KR100765149B1 - Micro acoustic sensing apparatus and manufacturing thereof - Google Patents

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KR100765149B1
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이경일
이대성
황학인
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전자부품연구원
경기도
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Abstract

A micro acoustic sensing apparatus and a manufacturing method thereof are provided to reduce the size of a die even with an anisotropic wet-type etching process since the shape of a vibration plate does not depend on the etching shape of a silicon substrate. A micro acoustic sensing apparatus includes a substrate unit(500), a backplate unit(510), and a vibration plate unit(520). The substrate unit(500) has a hole at the center thereof. The backplate unit(510) is formed on the substrate unit(500), is composed of an insulation film and a first conductive thin film, and has a plurality of holes at a place corresponding to the center of the substrate unit(500). The circumferential part of the vibration plate unit(520) is contacted to the insulation film of the backplate unit(510), and the central part thereof is separated from the center of the backplate unit(510) by a predetermined distance. The vibration plate unit(520) is composed of a second conductive thin film.

Description

초소형 음향 감지 장치 및 그 제조 방법{Micro acoustic sensing apparatus and manufacturing thereof}Micro acoustic sensing apparatus and manufacturing method thereof

도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 일반적인 음향 감지 장치의 단면도,1A and 1B are cross-sectional views of a general acoustic sensing device according to the prior art,

도 2a 및 도 2b는 종래기술에 따른 일반적인 음향 감지 장치의 문제점을 나타낸 단면도,2a and 2b is a cross-sectional view showing a problem of a conventional acoustic sensing device according to the prior art,

도 3은 본 발명에 따른 초소형 음향 감지 장치의 단면도,3 is a cross-sectional view of a micro-acoustic sensing device according to the present invention,

도 4a 내지 도 4i는 본 발명에 따른 초소형 음향 감지 장치의 제조 방법을 나타낸 공정도,4a to 4i is a process chart showing a manufacturing method of the ultra-small acoustic sensing device according to the present invention,

도 5는 본 발명에 따른 초소형 음향 감지 장치의 상세 단면도,5 is a detailed cross-sectional view of the micro-acoustic sensing device according to the present invention,

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 초소형 음향 감지 장치의 사시도.6a and 6b is a perspective view of the micro-acoustic sensing device according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>     <Explanation of symbols for main parts of the drawings>

500 : 기판부 510 : 백플레이트부 520 : 진동판부500 substrate portion 510 back plate portion 520 diaphragm portion

본 발명은 초소형 음향 감지 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 제조 공정이 단순하고 제조경비도 줄이며 음향 감도의 개선과 편차를 감소할 수 있는 초소형 음향 감지 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an ultra-small acoustic sensing device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a micro-acoustic acoustic sensing device and a method for manufacturing the same, which can simplify the manufacturing process, reduce manufacturing costs, and reduce acoustic sensitivity and variation.

일반적으로, 휴대전화 등 정보통신기기는 마이크로폰으로 음성 인식을 하고 있다. 마이크로폰은 정전용량으로 검출하는 콘덴서형이 주로 이용되고 있으며, 콘덴서형의 일종인 일렉트릿(Electret) 콘덴서 마이크로폰은 두가지 방식이 있는데 전하를 함유하고 한쪽면에 금속막이 입혀져 있는 일렉트릿 막과 진동판이 떨어져 있어 그 거리가 일정하거나 또는 진동판과 일렉트릿 막이 붙어 있고 그와 떨어진 전극과의 거리가 일정하여 균일한 정전용량을 가지고 있다.In general, information communication devices such as mobile phones perform voice recognition with a microphone. The microphone is mainly used as a capacitor type to detect capacitance, and the electret capacitor microphone, which is a type of capacitor type, has two types. The distance is constant, or the diaphragm and the electret membrane are attached, and the distance between the electrode and the electrode separated from the electrode is constant, so that it has a uniform capacitance.

이런 일렉트릿 콘덴서 마이크로폰에 음파가 주입되면 진동판이 진동되고, 진동판의 진동은 정전용량을 변화시킨다. 그러므로, 일렉트릿 콘덴서 마이크로폰은 정전용량의 변화량으로 주입된 음파에 따른 전기적 신호를 얻을 수 있다.When sound waves are injected into the electret condenser microphone, the diaphragm vibrates, and the vibration of the diaphragm changes the capacitance. Therefore, the electret condenser microphone can obtain an electrical signal according to the injected sound wave with the amount of change in capacitance.

정전용량형 마이크로폰은 음향에 대해 잘 진동하는 얇은 진동판과 진동판 자체 또는 다른 소재로 되어 있는 전극이 진동판에 접합되어 같이 떨리게 되어 있으며 그와 얇은 간격을 사이에 두고 떨어져 있는 백플레이트(Back Plate)가 있으며 백플레이트 역시 그 자체로 전극이거나 전극 물질이 백플레이트에 형성되어 있다.Capacitive microphones have a thin diaphragm that vibrates well with sound, and the diaphragm itself or other material electrode is joined to the diaphragm to vibrate together, and has a back plate spaced apart from the diaphragm. The backplate is also an electrode per se or an electrode material is formed on the backplate.

