KR101438301B1 - 음향 센서, 음향 트랜스듀서, 그 음향 트랜스듀서를 이용한 마이크로폰 및 음향 트랜스듀서의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 음향 센서(1)는, 실리콘 기판(11)의 윗면에, 도전성의 진동막(14)과 상 고정 전극판(5)이 에어 갭(22)을 마련하여 배치되어 있음과 함께, 실리콘 기판(11)의 표면에 불순물이 첨가되어 있다.

Description

음향 센서, 음향 트랜스듀서, 그 음향 트랜스듀서를 이용한 마이크로폰 및 음향 트랜스듀서의 제조 방법{ACOUSTIC SENSOR, ACOUSTIC TRANSDUCER, MICROPHONE USING THE ACOUSTIC TRANSDUCER, AND METHOD FOR PRODUCING ACOUSTIC TRANSDUCER}
본 발명은, 음향 트랜스듀서에 관한 것으로, 특히 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 이용하여 제조되는, 미소 사이즈의 음향 트랜스듀서, 그 음향 트랜스듀서를 이용한 마이크로폰, 및 음향 트랜스듀서의 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 소형의 마이크로폰으로서 ECM(Electret Condenser Microphone)이라고 불리는 음향 센서를 이용한 마이크로폰이 사용되고 있다. 그러나, ECM은 열에 약하고, 또한, 디지털화에의 대응, 소형화, 고기능, 다기능화, 전력 절약이라는 점에서, MEMS 기술을 이용하여 제조되는 음향 센서를 이용한 마이크로폰(MEMS 마이크로폰)의 쪽이 우수하기 때문에, 근래에는, MEMS 마이크로폰이 채용되고 있다.
MEMS 기술을 이용하여 제조되는 음향 센서(MEMS 센서)는, 반도체 집적 회로 제작 기술을 이용하여 제작되는 음향 센서이고, 다이어프램 전극과 백 플레이트 전극에 의해 커패시터가 형성되도록, 이들을 반도체 기판상에 구비한 구성이다.
그리고, 이 MEMS 센서에 음압이 걸리면, 도전성의 진동막(다이어프램)이 진동하고, 진동막과 고정 전극을 구비한 고정막(백 플레이트) 사이의 거리가 변화한다. 이에 의해, 진동막과 고정 전극에 의해 형성된 커패시터의 정전용량이 변화한다. MEMS 마이크로폰은, 이 정전용량의 변화에 기인하는 전압의 변화를 측정함에 의해, 음압을 전기 신호로서 출력하는 것이다. 그리고, MEMS 센서의 구성을 나타내는 문헌으로서는, 특허 문헌 1 내지 3이 있다.
특허 문헌 1에는, 실리콘 기판을 고정 전극으로서 이용하고, 실리콘 기판상에 진동막을 구비한 마이크로 센서가 기재되어 있다.
또한, 특허 문헌 2에는, 특허 문헌 1과 마찬가지로, 실리콘 기판을 고정 전극으로서 이용하고, 실리콘 기판상에 진동막을 구비한 실리콘 콘덴서 마이크로폰(센서)이 기재되어 있다.
또한, 특허 문헌 3에는, 도전성의 진동판과, 진동판과 에어 간격에 의해 분리되고, 기판에 의해 지지되어 있는 천공 부재를 구비한 음향 변환기가 기재되어 있다.
특허 문헌 1 : 미국 특허출원 공개 제2004/0259286호 명세서(2004년 12월 23일 공개) 특허 문헌 2 : 미국 특허출원 공개 제2005/0005421호 명세서(2005년 1월 13일 공개) 특허 문헌 3 : 일본 공표 특허공보「특표2004-506394호(2004년 2월 26일 공표)
그러나, 상기 특허 문헌 1 내지 3의 구성에서는 이하의 문제가 생긴다. 즉, 마이크로폰을 구성하고 있는 반도체 기판에 광이 닿으면, 광전 효과에 의해, 원자로부터 전자와 정공이 발생하고, 재차 결합한다는 현상이 일어난다. 그리고, 이 전자와 정공과의 발생·결합의 과정에서 전류가 발생하여 버린다. 이 전류가 노이즈가 되어, 음압을 정확하게 전기 신호로서 출력할 수가 없게 된다.
