KR101109916B1 - 마이크로폰 감지 소자 및 그 형성 방법 - Google Patents

마이크로폰 감지 소자 및 그 형성 방법 Download PDF

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Abstract

실리콘 기반의 마이크로폰 감지 소자 및 그의 제조 방법이 개시되어 있다. 마이크로폰 감지 소자는 관통형 플레이트(perforated plate)와 각각의 면 또는 코너를 접하는 다이어프램을 구비한다. 다이어프램은 도전성 기판 내에 생성된 하나 이상의 백 홀(back holes) 위에 정렬되고, 여기에서 백 홀은 다이어프램의 길이보다 작은 폭을 갖는다. 관통형 플레이트는 기판 위에 존재하는 공극 위에 유지된다. 다이어프램은 코너, 면 또는 중심에서 다이어프램에 접착된 2개의 단을 갖는 기계적 스프링에 의해 지지되고, 유전성 스페이서층 위에 고정된 강성 패드에서 마무리된다. 제 1 전극은 하나 이상의 강성 패드 위에 형성되고, 제 2 전극은 기판 위의 하나 이상의 위치에 형성되어 가변 캐패시터 회로를 형성한다. 마이크로폰 감지 소자는 기생 용량을 감소시키기 위한 다른 접근법에서도 이용될 수 있다.

Description

마이크로폰 감지 소자 및 그 형성 방법{A BACKPLATELESS SILICON MICROPHONE}
본 발명은 실리콘 콘덴서 마이크로폰의 감지 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 가동형 다이어프램(movable diaphragm)에 직접 부착된 관통형 플레이트(perforated plates)를 갖는 전용 백플레이트를 포함하지 않는 실리콘 마이크로폰 구조물에 관한 것이다.
음향 변환기로도 알려진 실리콘 기반의 콘덴서 마이크로폰은 20년 이상 연구 개발되어 왔다. 소형화, 성능, 신뢰도, 환경 내구성, 저렴한 가격 및 대량 생산성에서의 그 잠재적 이득에 기인하여, 실리콘 마이크로폰은 통신, 다중 매체, 소비 가전, 보청기 등에 널리 사용되었던 종래의 일렉트릿 콘덴서 마이크로폰(electret condenser microphone : ECM)을 대체할 차세대 제품으로 널리 인식되었다. 실리콘 기반의 접근법들 중에서도, 최근에는 용량성 콘덴서 타입의 마이크로폰이 가장 크게 개발되어 왔다. 실리콘 콘덴서 마이크로폰은 전형적으로 2개의 기본 소자, 즉 감지 소자 및 전치증폭기 IC 장치로 이루어진다. 감지 소자는 기본적으로 가동 부합성 다이어프램, 강성(rigid)의 고정된 관통형 백플레이트 및 유전성 스페이서로 구성되어 다이어프램과 백플레이트 사이에 공극(air gap)을 형성하는 가변 캐패시터이다. 전치증폭기 IC 장치는 근본적으로 전압 바이어스 소스(바이어스 저항을 포함함) 및 소스 팔로워 전치증폭기(source follower preamplifier)로 구성된다. 실리콘 기판 위의 가변 캐패시터에 대한 여러 실시예가 존재할 수 있으나, 각각의 종래 기술의 예는 마이크로폰 감지 소자의 구성 내에 전용 백플레이트를 포함한다. 표 1은 마이크로폰 감지 소자의 제조에 있어서 다양한 재료를 사용하는 전형적인 예를 열거한다.
Figure 112007038820787-pct00001
표 1 내의 참조는 다음과 같다. (1) D.Hohm 및 G.Hess, "A Subminiature Condenser Microphone with Silicon Nitride Membrane and Silicon Backplate", J.Acoust.Soc.Am., Vol.85, pp.476-480(1989); (2) J.Bergqvist et al., "A New Condenser Microphone in Silicon", Sensors and Actuators, A21-23(1990), pp.123-125; (3) W.Kuhnel et al., "A Silicon Condenser Microphone with Structured Backplate and Silicon Nitride Membrane", Sensors and Actuators A, Vol.30, pp.251-258(1991); (4) P.Scheeper et al., "Fabrication of Silicon Condenser Microphones Using Single Wafer Technology", J.Microelectromech.Systems, Vol.1, No.3, pp.147-154(1992); (5) 미국 특허 번호 제 5,146,435 호 및 미국 특허 번호 제 5,452,268 호; (6) J.Bergqvist et al., "A Silicon Microphone Using Bond and Etch-back Technology", Sensors and Actuators A, Vol.45, pp.115-124(1994); (7) Zou, Quanbo, et al., "Theoretical and Experimental Studies of Single Chip Processed Miniature Silicon Condenser Microphone with Corrugated Diaphragm", Sensors and Actuators A, Vol.63, pp.209-215(1997); (8) 미국 특허 번호 제 5,490,220 호 및 미국 특허 번호 제 4,870,482 호; (9) M.Pedersen et al., "A Silicon Microphone with Polyimide Diaphragm and Backplate", Sensors and Actuators A, Vol.63, pp.97-104(1997); (10) P.Rombach et al., "The First Low Voltage, Low Noise Differential Condenser Silicon Microphone", Eurosensor XIV, The 14th European Conference on Solid State Transducers, Aug.27-30, 2000, pp.213-216; (11) M.Brauer et al., "Silicon Microphone Based on Surface and Bulk Micromachining", J.Micromech.Microeng., Vol.11, pp.319-322(2001); (12) PCT 특허 출원 번호 제 WO 01/20948 A2 호.
마이크로폰 감지 소자 내에 전용 백플레이트를 포함하는 것은 일반적으로 재료 및 처리 방법에서의 그 특수한 정의에 기인하여 제조를 복잡하게 만든다. 다이어프램과 백플레이트 사이의 오버레이(overlay) 및 간격 형성과 관련하여 요구되는 마스킹 레벨 및 처리 문제는 일반적으로 복잡성을 초래하고 제조 단가를 높인다.
그러므로, 제조 공정이 저렴한 가격으로 단순화될 수 있게 하는 실리콘 마이크로폰의 향상된 구조물이 필요하다. 특히, 향상된 성능을 갖는 마이크로폰 감지 소자를 생성하는 데 있어서 더 적은 개수의 마스킹 레벨을 요구하도록 가변 캐패시터 소자의 새로운 설계가 바람직하다.
본 발명의 하나의 목적은 전용 백플레이트 소자를 포함하지 않는 마이크로폰 감지 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 마이크로폰 감지 소자의 제조에 있어서 단순화된 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 그 가장 기본적인 실시예가 강성 패드를 통해 도전성 기판에 고정된 기계적 스프링에 의해 그 에지 또는 코너에서 지지되는 가동형 다이어프램의 특징을 나타내는 마이크로폰 감지 소자에 의해 달성된다. 각각의 패드는 다이어프램과 기판 사이에 공극을 정의하기 위한 스페이서로 기능하는 유전층 위에 배치된다. 다이어프램의 면에는 다이어프램, 패드 및 기계적 스프링과 동일한 재료층으로 이루어지는 관통형 플레이트가 부착된다. 하나 이상의 패드는 외부 회로에 배선으로 접속된 도전성 금속 재료의 아일랜드(island)가 되는 상부의 제 1 전극을 구비한다. 동일한 재료 성분을 갖는 제 2 전극은 도전성 기판 위에 형성되고, 배선으로 연결되어 가변 캐패시터 회로를 완성한다. 일실시예(SOI 버전)에서, 다이어프램, 관통형 플레이트, 패드 및 기계적 스프링은 동일 평면형이고, 동일한 실리콘층으로 이루어지며 유전성 스페이서는 산화물층이다. 다이어프램 및 관통형 플레이트는 모두 직사각형 형상을 가질 수 있다. 관통형 플레이트는 인접한 기계적 스프링 사이에 위치된다. 관통부(perforations)는 다수의 홀의 행 및 열을 포함하는 것이 바람직하다. 공극은 기판과 관통형 플레이트 사이의 유전성 스페이서층 내에 존재하고, 백 홀(back hole)은 기판 내에서 다이어프램 아래에 형성되어 소리 신호가 다이어프램으로의 자유 경로(free path)를 갖게 함으로써 다이어프램 내에 진동을 유발한다. 다이어프램, 기계적 스프링 및 관통형 플레이트는 진동 중에 협동 동작하여 위, 아래로(기판에 수직 방향으로) 움직인다. 이러한 움직임은 제 1 및 제 2 전극 사이에 용량 변동을 유발하고 이것은 출력 전압으로 변환될 수 있다.