이를 만들기 위해서는 진동판, 백플레이트 등 각 구성 요소들을 정밀하게 조립하거나 접합하는 공정이 필요하다. 외부에서 음향이 들어오면 비교적 강성이 높은 백플레이트에 비해 강성이 약한 진동판이 보다 큰 진폭으로 떨리게 되고 이로 인해 두 전극 사이의 간격이 바뀌면서 정전용량이 바뀌게 된다. 이 두 전극 사이에 전압을 인가하고 그 입력을 전계효과트랜지스터(FET)의 게이트에 연결하면 높은 임피던스를 가진 미세한 정전용량 변화를 낮은 임피던스를 가진 전류 변화로 변환하여 음향 센서로 사용할 수 있다.This requires a process of precisely assembling or joining the components, such as diaphragms and backplates. When sound comes from outside, the diaphragm with weak stiffness vibrates with a larger amplitude than the back plate with high stiffness, which causes the capacitance to change as the gap between the two electrodes changes. When a voltage is applied between the two electrodes and the input is connected to the gate of the field effect transistor (FET), a small change in capacitance with high impedance can be converted into a change in current with low impedance to be used as an acoustic sensor.

최근 들어 미세가공기술(MEMS)을 사용하여 정전용량형 마이크로폰을 만드는 기술이 연구되었다. 진동판과 백플레이트 등의 구성 요소들의 일부 또는 전체를 미세가공기술을 사용하여 제작하는 것으로 각 요소들을 개별적으로 제작해 조립하거나 각 요소가 될 부분을 차례대로 쌓아가며 최종 형태를 완성하고 나중에 일부 영역을 제거하여 최종 형태를 완성하는 표면 미세가공기술을 사용하기도 한다. Recently, a technique for making a capacitive microphone using micromachining technology (MEMS) has been studied. Part or all of the components, such as the diaphragm and the back plate, are manufactured by using microfabrication technology. Each element can be individually manufactured and assembled, or the parts that will become each element are stacked one after another to complete the final form. Surface micromachining techniques are sometimes used to remove and complete the final shape.

도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 일반적인 음향 감지 장치의 단면도이다. 도 1a를 참조하면, 음향 감지 장치는 기판(100), 진동판(105), 희생층(110), 백플레이트(115)를 포함한다. 기판(100) 상에 진동판(105)을 증착하고, 그 상에 희생층(110)을 증착한다. 이후 백플레이트(백플레이트와 붙어 있는 전극)(115)를 증착한다. 진동판과 백플레이트 상의 전극들은 각각 별도의 패드와 연결되고 그 패드는 패키징 공정을 통해 신호처리 회로로 연결된다.1A and 1B are cross-sectional views of a general sound sensing apparatus according to the prior art. Referring to FIG. 1A, the acoustic sensing device includes a substrate 100, a diaphragm 105, a sacrificial layer 110, and a back plate 115. The diaphragm 105 is deposited on the substrate 100, and the sacrificial layer 110 is deposited thereon. Thereafter, the back plate (the electrode attached to the back plate) 115 is deposited. The electrodes on the diaphragm and backplate are each connected to separate pads, which are connected to the signal processing circuit through a packaging process.

진동판(105)은 보통 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 폴리이미드 등의 유기물질이 소재로 사용되고, 전극 소재로는 도핑된 실리콘(단결정 또는 박막)이나 금속 박막이 사용되어 부도체가 진동판으로 사용될 경우는 별도의 전도성 물질을 진동판 상에 증착하여 전극을 형성한다.The diaphragm 105 generally uses organic materials such as monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, silicon oxide film, silicon nitride film, or polyimide as a material, and as the electrode material, a doped silicon (single crystal or thin film) or metal thin film is used to make the insulator diaphragm. When used as a separate conductive material is deposited on the diaphragm to form an electrode.

진동판(또는 진동판에 부가된 전극)(105)과 간격을 띄고 형성된 백플레이트 (115)를 제작하기 위해서 진동판(105) 상에 산화막, 폴리머, 알루미늄, 실리콘과 같은 소재의 희생층(110)을 증착한다. 희생층(110)은 진동판(105)이나 백플레이트(115)의 식각없이 제거되야 하므로 진동판(105)과 백플레이트(115)의 소재에 따라 결정된다.Depositing a sacrificial layer 110 of a material such as an oxide film, a polymer, aluminum, or silicon on the diaphragm 105 to fabricate the back plate 115 formed at a distance from the diaphragm (or an electrode added to the diaphragm) 105. do. Since the sacrificial layer 110 should be removed without etching the diaphragm 105 or the back plate 115, the sacrificial layer 110 is determined according to the materials of the diaphragm 105 and the back plate 115.

도 1b를 참조하면, 음향 감지 장치는 기판(120), 백플레이트(125), 희생층(130), 진동판(135)을 포함한다. 기판(120) 상에 백플레이트(125)를 증착하고, 그 상에 희생층(130)을 증착한다. 이후 진동판(135)을 증착한다. Referring to FIG. 1B, the acoustic sensing device includes a substrate 120, a back plate 125, a sacrificial layer 130, and a diaphragm 135. The backplate 125 is deposited on the substrate 120, and the sacrificial layer 130 is deposited thereon. Thereafter, the diaphragm 135 is deposited.

상기 도 1a와 도 1b에서와 같이 기판(100, 120) 상에 진동판(105, 135), 희생층(110, 130), 백플레이트(115, 125)가 모두 형성된 후에는 기판(100, 120)의 일부를 제거하고, 희생층(110, 130)은 기판(100, 120) 상에서 이루어지거나 개별 다이로 분리된 후에 이루어질 수 있다. 1A and 1B, after all of the diaphragms 105 and 135, the sacrificial layers 110 and 130, and the back plates 115 and 125 are formed on the substrates 100 and 120, the substrates 100 and 120 are formed. After removing a portion of the sacrificial layers 110 and 130 may be made on the substrates 100 and 120 or after being separated into individual dies.

