特許 6870150 二層振動膜を有する差動コンデンサ型マイク

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6870150

(24)【登録日】2021年4月16日

(45)【発行日】2021年5月12日

(54)【発明の名称】二層振動膜を有する差動コンデンサ型マイク

(51)【国際特許分類】

   H04R 19/04 20060101AFI20210426BHJP

【ＦＩ】

   H04R19/04

【請求項の数】11

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2020-509431(P2020-509431)

(86)(22)【出願日】2018年6月27日

(65)【公表番号】特表2020-530732(P2020-530732A)

(43)【公表日】2020年10月22日

(86)【国際出願番号】CN2018093033

(87)【国際公開番号】WO2019033854

(87)【国際公開日】20190221

【審査請求日】2020年4月15日

(31)【優先権主張番号】201710692246.3

(32)【優先日】2017年8月14日

(33)【優先権主張国】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】520052260

【氏名又は名称】蘇州敏芯微電子技術股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＭＥＭＳＥＮＳＩＮＧ ＭＩＣＲＯＳＹＳＴＥＭＳ （ＳＵＺＨＯＵ，ＣＨＩＮＡ） ＣＯ．，ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002262

【氏名又は名称】ＴＲＹ国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】孫 ▲かい▼

(72)【発明者】

【氏名】栄 根蘭

(72)【発明者】

【氏名】胡 維

(72)【発明者】

【氏名】李 剛

【審査官】 冨澤 直樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−００５４３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１０３６３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２５９０６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２５２８５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０６７４８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０２３９３５２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０１８９４４４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｒ １９／００−１９／０４

Ｂ８１Ｂ １／００−７／０４

Ｂ８１Ｃ １／００−９９／００

Ｈ０１Ｌ ２９／８４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バックプレートと、
前記バックプレートの第１表面に絶縁支持され、前記バックプレートと共に第１可変容量を構成する第１振動膜と、
前記バックプレートの第２表面に絶縁支持され、前記バックプレートと共に第２可変容量を構成する第２振動膜と、を備える二層振動膜を有する差動コンデンサ型マイクであって、
前記バックプレートが少なくとも１つの接続孔を有し、
前記第２振動膜がバックプレートの方向に凹んだ凹部を有し、前記凹部が前記接続孔を通って第１振動膜に絶縁接続されることを特徴とする二層振動膜を有する差動コンデンサ型マイク。

【請求項2】

前記接続孔の数が１つであって、バックプレートの中心位置に位置することを特徴とする請求項１に記載の二層振動膜を有する差動コンデンサ型マイク。

【請求項3】

前記接続孔の数が２つ以上であって、バックプレートの中心の周りに均一且つ対称的に配置されることを特徴とする請求項１に記載の二層振動膜を有する差動コンデンサ型マイク。

【請求項4】

前記凹部と前記第１振動膜との接続箇所には前記凹部と前記第１振動膜とを貫通する空気抜け構造が開設されることを特徴とする請求項１に記載の二層振動膜を有する差動コンデンサ型マイク。

【請求項5】

前記第１振動膜及び／又は第２振動膜が全体膜構造であることを特徴とする請求項１に記載の二層振動膜を有する差動コンデンサ型マイク。

【請求項6】

前記第１振動膜は、エッジに位置する第１固定部と、前記第１固定部により取り囲まれている第１振動部とを備え、前記第１振動部が少なくとも１つの第１弾性ビームを含み、前記第１固定部と第１振動部との間が前記第１弾性ビームにより接続されるか、又は前記第１固定部と第１振動部との間が完全に切断されることを特徴とする請求項１に記載の二層振動膜を有する差動コンデンサ型マイク。

【請求項7】

前記第１弾性ビームと前記バックプレートとを絶縁接続することにより、前記第１振動部は前記バックプレートの第１表面から宙吊りになることを特徴とする請求項６に記載の二層振動膜を有する差動コンデンサ型マイク。

【請求項8】

前記第２振動膜は、エッジに位置する第２固定部と、前記第２固定部により取り囲まれている第２振動部とを備え、前記第２振動部が少なくとも１つの第２弾性ビームを備え、前記第２固定部と第２振動部との間が前記第２弾性ビームにより接続されるか、又は前記第２固定部と第２振動部との間が完全に切断されることを特徴とする請求項１に記載の二層振動膜を有する差動コンデンサ型マイク。

【請求項9】

前記第２弾性ビームと前記バックプレートとを絶縁接続することにより、前記第２振動部は前記バックプレートの第２表面から宙吊りになることを特徴とする請求項８に記載の二層振動膜を有する差動コンデンサ型マイク。

【請求項10】

前記バックプレートには更に音孔が開設され、且つ前記バックプレートの表面には突起点が設置されることを特徴とする請求項１に記載の二層振動膜を有する差動コンデンサ型マイク。

