特許 5914684 ＭＥＭＳバックプレート、ＭＥＭＳバックプレートを備えたＭＥＭＳマイクロフォン、およびＭＥＭＳマイクロフォンの製造方法

(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】5914684

(24)【登録日】2016年4月8日

(45)【発行日】2016年5月11日

(54)【発明の名称】ＭＥＭＳバックプレート、ＭＥＭＳバックプレートを備えたＭＥＭＳマイクロフォン、およびＭＥＭＳマイクロフォンの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H04R 19/04 20060101AFI20160422BHJP

   H04R 31/00 20060101ALI20160422BHJP

【ＦＩ】

   H04R19/04

   H04R31/00 C

【請求項の数】6

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2014-540328(P2014-540328)

(86)(22)【出願日】2011年11月14日

(65)【公表番号】特表2014-533465(P2014-533465A)

(43)【公表日】2014年12月11日

(86)【国際出願番号】EP2011070067

(87)【国際公開番号】WO2013071950

(87)【国際公開日】20130523

【審査請求日】2014年7月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】300002160

【氏名又は名称】エプコス アクチエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＥＰＣＯＳ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】100090022

【弁理士】

【氏名又は名称】長門 侃二

(72)【発明者】

【氏名】ヨハンセン ライフ ステーン

(72)【発明者】

【氏名】ラフンキルデ， ヤン トゥ

(72)【発明者】

【氏名】ロンバッハ ピルミン

(72)【発明者】

【氏名】ラスムッセン クルト

(72)【発明者】

【氏名】モーテンセン， デニス

【審査官】 松田 直也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２４３７６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０９８４５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｒ １９／０４

Ｈ０４Ｒ ３１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＭＥＭＳマイクロフォン（ＭＭ）であって、
ＭＥＭＳバックプレート（ＢＰ）と、
基板（ＳＵ）と、
メンブレン（Ｍ）と、
アンカー部材（ＡＥ）とを備え、
前記ＭＥＭＳバックプレート（ＢＰ）は、中央領域（ＣＡ）と、当該中央領域（ＣＡ）における穿孔部（ＰＦ）と、当該中央領域（ＣＡ）を少なくとも部分的に包囲するサスペンション領域（ＳＵＡ）と、当該サスペンション領域（ＳＵＡ）における複数の開口部（ＡＳ）とを備え、
前記メンブレンＭは、前記基板（ＳＵ）と前記アンカー部材（ＡＥ）との間に配設されており、
前記ＭＥＭＳバックプレートの前記サスペンション領域（ＳＵＡ）は、前記アンカー部材（ＡＥ）に結合されており、
前記複数の開口部（ＡＳ）のそれぞれは複数の開口（ＡＰ）を備え、
前記ＭＥＭＳバックプレートの前記複数の開口部（ＡＳ）のそれぞれは、前記アンカー部材（ＡＥ）内に配設されている複数のキャビティ（ＣＶ）のそれぞれの上に配設されている、
ことを特徴とするＭＥＭＳマイクロフォン。

【請求項2】

前記サスペンション領域（ＳＵＡ）が前記中央領域（ＣＡ）を完全に包囲していることを特徴とする、請求項１に記載のＭＥＭＳマイクロフォン。

【請求項3】

前記サスペンション領域（ＳＵＡ）は、複数の開口（ＡＰ）を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のＭＥＭＳマイクロフォン。

【請求項4】

前記開口部（ＡＳ）は、隣接する開口部（ＡＳ）に対して等間隔に配設されていることを特徴とする、請求項３に記載のＭＥＭＳマイクロフォン。

【請求項5】

ＭＥＭＳマイクロフォンの製造方法であって、
基板（ＳＵ）を準備するステップと、
前記基板（ＳＵ）上のメンブレン（Ｍ）をパターニングするステップと、
前記メンブレン（Ｍ）上のアンカー部材（ＡＥ）をパターニングするステップと、
前記アンカー部材（ＡＥ）上のバックプレート（ＢＰ）をパターニングして、バックプレートの中央領域（ＣＡ）において穿孔部（ＰＦ）を形成し、前記バックプレート（ＢＰ）のサスペンション領域（ＳＵＰ）において開口（ＡＰ）を形成するステップと、
前記開口（ＡＰ）より下の区域の前記アンカー部材（ＡＥ）の材料を除去するステップと、
を備えることを特徴とする方法。

