KR100619478B1 - Micro sound element having circular diaphragm and method for manufacturing the micro sound element - Google Patents

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KR100619478B1
KR100619478B1 KR1020050022564A KR20050022564A KR100619478B1 KR 100619478 B1 KR100619478 B1 KR 100619478B1 KR 1020050022564 A KR1020050022564 A KR 1020050022564A KR 20050022564 A KR20050022564 A KR 20050022564A KR 100619478 B1 KR100619478 B1 KR 100619478B1
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이운섭
김용철
이석우
이승섭
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한국과학기술원
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Abstract

본 발명은 원형 진동판을 갖는 마이크로 음향소자 및 그 제조 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 원형 진동판을 갖는 마이크로 음향소자는 실리콘 웨이퍼 상면에서 원형의 주위에 도핑된 붕소 도핑층과, 붕소 도핑층을 경계로 하여 함몰홈이 형성된 실리콘 웨이퍼와, 실리콘 웨이퍼 상에 저압화학기상증착된 실리콘 질화막으로 구성되는 제1절연막과, 제1절연막 상에 형성된 하부 도넛형 전극, 및 하부 도넛형 전극과 전기적으로 연결되는 하부 단자 전극으로 구성되는 하부 전극과, 하부 전극 상에 적층된 제2절연막과, 제2절연막 상에 형성된 압전 박막과, 압전 박막 상에 형성된 상부 도넛형 전극, 및 상부 도넛형 전극과 전기적으로 연결되는 상부 단자 전극으로 구성되는 상부 전극으로 구성된다. 이에 따라, 본 발명은 오랜 기간동안의 사용에도 구조적으로 파괴 등이 발생하지 않도록 내구성이 우수하고, 내부응력이 낮은 실리콘 질화막을 원형의 진동판으로 제작함으로써 진동에 의한 신호특성을 다른 형태의 진동판에 비하여 높게 할 수 있으며, 식각정지층으로서 붕소 도핑층을 사용하함으로써 원형의 진동판을 용이하게 제작할 수 있다.The present invention discloses a micro acoustic device having a circular diaphragm and a method of manufacturing the same. The micro-acoustic device having a circular diaphragm according to the present invention comprises a boron doped layer doped around a circle on a silicon wafer top surface, a silicon wafer having recessed grooves formed on the boron doped layer, and low pressure chemical vapor deposition on the silicon wafer. A lower electrode consisting of a first insulating film composed of a silicon nitride film, a lower donut electrode formed on the first insulating film, and a lower terminal electrode electrically connected to the lower donut electrode, and a second stacked on the lower electrode. And an upper electrode composed of an insulating film, a piezoelectric thin film formed on the second insulating film, an upper donut electrode formed on the piezoelectric thin film, and an upper terminal electrode electrically connected to the upper donut electrode. Accordingly, the present invention is excellent in durability to prevent structural damage and the like even after a long period of use, by producing a silicon nitride film with a low internal stress in a circular diaphragm, the signal characteristics due to vibration compared to other forms of diaphragm It can be made high and a circular diaphragm can be manufactured easily by using a boron doping layer as an etch stop layer.

실리콘, 진동판, 음향소자, 붕소, 멤브레인, 전극, 단자, 절연막 Silicon, diaphragm, acoustic element, boron, membrane, electrode, terminal, insulating film

Description

원형 진동판을 갖는 마이크로 음향소자 및 그 제조 방법{MICRO SOUND ELEMENT HAVING CIRCULAR DIAPHRAGM AND METHOD FOR MANUFACTURING THE MICRO SOUND ELEMENT}MICRO SOUND ELEMENT HAVING CIRCULAR DIAPHRAGM AND METHOD FOR MANUFACTURING THE MICRO SOUND ELEMENT}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 음향소자 제조 방법의 흐름도이다. 1 is a flowchart of a method of manufacturing a micro acoustic device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 마이크로 음향소자 제조용으로 준비된 실리콘 웨이퍼를 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a silicon wafer prepared for manufacturing a micro acoustic device according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 실리콘 산화막이 형성된 실리콘 웨이퍼를 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a silicon wafer on which a silicon oxide film is formed according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 상부 제1산화막이 식각되는 공정을 도시하는 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating a process of etching an upper first oxide film according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 붕소가 도핑되는 공정을 도시하는 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing a process in which boron is doped according to an embodiment of the present invention.

도 6은 제1산화막이 제거된 실리콘 웨이퍼의 단면도이다.6 is a cross-sectional view of a silicon wafer from which a first oxide film has been removed.

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 제2산화막과 제1절연막이 형성된 실리콘 웨이퍼의 단면도이다.7 is a cross-sectional view of a silicon wafer on which a second oxide film and a first insulating film are formed according to an embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 실시예에 따라 함몰홈이 가공된 실리콘 웨이퍼의 단면도이 다.8 is a cross-sectional view of a silicon wafer having a recessed groove according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 9는 함몰홈이 가공된 실리콘 웨이퍼를 상부에서 바라본 평면도이다.9 is a plan view of the silicon wafer processed with the recessed groove viewed from above.

도 10은 본 발명의 실시예에 따라 하부전극을 형성하는 공정의 평면도이다.10 is a plan view illustrating a process of forming a lower electrode according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 11은 본 발명의 실시예에 따라 제2절연막을 형성시키는 공정을 도시하는 평면도이다.11 is a plan view showing a step of forming a second insulating film in accordance with an embodiment of the present invention.

도 12는 본 발명의 실시예에 따라 압전 박막을 형성하는 공정을 나타내는 평면도이다.12 is a plan view illustrating a process of forming a piezoelectric thin film according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 13a는 본 발명의 실시예에 따라 상부 전극을 형성하는 공정을 나타내는 평면도이고, 도 13b는 도 13a의 A-A 선의 단면도이다. FIG. 13A is a plan view illustrating a process of forming an upper electrode according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 13B is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. 13A.

♣도면의 주요부분에 관한 부호의 설명♣♣ Explanation of symbols for main parts of drawing ♣

1: 실리콘 웨이퍼 2: 제1산화막1: silicon wafer 2: first oxide film

3: 붕소 4: 붕소 도핑층3: boron 4: boron doped layer

5: 원형 진동판 6: 제2산화막5: circular diaphragm 6: second oxide film

8: 제1절연막 9: 함몰홈8: first insulating film 9: recessed groove

10: 하부 전극 12: 하부 단자 전극10: lower electrode 12: lower terminal electrode

14: 하부 도넛형 전극 16: 하부 전극 연결선14: lower donut electrode 16: lower electrode connecting line

22: 제2절연막 24: 압전 박막22: second insulating film 24: piezoelectric thin film

30: 상부 전극 32: 상부 단자 전극30: upper electrode 32: upper terminal electrode

34: 상부 도넛형 전극 36: 상부 전극 연결선34: upper donut electrode 36: upper electrode connection line

본 발명은 원형 진동판을 갖는 마이크로 음향소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 저압화학기상증착되어 내부응력이 낮은 실리콘 질화막의 저면을 노출시키는 함몰홈을 형성시켜 실리콘 질화막이 원형의 진동판 기능을 할 수 있도록 하는 원형 진동판을 갖는 마이크로 음향소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a micro-acoustic device having a circular diaphragm and a method of manufacturing the same, and in particular, the silicon nitride film can function as a circular diaphragm by forming a recessed groove for exposing the bottom surface of the silicon nitride film having low internal pressure by low pressure chemical vapor deposition. The present invention relates to a micro acoustic device having a circular diaphragm and a method of manufacturing the same.

