KR101407914B1 - Making method for 1-chip-type MEMS microphone and the 1-chip-type MEMS microphone by the method - Google Patents

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KR101407914B1 KR1020130142263A KR20130142263A KR101407914B1 KR 101407914 B1 KR101407914 B1 KR 101407914B1 KR 1020130142263 A KR1020130142263 A KR 1020130142263A KR 20130142263 A KR20130142263 A KR 20130142263A KR 101407914 B1 KR101407914 B1 KR 101407914B1
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이영화
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곽준혁
지창현
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Abstract

The present invention relates to a 1-chip-type mems microphone and a method for manufacturing the same. The purpose of the present invention is to provide a 1-chip-type mems microphone and a method for manufacturing the same which can achieve performance improvement, sensitivity, cost reduction, rigidity reinforcement through component material replacement and a decrease in the number of components and processes by improving the structure of an existing 1-chip-type mems microphone.

Description

1칩형 MEMS 마이크로폰의 제작 방법 및 그에 의하여 만들어진 1칩형 MEMS 마이크로폰 {Making method for 1-chip-type MEMS microphone and the 1-chip-type MEMS microphone by the method}[0001] The present invention relates to a method of manufacturing a one-chip type MEMS microphone and a one-chip type MEMS microphone produced by the same,

본 발명은 1칩형 MEMS 마이크로폰의 제작 방법 및 그에 의하여 만들어진 1칩형 MEMS 마이크로폰에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a one-chip type MEMS microphone and a one-chip type MEMS microphone produced thereby.

최근 소음 공해 피해 저감 요구에 따른 음향 측정 기술의 발전으로 3차원에서 소음원의 위치를 측정하는 기술 등에 대한 연구가 다양하게 이루어지고 있으며, 특히 직접적으로 음향을 측정하는 장치 자체에 대한 연구도 활발하게 이루어지고 있다. 음향 측정에 있어서 전통적으로 일렉트릭 콘덴서 마이크로폰(electret condenser microphone, 이하 ECM)이 널리 사용되어 왔으나, 측정 환경의 변화 및 다양화로 인하여 ECM의 부피 때문에 원하는 위치에의 설치가 어려운 문제 등과 더불어, 현재의 음향 측정 기술에서는 다수 개의 마이크로폰을 요하는데 ECM 자체가 매우 고가의 장비이기 때문에 경제적인 문제 또한 발생한다.Recently, researches on the technique of measuring the position of the noise source in three dimensions due to the development of the acoustic measurement technique according to the demand for reducing the noise pollution damage have been variously carried out. Especially, the device itself which directly measures the sound has been actively studied ought. Electret condenser microphones (ECM) have been widely used in acoustic measurement, but due to the variation of the measurement environment and the volume of the ECM, it is difficult to install them in a desired position, Technology requires a lot of microphones, but the ECM itself is a very expensive device, which also causes economic problems.

일반적으로 MEMS(microelectromechanical system) 기반의 정전용량형 마이크로폰(capacitive microphone based on MEMS, 이하에서는 간단히 "MEMS 마이크로폰"이라고 한다)은 종래의 ECM이 가지는 근본적인 한계를 뛰어넘는 장점을 가진다. MEMS 마이크로폰에서 기계적 또는 전기적 반응을 하는 진동판은 폴리 실리콘 또는 실리콘 질화막, 실리콘 산화막 등의 유전체로 이루어지는데 이는 -40℃에서 +120℃의 온도에서도 신뢰성을 가지며 습도 및 복잡한 온도 변동에도 신뢰성을 갖는다. 또한 실리콘 기판을 사용하는 MEMS 마이크로폰의 경우 260℃가 넘는 무연 표면 실장 온도에서도 견딘다. 이와 같이 높은 신뢰성을 갖고 표면 실장이 가능하다는 점은 기존의 ECM을 능가하는 점이 된다. ECM은 캔(can) 형태의 패키지만 가능하지만 MEMS 마이크로폰은 사용자의 요구에 따라 패키지가 가능한데 이는 현재 소형화, 집적화 되고 있는 마이크로폰의 응용분야에 적합하다. MEMS 마이크로폰은 진동판과 기준판 사이에 일정한 DC(Direct Current) 바이어스 전압을 인가한 상태에서 들어오는 음압에 따른 정전용량의 변화를 감지하게 된다. MEMS 마이크로폰이 대부분의 소형 ECM 보다 더 작게 제조될 수 있으며 기계적 진동이나 온도변화, 전자기장 간섭에 덜 민감하다. 이러한 유리한 특성으로 보청기나 전자 청진기뿐만 아니라 휴대폰, 그리고 노트북 컴퓨터, 캠코더, 디지털 카메라 등 음성 입력이 있는 기기에서 사용이 증가되고 있다.
In general, MEMS (microelectromechanical system) based capacitive microphone based on MEMS (simply referred to as "MEMS microphone" hereinafter) has an advantage over the fundamental limitation of conventional ECM. MEMS microphones are mechanically or electrically biased dielectrics such as polysilicon, silicon nitride, and silicon oxide, which have reliability at temperatures of -40 ° C to + 120 ° C and are reliable for humidity and complex temperature variations. In addition, MEMS microphones using silicon substrates can withstand lead-free surface mounting temperatures above 260 ° C. This high reliability and surface mountability surpasses the existing ECM. Although ECM is only available in can-type packages, MEMS microphones can be packaged to meet the needs of the user, which is suitable for the application of microphones that are currently compact and integrated. The MEMS microphone senses the change in capacitance due to the incoming sound pressure while applying a constant direct current (DC) bias voltage between the diaphragm and the reference plate. MEMS microphones can be made smaller than most smaller ECMs and are less sensitive to mechanical vibration, temperature changes, and electromagnetic interference. These favorable characteristics are increasingly used in devices such as mobile phones, notebook computers, camcorders, and digital cameras as well as hearing aids and electronic stethoscopes.

한국특허등록 제0737405호("초소형 실리콘 용량형 마이크로폰의 제조방법", 2007.07.03, 이하 선행문헌)에는 종래에 알려진 MEMS 마이크로폰의 구조 및 그 제조 방법이 개시되어 있다. 상기 선행문헌에 개시된 바와 같은 종래의 MEMS 마이크로폰은 기본적으로 2장의 기판이 적층된 형태로 이루어지는데, 이와 같이 2장의 기판이 적층된 형태로 만들어지는 MEMS 마이크로폰은 기판 두께 때문에 소형화할 수 있는 크기에 제한이 있고, 또한 기판이 2장이라는 점 때문에 부품 수 및 공정 수가 증가할 수밖에 없다는 한계가 있다.Korean Patent Registration No. 0737405 ("Method of Manufacturing a Micro-Silicon Capacitive Microphone, " 2007.07.03, hereinafter referred to as prior art) discloses a structure of a conventional MEMS microphone and a manufacturing method thereof. A conventional MEMS microphone as disclosed in the aforementioned prior art basically consists of a stack of two substrates. The MEMS microphone, which is formed by stacking two substrates in this way, is limited to a size that can be downsized due to the thickness of the substrate And the number of parts and the number of processes are inevitably increased due to the fact that there are two substrates.

이러한 문제를 해소하기 위하여 1장의 기판으로 이루어지는 1칩형 MEMS 마이크로폰에 대한 연구가 이루어지고 있는데, 현재 개발되어 상용화된 1칩형 MEMS 마이크로폰의 경우 도 1에 도시된 바와 같이 음향 챔버에 해당하는 빈 공간 부분이 형성된 기판(1)과, 음압에 의하여 진동되어 실제로 음향을 측정하는 멤브레인(2)과, 다수 개의 홀(31)이 형성되어 음향이 통과 가능하도록 이루어져 상기 멤브레인(2) 외측을 덮는 형태로 배치되며 지지부(32)에 의해 상기 기판(1) 상에 고정되는 백플레이트(3)로 구성된다. 상기 멤브레인(2)은 폴리실리콘(poly Si)으로, 상기 백플레이트(3)는 폴리실리콘이 도핑된 실리콘 화합물로 이루어지며, 상기 백플레이트(3)가 전극 역할을 하게 된다. 이 때 상기 멤브레인(2) 및 상기 백플레이트(3) 사이의 에어갭(air gap)은 형성한다.In order to solve such a problem, studies have been made on a one-chip type MEMS microphone composed of a single substrate. In the case of a single-chip MEMS microphone developed and commercialized at present, as shown in FIG. 1, A membrane 2 which is vibrated by sound pressure and which actually measures sound and a plurality of holes 31 are formed so that sound can pass therethrough so as to cover the outer side of the membrane 2 And a back plate (3) fixed on the substrate (1) by a support part (32). The membrane 2 is made of polysilicon and the backplate 3 is made of a silicon compound doped with polysilicon and the backplate 3 serves as an electrode. At this time, an air gap is formed between the membrane (2) and the back plate (3).