TEOS(tetraethyl orthosilicate) 등과 같은 실리콘 산화물층이 희생층으로 사용되는 제 2 실시예에서, 다이어프램, 기계적 스프링, 패드 및 관통형 플레이트는 모두 얇은 폴리실리콘(폴리 2(poly 2))층으로 이루어진다. 관통형 플레이트가 부착되어 있는 다이어프램은 기판 내에서 백 홀 위에 정렬된 다이어프램의 바닥 표면 아래에 돌출된 바닥 보강재를 가질 수 있다. 다이어프램은 4개의 코너 및 4개의 면을 갖고, 각각의 면에 관통형 플레이트가 부착되어 있는 정사각형일 수 있다. 각각의 4개의 기계적 스프링은 다이어프램의 중심부와 코너를 통과하는 면을 따라 길이 방향으로 형성되고, 2개의 단을 갖는데 여기에서 하나의 단은 다이어프램에 부착되고, 다른 단은 폴리 2 앵커 패드(poly 2 anchor pad)에 접속된다. 선택적으로, 기계적 스프링은 다이어프램의 면에 부착되고, 관통형 플레이트는 코너 및 인접한 다이어프램 면의 부분에 부착된다. 앵커 패드 또는 패드는 또한 전기적 접속 포인트로서 기능한다. 폴리 2 앵커 패드와 도전성 기판사이의 기생 용량을 감소시키기 위해서, 폴리 2 앵커 패드는 다이어프램과 동일 평면 상에 존재하지 않을 수 있고, 기판과 앵커 패드 사이에 하나 이상의 유전성 산화물층을 추가함으로써 기판으로부터 위로 돌출될 수 있다. 다른 폴리실리콘(폴리 1) 패드는 폴리 2 앵커 패드와 기판 사이에 개재되어 산화물 트렌치 에칭에 대한 에칭 차단층(etch stop layer)으로 기능할 수 있다. 벽의 형상을 가진 폴리 2 충진형 트렌치는 개재된 폴리 1 패드의 내부 에지를 연속적으로 둘러싼다. 폴리 2 앵커 패드의 수직 구역은 폴리 1 앵커 패드의 에지 주위에 연속적인 링을 형성하여, 폴리 1 앵커 패드 아래의 산화물층이 제거 공정에서 에칭되는 것을 방지한다. 개재된 폴리 1 패드와 기판 사이의 산화물층은 공극을 형성하기 위해 이용되는 산화물 제거 에칭을 저항 또는 지연할 수 있는 실리콘 질화물 등으로 이루어진 다른 유전층에 의해 보호된다. 기생 용량을 더 감소시키기 위해서, 기계적 스프링 및 그의 앵커 패드에 의해 중첩되는 위치라면 어디든지 산화물로 충진되어 복수의 메쉬(mesh)로 패터닝된 딥 트렌치를 도전성 실리콘 기판 내에 형성할 수 있다.
제 3 실시예에서, 제 2 실시예에서와 마찬가지로 다이어프램은 4개의 부착된 관통형 플레이트와, 그 코너에서 다이어프램을 4개의 패드(앵커 패드)에 접속하는 4개의 기계적 스프링을 구비한다. 그러나, 기계적 스프링, 패드 및 다이어프램은 동일 평면형이고, 기판으로부터 제 1 거리만큼 떨어져 있는 것과 동일한 폴리실리콘층으로 형성된다. 다이어프램은 제 2 실시예에서와 마찬가지로 바닥 보강재를 가질 수 있다. 그러나, 각각의 기계적 스프링은 상단(top), 바닥 및 폭을 갖는 측벽으로 이루어지는 수직 구역에 의해 지지된 기저 소자(base element)의 수평 구역에 고정된다. 기저 소자는 4개의 트렌치를 충진하여 정사각형 또는 직사각형의 링으로 정렬된 4개의 측벽을 형성하는 실리콘 풍부형 실리콘 질화물(silicon rich silicon nitride : SRN)로 이루어지는 것이 바람직하다. SRN 기저 소자의 수평 구역은 일실시예에서 기계적 스프링의 연장선으로 나타낸 패드 위에 형성된다. 따라서, 다이어프램 및 그에 부착된 관통형 플레이트는 기판 내의 공극 및 백 홀 위에 유지된다. 제 1 전극은 비평면형일 수 있고, 수평 구역 및 인접한 패드의 상부에 형성될 수 있다. 제 2 전극은 기판 위에 형성된다.
제 1 실시예의 변형예로서 기계적 스프링을 지지하는 코너 또는 에지가 "중심 지지대" 구성에 의해 대체되는 제 4 실시예를 나타내려 한다. 중심의 강성 앵커 패드로서 기능하는 유전성 스페이서층은 다이어프램의 중심부 아래에서 기판 위에 형성되고, 제 1 전극 아래에서 하나의 단에 중첩하는 4개의 기계적 스프링을 지지한다. 기계적 스프링의 다른 단은 다이어프램의 에지에 접속된다. 각각의 기계적 스프링은 다이어프램의 중심부에서 교차하고 기판에 수직하는 2개의 수직한 면 중 하나를 따라서 길이 방향을 갖는 직사각형 형상을 가질 수 있다. 기계적 스프링의 어느 하나의 면 위의 길이 방향을 따라서 기계적 스프링을 다이어프램으로부터 분리하는 슬롯이 존재한다. 백 홀은 4개의 구역을 갖는데, 여기에서 하나의 구역은 2개의 교차면에 의해 정의되는 각각의 다이어프램의 사분면 아래에 형성된다. 유전성 스페이서층의 두께는 다이어프램과 기판 사이의 공극의 두께를 정의한다.
본 발명은 또한 전용 백플레이트를 구비하는 대부분의 통상적인 실리콘 콘덴서 마이크로폰보다 더 적은 개수의 마스크를 요구하는 마이크로폰 감지 소자를 제조하는 단순한 방법에 관한 것이다. 예시적인 공정 시퀀스는 도핑형 실리콘 등과 같은 도전성 기판 위에 유전성 스페이서층을 형성하는 것을 포함한다. 유전성 스페이서층은 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다. 다음에 도핑형 실리콘 또는 폴리실리콘일 수 있는 멤브레인 필름을 유전성 스페이서층 위에 형성한다. 다음에, 차후에 백 홀의 제조에 사용될 하나 이상의 층으로 이루어진 하드마스크를 기판의 후면 위에 형성한다. 제 1 포토마스크를 이용하여 유전성 스페이서층을 통해 기판에 접촉하도록 연장하는 하나 이상의 비아를 멤브레인 필름 내에 생성한다. 2개 이상의 금속으로 이루어진 복합체일 수 있는 도전층을 전면 위에 증착한 후, 제 2 포토마스크를 이용하여 멤브레인층 위에 하나 이상의 아일랜드(islands)를 제외하고는 도전층을 제거하는데 이것이 제 1 전극이 되고 기판 위의 하나 이상의 비아 내의 아일랜드는 제 2 전극이 된다. 다음에 다른 포토마스크를 이용하여 멤브레인층의 부분 내에 홀을 에칭함으로써 관통형 플레이트를 정의하고 관통형 플레이트, 기계적 스프링 및 패드의 에지를 정의하는 개구를 형성한다. 제 4 포토마스크를 이용하여 후면 위의 하드마스크 내에 개구를 에칭하는데 이는 후속 단계에서 KOH 에천트(etchant) 또는 딥 RIE 에칭에 의해 기판 내에서 다이어프램 아래에 백 홀을 형성할 수 있게 한다. 마지막으로, 타이밍이 정해진 제거 단계 동안에 에천트는 다이어프램과 백 홀 사이에 유전성 스페이서층의 일부분을 제거하여 공극을 형성함으로써 다이어프램이 공극 및 아래의 백 홀 위에 유지되게 한다.
기본적인 실리콘 마이크로폰 구조물을 형성하는 가장 간단한 제조 방법은 SOI(silicon-on-insulator) 웨이퍼를 포함한다. 당업자라면 웨이퍼-웨이퍼 접합 방법 및 폴리실리콘 표면 미세 가공(micromachining)을 포함하는 다른 제조 방법을 이용하여 다른 실시예 또는 본 명세서에 설명된 것과 유사한 실시예를 형성할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라서 인접한 관통형 플레이트 및 패드 내에서 마감되는 스프링과 함께 다이어프램을 도시하는 평면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로폰 감지 소자의 가변 캐패시터 설계를 도시하는 단면도.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따라서 마이크로폰 감지 소자를 형성하는 4개의 포토마스크 단계를 포함한 공정 흐름을 도시하는 단면도.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 마이크로폰 감지 소자를 도시하는 단 면도.
도 10은 제 2 실시예에 따른 코너 지지대 및 보강재와 함께 마이크로폰 감지 소자를 도시하는 평면도.
도 11은 도 10에 도시된 마이크로폰 감지 소자의 일부분을 도시하는 확대 평면도.
도 12는 제 2 실시예에 따른 에지 지지대 및 보강재와 함께 마이크로폰 감지 소자를 도시하는 평면도.
도 13은 본 발명의 제 4 실시예에 따라서 중심 지지대와 함께 마이크로폰 감지 소자를 도시하는 평면도.
도 14는 도 13에 도시된 마이크로폰 감지 소자를 도시하는 단면도.
도 15는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 마이크로폰 감지 소자를 도시하는 단면도.
도 16은 제 3 실시예에 따른 기저 소자를 도시하는 사면도(oblique view)이고, 도 17은 제 3 실시예에 따른 기저 소자를 도시하는 단면도.
도 18은 도 15에 도시된 마이크로폰 감지 소자를 도시하는 평면도.
본 발명은 기존의 반도체 재료 및 실리콘 미세 가공 공정으로 용이하게 형성될 수 있는 용량성 콘덴서 타입의 마이크로폰을 위한 감지 소자에 관한 것이다. 도면은 반드시 실제 축적대로 도시된 것은 아니고 구조물 내의 여러 구성 요소의 상대적 크기는 실제 장치에서와는 다를 수 있다. 본 발명은 전용 백플레이트 소자를 포함하지 않고도 고성능 마이크로폰 감지 소자를 구성할 수 있다는 발견에 기초한다. 마이크로폰 작동 용량은 내부에 백 홀이 형성된 도전성 기판과, 기판 위의 가동형 다이어프램에 고정된 관통형 플레이트를 가지고 달성된다. 다이어프램은 기판 위에 배치된 유전성 스페이서층 위의 강성 앵커 패드에 부착된 기계적 스프링에 접속될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로폰 감지 소자의 제 1 실시예가 도시되어 있다. 마이크로폰 감지 소자(10)는 바람직하게는 낮은 비저항을 갖는 실리콘 등의 기판(11) 위에 형성된다. 선택적으로, 기판(11)은 그 위에 도전층이 형성된 유리가 될 수 있다. 마이크로폰 감지 소자(10)는 다이어프램, 기계적 스프링, 관통형 플레이트 및 패드로 제조될 멤브레인 필름을 기반으로 한다. 예시적인 실시예에서, 실리콘, 폴리실리콘(도핑될 수 있음), Au, Ni, Cu 또는 다른 금속 재료로 이루어진 본질적으로 정사각형의 평면형 다이어프램(13a)이 존재할 수 있다. 이와 다르게, 다이어프램은 직사각형 또는 원형 형상을 가질 수 있다. 다이어프램(13a)은 다이어프램과 동일한 재료 및 동일한 두께로 형성된 기계적 스프링(13b)에 의해 그 각각의 4개의 코너가 지지된다. 기계적 스프링(13b)은 길이(a) 및 폭(b)을 갖고, 다이어프램 중심부(e) 및 코너를 통과하는 면을 따라 형성된다. 각각의 기계적 스프링(13b)은 직사각형이거나, "U" 또는 "L" 형상을 가질 수 있고, 다이어프램(13a)과 동일 재료 및 동일 두께로 구성된 앵커 패드(이하에서는 패드(13c)로 지칭됨) 내에서 마감된다. 예시를 목적으로, 패드(13c)는 전형적으로 기계적 스프링의 폭(b)보다 더 큰 폭과 길이(c)를 갖는 기본적인 정사각형으로 도시하였다. 그러나, 패드(13c)는 또한 직사각형 형상을 갖거나 둥근 에지를 가질 수 있다. 일실시예에서, 각각의 기계적 스프링(13b)은 패드(13c)의 면에 접속된다.