본 발명은, 상기한 문제점을 감안하여 이루어진 것이고, 그 목적은, 광이 닿음에 의해 발생하는 노이즈를 감소시켰던 음향 트랜스듀서 등을 실현하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 음향 트랜스듀서는, 반도체 기판과, 도전성의 진동막과, 고정 전극판을 구비하고, 상기 반도체 기판의 윗면에, 상기 진동막과 상기 고정 전극판이 공극을 마련하여 배치되고, 상기 진동막과 상기 고정 전극판 사이의 정전용량의 변화에 의해 압력을 검출하는 음향 트랜스듀서로서, 상기 반도체 기판의 표면에 불순물이 첨가되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명에 관한 음향 트랜스듀서의 제조 방법은, 반도체 기판과 도전성의 진동막과 고정 전극판을 구비하고, 그 진동막과 그 고정 전극판 사이의 정전용량의 변화에 의해 압력을 검출하는 음향 트랜스듀서의 제조 방법으로서, 상기 반도체 기판의 표면에 불순물을 첨가하는 불순물 첨가 스텝과, 상기 불순물이 첨가된 상기 반도체 기판에, 상기 진동막 및 상기 고정 전극판을 형성하는 형성 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
그런데, 반도체 기판에 광이 닿으면, 광전 효과에 의해, 원자로부터 전자와 정공이 발생하고, 그 후에 재결합한다. 이에 의해, 반도체 기판에 전류가 흐르게 된다. 광전 효과에 의해 전자와 정공이 발생하고 나서 재결합하기 까지의 시간인 라이프 타임이 길어지면, 상기 전자 및 정공의 존재수가 커지기 때문에, 상기 반도체 기판에 흐르는 전류가 커지고, 그 전류에 의한 노이즈가 커진다.
한편, 반도체 기판에 불순물을 첨가하면, 불순물을 첨가하는 영역은, 불순물을 첨가하지 않은 영역보다도, 상기 라이프 타임이 짧아지기 때문에, 상기 전자 및 정공의 존재수가 적어진다. 따라서 상기 반도체 기판에 흐르는 전류가 감소하고, 그 전류에 의한 노이즈가 작아진다.
그리고, 상기한 구성 또는 방법에 의하면, 반도체 기판의 표면에 불순물이 첨가되어 있다. 따라서, 반도체 기판의 표면에 광이 닿았다고 하여도, 상기 라이프 타임을 단축할 수 있기 때문에, 광전 효과에 의해 발생한 전자와 정공과의 존재수를 적게 할 수 있다. 즉, 흐르는 전류를 적게 할 수 있다. 이에 의해, 광이 닿음에 의해 발생하는 전류에 의한 노이즈를 감소시킬 수 있기 때문에, 보다 정확하게 압력을 검출할 수 있는 압력 센서를 제공할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 관한 음향 트랜스듀서는, 반도체 기판의 표면에 불순물이 첨가되어 있는 구성이다.
또한, 본 발명에 관한 음향 트랜스듀서의 제조 방법은, 반도체 기판의 표면에 불순물을 첨가하는 불순물 첨가 스텝을 포함하는 방법이다.
이에 의해, 반도체 기판의 표면에 광이 닿았다고 하여도, 광전 효과에 의해 전자와 정공이 발생하고 나서 재결합하기 까지의 시간인 라이프 타임을 단축할 수 있기 때문에, 광전 효과에 의해 발생한 전자와 정공과의 존재수를 적게 할 수 있다. 즉, 흐르는 전류를 적게 할 수 있다. 따라서, 광이 닿음에 의해 발생하는 전류에 의한 노이즈를 감소시킬 수 있기 때문에, 보다 정확하게 압력을 검출할 수 있는 압력 센서를 제공할 수 있다는 효과를 이룬다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태를 나타내는 것이고, 음향 센서의 외관을 도시하는 사시도.
도 2는 상기 음향 센서의 분해 사시도.
도 3은 도 1의 X-X선에 따른, 상기 음향 센서의 전개 단면도.
도 4는 상기 음향 센서를 포함하는 마이크로폰의 주요부 구성을 도시하는 도면.
도 5는 상기 음향 센서의 실리콘 기판에서, 불순물을 첨가하는 영역을 도시하는 도면.
도 6은 불순물을 첨가함에 의한 효과를 설명하기 위한 도면.
도 7은 불순물을 첨가하는 영역에서의 불순물 농도의 상위를 설명하기 위한 도면.
도 8은 1장의 웨이퍼상에 복수의 칩이 제조되는 상태를 도시하는 도면.
도 9는 1장의 웨이퍼상에 복수의 칩이 제조되는 경우의, 복수의 칩 사이의 전기적인 접속 관계를 도시하는 도면.
도 10은 상기 음향 센서에서, 실리콘 기판과 진동막이 접속하고 있는 상태를 도시하는 설명도.
도 11은 상기 음향 센서의 제조 공정을 도시하는 설명도.
도 12는 상기 음향 센서의 제조 공정을 도시하는 설명도.