이러한 1칩형 MEMS 마이크로폰의 작동 원리를 간략히 설명하자면, 음향에 의하여 공기가 진동함으로써 음압이 발생하고, 이러한 음압이 상기 홀(31)을 통해 멤브레인(2)으로 전달됨에 따라 멤브레인(2)이 진동하게 된다. 이러한 멤브레인(2)의 진동이 고정 전극 역할을 하는 백플레이트(3)와의 캐패시턴스의 변화를 야기하며, 이를 전기 신호화하여 외부로 전달함으로써 음향의 측정이 이루어지게 되는 것이다.The operation principle of such a one-chip type MEMS microphone is briefly described as follows. Sound is generated due to vibration of air by sound, and the membrane 2 vibrates as the sound pressure is transmitted to the membrane 2 through the hole 31 do. The vibration of the membrane 2 causes a capacitance change with respect to the back plate 3 serving as a fixed electrode, and the electrical signal is transmitted to the outside to measure sound.

그런데 이러한 종래의 1칩형 MEMS 마이크로폰의 경우, 백플레이트가 공정상 비교적 얇은 폴리실리콘과 질화규소(SiNx) 재질로 이루어지도록 하기 때문에 강성이 상당히 떨어지는 문제가 있으며, 이에 따라 음압에 의해 멤브레인이 진동함과 동시에 고정전극인 백플레이트까지 함께 진동하게 됨으로써 음향 측정 감도가 크게 떨어지는 문제가 있었다. 또한 종래의 1칩형 MEMS 마이크로폰을 제작함에 있어 공정이 지나치게 복잡하여 대량 생산시 공정단가의 증가라는 어려운 문제가 있었다.
However, in such a conventional one-chip type MEMS microphone, since the back plate is made of relatively thin polysilicon and silicon nitride (SiN x ) in the process, there is a problem that the rigidity is significantly lowered, At the same time, the back plate as the stationary electrode is vibrated together, which results in a problem that the sensitivity of sound measurement is greatly reduced. Further, in manufacturing a conventional one-chip type MEMS microphone, the process is excessively complicated, which poses a difficult problem of increasing the process cost in mass production.

1. 한국특허등록 제0737405호("초소형 실리콘 용량형 마이크로폰의 제조방법", 2007.07.03)1. Korea Patent No. 0737405 ("Method for manufacturing a micro-sized silicon microphone ", 2007.07.03)

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 종래의 1칩형 MEMS 마이크로폰의 구조를 개선하여 부품 수 및 공정 수 저감, 부품 재질 교체를 통한 강성 강화 및 비용 절감, 감도 및 성능 향상을 얻을 수 있도록 하며, 또한 이러한 구조를 가지는 1칩형 MEMS 마이크로폰의 제작을 보다 용이하면서도 효율적으로 실현할 수 있도록 하는, 1칩형 MEMS 마이크로폰의 제작 방법 및 그에 의하여 만들어진 1칩형 MEMS 마이크로폰을 제공함에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to improve the structure of a conventional single-chip MEMS microphone and to reduce the number of parts and processes, Chip type MEMS microphone, which enables to obtain a single-chip type MEMS microphone having such a structure that can be reinforced and cost-reduced, improved in sensitivity and performance, and can be realized more easily and efficiently. And a MEMS microphone.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 1칩형 MEMS 마이크로폰의 제작 방법은, 중심부에 음향 챔버(S)가 형성되는 기판(110); 상기 음향 챔버(S) 상부를 덮도록 최외측에 배치되며, 하부로 돌출된 형태로 가장자리부에 배치되는 다수 개의 포스트(121)에 의해 상기 기판(110) 상에 지지되고, 하부로 돌출된 형태로 전면에 걸쳐 배치되는 다수 개의 범프(122)가 형성되는 진동막(120); 상기 음향 챔버(S) 상부를 덮도록 상기 진동막(120) 하부에 배치되며, 통공 형태로 전면에 걸쳐 배치되는 다수 개의 음향홀(131)이 형성되는 후판(130); 상기 기판(110) 상부에 구비되어 상기 진동막(120)과 전기적으로 접촉되는 전면 전극(141); 상기 기판(110) 하부에 구비되어 상기 후판(130)과 전기적으로 접촉되는 후면 전극(142); 을 포함하여 이루어지는 1칩형 MEMS 마이크로폰(100)을 제작하는 방법에 있어서,According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a one-chip MEMS microphone, including: a substrate having an acoustic chamber formed at a center thereof; And is supported on the substrate 110 by a plurality of posts 121 disposed on the edge portion in a shape protruding downward and disposed on the outermost side so as to cover the upper portion of the acoustic chamber S, (120) having a plurality of bumps (122) arranged over the entire surface thereof; A thick plate 130 disposed under the diaphragm 120 to cover the upper portion of the acoustic chamber S and having a plurality of acoustic holes 131 arranged in a through hole shape over the entire surface thereof; A front electrode 141 provided on the substrate 110 to electrically contact the diaphragm 120; A rear electrode 142 disposed under the substrate 110 and in electrical contact with the rear plate 130; A method of manufacturing a one-chip MEMS microphone (100), comprising:

A) 상기 기판(110) 상하부에 산화막층이 증착되는 단계; B) 상부의 상기 산화막층의 일부가 식각에 의해 제거되어 포스트용 홈이 형성되는 단계; C) 상하부의 상기 산화막층들의 외측에 제1희생층이 증착되고, 상부의 상기 제1희생층의 일부가 식각에 의해 제거되어 범프용 홈 및 포스트용 홈이 형성되는 단계; D) 상부의 상기 제1희생층의 외측에 진동막 재료가 증착되어 상기 진동막(120)이 형성되는 단계; E) 상기 진동막(120) 외측에 제2희생층이 증착되는 단계; F) 상하부 최외측에 마스킹층이 증착되는 단계; G) 상기 기판(110) 후면 중심부가 비등방 식각에 의해 제거되어 음향 챔버(S)를 형성하고, 식각된 면에 절연층이 증착되는 단계; H) 상기 기판(110) 후면측의 상기 절연층에 시드층이 증착되고, 전기도금이 수행되어 상기 음향홀(131)이 형성된 상기 후판(130)이 형성되는 단계; I) 상기 기판(110) 전면에 상기 진동막(120)과 전기적으로 연결되는 전면 전극(141)이 형성되고, 상기 기판(110) 후면에 상기 후판(130)과 전기적으로 연결되는 후면 전극(142)이 형성되는 단계; J) 상기 진동막(120) 및 상기 후판(130) 사이의 상기 제1희생층, 상기 산화막층, 상기 절연층 일부가 제거되어 상기 진동막(120) 및 상기 후판(130) 사이에 에어갭(air gap)이 형성되는 단계; 를 포함하여 이루어질 수 있다.A) depositing an oxide layer on the upper and lower sides of the substrate 110; B) removing a part of the oxide layer on the top by etching to form a groove for the post; C) a first sacrificial layer is deposited on the outer side of the oxide layers on the upper and lower sides, and a part of the first sacrificial layer on the upper side is removed by etching to form a groove for a bump and a groove for a post; D) depositing a diaphragm material on the outer side of the first sacrificial layer to form the diaphragm 120; E) depositing a second sacrificial layer outside the diaphragm 120; F) depositing a masking layer on the uppermost and lowermost outermost sides; G) removing a center portion of the rear surface of the substrate 110 by anisotropic etching to form an acoustic chamber S, and depositing an insulating layer on the etched surface; H) a seed layer is deposited on the insulating layer on the rear surface side of the substrate 110, and electroplating is performed to form the thick plate 130 on which the acoustic holes 131 are formed; I) a front electrode 141 electrically connected to the diaphragm 120 is formed on the front surface of the substrate 110 and a rear electrode 142 electrically connected to the rear plate 130 is formed on the rear surface of the substrate 110 ); J) A portion of the first sacrificial layer, the oxide layer, and the insulating layer between the diaphragm 120 and the thick plate 130 is removed to form an air gap (not shown) between the diaphragm 120 and the thick plate 130 forming an air gap; . ≪ / RTI >

이 때 상기 H) 단계는, HA1) 상기 기판(110) 후면측의 상기 절연층 전체 면적에 걸쳐 시드층이 증착되는 단계; HA2) 상기 시드층 상에 상기 음향홀(131)이 형성된 상기 후판(130)의 반전 형상으로 형성되는 몰드층이 형성되는 단계; HA3) 상기 몰드층에 의해 노출된 상기 시드층의 일부 영역에 전기도금이 수행되어 상기 음향홀(131)이 형성된 상기 후판(130)이 형성되는 단계; HA4) 상기 몰드층이 제거되는 단계; 를 포함하여 이루어질 수 있다.In this case, step (H) comprises: HA1) depositing a seed layer over the entire area of the insulating layer on the rear side of the substrate 110; HA2) forming a mold layer formed on the seed layer in an inverted shape of the thick plate 130 in which the acoustic holes 131 are formed; HA3) electroplating is performed on a part of the seed layer exposed by the mold layer to form the thick plate 130 on which the acoustic holes 131 are formed; HA4) removing the mold layer; . ≪ / RTI >

또는 상기 H) 단계는, HB1) 상기 기판(110) 후면측의 상기 절연층에 상기 음향홀(131)이 형성된 상기 후판(130) 형상으로 패턴화된 시드층이 증착되는 단계; HB2) 상기 패턴화된 시드층에 전기도금이 수행되어 상기 음향홀(131)이 형성된 상기 후판(130)이 형성되는 단계; 를 포함하여 이루어질 수 있다.Or H) comprises: HB1) depositing a patterned seed layer in the shape of the thick plate 130 in which the acoustic holes 131 are formed in the insulating layer on the backside of the substrate 110; HB2) electroplating is performed on the patterned seed layer to form the thick plate 130 on which the acoustic holes 131 are formed; . ≪ / RTI >