【請求項6】

前記アンカー部材（ＡＥ）の材料は、ＶＨＦエッチング環境を用いて除去されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＭＥＭＳバックプレートと、寄生容量が低減されたＭＥＭＳバックプレートとに関し、またこのようなマイクロフォンの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＭＥＭＳマイクロフォンは、通常、導電性のバックプレートと、このバックプレートから距離を置いて配設された導電性の可撓性膜とを備えている。このバックプレートおよびメンブレンは、コンデンサの電極となっている。バイアス電圧がこれらの電極に印加されると、受信した音響信号信号により生じたメンブレンの振動が電気信号に変換される。さらなる信号処理のために、ＭＥＭＳマイクロフォンは、ＡＳＩＣ（Application-specific Integrated Circuit）チップを備えてよい。

【0003】

このようなマイクロフォンは、中央部に、音響的活性領域およびサスペンション領域を有する。この中央領域は、音響的に不活性なサスペンション領域で包囲されている。このサスペンション領域内には、バックプレートおよび／またはメンブレンを、機械的および／または電気的に接続するサスペンション手段が、基板材料の上に配設されている。ＭＥＭＳマイクロフォンを構築するために、層の堆積、フォトレジストフィルムの堆積、フォトレジストフィルムのパターニング、およびパターニングされた層の部分的除去のような半導体デバイスの製造プロセスが用いられてよい。サスペンション手段が必要であるということから、コンデンサは、その中央領域から離れた、マイクロフォンの信号品質を劣化させる音響的不活性領域を有する。この劣化は、寄生容量によるものである。これに対応した信号の減衰Ｈ_cは式（１）のようになり、
Ｈ_c＝Ｃ_m／（Ｃ_m＋Ｃ_i＋Ｃ_p） ．．． （１）
ここでＣ_iは、電気信号の処理に適合したＡＳＩＣの入力容量である。Ｃ_pは、寄生容量すなわちこのコンデンサの音響的不活性領域の容量である。Ｃ_mは、中央領域の容量とサスペンション領域の容量とを含む全容量である。寄生容量を低減することは、信号の劣化を低減することになり、したがってマイクロフォンの信号品質を改善することになる。

【0004】

Ｃ_pは主に、音響的に不活性な、サスペンション領域とメンブレンのサスペンション領域に重なるバックプレートの領域に依存する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

したがって、本発明の課題は、寄生容量が低減されたＭＥＭＳマイクロフォンに用いることができるＭＥＭＳバックプレートを提供することであり、寄生容量を低減したＭＥＭＳマイクロフォンおよびこのようなマイクロフォンの製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

このため、独立請求項は、ＭＥＭＳバックプレート、ＭＥＭＳマイクロフォン、およびこのようなマイクロフォンの製造方法を提供する。従属請求項は、本発明の好ましい実施形態を記載する。

【0007】

ＭＥＭＳマイクロフォンは、ＭＥＭＳバックプレートと、基板と、メンブレンと、アンカー部材とを備える。このＭＥＭＳバックプレートは、中央領域と、この中央領域における穿孔部と、サスペンション領域と、このサスペンション領域における複数の開口部とを備える。このサスペンション領域は、上記の中央領域を少なくとも部分的に包囲している。メンブレンは、基板とアンカー部材との間に配設されている。ＭＥＭＳバックプレートのサスペンション領域は上記のアンカー部材に結合されている。上記の複数の開口部のそれぞれは複数の開口を備える。上記のＭＥＭＳバックプレートの複数の開口部のそれぞれは、上記のアンカー部材内に配設されている複数のキャビティのそれぞれの上に配設されている。