초소형 마이크로폰에 대한 연구는 크게 저항형, 콘덴서형 및 압전형으로 구분되어 진행되고 있다. 저항형 마이크로폰은 진동을 받으면 저항이 변하는 원리를 이용한 것이다. 이러한 저항형 마이크로폰은 주위 온도의 변화에 따라서 저항값의 오차가 커진다는 단점을 갖는다.Research into micro microphones has been largely divided into resistance type, condenser type and piezoelectric type. Resistive microphones use the principle that resistance changes when subjected to vibration. Such a resistance microphone has a disadvantage that the error of the resistance value increases with the change of the ambient temperature.

콘덴서형 마이크로폰은 콘덴서의 한 극은 고정되고 다른 한 극은 다이어프램의 기능을 한다. 소리진동에 의하여 공기 분자가 운동하면 다이어프램이 진동한다. 다이어프램은 그 진동에 의하여 고정된 극과의 간격이 변한다. 결과적으로, 정전용량이 변화함에 따라 전압이 발생된다. 콘덴서형 마이크로폰은 주파수의 응답 특성이 다른 형태에 비하여 더 우수하다. 그러나, 콘덴서형 마이크로폰은 고정된 극과 다이어프램 기능을 하는 극의 사이에 항상 직류전압이 인가되어야 하는 단점을 갖는다.Condenser microphones function as one pole of the condenser and the other as a diaphragm. When air molecules move by sound vibration, the diaphragm vibrates. The diaphragm changes its distance from the fixed pole due to its vibration. As a result, a voltage is generated as the capacitance changes. Condenser microphones have better frequency response than other types. However, the condenser microphone has a disadvantage in that a DC voltage must always be applied between the fixed pole and the diaphragm pole.

압전형 마이크로폰은 압전 물질에 전극을 연결시켜 제작되는 마이크로폰이다. 압전 물질은 전류가 인가되면 물질의 압력이 변하고, 압력이 가해지면 물질에 전류가 흐르는 특성을 갖는다. 그에 따라, 압전 물질에 소리진동의 물리적인 압력 이 가해지는 경우, 압전 물질 양단에 전위차가 발생한다. Piezoelectric microphones are microphones made by connecting electrodes to piezoelectric materials. The piezoelectric material has a characteristic in which a pressure of the material changes when a current is applied, and a current flows in the material when a pressure is applied. Accordingly, when the physical pressure of sound vibration is applied to the piezoelectric material, a potential difference occurs across the piezoelectric material.

이와 같이, 압전 물질에 전위차가 발생되는 피에조 효과를 이용한 초소형 마이크로폰의 예로서 일단이 앵커에 고정되는 캔틸레버형이 있다. 캔틸레버형 마이크로폰은 가로세로비가 큰 긴 사각형 형상의 막에 압전 물질을 형성시키고, 캔틸레버의 진동을 통하여 발생하는 전위차를 이용한다. 캔틸레버형 마이크로폰은 캔틸레버의 전체 길이 중 일부만이 앵커에 고정되고 대부분이 공중에 떠있는 상태로 제작된다.As such, there is a cantilever type in which one end is fixed to the anchor as an example of the micro microphone using the piezo effect in which the potential difference is generated in the piezoelectric material. The cantilever-type microphone forms a piezoelectric material in a long rectangular film having a high aspect ratio, and uses a potential difference generated through vibration of the cantilever. Cantilever microphones are built with only a small part of the cantilever's total length secured to the anchor, with most of it floating in the air.

이와 같이, 종래의 저항형 마이크로폰과 콘덴서형 마이크로폰의 문제점을 개선하기 위하여 캔틸레버 형상을 갖는 압전형 마이크로폰이 개발되고 있다. 그러나, 캔틸레버형 마이크로폰은 전체 길이 중 일부만이 고정되기 때문에 진동에 의한 모멘트가 크게 작용하여 결과적으로 마이크로폰의 내구성이 떨어지게 되는 단점을 갖는다. 이를 극복하기 위하여, 캔틸레버가 아닌 다른 형태의 구조물로 마이크로 음향 장치를 제작하려는 시도가 있으나, 이러한 마이크로 음향 장치는 길이가 긴 막대형의 구조물에 비하여 진동 특성이 떨어지는 문제점을 갖는다.As such, piezoelectric microphones having a cantilever shape have been developed to improve the problems of conventional resistance microphones and condenser microphones. However, the cantilever-type microphone has a disadvantage that since only a part of the entire length is fixed, the moment due to vibration acts largely, resulting in poor durability of the microphone. In order to overcome this, there have been attempts to fabricate the micro-acoustic device with a structure other than the cantilever, but such a micro-acoustic device has a problem in that vibration characteristics are inferior to a rod-shaped structure having a long length.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 오랜 기간동안의 사용에도 구조적으로 파괴 등이 발생하지 않도록 내구성이 우수한 원형 진동판을 갖는 마이크로 음향소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a micro-acoustic device having a circular diaphragm excellent in durability such that structural damage does not occur even after long-term use and its manufacturing method Is to provide.

본 발명의 다른 목적은 원형의 진동판을 제작함으로써 진동에 의한 신호특성 을 다른 형태의 진동판에 비하여 높은 원형 진동판을 갖는 마이크로 음향소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다. Another object of the present invention is to provide a micro-acoustic device having a circular diaphragm and a method of manufacturing the same, by producing a circular diaphragm, which has higher signal characteristics due to vibration than other diaphragms.

본 발명의 또 다른 목적은 내부응력이 낮은 실리콘 질화막을 진동판으로 사용함으로써 진동감지에 대한 오차를 줄일 수 있는 원형 진동판을 갖는 마이크로 음향소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.Still another object of the present invention is to provide a micro acoustic device having a circular diaphragm capable of reducing an error on vibration detection by using a silicon nitride film having a low internal stress as the diaphragm, and a method of manufacturing the same.

본 발명의 또 다른 목적은 식각정지층으로서 붕소 도핑층을 사용하여 식각함으로써 원형의 진동판을 용이하게 제작할 수 있는 원형 진동판을 갖는 마이크로 음향소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.It is still another object of the present invention to provide a micro acoustic device having a circular diaphragm capable of easily producing a circular diaphragm by etching using a boron doped layer as an etch stop layer, and a method of manufacturing the same.

본 발명의 상술한 목적, 장점들 및 신규한 특징들은 첨부한 도면들을 참조하여 설명되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이나, 첨부한 도면들은 본 발명을 명확하게 기술하고자 하는 것으로서 본 발명의 보호범위가 도면에 나타난 구성에 국한되지는 않는다.The above objects, advantages, and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments described with reference to the accompanying drawings, but the accompanying drawings are intended to clearly describe the present invention. The protection scope of the present invention is not limited to the configuration shown in the drawings.

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징으로서, 본 발명에 따른 원형 진동판을 갖는 마이크로 음향소자는 실리콘 웨이퍼 상면에서 원형의 주위에 도핑된 붕소 도핑층과, 붕소 도핑층을 경계로 하여 함몰홈이 형성된 실리콘 웨이퍼와, 실리콘 웨이퍼 상에 저압화학기상증착된 실리콘 질화막으로 구성되는 제1절연막과, 제1절연막 상에 형성된 하부 도넛형 전극, 및 하부 도넛형 전극과 전기적으로 연결되는 하부 단자 전극으로 구성되는 하부 전극과, 하부 전극 상에 적층된 제2절연막과, 제2절연막 상에 형성된 압전 박막과, 압전 박막 상에 형성된 상부 도넛형 전극, 및 상부 도넛형 전극과 전기적으로 연결되는 상부 단자 전극으로 구성되는 상부 전극을 포함한다. As a feature of the present invention for achieving the object of the present invention, the micro-acoustic device having a circular diaphragm according to the present invention has a boron doped layer and a boron doped layer doped around the circle on the upper surface of the silicon wafer. A lower terminal electrically connected to a first insulating film comprising a silicon wafer having a recessed groove, a silicon nitride film deposited on the silicon wafer by low pressure chemical vapor deposition, a lower donut electrode formed on the first insulating film, and a lower donut electrode A lower electrode composed of an electrode, a second insulating film stacked on the lower electrode, a piezoelectric thin film formed on the second insulating film, an upper donut electrode formed on the piezoelectric thin film, and an upper electrically connected to the upper donut electrode And an upper electrode composed of a terminal electrode.