또는 상기 H) 단계는, HC1) 상기 기판(110) 후면측의 상기 절연층에 상기 음향홀(131)이 형성된 상기 후판(130) 형상으로 패턴화된 시드층이 증착되는 단계; HC2) 상기 패턴화된 시드층 이외의 영역에 상기 패턴화된 시드층보다 두꺼운 두께로 몰드층이 형성되는 단계; HC3) 상기 몰드층에 의해 노출된 상기 패턴화된 시드층에 전기도금이 수행되어 상기 음향홀(131)이 형성된 상기 후판(130)이 형성되는 단계; HC4) 상기 몰드층이 제거되는 단계; 를 포함하여 이루어질 수 있다.
Or H) comprises depositing a patterned seed layer in the shape of the thick plate 130 in which the acoustical holes 131 are formed in the insulating layer on the rear side of the substrate 110; HC2) forming a mold layer thicker than the patterned seed layer in a region other than the patterned seed layer; HC3) electroplating is performed on the patterned seed layer exposed by the mold layer to form the thick plate 130 on which the acoustic holes 131 are formed; HC4) removing the mold layer; . ≪ / RTI >

또한 본 발명에 의한 1칩형 MEMS 마이크로폰은, 중심부에 음향 챔버(S)가 형성되는 기판(110); 상기 음향 챔버(S) 상부를 덮도록 최외측에 배치되며, 하부로 돌출된 형태로 가장자리부에 배치되는 다수 개의 포스트(121)에 의해 상기 기판(110) 상에 지지되고, 하부로 돌출된 형태로 전면에 걸쳐 배치되는 다수 개의 범프(122)가 형성되는 진동막(120); 상기 음향 챔버(S) 상부를 덮도록 상기 진동막(120) 하부에 배치되며, 통공 형태로 전면에 걸쳐 배치되는 다수 개의 음향홀(131)이 형성되는 후판(130); 상기 기판(110) 상부에 구비되어 상기 진동막(120)과 전기적으로 접촉되는 전면 전극(141); 상기 기판(110) 하부에 구비되어 상기 후판(130)과 전기적으로 접촉되는 후면 전극(142); 을 포함하여 이루어지며, 상술한 바와 같은 1칩형 MEMS 마이크로폰의 제작 방법에 의하여 상기 후판(130)이 전기도금에 의하여 형성되도록 만들어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the single-chip MEMS microphone according to the present invention includes a substrate 110 on which an acoustic chamber S is formed at a central portion thereof; And is supported on the substrate 110 by a plurality of posts 121 disposed on the edge portion in a shape protruding downward and disposed on the outermost side so as to cover the upper portion of the acoustic chamber S, (120) having a plurality of bumps (122) arranged over the entire surface thereof; A thick plate 130 disposed under the diaphragm 120 to cover the upper portion of the acoustic chamber S and having a plurality of acoustic holes 131 arranged in a through hole shape over the entire surface thereof; A front electrode 141 provided on the substrate 110 to electrically contact the diaphragm 120; A rear electrode 142 disposed under the substrate 110 and in electrical contact with the rear plate 130; And the thick plate 130 is formed by electroplating according to the method of manufacturing a one-chip type MEMS microphone as described above.

이 때 상기 진동막(120)은, 다각형의 평판 형상으로 형성되어, 모서리부는 상기 포스트(121)에 의하여 상기 기판(110)에 지지되며, 꼭지점부는 연장되어 상기 기판(110)에 고정될 수 있다. 또한 이 때 상기 진동막(120)은, 꼭지점부가 연장되어 상기 기판(110)에 고정되는 부분에 스프링 구조가 형성될 수 있다.
At this time, the diaphragm 120 is formed into a polygonal flat plate shape, and the corner portion is supported by the substrate 110 by the post 121, and the vertex portion is extended and fixed to the substrate 110 . At this time, the diaphragm 120 may have a spring structure at a portion where the vertex portion extends and is fixed to the substrate 110.

본 발명의 제조 방법에 의하여 만들어지는 1칩형 MEMS 마이크로폰은, 1칩형 MEMS 마이크로폰 구조에 있어서 종래와는 달리 진동막 내측에 후판이 형성되도록 함으로써, 종래에 비해 제조 공정 단계를 절감할 수 있는 장점이 있다. 또한 이와 같이 진동막 내측에 후판이 형성되도록 함으로써 공정 단계가 개선됨에 따라 종래와는 달리 후판의 재질을 금속으로 할 수 있게 되는데, 이에 따라 종래에 후판을 폴리실리콘과 질화규소(SiNx) 재질로 제작했던 것에 비하여 훨씬 저렴한 가격으로 제품을 구성할 수 있게 되는 경제적 효과가 있다.The single-chip MEMS microphone manufactured by the manufacturing method of the present invention is advantageous in that, unlike the conventional one-chip MEMS microphone structure, a thick plate is formed inside the diaphragm, thereby reducing manufacturing steps . In addition, since the process steps are improved by forming the thick plate on the inner side of the diaphragm, the material of the thick plate can be made of metal, unlike the prior art. Accordingly, conventionally, the thick plate is made of polysilicon and silicon nitride (SiN x ) There is an economical effect that the product can be configured at a much lower price than the one that has been made.

뿐만 아니라 후판 재질이 금속이 됨으로써 후판에 전기도금 공정을 수행할 수 있게 되는데, (이러한 공정은 종래에는 재질적 또는 구조적인 한계로 인하여 수행하기가 난해하였으나) 본 발명에서는 이와 같이 전기도금 공정을 수행함으로써 후판의 두께를 종래에 비하여 훨씬 늘릴 수 있으며, 이를 통해 후판의 강성을 종래보다 훨씬 높일 수 있는 장점이 있다. 이처럼 후판의 강성이 높아짐으로써 종래에 음향 입력시 불필요하게 후판까지 진동함으로써 발생하였던 음향 측정 성능 저하 문제도 크게 개선할 수 있는 효과 또한 얻을 수 있다.In addition, since the plate material is made of metal, it is possible to perform the electroplating process on the plate (this process is difficult to perform due to material or structural limitations in the past), but in the present invention, Therefore, the thickness of the thick plate can be increased much more than the conventional one, and the rigidity of the thick plate can be further improved compared with the conventional one. As the rigidity of the plate is increased, the problem of deterioration of the sound measurement performance, which is caused by vibrating to the plate even unnecessarily when the sound is input, can be greatly improved.

더불어 본 발명은 진동막의 모서리부는 고정하지 않고 꼭지점부만이 고정되도록 함으로써, 진동막의 유연성을 높여 주어 감도를 크게 향상하는 효과가 있다. 뿐만 아니라 진동막 꼭지점부 고정부에 스프링 구조를 도입함으로써, 진동막 유연성을 극대화함과 동시에 잔류응력을 흡수 제거해 줌으로써, 감도를 더욱 향상시켜 주는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, only the vertex portion is fixed without fixing the corner portion of the diaphragm, thereby improving the flexibility of the diaphragm and greatly improving the sensitivity. In addition, by introducing a spring structure to the vertex fixing portion of the diaphragm, the flexibility of the diaphragm is maximized and the residual stress is absorbed and removed, thereby further improving the sensitivity.

또한 본 발명은 기판 하부 바닥면에 후면 전극이 형성되도록 하는 구조로서, 다른 인쇄회로기판에 본 발명의 MEMS 마이크로폰을 배치할 때 전선 등과 같은 별도의 전극 연결 구조를 전혀 필요로 하지 않고, 인쇄회로기판 상에 본 발명의 MEMS 마이크로폰을 단지 올려서 결합시키면 바로 전극 연결이 이루어질 수 있도록 하여, 편의성을 극대화시켜 주는 큰 효과가 있다. (참고적으로 본 명세서에서, '인쇄회로기판'이란 MEMS 마이크로폰 자체의 기판(substrate)과 구분되는, MEMS 마이크로폰이 구비되는 별도의 PCB와 같은 부품을 지칭하는 용어로 사용된다.)
In addition, the present invention has a structure in which a rear electrode is formed on a bottom surface of a substrate, and when the MEMS microphone of the present invention is disposed on another printed circuit board, a separate electrode connection structure such as a wire is not required at all, The MEMS microphone of the present invention can be connected to the MEMS microphone only when the MEMS microphone of the present invention is mounted on the MEMS microphone, thereby maximizing convenience. (For reference, the term 'printed circuit board' is used herein to refer to a separate component, such as a PCB, having a MEMS microphone, which is distinct from the substrate of the MEMS microphone itself.)

