双方を厳密に制御す
る必要があった。このため、個々のマイクロフォンの感
度ばらつきを抑えることが困難であった。本実施の形態
によれば、従来の同種の装置よりも部品点数が少なくな
り、且つ各々の部品が薄型・小型であるため、高性能を
維持しながら薄型化、小型化を図ることが可能である。
また、高精度のエッチング技術を用いることにより、凹
部４の深さをμｍ単位で厳密に制御することが可能であ
るため、個々の装置の性能ばらつきが抑えられ、信頼性
の高い圧力感応装置が得られる。さらに、本実施の形態
によれば、従来の一般的な半導体装置の製造方法と同様
の方法を用いて半導体基板３を容易に製造することがで
きるため、高性能のＥＣＭを安価で大量に生産すること
が可能である。
量値を決定する空間がプラスチック製のスペーサ２４の
高さで決定され、さらにホルダー２７、スペーサ２４、
押さえゴム２６等の多くの部品を用いるため、スペーサ
２４の寸法精度と部品の組立精度の双方を厳密に制御す
る必要があった。このため、個々のマイクロフォンの感
度ばらつきを抑えることが困難であった。本実施の形態
によれば、従来の同種の装置よりも部品点数が少なくな
り、且つ各々の部品が薄型・小型であるため、高性能を
維持しながら薄型化、小型化を図ることが可能である。
また、高精度のエッチング技術を用いることにより、凹
部４の深さをμｍ単位で厳密に制御することが可能であ
るため、個々の装置の性能ばらつきが抑えられ、信頼性
の高い圧力感応装置が得られる。さらに、本実施の形態
によれば、従来の一般的な半導体装置の製造方法と同様
の方法を用いて半導体基板３を容易に製造することがで
きるため、高性能のＥＣＭを安価で大量に生産すること
が可能である。
【００１８】実施の形態２．図４は、本発明の実施の形
態２における圧力感応装置であるＥＣＭの構造を示す断
面図である。図において、４ｄは空間８を外部に連通す
るために半導体基板３に設けられた連通手段である空気
抜き孔で、凹部４の底面４ａから半導体基板３の主面３
ｂに貫通している。さらに、この空気抜き孔４ｄと重な
るパッケージ本体１ａの底面にも、空気抜き孔１ｄを設
け、空間８を外部に連通している。なお、図中、同一、
相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
態２における圧力感応装置であるＥＣＭの構造を示す断
面図である。図において、４ｄは空間８を外部に連通す
るために半導体基板３に設けられた連通手段である空気
抜き孔で、凹部４の底面４ａから半導体基板３の主面３
ｂに貫通している。さらに、この空気抜き孔４ｄと重な
るパッケージ本体１ａの底面にも、空気抜き孔１ｄを設
け、空間８を外部に連通している。なお、図中、同一、
相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００１９】上記実施の形態１におけるＥＣＭでは、半
導体基板３の周表面３ｃに空気連通溝４ｃ（図２参照）
を設けることにより空間８と収容室１ｃを連通したが、
本実施の形態では、凹部４の底面４ａから半導体基板３
の主面３ｂに貫通した空気抜き孔４ｄを設け、さらにパ
ッケージ本体１ａの底面にも空気抜き孔１ｄを設けるこ
とにより、空間８と外部を連通した。これにより、空間
８内の空気はパッケージ１の外部との間においても容易
に出入りすることができ、また空間にパッケージの外部
のほぼ一定の圧力を導入できるため、振動電極膜７が振
動し易くなる。本実施の形態では、凹部４の底面４ａに
設けられた背面電極５にも孔が開くことになるが、空気
抜きのための微少な孔であるため問題はない。なお、本
実施の形態におけるＥＣＭでは、半導体基板３の周表面
３ｃ上の空気連通溝４ｃは省略することもできる。本実
施の形態におけるＥＣＭのその他の構成については上記
実施の形態１と同様であり、同様の効果が得られる。
導体基板３の周表面３ｃに空気連通溝４ｃ（図２参照）
を設けることにより空間８と収容室１ｃを連通したが、
本実施の形態では、凹部４の底面４ａから半導体基板３
の主面３ｂに貫通した空気抜き孔４ｄを設け、さらにパ
ッケージ本体１ａの底面にも空気抜き孔１ｄを設けるこ
とにより、空間８と外部を連通した。これにより、空間
８内の空気はパッケージ１の外部との間においても容易
に出入りすることができ、また空間にパッケージの外部
