KR101472297B1 - 1칩형 mems 마이크로폰 및 그 제작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 1칩형 MEMS 마이크로폰 및 그 제작 방법에 관한 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 하는, 1칩형 MEMS 마이크로폰 및 그 제작 방법을 제공함에 있다.

Description

1칩형 MEMS 마이크로폰 및 그 제작 방법 {1-chip-type MEMS microphone and method for making the 1-chip-type MEMS microphone}
본 발명은 1칩형 MEMS 마이크로폰 및 그 제작 방법에 관한 것이다.
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 micophone, 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.
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.
종래의 대표적인 MEMS 마이크로폰 구조가 한국특허등록 제0737726호("멤스 마이크로폰 패키징 구조체", 2007.07.04, 이하 선행문헌)에 개시된다. 일반적으로 MEMS 마이크로폰은 2장의 기판으로 이루어진다. 보다 구체적으로는, 일반적으로 현재 널리 사용되는 MEMS 마이크로폰은 일측이 개구되고 타측에 음공이 형성된 케이스, 케이스에 수납되는 제 1 인쇄회로기판, 멤스다이 및 증폭기, 증폭기로부터 전기신호를 전달받는 통합 베이스부, 케이스의 개구부를 밀폐하고 배면에 전극이 형성된 제 2 인쇄회로기판을 포함하여 구성된다. 보다 구체적으로는, 음공이 형성된 케이스 저면에 제 1 인쇄회로기판이 배치되고, 제 1 인쇄회로기판 표면에는 멤스 기술로 제조되어 음성신호를 전기신호로 변환하는 멤스다이 및 전기신호를 증폭하는 증폭기가 실장된다. 그리고 통합 베이스부은 케이스 일측에 수납되어 증폭기를 통과한 전기신호를 제 2 인쇄회로기판에 전달하는 도전경로를 제공한다. 제 2 인쇄회로기판은 통합 베이스부와 접촉하는 면에 회로패턴이 형성되어 통합 베이스부로부터 인가된 전기신호를 통합 베이스부와 접촉하는 면의 배면에 형성된 전극을 통해 외부기기에 전달한다. 또한 제 2 인쇄회로기판은 케이스의 개구부를 밀폐하여 케이스 내부로 이물질 및 노이즈가 유입되는 것을 방지한다. 그런데 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.
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 5㎛ 이상을 형성한다.
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 전극 역할을 하는 백플레이트(3)로 전달되며, 백플레이트(3)에서는 이를 전기 신호화하여 외부로 전달함으로써 음향의 측정이 이루어지게 되는 것이다.
그런데 이러한 종래의 1칩형 MEMS 마이크로폰의 경우, 백플레이트가 실리콘 재질로 이루어지도록 하기 때문에 강성이 상당히 떨어지는 문제가 있으며, 이에 따라 음압에 의해 멤브레인이 진동하는 것에 영향을 받아 백플레이트까지 함께 진동하게 됨으로써 음향 측정 감도가 크게 떨어지는 문제가 있었다. 또한 종래의 1칩형 MEMS 마이크로폰을 제작함에 있어 공정이 지나치게 복잡하여 대량 생산이 어려운 문제 또한 있었다.
1. 한국특허등록 제0737726호("멤스 마이크로폰 패키징 구조체", 2007.07.04)
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 하는, 1칩형 MEMS 마이크로폰 및 그 제작 방법을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 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, 상기 후판(130)은 금속 재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
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.
또한, 본 발명의 1칩형 MEMS 마이크로폰의 제작 방법은, 상술한 바와 같은 1칩형 MEMS 마이크로폰(100)을 제작하는 방법에 있어서, A) 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 이온주입법에 의하여 증착되어 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, 음향홀용 몰드가 형성된 후 전기도금이 수행되어 음향홀(131)이 형성된 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 한다.
본 발명에 의하면, 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 실리콘 재질로 제작했던 것에 비하여 훨씬 저렴한 가격으로 제품을 구성할 수 있게 되는 경제적 효과가 있다.
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 진동막의 진동이 불필요하게 후판까지 전달됨으로써 발생하였던 음향 측정 성능 저하 문제도 크게 개선할 수 있는 효과 또한 얻을 수 있다.
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.
또한 본 발명은 기판 하부 바닥면에 후면 전극이 형성되도록 하는 구조로서, 다른 기판에 본 발명의 MEMS 마이크로폰을 배치할 때 전선 등과 같은 별도의 전극 연결 구조를 전혀 필요로 하지 않고, 다른 기판 상에 본 발명의 MEMS 마이크로폰을 단지 올려놓기만 하면 바로 전극 연결이 이루어질 수 있도록 하여, 편의성을 극대화시켜 주는 큰 효과가 있다.
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.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 1칩형 MEMS 마이크로폰을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
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.
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.
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.
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.
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 폴리실리콘이 도핑된 질화규소(Si3N4) 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.
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)이 이를 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.
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.
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 다른 기판에 연결될 때 전선 등과 같은 별도의 전극 연결 구조를 전혀 필요로 하지 않고, 다른 기판 상에 상기 1칩형 MEMS 마이크로폰(100)을 단지 올려놓기만 하면 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 다른 기판과의 조립성이 크게 향상된다.
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.
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.
다음으로 도 6(B)에 도시된 바와 같이, 상부의 상기 산화막층의 일부가 식각에 의해 제거되어 포스트용 홈이 형성된다.
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.
다음으로 도 6(D)에 도시된 바와 같이, 상부의 상기 제1희생층의 외측에 진동막 재료가 이온주입법에 의하여 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.
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.
다음으로 도 7(F)에 도시된 바와 같이, 상하부 최외측에 마스킹층이 증착된다. 상기 마스킹층은 규화질소(SiNx)일 수 있다.
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.
다음으로 도 7(H)에 도시된 바와 같이, 상기 기판(110) 후면측의 상기 절연층에 시드층이 증착되고, 음향홀용 몰드가 형성된 후 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, 종래에 음향홀 직경을 5㎛ 정도까지밖에 줄일 수 없었지만 본 발명의 방법을 이용함으로써 상기 음향홀(131) 직경을 3㎛ 정도까지 줄일 수 있다.
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.
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.
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.
100: (본 발명의) 1칩형 MEMS 마이크로폰
110: 기판 120: 진동막
121: 포스트 122: 범프
130: 후판 131: 음향홀
141: 전면 전극 142: 후면 전극

Claims (4)

  1. 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,
    상기 후판(130)은 금속 재질로 이루어지고,
    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.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 진동막(120)은
    꼭지점부가 연장되어 상기 기판(110)에 고정되는 부분에 스프링 구조가 형성되는 것을 특징으로 하는 1칩형 MEMS 마이크로폰.
  4. 제 1, 3항 중 선택되는 어느 한 항에 의한 1칩형 MEMS 마이크로폰(100)을 제작하는 방법에 있어서,
    A) 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 이온주입법에 의하여 증착되어 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, 음향홀용 몰드가 형성된 후 전기도금이 수행되어 음향홀(131)이 형성된 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.
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