패드(13c)는 스페이서로서 기능하는 유전층(12)을 통해 기판(11)에 고정되어 다이어프램(13a) 및 관통형 플레이트(13d)가 공극 및 백 홀(도시하지 않음) 위에 유지되게 함으로써 그를 통해 소리 신호가 통과하여 다이어프램 내에 진동을 유발할 수 있게 한다. 일측면에서, 유전층(12)은 실리콘 산화물로 이루어진다. 이 실시예는 멤브레인 필름이 실리콘으로 이루어지고, 유전층(12)이 실리콘 산화물인 SOI 접근법을 포함한다. 선택적으로, 유전층(12)은 본 기술 분야에서 이용되는 다른 유전성 재료로 이루어질 수 있고, 그 내부에 복수의 층을 갖는 복합체일 수 있다.
본 발명의 다른 중요한 특징은 직사각형 형상을 갖는 관통형 플레이트(13d)가 다이어프램(13a)의 각각의 면에 접한다는 것이다. 관통형 플레이트(13d)는 자신이 부착되는 다이어프램 면의 길이 이하의 길이 치수를 갖고, 그 길이 치수 미만의 폭을 갖고, 다이어프램(13a)과 동일한 성분 및 두께를 갖는다. 관통부(perforations)는 다수의 열 및 행으로 정렬될 수 있는 홀(19)로 이루어진다. 홀은 환기를 가능하게 하여 진동 중에 좁은 공극(도시하지 않음) 내에 공기에 의한 습기를 감소시킬 수 있게 하기 위해 필요하다.
각각의 패드(13c) 위에는 외부 배선에 대한 접속 포인트로서 기능하기 위해 Cr/Au 등의 금속층으로 이루어진 컨택트 또는 제 1 전극(18a)이 존재한다. 또한, 기판(11)의 전면 위에 배치되어 제 1 전극과 동일한 성분을 갖는 하나 이상의 제 2 전극(18b)이 존재한다. 제 1 전극 및 제 2 전극은 배선(도시하지 않음)에 의해 접속되어 가변 캐패시터 회로를 형성한다. 여기에서도, 예시를 목적으로 제 1 및 제 2 전극(18a, 18b)은 정사각형 형상으로 도시되었으나 둥근 코너 또는 직사각형 형상이 될 수도 있다. 제 1 전극(18a)은 패드(13c)의 폭(c)보다 작은 길이 및 폭을 가져서 공정에 있어서 어느 정도의 오버레이 공차(overlay error)를 허용한다. 선택적으로, 제 1 및 제 2 전극(18a, 18b)은 Al, Ti, Ta, Ni, Cu 또는 다른 금속 재료로 이루어진 단일층 또는 복합층일 수 있다.
제 1 실시예는 점선(23)-점선(23)(도 1)을 따른 단면으로부터 획득된 도 2의 단면도에 추가적으로 도시되어 있다. 가변 캐패시터 회로(24)는 제 1 전극(18a) 및 제 2 전극(18b) 사이에 도시되어 있다. 여기에는 기판(11) 내에서 다이어프램(13a) 아래에 정렬되어 경사형 측벽을 갖는 백 홀(26)과, 기판으로부터 관통형 플레이트(13d) 및 기계적 스프링(13b)을 분리하는 스페이서(유전층(12)) 내의 공극(28)이 존재한다. 선택적으로, 백 홀(26)은 수직 측벽을 가질 수 있다. 백 홀(26)을 통해서, 다이어프램(13a)의 바닥에 충돌하는 소리 신호(25)는 다이어프램, 그에 부착된 관통형 플레이트(13d) 및 기계적 스프링(13b) 내에 진동(27)을 유발하여 이들이 기판에 수직한 방향으로 협동 동작하여 움직이게 한다. 마이크로폰 감지 소자(10)에 추가하여, 실리콘 콘덴서 마이크로폰이 전압 바이어스 소스(바이어스 저항을 포함함) 및 소스 팔로워 전치증폭기를 포함할 수 있지만 도면을 단순화하고 본 발명의 주요 특징을 곧바로 인식하게 하기 위해서 이들 구성 요소를 도시하지 않았다는 것을 이해할 것이다. 소리 신호(25)에 의해 유도된 진동(27)은 가변 캐패시터 회로(24) 내의 용량 변동을 유발하고 이는 소스 팔로워 전치증폭기에 의해 낮은 임피던스 전압 출력으로 변환된다.
본 발명에 따른 백플레이트를 포함하지 않는 실리콘 마이크로폰 내의 감지 소자에 대한 제 2 실시예는 도 9 내지 도 12에 도시되어 있다. 도 9의 도면은 도 10의 평면도에 도시된 점선(47)을 따라서 절단한 단면도이다. 도면 내의 모든 주요 특징부를 가로지르기 위해서 점선(47)이 선형이 아니게 되었음을 유의하라. 도 9를 참조하면, 마이크로폰 감지 소자(30)는 바람직하게는 전면 및 후면이 폴리싱되고, (100) 결정 배향 및 0.01-0.02 ohm-cm의 비저항을 갖는 실리콘 웨이퍼로 이루어진 기판(31)을 기반으로 한다. 선택적으로, 기판은 그 위에 도전층이 배치된 유리로 이루어질 수 있다. 기생 용량을 감소하기 위해서, 기계적 스프링(41c) 및 패드(41d)가 위에 배치된 기판(31)의 전면 위의 영역들은 또한 기판 위에 배치되어 산화물층(33)으로 충진된 트렌치(32)를 구비한다. 산화물층(33) 및 상부의 제 1 폴리실리콘(폴리 1)층(34)은 트렌치(32)를 덮는 아일랜드의 형상으로 스택을 형성하고, 트렌치 주위의 기판(31) 부분은 또한 격리 트렌치로도 알려져 있다. 평면도(도 10)에서, 실리콘 질화물층(36) 및 하부의 산화물층 및 폴리 1/산화물 스택(도시하지 않음)은 기계적 스프링(41c) 및 다이어프램(41b)과 부착된 관통형 플레이트(41e)를 고정하는 각각의 패드(41d)를 지지한다.
다시 도 9를 참조하면, 열 산화물층(35)이 기판(31)의 전면 및 트렌치(32) 위의 폴리 1/산화물 스택 위에 배치되어 있다. 열 산화물층(35) 위에는 LPCVD(low pressure chemical vapor deposition) 실리콘 질화물층(36)이 존재한다. 실리콘 질화물층(36)은 하부의 열 산화물층(35) 및 산화물층(33)을 보호하는 역할을 한다. 기판(31)의 후면에는 열 산화물층(35b) 위의 LPCVD 실리콘 질화물층(36b)으로 이루어진 유사한 스택이 존재한다. 저온 산화물(LTO), LPCVD TEOS(tetraethyl orthosilicate), PE(plasma enhanced) CVD 산화물 또는 PSG(phosphosilicate glass)로 이루어질 수 있는 산화물층(37)은 LPCVD 실리콘 질화물층(36)의 부분 위에 배치된다.
바람직하게는 폴리실리콘으로 이루어진 강성 반도체층의 수직 구역은 열 산화물층(35), 실리콘 질화물층(36) 및 산화물층(37)으로 이루어진 유전성 스페이서 스택 내에 형성되고, 다이어프램(41b)의 주변 둘레 외부의 소정 영역에서 기판(31) 또는 폴리 1 층(34)을 접촉한다. 일실시예에서, 수직 구역은 폴리실리콘 충진형 트렌치(38a, 38b, 40)이다.
패드(41d)와 기판(31) 사이의 기생 용량을 감소시키기 위해서, 패드(41d)는 다이어프램(41b)과 동일 평면에 존재하지 않을 수 있고, 기판(31)의 소정 영역 위에 유전층(이 경우에는 산화물층(33)임)을 삽입함으로써 기판으로부터 돌출(다이어프램에 비해서 돌출됨)될 수 있다. 또한 폴리 1 층(34)은 산화물층(33)과 열 산화물층(35) 사이에 개재되어 열 산화물층(35) 및 산화물층(37)을 통해 트렌치(38b)를 에칭할 때 산화물층(33)을 보호하는 에칭차단층으로서 기능한다. 결과적으로, 충진형 트렌치(38b)는 폴리 1 층(34)의 에지를 연속적으로 둘러싼다. 패드(41d) 및 수평 구역(41a) 아래의 산화물층(37), 실리콘 질화물층(36) 및 열 산화물층(35)의 부분은 충진형 트렌치(38a) 및 충진형 트렌치(38b) 내에 완전히 둘러싸이고, 그것에 의해 둘러싸여진 산화물층(35, 37)이 제거 단계에서 공극(48)을 형성하기 위해 적용되는 에칭으로부터 보호된다는 것을 유의하라. 추가하여, 폴리 1 층(34) 아래의 산화물층(33)은 제거 단계에서 산화물 에칭을 저항 또는 지연시킬 수 있는 실리콘 질화물층(36)에 의해 보호된다.
