驻极体元件、搭载该驻极体元件的话筒以及该驻极体元件的制造方法

摘要

本发明提供驻极体元件，其具有含有氧化硅的驻极体膜以及形成于驻极体膜之上的、通过原子层沉积法沉积而得到的氧化铝的保护膜。

说明书

技术领域

本发明涉及驻极体元件、搭载该驻极体元件的话筒以及该驻极体元件的制造方法。

背景技术

电容话筒等中设置有将振动能转换为电能的转换元件。该转换元件有时使用在驻极体，即，通过在电介质上施加电压等来维持带电的部件。以下，将使用驻极体的元件称作驻极体元件。

驻极体通过由电晕放电在绝缘膜注入电荷的方法，或如专利文献1中记载的方法等来制备。

驻极体的带电量，随着时间流逝而降低。这称作带电劣化。另外，将难以发生带电劣化的性质称作电荷稳定性。带电劣化，主要因为驻极体接触外部空气中的水分(湿气)而产生。

专利文献2公开了如下发明，即：对驻极体结构通过六甲基二硅烷进行表面处理(HMDS处理)，由此实施防水处理，来提高电荷稳定性。但是，该发明中，在表面形成了极薄的有机物质膜，电荷稳定性存在疑问。

另一方面，近年来制备了如下的小型转换元件，即：利用MEMS(Micro ElectroMechanical Systems，微机电系统)技术，使梳齿电极成为立体结构，由此增加相对的电极间的静电容量。例如，专利文献3中公开的转换元件中，使用这样的立体的相对的梳齿电极，作为电极间的电压的施加手段，使用设置在梳齿电极附近的驻极体。

在具有使用了上述驻极体的立体的梳齿电极的转换元件中，相对的电极间的间隔与梳齿的厚度尺寸之间的长径比(aspect ratio)高。该长径比高的转换元件，HMDS处理不能有效工作，存在不能获得良好的电荷稳定性的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本国特开2013-13256号公报

专利文献2:日本国特表2008-182666号公报

专利文献3:日本国特开2010-011547号公报

发明内容

发明所要解决的课题

对于这样的，不仅仅是平板等简单的结构，而是具有长径比高的梳齿结构的驻极体元件，要求能够获得良好的电荷稳定性。

解决课题的手段

根据本发明的第1实施方式，驻极体元件具有含有氧化硅的驻极体膜以及氧化铝的保护膜，该氧化铝的保护膜形成于所述驻极体膜之上，通过原子层沉积法沉积来得到。

根据本发明的第2实施方式，在第1实施方式的驻极体元件中，优选地，驻极体膜含有碱离子，并通过加热并施加电压来得到。

根据本发明的第3实施方式，在第1或第2实施方式的驻极体元件中，优选地，还具有电极，所述电极具有形成有所述驻极体膜的侧壁的梳齿，其中，所述保护膜形成于所述侧壁。

根据本发明的第4实施方式，在第3实施方式的驻极体元件中，优选地，电极包括第1电极和第2电极；第1电极设置有作为梳齿的第1梳齿，第2电极设置有作为梳齿的第2梳齿；所述第1梳齿具有第1侧壁作为侧壁，所述第2梳齿具有第2侧壁作为侧壁，所述第1梳齿与所述第2梳齿相互啮合，以使得所述第1侧壁与所述第2侧壁保持预定的间隔而相对。

根据本发明的第5实施方式，话筒作具有如第4实施方式记载的驻极体元件来作为静电感应型电机转换元件。

根据本发明的第6实施方式，驻极体元件的制造方法包括：在基板上，形成含有碱离子的氧化硅膜；在所述氧化硅膜之上，通过原子层沉积法沉积氧化铝；以及加热所述基板并施加电压从而使得所述碱离子移动，由此进行电动极化。

根据本发明的第7实施方式，在第6实施方式的驻极体元件的制造方法中，优选地，所述基板具有第1梳齿与第2梳齿，所述电动极化是通过加热所述基板，并在所述第1梳齿与所述第2梳齿之间施加电压，使得所述碱离子移动来进行的。

发明效果

根据本发明，能够提供显示良好的成膜性、显示良好的耐湿性、具有良好的电荷稳定性的驻极体元件。本发明不仅对于平板等简单结构，对于具有相对电极间的间隔与梳齿的厚度尺寸之间的长径比高的梳齿结构的驻极体元件也有效。另外，如果将该驻极体元件搭载于话筒中，能够提供具有良好的电荷稳定性的话筒。

