KR101689954B1 - 백플레이트 요소가 없는 이중 다이아프램 mems 마이크로폰 - Google Patents
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Abstract
센서 구조가 개시된다. 센서 구조는 제 1 현수 구조, 그리고 제 1 현수 구조로부터 볼륨을 형성하도록 배치되는 제 2 현수 구조를 포함할 수 있다. 제 1 현수 구조 및 제 2 현수 구조는 제 1 현수 구조와 제 2 현수 구조 사이의 볼륨에 진입하는 수신 압력파가 제 1 현수 구조의 제 1 방향으로의 변위 및 제 2 현수 방향의 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로의 변위를 일으키도록 서로에 대하여 배열될 수 있고 이 변위는 측정 가능한 신호를 생성할 수 있다.
Description
다양한 실시예들은 전반적으로 볼륨(volume)을 에워싸도록 배열되는 제 1 현수 구조(suspended structure) 및 제 2 현수 구조를 포함하는 센서 구조에 관한 것이다.
마이크로폰은 매우 기본적인 수준에서, 압력파(pressure wave)를 전기 신호로 변환하는 트랜스듀서(transducer)이다. 종래의 마이크로폰은 입사하는 압력파들에 노출되는 다이아프램(diaphragm)을 가진다. 이 압력파들은 다이아프램에 편향(deflection)을 일으키고 이 편향은 다양한 트랜스덕션(transduction) 메커니즘들에 의해 검출되어 전기 신호로 변환된다. 마이크로 전기 기계 시스템(micro-electro-mechanical system; MEMS) 마이크로폰에서, 종래의 트랜스덕션 메커니즘들은 압전(piezoelectric), 압전 저항(piezoresistive), 광학 및 용량성 메커니즘들을 포함할 수 있다. 간단한 MEMS 마이크로폰은 더 흔하게는 "백플레이트(backplate)"로 칭해지는 대향 전극(counter electrode) 및 다이아프램으로 구성되는 커패시터일 수 있다. 전압이 백플레이트/다이아프램 용량성 시스템의 양단에 인가되고 음파들이 다이아프램의 진동을 일으키면, 음파들은 다이아프램의 백플레이트에 대한 움직임에 의해 발생되는 커패시턴스의 변화를 측정하여 사용 가능한 전기 신호들로 변환될 수 있다. 용량성 구동 원리를 사용하는 MEMS 마이크로폰들은 전형적으로 감도가 높지만 이것들은 백플페이트로부터의 기생 커패시턴스에 의해 발생되는 전기적 "노이즈"에 의해 영향을 받을 수 있다. 향상된 감도를 달성하는 하나의 방법은 백플레이트의 측에 대향하는 다이아프램의 측 상에 제 2 백플레이트를 추가하는 것이다. 그러나, 제 2 백플레이트를 추가함으로써 노이즈에 대한 잠재성이 마찬가지로 증가된다.
본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하는 것이다.
다양한 실시예들에서, 센서 구조가 제공된다. 센서 구조는 제 1 현수 구조; 제 1 현수 구조로부터 볼륨을 형성하도록 배치되는 제 2 현수 구조를 포함할 수 있고; 여기서 제 1 현수 구조 및 제 2 현수 구조는 제 1 현수 구조 및 제 2 현수 구조 사이의 볼륨에 진입하는 수신 압력파가 제 1 현수 구조의 제 1 방향으로의 변위 및 제 2 현수 구조의 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로의 변위를 일으키도록 서로에 대하여 배열된다.
도면들에서, 동일한 참조 문자들은 일반적으로 상이한 도면들 전체에 걸쳐서 동일한 부분들을 칭한다. 도면들은 반드시 축적대로인 것은 아니며 대신, 일반적으로 본 발명의 원리를 설명할 때 강조된다. 다음의 설명에서, 본 발명의 다양한 실시예들은 다음의 도면들을 참조하여 기술된다.
도 1은 MEMS 마이크로폰의 사시 단면도이다.
도 2a는 다양한 실시예들에 따라 다이아프램 요소를 구비하는 제 1 MEMS 구조의 단면도이다.
도 2b는 다양한 실시예들에 따라 도 2a에서 표현되는 MEMS 구조의 평면도이다.