본 발명에 의하여 만들어지는 1칩형 MEMS 마이크로폰은 상술한 바와 같은 다양한 효과를 얻을 수 있는데, 본 발명의 제작 방법은 바로 이러한 구조의 1칩형 MEMS 마이크로폰을 용이하면서도 효율적으로 제작할 수 있는 큰 효과가 있다. 보다 구체적으로 설명하자면 다음과 같다. 앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 제작 방법에 의한 1칩형 MEMS 마이크로폰에서는 후판이 금속으로 이루어지도록 함으로써 1칩형 MEMS 마이크로폰의 후판 강성을 높이는 것이 특징인데, 본 발명의 제작 방법에서는 후판을 제작할 때 전기도금 공정을 사용함으로써 후판이 금속 재질로 이루어지게 하는 구조를 용이하게 달성하는 한편, 전기도금 공정 특성상 그 두께 등을 원하는 대로 두껍게 하는 것이 매우 용이하고 효율적으로 이루어질 수 있는 것이다.
The single-chip type MEMS microphone manufactured by the present invention can achieve various effects as described above. The manufacturing method of the present invention has a great effect of easily and efficiently manufacturing a single-chip type MEMS microphone having such a structure. More specifically, it is as follows. As described above, in the one-chip type MEMS microphone according to the manufacturing method of the present invention, the thick plate is made of metal to enhance the rigidity of the thick plate of the one-chip type MEMS microphone. In the manufacturing method of the present invention, It is possible to easily achieve a structure in which the thick plate is made of a metal material by using it, and on the other hand, it is very easy and efficient to make the thickness of the electroplating process as desired.

도 1은 종래의 1칩형 MEMS 마이크로폰의 상면도 및 측단면도.
도 2는 본 발명의 1칩형 MEMS 마이크로폰의 상면도 및 대각단면도.
도 3은 본 발명의 진동막 형상의 상면도.
도 4는 본 발명의 후판 형상의 상면도.
도 5는 본 발명의 1칩형 MEMS 마이크로폰의 상면도 및 단면 가이드.
도 6 및 7은 본 발명의 1칩형 MEMS 마이크로폰의 제작 공정 단계.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 1칩형 MEMS 마이크로폰의 후판 제작 공정의 여러 실시 예.1 is a top view and a side sectional view of a conventional one-chip type MEMS microphone.
2 is a top view and a diagonal cross-sectional view of a one-chip MEMS microphone of the present invention.
3 is a top plan view of the diaphragm of the present invention.
4 is a top plan view of the thick plate of the present invention.
5 is a top view and a cross-sectional view of the single-chip MEMS microphone of the present invention.
FIGS. 6 and 7 illustrate steps of manufacturing a one-chip MEMS microphone of the present invention.
FIGS. 8 to 10 show various embodiments of the thick plate manufacturing process of the one-chip type MEMS microphone of the present invention.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 1칩형 MEMS 마이크로폰을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
Hereinafter, a single-chip MEMS microphone according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저 본 발명의 1칩형 MEMS 마이크로폰의 구조 및 형상에 대하여 설명하고, 이러한 형상을 보다 효과적으로 제작하기 위한 본 발명의 1칩형 마이크로폰의 제작 방법에 대하여 그 이후 보다 상세히 설명한다.First, the structure and shape of the one-chip type MEMS microphone of the present invention will be described, and a method for manufacturing the one-chip type microphone of the present invention for more effectively manufacturing such a shape will be described in detail hereinafter.

도 2는 본 발명의 1칩형 MEMS 마이크로폰의 상면도 및 대각단면도를 도시하고 있다. 본 발명의 1칩형 MEMS 마이크로폰은, 중심부에 음향 챔버(S)가 형성되는 기판(110), 진동막(120), 후판(130), 전면 전극(141) 및 후면 전극(142)를 포함하여 이루어지는데, 특히 도시된 바와 같이 상기 진동막(120)이 최외측에 배치되고, 상기 후판(130)이 상기 진동막(120)의 하부에 형성된다. 이하 각부에 대하여 상세히 설명한다.
2 is a top view and a cross-sectional view of a single-chip MEMS microphone of the present invention. The one-chip type MEMS microphone of the present invention includes a substrate 110, a diaphragm 120, a thick plate 130, a front electrode 141, and a rear electrode 142 on which an acoustic chamber S is formed at a central portion The diaphragm 120 is disposed on the outermost side and the thick plate 130 is formed on the bottom of the diaphragm 120 as shown in FIG. Hereinafter, each part will be described in detail.

상기 진동막(120)은 상기 음향 챔버(S) 상부를 덮도록 최외측에 배치된다. 도 1에 도시된 바와 같은 종래의 1칩형 MEMS 마이크로폰의 경우 진동막(120)에 해당하는 멤브레인(2, 도 1 참조)이 후판(130)에 해당하는 백플레이트(3, 도 1 참조)의 내측에 배치되어, 즉 백플레이트(3)가 최외측에 배치되나, 본 발명에서는 상기 진동막(120)이 최외측에 배치되도록 함으로써 음압의 영향을 보다 잘 수용할 수 있게 된다.The diaphragm 120 is disposed outermost to cover the upper portion of the acoustic chamber S. 1, a membrane 2 (see FIG. 1) corresponding to the diaphragm 120 is disposed inside the back plate 3 (see FIG. 1) corresponding to the thick plate 130 That is, the back plate 3 is disposed on the outermost side. However, in the present invention, since the diaphragm 120 is disposed on the outermost side, the influence of the negative pressure can be better accommodated.

특히 본 발명에서, 상기 진동막(120)은 상기 기판(110)에 대하여 부분적 프리 플로팅(free floating) 상태로 배치되도록 한다. 보다 구체적으로 설명하자면 다음과 같다. 도 3은 본 발명의 진동막 형상의 상면도인데, 도시된 바와 같이 상기 진동막(120)은 다각형(도 3에서는 사각형)의 평판 형상으로 이루어진다. 상기 기판(110) 중심부에 형성되는 상기 음향 챔버(S)는 통공 형상으로 이루어지므로, 상기 음향 챔버(S)의 가장자리부와 상기 진동막(120)의 가장자리부가 접합될 수 있는데, 본 발명에서는 상기 진동막(120)의 모서리부는 도 3(A)에 도시된 바와 같이 상기 기판(110)에 접합되어 구속되지 않도록 하고, 꼭지점부가 연장되어 상기 기판(110)에 고정되도록 한다. 이 때 상기 진동막(120)의 모서리부가 상기 기판(110)에 달라붙지 않도록, 상기 진동막(120)에는 하부로 돌출된 형태로 가장자리부에 배치되는 다수 개의 포스트(121)가 형성된다. 즉 상기 포스트(121)에 의하여 지지됨으로써 상기 진동막(120)의 모서리부가 상기 기판(110)에 접합되지 않으면서도 상기 후판(130)과의 적절한 간격의 에어갭(air gap)을 유지할 수 있게 해 준다. 이와 같이 상기 진동막(120)이 상기 기판(120)에 최소한의 고정만 이루어져 거의 프리 플로팅 상태가 됨으로써, 음향 측정 감도를 크게 향상시킬 수 있다. 더불어 도 2(B)에 도시된 바와 같이, 꼭지점부가 연장되어 상기 기판(110)에 고정되는 부분에 스프링 구조가 형성되도록 함으로써, 상기 스프링 구조가 잔류 응력(residual stress)을 흡수하여 상기 진동막(120) 자체의 응력을 거의 0으로 만들어 줌으로써 음향 측정 감도를 더욱 극대화할 수 있다.Particularly, in the present invention, the diaphragm 120 is partially free-floating with respect to the substrate 110. More specifically, it is as follows. FIG. 3 is a top view of the diaphragm of the present invention. As shown in FIG. 3, the diaphragm 120 has a polygonal (rectangular in FIG. 3) flat plate shape. The edge of the acoustic chamber S and the edge of the diaphragm 120 may be joined together because the acoustic chamber S formed in the central portion of the substrate 110 has a through hole. The corner portion of the diaphragm 120 is bonded to the substrate 110 as shown in FIG. 3A, so that the diaphragm 120 is not constrained, and the vertex portion is extended and fixed to the substrate 110. At this time, the diaphragm 120 is formed with a plurality of posts 121, which are disposed on the edge portion so as to protrude downward, so that the corner of the diaphragm 120 does not stick to the substrate 110. The diaphragm 120 can be maintained at an appropriate air gap with the thick plate 130 without being bonded to the substrate 110 by being supported by the posts 121. [ give. As described above, since the diaphragm 120 is minimally fixed to the substrate 120 and is almost free-floating, the acoustic measurement sensitivity can be greatly improved. In addition, as shown in FIG. 2 (B), a spring structure is formed at a portion where the vertex portion is extended and fixed to the substrate 110, so that the spring structure absorbs residual stress, 120) itself to almost zero, thereby further maximizing the acoustic measurement sensitivity.

상기 진동막(120)에는 또한 하부로 돌출된 형태로 전면에 걸쳐 배치되는 다수 개의 범프(122)가 형성되도록 하는데, 이는 상기 진동막(120)과 상기 후판(130)이 서로 달라붙어 고착되는 것을 방지해 주는 역할을 한다. 이에 대하여는 이후 제조 방법에서 보다 상세히 설명한다.
A plurality of bumps 122 are formed on the diaphragm 120 so as to protrude downward from the diaphragm 120. The diaphragm 120 and the thick plate 130 are fixed to each other It helps prevent it. This will be described in detail later in the production method.