본 발명의 한 실시의 형태에 관해 도 1 내지 도 11에 의거하여 설명하면, 이하와 같다.
(음향 센서의 구조)
우선, 도 1 내지 3을 이용하여, 본 실시의 형태에 관한 음향 센서(음향 트랜스듀서)(1)의 구조를 설명한다. 도 1은, 음향 센서(1)의 외관을 도시하는 사시도이다. 또한, 도 2는, 음향 센서(1)의 분해 사시도이다. 또한, 도 3은, 음향 센서(1)의 단면도로서, (a)는, 도 1의 X-X선에 따른, 음향 센서(1)의 전개 단면도이고, (b)는, (a)의 영역(31)을 확대한 것이고, (c)는 (a)의 영역(32)을 확대한 것이다.
도 1 및 2에 도시하는 바와 같이, 음향 센서(1)는, 관통구멍인 백 챔버(12)가 마련된 실리콘 기판(반도체 기판)(11)의 윗면에, 절연막(13), 진동막(다이어프램)(14), 및 고정 전극판(5)이 적층되어 있는 구성이다. 그리고, 고정 전극판(5)은 백 플레이트(15) 및 고정 전극(16)을 포함하는 구성이고, 백 플레이트(15)의 실리콘 기판(11)측에 고정 전극(16)이 배치되어 있다. 그리고, 진동막(14) 및 고정 전극판(5)은, 역으로 배치되어 있어도 좋다.
또한, 백 플레이트(15), 및 고정 전극(16)에는 복수의 어코스틱 홀(17)이 마련되어 있다. 또한, 진동막(14)의 네모퉁이 중의 하나에는, 진동막 전극 패드(18)가 마련되어 있고, 고정 전극(16)의 네모퉁이 중의 하나에는, 고정 전극 패드(19)가 마련되어 있다.
또한, 도 3에 도시하는 바와 같이, 진동막(14)은, 스토퍼(23)를 갖고 있고, 고정 전극판(5)은, 스토퍼(21)를 갖고 있다. 또한, 진동막(14)과 고정 전극(16)의 사이에는 4㎛ 정도의 에어 갭(공극)(22)이 마련되어 있다.
실리콘 기판(11)은, 단결정 실리콘으로 이루어지고, 두께는 500㎛ 정도이다. 또한, 실리콘 기판(11)의 윗면 및 하면에는, 산화막에 의해 절연 피막이 형성되어 있다.
진동막(14)은, 도전성의 다결정 실리콘으로 이루어지고, 두께는 0.7㎛ 정도이다. 진동막(14)은, 거의 사각형 형상의 박막이고, 네모퉁이 부분에 고정부(20)가 마련되어 있다. 그리고, 진동막(14)은, 백 챔버(12)를 덮도록 실리콘 기판(11)의 윗면에 배치되고, 4개의 고정부(20)만이 실리콘 기판(11)에 고정되어 있고, 음압에 감응하여 진동막(14)은 상하로 진동한다. 또한, 고정부(20)의 하나에 진동막 전극 패드(18)가 마련되어 있다.
백 플레이트(15)는, 질화막으로 이루어지고, 두께는 2㎛ 정도이다. 백 플레이트(15)는, 주위부가 실리콘 기판(11)에 고정되어 있다. 또한, 백 플레이트(15)와 고정 전극(16)으로 고정 전극판(5)을 형성하고 있다. 고정 전극(16)은, 다결정 실리콘으로 이루어지고, 두께는 0.5㎛ 정도이다. 그리고, 고정 전극(16)에는, 고정 전극 패드(19)가 마련되어 있다. 또한, 백 플레이트(15) 및 고정 전극(16)에는, 음압을 통과시키기 위한 구멍인 어코스틱 홀(17)이 복수 마련되어 있다.
또한, 고정 전극(16)은, 진동막(14)의 네모퉁이를 제외한 진동하는 부분과 대응하도록 마련되어 있다. 진동막(14)의 네모퉁이는 고정되어 있고, 이 부분과 대응한 개소에 고정 전극(16)을 마련하여도 진동막(14)과 고정 전극(16) 사이의 정전용량은 변화하지 않기 때문이다.
이 어코스틱 홀(17)에 의해, 음압이 고정 전극판(5)에 인가되지 않고, 진동막(14)에 인가되게 된다. 또한, 어코스틱 홀(17)이 마련됨에 의해, 에어 갭(22) 중의 공기가 외부로 도망치기 쉬워지고, 열(熱) 잡음이 경감되고, 노이즈를 감소할 수 있다.