【請求項11】

前記第１振動膜及び第２振動膜にはいずれも解放孔及び空気抜け構造が開設されることを特徴とする請求項１に記載の二層振動膜を有する差動コンデンサ型マイク。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シリコンマイクの技術分野に関し、特に、二層振動膜を有する差動コンデンサ型マイクに関する。

【背景技術】

【0002】

ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ、マイクロエレクトロメカニカルシステム）技術は、近年高速で発展している先端技術であり、先進的な半導体製造プロセスを用いて、センサ、ドライバ等のデバイスの量産を実現しており、対応する従来のデバイスに比べて、ＭＥＭＳデバイスは体積、消費電力、重量及び価格の面で明らかな優位性を有する。市場において、ＭＥＭＳデバイスの主な応用例としては、圧力センサ、加速度計及びシリコンマイク等が含まれる。

【0003】

ＭＥＭＳ技術で製造されたシリコンマイクは小型化、性能、信頼性、環境耐性、コスト及び量産の面でＥＣＭよりも優位性を有するため、携帯電話、ＰＤＡ、ＭＰ３及び補聴器等の電子製品の消費市場を迅速に占有している。ＭＥＭＳ技術で製造されたシリコンマイクは、一般的に、固体バックプレートに平行に配置される移動可能なダイヤフラムを有し、ダイヤフラムとバックプレートとが可変コンデンサを形成する。可変容量を変化するよう、ダイヤフラムは入射された音エネルギーに応答して移動し、これにより、入射された音エネルギーを示すための電気信号を生成する。

【0004】

コンデンサ型マイクロシリコンマイクの技術の発展に伴い、シリコンマイクの寸法がより小さく、コストがより低く、信頼性がより高いことが要求されるが、シリコンマイクの寸法が小さくなると、感度が低下し、信号対雑音比が低下してしまう。どのようにシリコンマイクの信号対雑音比を更に向上させるかは、現在の早急に解決すべき問題である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の解決しようとする技術的問題は、シリコンマイクの信号対雑音比を向上させる二層振動膜を有する差動コンデンサ型マイクを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記問題を解決するために、本発明は、二層振動膜を有する差動コンデンサ型マイクを提供し、バックプレートと、前記バックプレートの第１表面に絶縁支持され、前記バックプレートと共に第１可変容量を構成する第１振動膜と、前記バックプレートの第２表面に絶縁支持され、前記バックプレートと共に第２可変容量を構成する第２振動膜と、を備える二層振動膜を有する差動コンデンサ型マイクであって、前記バックプレートが少なくとも１つの接続孔を有し、前記第２振動膜がバックプレートの方向に凹んだ凹部を有し、前記凹部が前記接続孔を通って第１振動膜に絶縁接続されることを特徴とする。

【0007】

好ましくは、前記接続孔の数が１つであって、バックプレートの中心位置に位置する。

【0008】

好ましくは、前記接続孔の数が２つ以上であって、バックプレートの中心の周りに均一且つ対称的に配置される。

【0009】

好ましくは、前記凹部と前記第１振動膜との接続箇所には前記凹部と前記第１振動膜とを貫通する空気抜け構造が開設される。

【0010】

好ましくは、前記第１振動膜及び／又は第２振動膜が全体膜構造である。

【0011】

好ましくは、前記第１振動膜は、エッジに位置する第１固定部と、前記第１固定部により取り囲まれている第１振動部とを備え、前記第１振動部が少なくとも１つの第１弾性ビームを含み、前記第１固定部と第１振動部との間が前記第１弾性ビームにより接続されるか、又は前記第１固定部と第１振動部との間が完全に切断される。

【0012】

好ましくは、前記第１弾性ビームと前記バックプレートとを絶縁接続することにより、前記第１振動部は前記バックプレートの第１表面から宙吊りになる。

【0013】

好ましくは、前記第２振動膜は、エッジに位置する第２固定部と、前記第２固定部により取り囲まれている第２振動部とを備え、前記第２振動部が少なくとも１つの第２弾性ビームを備え、前記第２固定部と第２振動部との間が前記第２弾性ビームにより接続されるか、又は前記第２固定部と第２振動部との間が完全に切断される。