도 10의 평면 사시도에서, 트렌치(38a)는 제 2 전극(45) 둘레에 연속하는 링을 형성하여 제 2 전극 아래에 유전성 스페이서 스택의 일부분을 둘러싸는 정사각형 또는 직사각형 형상을 가질 수 있다. 마찬가지로, 트렌치(38b)(도시하지 않음)는 제 1 전극(44)을 둘러싸는 정사각형 또는 직사각형 형상을 갖는다. 제 1 전극(44)은 폴리 1/산화물 스택 상부의 실리콘 질화물층(36)의 일부분 위에서 각각의 패드(41d)의 수평 구역 위에 배치될 수 있다. 하나 이상의 제 2 전극(45)은 수평 구역(41a) 위에 형성된다. 제 1 및 제 2 전극은 Cr, Au, Al, Ti, Ta, Ni 또는 Cu 등과 같은 도전성 재료로 이루어지는 단일층 또는 복합층일 수 있다. 트렌치(40)는 일실시예에서 정사각형 링 형상을 가지고, 다이어프램(41a), 패드(41d), 기계적 스프링(41b) 및 관통형 플레이트(41e)를 둘러싸는 연속 벽을 형성한다. 충진형 트렌치(38a) 및 상부의 수평층은 제 2 폴리실리콘(폴리 2)층으로 이루어지고, 강성 폴리실리콘층(41a)을 형성한다. 충진형 트렌치(38b)는 패드(41d)로도 알려진 강성 폴리실리콘층의 수평 구역을 지지하는 데 이용된다. 다시 말해서, 수직 구역(41a) 위에 배치된 강성 폴리실리콘층의 수평 구역(41a)이 존재한다. 게다가, 각각의 패드(41d)는 수직 구역(41d)에 의해 하부의 폴리 1 층(34)까지 접속된다.
도 11에 도시된 하나의 패드 영역에 대한 확대도에서, 충진형 트렌치(38b)는 패드(41d)에 의해 피복되고, 점선으로 도시되어 있다. 충진형 트렌치(38b)는 제 1 전극(44) 아래의 유전성 스페이서 스택의 부분을 둘러싼다. 각각의 패드(41d) 아래에는 수직 구역(41d)으로도 지칭되는 충진형 트렌치(38b)가 존재하는 것을 이해할 것이다.
도 9를 다시 참조하면, 수평 구역(41a)은 다이어프램(41b) 및 관통형 플레이트(41e)와 동일 평면에 있고, 다이어프램, 관통형 플레이트, 기계적 스프링(41c) 및 패드(41d)와 동일한 두께를 갖는다. 실리콘 질화물층(36b) 및 산화물층(35b)으로 이루어지는 후면 하드마스크 스택에 의해 둘러싸인 백 홀(46)이 기판(31) 내에 형성되어 있다. 백 홀은 KOH 에칭 등과 같은 실리콘 이방성(anisotropic) 에칭의 결과로 경사형 측벽을 갖는 것으로 도시되었으나, 백 홀은 실리콘 DRIE(deep reactive ion etching)의 결과로 수직 측벽을 가질 수도 있다. 어느 경우에나, 전면 내의 개구는 다이어프램 면의 길이보다 더 작은 폭을 갖는다.
다이어프램(41b), 관통형 플레이트(41e) 및 기계적 스프링(41c)은 공극(48) 위에 유지된다. 공극(48)은 관통형 플레이트(41e)와 실리콘 질화물층(36) 사이에 존재한다. 다이어프램(41b), 관통형 플레이트(41e) 및 기계적 스프링(41c)은 기판(31)을 향해 아래쪽으로 돌출된 그 바닥 면을 따라 보강재(39)를 구비할 수 있다. 보강재(39)는 다이어프램(41b)가 얇을 때(대략 1마이크로 두께일 때) 사용하는 것이 바람직하고, 다이어프램 두께가 3마이크로보다 클 때는 필요하지 않다. 개구(43)는 폴리 2 층의 수평 구역(41f)을 관통형 플레이트(41e) 및 패드(41d)로부터 분리한다는 것을 유의하라. 폴리 2 층의 수평 구역(41f) 내에는 제 2 전극(45) 아래에서 수평 구역(41a)을 격리하는 링 형상의 트렌치(49)가 존재한다.
도 10의 사시도는 관통형 플레이트(41e), 패드(41d) 및 기계적 스프링(41c)이 어떻게 소위 "코너 지지형" 구성으로 다이어프램(41b) 주위에 배치될 수 있는지에 대한 일실시예를 나타낸다. 기계적 스프링(41c)은 하나의 단에서 다이어프램(41b)의 코너에 부착될 수 있고, 다이어프램의 중심부를 통과하는 면을 따라 외부로 연장된다. 기계적 스프링(41c)은 또한 보강재(39)(다이어프램 아래에 점선에 의해 외형이 도시됨)를 구비할 수 있고, 제 1 실시예에 도시된 기계적 스프링(13b)과 동일한 길이 및 폭을 가질 수 있다. 게다가, 보강재(39)는 또한 얇은 폴리실리콘층(대략 1마이크로의 두께)이 너무 약하기 때문에 관통형 플레이트(41e) 및 기계적 스프링(41c)의 바닥 표면에 적용될 수 있다. 보강재(39)는 다이어프램 형상과 동심원을 갖고, 그 에지 부근에서 다이어프램의 바닥 표면 위에 형성된 링을 포함할 수 있다. 백 홀(46)의 상부 개구는 다이어프램(41b) 아래에 존재하기 때문에 점선으로 표시한다. 기계적 스프링(41c)이 부착된 패드(41d)는 상술된 패드(13c)와 동일한 형상 및 크기를 가질 수 있다. 패드(41d)의 길이 및 폭보다 작은 길이 및 폭을 갖는 제 1 전극(44)은 4개의 패드 중 하나 이상의 패드 위에 배치될 수 있다.
일측면에서, 다이어프램(41b)은 기본적으로 정사각형 형상을 갖는다. 관통형 플레이트(41e)는 다이어프램(41b)의 각각의 면에 접하고, 다이어프램 면의 길이 이하의 길이 치수를 갖고, 그 길이 치수 미만의 폭을 갖는 직사각형 형상을 가진다. 관통부(홀)(42)는 다수의 행 및 열로 정렬되는 것이 바람직하고, 제 1 실시예에 언급된 바와 같이 정사각형, 직사각형 또는 원형 형상을 가질 수 있다. 관통형 플레이트(41e) 및 패드(41d)의 3개의 부착되지 않은 면은 기판(31) 위에서 실리콘 질화물층(36)을 노출하고 수평 구역(41f)으로부터 관통형 플레이트 및 패드를 분리하는 개구(43)로 둘러싸여 있다. 보강재(39)는 다이어프램(41b)의 강화를 돕고, 일실시예에서는 다이어프램의 중심으로부터 방사형으로 퍼지는 바퀴살(spokes) 형상으로 정렬된다. 8개의 보강재가 도시되어 있으나, 당업자라면 다양한 패턴을 포함하는 다른 보강재 설계가 동등하게 이용 가능하다는 것을 이해할 것이다.
제 2 실시예는 제 1 실시예에 비해서 백 홀(46)의 상부 개구 주위의 보강재 링(39)이 공극(48)(도 9에 도시됨)을 통과하는 음향 누출을 방지하고 정지 마찰(stiction)의 방지를 돕는다는 이점을 갖는다. 또한, 기생 용량이 적어도 3개의 방식으로 제어된다. 첫 번째로, 기판 내에서 패드 및 기계적 스프링 아래에 유전층으로 충진된 격리 트렌치(32)가 존재한다. 두 번째로, 패드(41d) 아래에서 유전성 스페이서 스택을 둘러싸는 충진형 트렌치(38b)는 산화물층(35, 37)의 보호를 제공하여 이전의 실시예에서보다 더 작은 패드 폭을 허용한다. 세 번째로, 산화물 충진형 트렌치 위에 폴리 1/산화물 스택을 삽입하는 것에 기인하여 패드와 기판 사이의 거리가 증가한다.
본 발명에 따른 마이크로폰 감지 소자의 제 3 실시예는 도 15 내지 도 18에 도시되어 있다. 도 15 내의 도면은 도 18에 도시된 평면도 내의 점선(70)을 따른 절단면으로부터 획득된 것이다. 도면 내의 모든 주요 특징부를 가로지르기 위해서 점선(70)이 선형이 아니게 되었음을 유의하라. 도 15를 참조하면, 마이크로폰 감지 소자(50)는 바람직하게는 전면 및 후면이 폴리싱된 낮은 비저항의 실리콘 웨이 퍼로 이루어진 기판(51)을 기반으로 한다. 기판(51)의 전면의 일부분 위에는 열 산화물층(52)이 배치되고 열 산화물층 위에는 LPCVD 실리콘 질화물층(53)이 배치된다. 기판(51)의 인접한 부분 위에는 제 2 전극(63)이 존재한다. 제 2 전극은 Cr/Au 복합층으로 이루어지거나 Al, Ti, Ta, Ni, Cu 또는 다른 금속 재료로 이루어진 단일층 또는 복합층이다.