또한, 진동막(14) 및 고정 전극판(5)에는, 각각, 스토퍼(23) 및 스토퍼(21)가 마련되어 있다. 스토퍼(23)는, 진동막(14)이, 고정부(20) 이외에서, 실리콘 기판(11)과 고착(스틱)하는 것을 방지하는 것이고, 스토퍼(21)는, 진동막(14)과 고정 전극판(5)이 고착하는 것을 방지하는 것이다. 각각의 사이즈는, 스토퍼(23)가 0.3㎛ 정도의 길이이고, 스토퍼(21)가 1.0㎛ 정도의 길이이다.
음향 센서(1)는, 상술한 구조에 의해, 표면측부터 음압을 받으면, 고정 전극판(5)은 움직이지 않고, 진동막(14)이 진동한다. 이에 의해, 진동막(14)과 고정 전극(16) 사이의 거리가 변화하기 때문에, 진동막(14)과 고정 전극(16) 사이의 정전용량이 변화한다. 따라서, 진동막(14)과 전기적으로 접속된 진동막 전극 패드(18)와, 고정 전극(16)과 전기적으로 접속된 고정 전극 패드(19) 사이에 직류 전압을 인가하여 두고, 상기 정전용량의 변화를 전기적인 신호로서 취출함에 의해, 음압을 전기 신호로서 검출할 수 있다.
(마이크로폰의 구성)
본 실시의 형태에 관한 마이크로폰(10)의 구성에 관해, 도 4를 이용하여 설명한다. 도 4는, 마이크로폰(10)의 주요부 구성을 도시하는 도면이고, (a)는, 마이크로폰(10)의 외관을 모식적으로 도시하는 도면, (b)는, 마이크로폰(10)의 블록도이다.
도 4(a)에 도시하는 바와 같이, 마이크로폰(10)은, 음향 센서(1)와 ASIC(Application Specific Integrated Circuits, 취득부)(41)가 접속되고, 이들이, 프린트 기판(46)상에 배치되고, 케이스(42)에 둘러싸여져 있는 구성이다. 또한, 케이스(42)에는, 구멍(43)이 마련되어 있다. 그리고, 외부에서의 음압이 구멍(43)을 통과하여 음향 센서(1)에 도달함으로써, 음향 센서(1)에서 음압을 검출하는 것이다. 또한, 외부로부터의 광이 구멍(43)을 통과하여, 음향 센서(1)에 도달함으로써, 광에 의한 노이즈가 발생할 가능성이 있다.
또한, 도 4(b)에 도시하는 바와 같이, ASIC(41)는, 차지 펌프(44), 및 앰프부(45)를 포함하는 구성이다. 그리고, 음향 센서(1)의 진동막 전극 패드(18) 및 고정 전극 패드(19)와 ASIC(41)가 접속되어 있다.
차지 펌프(44)는, 직류 전원이고, 음향 센서(1)의 진동막 전극 패드(18)와 고정 전극 패드(19) 사이에 직류 전압을 인가하는 것이다. 즉, 상술한 진동막(14)과 고정 전극(16) 사이의 정전용량의 변화를 검출하기 위한 직류 전압은, 차지 펌프(44)에 의해 인가되어 있다.
앰프부(45)는, 음향 센서(1)의 진동막 전극 패드(18)와 고정 전극 패드(19) 사이의 전압을 측정하여, 그 변화량을 출력하는 것이다. 즉, 이 출력이, 진동막(14)과 고정 전극(16) 사이의 정전용량의 변화를 전기적인 신호로서 나타내고 있는 것이고, 이에 의해 음압을 검출할 수 있다. 그리고, VDD는 전원 전압을 나타내고, VOUT는 출력 전압을 나타낸다.
(불순물의 첨가)
다음에 도 5 내지 7을 이용하여, 불순물의 첨가에 관해 설명한다. 도 5는, 불순물을 첨가하는 영역을 도시하는 도면이다. 또한, 도 6은, 불순물을 첨가함에 의한 효과를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 7은, 불순물을 첨가하는 영역에서의 불순물 농도의 상위를 설명하기 위한 도면이다.
본 실시의 형태에서는, 실리콘 기판(11)의 표면에 불순물이 첨가되어 있다. 불순물의 첨가는, 이온 도프에 의해 행한다. 우선, 불순물을 첨가하는 이유에 관해 설명한다.
음향 센서(1)의 실리콘 기판(11)에 광이 닿으면, 실리콘 기판(11)의 원자가 광에 여기(勵起)되어 전자와 정공이 생긴다(광전 효과). 그리고, 생긴 전자와 정공이 결합하기 까지 전류가 발생한다(광 노이즈). 이 발생한 전류가, 진동막 전극 패드(18)나 고정 전극 패드(19)에 흐름에 의해, ASIC(41)가 취출하는 직류 전압에 오차가 생겨 버린다.