のほぼ一定の圧力を導入できるため、振動電極膜７が振
動し易くなる。本実施の形態では、凹部４の底面４ａに
設けられた背面電極５にも孔が開くことになるが、空気
抜きのための微少な孔であるため問題はない。なお、本
実施の形態におけるＥＣＭでは、半導体基板３の周表面
３ｃ上の空気連通溝４ｃは省略することもできる。本実
施の形態におけるＥＣＭのその他の構成については上記
実施の形態１と同様であり、同様の効果が得られる。
【００２０】なお、上記実施の形態１及び実施の形態２
では、凹部４の底面４ａに形成された背面電極５と共に
コンデンサを構成する振動電極膜７として、ポリプロピ
レンに電極がコーティングされたエレクトレット膜を用
いた例を示したが、本発明はこれに限定されるものでは
なく、例えばその他のポリマーやセラミック膜等を用い
ることもできる。また、上記実施の形態ではＥＣＭを例
に挙げて説明したが、本発明は圧力センサにも応用でき
る。また、本実施の形態では正方形状の半導体基板３及
び振動電極膜７を用いたが、半導体基板３及び振動電極
膜７の形状はこれに限定されるものではなく、長方形状
や円形状でもよい。さらに、振動電極膜７周縁部を半導
体基板３の周表面３ｃに固定する方法として陽極接合を
用いたが、エポキシ系接着剤等の接着剤を用いて固定し
てもよい。また、図５に示すように、振動電極膜７周縁
部をシリコンよりなる押さえゴム１０で押さえて半導体
基板３の周表面３ｃに固定してもよい。
では、凹部４の底面４ａに形成された背面電極５と共に
コンデンサを構成する振動電極膜７として、ポリプロピ
レンに電極がコーティングされたエレクトレット膜を用
いた例を示したが、本発明はこれに限定されるものでは
なく、例えばその他のポリマーやセラミック膜等を用い
ることもできる。また、上記実施の形態ではＥＣＭを例
に挙げて説明したが、本発明は圧力センサにも応用でき
る。また、本実施の形態では正方形状の半導体基板３及
び振動電極膜７を用いたが、半導体基板３及び振動電極
膜７の形状はこれに限定されるものではなく、長方形状
や円形状でもよい。さらに、振動電極膜７周縁部を半導
体基板３の周表面３ｃに固定する方法として陽極接合を
用いたが、エポキシ系接着剤等の接着剤を用いて固定し
てもよい。また、図５に示すように、振動電極膜７周縁
部をシリコンよりなる押さえゴム１０で押さえて半導体
基板３の周表面３ｃに固定してもよい。
【００２１】
【発明の効果】以上のように、本発明における圧力感応
装置は、半導体基板の一主面の中心部に形成された凹部
の底面に固定電極膜を設け、この凹部の周囲に拡がる半
導体基板の周表面上に振動電極膜の周縁部を固定するこ
とにより、固定電極膜／空間／振動電極膜よりなるコン
デンサを構成したものであり、本発明によれば、従来の
同種の装置よりも部品点数が少なくなり、且つ各々の部
品が薄型、小型であるため、高性能を維持しながら薄型
化、小型化を図ることが可能である。
装置は、半導体基板の一主面の中心部に形成された凹部
の底面に固定電極膜を設け、この凹部の周囲に拡がる半
導体基板の周表面上に振動電極膜の周縁部を固定するこ
とにより、固定電極膜／空間／振動電極膜よりなるコン
デンサを構成したものであり、本発明によれば、従来の
同種の装置よりも部品点数が少なくなり、且つ各々の部
品が薄型、小型であるため、高性能を維持しながら薄型
化、小型化を図ることが可能である。
【００２２】また、半導体基板の周表面を第１の平面上
に位置する平坦面とし、凹部の底面をこの第１の平面か
ら隔たったそれとほぼ平行な第２の平面上に位置する平
坦面としたものでは、外部圧力の変動に応じて、充分大
きなコンデンサの容量値の変化を得ることができる。
に位置する平坦面とし、凹部の底面をこの第１の平面か
ら隔たったそれとほぼ平行な第２の平面上に位置する平
坦面としたものでは、外部圧力の変動に応じて、充分大
きなコンデンサの容量値の変化を得ることができる。
【００２３】また、半導体基板が、コンデンサの容量の
変化を電圧信号に変換して検出する検出回路を有するも
のでは、検出回路として特別な部品を必要とせず、圧力
感応装置をより小型化できる。
変化を電圧信号に変換して検出する検出回路を有するも
のでは、検出回路として特別な部品を必要とせず、圧力
感応装置をより小型化できる。
【００２４】また、半導体基板に、空間を収容室に連通
する手段を設けたものでは、空間内の空気が容易に収容