기판(51)의 후면은 열 산화물층(52b)이 기판 위에 배치되고 실리콘 질화물층(53b)이 열 산화물층 위에 형성된 층의 스택을 구비한다. 백 홀(68)은 기판(51) 내에 형성되고, 여기에서 백 홀이 KOH 에칭에 의해 형성될 때 전면 내의 개구는 후면 내의 개구보다 작다. 이와 다르게, 백 홀(68)은 제 2 실시예에서 앞서 설명된 바와 같이 수직 측벽을 가질 수 있다. 백 홀(68)은 후면 위에서 열 산화물층(52b) 및 실리콘 질화물층(53b)을 통해 수직(기판에 수직)으로 연장되고, 또한 열 산화물층(52) 및 실리콘 질화물층(53)을 통해 기판의 전면으로부터 기본적으로 수직으로 연장되어 상부 에지(69)를 형성하는데, 이 상부 에지(69)는 평면도에서 볼 때 정사각형 형상(도시하지 않음)을 갖는 것이 바람직하다.
중요한 특징은 수평 및 수직 구역(61a, 61b)을 각각 갖는 SRN 기저 소자가 각각의 패드(58c)의 상부, 내부 및 하부에 형성된다는 것이다. 수평 구역(61a)은 전기적 접속 기반으로서 기능하고, 수직 구역(61b)은 패드(58c)에 대한 강성 지지대를 제공한다. 수평 구역(61a)은 패드(58c) 위에 배치되고, 수직 구역 위에 중심을 두는 정사각형 형상을 갖는 것이 바람직하다. 수직 구역(61b)은 4개의 벽을 갖는 링 형상의 트렌치(60)로 이루어지고, 하부의 열 산화물층(52), 중간의 LPCVD 실 리콘 질화물층(53) 및 상부의 PSG층(56)으로 이루어진 유전성 스페이서 스택(도시하지 않음)을 둘러싸는 SRN층으로 충진된다. 바람직한 실시예에서, 각각의 SRN 기저 소자를 위한 트렌치(60)는 직사각형 또는 원형 형상도 허용 가능하기는 하지만 정사각형 형상으로 교차하는 4개의 단면을 구비한다.
도 16을 참조하면, 도 15 내의 SRN 기저 소자 및 주변 소자에 대한 사면도로서 의도적으로 제 1 전극(62)을 제거하여 패드(58c) 위의 SRN 기저 소자의 수평 구역(61a)에 대한 상대적 크기를 나타내었다. 실제적으로 패드(58c)는 기계적 스프링(58b)의 연장선이고, 기계적 스프링보다 더 큰 폭을 가질 수 있음을 유의하라. 수평 구역(61a)은 폭(r)을 갖고 SRN 기저 소자의 수직 구역(61b)의 폭(s)은 일반적으로 폭(r)보다 작다.
도 17을 참조하면, 트렌치(60)의 전방 부분을 제거하여 폭(v)을 갖는 SRN층(61b)으로 충진된 측벽(트렌치(60))과, 측벽들 사이의 유전성 스페이서 스택을 나타낸다. 트렌치(60)의 후방 부분은 유전성 스페이서 스택 및 SRN 기저 소자(61b) 뒤에 배치되고, 이 시야 각도에서는 보이지 않는다. 트렌치(60)는 기판(51)과 접촉하는 바닥을 갖고, 열 산화물층(52) 및 실리콘 질화물층(53) 내에 형성된 하부 부분을 갖는다. 패드(58c)는 돌출부(overhang)를 형성하고, SRN 기저 소자(61b) 외부로 연장되며, 거리(n)만큼 기계적 스프링(58b)에 대해 대향한다.
수평 구역(61a) 및 수직 구역(61b)을 갖는 전체 4개의 SRN 기저 소자가 기판(51)의 에지(69)로부터 동일 거리 상에 형성되고 4개의 패드(58c)를 지지한다는 것을 이해할 것이다(도 18). 수평 구역(61a)은 제 1 전극(62)에 의해 완전히 덮여 도 18에서는 보이지 않는다. 따라서, 4개의 패드(58c)에 부착된 4개의 기계적 스프링(58b) 및 4개의 기계적 스프링에 접속된 다이어프램(58a)은 백 홀(도시하지 않음) 위에 유지된다.
다시 도 15를 참조하면, 패드(58c)와 실리콘 질화물층(53) 사이에 두께(t3)를 갖는 공극(71a)이 존재한다. 수평 구역(61a) 위에는 제 2 전극(63)과 동일한 두께 및 성분을 갖는 제 1 전극(62)이 존재한다. 제 1 전극(62)은 위에서 볼 때 정사각형 형상을 갖고 수평 구역 및 패드(58c)의 일부분을 덮지만 패드의 에지를 넘어서지 않는 것이 바람직하다. 제 1 전극(62)은 수평 구역(61a) 위에 배치된 내부 부분(상부 레벨)과 평면을 이루지 않고, 패드(58c) 위에 형성된 외부 부분은 낮은 레벨로 유지된다. 상술된 내부 및 외부 부분을 접속하는 수평 구역(61a)의 면을 따라 배치된 제 1 전극(62)의 중간 부분이 존재한다. 다이어프램(58a)의 면에 접하는 홀(64)을 갖는 관통형 플레이트(58d)는 두께(t3)를 갖는 공극(71b)에 의해 실리콘 질화물층(53)으로부터 분리되어 있다. 패드(58c), 기계적 스프링(58b), 관통형 플레이트(58d) 및 다이어프램(58a)은 동일 평면에 있고, 동일한 두께를 가지며, 다른 반도체 재료를 이용할 수 있기는 하지만 바람직하게는 폴리실리콘인 동일한 재료로 이루어진다.
다이어프램(58a)의 바닥 표면에는 백 홀(66) 및 기판(51)을 향해 아래쪽으로 돌출하는 보강재(67)가 존재한다. 보강재는 다이어프램은 대략 3마이크로 이상의 두께를 갖는 폴리실리콘층으로 이루어지는 실시예에서는 필요하지 않다. 3개의 보강재가 도시되어 있으나, 제 2 실시예에서의 보강재(39)로서 앞서 설명된 바와 같이 외부 링을 갖는 바퀴살 유사 패턴을 포함하는 다양한 디자인으로 복수의 보강재(67)를 이용할 수 있다. 보강재(67)는 다이어프램(58a)의 필수 부분이고 다이어프램과 동일한 성분을 갖는다.
도 18의 평면도에 있어서, 예시적인 실시예는 관통형 플레이트(58d) 및 다이어프램(58a)에 대한 기계적 스프링(58b)의 배향을 도시한다. 기계적 스프링(58b)은 다이어프램의 코너 및 중심점(72)을 통과하는 면을 따라 다이어프램의 각각의 코너로부터 외부로 연장된다. 각각의 기계적 스프링(58b)은 다이어프램의 코너 및 중심을 통과하는 면을 따라 길이 치수를 갖는 직사각형 형상을 가질 수 있다. 선택적으로, 기계적 스프링은 "U" 또는 "L" 형상을 가질 수 있고, 당업자가 이해하는 바와 같이 "에지 구성"에 따라서 다이어프램의 각각의 면의 중심에 부착될 수 있다. 기계적 스프링(58b)은 제 1 전극(62)에 근접한 패드(58c)에 접속한다. 제 2 전극(63)의 위치 및 개수는 달라질 수 있지만 적어도 하나의 제 2 전극은 기판(51) 위에서 제 1 전극(62)의 부근에 위치되어야 한다. 관통부(홀)(64)는 다수의 행 및 열로 정렬되는 것이 바람직하고, 정사각형, 직사각형 또는 원형 형상을 가질 수 있다. 관통형 플레이트는 다이어프램 면의 길이와 거의 같거나 작은 길이 치수를 갖고, 그 길이 치수보다 작은 폭을 갖는다.
제 3 실시예의 이점은 SRN 기저 소자가 패드 및 상부의 제 1 전극에 대한 앵커로서 기능하며 그에 따라 제 2 실시예에 포함되었던 폴리 1/산화물 스택의 필요성을 제거한다는 점이다. 게다가, 기판의 기생 용량을 감소시키기 위한 충진형 트 렌치가 필요하지 않다. 그러나, 단점은 추가적인 재료 증착 및 에칭 공정에 의해 SRN 기저 소자의 형성이 이루어진다는 것이다.
3개의 실시예는 모두 구성에 관련되는데, 여기에서 기계적 스프링은 다이어프램의 각각의 면의 중심부에 부착되고, 관통형 플레이트는 코너 주위의 다이어프램의 인접한 면에 부착된다. 제 2 실시예의 변형인 도 12에 도시된 예시적인 실시예에서, 기계적 스프링(41c)은 다이어프램(41b)의 각각의 면의 중심부에 부착되고, 관통형 플레이트(41e)는 코너 주위의 다이어프램의 인접한 면에 부착된다. 이러한 소위 "에지 지지대" 구성은 다이어프램에 부착된 기계적 스프링 및 관통형 플레이트 소자가 다이어프램 면의 1/2 길이 치수와 같은 거리만큼 다이어프램의 에지(면)를 따라 시프팅된다는 것을 제외하면 상술된 "코너 지지대" 접근법과 같다. 기계적 스프링의 단에 접속된 패드와, 관통형 플레이트 및 기계적 스프링의 바닥 표면 위의 임의의 보강재가 그에 따라 시프팅될 것임은 당연하다.
본 발명에 따른 마이크로폰 감지 소자의 제 4 실시예는 도 13 및 도 14에 도시되어 있고, 제 1 실시예의 변형예인 "중심부 지지대" 구성에 기초하고 있다. 그러나, 당업자라면 제 2 및 제 3 실시예도 "중심부 지지대" 구성을 포함하도록 변형될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 제 4 실시예는 마이크로폰 감지 소자(10)에 관련되고, 그 내부의 여러 소자의 구성 요소는 앞서 설명된 바와 같다는 것을 이해할 것이다.