【0014】

好ましくは、前記第２弾性ビームと前記バックプレートとを絶縁接続することにより、前記第２振動部は前記バックプレートの第２表面から宙吊りになる。

【0015】

好ましくは、前記バックプレートには更に音孔が開設され、且つ前記バックプレートの表面には突起点が設置される。

【0016】

好ましくは、前記第１振動膜及び第２振動膜にはいずれも解放孔及び空気抜け構造が開設される。

【発明の効果】

【0017】

本発明に係る振動膜を有する差動コンデンサ型マイクは、第１振動膜とバックプレートとが第１容量を形成し、バックプレートと第２振動膜とが第２容量を形成し、前記第１容量と第２容量とが差動コンデンサを構成し、動作過程において、差動信号を出力し、感度を向上させ、マイクの信号対雑音比を向上させることができる。且つ、第２振動膜の凹部が第１振動膜に絶縁接続されることにより、前記第２振動膜が第１振動膜とともに同じ方向に振動することができ、信号の精度を向上させる。且つ、第２振動膜の凹部が第２振動膜の一部として、支持の役割を果たすだけでなく、第２振動膜の内部応力の解放に役立つとともに、二次応力の導入も回避し、それにより第２振動膜の順応性が一致するように維持し、前記凹部が第２振動膜の他の部分との間で裂け目等の問題が容易に発生しないようにして、デバイスの信頼性向上に役立つ。

【0018】

前記第１振動膜と第２振動膜とが複数の構造形態を有してもよく、それぞれが完全固定支持膜、部分固定支持屈曲ビーム膜又は完全固定支持屈曲ビーム膜等の構造のうちのいずれか１つであってもよい。一方、前記第２振動膜と第１振動膜との接続箇所に空気抜け構造を開設することにより、空気抜け構造の空気抜け効率を効果的に向上させ、マイクの信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の具体的な実施形態の二層振動膜を有する差動コンデンサ型マイクの断面斜視図である。

【図2】本発明の具体的な実施形態の二層振動膜を有する差動コンデンサ型マイクの断面図である。

【図3】本発明の具体的な実施形態の第１振動膜の平面俯瞰図である。

【図4】本発明の具体的な実施形態の第２振動膜の平面俯瞰図である。

【図5】本発明の具体的な実施形態の二層振動膜を有する差動コンデンサ型マイクの断面斜視図である。

【図6】本発明の具体的な実施形態の二層振動膜を有する差動コンデンサ型マイクの断面図である。

【図7】本発明の具体的な実施形態の第１振動膜の平面俯瞰図である。

【図8】本発明の具体的な実施形態の第２振動膜の平面俯瞰図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面を参照しながら本発明に係る二層振動膜を有する差動コンデンサ型マイクの具体的な実施形態を詳しく説明する。

【0021】

図１及び図２を参照すると、本発明の具体的な実施形態の二層振動膜を有する差動コンデンサ型マイクの断面図である。

【0022】

前記二層振動膜を有する差動コンデンサ型マイクは、バックチャンバ１０１を有する基板１００と、前記基板１００の表面に絶縁支持され、前記基板１００のバックチャンバ１０１の上方に宙吊りされる第１振動膜２００と、前記第１振動膜２００の表面に絶縁支持され、第１振動膜２００とともに第１可変容量を構成する、前記第１振動膜２００の上方に位置するバックプレート３００と、前記バックプレート３００の表面に絶縁支持され、前記バックプレート３００とともに第２可変容量を構成する、前記バックプレート３００の上方に位置する第２振動膜４００と、を備える。

【0023】

前記第１振動膜２００のエッジが第１絶縁層１１０により基板１００の表面に支持されることにより、前記第１振動膜２００をバックチャンバ１０１の上方に宙吊りさせ、前記第１絶縁層１１０が前記コンデンサ型マイクを形成する際に犠牲層を解放した後の犠牲層の残存部分であってもよい。前記第１振動膜２００は導電材料であり、第１可変容量の下部電極とされる。具体的な実施形態では、前記第１振動膜２００の材料が多結晶シリコンである。前記第１振動膜２００の厚さが薄く、音波の作用下で上下に振動でき、それにより前記第１振動膜２００とバックプレート３００とからなる第１可変容量の容量値を変化させる。第１振動膜２００の厚さを調節することにより前記第１振動膜２００の剛性を調節して、感度を調整することができる。

【0024】

前記第１振動膜２００には更に解放孔２０１及び空気抜け構造２０２が開設される。マイクの形成過程において、犠牲層を解放して空きキャビティを形成する必要があり、前記解放孔２０１は犠牲層の解放過程において腐食液を輸送することに用いられる。解放経路及び時間分布に基づいて前記解放孔２０１の位置分布を合理的に設定することができる。前記空気抜け構造３０２はマイクキャビティ内の気圧のバランスを取ることに用いられ、マイクパッケージ過程において、環境が変化する際にマイクキャビティ内の気圧が大きすぎ又は小さすぎるため、マイクの動作性能に影響を与えることを回避する。前記空気抜け構造３０２は一般的に前記第１振動膜に均一且つ対称的に配置され、それによりキャビティ内の気圧を均一に調節することができる。前記解放孔２０１が気圧調節の役割を果たすこともできる。