본 발명의 다른 특징으로서, 본 발명에 따른 원형 진동판을 갖는 마이크로 음향소자의 제조 방법은 실리콘 웨이퍼에 제1산화막을 형성하는 단계와, 실리콘 웨이퍼의 상면에 형성된 제1산화막의 원형의 주위를 식각하는 단계와, 식각된 부분을 통하여 실리콘 웨이퍼의 상면에 붕소를 도핑하는 단계와, 제1산화막을 제거하고, 실리콘 웨이퍼 상에 제2산화막을 형성하는 단계와, 제2산화막 상에 제1절연막을 형성하는 단계와, 제2산화막의 상면에 형성된 제1절연막의 저면을 노출시키는 함몰홈을 가공하는 단계와, 제1절연막상에 붕소 도핑층의 경계에 대응되는 하부 도넛형 전극을 구비하는 하부 전극을 형성하는 단계와, 하부 전극 상에 제2절연막을 형성하는 단계와, 제2절연막 상에 압전 박막을 형성하는 단계와, 압전 박막 상에 붕소 도핑층의 경계에 대응되는 상부 도넛형 전극을 구비하는 상부 전극을 형성하는 단계를 포함한다. In another aspect of the present invention, a method of manufacturing a micro acoustic device having a circular diaphragm according to the present invention comprises the steps of forming a first oxide film on a silicon wafer, and etching around the circle of the first oxide film formed on the upper surface of the silicon wafer. Doping boron on the upper surface of the silicon wafer through the etched portion, removing the first oxide film, forming a second oxide film on the silicon wafer, and forming a first insulating film on the second oxide film. And forming a recessed groove exposing the bottom surface of the first insulating film formed on the upper surface of the second oxide film, and a lower donut-type electrode on the first insulating film corresponding to the boundary of the boron doped layer. Forming, forming a second insulating film on the lower electrode, forming a piezoelectric thin film on the second insulating film, and corresponding to the boundary of the boron doped layer on the piezoelectric thin film. Forming an upper electrode having an upper toroidal electrode.

이하에서는, 본 발명에 따른 원형 진동판을 갖는 마이크로 음향소자 및 그 제조 방법의 실시예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a micro acoustic device having a circular diaphragm and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 음향소자 제조 방법의 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따라 마이크로 음향소자 제조용으로 준비된 실리콘 웨이퍼를 도시한 단면도이다. 도 2에서 도시한 실리콘 웨이퍼(1)의 상면(1a)과 하면(1b)은 이하의 도면에서 도시하지 않더라도, 단면도 상에서 실리콘 웨이퍼(1)의 상부방향의 면은 상면(1a)을 하부방향의 면은 실리콘 웨이퍼(1)의 하면(1b)을 정의 한다. 실리콘 웨이퍼(1)는 500㎛ 내외의 두께를 갖고 결정방향이 실리콘 결정방향의 정의에서 실리콘 웨이퍼에 수직인 방향인 <100>이며, 저항이 5∼10Ω㎝인 실리콘으로 구성된다. 1 is a flow chart of a method for manufacturing a micro acoustic device according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view showing a silicon wafer prepared for manufacturing a micro acoustic device according to an embodiment of the present invention. Although the upper surface 1a and the lower surface 1b of the silicon wafer 1 shown in FIG. 2 are not shown in the drawings below, the upper surface of the silicon wafer 1 in the cross-sectional view is the upper surface 1a of the lower direction. The surface defines the lower surface 1b of the silicon wafer 1. The silicon wafer 1 is made of silicon having a thickness of about 500 μm, the crystal direction being a direction perpendicular to the silicon wafer in the definition of the silicon crystal direction, and having a resistance of 5 to 10 Ωcm.

본 발명에 따라 마이크로 음향소자를 제조하기 위하여, 먼저 실리콘 웨이퍼(1)를 세척한다(S100). 실리콘 웨이퍼(1)의 세척 방법으로서는 RCA 세척이 사용되며, 그 과정에서 실리콘 웨이퍼(1)는 60∼100℃ 정도로 열이 가해지는 NH4OH+H2O2+H2O, HCl+H2O2+H2O, 및 희석화된 HF 용액 등을 통과하면서 세척된다. 실리콘 웨이퍼(1)는 이러한 용액들에 세척되는 공정 사이사이에 순수한 물에 세척될 수 있다. 이는 실리콘 웨이퍼(1)가 NH4OH+H2O2+H2O, HCl+H2O2+H2O 용액들을 통과하면서 재오염(Recontamination)될 수 있기 때문이다. 이와 같은 RCA 세척 단계에서 실리콘 웨이퍼(1)상에 형성된 금속잔류물, 유기물 등이 제거된다. In order to manufacture a micro-acoustic device according to the present invention, first, the silicon wafer 1 is cleaned (S100). RCA cleaning is used as a method of cleaning the silicon wafer 1, and in the process, the silicon wafer 1 is subjected to NH 4 OH + H 2 O 2 + H 2 O, HCl + H 2 to which heat is applied at about 60 to 100 ° C. Washed with O 2 + H 2 O, diluted HF solution and the like. The silicon wafer 1 can be washed in pure water between processes which are washed in such solutions. This is because the silicon wafer 1 can be recontaminated while passing through NH 4 OH + H 2 O 2 + H 2 O, HCl + H 2 O 2 + H 2 O solutions. In this RCA cleaning step, metal residues and organic matters formed on the silicon wafer 1 are removed.

다음으로, 실리콘 웨이퍼(1)를 열산화하여 상면(1a)과 하면(1b)에 제1산화막(2)을 형성시킨다(S102). 도 3은 본 발명의 실시예에 따라 실리콘 산화막이 형성된 실리콘 웨이퍼를 도시한 단면도이다. 실리콘 웨이퍼(1)는 900℃∼1250℃의 온도 범위내에서 산소를 포함하는 기체에 노출되어 실리콘 표면이 산화되도록 하는 건식 산화 또는 동일한 온도 범위내에서 수분에 노출시켜 실리콘 표면이 산화되도록 하는 습식 산화의 방식으로 산화된다. 제1산화막(2)은 열산화 시간에 따라서 그 두께가 조절되며 본 발명에 따라 1㎛ 이상의 두께를 갖도록 실리콘 웨이퍼(1)상에서 성장된다.Next, the silicon wafer 1 is thermally oxidized to form the first oxide film 2 on the upper surface 1a and the lower surface 1b (S102). 3 is a cross-sectional view illustrating a silicon wafer on which a silicon oxide film is formed according to an embodiment of the present invention. The silicon wafer 1 is exposed to a gas containing oxygen within a temperature range of 900 ° C to 1250 ° C so that the silicon surface is oxidized, or wet oxidation to expose the silicon surface to moisture in the same temperature range. Is oxidized in the manner of. The thickness of the first oxide film 2 is adjusted according to the thermal oxidation time and is grown on the silicon wafer 1 to have a thickness of 1 μm or more according to the present invention.