도 13을 참조하면, 관통형 플레이트(13d)는 상술된 코너 지지대 접근법에서와 마찬가지로 다이어프램(13a)의 각각의 4개의 면에 접한다. 그러나, 예시적인 실시예에서, 기계적 스프링(13b)은 다이어프램 내에 위치된다. 제 1 쌍의 기계적 스프링(13b)은 다이어프램(13a)의 면을 이등분하고 다이어프램의 중심부를 통과하는 면(X-X')을 따라 형성된다. 제 1 쌍의 기계적 스프링(13b)은 면(X-X')을 따르는 길이 방향을 갖는 직사각형 형상을 가질 수 있고, 하나의 단에서 유전성 스페이서층(12)에 의해 지지되고 다른 단에서 다이어프램의 에지에 접속된다. 제 2 쌍의 기계적 스프링(13b)은 면(X-X')에 수직한 면(Y-Y')을 따라 형성되고 다이어프램의 중심부를 통과하며 다이어프램의 다른 2개의 면을 이등분한다. 제 2 쌍의 기계적 스프링은 제 1 쌍의 기계적 스프링과 동일한 형상을 갖지만 면(Y-Y')을 따라 길이 방향을 가지고 하나의 단 위에서 유전성 스페이서층 위에 형성되며, 다른 단 위에서는 다이어프램(13a)의 에지에 접속된다. 4개의 기계적 스프링(13b)은 서로에 대해 동일 평면 상에 존재하고 다이어프램과도 동일 평면 상에 존재하며 유전성 스페이서층(12) 위의 영역에서 중첩된다는 것을 유의하라. 기계적 스프링의 각각의 면을 따라 형성된 직사각형 슬롯(29)이 존재하므로 기계적 스프링의 면은 다이어프램으로부터 분리된다. 서로에 대해 직각으로 배치된 각각의 다이어프램 사분면 내의 2개의 직사각형 슬롯(29)은 기계적 스프링(13b)의 중첩 영역에 인접한 소형의 칼라 슬롯(collar slots)에 의해 접속된다.
유전성 스페이서층(12)은 두께(t5)를 갖고, 하나 이상의 산화물층, 실리콘 질화물층 또는 다른 유전층으로 이루어진 단일층 또는 복합층일 수 있다. 게다가, 유전성 스페이서층(12)은 원형 또는 정사각형 형상을 가질 수 있고 폭(w2)을 갖는다.
제 4 실시예의 다른 중요한 특징은 백 홀(26)이 4개의 단면으로 이루어진다는 것이다. 면(X-X') 및 면(Y-Y')에 의해 정의되어 기판의 각각의 사분면 내에 형성된 백 홀의 하나의 구역이 존재한다. 평면도를 위에서 바라볼 때, 하나의 백 홀 구역은 다이어프램(13a)의 우측 하단의 사분면 아래에 있는 한편, 백 홀(26)의 다른 3개의 단면은 각각 다이어프램의 우측 상단, 좌측 상단 및 좌측 하단 사분면 아래에 위치된다. 제 1 전극(18a)은 유전성 스페이서층(12) 위의 4개의 기계적 스프링의 중첩 영역 위에 배치되고, 제 2 전극(18b)은 기판(11) 위에서 다이어프램(13a) 및 관통형 플레이트(13d)의 주변 외부에 형성된다.
도 14를 참조하면, 도 13의 면(23-23)을 따라 획득된 단면도가 도시되어 있다. 면(23-23)은 마이크로폰 감지 소자(10) 내의 모든 주요 특징부를 가로지르기 위해 선형으로 그려지지 않았다. 유전성 스페이서층(12)은 제 1 실시예에서와 마찬가지로 기판(11)의 일부분 위에 형성된다. 소리 신호(25)가 백 홀(26)을 통해 다이어프램(13a)에 충돌할 때, 진동(27)이 유발되고, 여기에서 다이어프램, 기계적 스프링(13b) 및 관통형 플레이트(13d)는 협동 동작하여 위, 아래로 움직인다. 이 접근법에서는 다이어프램의 중심부 아래에 오로지 하나의 강성 앵커 패드만이 필요하다는 것을 주의하라. 백 홀(26)은 수직 측벽을 갖는 것으로 도시되었으나, 그 대신에 경사형 측벽을 이용할 수 있다. 직사각형 슬롯(29)은 백 홀(26)로부터 소정의 거리만큼 떨어져 있어야 하고, 최소의 폭을 가져서 다이어프램(13a)으로부터의 음향 누출을 방지해야 한다. 다시 말해서, 직사각형 슬롯이 백 홀 위에 형성되지 않아야 한다.
이 실시예는 제 1 실시예의 이점을 갖지만 또한 더 적은 개수의 패드가 필요 하고 더 작은 기생 용량이 존재한다는 점에서 추가적인 이점을 제공한다. 게다가, 중심부 지지대는 어떠한 내부 응력도 대칭적으로 완화되게 하고, 제 2 및 제 3 실시예에서 이용된 제조 공정이 제 4 실시예에서도 이용될 수 있게 한다.
마이크로폰 감지 소자의 4개의 실시예는 모두 결과적인 실리콘 마이크로폰이 전용 백플레이트를 갖지 않고, 그에 따라 종래에 가능했던 것보다 더 낮은 가격으로 생산될 수 있게 한다는 점에서 종래 기술을 능가하는 유사한 이점을 제공한다. 게다가, 본 발명에 따른 마이크로폰 감지 소자는 전용 백플레이트 특징부를 포함하는 종래 기술의 마이크로폰 감지 소자에서 획득되었던 결과와 동일한 우수한 성능을 나타낼 수 있다.
본 발명은 또한 상술된 실리콘 마이크로폰 감지 소자를 제조하는 방법을 제공한다. 도 3 내지 도 8에서 도시된 하나의 공정 시퀀스에서, 오로지 4개의 포토마스크만을 이용하여 도 1에 도시된 바와 같은 제 1 실시예를 제조하는 방법이 제공된다. 도 3 내지 도 8의 단면은 도 1에서의 점선(23-23)과 마찬가지로 기판(11)에 대해 동일한 위치 내에서 비선형 절단면을 따라 획득된다.
도 3을 참조하면, 마이크로폰 감지 소자(10)를 제조하는 예시적인 공정 시퀀스는 그 전면 및 후면이 폴리싱된 도핑형 실리콘 등과 같은 기판(11) 위에 통상적인 산화 또는 증착 방법에 의해 유전성 스페이서층(12)을 형성하는 것을 포함한다. 유전성 스페이서층은 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 다음에 도핑형 실리콘 또는 폴리실리콘일 수 있는 멤브레인 필름(13)을 유전성 스페이서층(12) 위에 형성한다. 당업자라면 멤브레인 필름(13) 및 유전성 스페이서층(12)이 또한 공지된 웨이 퍼 접합 공정에 의해 직접 형성될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 유전성 스페이서층(12)이 실리콘 산화물이고 멤브레인 필름(13)이 도핑형 실리콘인 SOI 접근법에서, 기판(11) 및 실리콘층(13)은 0.02ohm-cm 미만의 비저항을 제공한다.
다음에, 후속 단계에서 백 홀의 제조에 이용될 하나 이상의 층으로 이루어진 하드마스크를 기판의 후면에 형성한다. 일실시예에서, 후면 하드마스크는 공지된 LPCVD 방법에 의해 기판(11) 위에 성장된 열 산화물층(15)과, 열 산화물층 위에 LPCVD 방법에 의해 증착된 실리콘 질화물층(16)으로 이루어진다. 열 산화물/실리콘 질화물 하드마스크는 멤브레인 필름(13) 위에 동시에 성장되지만 공지된 습식 또는 건식 에칭 방법에 의해 나중에 제거된다는 것을 유의하라.
제 1 포토마스크는 멤브레인 필름(13) 내에 유전성 스페이서층(12)을 통해 연장되어 기판에 접촉하는 하나 이상의 비아(17)를 생성하기 위해 이용된다. 예를 들면, SOI 접근법에서 반응성 이온 에칭 또는 플라즈마 에칭을 이용하여 실리콘 멤브레인 필름(13)을 통해 포토레지스트층 내에 개구를 전사한 다음 습식 BOE(buffered oxide etch)를 실행하여 노출된 유전성 스페이서층(산화물)(12)을 제거하고, 비아(17)를 기판까지 연장할 수 있다.
도 4를 참조하면, 통상적인 방법을 이용하여 멤브레인 필름(13) 위 및 비아(17) 내부에 도전층(18)을 형성한다. 도전층(18)은 Cr, Au, Al, Ti, Ta, Ni, Cu 또는 다른 금속 재료로 이루어진 단일층 또는 복합층일 수 있다. 제 2 포토마스크를 이용하여 도전층(18)을 선택적으로 에칭함으로써, 멤브레인 필름(13) 위에 제 1 전극(18a) 및 비아(17) 내에 제 2 전극(18b)을 정의한다. 여기에는 4개의 패 드(13c)(도 1)가 존재하고, 제 1 전극(18a)을 각각의 패드 위에 형성할 수 있다. 게다가, 기판(11) 위에는 복수의 제 2 전극(18b)을 형성할 수 있다.
도 5를 참조하면, 멤브레인 필름(13)은 제 3 포토마스크로 선택적으로 에칭되어 관통형 플레이트(13d)가 될 멤브레인 필름의 구역 내에 홀(19)을 형성한다. 오로지 하나의 관통형 플레이트(13d)만이 도시되었으나, 전형적으로 다이어프램마다 4개의 관통형 플레이트가 형성된다. 추가적인 개구(20)는 동일한 멤브레인 필름 에칭 단계에 의해 생성되고, 인접한 실리콘층으로부터 마이크로폰 감지 소자(10)를 분리하고, 상술된 바와 같이 패드(13c), 기계적 스프링(13b), 관통형 플레이트(13d) 및 다이어프램(13a)을 정의하는 데 이용된다.