도 2c는 다양한 실시예들에 따라 도 2a에서 표현되는 MEMS 구조의 평면도이다.
도 3a는 다양한 실시예들에 따라 다이아프램 요소를 구비하는 제 2 MEMS 구조의 단면도이다.
도 3b는 다양한 실시예들에 따라 도 3a에서 표현되는 MEMS 구조의 평면도이다.
도 4는 다양한 실시예들에 따라 도 2a 내지 도 2c에서 표현되는 제 1 MEMS 구조 및 도 3a 및 도 3b에서 표현되는 제 2 MEMS 구조가 고정되고/되거나 서로 결합되는 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 다양한 실시예들에 따라 도 4로부터의 듀얼(dual) MEMS 구조를 도시하는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 다양한 실시예들에 따라 도 4로부터의 듀얼 MEMS 구조를 도시하는 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 다양한 실시예들에 따라 도 4로부터의 듀얼 MEMS 구조를 도시하는 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 다양한 실시예들에 따라 도 4로부터의 듀얼 MEMS 구조를 도시하는 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 다양한 실시예들에 따라 도 4로부터의 듀얼 MEMS 구조를 도시하는 도면이다.
도 10a 내지 도 10d는 다양한 실시예들에 따라 도 4로부터의 듀얼 MEMS 구조를 도시하는 도면이다.
도 11은 다양한 실시예들에 따라 상술된 MEMS 구조들을 제조하는 프로세스의 흐름도이다.
도 12는 다양한 실시예들에 따라 입사하는 압력파에 의해 다이아프램 구조들 중 적어도 하나에서 발생되는 굴절을 용량성으로 검출하도록 구성되는 회로 및 이중 다이아프램 센서 구조의 사시 단면도이다.
도 13은 다양한 실시예들에 따라 입사하는 압력파에 의해 다이아프램 구조들 중 적어도 하나에서 발생되는 굴절을 광학적으로 검출하도록 구성되는 회로 및 이중 다이아프램 센서 구조의 사시 단면도이다.
도 14는 다양한 실시예들에 따른 이중 다이아프램 센서 구조를 동작하는 프로세스의 흐름도이다.
도 1은 MEMS 마이크로폰의 사시 단면도이다.
도 2a는 다양한 실시예들에 따라 다이아프램 요소를 구비하는 제 1 MEMS 구조의 단면도이다.
도 2b는 다양한 실시예들에 따라 도 2a에서 표현되는 MEMS 구조의 평면도이다.
도 2c는 다양한 실시예들에 따라 도 2a에서 표현되는 MEMS 구조의 평면도이다.
도 3a는 다양한 실시예들에 따라 다이아프램 요소를 구비하는 제 2 MEMS 구조의 단면도이다.
도 3b는 다양한 실시예들에 따라 도 3a에서 표현되는 MEMS 구조의 평면도이다.
도 4는 다양한 실시예들에 따라 도 2a 내지 도 2c에서 표현되는 제 1 MEMS 구조 및 도 3a 및 도 3b에서 표현되는 제 2 MEMS 구조가 고정되고/되거나 서로 결합되는 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 다양한 실시예들에 따라 도 4로부터의 듀얼(dual) MEMS 구조를 도시하는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 다양한 실시예들에 따라 도 4로부터의 듀얼 MEMS 구조를 도시하는 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 다양한 실시예들에 따라 도 4로부터의 듀얼 MEMS 구조를 도시하는 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 다양한 실시예들에 따라 도 4로부터의 듀얼 MEMS 구조를 도시하는 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 다양한 실시예들에 따라 도 4로부터의 듀얼 MEMS 구조를 도시하는 도면이다.
도 10a 내지 도 10d는 다양한 실시예들에 따라 도 4로부터의 듀얼 MEMS 구조를 도시하는 도면이다.
도 11은 다양한 실시예들에 따라 상술된 MEMS 구조들을 제조하는 프로세스의 흐름도이다.
도 12는 다양한 실시예들에 따라 입사하는 압력파에 의해 다이아프램 구조들 중 적어도 하나에서 발생되는 굴절을 용량성으로 검출하도록 구성되는 회로 및 이중 다이아프램 센서 구조의 사시 단면도이다.