진동판(105, 135)의 하부 또는 상부에 공동(Cavity)이 형성되며 공동에는 매우 작은 구멍이 뚫려 있어 공동과 바깥쪽의 압력을 일치시켜주면서도 음향 신호에 대해서는 진동판(105, 135)이 잘 떨릴 수 있도록 해준다. 공동이 형성된 반대쪽은 음향에 노출되어 진동판(105, 135)이 직접 노출되거나 아니면 백플레이트(115, 125) 상에 형성된 작은 구멍들을 통해 진동판(105, 135)에 음향이 전달되도록 한다. A cavity is formed in the lower or upper portion of the diaphragm 105 and 135, and a very small hole is formed in the cavity so that the diaphragm 105 and 135 can vibrate well for the acoustic signal while matching the pressure between the cavity and the outside. To make sure. The opposite side where the cavity is formed is exposed to sound so that the diaphragm 105, 135 is directly exposed or the sound is transmitted to the diaphragm 105, 135 through small holes formed on the backplates 115, 125.

이후, 개별 소자로 분리된 후 케이스에 신호처리 회로와 함께 패키징되어 음향 감지에 사용된다.After that, it is separated into individual elements and packaged together with a signal processing circuit in a case to be used for acoustic sensing.

그러나, 상기와 같이 진동판으로 단결정 실리콘을 사용하는 경우에는 식각 시간에 의해 진동판의 두께를 조절시 그 편차가 매우 커져 감도가 불균일해지고, 진동판 영역에 고농도 도핑을 사용하는 경우에는 식각시 자동으로 식각이 정지되도록 하는 공정을 사용하여 진동판의 두께를 조절할 수 있으나 고농도 도핑에 의해 발생한 높은 응력으로 인해 감도가 떨어지는 단점이 있다.However, in the case of using single crystal silicon as the diaphragm as described above, when the thickness of the diaphragm is adjusted by the etching time, the variation becomes very large and the sensitivity becomes uneven, and when high concentration doping is used in the diaphragm region, the etching is automatically performed during etching. The thickness of the diaphragm can be adjusted by using a process to stop, but the sensitivity is lowered due to the high stress caused by the high concentration doping.

또한, 진동판으로 박막을 사용하는 경우에는 진동판을 구성하는 박막이 매우 높은 잔류 응력을 갖게 되고, 공정 조건을 조절하여 저응력 박막을 만들어도 수십 MPa 이상의 높은 값을 갖게 되며, 그 이하로 낮추게 되면 공정이 안정적이지 못하기 때문에 실용적이지 못하다. 그런데 진동판을 구성하는 박막의 잔류 응력이 높으면 외부 압력에 대한 강성이 올라가기 때문에 음향 감도가 떨어진다. In addition, in the case of using a thin film as the diaphragm, the thin film constituting the diaphragm has a very high residual stress, and even if a low stress thin film is formed by adjusting process conditions, the thin film has a high value of several tens of MPa or more. It is not practical because it is not stable. However, when the residual stress of the thin film constituting the diaphragm is high, the stiffness to the external pressure is increased, so the acoustic sensitivity is inferior.

따라서, 상기 도 1a와 같은 종래기술은 진동판(105)의 형상이 기판(100)의 식각 형태에 의해 결정되기 때문에 비등방성 습식 식각을 사용할 경우 식각 경사로 인해 다이의 크기가 진동판(105)의 크기에 비해 매우 커져 생산 원가가 올라가는 문제점이 있으며, 도 1b와 같은 종래기술은 진동판(135)이 상부에 위치하기 때문에 진동판(135)의 형상이 아래쪽 식각 형태에 직접적으로 좌우되지 않아 다이의 크기에 있어서 효율을 높일 수는 있으나 진동판(135)에 인장 응력이 걸릴 경우 진동판(135)이 변형되는 문제점이 있다. Therefore, since the shape of the diaphragm 105 is determined by the etching form of the substrate 100 in the related art, the size of the die is increased due to the etching slope when anisotropic wet etching is used. There is a problem that the production cost is very large compared to the increase, the prior art as shown in Figure 1b, because the diaphragm 135 is located on the upper side, the shape of the diaphragm 135 is not directly influenced by the etched form of the bottom, so the efficiency in the size of the die Although it can be increased, there is a problem that the diaphragm 135 is deformed when tensile stress is applied to the diaphragm 135.

도 2a 및 도 2b는 종래기술에 따른 일반적인 음향 감지 장치의 문제점을 나타낸 단면도이다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 진동판(200)이 잔류 응력으로 인해 희생층(210)이 제거된 후에 백플레이트(220) 쪽으로 휘어져 심할 경우 백플레이트(220)에 거의 닿게 된다. 2A and 2B are cross-sectional views illustrating problems of a general sound sensing apparatus according to the prior art. 2A and 2B, when the vibrating plate 200 is bent toward the back plate 220 after the sacrificial layer 210 is removed due to residual stress, the diaphragm 200 is almost in contact with the back plate 220.