그래서, 실리콘 기판(11)의 표면에 불순물을 첨가하면, 하기한 효과를 이룬다. 즉, 실리콘 기판(11)에 광이 닿음에 의해 생긴 전자와 정공이 결합하기 까지의 시간이 짧아진다. 따라서, 광전 효과에 의해 생긴 전류가 흐르는 시간이 짧아진다. 이에 의해, 진동막 전극 패드(18)나 고정 전극 패드(19)에 흘러 버리는 전류를 줄일 수 있고, ASIC(41)가 취출하는 직류 전압의 오차를 감소시킬 수 있다.
도 5를 이용하여, 불순물을 첨가하는 영역에 관해 설명한다. 본 실시의 형태에서는, 실리콘 기판(11)의 진동막(14), 고정 전극판(5) 등이 적층되어 있는 면인 불순물 첨가 영역(51)에 불순물이 첨가되어 있다. 이에 의해, 어코스틱 홀(17)을 통과하여 입사하여 온 광이 실리콘 기판(11)의 표면에 닿음에 의해, 생기는 광 노이즈를 감소시킬 수 있다.
또한, 불순물을 첨가하는 영역은, 이것으로 한정되지 않고, 예를 들면, 도 5(b)에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(11)의 표면 전체에 첨가하는 것이라도 좋다. 이에 의해, 마이크로폰(10)의 몸체(42) 내부에 입사하여 온 광에 의해 생기는 광 노이즈를 감소시킬 수 있다.
실리콘 기판(11)에 첨가하는 불순물로서는, 예를 들면, 붕소(B), 인(P), 비소(As), 금(Au), 알루미늄(Al), 철(Fe), 크롬(Cr), 및 이들의 화합물을 들 수 있다.
다음에, 불순물 첨가를 행한 실리콘 기판(11)과, 불순물 첨가를 행하지 않은 실리콘 기판(11)에 광을 쬐여서, 광의 감도를 계측한 결과를 도 6에 도시한다. 그리고, 여기서는, 불순물로서 붕소를 사용하고 있다.
도 6에서, 종축이 광의 감도를 나타내고, 아래로 갈수록 광 노이즈가 발생하기 어려운 것을 나타내고 있다. 도 6에 도시하는 실리콘 기판(11)중, 기판(A 내지 F)에는 불순물을 첨가하지 않고, 기판(G 내지 J)에는 불순물을 첨가하고 있다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 불순물을 첨가하지 않은 기판(A 내지 F)보다도, 불순물을 첨가한 기판(G 내지 J)의 쪽이, 광의 감도가 낮다, 즉 광 노이즈가 발생하기 어려우을 알 수 있다.
다음에, 도 7을 이용하여, 첨가하는 불순물의 농도에 관해 설명한다. 도 7은, 실리콘 기판(11)을 윗면에서 본 도면이고, 사선으로 나타내는 영역(71)은 불순물의 농도가 높고, 영역(72)은, 불순물의 농도가 낮다. 영역(72)의 부분은, 진동막 전극 패드(18)와 실리콘 기판(11)이 전기적으로 접속하고 있는 부분이고, 이 부분의 불순물 농도를 낮게 함으로써 전기 저항을 높게할 수 있다. 이에 의해, 제조 과정서, 1장의 웨이퍼(기판)에 복수의 칩(음향 센서(1))을 제조할 때에, 칩 사이의 저항을 유지할 수 있고, 복수의 칩의 전기적 측정을 동시에 행할 수 있다.
복수의 칩의 전기적 측정을 동시에 행할 수 있는 것에 대해, 보다 상세하게 도 8, 9를 이용하여 설명한다. 도 8은, 1장의 웨이퍼상에 복수의 칩이 제조되는 상태를 도시하는 도면이다. 또한, 도 9는, 복수의 칩 사이의 전기적인 접속 관계를 도시하는 도면이다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 1장의 웨이퍼(81)상에, 복수의 칩(칩(a), 칩(b), 칩(c))이 제조되고 있다. 이 때의 전기적인 접속 관계는 도 9에 도시하는 바와 같이 된다. 여기서, 진동막 전극 패드(18)와 웨이퍼(81) 사이의 저항(82)의 저항치가 낮은 경우, 모든 칩의 진동막 전극 패드(18)가 단락된 상태가 된다. 따라서, 이 상태에서, 복수의 칩의 전기적 측정을 동시에 행하면, 각각의 칩에 관해 정확한 측정 결과가 나오지 않는다. 한편, 저항(82)의 저항치가 높으면, 모든 칩의 진동막 전극 패드(18)가 단락한 상태로 되는 일은 없고, 복수의 칩의 전기적 측정을 동시에 행할 수 있다.