【0008】

ここでは、「穿孔部」なる表現は、中央領域における（複数の）穴のことであり、「開口」とはＭＥＭＳバックプレートのサスペンション領域における（複数の）穴のことである。これらの種類の穴はともに、正方形パターンまたは六角形パターンのような規則的パターンあるいは不規則なパターンで配設されてよい。規則的パターンの穴に加えて、格子位置に不規則に穴を追加することも可能である。このような追加の穴はより大きな穴であっても、より小さな穴であってもよい。開口は穿孔部の穴より大きくてよく、あるいはその逆であってもよい。この開口が穿孔部の穴と同じ大きさの穴を有することも可能である。

【0009】

望ましくない寄生容量は、バックプレートの音響的不活性領域すなわちサスペンション領域とメンブレン領域との総計に依存する。さらに、コンデンサ容量は、これらの電極の間の誘電率に依存する。

【0010】

バックプレートのサスペンション領域の開口は、音響的に不活性ではあるが電気的に活性なバックプレートの導電性領域の総計を低減し、対応するＭＥＭＳマイクロフォンの信号品質を改善する結果となる。

【0011】

このサスペンション領域は、このサスペンション領域における２つ以上たとえば複数の開口を備えてよい。

【0012】

このようなＭＥＭＳバックプレートが、対応するＭＥＭＳマイクロフォンの寄生容量を低減すること、またバックプレートのサスペンション領域は低減するが、機械的に安定なマイクロフォンが得られることが見出された。

【0013】

さらに、バックプレートのサスペンション領域における開口部が、機械的安定性を維持しつつ、さらに寄生容量が低減されたＭＥＭＳマイクロフォンの製造方法を可能とすることが見出された。

【0014】

１つの実施形態においては、このサスペンション領域は、中央領域を完全に包囲している。次に、対応するＭＥＭＳマイクロフォンの最適な機械的安定性を可能とするＭＥＭＳバックプレートが設けられる。

【0015】

このＭＥＭＳマイクロフォンおよび／またはこれに対応するメンブレンは、円形または楕円形の形状を有して良い。さらにこのＭＥＭＳバックプレートおよびメンブレンが、矩形または正方形の形状を有することも可能である。

【0016】

１つの実施形態においては、このサスペンション領域は複数の開口を備える。

【0017】

１つの実施形態においては、このＭＥＭＳバックプレートは、開口部に含まれる複数の開口を備える。このように、これらの開口は開口部に集中しており、このサスペンション領域の他の部分は開口を備えておらず、これらに要求された安定したサスペンションのための機械的剛性を保持している。

【0018】

このようにして、ＭＥＭＳバックプレートは電気的容量および機械的安定性に関して最適化されることができる。

【0019】

１つの実施形態においては、ＭＥＭＳバックプレートは、隣接する開口部と等間隔に配設された開口部を有する。こうしてこれらの開口部は、サスペンション領域内で対称的なパターンで配設することができる。

【0020】

ＭＥＭＳマイクロフォンは、上記のバックプレートを１つ備えてよい。このマイクロフォンはさらに、基板と、メンブレンと、アンカー部材とを備えてよい。このメンブレンは、基板とアンカー部材との間に配設されている。このバックプレートのサスペンション領域は、上記のアンカー部材に結合されている。

【0021】

１つの実施形態においては、アンカー部材は結合部を備える。ＭＥＭＳバックプレートのサスペンション領域は、複数の開口部を備え、各々の開口部は少なくとも１つの開口を備えている。アンカー部材の結合部は、バックプレートのサスペンション領域に結合されている。次に、バックプレートの開口部が、アンカー部材内のキャビティの上に配設される。サスペンション領域の開口部の対称的な配置に対応して、これと同じ対称性で、ただしこれらの開口部のパターンから相対的にオフセットされて、結合部材が配設されてよい。