도 13은 다양한 실시예들에 따라 입사하는 압력파에 의해 다이아프램 구조들 중 적어도 하나에서 발생되는 굴절을 광학적으로 검출하도록 구성되는 회로 및 이중 다이아프램 센서 구조의 사시 단면도이다.
도 14는 다양한 실시예들에 따른 이중 다이아프램 센서 구조를 동작하는 프로세스의 흐름도이다.
다음의 상세한 설명은 본 발명이 실시될 수 있는 특정 세부사항들 및 실시예들을 실례로 나타내는 첨부 도면들을 참조한다.
단어 "예시적인"은 본원에서 "예, 인스턴스(instance) 또는 실례의 역할을 하는"을 의미하는 데 사용된다. 본원에서 "예시적인"으로 기술되는 어떠한 실시예 또는 설계도 반드시 다른 실시예들 또는 설계들에 비해 바람직하거나 유용한 것으로 해석될 수 있는 것은 아니다.
측 또는 면 "위에" 형성되어 놓이는 재료와 관련하여 사용되는 단어 "위에"는 본원에서 놓이는 재료가 언급되는 측 또는 면 "상에 직접적으로", 예를 들어, 직접 접촉되어 형성될 수 있는 것을 의미하는 데 사용될 수 있다. 측 또는 면 위에 형성되어 놓이는 재료와 관련하여 사용되는 단어 "위에"는 언급되는 측 또는 면과 놓이는 재료 상에 배열되는 추가 층들이 있어서 본원에서 놓이는 재료가 이 언급되는 측 또는 면 "상에 간접적으로" 형성될 수 있는 것을 의미하는 데 사용될 수 있다.
본 개시에 따르면, 백플레이트 요소가 없는 이중 다이아프램 MEMS 마이크로폰이 제공된다.
다양한 실시예들에서, 다이아프램은 플레이트 또는 멤브레인을 포함할 수 있다. 플레이트는 압력을 받는 다이아프램인 것으로 이해될 수 있다. 더욱이, 멤브레인은 인장력(tension)을 받는 다이아프램인 것으로 이해될 수 있다. 다양한 실시예들이 멤브레인을 참조하여 아래에서 상세하게 기술될지라도, 이에 대안으로 플레이트가 또는 일반적으로 다이아프램이 제공될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 도 1은 하우징(106), 백 볼륨(back volume)(108) 및 2개의 멤브레인 요소들(102 및 104)을 각각 포함할 수 있는 MEMS 마이크로폰의 단면도이다. 다양한 실시예들에 따르면, 음파들(110)은 포털(portal)(112)에 진입할 수 있고 멤브레인 요소들(102 및 104)로 하여금 서로에 대하여 역위상(anti-phase)으로 진동하도록 할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 멤브레인들(102 및 104)에 의해 생성되는 신호들은 그 후에 소정의 애플리케이션(application)에 대해 바람직할 수 있는 바와 같은 하나 이상의 프로세싱 회로들(도시되지 않음)에 의해 비교될 수 있다. 양 멤브레인들(102 및 104)의 움직임은 다양한 실시예들에 따르면, 단일 멤브레인 MEMS 마이크로폰들과 비교하여 결과적으로 신호가 두 배가 될 수 있다. 더욱이, 다양한 실시예들에서, 백플레이트 요소가 필요하지 않을 수 있으므로, 백플레이트로 인한 기생 커패시턴스의 가능성이 실질적으로 감소될 수 있다. 감소된 기생 커패시턴스는 이중 멤브레인 구조에 의해서 증가된 신호와 결합될 때 실질적으로 마이크로폰의 신호 대 잡음 비(signal-to-noise ratio)를 증가시킬 수 있다. 더욱이, 다양한 실시예들에 따르면, 개선된 신호 대 잡음 비는 사운드가 멤프레인들 사이에 있는 저 임피던스 포트(port)를 통해 진입하는 경우 천공된(perforated) 백플레이트가 없으면 더 증가될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 도 2a 내지 도 2c에 도시되는 바와 같이, 이중 멤브레인 MEMS 마이크로폰은 제 1 MEMS 구조(200)를 포함할 수 있다. MEMS 구조(200)는 제 1 기판(202)을 포함할 수 있고 여기서 제 1 기판(202) 내에 제 1 보이드(void)(210)가 형성되고 제 1 보이드(210) 위에 제 1 멤브레인(208)이 현수(suspend)된다. 다양한 실시예들에 따르면, MEMS 구조(200)는 제 1 기판(202)의 상면(202a) 상에 형성되는 적어도 하나의 범프 전극(204) 및 제 1 멤브레인(208)의 부분 위에 형성되는 적어도 하나의 스페이서(spacer) 구조(206)를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제 1 기판(202)은 실리콘 기판과 같은 반도체 기판일 수 있다. 