또한, 진동막(14)과 실리콘 기판(11)을 단락하는 것은, 진동막(14)과 고정 전극(15)이 쇼트한 경우에, 음향 센서(1)가 파괴되는 것을 방지하기 위해서다. 그리고, 진동막(14)과 실리콘 기판(11)을 단락하는 것이 아니라, 고정 전극(16)과 실리콘 기판(11)을 단락하여도 좋다.
다음에, 도 10을 이용하여, 진동막(14)과 실리콘 기판(11)이 접속하고 있는 상태에 관해 설명한다. 도 10의 (b)는, 도 10의 (a)에서 Y-Y선에 따른 단면도이다.
상술한 바와 같이, 도 10의 (a)의 영역(72)에서, 진동막(14)과 실리콘 기판(11)이 접속되어 있다. 보다 상세하게는, 도 10의 (b)에 도시하는 바와 같이, 진동막 전극 패드(18)와 진동막(14)이 접속되어 있다. 그리고, 진동막 전극 패드(18)는, 고정 전극판(15)상에서, 영역(72)까지 전기적으로 접속되어 있고, 영역(72)에서, 실리콘 기판(11)과 접속되어 있다.
(음향 센서의 제조 공정)
다음에, 도 11 및 도 12를 이용하여, 음향 센서(1)의 제조 공정을 설명한다. 도 11 및 도 12는, 음향 센서(1)의 제조 공정을 도시하는 설명도이다.
우선, 도 11(a)에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(101)의 표면을 열산화법에 의해 산화시켜서, 표면을 절연 피막(SiO2막)으로 덮는다. 그리고, 불순물 첨가 영역(111)에 대해 이온 도프에 의해 불순물을 첨가한다(불순물 첨가 스텝). 다음에, 도 11(b)에 도시하는 바와 같이, 불순물을 첨가한 불순물 첨가 영역(111)의 위에, 희생층(다결정 실리콘)(102), 및 희생층(산화 실리콘)(103)을 퇴적시킨다(형성 스텝). 그리고, 도 11(c)에 도시하는 바와 같이, 희생층(103)의 윗면에 진동막(다결정 실리콘)(104)을 성막한다(형성 스텝).
다음에, 도 11(d)에 도시하는 바와 같이, 성막한 진동막(104)의 위에 희생층(산화 실리콘)(105)을 퇴적시키고(형성 스텝), 또한, 그 위에 금속 박막을 성막함에 의해 고정 전극(106)을 형성하고, 질화 실리콘(절연층)을 퇴적시킴에 의해 백 플레이트(107)를 형성한다(형성 스텝). 그리고, 금 또는 크롬을 소정의 위치에 성막함에 의해 전극 패드(108)를 형성함과 함께, 고정 전극(106) 및 백 플레이트(107)에 구멍(109)을 형성한다.
그 후, 도 11(e)에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(101)을 이방성 에칭에 의해 에칭한다.
다음에, 도 12(a)에 도시하는 바와 같이, 희생층(102)을 등방성 에칭에 의해 에칭한다. 또한, 도 12(b)에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(101)의 윗면측을 에칭한다. 그리고, 도 12(c)에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(101)의 에칭을 완료시켜서, 최후에, 도 12(d)에 도시하는 바와 같이, 희생층(103), 희생층(105)을 에칭한다. 이에 의해, 음향 센서(1)가 완성된다.
(기타)
이상과 같이, 본 발명에 관한 음향 트랜스듀서는, 반도체 기판과, 도전성의 진동막과, 고정 전극판을 구비하고, 상기 반도체 기판의 윗면에, 상기 진동막과 상기 고정 전극판이 공극을 마련하여 배치되고, 상기 진동막과 상기 고정 전극판 사이의 정전용량의 변화에 의해 압력을 검출하는 음향 트랜스듀서로서, 상기 반도체 기판의 표면에 불순물이 첨가되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명에 관한 음향 트랜스듀서의 제조 방법은, 반도체 기판과 도전성의 진동막과 고정 전극판을 구비하고, 그 진동막과 그 고정 전극판 사이의 정전용량의 변화에 의해 압력을 검출하는 음향 트랜스듀서의 제조 방법으로서, 상기 반도체 기판의 표면에 불순물을 첨가하는 불순물 첨가 스텝과, 상기 불순물이 첨가된 상기 반도체 기판에, 상기 진동막 및 상기 고정 전극판을 형성하는 형성 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
그런데, 반도체 기판에 광이 닿으면, 광전 효과에 의해, 원자로부터 전자와 정공이 발생하고, 그 후에 재결합한다. 이에 의해, 반도체 기판에 전류가 흐르게 된다. 광전 효과에 의해 전자와 정공이 발생하고 나서 재결합하기 까지의 시간인 라이프 타임이 길으면, 상기 전자 및 정공의 존재수가 커지기 때문에, 상기 반도체 기판에 흐르는 전류가 커지고, 그 전류에 의한 노이즈가 커진다.