【0022】

このアンカー部材内にキャビティを設けることによって寄生容量が低減されることが見出された。このアンカー部材は誘電体材料から成っていてよい。この寄生容量は、このアンカー部材の誘電率に依存する。このキャビティ内にアンカー部材の誘電体材料が無いことで、これより、この寄生容量はアンカー部材の材料より小さな、真空あるいは大気としての誘電率を有する。このアンカー部材は、まだバックプレートのサスペンション領域に結合されている結合部を備えているので、機械的に安定なマイクロフォンが得られる。

【0023】

このように、１つの実施形態においては、これらのキャビティはアンカー部材内に配設されている。

【0024】

ＭＥＭＳマイクロフォンの製造方法は、以下のステップを備える。
−基板を準備するステップ。
−この基板上のメンブレンをパターニングするステップ。
−このメンブレン上のアンカー部材をパターニングするステップ。
−このアンカー部材上のバックプレートをパターニングして、バックプレートの中央領域において穿孔部を形成し、このバックプレートのサスペンション領域において開口を形成するステップ。
−これらの開口より下の区域のアンカー部材の材料を除去するステップ。

【0025】

このようにして、これらの開口は、バックプレートのサスペンション領域内で、コンデンサの電気的に活性な領域を低減するだけでなく、寄生容量を低減することになる。これらの開口はさらに、これらが、ＭＥＭＳマイクロフォンの製造中にこの開口の穴を通して、このアンカー部材の材料を除去することを可能とするので、アンカー部材内でキャビティを形成することを可能とする。

【0026】

これらの開口部より下のアンカー部材の材料を除去する間に、バックプレートとメンブレンとの間のアンカー部材の材料を除去することが可能である。

【0027】

この方法の１つの実施形態においては、アンカー部材の材料はＶＨＦ（Vapor Hydro-Fluoric）エッチング環境を用いて除去される。

【図面の簡単な説明】

【0028】

本発明の基本的アイデアと実施形態が以下の概略図に示される。

【図1】ＭＥＭＳマイクロフォンの上面を示し、断面Ａおよび断面Ｂの位置を示す図である。

【図2A】図１の断面Ａを示す図である。

【図2B】図１の断面Ｂを示す図である。

【図3】バックプレートの縁部の拡大図を示す。

【図4】キャビティを備えたアンカー部材を示す図である。

【0029】

図１は、ＭＥＭＳマイクロフォンＭＭの上面を示す。このマイクロフォンＭＭは、その上にバックプレートＢＰが配設された基板ＳＵを備える。バックプレートＢＰは、中央領域ＣＡとサスペンション領域ＳＵＡとを備える。このサスペンション領域ＳＵＡは、中央領域ＣＡを包囲している。この中央領域ＣＡは、バックプレートＢＰの音響的活性領域である。これに対しサスペンション領域ＳＵＡは音響的不活性部であり、その式（１）の寄生容量Ｃ_pの寄与のために、一般的にマイクロフォンの信号品質を劣化させる。しかしながら、このバックプレートＢＰは、サスペンション領域ＳＵＡ内に開口部ＡＳを備えている。これらの開口部ＡＳは、図３に示すように複数の開口を備えている。これらの開口部ＡＳにおける開口のために、音響的不活性部であるが電気的に活性なサスペンション領域ＳＵＡが低減される。このようにして寄生容量Ｃ_pが低減される。

【0030】

さらに、これらの開口部ＡＳにおける開口は、さらに寄生容量が低減されたＭＥＭＳマイクロフォンを形成することを可能とする。これは１つの製造ステップの間に、この開口部の開口を経由して、バックプレートＢＰより下のアンカー部材の材料を除去することができるからである。これが断面Ａ，Ｂを示す図２Ａおよび図２Ｂに示されている。