상기 후판(130)은 통공 형태로 전면에 걸쳐 배치되는 다수 개의 음향홀(131)이 형성된 플레이트 형태로 형성된다. 도 4는 상기 후판(130)의 한 실시예의 상면도를 도시하고 있다. 상기 후판(130)은, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 음향 챔버(S) 상부를 덮도록 배치되되 상기 진동막(120) 하부에 구비된다. 상기 후판(130)이 상기 진동막(120)의 하부에 구비되도록 구조가 개선됨으로써, 종래에 후판(130)에 해당되는 백플레이트(3, 도 1 참조)가 도핑된 폴리실리콘과 질화규소(SiNx) 등과 같은 실리콘 재질을 사용하였던 것과는 달리 금속 재질을 사용할 수 있게 된다. 또한 종래에는 상기 후판(130)의 두께를 늘리는 것이 공정 상의 한계로 인하여 제한이 있었지만, 본 발명의 개선된 구조 및 (금속 재질로의) 대체된 재질에 따르면, 상기 진동막(120) 하부에 후공정을 가하는 것이 보다 용이해짐으로써 상기 후판(130)의 두께를 종래보다 보다 두껍게 하는 것이 가능하다. 이후 제작 방법의 설명에서 보다 구체적으로 설명하겠으나, 상술한 바와 같이 상기 후판(130)이 금속 재질로 이루어짐으로써 전기도금(electroplating)을 수행함으로써 종래에 비해 훨씬 상기 후판(130)을 두껍게 만들 수 있다.The thick plate 130 is formed in the form of a plate having a plurality of acoustical holes 131 arranged in the form of a through hole. FIG. 4 shows a top view of one embodiment of the thick plate 130. FIG. As shown in FIG. 2, the thick plate 130 is disposed below the vibration membrane 120 so as to cover the upper portion of the acoustic chamber S. As shown in FIG. The back plate 3 (see FIG. 1) corresponding to the thick plate 130 is formed of the doped polysilicon and the silicon nitride (SiN x ) Can be used instead of a silicon material. Further, according to the improved structure of the present invention and the material (replaced with a metal material), there is a problem that it is difficult to increase the thickness of the thick plate 130 It is possible to make the thickness of the thick plate 130 thicker than in the prior art. As described above, since the thick plate 130 is made of a metal material, electroplating is performed to make the thick plate 130 thicker than the conventional thick plate.

종래에 사용되던 실리콘 재질의 경우, 앞서 설명한 바와 같이 공정 상의 한계로 인하여 그 두께를 어느 이상으로 늘릴 수 없는 제한이 있었기 때문에, 상기 후판(130)의 강성을 늘리는데 한계가 있었다. 그런데 한편, 상기 진동막(120)이 음압에 의하여 직접적으로 진동하고 상기 후판(130)과의 간격변화에 따른 정전용량의 변화를 전기 신호로 변환하게 되는데, 상기 후판(130)의 강성이 낮을 경우 상기 후판(130)도 함께 진동하게 됨으로써 노이즈가 발생하여 측정 신호의 정확도가 떨어지게 되는 문제가 있었다. 그러나 본 발명에 의하면, 상술한 바와 같이 상기 후판(130)의 두께를 늘려 강성을 강화함으로써, 이와 같이 외부 진동에 의한 형상 변형 등의 문제를 훨씬 완화하여, 궁극적으로는 측정 신호의 정확도를 더욱 높여 주는 효과를 얻을 수 있는 것이다.In the case of the conventional silicon material, there is a limit to increase the rigidity of the thick plate 130 because there is a restriction that the thickness thereof can not be increased beyond the limit due to process limitations as described above. Meanwhile, the diaphragm 120 is directly vibrated by the negative pressure and converts a change in capacitance due to a change in space with the thick plate 130 into an electrical signal. When the rigidity of the thick plate 130 is low There is a problem that the thick plate 130 is also vibrated together to generate noise, thereby decreasing the accuracy of the measurement signal. However, according to the present invention, as described above, by increasing the thickness of the thick plate 130 to strengthen the rigidity, the problem of shape deformation due to the external vibration can be mitigated to a great extent, You can get the effect.

뿐만 아니라 상기 후판(130)을 금속 재질로 형성함으로써 종래에 비해 훨씬 저렴한 재질을 사용할 수 있게 되며, 이에 따라 제품 가격을 더욱 저감할 수 있는 경제적 효과 또한 동시에 거둘 수 있다.
In addition, since the thick plate 130 is made of a metal material, it is possible to use a material much cheaper than the conventional one, and thus the cost of the product can be further reduced.

상기 전면 전극(141)은 상기 기판(110) 상부에 구비되어 상기 진동막(120)과 전기적으로 접촉되며, 상기 후면 전극(142)은 상기 기판(110) 하부에 구비되어 상기 후판(130)과 전기적으로 접촉된다. 상기 후면 전극(142)은, 상기 1칩형 MEMS 마이크로폰(100)이 인쇄회로기판에 연결될 때 전선 등과 같은 별도의 전극 연결 구조를 전혀 필요로 하지 않고, 인쇄회로기판 상에 상기 1칩형 MEMS 마이크로폰(100)을 단지 올려서 결합하면 바로 전극 연결이 이루어질 수 있도록 해 준다. 즉 상기 1칩형 MEMS 마이크로폰(100)을 마운터블(mountable) 소자가 되게 해 주는 것이다. 상기 후면 전극(142) 구성에 의하여 본 발명의 1칩형 MEMS 마이크로폰(100)은 인쇄회로기판과의 조립성이 크게 향상된다.
The front electrode 141 is provided on the substrate 110 and is in electrical contact with the diaphragm 120. The rear electrode 142 is disposed under the substrate 110 to be in contact with the thick plate 130, And is electrically contacted. Chip type MEMS microphone 100 is connected to the printed circuit board without requiring a separate electrode connection structure such as an electric wire when the one-chip type MEMS microphone 100 is connected to the printed circuit board, ) Just by raising and lowering the electrode connection. That is, the one-chip type MEMS microphone 100 becomes a mountable element. The single-chip MEMS microphone 100 of the present invention greatly improves the assembling property with the printed circuit board by the configuration of the rear electrode 142.

도 5는 본 발명의 1칩형 MEMS 마이크로폰의 상면도 및 단면 가이드이며, 도 6 및 7은 본 발명의 1칩형 MEMS 마이크로폰의 제작 공정 단계를 도시하고 있다. 도 6 및 7에는 각 공정 단계에서 도 5에 도시된 A-A' 단면 및 B-B' 단면이 순차적으로 도시된다. 이하 각 단계를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.5 is a top view and a cross-sectional view of the one-chip type MEMS microphone of the present invention, and FIGS. 6 and 7 show steps of manufacturing the one-chip type MEMS microphone of the present invention. Figs. 6 and 7 show sequentially the cross-sections A-A 'and B-B' shown in Fig. 5 at each process step. Each step will be described in more detail with reference to the drawings.

먼저 도 6(A)에 도시된 바와 같이, 기판(110) 상하부에 산화막층이 증착된다. 이 때의 상기 기판(110)은 아직 음향 챔버(S)가 형성되어 있지 않은 상태이다. 상기 기판(110)은 실리콘(Si) 재질일 수 있으며, 상기 산화막층은 SiO2 재질일 수 있다.First, as shown in FIG. 6 (A), an oxide film layer is deposited on the upper and lower portions of the substrate 110. At this time, the substrate 110 is not formed with the acoustic chamber S yet. The substrate 110 may be made of silicon (Si), and the oxide layer may be made of SiO 2 .

다음으로 도 6(B)에 도시된 바와 같이, 상부의 상기 산화막층의 일부가 식각에 의해 제거되어 포스트용 홈이 형성된다.Next, as shown in Fig. 6 (B), a part of the oxide film layer on the top is removed by etching to form a groove for a post.

다음으로 도 6(C)에 도시된 바와 같이, 상하부의 상기 산화막층들의 외측에 제1희생층이 증착되고, 상부의 상기 제1희생층의 일부가 식각에 의해 제거되어 범프용 홈 및 포스트용 홈이 형성된다. 앞서 설명한 바와 같이 상기 포스트(121)는 상기 진동막(120)의 가장자리부에만 형성되고, 상기 범프(122)는 상기 진동막(120)의 전면에 걸쳐 형성되므로, A-A' 단면에서 볼 때에는 범프용 홈만이 나타나지만, B-B' 단면에서는 범프용 홈 및 포스트용 홈이 모두 보이게 된다.Next, as shown in FIG. 6C, a first sacrificial layer is deposited on the outer side of the oxide film layers on the upper and lower sides, and a part of the first sacrificial layer on the upper side is removed by etching, Grooves are formed. Since the bump 122 is formed over the entire surface of the diaphragm 120 as described above, the post 121 is formed only on the edge of the diaphragm 120, Only the bump grooves and the post grooves are visible in the BB 'section.