【0025】

図３は当該具体的な実施形態の第１振動膜２００の俯瞰図である。

【0026】

前記第１振動膜に複数の解放孔３０１が開設され、前記解放孔３０１が円形であり、円周方式で前記第１振動膜２００に均一且つ対称的に配置される。前記解放孔３０１の寸法は一般的に小さく設定され、マイクは動作過程において、解放孔３０１の寸法が比較的大きいため、第１振動膜２００の音波に対する抵抗が小さすぎて感度が低下することを回避する。本発明の他の具体的な実施形態では、前記解放孔３０１の形状は更に四角形、三角形、多角形又は細長い細溝形状等であってもよく、設計された犠牲層の解放経路及び時間分布に基づいて解放孔３０１の位置分布を設定してもよい。

【0027】

当該具体的な実施形態では、前記空気抜け構造２０２はＵ字型の細溝であり、複数の空気抜け構造２０２は第１振動膜の外側に対称的に配置され、マイクキャビティ内の各位置箇所の気圧のバランスを取ることに役立つ。この具体的な実施形態では、前記複数の空気抜け構造２０２は解放孔３０１の周囲に配置される。本発明の他の具体的な実施形態では、前記空気抜け構造２０２は更に長尺状、交差する長尺状溝、円形又は多角形孔等の他の形状であってもよい。前記空気抜け構造２０２の寸法は一般的に小さく、第１振動膜２００の音波に対する抵抗を低減することを回避する。

【0028】

当該具体的な実施形態では、前記第１振動膜２００は全体膜構造であり、分離構造がなく、エッジの周囲を基板１００の表面に完全に固定支持することにより、完全膜固定支持構造を形成し、信頼性がより高く、断裂・破損等の問題が容易に発生せず、第１振動膜２００の薄膜の厚さ及び内部応力によって前記第１振動膜２００の剛性を調節することができる。本発明の他の具体的な実施形態では、前記第１振動膜２００のエッジ部分のみを支持してもよい。

【0029】

図１及び図２に示すように、前記バックプレート３００のエッジが第２絶縁層１２０により第１振動膜２００の表面に支持されることにより、前記バックプレート３００を第１振動膜２００の上方に宙吊りさせ、前記バックプレート３００と第１振動膜２００とが第１可変容量を構成する。前記第２絶縁層１２０は前記コンデンサ型マイクの形成過程において犠牲層を解放した後の犠牲層の残存部分であってもよい。前記バックプレート３００が導電性を有し、前記第１可変容量の上部電極とされる。前記バックプレート３００は独立した導電層であってもよいし、絶縁層と導電層とからなる複合構造であってもよく、バックプレート３００の硬度を向上させ、変形の発生を回避する。当該具体的な実施形態では、前記バックプレート３００は窒化シリコン層３０１と、前記窒化シリコン層３０１の表面に位置する多結晶シリコン層３０２とを備える。前記窒化シリコン層３０１が比較的高い硬度を有するため、前記バックプレート３００が固定電極として変形しにくく、それによりマイクの信頼性を向上させる。

【0030】

前記バックプレート３００に更に音孔３０３が開設されてもよく、音波が第１振動膜２００を振動させた後、第１可変容量内の気圧変化が前記音孔３０３を介して第２可変容量に伝達されることに役立ち、且つ、第１振動膜２００を通った音波がある場合、前記音孔３０３を継続通過して第２振動膜４００に作用させ、それによりマイクの有効信号を強化することもできる。

【0031】

前記バックプレート３００は更に接続孔３０４を有し、当該具体的な実施形態では、バックプレート３００の沈降部３０５がバックプレート３００の他の領域より低く、第１振動膜２００に接続されるため、該沈降部３０５の上方に接続孔３０４を形成し、前記接続孔３０４は主に第１振動膜２００及び第２振動膜４００に接続通路を提供する。当該具体的な実施形態では、前記バックプレート３００は１つの接続孔３０４を有し、且つ該接続孔３０４がバックプレートの中心位置に位置し、それにより第２振動膜４００と第１振動膜２００とを中心位置で接続させ、第２振動膜４００と第１振動膜２００とが振動するとき、各位置の変形が対称的に分布される。この具体的な実施形態では、前記接続孔３０４の形状は円形であり、第２振動膜４００の凹部が通ることに役立つ。本発明の他の具体的な実施形態では、前記接続孔３０４は更に他の形状、例えば多角形、正方形等であってもよく、バックプレートの中心の周りに均一且つ対称的に配置される２つ以上の接続孔を有してもよい。

【0032】

当該具体的な実施形態では、前記バックプレート３００の表面に更に突起点３０６が設置される。この具体的な実施形態では、バックプレート３００の第１振動膜２００に向かう側の表面に前記突起点３０６が設置され、第１振動膜２００がバックプレート３００へ変形する場合、前記突起点３０６は第１振動膜２００がバックプレート３００に接着されることを回避することができる。本発明の他の具体的な実施形態では、バックプレート３００の上下表面にいずれも前記突起点３０６を設置してもよく、第１振動膜２００と第２振動膜４００とがバックプレート３００で接着することを回避する。