연속적으로, 실리콘 웨이퍼(1) 상에서 성장된 제1산화막(2) 중에서 실리콘 웨이퍼(1)의 상면에 형성된 상부 제1산화막(2a)은 붕소 도핑할 부분이 식각된다(S104). 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 상부 제1산화막이 식각되는 공정을 도시하는 단면도이다. 상부 제1산화막(2a)은 붕소 도핑될 부분의 형상과 동일한 패턴이 형성된 마스크에 정렬되어 노광됨에 의하여 식각된다. 이 과정에서, 상부 제1산화막(2a)은 원형의 형태가 남겨진 상태에서 주위가 식각된다. 식각되는 주위의 외부경계의 형상에는 제한이 없으나, 정사각형으로 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상부 제1산화막(2a)은 본 발명의 실시예에 따라 내부경계가 원형이고 외부경계가 사각형인 형태로 식각된다.Subsequently, in the first oxide film 2 grown on the silicon wafer 1, the portion of the upper first oxide film 2a formed on the upper surface of the silicon wafer 1 is etched at boron (S104). 4 is a cross-sectional view illustrating a process of etching an upper first oxide film according to an exemplary embodiment of the present invention. The upper first oxide film 2a is etched by being exposed in alignment with a mask in which a pattern identical to the shape of the boron doped portion is formed. In this process, the surroundings of the upper first oxide film 2a are etched while the circular shape is left. There is no limitation on the shape of the outer boundary around the etching, but is preferably formed in a square. Accordingly, the upper first oxide film 2a is etched in the form of a circular inner border and a rectangular outer border according to an embodiment of the present invention.

상부 제1산화막(2a)의 붕소 도핑할 부분이 식각된 후, 상부 제1산화막(2a)의 식각된 부분을 통하여 실리콘 웨이퍼(1)에 붕소(3)가 도핑된다(S106). 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 붕소가 도핑되는 공정을 도시하는 단면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상부 제1산화막(2a)의 상부로부터 붕소(3)가 도핑된다. 붕소(3) 도핑시, 실리콘 웨이퍼(1)는 붕소가 소정의 깊이만큼 도핑되도록 하기 위하여 소정의 온도 범위내에서 소정의 시간동안 노(Furnace)에 보유된다. After the boron-doped portion of the upper first oxide layer 2a is etched, boron 3 is doped into the silicon wafer 1 through the etched portion of the upper first oxide layer 2a (S106). 5 is a cross-sectional view showing a process in which boron is doped according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, boron 3 is doped from the top of the upper first oxide film 2a. When doping the boron 3, the silicon wafer 1 is held in a furnace for a predetermined time within a predetermined temperature range in order to allow the boron to be doped to a predetermined depth.

본 발명의 실시예에 따라, 실리콘 웨이퍼(1)는 1100℃∼1250℃로 온도가 유지되는 노에 15시간∼20시간 정도 보유된다. 도핑시 온도가 1100℃ 이하일 경우에는 붕소가 원하는 두께만큼 도핑되지 않고, 온도가 1250 ℃ 이상일 경우에는 일반적인 노에서 그 이상의 고온으로 장시간 온도유지가 어렵다. 도핑 시간은 실험적인 수치로서 20시간 이상의 도핑이 수행될 수도 있다. 이와 같은 붕소(3) 도핑에 따라 서, 실리콘 웨이퍼(1)의 상면에는 붕소 도핑층(4)이 형성된다. 본 발명의 실시예에 따라, 붕소 도핑층(4)은 내부경계가 원형이고 외부경계가 사각형의 층으로 형성되는 것이 바람직하다.According to the embodiment of the present invention, the silicon wafer 1 is held in the furnace for which the temperature is maintained at 1100 ° C to 1250 ° C for about 15 to 20 hours. In the case of doping, when the temperature is 1100 ° C. or less, boron is not doped to a desired thickness, and when the temperature is 1250 ° C. or more, it is difficult to maintain the temperature for a long time at a higher temperature in a general furnace. Doping time is an experimental value and may be performed for 20 hours or more. As the boron 3 is doped, a boron doped layer 4 is formed on the upper surface of the silicon wafer 1. According to the embodiment of the present invention, the boron doped layer 4 preferably has an inner boundary of a circular shape and an outer boundary of a rectangular layer.

붕소 도핑 후, 상부 제1산화막(2a) 및 하부 제1산화막(2b)로 구성되는 제1산화막(2)을 제거한다(S108). 도 6은 제1산화막이 제거된 실리콘 웨이퍼의 단면도이다. 제1산화막(2)을 제거하기 위하여 실리콘 웨이퍼(1)는 BHF(Buffered HydroFluoric acid) 용액에 보유된다. BHF 용액은 실리콘 산화막으로 구성된 제1산화막(2)과의 반응을 일으켜 제1산화막(2)을 선택적으로 제거한다.After boron doping, the first oxide film 2 composed of the upper first oxide film 2a and the lower first oxide film 2b is removed (S108). 6 is a cross-sectional view of a silicon wafer from which a first oxide film has been removed. In order to remove the first oxide film 2, the silicon wafer 1 is held in a buffered hydrofluoric acid (BHF) solution. The BHF solution reacts with the first oxide film 2 composed of the silicon oxide film to selectively remove the first oxide film 2.

이 후, 실리콘 웨이퍼(1) 상에 제2산화막(6)을 형성시킨다(S110). 도 7은 제2산화막과 제1절연막이 형성된 실리콘 웨이퍼의 단면도이다. 본 발명의 실시예에 따라 제2산화막(6)은 제1산화막(2)을 형성하는 공정과 동일하게 열산화된다. 열산화 이외에도, 제2산화막(6)은 증착 등의 다양한 방식에 의하여 형성될 수 있다. Thereafter, a second oxide film 6 is formed on the silicon wafer 1 (S110). 7 is a cross-sectional view of a silicon wafer on which a second oxide film and a first insulating film are formed. According to the exemplary embodiment of the present invention, the second oxide film 6 is thermally oxidized in the same manner as the process of forming the first oxide film 2. In addition to thermal oxidation, the second oxide film 6 may be formed by various methods such as vapor deposition.

연속적으로, 제2산화막(6) 상에는 제1절연막(8)이 증착된다(S112). 본 발명의 실시예에 따라, 제1절연막(8)은 내부응력이 낮은 실리콘 질화막(SixNy)이 저압화학 기상증착(LPCVD; Low Pressure Chemical Vapor Deposition)된다. 제1절연막(8)으로서 실리콘 질화막을 증착시키기 위하여 증착용기에는 SiH2Cl2 및 NH3가 보유되고, 용기 내부가 수십 mTorr∼수십 Torr 사이의 압력으로 유지된다. 또한, 증착용기 내부의 온도는 800℃∼1000℃ 내외로 유지된다. Subsequently, a first insulating film 8 is deposited on the second oxide film 6 (S112). According to the exemplary embodiment of the present invention, the silicon nitride film Si x N y having a low internal stress is subjected to low pressure chemical vapor deposition (LPCVD). In order to deposit the silicon nitride film as the first insulating film 8, SiH 2 Cl 2 and NH 3 are held in the vapor deposition container, and the inside of the container is maintained at a pressure between several tens of mTorr and several tens of Torr. In addition, the temperature inside the deposition vessel is maintained at about 800 to 1000 ℃.

이러한 온도, 압력 조건에서 제1절연막(8)의 증착율은 20∼100Å/min으로 유 지된다. 그에 따라, 실리콘 웨이퍼(1)에 제1절연막(8)을 증착시키는 시간을 조절함에 의하여 제1절연막(8)이 형성되는 두께를 조절할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라, 제1절연막(8)은 1.5㎛ 내외의 두께로 증착된다.Under such temperature and pressure conditions, the deposition rate of the first insulating film 8 is maintained at 20 to 100 mW / min. Accordingly, by controlling the time for depositing the first insulating film 8 on the silicon wafer 1, the thickness of the first insulating film 8 may be adjusted. According to an embodiment of the present invention, the first insulating film 8 is deposited to a thickness of about 1.5 μm.