한편, 반도체 기판에 불순물을 첨가하면, 불순물을 첨가하는 영역은, 불순물을 첨가하지 않은 영역보다도, 상기 라이프 타임이 짧아지기 때문에, 상기 전자 및 정공의 존재수가 적어진다. 따라서 상기 반도체 기판에 흐르는 전류가 감소하고, 그 전류에 의한 노이즈가 작아진다.
그리고, 상기한 구성 또는 방법에 의하면, 반도체 기판의 표면에 불순물이 첨가되어 있다. 따라서, 반도체 기판의 표면에 광이 닿았다고 하여도, 상기 라이프 타임을 단축할 수 있기 때문에, 광전 효과에 의해 발생한 전자와 정공과의 존재수를 적게 할 수 있다. 즉, 흐르는 전류를 적게 할 수 있다. 이에 의해, 광이 닿음에 의해 발생하는 전류에 의한 노이즈를 감소시킬 수 있기 때문에, 보다 정확하게 압력을 검출할 수 있는 압력 센서를 제공할 수 있다.
본 발명에 관한 음향 트랜스듀서에서는, 상기 반도체 기판의, 상기 진동막이 형성되어 있는 측의 표면에, 불순물이 첨가되어 있는 것이 바람직하다.
진동막이 형성되어 있는 측에는, 진동막 및 고정 전극판이 형성되어 있다. 그리고, 진동막과 고정 전극판 사이의 정전용량의 변화를 전기적인 신호로서 검출함에 의해 압력을 검출하는 경우, 반도체 기판의 진동막이 형성되어 있는 측에 전류가 흐르면, 상기한 전기적인 신호에 주는 영향이 크다. 즉, 반도체 기판의 진동막이 형성되어 있는 측에 광이 닿으면, 발생하는 전류에 의한 노이즈가 주는 영향이 크다.
상기한 구성에 의하면, 반도체 기판의 진동막이 형성되어 있는 측에 광이 닿음에 의해 발생하는 전류를 감소시킬 수 있기 때문에, 보다 정확하게 압력을 검출할 수 있다.
본 발명에 관한 음향 트랜스듀서에서는, 상기 반도체 기판의 상기 표면과, 상기 진동막 또는 상기 고정 전극판은, 전기적으로 접속되어 있는 것이라도 좋다.
상기한 구성에 의하면, 진동막과 고정 전극판과의 사이에 전압이 인가되어 있을 때에, 진동막 또는 상기 고정 전극판과 상기 반도체 기판의 상기 표면이, 아떠한 이유로 접촉하고, 전기적으로 단락하여도, 진동막 및 고정 전극판의 어느 한쪽으로부터 반도체 기판에 전류가 흐르기 때문에, 그 단락에 의한 자체장치의 파괴를 회피할 수 있다.
그런데, 1장의 반도체 기판상의 복수의 영역의 각각에 진동막 및 고정 전극판이 형성됨에 의해, 각 영역에서 음향 트랜스듀서가 형성되어 있는 경우, 상기 반도체 기판의 상기 표면과, 상기 진동막 또는 상기 고정 전극판이 전기적으로 접속되어 있면, 당해 복수의 음향 트랜스듀서의 전기적 측정을 동시에 행하는 것이 곤란해진다. 왜냐하면, 어떤 음향 트랜스듀서의 상기 진동막 또는 상기 고정 전극판과, 다른 음향 트랜스듀서의 상기 진동막 또는 상기 고정 전극판이 전기적으로 접속되는 것으로 되어, 상기 어떤 음향 트랜스듀서의 전기적 측정과, 상기 다른 음향 트랜스듀서의 전기적 측정 사이에서 영향을 미치게 되기 때문이다.
그래서, 본 발명에 관한 음향 트랜스듀서에서는, 불순물을 첨가한 상기 반도체 기판의 표면중, 상기한 전기적으로 접속되어 있는 영역의 불순물의 농도는, 이 이외의 영역의 불순물의 농도보다도 낮은 것이라도 좋다.