도 6을 참조하면, 제 4 포토마스크를 사용하여 당업자에게 알려진 에칭 공정에 의해 실리콘 질화물층(16) 및 열 산화물층(15)의 부분을 선택적으로 제거함으로써 기판(11)의 후면 위에 개구(21)를 형성한다. 개구(21)는 다이어프램(13a) 아래에 정렬된다. 아래쪽에서 볼 때(도시하지 않음), 개구(21)는 정사각형 형상을 갖고, 이것은 후속 단계에서 기판 내에 백 홀을 정의할 것이다.
도 7을 참조하면, 기판(11)을 KOH 용액을 포함하는 표준 공정으로 에칭하여 백 홀(22)을 형성한다. 실리콘 기판(11) 내의 실리콘 결정 구조에 기인하여, 경사형 측벽이 생성되는데, 여기에서 후면에서의 백 홀(22)의 폭은 전면에서의 백 홀의 폭보다 더 크다. 중요한 특징은 전면에서의 백 홀의 폭이 다이어프램(13a)의 폭보다 작아야 한다는 것이다. 다른 실시예(도시하지 않음)에서, 플라즈마 에칭 또는 딥 RIE(DRIE) 공정을 이용하여 수직 측벽을 갖는 백 홀(22)을 형성할 수 있다.
도 8을 참조하면, 실리콘 질화물층(16) 및 열 산화물층(15)을 포함하는 후면 하드마스크는 공지된 방법에 의해 제거된다. 다음에 기판을 절단하여 마이크로폰 감지 소자를 서로에 대해 물리적으로 분리하는 통상적인 처리가 후속된다. 여기에는 유전성 스페이서층(12)의 부분을 제거하는 최종 제거 단계가 존재한다. SOI 실시예에서, 산화물층(12)은 예를 들면 완충된(buffered) HF 용액을 포함하는 타이밍이 정해진 에칭에 의해 제거된다. 산화물층(12)은 적절한 제어에 의해 제거되므로 패드(13c) 아래의 영역이 유지될 수 있고, 그에 따라 패드를 기판에 고정하는 역할을 한다. 다이어프램(13a)는 기계적 스프링(13b)에 의해 패드(13c)에 부착된다. 다이어프램(13a), 기계적 스프링(13b), 패드(13c) 및 관통형 플레이트(13d)는 동일 평면 상에 존재하고 모두 동일한 두께의 멤브레인 필름으로 이루어진다. 직사각형 형상의 기계적 스프링(13b)이 도시되어 있으나(도 1), 당업자라면 "U" 형상 또는 "L" 형상 등과 같은 다른 형상이 허용 가능하다는 것을 이해할 것이다.
마이크로폰 감지 소자(10)에 추가하여, 실리콘 마이크로폰도 전압 바이어스 소스와, 소스 팔로워 전치증폭기와, 가변 캐패시터 회로를 완성하기 위해 제 1 및 제 2 전극을 접속하는 배선을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 그러나, 이러한 특징부는 도면을 단순화하고 본 발명의 주요 구성 요소에 곧바로 집중하게 하기 위해 도시되지 않았다. 결과적인 실리콘 마이크로폰은 전용 백플레이트 구성을 포함하는 종래 기술의 방법에 비해서 더 간단한 제조 시퀀스를 갖는다. 게다가, 본 발명의 방법은 더 적은 개수의 포토마스크를 요구하기 때문에 제조를 실행하는 데 있어서 비용이 더 저렴하다.
본 발명은 그의 바람직한 실시예를 특정하게 도시하고 설명하였으나, 당업자라면 본 발명의 정신 및 범주를 벗어나지 않으면서 형태 및 세부 사항에 있어서 여러 변형이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.

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  15. 전용 백플레이트 소자를 포함하지 않는 마이크로폰 감지 소자로서,
    (a) 내부에 형성된 백 홀(back hole)을 갖는 전면 및 후면을 구비하는 기판과,
    (b) 상기 기판의 상기 전면 상에 형성된 유전성 스페이서층과,
    (c) 상기 백 홀 위에 정렬되는 다이어프램(diaphragm)과,
    (d) 상기 다이어프램에 접하는 복수의 홀을 내부에 갖고, 상기 기판 위에 매달려 있고(suspended), 공극(air gap)에 의해 상기 기판으로부터 분리되는 복수의 관통형 플레이트와,
    (e) 상기 다이어프램에 부착되는 복수의 기계적 스프링?각각의 기계적 스프링은 2개의 단부를 가지되, 하나의 단부는 상기 다이어프램에 부착되고, 제 2 단부는 패드에 접속됨?을 포함하며,
    (f) 각각의 상기 패드는 상기 유전성 스페이서층 상에 형성되고, 각각의 상기 패드는 상기 복수의 기계적 스프링의 각각을 고정하는 역할을 하며,
    (g) 소리 신호에 응답하여, 상기 다이어프램 및 상기 관통형 플레이트가 상기 기판에 대해 수직한 방향으로 위 아래로 진동하는 경우, 상기 관통형 플레이트 및 상기 기판에 의해 용량성 감지 소자가 형성되는
    마이크로폰 감지 소자.
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  25. 전용 백플레이트를 포함하지 않는 마이크로폰 감지 소자로서,
    (a) 내부에 형성된 백 홀을 갖는 전면 및 후면을 구비하는 기판과,
    (b) 상기 기판의 상기 전면 상에 형성된 유전성 스페이서 스택과,
    (c) 제 1 두께, 중심부, 4개의 코너, 소정의 길이를 갖는 4개의 면 및 상기 백 홀 위에 정렬된 바닥 표면을 갖는 다이어프램과,
    (d) 제 1 두께를 갖고, 상기 다이어프램의 각각의 면 또는 코너에 접하는 복수의 홀을 내부에 포함하며, 길이 치수 및 폭 치수를 갖고, 상기 유전성 스페이서 스택 내에 형성된 공극 위에 매달려 있는 직사각형 관통형 플레이트와,
    (e) 상기 다이어프램의 각각의 코너 또는 면에 부착되는 기계적 스프링?각각의 기계적 스프링은 제 1 두께, 길이, 폭, 및 2개의 단부를 가지며, 하나의 단부는 상기 기판 위의 제 1 거리에서 상기 다이어프램에 부착되고, 제 2 단부는 상기 기판 위의 상기 제 1 거리보다 큰 제 2 거리에서 패드에 접속됨?과,
    (f) 소정의 깊이 및 제 2 폭을 갖는 반도체층의 강성(rigid) 수직 구역에 의해 지지되는 각각의 기계적 스프링에 접속된 상기 반도체층의 수평 구역으로 이루어지고, 제 1 두께, 4개의 면, 소정의 길이 및 제 1 폭을 갖는 패드
    를 포함하는 마이크로폰 감지 소자.
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  36. 전용 백플레이트를 포함하지 않는 마이크로폰 감지 소자로서,
    (a) 내부에 형성된 백 홀을 갖는 전면 및 후면을 구비하는 기판과,
    (b) 상기 기판의 상기 전면 상에 형성된 유전성 스페이서 스택과,
    (c) 제 1 두께, 중심부, 4개의 코너, 소정의 길이를 갖는 4개의 면 및 상기 백 홀 위에 정렬된 바닥 표면을 갖는 다이어프램과,
    (d) 제 1 두께를 갖고, 상기 다이어프램의 각각의 면 또는 코너에 접하는 복수의 홀을 내부에 포함하며, 길이 치수 및 폭 치수를 갖고, 상기 유전성 스페이서 스택 내에 형성된 공극 위에 매달려 있는 직사각형 관통형 플레이트와,
    (e) 상기 다이어프램의 각각의 코너에 부착되는 기계적 스프링?각각의 기계적 스프링은 제 1 두께, 길이, 제 1 폭 및 2개의 단부를 가지며, 하나의 단부는 상기 다이어프램에 부착되고, 제 2 단부는 전기적 접속 포인트로서의 역할을 하는 패드에 접속됨?과,
    (f) 제 1 두께, 4개의 면, 소정의 길이 및 제 1 폭을 갖고, 각각의 기계적 스프링에 접속되며, 강성 기저 소자(base element)에 의해 지지되는 패드와,
    (g) 4개의 충진형 트렌치로 이루어지는 연속적인 벽의 형태를 갖는 기저 소자(base element)를 포함하고,
    각각의 충진형 트렌치는 길이 치수 및 폭 치수, 두께 및 상단(top)과 바닥을 갖고, 상기 바닥은 상기 기판과 접촉하고, 상기 상단은 패드에 접속되며, 상기 기저 소자는 각각의 패드 아래의 상기 유전성 스페이서 스택을 둘러싸는
    마이크로폰 감지 소자.