다음으로 도 6(D)에 도시된 바와 같이, 상부의 상기 제1희생층의 외측에 진동막 재료가 증착되어 진동막(120)이 형성된다. 상기 진동막(120)은 일반적으로 진동막으로 널리 사용되는 폴리실리콘(poly-Si) 재질일 수 있다. 앞서의 단계에서 형성되었던 포스트용 홈 및 범프용 홈에 진동막 재료가 채워짐으로써, 차후 해당 부분이 돌출된 형상을 이루어 각각 포스트(121) 및 범프(122)를 형성하게 된다. 이 때 도 6(D)의 B-B' 단면에서 보이는 바와 같이 상기 포스트(121) 내부의 재료 일부가 제거되도록 식각 공정이 더 수행될 수 있다.Next, as shown in FIG. 6 (D), a diaphragm film material is deposited on the outer side of the first sacrificial layer on the upper side to form the diaphragm 120. The diaphragm 120 may be a poly-Si material widely used as a diaphragm. The post groove and the bump groove formed in the previous step are filled with the diaphragm material so that the post 121 and the bump 122 are formed in a protruded shape. At this time, an etching process may be further performed so that a part of the material inside the posts 121 is removed as shown in the cross section taken along line B-B 'of FIG. 6 (D).

다음으로 도 6(E)에 도시된 바와 같이, 상기 진동막(120) 외측에 제2희생층이 증착된다. 이 때 도 6(E)의 B-B' 단면에서 보이는 바와 같이, 상기 포스트(121) 외측으로 스페이서 부분이 일부 제거되도록 식각 공정이 더 수행될 수 있다.Next, as shown in Fig. 6 (E), a second sacrificial layer is deposited outside the diaphragm 120. At this time, an etching process may be further performed so that a portion of the spacer is partially removed outside the post 121, as shown in a cross section taken along line B-B 'of FIG. 6 (E).

다음으로 도 7(F)에 도시된 바와 같이, 상하부 최외측에 마스킹층이 증착된다. 상기 마스킹층은 규화질소(SiNx)일 수 있다.Next, as shown in Fig. 7 (F), a masking layer is deposited on the uppermost and lowermost outermost sides. The masking layer may be silicon nitride (SiN x ).

다음으로 도 7(G)에 도시된 바와 같이, 상기 기판(110) 후면 중심부가 비등방 식각에 의해 제거되어 음향 챔버(S)를 형성하고, 식각된 면에 절연층이 증착된다. 상기 기판(110) 후면 중심부가 제거된 단계에서는 상기 음향 챔버(S) 상면에는 최초에 상기 기판(110)에 증착되었던 상기 산화막층이 노출되는데, 상기 절연층은 도시된 바와 같이 노출된 상기 산화막층 하면과 상기 기판(110) 옆면을 전부 덮도록 증착된다.Next, as shown in FIG. 7 (G), the central portion of the rear surface of the substrate 110 is removed by anisotropic etching to form an acoustic chamber S, and an insulating layer is deposited on the etched surface. In the step of removing the center portion of the rear surface of the substrate 110, the oxide layer, which was originally deposited on the substrate 110, is exposed on the upper surface of the acoustic chamber S, And the entire surface of the substrate 110 is covered.

다음으로 도 7(H)에 도시된 바와 같이, 상기 기판(110) 후면측의 상기 절연층에 시드층이 증착되고, 전기도금이 수행되어 음향홀(131)이 형성된 후판(130)이 형성된다. 물론 이와 같이 후판(130)이 형성된 후에는 음향홀용 몰드는 제거된다. 음향홀용 몰드를 형성할 때에는 스프레이 코터(spray coater)를 사용할 수 있는데, 여기에서 전기도금을 통해 상기 후판(130)이 형성되는 과정은 본 발명의 주요한 특징적인 사항으로서, 전반적인 제작 방법의 설명 후 이 단계에 대해 보다 상세히 설명한다.7 (H), a seed layer is deposited on the insulating layer on the backside of the substrate 110, and electroplating is performed to form a thick plate 130 on which the acoustic holes 131 are formed . Of course, after the thick plate 130 is formed as described above, the mold for a sound hole is removed. A spray coater may be used to form the acoustic hole mold. The process of forming the thick plate 130 through electroplating is a characteristic feature of the present invention. The steps will be described in more detail.

다음으로 도 7(I)에 도시된 바와 같이, 상기 기판(110) 전면에 상기 진동막(120)과 전기적으로 연결되는 전면 전극(141)이 형성되고, 상기 기판(110) 후면에 상기 후판(130)과 전기적으로 연결되는 후면 전극(142)이 형성되도록 한다.Next, as shown in FIG. 7 (I), a front electrode 141 electrically connected to the diaphragm 120 is formed on the front surface of the substrate 110, and the front plate 141 is formed on the rear surface of the substrate 110 130 are electrically connected to each other.

마지막으로 도 7(J)에 도시된 바와 같이, 상기 진동막(120) 및 상기 후판(130) 사이의 상기 제1희생층, 상기 산화막층, 상기 절연층 일부가 제거되도록 한다. 이 때 습식 식각 또는 건식 식각 모두를 사용할 수 있는데, 습식 식각을 사용하는 경우 표면장력 때문에 상기 진동막(120)과 상기 후판(130)이 흡착될 수가 있다. 그러나 상기 진동막(120)의 하부 전면에 돌출되어 형성된 상기 범프(122)에 의하여 이러한 흡착 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 물론 건식 식각을 이용하면 이러한 문제는 근본적으로 방지 가능하다. 이처럼 상기 진동막(120) 및 상기 후판(130) 사이의 상기 제1희생층, 상기 산화막층, 상기 절연층 일부가 제거됨으로써, 상기 진동막(120) 및 상기 후판(130) 사이에 에어갭(air gap)이 형성된다.
Finally, as shown in FIG. 7 (J), the first sacrificial layer, the oxide layer, and a part of the insulating layer between the diaphragm 120 and the thick plate 130 are removed. In this case, both wet etching and dry etching can be used. When the wet etching is used, the diaphragm 120 and the thick plate 130 can be adsorbed because of the surface tension. However, the bump 122 protruding from the bottom surface of the diaphragm 120 can prevent the phenomenon of adsorption. Of course, this problem is fundamentally preventable by using dry etching. The first sacrificial layer, the oxide layer, and the insulating layer are partially removed between the diaphragm 120 and the thick plate 130, thereby forming an air gap between the diaphragm 120 and the thick plate 130 air gaps are formed.

앞서 반복적으로 설명한 바와 같이 상기 후판(130)을 형성하는 전기도금 공정은 본 발명의 주요한 특징적인 부분으로서, 이처럼 전기도금 공정을 이용하여 상기 후판(130)을 형성하도록 함으로써 첫째, 후판의 재질이 금속이 되게 하여 강성을 높일 수 있는 장점이 있고, 둘째, 전기도금 공정의 특성상 원하는 만큼의 두께로 후판 금속층을 쌓는 것이 여타 공정에 비하여 훨씬 용이하여 원하는 강성이나 그 외 물리적 특성에 따라 자유롭게 후판 두께를 형성할 수 있는 장점이 있다.As described above, the electroplating process for forming the thick plate 130 is a characteristic feature of the present invention. By forming the thick plate 130 using the electroplating process, first, And secondly, it is easier to stack the metal plate of the thick plate to the desired thickness due to the characteristics of the electroplating process, so that the plate thickness can be freely formed according to the desired rigidity or other physical characteristics There is an advantage to be able to do.

이와 같이 전기도금으로 상기 후판(130)을 형성하는 공정을 구체적으로 실현하고자 할 때 여러 가지 방법으로 이루어질 수 있으며, 도 8 내지 도 10은 이러한 상기 후판(130)을 형성하는 여러 실시예들을 각각 도시하고 있다. 즉 도 8 내지 도 10은 도 7(H)의 세부 공정을 나타낸다고 보면 된다. 이 때 도 7(H)에서는 전체적인 1칩형 MEMS 마이크로폰의 형상을 도시하고 있기 때문에 상기 후판(130)이 하방을 향하는 것으로 도시되었으나, 도 8 내지 도 10에서는 세부 공정 설명을 위한 것이므로 전기도금에 의해 형성되는 금속층(이 금속층이 결과적으로 상기 후판(130)을 이룬다)이 상방을 향하는 것으로 도시되었다.In order to realize the process of forming the thick plate 130 by electroplating as described above, various methods may be used. Specifically, FIGS. 8 to 10 illustrate various embodiments for forming the thick plate 130, . 8 to 10 show the detailed process of FIG. 7 (H). 7 (H) show the overall one-chip type MEMS microphone, the thick plate 130 is shown to face downward. However, FIGS. 8 to 10 are for explanation of the detailed process, (This metal layer consequently forms the thick plate 130) is shown facing upward.