저압화학 기상증착의 방식으로 증착된 실리콘 질화막으로 구성되는 제1절연막(8)은 매우 낮은 증착율로 표면에 차례로 증착되기 때문에 일반적인 증착법에 의하여 증착된 경우와 대비하여 상대적으로 낮은 내부 응력값을 갖는다. 구체적으로, 실리콘 질화막(4)의 압축응력과 인장응력은 50MPa∼300MPa의 범위내에서 형성된다. 이는 실리콘 질화막(4)의 증착율이 수천 Å/min일 경우 압축응력과 인장응력이 1000MPa 이상의 값을 갖는 경우에 비하여 상대적으로 낮은 값이다. Since the first insulating film 8 composed of the silicon nitride film deposited by the low pressure chemical vapor deposition method is deposited on the surface at a very low deposition rate, the first insulating film 8 has a relatively low internal stress value as compared with the case of deposition by a general deposition method. Specifically, the compressive stress and tensile stress of the silicon nitride film 4 are formed within the range of 50 MPa to 300 MPa. This is a relatively low value when the deposition rate of the silicon nitride film 4 is several thousand mW / min, compared with the case where the compressive stress and the tensile stress have a value of 1000 MPa or more.

제1절연막(8)을 증착시킨 후, 상부 제2산화막(6a)의 상면에 형성된 상부 제1절연막(8a)의 저면을 노출시키는 함몰홈(9)을 가공한다(S114). 도 8은 함몰홈이 가공된 실리콘 웨이퍼의 단면도이다. 함몰홈(9)을 가공하기 위하여, 일차적으로 실리콘 웨이퍼의 하면에 형성된 하부 제2산화막(6b)과 하부 제1절연막(8b)의 소정의 영역을 식각한다. 하부 제2산화막(6b)과 하부 제1절연막(8b)을 식각하기 위하여, 하부 제1절연막(8b)에는 감광제가 코팅되고 식각하고자 하는 영역과 동일한 패턴을 갖는 마스크가 하부 제1절연막(8b)에 정렬되어 자외선 또는 엑스선이 노광된다. 이 후, 하부 제2산화막(6b)과 하부 제1절연막(8b)은 현상액으로 노광된 영역이 현상 및 식각되어 소정의 영역이 식각된다. 본 발명의 실시예에 따라, 하부 제2산화막(6b)과 하부 제1절연막(8b)은 붕소 도핑층(4)의 외부경계에 비하여 더 큰 영역이 식각된다. After depositing the first insulating film 8, the recessed groove 9 exposing the bottom surface of the upper first insulating film 8a formed on the upper surface of the upper second oxide film 6a is processed (S114). 8 is a cross-sectional view of a silicon wafer in which recesses are processed. In order to process the recessed grooves 9, predetermined regions of the lower second oxide film 6b and the lower first insulating film 8b formed on the lower surface of the silicon wafer are etched. In order to etch the lower second oxide film 6b and the lower first insulating film 8b, the lower first insulating film 8b is coated with a photoresist and has a mask having the same pattern as the region to be etched, the lower first insulating film 8b. UV light or X-rays are exposed in alignment. Thereafter, the regions exposed by the developer are developed and etched in the lower second oxide film 6b and the lower first insulating film 8b to etch predetermined regions. According to the exemplary embodiment of the present invention, a larger area of the lower second oxide layer 6b and the lower first insulating layer 8b is etched than the outer boundary of the boron doped layer 4.

하부 제2산화막(6b)과 하부 제1절연막(8b)의 식각 후, 실리콘 웨이퍼(1)는 이방성 식각된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(1)는 경사면을 갖도록 이방성 식각된다. 이 경우, 붕소 도핑층(4)은 실리콘 웨이퍼(1)의 상면에서 실리콘 웨이퍼(1)의 식각정지층으로서 작용하기 때문에, 실리콘 웨이퍼(1)는 상면에서 붕소 도핑층(4)이 형성된 영역까지 식각된다.After etching the lower second oxide film 6b and the lower first insulating film 8b, the silicon wafer 1 is anisotropically etched. As shown in FIG. 8, the silicon wafer 1 is anisotropically etched to have an inclined surface. In this case, since the boron doped layer 4 functions as an etch stop layer of the silicon wafer 1 on the upper surface of the silicon wafer 1, the silicon wafer 1 extends from the upper surface to the region where the boron doped layer 4 is formed. Etched.

실리콘 웨이퍼(1)의 이방성 식각 후, 이방성 식각에 의하여 노출된 상부 제2산화막(6a)을 선택적으로 제거한다. 상부 제2산화막(6a)을 제거하기 위하여 실리콘 웨이퍼(1)는 BHF(Buffered HydroFluoric acid) 용액에 보유된다. 이와 같이, 하부 제2산화막(6b)과 하부 제1절연막(8b)의 식각, 실리콘 웨이퍼(1)의 이방성 식각, 및 상부 제2산화막(6a)의 선택적 제거를 통하여 상부 제1절면막(8a)의 저면에는 함몰홈(9)이 형성된다.After the anisotropic etching of the silicon wafer 1, the upper second oxide film 6a exposed by the anisotropic etching is selectively removed. In order to remove the upper second oxide film 6a, the silicon wafer 1 is held in a buffered hydrofluoric acid (BHF) solution. As such, the upper first cut film 8a is formed by etching the lower second oxide film 6b and the lower first insulating film 8b, anisotropic etching of the silicon wafer 1, and selectively removing the upper second oxide film 6a. On the bottom of the recess recesses 9 are formed.

도 9는 함몰홈이 가공된 실리콘 웨이퍼를 상부에서 바라본 평면도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 붕소 도핑층(4)의 외부경계는 사각형으로 형성되고, 내부경계는 원형으로 형성된다. 붕소 도핑층(4)의 내부경계인 원형에 대응되는 상부 제1절연막(8a)의 저면에는 함몰홈(9)이 형성된다. 즉, 붕소 도핑층(4)의 원형 내부경계에 대응되는 상부 제1절연막(8a)은 저면이 노출된 공간으로 형성되어 있어 원형 진동판(5)으로서 사용된다.9 is a plan view of the silicon wafer processed with the recessed groove viewed from above. As shown in FIG. 9, the outer boundary of the boron doped layer 4 is formed in a square, and the inner boundary is formed in a circular shape. A recessed groove 9 is formed in the bottom of the upper first insulating layer 8a corresponding to the circular boundary of the boron doped layer 4. That is, the upper first insulating film 8a corresponding to the circular inner boundary of the boron doped layer 4 is formed as a space where the bottom surface is exposed and is used as the circular diaphragm 5.

함몰홈(9)을 형성한 후, 상부 제1절연막(8a) 상에 하부 전극(10)을 형성한다(S120). 도 10은 본 발명의 실시예에 따라 하부전극을 형성하는 공정의 평면도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 하부 전극(10)은 하부 단자 전극(12), 하부 도넛형 전극(14) 및 하부 단자 전극(12)과 하부 도넛형 전극(14)을 연결하는 하부 전극 연결선(16)으로 구성된다. After forming the recessed groove 9, the lower electrode 10 is formed on the upper first insulating layer 8a (S120). 10 is a plan view illustrating a process of forming a lower electrode according to an exemplary embodiment of the present invention. As shown in FIG. 10, the lower electrode 10 may include a lower terminal electrode 12, a lower donut electrode 14, and a lower electrode connection line connecting the lower terminal electrode 12 and the lower donut electrode 14. 16).