일반적으로 수십~수백 MPa의 잔류 응력을 가진 박막의 경우 휘어짐이 보통 수 um에 이르기 때문에 안정적인 제품 동작에 필요한 적절한 간격을 확보하기 위해서는 희생층(210)의 두께가 최종 간격보다 훨씬 두꺼워야 하는데 희생층(210)의 두께가 지나치게 두꺼우면 단순히 공정 시간이나 비용이 증가할 뿐만 아니라 구현할 수 있는 패턴의 크기도 제한되며 휘어짐 자체도 늘어나기 때문에 진동판(200)과 백플레이트(220) 사이의 거리를 안정적으로 유지하기 힘든 문제점이 있다.In general, in the case of a film having a residual stress of several tens to hundreds of MPa, since the warpage is usually several um, the thickness of the sacrificial layer 210 should be much thicker than the final spacing in order to obtain a proper spacing for stable product operation. If the thickness of the 210 is too thick, not only does the process time or cost increase, but also the size of the pattern that can be implemented is limited and the bending itself increases, so that the distance between the diaphragm 200 and the back plate 220 is stably maintained. There is a problem that is difficult to maintain.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 백플레이트를 기판 상에 형성하여 진동판의 형상이 기판의 식각 형태에 좌우되지 않게 하고, 진동판을 요철 형상의 변형을 주어 쳐짐을 방지할 수 있어 음향 감지 구조의 음향 감도를 개선할 수 있는 초소형 음향 감지 장치 및 그 제조 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve all the disadvantages and problems of the prior art as described above, by forming a back plate on the substrate so that the shape of the diaphragm does not depend on the etching form of the substrate, and the diaphragm deforms irregularities SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ultra-small acoustic sensing device and a method of manufacturing the same, which can prevent deflection and improve acoustic sensitivity of the acoustic sensing structure.

본 발명의 상기 목적은 중앙 부분에 구멍을 갖는 기판부; 상기 기판부 상에 절연막과 제1 전도성 박막으로 형성되고 상기 기판부의 중앙 부분에 대응하는 곳에 복수의 구멍을 갖는 백플레이트부; 및 테두리부분은 상기 백플레이트부의 상기 절연막과 접촉하되, 중심부는 구멍이 형성된 상기 백플레이트부의 중앙 부분으로부터 소정의 거리로 이격되어 형성된 요철 형태의 제 2 전도성 박막으로 이루어진 진동판부를 포함하는 초소형 음향 감지 장치에 의해 달성된다.The object of the present invention is a substrate portion having a hole in the central portion; A back plate portion formed of an insulating film and a first conductive thin film on the substrate portion and having a plurality of holes at a portion corresponding to a central portion of the substrate portion; And an edge portion contacting the insulating layer of the back plate portion, and a center portion of the diaphragm including a diaphragm formed of a second conductive thin film having an uneven shape formed at a predetermined distance from a central portion of the back plate portion having a hole. Is achieved by.

본 발명의 다른 목적은 기판 상에 제1 실리콘 산화막과 제1 실리콘 질화막을 순차적으로 증착하는 단계; 상기 제1 실리콘 질화막 상에 제1 전도성 박막을 증착하고 패터닝하는 단계; 상기 제1 전도성 박막 상에 제2 실리콘 질화막을 증착하고 패터닝한 후, 제3 실리콘 질화막을 증착하고 패터닝하는 단계; 상기 제1 실리콘 산화막, 제1 실리콘 질화막, 제1 전도성 박막, 제2 실리콘 질화막 및 제3 실리콘 질화막에 복수의 구멍을 형성하는 단계; 희생층을 증착하고 패터닝하는 단계; 상기 희생층 상에 제2 전도성 박막을 증착하고 패터닝하는 단계; 상기 제3 실리콘 질화막의 일부를 제거하고 금속 박막을 증착하고 패터닝하거나 금속 박막을 증착하는 단계 및 상기 기판의 일부를 제거하고 희생층을 제거하는 단계를 포함하는 초소형 음향 감지 장치의 제조 방법에 의해 달성된다.Another object of the present invention is to sequentially deposit a first silicon oxide film and a first silicon nitride film on a substrate; Depositing and patterning a first conductive thin film on the first silicon nitride film; Depositing and patterning a second silicon nitride film on the first conductive thin film, and then depositing and patterning a third silicon nitride film; Forming a plurality of holes in the first silicon oxide film, the first silicon nitride film, the first conductive thin film, the second silicon nitride film, and the third silicon nitride film; Depositing and patterning the sacrificial layer; Depositing and patterning a second conductive thin film on the sacrificial layer; Achieved by a method of manufacturing a micro-acoustic sensing device comprising removing a portion of the third silicon nitride film and depositing and patterning a metal thin film or depositing a metal thin film and removing a portion of the substrate and removing a sacrificial layer. do.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 따른 초소형 음향 감지 장치의 단면도이다. 도 3을 살펴보면, 본 발명의 음향 감지 장치는 기판부(300) 상에 형성되어 있는 백플레이트부(310)와 일정한 간격을 두고 떨어져 있는 진동판부(320)를 포함한다.3 is a cross-sectional view of the micro-acoustic sensing device according to the present invention. Referring to FIG. 3, the acoustic sensing device of the present invention includes a diaphragm 320 disposed at a predetermined distance from the back plate 310 formed on the substrate 300.