불순물의 농도가 낮은 영역은, 불순물의 농도가 높은 영역과 비교하여 전류가 흐르기 어렵고. 즉, 저항치가 높다. 따라서, 상기한 구성에 의하면, 반도체 기판과, 진동막 또는 고정 전극판이 전기적으로 접속되어 있는 영역의 저항치가 높아진다.
이에 의해, 자체장치의 제조 과정에서, 1장의 반도체 기판상의 복수의 영역에 각각 진동막 및 고정 전극판이 형성되고, 각각의 영역에서 음향 트랜스듀서가 형성되어 있는 상태에 있어서, 당헤 복수의 음향 트랜스듀서의 전기적 측정을 동시에 행할 수 있다.
또한, 상기 불순물은, 상기 반도체 기판에의 첨가에 의해 라이프 타임이 짧아지는 것이 바람직하고, 예를 들면, 붕소, 인, 비소, 금, 알루미늄, 철, 크롬, 및 이들의 화합물의 어느 하나인 것이 바람직하다.
상기한 음향 트랜스듀서와, 그 음향 트랜스듀서가 검출한 압력의 변화를 취득하는 취득부를 구비한 마이크로폰으로도, 상술한 효과를 이룰 수 있다.
본 발명은 상술한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 청구항에 나타낸 범위에서 여러가지의 변경이 가능하다. 즉, 청구항에 나타낸 범위에서 적절히 변경한 기술적 수단을 조합시켜서 얻어지는 실시 형태에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
(산업상의 이용 가능성)
음압을 보다 정확하게 검출할 수 있는 소형의 음향 센서를 실현할 수 있기 때문에, 예를 들면, 휴대 전화의 마이크로폰에 알맞다.
1 : 음향 센서(음향 트랜스듀서)
5 : 고정 전극판
10 : 마이크로폰
11 : 실리콘 기판(반도체 기판)
12 : 백 챔버
13 : 절연막
14 : 진동막
15 : 백 플레이트
16 : 고정 전극
17 : 어코스틱 홀
18 : 진동막 전극 패드
19 : 고정 전극 패드
20 : 고정부
21, 23 : 스토퍼
22 : 에어 갭(공극)
41 : ASIC(취득부)
101 : 실리콘 기판
102, 103, 105 : 희생층
104 : 진동막
106 : 고정 전극
107 : 백 플레이트
108 : 전극 패드
109 : 구멍
111 : 불순물 첨가 영역

Claims (7)

  1. 반도체 기판과, 도전성의 진동막과, 고정 전극판을 구비하고,
    상기 반도체 기판의 윗면에, 상기 진동막과 상기 고정 전극판이 공극을 마련하여 배치되고, 상기 진동막과 상기 고정 전극판 사이의 정전용량의 변화에 의해 압력을 검출하는 음향 트랜스듀서로서,
    상기 반도체 기판의, 상기 진동막이 형성되어 있는 측의 표면에 불순물이 첨가되어 있음과 함께,
    상기 반도체 기판의 상기 표면과, 상기 진동막 또는 상기 고정 전극판은, 전기적으로 접속되어 있고,
    불순물을 첨가한 상기 반도체 기판의 표면중, 상기의 전기적으로 접속되어 있는 영역의 불순물의 농도는, 이 이외의 영역의 불순물의 농도보다도 낮은 것을 특징으로 하는 음향 트랜스듀서.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 불순물은, 붕소, 인, 비소, 금, 알루미늄, 철, 크롬, 및 이들의 화합물의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 음향 트랜스듀서.
  6. 제 1항 또는 제 5항에 기재된 음향 트랜스듀서와, 그 음향 트랜스듀서가 검출한 압력의 변화를 취득하는 취득부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 마이크로폰.
  7. 반도체 기판과 도전성의 진동막과 고정 전극판을 구비하고, 그 진동막과 그 고정 전극판 사이의 정전용량의 변화에 의해 압력을 검출하는 음향 트랜스듀서의 제조 방법으로서,
    상기 반도체 기판의, 상기 진동막이 형성되어 있는 측의 표면에 불순물을 첨가하는 불순물 첨가 스텝과,
    상기 불순물이 첨가된 상기 반도체 기판에, 상기 진동막 및 상기 고정 전극판을 형성하는 형성 스텝을 포함하고,
    상기 형성 스텝에서, 상기 반도체 기판의 상기 표면과, 상기 진동막 또는 상기 고정 전극판은 전기적으로 접속되고,
    상기 불순물 첨가 스텝에서, 상기 반도체 기판의 표면중, 상기의 전기적으로 접속되어 있는 영역의 불순물의 농도가, 이 이외의 영역의 불순물의 농도보다도 낮아지도록, 상기 불순물이 첨가되는 것을 특징으로 하는 음향 트랜스듀서의 제조 방법.
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