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  46. 전용 백플레이트를 포함하지 않는 마이크로폰 감지 소자로서,
    (a) 내부에 형성된 백 홀을 갖는 전면 및 후면을 구비하는 기판?상기 백 홀은 4개의 구역을 가지되, 하나의 구역은 상기 기판 및 서로에 대해 수직하는 제 1 평면 및 제 2 평면에 의해 분할된 각각의 사분면 내에 형성됨?과,
    (b) 제 1 두께, 중심부, 에지, 4개의 코너, 소정의 길이를 갖는 4개의 면 및 상기 백 홀 위에서 각각의 상기 사분면 내에 형성된 바닥 표면을 갖고, 상기 바닥 표면과 상기 기판 사이에 형성된 공극 위에 존재하는 다이어프램과,
    (c) 상기 기판의 상기 전면 상에 및 상기 다이어프램의 상기 중심부 아래에 형성되어 소정의 두께 및 폭을 갖는 유전성 스페이서층과,
    (d) 제 1 두께를 갖고, 상기 다이어프램의 각각의 면에 접하는 복수의 홀을 내부에 포함하며, 상기 기판 위에 존재하는 공극 위에 매달려 있는 직사각형 관통형 플레이트와,
    (e) 상기 제 1 평면을 따라 형성된 길이 치수를 갖는 2개의 면 및 2개의 단부를 구비하고, 상기 다이어프램과 동일 평면 상에 존재하며 각각의 면을 따라 슬롯에 의해 상기 다이어프램으로부터 분리되어 있으며, 하나의 단부는 상기 유전성 스페이서층 상에 형성되고, 제 2 단부는 상기 다이어프램의 상기 에지에 부착되는 제 1 쌍의 기계적 스프링과,
    (f) 상기 제 2 평면을 따라 형성된 길이 치수를 갖는 2개의 면 및 2개의 단부를 구비하고, 상기 다이어프램과 동일 평면 상에 존재하며 각각의 면을 따라 슬롯에 의해 상기 다이어프램으로부터 분리되어 있으며, 하나의 단부는 상기 유전성 스페이서층 상에 형성되고, 제 2 단부는 상기 다이어프램의 상기 에지에 부착되며, 상기 유전성 스페이서층 상의 상기 단부는 상기 유전성 스페이서층 상의 상기 제 1 쌍의 기계적 스프링의 상기 단부와 중첩 영역을 형성하는 제 2 쌍의 기계적 스프링
    을 포함하는 마이크로폰 감지 소자.
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  54. 전용의 백플레이트 소자를 포함하지 않는 마이크로폰 감지 소자로서,
    (a) 내부에 형성된 백 홀을 갖는 전면 및 후면을 구비하는 기판과,
    (b) 상기 기판의 상기 전면 상에 형성된 제 1 두께를 갖는 유전성 스페이서층과,
    (c) 상기 백 홀 위에 정렬된 제 2 두께를 갖는 다이어프램과,
    (d) 상기 다이어프램과 인접하고 제 2 두께를 갖는 복수의 관통형 플레이트로서, 상기 관통형 플레이트와 상기 다이어프램은 상기 기판 위에 있는 제 1 두께의 공극 위에 매달려 있는, 복수의 관통형 플레이트와,
    (e) 상기 유전성 스페이서층 상에 형성된 제 2 두께를 갖는 복수의 강성 패드와,
    (f) 상기 다이어프램에 부착된 복수의 기계적 스프링?각각의 기계적 스프링은 제 2 두께와 2 개의 단부를 가지며, 하나의 단부는 상기 다이어프램에 부착되고 제 2 단부는 상기 강성 패드 중 하나에 연결됨?과,
    (g) 하나 이상의 상기 강성 패드 상에 형성된 제 1 전극 및 상기 기판 상에 형성된 하나 이상의 제 2 전극?상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은, 상기 다이어프램, 상기 관통형 플레이트, 및 상기 기계적 스프링이 소리 신호에 응답하여 상기 기판과 직교하는 방향으로 상하로 진동하는 경우, 가변 캐패시터 회로를 구성함?을 포함하는
    마이크로폰 감지 소자.
  55. 제 54 항에 있어서,
    상기 다이어프램은 원형, 정사각형, 직사각형 또는 다각형 형상을 갖는
    마이크로폰 감지 소자.
  56. 제 54 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 전극은 Au/Cr 복합층으로 이루어지거나, Al, Ti, Ta, Ni, Cu, 또는 다른 금속 재료로 이루어지는 단일층 또는 복합층인
    마이크로폰 감지 소자.
  57. 제 54 항에 있어서,
    상기 다이어프램, 복수의 기계적 스프링, 복수의 강성 패드 및 복수의 관통형 플레이트는, 실리콘, 폴리실리콘, Au, Cu, Ni 또는 다른 금속 재료로 이루어지는 동일한 멤브레인 필름으로 제조되는
    마이크로폰 감지 소자.
  58. 제 57 항에 있어서,
    상기 복수의 강성 패드, 복수의 기계적 스프링 및 복수의 관통형 플레이트는, 이들 세 요소를 상기 멤브레인 필름으로부터 분리하는 슬롯 개구로 둘러싸이는
    마이크로폰 감지 소자.
  59. 제 54 항에 있어서,
    상기 백 홀은 상기 기판의 상기 전면에서 제 1 기하 면적을 갖는 정사각형, 다각형 또는 원형 개구를 갖되, 음향 누출을 방지하기 위해 상기 제 1 기하 면적은 상기 전면에 평행한 평면에서의 상기 다이어프램의 기하 면적보다 작고,
    상기 백 홀은 상기 기판의 후면에서, 상기 제 1 기하 면적과 다른 크기를 가질 수 있는 제 2 기하 면적을 갖는 개구를 갖는
    마이크로폰 감지 소자.
  60. 제 54 항에 있어서,
    상기 복수의 기계적 스프링 각각은 직사각형 형상, "U" 형상, "L" 형상, 또는 상기 직사각형 형상, "U" 형상, "L" 형상 중 2 이상을 결합한 형상을 갖는
    마이크로폰 감지 소자.
  61. 제 60 항에 있어서,
    상기 복수의 기계적 스프링 중 하나 이상은 제 1 형상을 갖고, 상기 복수의 기계적 스프링 중 하나 이상은 제 2 형상을 갖는
    마이크로폰 감지 소자.
  62. 제 54 항에 있어서,
    상기 유전성 스페이서층은 열 산화물, 저온 산화물, TEOS층 또는 PSG층으로 이루어지는
    마이크로폰 감지 소자.
  63. 제 54 항에 있어서,
    상기 기판은 저저항성의 도핑형 실리콘, 그 위에 도전층이 형성되어 있는 실리콘, 또는 그 위에 도전층이 형성되어 있는 유리로 이루어지는
    마이크로폰 감지 소자.
  64. 제 54 항에 있어서,
    상기 복수의 기계적 스프링 각각은 또한 관통형 플레이트일 수 있는
    마이크로폰 감지 소자.
  65. 전용의 백플레이트 소자를 포함하지 않는 마이크로폰 감지 소자로서,
    (a) 내부에 형성된 백 홀을 갖는 전면 및 후면을 구비하는 기판과,
    (b) 상기 기판의 상기 전면 위에 형성된 제 1 두께를 갖는 유전성 스페이서층과,
    (c) 상기 백 홀 위에 정렬된 제 2 두께를 갖는 다이어프램과,
    (d) 상기 유전성 층 상에 형성된 제 2 두께를 갖는 복수의 강성 패드와,
    (e) 제 2 두께와 2 개의 단부를 가지는 복수의 관통형 기계적 스프링?각각의 관통형 기계적 스프링의 하나의 단부는 상기 다이어프램에 부착되고 제 2 단부는 상기 강성 패드 중 하나에 부착되며, 상기 관통형 스프링과 상기 다이어프램은 상기 기판 위에 있는 제 1 두께의 공극 위에 매달려 있음?과,
    (f) 하나 이상의 상기 강성 패드 상에 형성된 제 1 전극 및 상기 기판 상에 형성된 하나 이상의 제 2 전극?상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은, 상기 다이어프램 및 상기 관통형 기계적 스프링이 소리 신호에 응답하여 상기 기판과 직교하는 방향으로 상하로 진동하는 경우, 가변 캐패시터 회로를 구성함?을 포함하는
    마이크로폰 감지 소자.
  66. 제 65 항에 있어서,
    상기 다이어프램은 원형, 정사각형, 직사각형 또는 다각형 형상을 갖는
    마이크로폰 감지 소자.
  67. 제 65 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 전극은 Au/Cr 복합층으로 이루어지거나, Al, Ti, Ta, Ni, Cu, 또는 다른 금속 재료로 이루어지는 단일층 또는 복합층인
    마이크로폰 감지 소자.
  68. 제 65 항에 있어서,
    상기 다이어프램, 복수의 관통형 기계적 스프링 및 복수의 강성 패드는, 실리콘, 폴리실리콘, Au, Cu, Ni 또는 다른 금속 재료로 이루어지는 동일한 멤브레인 필름으로부터 제조되는
    마이크로폰 감지 소자.
  69. 제 65 항에 있어서,
    상기 백 홀은 상기 기판의 상기 전면에서 제 1 기하 면적을 갖는 정사각형, 다각형 또는 원형 개구를 갖되, 음향 누출을 방지하기 위해 상기 제 1 기하 면적은 상기 전면에 평행한 평면에서의 상기 다이어프램의 기하 면적보다 작고,
    상기 백 홀은 상기 기판의 후면에서, 상기 제 1 기하 면적과 다른 크기를 가질 수 있는 제 2 기하 면적을 갖는 개구를 갖는
    마이크로폰 감지 소자.
  70. 제 65 항에 있어서,
    상기 복수의 관통형 기계적 스프링 각각은 직사각형 형상, "U" 형상, "L" 형상, 또는 상기 직사각형 형상, "U" 형상, "L" 형상 중 2 이상을 결합한 형상을 갖는
    마이크로폰 감지 소자.
  71. 제 70 항에 있어서,
    상기 복수의 관통형 기계적 스프링 중 하나 이상은 제 1 형상을 갖고, 상기 복수의 관통형 기계적 스프링 중 하나 이상은 제 2 형상을 갖는
    마이크로폰 감지 소자.
  72. 제 65 항에 있어서,
    상기 유전성 스페이서층은 열 산화물, 저온 산화물, TEOS층 또는 PSG층으로 이루어지는
    마이크로폰 감지 소자.
  73. 제 65 항에 있어서,
    상기 기판은 저저항성의 도핑형 실리콘, 그 위에 도전층이 형성되어 있는 실리콘, 또는 그 위에 도전층이 형성되어 있는 유리로 이루어지는
    마이크로폰 감지 소자.
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