A는 기판부(300)와 접합되어 고정되는 부분이고, B는 기판부(300)로부터 이격된 진동판부(320)이다. C는 진동판부(320)에서 위쪽으로 파여 있는 부분이다. 상기와 같은 구조가 형성된 후 희생층(330)을 제거하면 진동판부(320)의 형태가 잔류 응력에 의해 변경된다. 이때 진동판부(320)에 남아있는 잔류 응력은 요철(340)로부터 발생한 변형으로 인해 원래 값보다 크게 줄어 진동판부(320)가 백플레이트부(310) 쪽으로 쳐짐을 방지한다. 이를 위해 요철(340)의 폭과 깊이를 적절히 조절함에 따라 최종 잔류 응력 값과 굴곡의 형태를 조절할 수 있다.A is a portion bonded to and fixed to the substrate portion 300, and B is a diaphragm portion 320 spaced apart from the substrate portion 300. C is a portion dug upward from the diaphragm 320. When the sacrificial layer 330 is removed after the structure as described above, the shape of the diaphragm 320 is changed by the residual stress. At this time, the residual stress remaining in the diaphragm 320 is greatly reduced from the original value due to the deformation generated from the unevenness 340 to prevent the diaphragm 320 from falling down toward the back plate 310. For this purpose, the final residual stress value and the shape of the bend may be adjusted by appropriately adjusting the width and depth of the unevenness 340.

도 4a 내지 도 4i는 본 발명에 따른 초소형 음향 감지 장치의 제조 방법을 나타낸 공정도이다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 기판(400) 상에 제1 실리콘 산화막(405)을 얇게 증착하고, 그 상부에 제1 실리콘 질화막(410)을 증착한다. 이후, 그 상부에 도핑된 다결정 실리콘 박막(415)을 증착한 후, 사진식각공정에 의해 하부 전극 형태로 패터닝한다. 4A to 4I are process diagrams showing a method of manufacturing a micro acoustic sensing device according to the present invention. As shown in FIGS. 4A and 4B, the first silicon oxide film 405 is thinly deposited on the substrate 400, and the first silicon nitride film 410 is deposited on the substrate 400. Thereafter, the doped polycrystalline silicon thin film 415 is deposited thereon, and then patterned into a lower electrode by a photolithography process.

제1 실리콘 산화막(405)은 건식 또는 습식 산화 공정으로 증착하고, 제1 실리콘 질화막(410)은 저압화학기상증착(LPCVD) 공정으로 인장 응력이 300 Mpa 이하인 질화막을 0.01 ~ 5.0 um의 두께로 증착한다.The first silicon oxide film 405 is deposited by a dry or wet oxidation process, and the first silicon nitride film 410 is a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) process in which a nitride film having a tensile stress of 300 Mpa or less is deposited at a thickness of 0.01 to 5.0 um. do.

또한, 실리콘 박막(415)은 저압화학기상증착 공정으로 0.01 ~ 5.0 um의 두께로 증착한 후, PoCl3 도핑 공정을 거쳐 면 저항값을 1 ㏀ 이하로 떨어 뜨린다.In addition, the silicon thin film 415 is deposited at a thickness of 0.01 to 5.0 um by a low pressure chemical vapor deposition process, and then the surface resistance value is dropped to 1 ㏀ or less through a PoCl 3 doping process.

도 4c 및 도 4d에 도시된 바와 같이, 그 상부에 제2 실리콘 질화막(420)을 증착한 후 사진식각 공정을 통해 패터닝하고, 그 상부에 제3 실리콘 질화막(425)을 증착한다. 이후, 백플레이트 부분에서 음향 구멍으로 사용될 다수의 구멍을 만들기 위해 사진식각 공정으로 직경 0.1 ~ 50 um, 깊이 1 ~ 10 um인 구멍들을 패터닝한다. 상기 패터닝 후, 제2 실리콘 산화막(430)을 0.1 ~ 10 um의 두께로 증착하고 희생층 형태대로 사진식각 공정으로 패터닝하여 희생층으로 사용한다.As shown in FIGS. 4C and 4D, the second silicon nitride layer 420 is deposited on the upper portion, and patterned through a photolithography process, and a third silicon nitride layer 425 is deposited on the upper portion. Thereafter, holes are patterned with a diameter of 0.1 to 50 um and a depth of 1 to 10 um by a photolithography process to make a plurality of holes to be used as acoustic holes in the back plate portion. After the patterning, the second silicon oxide layer 430 is deposited to a thickness of 0.1 to 10 um, and patterned in the form of a sacrificial layer by a photolithography process to be used as a sacrificial layer.

이때 제2 실리콘 산화막(430)은 하부 표면의 형상을 따라가기 때문에 요철이 형성되며, 백플레이트 부분의 음향 구멍들은 간격이 좁기 때문에 제2 실리콘 산화막(430) 즉, 희생층 표면에는 그 형상이 심하게 나타나지 않는다.In this case, since the second silicon oxide film 430 follows the shape of the lower surface, irregularities are formed, and since the acoustic holes in the back plate portion have a narrow gap, the shape of the second silicon oxide film 430, that is, the surface of the sacrificial layer is severe. Does not appear

제2 실리콘 질화막(420)은 저압화학기상증착 공정으로 0.1 ~ 5.0 um의 두께로 증착하고, 제3 실리콘 질화막(425)은 저압화학기상증착 공정으로 증착한다. The second silicon nitride film 420 is deposited in a low pressure chemical vapor deposition process with a thickness of 0.1 to 5.0 um, and the third silicon nitride film 425 is deposited in a low pressure chemical vapor deposition process.

도 4e 내지 도 4g에 도시된 바와 같이, 제2 실리콘 산화막(430) 상에 도핑된 다결정 실리콘 박막(435)을 저압화학기상증착 공정으로 증착한 후 진동판 형태로 패터닝하고, 하부 전극이 노출될 수 있도록 제3 실리콘 질화막(425)의 일부를 사진식각 공정으로 제거한 후, 노출된 제1 패드 내지 제3 패드 상에 금속 박막(440)을 증착한다. 금속 박막(440)은 사진식각 공정으로 제1 패드 내지 제3 패드 위치에만 금속을 남겨 놓는다.As shown in FIGS. 4E to 4G, the polycrystalline silicon thin film 435 doped on the second silicon oxide layer 430 is deposited by a low pressure chemical vapor deposition process, and then patterned in the form of a diaphragm, and the lower electrode may be exposed. After removing a portion of the third silicon nitride layer 425 by a photolithography process, the metal thin film 440 is deposited on the exposed first to third pads. The metal thin film 440 leaves metal only at the first pad to the third pad positions by a photolithography process.