하부 단자 전극(12), 하부 도넛형 전극(14) 및 하부 전극 연결선(16)으로 구성되는 하부 전극(10)은 전기 전도성이 높은 금, 은, 구리, 백금 등의 재료로서 제작된다. 하부 전극(10)은 하부 전극의 형상과 동일한 형상의 마스크를 정렬, 노광 및 현상하는 포토에칭의 방식으로 식각된다. The lower electrode 10 composed of the lower terminal electrode 12, the lower donut-shaped electrode 14, and the lower electrode connecting line 16 is made of a material such as gold, silver, copper, platinum, and the like having high electrical conductivity. The lower electrode 10 is etched in the manner of photoetching to align, expose and develop a mask having the same shape as that of the lower electrode.

하부 단자 전극(12)은 붕소 도핑층(4)의 외부경계의 바깥쪽에 형성된다. 이는 하부 단자 전극(12)이 외부의 전극과의 연결을 위하여 복수의 층 또는 막이 형성될 영역의 바깥쪽에 위치해야 하기 때문이다. 하부 도넛형 전극(14)은 원형 진동판(5)에 대응되는 영역에 형성된다. 이는 실제로 원형 진동판(5)의 진동신호를 감지하는 부분이 하부 도넛형 전극(14)이기 때문이다. 하부 전극 연결선(16)은 하부 단자 전극(12)과 하부 도넛형 전극(14)을 연결시키는 얇은 두께를 갖는 선으로 제작된다.The lower terminal electrode 12 is formed outside the outer boundary of the boron doped layer 4. This is because the lower terminal electrode 12 must be located outside the region where a plurality of layers or films are to be formed for connection with an external electrode. The lower toroidal electrode 14 is formed in an area corresponding to the circular diaphragm 5. This is because the lower donut-shaped electrode 14 actually detects the vibration signal of the circular diaphragm 5. The lower electrode connecting line 16 is made of a line having a thin thickness connecting the lower terminal electrode 12 and the lower toroidal electrode 14.

하부 전극(10)을 제작한 후, 하부 전극(10) 상에는 제2절연막(22)이 형성된다(S122). 도 11은 본 발명의 실시예에 따라 제2절연막을 형성시키는 공정을 도시하는 평면도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 제2절연막(22)은 하부 도넛형 전극(14)을 완전히 커버하도록 형성된다. 반면에, 제2절연막(22)은 하부 단자 전극(12)의 일부 또는 전부를 노출시키도록 형성된다.After the lower electrode 10 is manufactured, a second insulating film 22 is formed on the lower electrode 10 (S122). 11 is a plan view showing a step of forming a second insulating film in accordance with an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 11, the second insulating layer 22 is formed to completely cover the lower toroidal electrode 14. On the other hand, the second insulating film 22 is formed to expose part or all of the lower terminal electrode 12.

제2절연막(22)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막으로 구성된다. 구체적으로, 제2절연막(22)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 마이크로파에 의한 가공 인 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정 등으로 증착함에 의하여 형성된다. 제2절연막(22)은 하부 전극과 상부 전극을 절연시키는 물질로 구성되기 때문에 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막 이외에도 다양한 절연물질의 막으로 형성된다.The second insulating film 22 is composed of a silicon oxide film or a silicon nitride film. Specifically, the second insulating film 22 is formed by depositing a silicon oxide film or a silicon nitride film by a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) process, which is a microwave processing. Since the second insulating layer 22 is made of a material insulating the lower electrode and the upper electrode, the second insulating layer 22 is formed of a film of various insulating materials in addition to the silicon oxide film or the silicon nitride film.

제2절연막(22)을 형성시킨 후, 제2절연막(22) 상에 압전 박막(24)을 형성한다(S124). 도 12는 본 발명의 실시예에 따라 압전 박막을 형성하는 공정을 나타내는 평면도이다. 본 발명의 실시예에 따라 압전 박막(24)은 원형 진동판(5)의 영역에 대응되는 제2절연막(22)을 커버하도록 형성된다. 이는 압전 박막(24)은 원형 진동판(5)의 진동이 전해지는 영역에 형성되어야 하기 때문이다. 압전 박막(24)은 압력이 가해지면 전류를 발생시키고 전위차가 인가되면 압력이 생성되는 산화아연(ZnO), 피지티(PZT) 등의 압전 물질로 구성된다.After forming the second insulating film 22, the piezoelectric thin film 24 is formed on the second insulating film 22 (S124). 12 is a plan view illustrating a process of forming a piezoelectric thin film according to an exemplary embodiment of the present invention. According to the exemplary embodiment of the present invention, the piezoelectric thin film 24 is formed to cover the second insulating film 22 corresponding to the region of the circular diaphragm 5. This is because the piezoelectric thin film 24 should be formed in the area where the vibration of the circular diaphragm 5 is transmitted. The piezoelectric thin film 24 is made of a piezoelectric material such as zinc oxide (ZnO), PZT, or the like, which generates a current when a pressure is applied and generates a pressure when a potential difference is applied.

압전 박막(24)을 형성시킨 후, 압전 박막(24) 상에 상부 전극(30)을 형성시킨다(S126). 도 13a는 본 발명의 실시예에 따라 상부 전극을 형성하는 공정을 나타내는 평면도이다. 도 13a에 도시된 바와 같이, 상부 전극(30)은 상부 단자 전극(32), 상부 도넛형 전극(34) 및 상부 단자 전극(32)과 상부 도넛형 전극(34)을 연결하는 상부 전극 연결선(36)으로 구성된다. 구체적으로, 압전 박막(24) 상에는 상부 전극(30) 중에서 상부 도넛형 전극(34)이 형성된다.After the piezoelectric thin film 24 is formed, the upper electrode 30 is formed on the piezoelectric thin film 24 (S126). 13A is a plan view illustrating a process of forming an upper electrode according to an exemplary embodiment of the present invention. As shown in FIG. 13A, the upper electrode 30 includes an upper terminal electrode 32, an upper donut electrode 34, and an upper electrode connection line connecting the upper terminal electrode 32 and the upper donut electrode 34. 36). Specifically, the upper toroidal electrode 34 of the upper electrode 30 is formed on the piezoelectric thin film 24.

상부 전극(30)은 하부 전극(10)과 동일한 재료로서 동일한 방식에 의하여 형성된다. 상부 전극(30) 중에서 상부 도넛형 전극(34)은 하부 도넛형 전극(14)이 배치된 위치에 대응되게 형성되는 것이 바람직하다.The upper electrode 30 is formed in the same manner as the same material as the lower electrode 10. The upper donut electrode 34 of the upper electrode 30 may be formed to correspond to the position where the lower donut electrode 14 is disposed.

도 13b는 도 13a의 A-A 선의 단면도이다. 도 13b에 도시된 장치는 본 발명의 실시예에 따라 완성된 마이크로 음향 소자의 단면도이다. 도 13b에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(1)에는 붕소 도핑층(4)을 경계로 경사면을 갖는 함몰홈(9)이 형성되어 있다. 실리콘 웨이퍼(1)의 상면에는 붕소 도핑층(4)의 경계 외부로 상부 제2산화막(6a)이 적층되고, 상부 제2산화막(6a) 상에는 상부 제1절연막(8a)이 적층된다. FIG. 13B is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. 13A. The device shown in FIG. 13B is a cross-sectional view of a microacoustic device completed in accordance with an embodiment of the invention. As shown in FIG. 13B, the silicon wafer 1 is formed with a recess 9 having an inclined surface bordering the boron doped layer 4. The upper second oxide film 6a is stacked on the upper surface of the silicon wafer 1 outside the boundary of the boron doped layer 4, and the upper first insulating film 8a is stacked on the upper second oxide film 6a.