【0033】

前記第２振動膜４００のエッジが第３絶縁層１３０により前記バックプレート３００の表面に支持されることにより、前記第２振動膜４００をバックプレート３００の上方に宙吊りさせ、前記第３絶縁層１３０が前記コンデンサ型マイクの形成過程において犠牲層を解放した後の犠牲層の残存部分であってもよい。前記第２振動膜４００が導電材料であって、第２可変容量の上部電極として前記バックプレート３００の上方に宙吊りされ、前記第３絶縁層１３０が前記コンデンサ型マイクの形成過程において犠牲層を解放して第２可変容量とされる下部電極であってもよい。本具体的な実施形態では、前記第２振動膜４００の材料が多結晶シリコンである。前記第２振動膜４００は厚さが薄く、音波の作用下で上下に振動でき、それにより前記第２振動膜４００とバックプレート３００とからなる第２可変容量の容量値を変化させる。第２振動膜４００の厚さを調節することにより前記第２振動膜４００の剛性を調節して、感度を調整することができる。

【0034】

前記第２振動膜４００はバックプレート３００の方向に凹んだ凹部４０１を有し、前記凹部４０１が前記バックプレート３００の接続孔３０４を通って前記第１振動膜２００に絶縁接続される。当該具体的な実施形態では、前記凹部４０１と第１振動膜２００との間がバックプレート３００の沈降部３０５であり、この具体的な実施形態では、前記バックプレート３００は窒化シリコン層３０１と、窒化シリコン層３０１の表面に位置する多結晶シリコン層３０２とを備え、従って前記凹部４０１と第１振動膜２００とを絶縁させる。本発明の他の具体的な実施形態では、前記バックプレート３００に前記沈降部３０５を形成せず、前記凹部４０１と第１振動膜２００とが追加形成された絶縁層により接続される。前記第２振動膜４００が第１振動膜２００に接続され、それにより前記第２振動膜４００と第１振動膜２００とが音波に対して同じ方向の振動フィードバックを有することができる。且つ、前記第２振動膜４００と第１振動膜２００との接続箇所も第２振動膜４００に対して支持の役割を果たし、それにより第２振動膜４００の宙吊り状態をより安定化させ、信頼性を更に向上させる。更に、前記第２振動膜４００の凹部４０１は第２振動膜４００の一部とされ、材料が同じで、構造が連続し、第２振動膜４００の内部応力を解放することと二次応力の導入を回避することとに役立ち、第２振動膜４００の順応性が一致するように維持させ、それにより音波の作用下で第２振動膜４００に生じた電気信号の精度を向上させ、且つ前記凹部４０１が第２振動膜４００の他の部分との間で裂け目等の欠点を容易に発生しないようにして、デバイスの信頼性を向上させる。前記凹部４０１と第１振動膜２００との接続は二次応力を導入して第２振動膜４００の順応性に影響を与えることがないため、前記凹部４０１の数及び位置を柔軟に設定し、マイクの性能要件に応じて調整することができ、プロセスの面でより高い柔軟性を有する。

【0035】

本発明の他の具体的な実施形態では、前記第２振動膜４００は平らな薄膜であり、第１振動膜２００はバックプレート３００の方向に凹んだ凹部を有し、前記凹部がバックプレート３００の接続孔３０４を通って第２振動膜４００に絶縁接続されてもよい。

【0036】

当該具体的な実施形態では、前記凹部４０１と前記第１振動膜２００との接続箇所には前記凹部４０１と前記第１振動膜２００とを貫通する空気抜け構造４０２が開設され、前記空気抜け構造４０２は細溝又は孔等の貫通構造であってもよい。本発明の他の具体的な実施形態では、前記凹部４０１と前記第１振動膜２００との接続箇所の周りの第１振動膜２００及び第２振動膜４００のみに空気抜け構造を空気抜け通路として開設してもよい。接続箇所の周りに空気抜け構造を開設することと比べて、接続箇所に形成された空気抜け構造４０２は前記バックチャンバ１０１及び第２振動膜４００の上方に直接連通するため、前記空気抜け構造４０２の空気抜けストロークが短く、マイクをパッケージし又はマイクが大幅に振動するため内外気圧のバランスを取る必要がある場合、バックチャンバ１０１及び第２振動膜４００の両側の気圧は前記空気抜け構造４０２によって迅速にバランスを取ることができ、より効果的である。且つ、第１振動膜２００と第２振動膜４００とが振動する際に、前記空気抜け構造４０２は更に振動抵抗を低減することができる。前記第２振動膜４００の他の位置には更に円周に配置される均圧・空気抜けのための空気抜け構造４０３が開設される。