제1 패드는 백플레이트 부분의 일부가 제거되어 기판부가 노출되고 그 위에 금속 박막을 증착한 가장자리의 패드이고, 제2 패드는 진동판 부분 중 백플레이트 부분에 고정되어 있고 그 아래쪽은 기판부에 의해 지지되는 부분의 일부에 금속 박막을 증착한 가장자리의 패드이며, 제3 패드는 백플레이트 부분의 제1 전도성 박막 중 아래쪽에 기판부가 있는 곳에 위치하고 일부는 위쪽의 절연막이 제거되어 금속 박막을 증착한 가장자리의 패드이다. 상기 제1 패드 내지 제3 패드에 증착하는 금속은 금(Au) 등을 포함하는 다층의 금속 구조이다.The first pad is a pad at an edge where a portion of the back plate portion is removed to expose the substrate portion and a metal thin film is deposited thereon, and the second pad is fixed to the back plate portion of the diaphragm portion and the lower portion thereof is supported by the substrate portion. The pad is an edge pad formed by depositing a metal thin film on a part of the part, and the third pad is positioned at a lower portion of the first conductive thin film of the back plate part, and a part of the edge is formed by removing the upper insulating film. It is a pad. The metal deposited on the first pad to the third pad is a multilayer metal structure including gold (Au) and the like.

도 4h 및 도 4i에 도시된 바와 같이, 백플레이트 하부의 기판(400)을 일부 제거한 후, 희생층인 제2 실리콘 산화막(430)을 불산 용액이나 증기를 통해 제거한다.As shown in FIGS. 4H and 4I, after partially removing the substrate 400 under the back plate, the second silicon oxide layer 430, which is a sacrificial layer, is removed through a hydrofluoric acid solution or steam.

본 발명에서는 제2 실리콘 산화막(430) 대신에 포토리지스트나 폴리이미드 등의 유기물로 구성할 수 있다.In the present invention, instead of the second silicon oxide film 430, it may be made of organic materials such as photoresist or polyimide.

도 5는 본 발명에 따른 초소형 음향 감지 장치의 상세 단면도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 초소형 음향 감지 장치는 크게 기판부(500), 백플레이트부(510), 진동판부(520)로 구성되어 있다. 5 is a detailed cross-sectional view of the micro-acoustic sensing device according to the present invention. Referring to FIG. 5, the micro-acoustic sensing device according to the present invention includes a substrate 500, a back plate 510, and a diaphragm 520.

기판부(500)는 일부분이 제거된 실리콘 기판을 사용한다.The substrate unit 500 uses a silicon substrate with a portion removed.

백플레이트부(510)는 기판부(500) 상에 형성되고 다수의 구멍이 형성된 제1 절연막과 제1 전도성 박막, 그리고 제2 절연막의 복합 구조로 구성되어 있다. 제1 절연막은 제1 실리콘 산화막과 제1 실리콘 질화막을 포함하고, 제1 전도성 박막은 실리콘 박막을 포함하며, 제2 절연막은 제2 실리콘 질화막과 제3 실리콘 질화막을 포함한다.The back plate part 510 has a complex structure of a first insulating film, a first conductive thin film, and a second insulating film formed on the substrate part 500 and having a plurality of holes formed therein. The first insulating film includes a first silicon oxide film and a first silicon nitride film, the first conductive thin film includes a silicon thin film, and the second insulating film includes a second silicon nitride film and a third silicon nitride film.

제1 전도성 박막은 기판부(500) 가장자리의 패드까지 이어져 있고, 패드는 실리콘 박막이 노출되어 금속 박막이 덮혀 있다. The first conductive thin film extends to the pad at the edge of the substrate 500, and the pad is exposed to the metal thin film by exposing the silicon thin film.

진동판부(520)는 제2 전도성 박막으로 구성되어 있으며, 진동판부(520)의 중앙 부분은 백플레이트부와 소정의 간격으로 이격된 상태이며, 형태는 요철의 형태를 하고 있다. 진동판부의 바깥쪽 테두리는 백플레이트부에 형성된 제3 실리콘 질화막(425)과 접한 상태로 있어 백플레이트부에 형성된 전극으로 사용하기 위한 실리콘 박막(415)과는 전기적으로 절연상태로 있다. 진동판은 다결정 실리콘 박막, 실리콘 질화막과 다결정 실리콘의 복합 박막, 실리콘 질화막과 금속 박막의 복합 박막 또는 금속 박막을 포함한다.The diaphragm portion 520 is formed of a second conductive thin film, and the center portion of the diaphragm portion 520 is spaced apart from the back plate portion at predetermined intervals, and has a shape of irregularities. The outer edge of the diaphragm portion is in contact with the third silicon nitride film 425 formed in the back plate portion, and is electrically insulated from the silicon thin film 415 for use as an electrode formed in the back plate portion. The diaphragm includes a polycrystalline silicon thin film, a composite thin film of silicon nitride film and polycrystalline silicon, a composite thin film of silicon nitride film and a metal thin film, or a metal thin film.

