[发明专利]电容式传声器

说明书

技术领域

本发明涉及具有隔膜和板件的电容式传声器(condenser microphones)(或电容器传声器(capacitor microphones))，该隔膜和板件利用半导体膜制造并且适用于微机电系统(MEMS)。

本申请要求日本专利申请No.2006-48252(2006年2月24日申请)、日本专利申请No.2006-65402(2006年3月10日申请)、日本专利申请No.2006-65263(2006年3月10日申请)、日本专利申请No.2006-97305(2006年3月31日申请)和日本专利申请No.2006-89679(2006年3月29日申请)的优先权，这些专利申请的内容通过引用合并于此。

背景技术

常规地，按照半导体装置的制造过程制造的不同类型电容式传声器(或电容器传声器)是已知的，其中它们利用具有电极的板件和隔膜构造，以使得板件和隔膜通过支承件被支承并彼此略微隔开，其中，隔膜由于向其施加的声波而振动。电容式传声器将由于隔膜的移位引起的容量的变化(或电容的变化)转换为电信号。为了改善电容式传声器的灵敏度，有必要适当地控制隔膜的残余应力。通过减小隔膜的残余应力，可以增加由于向其施加的声波而振动的隔膜的振幅，由此改善电容式传声器的灵敏度。

当隔膜通过LPCVD(低压化学气相沉积：Low Pressure Chemical VaporDeposition)而形成时，例如，残余应力通过适当地设定沉积之后的退火条件(annealing condition)而被控制。总体来说，基于隔膜的膜成形的条件来控制隔膜残余应力的精确度并不高。因此，在隔膜中仍然存在残余应力相对较大的问题。在由电气工程师学会2001年11月21日在日本发表的名为“Mechanical Properties of Capacitive Silicon Microphone”的论文“MSS-01-34”所教导电容式传声器的情况下，当隔膜中留有残余应力时，隔膜的振幅减小从而降低电容式传声器的灵敏度。

可通过使隔膜的移位与电极之间距离的比值增大而减小寄生电容(parasitic capacitance)来改善电容式传声器的灵敏度。

前述论文教导了具有板件、隔膜和间隔件的电容式传声器，其中，板件和隔膜二者都由具有导电性的膜构成。由于隔膜的均匀分布的刚度，当声波传递至隔膜时，由于振动而引起的隔膜移位沿从其中心部向固定到间隔件的周边的方向变小。这可以引起电容式传声器的灵敏度的降低。当隔膜的最大位移与板件和隔膜之间距离的比值增加以便增加电容式传声器的灵敏度时，会拉入现象(pull-in phenomenon)，以使得当隔膜向板件移近时，由于静电吸附，隔膜被板件吸附。

以上，可以通过增加隔膜和板件之间的距离并由此增加偏置电压而增加电容式传声器的动态范围(dynamic range)。隔膜和板件之间的距离依赖于位于它们之间的膜的厚度。当位于隔膜和板件之间的膜的厚度增加时，有可能发生裂纹和膜的分离。在此，前述论文教导了通过组合两个晶片来增加隔膜和板件之间距离的解决方案。然而，组合两个晶片导致复杂的制造过程并由此增加制造成本。此外，公开在前述论文中的电容式传声器受到隔膜中残留的高拉伸应力的影响。这减小隔膜由于向其施压的声压引起的隔膜振动的振幅并由此降低电容式传声器的灵敏度。

日本专利No.2530305教导了一种集成电声换能器(integratedelectroacoustic transducer)，即，隔膜利用单晶外延层(monocrystal epitaxiallayer)形成的电容式传声器，通过该单晶外延层，隔膜的残余应力减小以增加灵敏度。然而，利用常规已知的半导体装置制造过程制造电容式传声器的过程中，形成隔膜的硅膜形成在氧化硅膜上。在隔膜的形成之后，氧化硅膜被部分地移除，以便形成后腔和在电极之间的空气间隙。即，非常难于实现硅在氧化硅膜上的外延生长(epitaxial growth)。这使得非常难以真正的制造出前述电容式传声器