【0037】

図４に示すように、図４は前記第２振動膜４００の俯瞰図である。前記第２振動膜４００はエッジに位置する第２固定部４１０と、前記第２固定部４１０により取り囲まれる第２振動部４２０とを備える。前記第２振動部４２０が少なくとも１つの第２弾性ビーム４２１を備え、前記第２固定部４１０と前記第２振動部４２０との間に前記第２振動膜４００を通る溝４３０を有し、前記溝４３０が空気抜けのための空気抜け構造とされてもよいし、犠牲層の解放過程において、腐食液体を輸送する解放溝とされてもよい。

【0038】

当該具体的な実施形態では、前記第２振動部４２０における前記第２弾性ビーム４２１以外の本体部分はバックチャンバ１０１の形状に対応し、円形である。本発明の他の具体的な実施形態では、マイクの性能要件に応じて、前記第２振動部４２０の本体を他の形状に設計してもよい。この具体的な実施形態では、前記第２振動部４２０は第２振動部４２０の本体の円周に沿って均一に配置される４つの第２弾性ビーム４２１を備え、それにより前記第２振動部４２０の本体応力を均一に分布させる。前記第２弾性ビーム４２１は第２振動膜４００の内部応力の解放に役立ち、前記第２振動部４２０の振動過程における振動の一致性を更に向上させる。前記第２弾性ビーム４２１の数、厚さ及び第２振動部４２０の本体の厚さを調整することにより、前記第２振動膜４００の剛性を調整することができる。

【0039】

当該具体的な実施形態では、前記第２弾性ビーム４２１は折り畳みビーム構造であり、他の具体的な実施形態では、片持ビーム、Ｕ字型ビーム等の他のビーム構造を用いてもよい。この具体的な実施形態では、前記第２振動膜４００は完全固定支持屈曲ビーム膜であり、前記溝４３０は前記第２振動部４２０の本体と第２固定部４１０とを切断し、前記第２振動部４２０の本体は前記第２弾性ビーム４２１を介して前記第２固定部４１０に接続され、第３絶縁層１３０が前記第２固定部４１０を支持することにより、前記第２振動部４２０を宙吊りさせる。そして、この具体的な実施形態では、第２振動部４２０の中心に位置する凹部４０１が第１振動膜２００に接続され、同様に前記第２振動部４２０に対する支持役割を果たしている。

【0040】

当該具体的な実施形態では、前記第２振動膜４００に更に解放孔４２２が開設され、具体的には前記第２振動部４２０に開設される。前記解放孔４２２は円形であり、前記第２振動膜４００の中心を円心として、円周方式で前記第２振動部４２０に均一且つ対称的に配置される。前記解放孔４２２の寸法は一般的に小さく設定され、マイクの動作過程において、解放孔４２２の寸法が比較的大きいため第２振動膜４００の音波に対する抵抗が小さすぎて感度が低下することを回避する。本発明の他の具体的な実施形態では、前記解放孔４２２の形状は更に四角形、三角形、多角形又は細長い細溝形状等であってもよく、設計された犠牲層の解放経路及び時間分布に基づいて解放孔４２２の位置分布を設定してもよい。前記空気抜け構造４０３が解放孔４２２の周囲に位置する。

【0041】

本発明の他の具体的な実施形態では、前記第２振動膜４００は一体となった完全固定支持膜であってもよく、エッジの周囲全体がバックプレートの表面に完全に固定支持されるか、又は前記第２振動膜４００のエッジ部分のみを支持することにより、このような場合、第２振動膜４００の薄膜の厚さ及び内部応力によって前記第２振動膜４００の剛性を調節することができる。

【0042】

図５及び図６は本発明の他の具体的な実施形態の二層振動膜を有する差動コンデンサ型マイクの断面図である。

【0043】

当該具体的な実施形態では、前記マイクの第１振動膜５００はエッジに位置する第１固定部５１０と、前記第１固定部により取り囲まれる第１振動部５２０とを備え、前記第１振動部５２０が少なくとも１つの第１弾性ビーム５２１を備える。前記第１固定部５１０と前記第１振動部５２０との間に前記第１振動膜５００を通る溝５３０を有し、前記溝５３０が空気抜けのための空気抜け構造とされてもよいし、犠牲層の解放過程において、腐食液体を輸送する解放溝とされてもよい。

【0044】

図７に示すように、図７は前記第１振動膜５００の俯瞰構造図である。前記第１振動膜５００の第１振動部５２０における前記第１弾性ビーム５２１以外の本体部分はバックチャンバ１０１の形状に対応し、円形である。本発明の他の具体的な実施形態では、マイクの性能要件に応じて、前記第１振動部５２０の本体を他の形状に設計してもよい。この具体的な実施形態では、前記第１振動部５２０は第１振動部５２０の本体の円周に沿って均一に配置される４つの第１弾性ビーム５２１を備え、前記第１弾性ビーム５２１は第１振動膜５００の内部応力を解放することに役立ち、前記第１振動部５２０の振動過程における振動の一致性を更に向上させる。前記第１弾性ビーム５２１の数、厚さ及び第１振動部５２０の本体の厚さを調整することにより、前記第１振動膜５００の剛性を調整することができる。