도 8의 실시예는 전체적으로 시드층을 형성한 후 패턴화된 몰드층을 이용하여 전기도금을 수행하여 후판을 형성하는 예시이다. 보다 구체적으로 설명하자면, 먼저 도 8(A)에 도시된 바와 같이 상기 기판(110) 후면측의 상기 절연층 전체 면적에 걸쳐 시드층이 증착된 후, 도 8(B)에 도시된 바와 같이 상기 시드층 상에 몰드층이 형성된다. 이 때 상기 몰드층은 상기 음향홀(131)이 형성된 상기 후판(130)의 반전 형상으로 형성되도록 한다. 다음으로 도 8(C)에 도시된 바와 같이 상기 몰드층에 의해 노출된 상기 시드층의 일부 영역에 전기도금이 수행되어 금속층이 형성되게 된다. 이 금속층이 결과적으로 상기 후판(130)이 되는 것으로, 마지막으로 도 8(D)에 도시된 바와 같이 상기 몰드층이 제거되면 상기 몰드층이 있던 자리는 자연적으로 상기 음향홀(131)을 형성하게 된다. (이 때 남아 있는 시드층은 도 7(J)의 단계에서의 식각 단계를 통해 다른 층들과 함께 제거될 수 있다.)The embodiment of FIG. 8 is an example in which a seed layer is formed as a whole, and electroplating is performed using a patterned mold layer to form a thick plate. More specifically, as shown in FIG. 8A, a seed layer is deposited over the entire area of the insulating layer on the rear surface side of the substrate 110, and then, as shown in FIG. 8B, A mold layer is formed on the seed layer. At this time, the mold layer is formed in an inverted shape of the thick plate 130 on which the acoustic holes 131 are formed. Next, as shown in FIG. 8 (C), a part of the seed layer exposed by the mold layer is electroplated to form a metal layer. 8 (D), when the mold layer is removed, the place where the mold layer is formed naturally forms the acoustic hole 131 do. (The remaining seed layer can be removed along with the other layers through the etching step in the step of Figure 7 (J)).

도 9의 실시예는 시드층 자체가 패턴화되어 형성되도록 하여 패턴화된 시드층에 전기도금을 수행하여 후판을 형성하는 예시이다. 보다 구체적으로 설명하자면, 먼저 도 9(A)에 도시된 바와 같이 상기 기판(110) 후면측의 상기 절연층에 상기 음향홀(131)이 형성된 상기 후판(130) 형상으로 패턴화된 시드층이 증착된다. 다음으로 도 9(B)에 도시된 바와 같이 상기 패턴화된 시드층에 전기도금이 수행되도록 하는데, 이 때 상기 패턴화된 시드층은 결과적으로 이루어질 상기 음향홀(131)이 형성된 상기 후판(130) 형상으로 되어 있으며 전기도금 공정에 의해서는 상기 시드층 부분에만 금속층이 쌓여 형성되게 되므로, 자연히 전기도금 공정에 의하여 만들어진 금속층이 상기 음향홀(131)이 형성된 상기 후판(130)을 형성하게 된다. 도 9의 실시예는 가장 공정이 간단하고 단계가 간소하기는 하나, 도 9에 도시되어 있는 바와 같이 패턴화된 시드층 위에 전기도금에 의해 금속층이 형성되는 과정에서 약간의 라운딩 현상이 생기게 될 수 있다.In the embodiment of FIG. 9, the seed layer itself is patterned and formed, and electroplating is performed on the patterned seed layer to form a thick plate. 9A, a seed layer patterned in the shape of the thick plate 130 in which the acoustic holes 131 are formed is formed in the insulating layer on the rear side of the substrate 110, Lt; / RTI > Next, electroplating is performed on the patterned seed layer as shown in FIG. 9 (B), wherein the patterned seed layer is formed on the surface of the thick plate 130 And a metal layer is piled up only in the seed layer portion by the electroplating process so that a metal layer formed by an electroplating process naturally forms the thick plate 130 on which the acoustic holes 131 are formed. Although the embodiment of FIG. 9 is simplest and simplest in steps, a slight rounding phenomenon may occur in the process of forming the metal layer by electroplating on the patterned seed layer as shown in FIG. 9 have.

도 10의 실시예는 패턴화된 시드층에 전기도금을 수행하는 예시이되, 전기도금에 의하여 형성되는 금속층의 라운딩 현상을 방지할 수 있도록 하는, 말하자면 도 9의 실시예의 개선된 방식이라고 할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하자면, 먼저 도 10(A)에 도시된 바와 같이 상기 기판(110) 후면측의 상기 절연층에 상기 음향홀(131)이 형성된 상기 후판(130) 형상으로 패턴화된 시드층이 증착된다(이 단계는 도 9(A)의 단계와 동일하다). 다음으로, 도 10(B)에 도시된 바와 같이, 상기 패턴화된 시드층 이외의 영역에 상기 패턴화된 시드층보다 두꺼운 두께로 몰드층이 형성되도록 한다. 상기 몰드층이 없어도 상기 패턴화된 시드층에만 전기도금에 의하여 금속층이 쌓여지게 되기는 하나, 상기 몰드층은 도 9의 실시예에서 나타났던 라운딩 현상을 제거하기 위한 가이드 역할을 하도록 구비되는 것이다. 도 10(C)에 도시된 바와 같이 상기 몰드층에 의해 노출된 상기 시드층의 일부 영역에 전기도금이 수행되어 금속층이 형성되며, 도 8, 9의 실시예에서와 마찬가지로 이 금속층이 결과적으로 상기 후판(130)이 된다. 이 때 마지막으로 도 10(D)에 도시된 바와 같이 상기 몰드층이 제거되면 상기 몰드층이 있던 자리는 자연적으로 상기 음향홀(131)을 형성하게 됨으로써 상기 음향홀(131)이 형성된 상기 후판(130)의 형성이 완료된다. 이 때 상기 몰드층이 가이드 역할을 하여 주므로 도 10(C)의 전기도금 수행 중, 즉 금속층이 형성되는 중에 라운딩 현상이 방지되어, 도 9의 실시예에 비해 더욱 정교한 형태의 후판 형성을 실현할 수 있다. 뿐만 아니라 도 10의 실시예에 의하면 추후 음향홀 위치의 시드층을 제거할 필요가 없어지기 때문에 시드층의 재질 선정 등에 있어서도 도 8의 실시예에 비해 더욱 자유로운 장점이 있다.
The embodiment of FIG. 10 is an example of performing electroplating on a patterned seed layer, which is an improved method of the embodiment of FIG. 9, that is, to prevent rounding of a metal layer formed by electroplating . More specifically, as shown in FIG. 10 (A), a seed layer patterned in the shape of the thick plate 130 having the acoustic holes 131 formed in the insulating layer on the rear side of the substrate 110 (This step is the same as the step of Fig. 9 (A)). Next, as shown in FIG. 10 (B), a mold layer is formed thicker than the patterned seed layer in a region other than the patterned seed layer. Although the metal layer is deposited only on the patterned seed layer by electroplating without the mold layer, the mold layer serves as a guide for removing the rounding phenomenon shown in the embodiment of FIG. As shown in FIG. 10 (C), electroplating is performed on a part of the seed layer exposed by the mold layer to form a metal layer. As in the embodiment of FIGS. 8 and 9, And becomes a thick plate 130. 10 (D), when the mold layer is removed, the place where the mold layer is formed naturally forms the acoustic hole 131, so that the thick plate formed with the acoustic hole 131 130 is completed. In this case, since the mold layer serves as a guide, the rounding phenomenon can be prevented during the electroplating process of FIG. 10C, that is, during the formation of the metal layer, so that a more precise form of the thick plate can be realized have. In addition, according to the embodiment of FIG. 10, since there is no need to remove the seed layer at the acoustic hole position, the material of the seed layer can be more freely selected than the embodiment of FIG.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It goes without saying that various modifications can be made.

100: (본 발명의) 1칩형 MEMS 마이크로폰
110: 기판 120: 진동막
121: 포스트 122: 범프
130: 후판 131: 음향홀
141: 전면 전극 142: 후면 전극100: Single-chip MEMS microphone (of the present invention)
110: substrate 120: diaphragm
121: post 122: bump
130: Plate 131: Acoustic hole
141: front electrode 142: rear electrode

Claims (7)