附图说明

图1是显示本发明的一个实施方式的驻极体元件的图。

图2是对于用于制备驻极体元件的成膜进行说明的图。

图3是含有K⁺离子的SiO₂膜的形成方法的示意图。

图4是用于说明原子层沉积法(ALD法)的工艺流程的图。

图5示出了将与由本实施方式的ALD法沉积的氧化铝膜相关的数据进行总结的表。

图6是用于对驻极体元件的极化方法进行说明的图。

图7是关于电荷稳定性，将本实施方式的驻极体元件与对表面进行HMDS处理的驻极体元件进行比较的图。

图8是表示搭载了驻极体元件的话筒的图。

具体实施方式

本说明书中，将对电介质施加电压等使其维持带电的部件称作驻极体。将对电介质施加电压等使其维持带电这一动作称作驻极体化。将驻极体的膜称作驻极体膜。将使用驻极体的元件称作驻极体元件。另外，本说明书中，将碱金属元素的阳离子、碱土类金属元素的阳离子统称为碱离子。

一、驻极体元件的实施方式

图1(a)示出了驻极体元件20(振动元件20)的结构简略图。图1(b)是后述的梳齿电极211、221的周边的放大图。

如图1(a)所示，驻极体元件20具有可动电极21与固定电极22。可动电极21中设置有多个立体型的梳齿电极211。固定电极22中设置有多个立体型的梳齿电极221。梳齿电极211、221的个数，可以根据驻极体元件20的输出状况进行适当增减并制备。

如图1(b)所示，梳齿电极211具有厚度方向的长度为L1的侧壁212。梳齿电极221具有厚度方向的长度为L2的侧壁222。梳齿电极211与梳齿电极221隔开预定的间隔G，以使侧壁212、222相对而相互啮合。需要说明的是，本实施方式中，长度L1、L2分别为20μm左右，间隔G为1μm左右。

在可动电极21及固定电极22的表面(包扩侧壁212、222)，形成有后述的含有K⁺离子的SiO₂膜的驻极体膜。在该驻极体膜之上，通过后述的ALD法形成有氧化铝膜。该氧化铝膜作为提高耐湿性、提高电荷稳定性的保护膜而设置。

在图1(a)中，可动电极21由具有弹性的未图示的支持体所支持，由于来自外部的振动而发生振动。该支持体通过制造可动电极21与固定电极22的制造工艺而一起制造。

当可动电极21发生振动，梳齿电极211与梳齿电极221的相对位置关系会发生变化，从输出端子23与输出端子24之间会有输出电压输出。需要说明的是，将输出作为电流进行利用的情况下，例如，取代输出电阻25，使用连接整流电路、进而将整流后的DC电流进行蓄积的电容。

图2是对于在制备驻极体元件20时进行的成膜进行说明的图。如图2(a)所示，在Si基板1之上，形成含有K⁺离子的SiO₂膜2。对于该SiO₂膜2的形成方法，后续说明。该SiO₂膜2所含有的K⁺离子，在常温下不能在SiO₂膜2内进行移动。

接下来，如图2(b)所示，在SiO₂膜2之上，通过原子层沉积法(ALD：Atomic>2O₃)5。该氧化铝膜5是作为用于提高耐湿性、提高电荷稳定性的保护膜而设置的。需要说明的是，对于通过ALD法的氧化铝膜5的形成，后续说明。

图3示意性地示出了含有K⁺离子的SiO₂膜2的形成方法。该方法利用被称作所谓湿式氧化方法的、在Si基板上形成SiO₂膜的方法。

在纯水中溶解了KOH的水溶液中通入N₂气，则在该N₂中包含含有K⁺离子的水蒸汽。该N₂气在流入加热炉12内的同时，加热设置在加热炉12内的作为驻极体元件的基板的Si基板1，则在Si基板1的表面形成含有K⁺离子的SiO₂膜2。

以上，对于K⁺离子的例子进行了说明，但通过使用在纯水中溶解了适当物质的水溶液，对于其他碱离子，即碱金属元素的阳离子、碱土类金属元素的阳离子，也可以同样地含有在SiO₂膜中。