【0045】

当該具体的な実施形態では、前記第１弾性ビーム５２１は折り畳みビーム構造であり、他の具体的な実施形態では、片持ビーム、Ｕ字型ビーム等の他のビーム構造を用いてもよい。この具体的な実施形態では、前記第１振動膜５００は部分固定支持屈曲ビーム膜であり、前記溝５３０は前記第１振動部５２０と第１固定部５１０とを完全に切断し、前記第１振動部５２０と第１固定部５１０とを完全に分離させる。前記第１固定部５１０は第１絶縁層１１０によって基板１００の表面に支持される。前記第１弾性ビーム５２１は吊りビーム５２１ａとアンカー５２１ｂとを備え、前記アンカー５２１ｂの上方が絶縁層１２１を介してバックプレート６００に接続され、前記第１振動部５２０を前記バックプレート６００に懸架させ、バックチャンバ１０１の上方に宙吊りさせる。第１弾性ビーム５２１の数を増加させることにより、前記第１振動部５２０とバックプレート６００との接続信頼性を向上させることができる。更に前記アンカー５２１ｂの下方を絶縁層によって基板１００の表面に支持させることができる。

【0046】

本発明の他の具体的な実施形態では、前記第１振動膜５００は更に完全固定支持屈曲ビーム膜であってもよく、前記溝５３０は前記第１振動部５２０の本体と第１固定部５１０とを切断し、前記第１振動部５２０の本体が前記第１弾性ビーム５２１によって前記第１固定部５１０に接続されてもよく、第１絶縁層１１０によって前記第１固定部５１０を支持して、前記第１振動部５２０を宙吊りさせる。

【0047】

当該具体的な実施形態では、前記第１振動膜５００に更に解放孔５２２ａ及び解放溝５２２ｂが開設され、具体的に、解放孔５２２ａ及び解放溝５２２ｂがいずれも前記第１振動部５２０に開設される。前記解放孔５２２ａが円形であり、円周方式で前記第１振動部５２０の中心の周りに均一且つ対称的に配置され、前記解放溝５２２ｂが円弧状溝であり、前記解放孔５２２ａの周囲に対称的に配置され、マイクの形成過程において犠牲層を解放する効率及び均一性を向上させることができる。前記解放孔５２２ａ及び解放溝５２２ｂはマイクを形成した後に空気抜け構造とされてもよい。

【0048】

前記バックプレート６００のエッジが第２絶縁層１２０によって第１振動膜５００の表面に支持されることにより、前記バックプレート６００を第１振動膜５００の上方に宙吊りさせ、前記バックプレート６００と第１振動膜５００とが第１可変容量を構成し、前記バックプレート６００が上部電極とされ、第１振動膜５００が下部電極とされる。前記バックプレート６００は独立した導電層であってもよいし、絶縁層と導電層とからなる複合構造であってもよく、バックプレート６００の硬度を向上させ、変形の発生を回避する。この具体的な実施形態では、前記バックプレート６００は窒化シリコン層６０１と、前記窒化シリコン層６０１の表面に位置する多結晶シリコン層６０２とを備える。

【0049】

前記バックプレート６００に音孔６０３が開設され、音波が第１振動膜５００を振動させた後、第１可変容量内の気圧変化が前記音孔６０３を介して第２可変容量に伝達されることに役立ち、且つ、第１振動膜５００を通る音波がある場合、前記音孔６０３を継続通過して第２振動膜７００に作用させ、それによりマイクの有効信号を強化することもできる。

【0050】

前記バックプレート６００に更に複数の接続孔６０４が開設され、この具体的な実施形態では、４つの接続孔６０４が開設され、それらは前記バックプレート６００の中心を円心としてバックプレート６００に対称的且つ均一に配置され、第１振動部５２０の上方に位置する。本発明の他の具体的な実施形態では、バックプレート６００の中心の周囲に２つ、３つ、５つ又は他の数の複数の接続孔を設置してもよい。

【0051】

図８に示すように、前記第２振動膜７００はエッジに位置する第２固定部７１０と、前記第２固定部７１０により取り囲まれる第２振動部７２０とを備える。前記第２振動部７２０が少なくとも１つの第２弾性ビーム７２１を備え、前記第２固定部７１０と前記第２振動部７２０との間に前記第２振動膜７００を貫通する溝７３０を有し、前記溝７３０が空気抜けのための空気抜け構造とされてもよいし、犠牲層の解放過程において、腐食液体を輸送する解放溝とされてもよい。