【0031】

この開口部ＡＳは、それらの隣接する開口部ＡＳに対して等間隔に配設されている。

【0032】

図２Ａは、図１の断面Ａを示す。このＭＥＭＳマイクロフォンは、基板ＳＵ上に配設されているメンブレンＭを備える。アンカー部材ＡＥは、メンブレンＭ上に配設されている。バックプレートＢＰは、このアンカー部材ＡＥ上に配設されている。このアンカー部材ＡＥの結合部ＣＳは、バックプレートＢＰのサスペンション領域ＳＵＡに結合されている。このようにして、バックプレートＢＰとマイクロフォンの本体との間の機械的に安定した結合が得られる。バックプレートＢＰの音響的活性領域の穿孔部ＰＦは複数の穴を備える。

【0033】

図２Ｂは、図１の断面Ｂを示す。断面Ｂは、サスペンション領域ＳＵＡ内の開口部ＡＳを横断する。

【0034】

開口部ＡＳは、複数の開口ＡＰを備える。図２Ａに示す、この開口ＡＰの下のアンカー部材ＡＥの材料が除去される。こうして開口部ＡＳの下の（複数の）キャビティＣＶが得られる。これに対応して、空気や真空より大きな誘電率を有する誘電体材料がこれらのキャビティＣＶ内で空気または真空と交換されるので、寄生容量が低減される。

【0035】

図３はバックプレートの縁部の拡大図を示す。穿孔部ＰＦは、複数の穴ＨＯを備える。
穴ＨＯは６角形のパターンで配設されている。しかしながら、矩形または正方形のような他のパターンあるいは非規則的なパターンも可能である。開口部ＡＳは、複数の開口ＡＰを備える。この開口部ＡＳ、およびこれより開口ＡＰは、たとえばアンカー部材ＡＥを介してバックプレートＢＰをＭＥＭＳマイクロフォンの本体に結合する結合手段として機能するサスペンション領域ＳＵＡ内に、配設されている。

【0036】

開口部ＡＳ内の開口ＡＰもまた、６角形、３角形、矩形のパターンまたは非規則的パターンで配設されてよい。この開口部ＡＳ自体は、円形、矩形、正方形または不規則な形状であってよい。

【0037】

穿孔部の穴ＨＯは、上記の開口部内の開口より大きくてよく、あるいはこの逆であってもよい。これらの開口ＡＰと穿孔部ＰＦの穴ＨＯとは同じサイズであってもよい。

【0038】

これらの開口ＡＰおよび穴ＨＯは、同じ製造ステップの間に形成することが可能である。

【0039】

図４はキャビティＣＶを備える円形形状のアンカー部材ＡＥを示す。これらのキャビティＣＶは、アンカー部材ＡＥの平均誘電率を低減し、寄生容量Ｃ_pを低減する。キャビティＣＶの位置およびサイズは、機械的安定性と低減される寄生容量とに関して同時に最適化することができる。

【0040】

ＭＥＭＳバックプレート、ＭＥＭＳマイクロフォン、またはこのようなマイクロフォンの製造方法は、本明細書またはこれらの図に記載した実施形態に限定されない。さらなるパターニングされた部材を備えるバックプレート、さらなる層を備えるマイクロフォン、およびさらなる製造ステップを備えるマイクロフォンの製造方法が本発明に含まれる。

【符号の説明】

【0041】

Ａ：アンカー部材の中空でない部分を通る断面
ＡＥ：アンカー部材
ＡＰ：開口
ＡＳ：開口部
Ｂ：開口部を通る断面
ＢＰ：バックプレート
ＣＡ：中央領域
ＣＳ：結合部
ＣＶ：キャビティ
ＨＯ：穿孔部ＰＦの穴
Ｍ：メンブレン
ＭＭ：ＭＥＭＳマイクロフォン
ＰＦ：穿孔部
ＳＵ：基板
ＳＵＡ：サスペンション領域

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】