진동판의 가장자리 일측은 백플레이트부(510)에 고정되어 지지되고 있고, 타측은 백플레이트부(510) 가장자리의 패드까지 이어져 그 상부에 금속 박막이 증착되어 있다. 중앙 부분은 백플레이트부(510)와 이격된 채 소정의 요철 형태로 되어 있다. 요철은 여러개를 설치할 수 있다.One side of the edge of the diaphragm is fixed to and supported by the back plate portion 510, and the other side extends to the pad of the edge of the back plate portion 510, and a metal thin film is deposited thereon. The central portion has a predetermined uneven shape spaced apart from the back plate portion 510. Uneven | corrugated can install several.

또한, 기판부(500)의 상부에 형성된 백플레이트부(510)의 절연막이 일부 제거되어 노출된 기판부(500)의 상부에는 금속 박막이 덮혀 있다.In addition, a portion of the insulating film of the back plate portion 510 formed on the substrate 500 is partially removed, and a metal thin film is covered on the exposed portion of the substrate 500.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 초소형 음향 감지 장치의 사시도이다. 도 6a와 같이 기판부(600)의 일부가 제거되어 백플레이트부(610)가 노출되면 백플레이트부(610) 상에 형성된 구멍(615)이 노출되며, 도 6b와 같이 백플레이트부(610) 상부에는 진동판부(620)가 고정되고 진동판부(620)의 중앙 부분은 백플레이트부(610) 와 이격된 상태로 형성되어 있다.6A and 6B are perspective views of an ultra-small acoustic sensing device according to the present invention. When a portion of the substrate 600 is removed to expose the back plate 610 as shown in FIG. 6A, the hole 615 formed on the back plate 610 is exposed, and the back plate 610 as illustrated in FIG. 6B. The upper portion of the diaphragm 620 is fixed and the central portion of the diaphragm 620 is spaced apart from the back plate 610.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to the preferred embodiments as described above, it is not limited to the above embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.

따라서, 본 발명의 초소형 음향 감지 장치 및 그 제조 방법은 백플레이트가 기판 상에 형성되고 진동판이 그 상부에 형성되기 때문에 진동판의 형상이 실리콘 기판의 식각 형태에 완전히 좌우되지 않아 실리콘 식각 공정시 저렴한 비등방성 습식 식각 공정을 사용해도 다이 크기를 작게 만들 수 있는 효과가 있다.Therefore, the micro-acoustic sensing device of the present invention and the method of manufacturing the same because the back plate is formed on the substrate and the diaphragm is formed thereon, the shape of the diaphragm does not depend completely on the etching form of the silicon substrate, which is inexpensive in the silicon etching process. An isotropic wet etching process also has the effect of reducing die size.

또한, 백플레이트를 기판 상에 형성하기 때문에 백플레이트에 형성된 구멍의 간격을 5 um 이내로 촘촘하게 할 수 있어 희생층 제거 공정시 소요되는 시간이 짧아 제조비용이 절감되며 희생층 제거 시간이 길 경우 발생할 수 있는 금속부의 불량도 줄일 수 있고, 백플레이트가 기판 상에 형성되기 때문에 백플레이트가 진동판 상부에 형성될 때 발생하는 백플레이트 잔류 응력의 완화로 인한 백플레이트 강성의 약화 현상이 없이 백플레이트의 원래 잔류 응력이 유지되어 음향 인가시에 진동판에 비해 잘 안 떨릴 수 있는 충분한 강성이 유지되는 효과가 있다.In addition, since the back plate is formed on the substrate, the gap between the holes formed in the back plate can be tightly within 5 um, so that the time required for the sacrificial layer removing process is short, thereby reducing the manufacturing cost and may occur when the sacrificial layer removing time is long. The defects of the metal parts can be reduced, and since the back plate is formed on the substrate, the original residue of the back plate can be reduced without the weakening of the back plate rigidity caused by the relaxation of the back plate residual stress generated when the back plate is formed on the diaphragm. The stress is maintained, there is an effect that the sufficient rigidity that can be shaken well compared to the diaphragm when the sound is applied.

또한, 진동판과 백플레이트 사이의 공동이 수 um 정도의 좁은 틈새를 제외하고는 진동판에 의해 아래 공동이 막혀있으므로 먼지나 이물질 등이 두 전극 사이에 들어와 소자 불량을 유발하는 가능성이 줄어들고, 잔류 응력에 의한 진동판의 변형을 조절할 수 있어 진동판이 백플레이트에 지나치게 가까워지는 현상을 막을 수 있으며, 잔류 응력이 진동판의 변형에 의해 완화됨에 따라 음향 감지 구조의 감도가 높아지는 효과가 있다.In addition, the cavity between the diaphragm and the backplate is blocked by the diaphragm except for a narrow gap of a few um, so that dust or foreign matter enters between the two electrodes, reducing the possibility of device failure and reducing residual stress. Deformation of the diaphragm can be adjusted to prevent the phenomenon that the diaphragm is too close to the back plate, and as the residual stress is alleviated by the deformation of the diaphragm, the sensitivity of the acoustic sensing structure is increased.