【0052】

当該具体的な実施形態では、前記第２振動部７２０は第２振動部７２０の本体の円周に沿って均一に配置される４つの第２弾性ビーム７２１を備える。前記第２弾性ビーム７２１は折り畳みビーム構造であり、他の具体的な実施形態では、片持ビーム、Ｕ字型ビーム等の他のビーム構造を用いてもよい。この具体的な実施形態では、前記第２振動膜７００は部分固定支持屈曲ビーム膜であり、前記溝７３０は前記第２振動部７２０と第２固定部７１０とを完全に切断し、前記第２振動部７２０と第２固定部７１０とを完全に分離させる。前記第２固定部７１０は第３絶縁層１３０によってバックプレート６００の表面に支持される。前記第２弾性ビーム７２１は吊りビーム７２１ａとアンカー７２１ｂとを備え、前記アンカー７２１ｂが下方の絶縁層１３１を介してバックプレート６００に接続されることにより、前記第２振動部７２０を前記バックプレート６００の上方に支持宙吊りさせ、前記第２振動膜７００と前記バックプレート６００とが第２可変容量を構成し、前記バックプレート６００が第２可変容量の下部電極とされ、前記第２振動膜７００が第２可変容量の上部電極とされる。

【0053】

前記第２振動膜７００はバックプレート６００の方向に凹んだ凹部７０１を有し、前記凹部７０１の数及び位置がバックプレート６００における接続孔６０４の数及び位置に対応し、前記凹部７０１が前記バックプレート６００の接続孔６０４を通って前記第１振動膜５００に絶縁接続される。前記凹部７０１の数、位置がバックプレート６００の接続孔６０４に対応する。前記凹部７０１と前記第１振動膜２００との間がバックプレート６００の沈降部６０５によって接続され、前記バックプレート６００は窒化シリコン層６０１と、窒化シリコン層６０１の表面に位置する多結晶シリコン層６０２とを備え、従って前記凹部７０１と第１振動膜５００とを絶縁接続させる。本発明の他の具体的な実施形態では、前記バックプレート６００に前記沈降部６０５が形成されず、前記凹部７０１と第１振動膜５００との間が更に追加形成された絶縁層によって接続されてもよい。前記第２振動膜７００が第１振動膜５００に接続されることにより、前記第２振動膜７００及び第１振動膜５００が音波に対して同じ方向の振動フィードバックを有することができる。且つ前記第２振動膜７００と第１振動膜５００との接続箇所も第２振動膜７００に対して支持の役割を果たし、それにより第２振動膜７００の宙吊り状態をより安定化させ、信頼性を更に向上させる。さらに、前記第２振動膜７００の凹部７０１が第１振動膜５００に接続されることにより、第２応力の導入を回避することができ、且つ第２振動膜７００の内部応力を解放し、デバイスの信頼性及びセンシング精度を向上させることに役立つ。

【0054】

当該具体的な実施形態では、前記凹部７０１と前記第１振動膜５００との接続箇所には前記凹部７０１と前記第１振動膜５００とを貫通する空気抜け構造７０２が開設される。本発明の他の具体的な実施形態では、前記凹部７０１と前記第１振動膜５００との接続箇所の周りの第１振動膜５００及び第２振動膜７００のみに空気抜け構造を空気抜け通路として開設してもよい。接続箇所の周りに空気抜け構造を開設することと比べて、接続箇所に形成された空気抜け構造７０２の空気抜けストロークが短いため、空気抜けがより迅速で、効果的である。

【0055】

上記具体的な実施形態では、前記マイクの第１振動膜とバックプレートとが第１容量を形成し、バックプレートと第２振動膜が第２容量を形成し、前記第１容量と第２容量とが差動コンデンサを構成し、動作過程において差動信号を出力することにより、感度を向上させ、マイクの信号対雑音比を向上させることができる。且つ、第１振動膜が第２振動膜に接続されることにより、前記第２振動膜が第１振動膜とともに同じ方向に振動することができ、信号の精度を向上させる。

【0056】

前記第１振動膜及び第２振動膜は複数の構造形態を有してもよく、それぞれが完全固定支持膜、部分固定支持屈曲ビーム膜又は完全固定支持屈曲ビーム膜等の構造のうちのいずれか１つであってもよい。一方、前記第２振動膜と第１振動膜との接続箇所に空気抜け構造を開設することにより、空気抜け構造の空気抜け効率を効果的に向上させ、マイクの信頼性を向上させることができる。

【0057】

以上の説明は単に本発明の好適な実施形態であり、指摘すべきことは、当業者であれば、本発明の原理を逸脱せずに種々の改良や修飾を行うことができ、これらの改良や修飾も本発明の保護範囲に属すると見なされるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】