중심부에 음향 챔버(S)가 형성되는 기판(110); 상기 음향 챔버(S) 상부를 덮도록 최외측에 배치되며, 하부로 돌출된 형태로 가장자리부에 배치되는 다수 개의 포스트(121)에 의해 상기 기판(110) 상에 지지되고, 하부로 돌출된 형태로 전면에 걸쳐 배치되는 다수 개의 범프(122)가 형성되는 진동막(120); 상기 음향 챔버(S) 상부를 덮도록 상기 진동막(120) 하부에 배치되며, 통공 형태로 전면에 걸쳐 배치되는 다수 개의 음향홀(131)이 형성되는 후판(130); 상기 기판(110) 상부에 구비되어 상기 진동막(120)과 전기적으로 접촉되는 전면 전극(141); 상기 기판(110) 하부에 구비되어 상기 후판(130)과 전기적으로 접촉되는 후면 전극(142); 을 포함하여 이루어지는 1칩형 MEMS 마이크로폰(100)을 제작하는 방법에 있어서,
A) 상기 기판(110) 상하부에 산화막층이 증착되는 단계;
B) 상부의 상기 산화막층의 일부가 식각에 의해 제거되어 포스트용 홈이 형성되는 단계;
C) 상하부의 상기 산화막층들의 외측에 제1희생층이 증착되고, 상부의 상기 제1희생층의 일부가 식각에 의해 제거되어 범프용 홈 및 포스트용 홈이 형성되는 단계;
D) 상부의 상기 제1희생층의 외측에 진동막 재료가 증착되어 상기 진동막(120)이 형성되는 단계;
E) 상기 진동막(120) 외측에 제2희생층이 증착되는 단계;
F) 상하부 최외측에 마스킹층이 증착되는 단계;
G) 상기 기판(110) 후면 중심부가 비등방 식각에 의해 제거되어 음향 챔버(S)를 형성하고, 식각된 면에 절연층이 증착되는 단계;
H) 상기 기판(110) 후면측의 상기 절연층에 시드층이 증착되고, 전기도금이 수행되어 상기 음향홀(131)이 형성된 상기 후판(130)이 형성되는 단계;
I) 상기 기판(110) 전면에 상기 진동막(120)과 전기적으로 연결되는 전면 전극(141)이 형성되고, 상기 기판(110) 후면에 상기 후판(130)과 전기적으로 연결되는 후면 전극(142)이 형성되는 단계;
J) 상기 진동막(120) 및 상기 후판(130) 사이의 상기 제1희생층, 상기 산화막층, 상기 절연층 일부가 제거되어 상기 진동막(120) 및 상기 후판(130) 사이에 에어갭(air gap)이 형성되는 단계;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 1칩형 MEMS 마이크로폰의 제작 방법.
A substrate 110 on which an acoustic chamber S is formed at the center; And is supported on the substrate 110 by a plurality of posts 121 disposed on the edge portion in a shape protruding downward and disposed on the outermost side so as to cover the upper portion of the acoustic chamber S, (120) having a plurality of bumps (122) arranged over the entire surface thereof; A thick plate 130 disposed under the diaphragm 120 to cover the upper portion of the acoustic chamber S and having a plurality of acoustic holes 131 arranged in a through hole shape over the entire surface thereof; A front electrode 141 provided on the substrate 110 to electrically contact the diaphragm 120; A rear electrode 142 disposed under the substrate 110 and in electrical contact with the rear plate 130; A method of manufacturing a one-chip MEMS microphone (100), comprising:
A) depositing an oxide layer on the upper and lower sides of the substrate 110;
B) removing a part of the oxide layer on the top by etching to form a groove for the post;
C) a first sacrificial layer is deposited on the outer side of the oxide layers on the upper and lower sides, and a part of the first sacrificial layer on the upper side is removed by etching to form a groove for a bump and a groove for a post;
D) depositing a diaphragm material on the outer side of the first sacrificial layer to form the diaphragm 120;
E) depositing a second sacrificial layer outside the diaphragm 120;
F) depositing a masking layer on the uppermost and lowermost outermost sides;
G) removing a center portion of the rear surface of the substrate 110 by anisotropic etching to form an acoustic chamber S, and depositing an insulating layer on the etched surface;
H) a seed layer is deposited on the insulating layer on the rear surface side of the substrate 110, and electroplating is performed to form the thick plate 130 on which the acoustic holes 131 are formed;
I) a front electrode 141 electrically connected to the diaphragm 120 is formed on the front surface of the substrate 110 and a rear electrode 142 electrically connected to the rear plate 130 is formed on the rear surface of the substrate 110 );
J) A portion of the first sacrificial layer, the oxide layer, and the insulating layer between the diaphragm 120 and the thick plate 130 is removed to form an air gap (not shown) between the diaphragm 120 and the thick plate 130 forming an air gap;
Chip type MEMS microphone.
제 1항에 있어서, 상기 H) 단계는
HA1) 상기 기판(110) 후면측의 상기 절연층 전체 면적에 걸쳐 시드층이 증착되는 단계;
HA2) 상기 시드층 상에 상기 음향홀(131)이 형성된 상기 후판(130)의 반전 형상으로 형성되는 몰드층이 형성되는 단계;
HA3) 상기 몰드층에 의해 노출된 상기 시드층의 일부 영역에 전기도금이 수행되어 상기 음향홀(131)이 형성된 상기 후판(130)이 형성되는 단계;
HA4) 상기 몰드층이 제거되는 단계;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 1칩형 MEMS 마이크로폰의 제작 방법.
The method of claim 1, wherein step (H)
HA1) depositing a seed layer over the entire area of the insulating layer on the back side of the substrate 110;
HA2) forming a mold layer formed on the seed layer in an inverted shape of the thick plate 130 in which the acoustic holes 131 are formed;
HA3) electroplating is performed on a part of the seed layer exposed by the mold layer to form the thick plate 130 on which the acoustic holes 131 are formed;
HA4) removing the mold layer;
Chip type MEMS microphone.
제 1항에 있어서, 상기 H) 단계는
HB1) 상기 기판(110) 후면측의 상기 절연층에 상기 음향홀(131)이 형성된 상기 후판(130) 형상으로 패턴화된 시드층이 증착되는 단계;
HB2) 상기 패턴화된 시드층에 전기도금이 수행되어 상기 음향홀(131)이 형성된 상기 후판(130)이 형성되는 단계;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 1칩형 MEMS 마이크로폰의 제작 방법.
The method of claim 1, wherein step (H)
HB1) depositing a patterned seed layer in the shape of the thick plate 130 having the acoustic holes 131 formed in the insulating layer on the back side of the substrate 110;
HB2) electroplating is performed on the patterned seed layer to form the thick plate 130 on which the acoustic holes 131 are formed;
Chip type MEMS microphone.
제 1항에 있어서, 상기 H) 단계는
HC1) 상기 기판(110) 후면측의 상기 절연층에 상기 음향홀(131)이 형성된 상기 후판(130) 형상으로 패턴화된 시드층이 증착되는 단계;
HC2) 상기 패턴화된 시드층 이외의 영역에 상기 패턴화된 시드층보다 두꺼운 두께로 몰드층이 형성되는 단계;
HC3) 상기 몰드층에 의해 노출된 상기 패턴화된 시드층에 전기도금이 수행되어 상기 음향홀(131)이 형성된 상기 후판(130)이 형성되는 단계;
HC4) 상기 몰드층이 제거되는 단계;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 1칩형 MEMS 마이크로폰의 제작 방법.
The method of claim 1, wherein step (H)
HC1) depositing a patterned seed layer in the shape of the thick plate 130 in which the acoustic holes 131 are formed in the insulating layer on the back side of the substrate 110;
HC2) forming a mold layer thicker than the patterned seed layer in a region other than the patterned seed layer;
HC3) electroplating is performed on the patterned seed layer exposed by the mold layer to form the thick plate 130 on which the acoustic holes 131 are formed;
HC4) removing the mold layer;
Chip type MEMS microphone.
중심부에 음향 챔버(S)가 형성되는 기판(110); 상기 음향 챔버(S) 상부를 덮도록 최외측에 배치되며, 하부로 돌출된 형태로 가장자리부에 배치되는 다수 개의 포스트(121)에 의해 상기 기판(110) 상에 지지되고, 하부로 돌출된 형태로 전면에 걸쳐 배치되는 다수 개의 범프(122)가 형성되는 진동막(120); 상기 음향 챔버(S) 상부를 덮도록 상기 진동막(120) 하부에 배치되며, 통공 형태로 전면에 걸쳐 배치되는 다수 개의 음향홀(131)이 형성되는 후판(130); 상기 기판(110) 상부에 구비되어 상기 진동막(120)과 전기적으로 접촉되는 전면 전극(141); 상기 기판(110) 하부에 구비되어 상기 후판(130)과 전기적으로 접촉되는 후면 전극(142); 을 포함하여 이루어지며,
제 1항 내지 제 4항 중 선택되는 어느 한 항의 1칩형 MEMS 마이크로폰의 제작 방법에 의하여 상기 후판(130)이 전기도금에 의하여 형성되도록 만들어지는 것을 특징으로 하는 1칩형 MEMS 마이크로폰.
A substrate 110 on which an acoustic chamber S is formed at the center; And is supported on the substrate 110 by a plurality of posts 121 disposed on the edge portion in a shape protruding downward and disposed on the outermost side so as to cover the upper portion of the acoustic chamber S, (120) having a plurality of bumps (122) arranged over the entire surface thereof; A thick plate 130 disposed under the diaphragm 120 to cover the upper portion of the acoustic chamber S and having a plurality of acoustic holes 131 arranged in a through hole shape over the entire surface thereof; A front electrode 141 provided on the substrate 110 to electrically contact the diaphragm 120; A rear electrode 142 disposed under the substrate 110 and in electrical contact with the rear plate 130; , ≪ / RTI >
Chip type MEMS microphone according to any one of claims 1 to 4, wherein the thick plate (130) is formed by electroplating.
제 5항에 있어서, 상기 진동막(120)은
다각형의 평판 형상으로 형성되어, 모서리부는 상기 포스트(121)에 의하여 상기 기판(110)에 지지되며, 꼭지점부는 연장되어 상기 기판(110)에 고정되는 것을 특징으로 하는 1칩형 MEMS 마이크로폰.
The method of claim 5, wherein the diaphragm (120)
Chip type MEMS microphone according to any one of claims 1 to 3, wherein the corner portion is supported by the substrate (110) by the post (121), and the vertex portion is extended and fixed to the substrate (110).
제 6항에 있어서, 상기 진동막(120)은
꼭지점부가 연장되어 상기 기판(110)에 고정되는 부분에 스프링 구조가 형성되는 것을 특징으로 하는 1칩형 MEMS 마이크로폰.

The method of claim 6, wherein the diaphragm (120)
And a spring structure is formed at a portion where the vertex portion is extended and fixed to the substrate (110).

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