室に出入りし、振動電極膜を容易に振動させることがで
き、この連通孔を半導体基板の一主面上に、凹部から半
導体基板の端縁に達する空気連通孔とするものでは、半
導体基板上に容易に連通手段を構成できる。
する手段を設けたものでは、空間内の空気が容易に収容
室に出入りし、振動電極膜を容易に振動させることがで
き、この連通孔を半導体基板の一主面上に、凹部から半
導体基板の端縁に達する空気連通孔とするものでは、半
導体基板上に容易に連通手段を構成できる。
【００２５】また、半導体基板の凹部から他主面に達す
る空気抜き孔を形成したものでも、空間の空気が容易に
出入りして振動電極膜を容易に振動させることができ、
併せてパッケージにも半導体基板の空気抜き孔に連通す
る空気抜き孔を設けるものでは、空間にパッケージの外
部のほぼ一定の圧力を与え、振動電極膜を効果的に振動
させることができる。
る空気抜き孔を形成したものでも、空間の空気が容易に
出入りして振動電極膜を容易に振動させることができ、
併せてパッケージにも半導体基板の空気抜き孔に連通す
る空気抜き孔を設けるものでは、空間にパッケージの外
部のほぼ一定の圧力を与え、振動電極膜を効果的に振動
させることができる。
【００２６】また、凹部の深さを５〜１５μｍとしたも
のでは、凹部の深さのばらつきの影響を抑えながら、適
当な感度を確保でき、また振動電極膜として電極がコー
テイングされたポリマーの電荷がチャージされたエレク
トレット膜を用いるものでは、振動電極膜の振動による
コンデンサ容量値の変化を効果的に得ることができる。
のでは、凹部の深さのばらつきの影響を抑えながら、適
当な感度を確保でき、また振動電極膜として電極がコー
テイングされたポリマーの電荷がチャージされたエレク
トレット膜を用いるものでは、振動電極膜の振動による
コンデンサ容量値の変化を効果的に得ることができる。
【００２７】さらに、この発明による半導体基板の製造
方法によれば、半導体基板の一主面にエッチングにより
凹部を形成することができるため、個々の装置における
凹部の深さのばらつきが抑えられ、その結果、個々の装
置の性能のばらつきが抑えられ、信頼性の高い圧力感応
装置を安価で大量に生産することが可能である。
方法によれば、半導体基板の一主面にエッチングにより
凹部を形成することができるため、個々の装置における
凹部の深さのばらつきが抑えられ、その結果、個々の装
置の性能のばらつきが抑えられ、信頼性の高い圧力感応
装置を安価で大量に生産することが可能である。
【図１】 本発明の実施の形態１であるエレクトレット
コンデンサマイクロフォン（ＥＣＭ）の構造を示す断面
図である。
コンデンサマイクロフォン（ＥＣＭ）の構造を示す断面
図である。
【図２】 本発明の実施の形態１であるＥＣＭに用いら
れる半導体基板を示す平面図である。
れる半導体基板を示す平面図である。
【図３】 本発明の実施の形態１であるＥＣＭに用いら
れる半導体基板の製造方法を示す断面図及び平面図であ
る。
れる半導体基板の製造方法を示す断面図及び平面図であ
る。
【図４】 本発明の実施の形態２であるＥＣＭの構造を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図５】 本発明の実施の形態１であるＥＣＭの他の構
造を示す断面図である。
造を示す断面図である。
【図６】 従来のＥＣＭの構造を示す断面図である。
１ パッケージ、１ａ パッケージ本体、１ｂ 上蓋、
１ｃ 収容室、１ｄ 空気抜き孔、２ 通気孔、３ 半
導体基板、３ａ、３ｂ 主面、３ｃ 周表面、４ 凹
部、４ａ 底面、４ｂ 側面、４ｃ 空気連通溝、４ｄ
空気抜き孔、５ 背面電極、６ 酸化シリコン膜、７
振動電極膜、７ａ ポリマー、７ｂ 表面電極、８
空間、９ａ 第１レジスト膜、９ｂ 第２レジスト膜、
１０ 押さえゴム、２０ プリント基板、２１ ジャン
クションＦＥＴ、２２ 背面電極、２３ エレクトレッ
ト膜、２４ スペーサ、２５ 振動膜、２６ 押さえゴ
ム、２７ ホルダー、２８ カプセル、２９ 通気孔、
３０ クロス。
１ｃ 収容室、１ｄ 空気抜き孔、２ 通気孔、３ 半
導体基板、３ａ、３ｂ 主面、３ｃ 周表面、４ 凹
部、４ａ 底面、４ｂ 側面、４ｃ 空気連通溝、４ｄ
空気抜き孔、５ 背面電極、６ 酸化シリコン膜、７
振動電極膜、７ａ ポリマー、７ｂ 表面電極、８