본 발명의 실시예에 따라, 상부 제1절연막(8a)과 하부 제2절연막(8b)로 구성되는 제1절연막(8)은 압축응력과 인장응력이 50MPa∼300MPa의 범위내에 해당하는 실리콘 질화막으로 형성된다. 제1절연막(8)의 압축응력과 인장응력이 50MPa 이하인 막을 제조하는데는 비용이 너무 소요되고, 압축응력과 인장응력이 300MPa 이상인 경우에는 내부응력으로 인하여 진동 감지에 대한 오차가 크게 발생한다. 또한, 제1절연막(8)은 원형 진동판으로서 적정한 진동효과와 강도를 동시에 구비할 수 있도록 0.5㎛∼2㎛의 두께로 형성된다. 제1절연막(8)의 두께가 0.5㎛ 이하인 경우에는 계속적인 진동에 대하여 피로하중으로 막이 파괴될 수 있고, 제1절연막(8)의 두께가 2㎛ 이상인 경우에는 진동에 대한 응답특성이 떨어진다.According to an embodiment of the present invention, the first insulating film 8 including the upper first insulating film 8a and the lower second insulating film 8b is a silicon nitride film having a compressive stress and a tensile stress within a range of 50 MPa to 300 MPa. Is formed. It is too expensive to manufacture a film having a compressive stress and a tensile stress of 50 MPa or less of the first insulating film 8, and when the compressive stress and the tensile stress are 300 MPa or more, errors in vibration detection are greatly generated due to internal stress. In addition, the first insulating film 8 is formed as a circular diaphragm with a thickness of 0.5 µm to 2 µm so as to simultaneously have an appropriate vibration effect and strength. When the thickness of the first insulating film 8 is 0.5 μm or less, the film may be destroyed by fatigue load against continuous vibration. When the thickness of the first insulating film 8 is 2 μm or more, the response characteristic to vibration is inferior.

하부 전극(10)은 상부 제1절연막(8a) 상에 형성된다. 하부 전극(10) 중에서 하부 도넛형 전극(14; 도 10참조)은 붕소 도핑층(4)을 경계로 형성된 함몰홈(9)의 위치에 대응되는 상부 제1절연막(8a) 상에 형성된다. 제2절연막(22)은 하부 전극(10)의 일부만을 외부로 노출시키고 노출된 부분 이외를 절연시키도록 하부 전극(10) 상에 형성된다. 압전 박막(24)은 제2절연막(22) 상에 형성된다. 본 발명의 실 시예에 따라, 압전 박막(24)은 붕소 도핑층(4)의 외부경계에 형성되는 것이 바람직하다. The lower electrode 10 is formed on the upper first insulating film 8a. The lower toroidal electrode 14 (see FIG. 10) of the lower electrode 10 is formed on the upper first insulating layer 8a corresponding to the position of the recessed groove 9 formed around the boron doped layer 4. The second insulating layer 22 is formed on the lower electrode 10 to expose only a part of the lower electrode 10 to the outside and to insulate other portions than the exposed portion. The piezoelectric thin film 24 is formed on the second insulating film 22. According to the exemplary embodiment of the present invention, the piezoelectric thin film 24 is preferably formed at the outer boundary of the boron doped layer 4.

상부 전극(30)은 압전 박막(24) 상에 형성된다. 상부 전극(30) 중에서 상부 도넛형 전극(34; 도 13a참조)은 붕소 도핑층(4)을 경계로 형성된 함몰홈(9)의 위치에 대응되는 압전 박막(24) 상에 형성된다. The upper electrode 30 is formed on the piezoelectric thin film 24. The upper toroidal electrode 34 (see FIG. 13A) of the upper electrode 30 is formed on the piezoelectric thin film 24 corresponding to the position of the recessed groove 9 formed around the boron doped layer 4.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.The embodiments described above are merely to describe preferred embodiments of the present invention, the scope of the present invention is not limited to the described embodiments, those skilled in the art within the spirit and claims of the present invention It will be understood that various changes, modifications, or substitutions may be made thereto, and such embodiments are to be understood as being within the scope of the present invention.

본 발명은 오랜 기간동안의 사용에도 구조적으로 파괴 등이 발생하지 않도록 내구성이 우수한 원형 진동판을 갖는 마이크로 음향소자를 제조할 수 있다. 그리고 본 발명은 내부응력이 낮은 실리콘 질화막을 원형의 진동판으로 제작함으로써 진동에 의한 신호특성을 다른 형태의 진동판에 비하여 높게 할 수 있는 현저한 효과가 있다. 또한 본 발명은 식각정지층으로서 붕소 도핑층을 사용하여 식각함으로써 원형의 진동판을 용이하게 제작할 수 있다.The present invention can manufacture a micro-acoustic device having a circular diaphragm with excellent durability such that structural failure does not occur even after long use. In addition, the present invention has a remarkable effect of making the silicon nitride film having a low internal stress into a circular diaphragm to increase the signal characteristics due to vibration as compared with other diaphragms. In addition, the present invention can easily produce a circular diaphragm by etching using a boron doped layer as an etch stop layer.

Claims (14)