图4是用于说明本实施方式的ALD法的流程的工艺流程图。

本实施方式的ALD法，称作等离子活性化ALD法，是将第1前驱体(Precursor)吸附在被沉积物的表面，将第2前驱体进行等离子化并使其与第1前驱体反应由此进行沉积的方法。

利用图4，对氧化铝膜5的制备方法进行说明。

在步骤S1中，将图2(a)所示的Si基板(以下称作基板)放入真空处理装置的反应腔内。在步骤S2中，向反应腔内填充氮气。

在步骤S3中，将基板加热至预定温度。在本实施方式中，设定为300℃。需要说明的是，本实施方式的ALD法的等离子活性化ALD法，在常温下也可以成膜。

在步骤S4中，向反应腔内导入作为第1前驱体的三甲基铝(TMA：Al(CH₃)₃)，以在基板表面吸附三甲基铝。该吸附后，在步骤S5中，向反应腔内填充氮气。此时，将未吸附在基板表面的剩余的三甲基铝排出反应腔外。

在步骤S6中，向反应腔内导入作为第2前驱体的氧气。并且，将该氧气通过300W的输出进行等离子化，使其与吸附在基板表面的三甲基铝反应。其结果，在基板表面形成氧化铝。此后，在步骤S7中，向反应腔内填充氮气，以将反应副产物排出反应腔外。

将该步骤S4～S7的步骤作为1次循环。需要说明的是，1次循环内在步骤S4中在基板表面吸附的三甲基铝层的厚度为三甲基铝的1个分子的厚度，因此，由步骤S6所形成的氧化铝，仅形成了1个原子层。

在步骤S8中，判断是否进行了预定次数的上述循环。当判断为“否”时进行步骤S4，当判断为“是”进行步骤S9。也就是说，仅重复进行预定次数的、包含步骤S4～S7的上述循环。需要说明的是，不是以循环的次数为基准，而是以氧化铝膜5的厚度为基准进行成膜的情况下，需要事前进行预备实验以调查每次循环的沉积物的厚度。虽然未图示，在本实施方式中，事前进行了预备实验，从进行了200次循环时的厚度为21.75nm算出每次循环的沉积物的厚度为基于该每次循环的沉积物的厚度，在本实施方式的驻极体元件的表面，进行184次循环(预定次数)的沉积以形成20nm的氧化铝膜5(参考图5)。

重复进行预定次数的循环的沉积之后，在步骤S9将基板冷却，从反应腔取出。

图5示出了关于在本实施方式的驻极体元件表面设置的氧化铝膜5相关的数据表。通过上述预备实验，可以得到几乎是期望的厚度的20.43nm的氧化铝膜5。

如上所述，梳齿电极的侧壁的厚度方向的长度L1、L2为20μm左右。另一方面，梳齿电极的间隔G为1μm左右。如此，对于相对于间隔G而言长度L1、L2较长的高长径比的结构的表面，根据本实施方式的ALD法的氧化铝膜，显示出均匀的成膜性。其结果，显示了良好的耐湿性，因此，如后所述，能够提高驻极体元件20的电荷稳定性(参考图7)。

图6(a)是用于对驻极体元件20的可动电极21、固定电极22的极化方法进行说明的图。图6(b)是显示驻极体元件20中的可动电极21的梳齿电极211以及固定电极22的梳齿电极221的表面附近的横截面的示意图。

在本实施方式中，对驻极体元件20的可动电极21、固定电极22的极化，通过日本特开2013-13256号公报记载的Bias-Temperature法(B-T法，偏压-温度法)。如图6(a)所示，将可动电极21与直流电源30的负极侧相连，将固定电极22与直流电源30的正极侧相连，在将可动电极21及固定电极22加热至630℃的状态下，在可动电极21与固定电极22之间施加直流电压，由此来使其极化。通过该极化工艺，在梳齿电极211中，SiO₂膜2所含有的K⁺离子在SiO₂膜2内向着图示的左方向，即Si基板1侧移动。另一方面，在梳齿电极221中，SiO₂膜2所含有的K⁺离子在SiO₂膜2内向着图示左方向，即氧化铝膜5侧移动。在梳齿电极211、221，在上述K⁺离子在SiO₂膜2内移动后，在保持施加直流电压的状态下使可动电极21及固定电极22的温度回到常温，将K⁺离子在SiO₂膜2内固定在所移动的位置处，以将梳齿电极211、221中的SiO₂膜2分别进行驻极体化。此后，结束施加直流电压。通过上述工艺，如图6(b)所示，梳齿电极211的表面附近带负电，梳齿电极221的表面附近带正电。