空間、９ａ 第１レジスト膜、９ｂ 第２レジスト膜、
１０ 押さえゴム、２０ プリント基板、２１ ジャン
クションＦＥＴ、２２ 背面電極、２３ エレクトレッ
ト膜、２４ スペーサ、２５ 振動膜、２６ 押さえゴ
ム、２７ ホルダー、２８ カプセル、２９ 通気孔、
３０ クロス。
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F055 AA39 BB14 CC02 DD04 EE25 FF49 GG01 GG25 4M112 AA01 BA07 CA03 CA04 CA12 CA13 DA04 DA06 DA18 EA03 EA06 EA11 EA14 FA01 FA20 5D021 CC03
Claims (10)
- 【請求項１】 内部に収容室を有するパッケージ、前記
収容室に外部圧力を導入する手段、前記収容室内に配置
された半導体基板、および前記半導体基板上に配置され
前記収容室に導入された外部圧力に応じて静電容量が変
化するコンデンサを備え、前記半導体基板の一主面に
は、底面を有する凹部と、この凹部の周囲に拡がる周表
面とが形成されており、前記コンデンサは、前記凹部の
底面に設けられた固定電極膜と、前記凹部を覆うように
して前記周表面に固定され前記固定電極膜と空間を介し
て対向する振動電極膜とを有し、この振動電極膜が前記
収容室に導入された外部圧力の変動に応じて振動するよ
うに構成されていることを特徴とする圧力感応装置。 - 【請求項２】 前記周表面は第１の平面上に位置する平
坦面であり、前記凹部の底面は前記第１の平面から隔た
ったそれとほぼ平行な第２の平面上に位置する平坦面を
有することを特徴とする請求項１記載の圧力感応装置。 - 【請求項３】 前記半導体基板は、前記振動電極膜の振
動による前記コンデンサの容量の変化を電圧信号に変換
して検出する変換回路を有することを特徴とする請求項
１または請求項２に記載の圧力感応装置。 - 【請求項４】 前記半導体基板には、前記空間を前記収
容室に連通する連通手段が設けられていることを特徴と
する請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の圧力感
応装置。 - 【請求項５】 前記連通手段として、前記半導体基板の
前記一主面に、前記凹部から前記半導体基板の端縁に達
する空気連通溝を設けたことを特徴とする請求項４記載
の圧力感応装置。 - 【請求項６】 前記半導体基板は、前記一主面と対向す
る他主面を有し、前記凹部からこの他主面に達する空気
抜き孔を有していることを特徴とする請求項１〜３のい
ずれか一項記載の圧力感応装置。 - 【請求項７】 前記パッケージは、前記半導体基板の空
気抜き孔に連通する空気抜き孔を底面に有していること
を特徴とする請求項６記載の圧力感応装置。 - 【請求項８】 前記凹部は、深さが５〜１５μｍである
ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に
記載の圧力感応装置。 - 【請求項９】 前記振動電極膜として、電極がコーティ
ングされたポリマーに電荷がチャージされたエレクトレ
ット膜を用いることを特徴とする請求項１〜請求項７の
いずれか一項に記載の圧力感応装置。 - 【請求項１０】 圧力感応装置に使用され、一主面に、
底面を有する凹部と、この凹部の周囲に拡がる周表面
と、この周表面の内周から外周に達する少なくとも１つ
の連通溝とを有する半導体基板の製造方法であって、前
記半導体基板の一主面の全面上に、第１レジスト膜を形
成する第１工程、前記周表面上の前記第１レジスト膜を
残し、その内部を開口するように前記第１レジスト膜を
パターニングする第２工程、この第１レジスト膜をマス
クにして前記周表面の内周に深さ５〜１５μｍの凹部を
形成する第３工程、前記第１レジスト膜を除去する第４
工程、前記凹部と前記周表面を覆うように第２レジスト
膜を形成する第５工程、前記周表面の内周から外周に達
する少なくとも１つの経路を露出するように前記第２レ
ジスト膜をパターニングする第６工程、および前記第２
レジスト膜をマスクにして前記経路に深さ２〜３．５μ
ｍの連通溝を形成する第７工程を備えたことを特徴とす
る半導体基板の製造方法。
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