Claims (9)

중앙 부분에 구멍을 갖는 기판부;A substrate portion having a hole in a central portion thereof; 상기 기판부 상에 절연막과 제1 전도성 박막으로 형성되고 상기 기판부의 중앙 부분에 대응하는 곳에 복수의 구멍을 갖는 백플레이트부; 및A back plate portion formed of an insulating film and a first conductive thin film on the substrate portion and having a plurality of holes at a portion corresponding to a central portion of the substrate portion; And 테두리부분은 상기 백플레이트부의 상기 절연막과 접촉하되, 중심부는 구멍이 형성된 상기 백플레이트부의 중앙 부분으로부터 소정의 거리로 이격되어 형성된 요철 형태의 제 2 전도성 박막으로 이루어진 진동판부An edge portion is in contact with the insulating film of the back plate portion, the center portion is a diaphragm portion made of a second conductive thin film of the concave-convex shape formed spaced apart from the center portion of the back plate portion formed with a hole a predetermined distance 를 포함하는 초소형 음향 감지 장치.Micro sound detection device comprising a. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 백플레이트부의 일부가 제거되어 기판부가 노출되고 그 위에 금속 박막을 증착한 제1 패드;A first pad having a portion of the back plate portion removed to expose a substrate portion and depositing a metal thin film thereon; 상기 진동판부 중 백플레이트부에 고정되어 있고 그 아래쪽은 기판부에 의해 지지되는 부분의 일부에 금속 박막을 증착한 제2 패드; 및A second pad fixed to the back plate portion of the diaphragm portion and having a metal thin film deposited on a part of the portion supported by the substrate portion; And 상기 백플레이트부의 제1 전도성 박막 중 아래쪽에 기판부가 있는 곳에 위치하고 일부는 위쪽의 절연막이 제거되어 금속 박막을 증착한 제3 패드A third pad in which the substrate is located below the first conductive thin film of the back plate part, and a part of the first conductive thin film is formed by depositing a metal thin film 를 더 포함하는 초소형 음향 감지 장치.Micro sound detection device further comprising a. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 패드에 증착하는 금속은 금을 포함하는 다층의 금속 구조인 것을 특징으로 하는 초소형 음향 감지 장치.The metal deposited on the pad is a microscopic acoustic sensing device, characterized in that the multi-layered metal structure containing gold. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 절연막은 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막 중 어느 하나이거나 적층 구조인 것을 특징으로 하는 초소형 음향 감지 장치.The insulating film is any one of a silicon oxide film and a silicon nitride film or a microscopic acoustic sensing device, characterized in that the laminated structure. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전도성 박막은 도핑된 다결정 실리콘 박막 및 금속 박막 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 초소형 음향 감지 장치.And the conductive thin film is any one of a doped polycrystalline silicon thin film and a metal thin film. 기판 상에 제1 실리콘 산화막과 제1 실리콘 질화막을 순차적으로 증착하는 단계;Sequentially depositing a first silicon oxide film and a first silicon nitride film on the substrate; 상기 제1 실리콘 질화막 상에 제1 전도성 박막을 증착하고 패터닝하는 단계;Depositing and patterning a first conductive thin film on the first silicon nitride film; 상기 제1 전도성 박막 상에 제2 실리콘 질화막을 증착하고 패터닝한 후, 제3 실리콘 질화막을 증착하고 패터닝하는 단계;Depositing and patterning a second silicon nitride film on the first conductive thin film, and then depositing and patterning a third silicon nitride film; 상기 제1 실리콘 산화막, 제1 실리콘 질화막, 제1 전도성 박막, 제2 실리콘 질화막 및 제3 실리콘 질화막에 복수의 구멍을 형성하는 단계;Forming a plurality of holes in the first silicon oxide film, the first silicon nitride film, the first conductive thin film, the second silicon nitride film, and the third silicon nitride film; 희생층을 증착하고 패터닝하는 단계;Depositing and patterning the sacrificial layer; 상기 희생층 상에 제2 전도성 박막을 증착하고 패터닝하는 단계;Depositing and patterning a second conductive thin film on the sacrificial layer; 상기 제3 실리콘 질화막의 일부를 제거하고 금속 박막을 증착하고 패터닝하거나 금속 박막을 증착하는 단계; 및Removing a portion of the third silicon nitride film and depositing and patterning a metal thin film or depositing a metal thin film; And 상기 기판의 일부를 제거하고 희생층을 제거하는 단계Removing a portion of the substrate and removing the sacrificial layer 를 포함하는 초소형 음향 감지 장치의 제조 방법.Method of manufacturing a micro-acoustic sensing device comprising a. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 실리콘 질화막은 저압화학기상증착 공정으로 인장 응력이 300 Mpa 이하인 질화막을 0.01 ~ 5.0 um의 두께로 증착하는 것을 특징으로 하는 초소형 음향 감지 장치의 제조 방법.The silicon nitride film is a low pressure chemical vapor deposition process of the ultra-sonic acoustic sensing device, characterized in that for depositing a nitride film having a tensile stress of 300 Mpa or less to a thickness of 0.01 ~ 5.0 um. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 구멍을 형성하는 단계는 사진식각 공정으로 직경 0.1 ~ 50 um, 깊이 1 ~ 10 um인 구멍을 패터닝하는 것을 특징으로 하는 초소형 음향 감지 장치의 제조 방법.Forming the hole is a method of manufacturing a micro-acoustic sensing device, characterized in that for patterning a hole having a diameter of 0.1 ~ 50 um, depth 1 ~ 10 um by a photolithography process. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 희생층은 0.1 ~ 10 um의 두께의 실리콘 산화막, 포토리지스트 및 폴리이미드 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 초소형 음향 감지 장치의 제조 방법.The sacrificial layer is a method of manufacturing an ultra-small acoustic sensing device, characterized in that using any one of a silicon oxide film, photoresist and polyimide having a thickness of 0.1 ~ 10um.
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