本实施方式的驻极体元件，具有以下结构，发挥以下的作用效果。

(1)在驻极体元件20中，形成有含有氧化硅(SiO₂)的膜2，在膜2之上，形成有通过原子层沉积法(ALD法)沉积的氧化铝的保护膜5。

由此，能够得到提高了耐湿性、抑制带电劣化、具有良好的电荷稳定性的驻极体元件。

(2)膜2是在含有K⁺离子的状态下形成的，通过加热并施加电压进行驻极体化。

由此，与通过电晕放电制备的驻极体膜相比较，具有良好的电荷稳定性。

(3)在梳齿电极211、221的侧壁212、222上，形成有驻极体膜2。在侧壁212、222上所形成的驻极体膜2之上，形成有作为保护膜的氧化铝膜5。

由此，能够提高在称作梳齿电极211、221的侧壁212、222的、难以进行保护膜的成膜的具有高长径比的部分的耐湿性，能够有助于驻极体元件20的良好的电荷稳定性。

需要说明的是，对于称作梳齿电极211、221的侧壁212、222的、难以进行成膜的部分，进行保护膜的成膜，可以利用ALD法来进行。

图7是对于在表面上述设置了氧化铝膜5的保护膜的本实施方式的驻极体元件(以下称作ALD品)的电荷稳定性，与在专利文献2等所记载的对表面进行HMDS处理的驻极体元件(以下称作HMDS品)的电荷稳定性进行比较的图。如图7所示可知，对于HMDS品，在经过大致10小时后电荷不能保持。另一方面，对于ALD品，即使经过了10小时之后也能够保持电荷。这可以理解为，本实施方式的形成有氧化铝膜5的驻极体元件20的电荷稳定性是良好的。

二、话筒的实施方式

图8示出了在电容话筒50(condenser microphone 50)中作为静电感应型电机转换元件而搭载有驻极体元件20的一例的示意图。电容话筒50具有横隔膜51、背板52、连接横隔膜51与背板52的绝缘性的支持部件53以及驻极体元件20。

驻极体元件20具有可动电极21、固定电极22、可动电极21的输出端子23和固定电极22的输出端子24。可动电极21设置于横隔膜51上。固定电极22设置于背板52上。

可动电极21与固定电极22，具有极性相互不同的驻极体膜，因此在可动电极21与固定电极22之间产生电场。横隔膜51接受声音等波动而发生振动，随之可动电极21发生振动，与固定电极22之间的相对位置发生变化。由此，在输出端子23与输出端子24之间的电压发生变化。通过检测该电压变化，能够推定使得横隔膜51振动的声音等波动。

如下的变形也属于本发明范围内。

在以上的实施方式中，利用湿式氧化法形成含有碱离子的氧化硅膜，在其之上作为保护膜而设置通过ALD法制备的氧化铝膜，通过Bias-Temperature法(B-T法)对氧化硅膜进行驻极体化，得到驻极体元件，但本发明不限于此。本实施方式的由ALD法制备的氧化铝膜而形成的保护膜，也可以使用由电晕放电进行驻极体化的氧化硅膜等。

本发明不限于以上示出的内容。在本发明的技术思想的范围内可以考虑到的其他的方式也包含在本发明的范围内。例如，在以上的实施方式中，示出了在具有梳齿电极的元件的表面通过ALD法设置保护膜的例子，但由于对于如该元件这样具有复杂结构的表面也可以适用本发明，当然，对于如平板状的元件这样简单形状的元件，也能够适用本发明。

优先权基础申请(日本国专利申请2014年第215229号，2014年10月22日申请)所公开的内容，通过援引引入本说明书中。

附图标记说明

1：Si基板

2：SiO₂膜(驻极体膜)

5：氧化铝膜(保护膜)

20：驻极体元件

21：可动电极

22：固定电极

23、24：输出端子

25：输出电阻

50：电容话筒(电容话筒)

51：横隔膜

52：背板

53：支持部件

211：梳齿电极

212：侧壁

221：梳齿电极

222：侧壁

G：间隔

L1、L2：长度