실리콘 웨이퍼 상면에서 원형의 주위에 도핑된 붕소 도핑층과;A boron doped layer doped around the circle on the silicon wafer top surface; 상기 붕소 도핑층을 경계로 하여 함몰홈이 형성된 상기 실리콘 웨이퍼와;The silicon wafer having recessed grooves formed on the boron doped layer as a boundary; 상기 실리콘 웨이퍼 상에 저압화학기상증착된 실리콘 질화막으로 구성되는 제1절연막과;A first insulating film composed of a silicon nitride film deposited on the silicon wafer by low pressure chemical vapor deposition; 상기 제1절연막 상에 형성된 하부 도넛형 전극, 및 상기 하부 도넛형 전극과 전기적으로 연결되는 하부 단자 전극으로 구성되는 하부 전극과;A lower electrode including a lower donut electrode formed on the first insulating layer, and a lower terminal electrode electrically connected to the lower donut electrode; 상기 하부 전극 상에 적층된 제2절연막과;A second insulating layer stacked on the lower electrode; 상기 제2절연막 상에 형성된 압전 박막과;A piezoelectric thin film formed on the second insulating film; 상기 압전 박막 상에 형성된 상부 도넛형 전극, 및 상기 상부 도넛형 전극과 전기적으로 연결되는 상부 단자 전극으로 구성되는 상부 전극을 포함하는 원형 진동판을 갖는 마이크로 음향소자.And a circular diaphragm including an upper electrode formed of the upper donut electrode formed on the piezoelectric thin film, and an upper terminal electrode electrically connected to the upper donut electrode. 제 1항에 있어서, 상기 하부 도넛형 전극은, The method of claim 1, wherein the lower donut electrode, 상기 함몰홈의 위치에 대응되는 상기 제1절연막 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 원형 진동판을 갖는 마이크로 음향소자.The micro-acoustic device having a circular diaphragm, characterized in that formed on the first insulating film corresponding to the position of the recessed groove. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제2절연막은,The method of claim 1 or 2, wherein the second insulating film, 상기 하부 단자 전극의 일부가 외부로 노출되도록 상기 하부 단자 전극의 일 부에 적층되는 것을 특징으로 하는 원형 진동판을 갖는 마이크로 음향소자.The micro-acoustic device having a circular diaphragm, characterized in that laminated on a portion of the lower terminal electrode so that a portion of the lower terminal electrode is exposed to the outside. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 상부 도넛형 전극은,The method of claim 1, wherein the upper donut electrode, 상기 함몰홈의 위치에 대응되는 상기 압전 박막 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 원형 진동판을 갖는 마이크로 음향소자.And a circular diaphragm formed on the piezoelectric thin film corresponding to the position of the recessed groove. 제 4항에 있어서, 상기 압전 박막은,The method of claim 4, wherein the piezoelectric thin film, 상기 붕소 도핑층의 외부경계에 대응되는 상기 제2절연막 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 원형 진동판을 갖는 마이크로 음향소자.The micro-acoustic device having a circular diaphragm, characterized in that formed on the second insulating film corresponding to the outer boundary of the boron doped layer. 제 1항에 있어서, 상기 제1절연막은,The method of claim 1, wherein the first insulating film, 압축응력과 인장응력이 50MPa∼300MPa의 범위내에 해당하는 실리콘 질화막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 원형 진동판을 갖는 마이크로 음향소자.A micro-acoustic element having a circular diaphragm, characterized by being composed of a silicon nitride film having a compressive stress and a tensile stress within a range of 50 MPa to 300 MPa. 제 1항 또는 제 6항에 있어서, 상기 제1절연막은,The method of claim 1 or 6, wherein the first insulating film, 두께가 0.5㎛∼2㎛의 범위내에 해당하는 실리콘 질화막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 원형 진동판을 갖는 마이크로 음향소자.A micro acoustic device having a circular diaphragm, comprising a silicon nitride film having a thickness in the range of 0.5 µm to 2 µm. 실리콘 웨이퍼를 관통하고 상면이 원형인 함몰홈이 형성된 상기 실리콘 웨이퍼와;The silicon wafer having recessed grooves penetrating the silicon wafer and having a circular top surface; 상기 실리콘 웨이퍼 상에 적층된 제1절연막과;A first insulating film laminated on the silicon wafer; 상기 제1절연막 상에 형성된 하부 도넛형 전극, 및 상기 하부 도넛형 전극과 전기적으로 연결되는 하부 단자 전극으로 구성되는 하부 전극과;A lower electrode including a lower donut electrode formed on the first insulating layer, and a lower terminal electrode electrically connected to the lower donut electrode; 상기 하부 전극 상에 적층된 제2절연막과;A second insulating layer stacked on the lower electrode; 상기 제2절연막 상에 형성된 압전 박막과;A piezoelectric thin film formed on the second insulating film; 상기 압전 박막 상에 형성된 상부 도넛형 전극, 및 상기 상부 도넛형 전극과 전기적으로 연결되는 상부 단자 전극으로 구성되는 상부 전극을 포함하는 원형 진동판을 갖는 마이크로 음향소자.And a circular diaphragm including an upper electrode formed of the upper donut electrode formed on the piezoelectric thin film, and an upper terminal electrode electrically connected to the upper donut electrode. 제 8항에 있어서, 상기 제1절연막은,The method of claim 8, wherein the first insulating film, 압축응력과 인장응력이 50MPa∼300MPa의 범위내에 해당하는 실리콘 질화막으로 구성되는 원형 진동판을 갖는 마이크로 음향소자.A micro acoustic device having a circular diaphragm composed of a silicon nitride film having a compressive stress and a tensile stress within a range of 50 MPa to 300 MPa. 제 8항 또는 제 9항에 있어서, 상기 제1절연막은,The method of claim 8 or 9, wherein the first insulating film, 두께가 0.5㎛∼2㎛의 범위내에 해당하는 실리콘 질화막으로 구성되는 원형 진동판을 갖는 마이크로 음향소자.A micro acoustic device having a circular diaphragm composed of a silicon nitride film having a thickness in the range of 0.5 µm to 2 µm. 실리콘 웨이퍼에 제1산화막을 형성하는 단계와;Forming a first oxide film on the silicon wafer; 상기 실리콘 웨이퍼의 상면에 형성된 제1산화막의 원형의 주위를 식각하는 단계와;Etching around the circular shape of the first oxide film formed on the upper surface of the silicon wafer; 상기 식각된 부분을 통하여 상기 실리콘 웨이퍼의 상면에 붕소를 도핑하는 단계와;Doping boron to an upper surface of the silicon wafer through the etched portion; 상기 제1산화막을 제거하고, 상기 실리콘 웨이퍼 상에 제2산화막을 형성하는 단계와;Removing the first oxide film and forming a second oxide film on the silicon wafer; 상기 제2산화막 상에 제1절연막을 형성하는 단계와;Forming a first insulating film on the second oxide film; 상기 제2산화막의 상면에 형성된 제1절연막의 저면을 노출시키는 함몰홈을 가공하는 단계와;Processing the recessed groove exposing the bottom surface of the first insulating film formed on the top surface of the second oxide film; 상기 제1절연막상에 상기 붕소 도핑층의 경계에 대응되는 하부 도넛형 전극을 구비하는 하부 전극을 형성하는 단계와;Forming a lower electrode on the first insulating layer, the lower electrode having a lower toroidal electrode corresponding to a boundary of the boron doped layer; 상기 하부 전극 상에 제2절연막을 형성하는 단계와;Forming a second insulating film on the lower electrode; 상기 제2절연막 상에 압전 박막을 형성하는 단계와;Forming a piezoelectric thin film on the second insulating film; 상기 압전 박막 상에 상기 붕소 도핑층의 경계에 대응되는 상부 도넛형 전극을 구비하는 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하는 원형 진동판을 갖는 마이크로 음향소자의 제조 방법.And forming an upper electrode on the piezoelectric thin film, the upper electrode having an upper toroidal electrode corresponding to a boundary of the boron doped layer. 제 11항에 있어서, 상기 제2산화막의 상면에 형성된 제1절연막의 저면을 노출시키는 함몰홈을 가공하는 단계는,The method of claim 11, wherein the processing of the recessed groove exposing the bottom surface of the first insulating film formed on the top surface of the second oxide film, 상기 실리콘 웨이퍼의 하면에 형성된 상기 제2산화막과 상기 제1절연막의 소정의 영역을 식각하는 단계와, 상기 식각하는 프로세스에 의하여 노출된 실리콘 웨이퍼 하면으로부터 상기 붕소가 도핑되는 영역의 경계내의 실리콘 웨이퍼를 이방성 식각하는 단계와, 상기 이방성 식각에 의하여 노출된 상기 실리콘 웨이퍼 상면의 상기 제2산화막을 식각하는 단계를 포함하는 원형 진동판을 갖는 마이크로 음향소자의 제조 방법.Etching a predetermined region of the second oxide film and the first insulating film formed on the bottom surface of the silicon wafer, and removing the silicon wafer within the boundary between the boron-doped regions from the bottom surface of the silicon wafer exposed by the etching process. And anisotropic etching, and etching the second oxide film on the upper surface of the silicon wafer exposed by the anisotropic etching. 제 11항 또는 제 12항에 있어서, 상기 상기 식각된 부분을 통하여 상기 실리콘 웨이퍼의 상면에 붕소를 도핑하는 단계는,The method of claim 11 or 12, wherein the step of doping boron to the upper surface of the silicon wafer through the etched portion, 1100℃∼1250℃의 범위내의 온도를 갖는 노에서 붕소를 도핑하는 것을 특징으로 하는 원형 진동판을 갖는 마이크로 음향소자의 제조 방법.A method of manufacturing a micro acoustic device having a circular diaphragm, wherein the boron is doped in a furnace having a temperature in the range of 1100 ° C to 1250 ° C. 제 11항 또는 제 12항에 있어서, 상기 제2산화막 상에 제1절연막을 형성하는 단계는,The method of claim 11 or 12, wherein the forming of the first insulating film on the second oxide film, 상기 제1절연막으로서 실리콘 질화막을 20∼100Å/min의 속도로 저압화학기상증착하는 것을 특징으로 하는 원형 진동판을 갖는 마이크로 음향소자의 제조 방법.A low pressure chemical vapor deposition of a silicon nitride film at a rate of 20 to 100 Å / min as the first insulating film, the method of manufacturing a micro acoustic device having a circular diaphragm.
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