더욱이, 다양한 실시예들에서, 제 1 기판(202)은 소정의 애플리케이션에 바람직할 수 있는 바와 같이 게르마늄, 실리콘 게르마늄, 실리콘 카바이드(silicon carbide), 갈륨 나이트라이드(gallium nitride), 인듐, 인듐 갈륨 나이트라이드, 인듐 갈륨 비소, 인듐 갈륨 징크(zinc) 옥사이드와 같은 다른 반도체 재료들 또는 다른 원소 및/또는 화합물 반도체들(예를 들어, 갈륨 비소 또는 인듐 포스파이드(indium phosphide)와 같은 III-V 화합물 반도체, 또는 II-VI 화합물 반도체 또는 3원 화합물 반도체(ternary compound semiconductor) 또는 4급 화합물 반도체(quaternary compound semiconductor))을 포함할 수 있거나 이들로 구성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제 1 멤브레인(208)은 제 1 보이드(210)가 제 1 기판(202)에 형성되기 전에 제 1 기판(202)의 상면(202a)의 적어도 일부 위에 형성될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 적어도 하나의 스페이서 구조(206)는 제 1 멤브레인(208)의 적어도 일부 위에 형성될 수 있다. 즉, 다양한 실시예들에 따르면, 제 1 기판(202), 제 1 멤브레인(208) 및 적어도 하나의 스페이서 구조(206)는 층식 구조로서 구현될 수 있다. 상기 층 구조는 그 후에 제 1 보이드(210)를 형성하기 위해 제 1 기판(202)의 후측(202b)(상면(202a)에 대향하는 제 1 기판(202)의 측일 수 있는)으로부터 에칭될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 제 1 기판(202)이 제 1 보이드(210)를 형성하기 위해 에칭될 때, 제 1 멤브레인(208)의 적어도 일부분은 제 1 기판(202)로부터 풀려나서(release) 제 1 보이드(210)에 걸쳐 현수될(suspended) 수 있다. 즉, 다양한 실시예들에 따르면, 제 1 보이드(210)는 제 1 기판(202)이 후측(202b)으로부터 제 1 기판(202)의 상면(202a)으로 에칭되도록 제 1 기판(202)을 후방(202b)으로부터 에칭함으로써 형성될 수 있고 제 1 멤브레인(208)은 에칭되지 않을 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제 1 보이드(210)는 정사각 또는 실질적으로 정사각의 형상일 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 제 1 보이드(210)는 직사각 또는 실질적으로 직사각의 형상일 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 제 1 보이드(210)는 원 또는 실질적으로 원의 형상일 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 제 1 보이드(210)는 타원 또는 실질적으로 타원의 형상일 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 제 1 보이드(210)는 삼각 또는 실질적으로 삼각의 형상일 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 제 1 보이드(210)는 십자로 또는 실질적으로 십자로 형성될 수 있다. 제 1 보이드(210)는 소정의 애플리케이션에 대해 바람직할 수 있는 임의의 형태로 형성될 수 있다.
제 1 보이드(210)는 다양한 에칭 기술들, 예를 들어, 등방성 기체 상(isotropic gas phase) 에칭, 가스 에칭(vapor etching), 습식 에칭, 등방성 건식 에칭, 플라즈마 에칭 등을 통해 형상화될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제 1 멤브레인(208)은 다양한 제조 기술들, 예를 들어, 물리 기상 증착, 진기화학 증착, 화학 기상 증착 및 분자 빔 에피택시(molecular beam epitaxy)를 통해 제 1 기판(202)의 상면(202a) 위에 형성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제 1 멤브레인(208)은 정사각 또는 실질적으로 정사각의 형상일 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 제 1 멤브레인(208)은 직사각 또는 실질적으로 직사각의 형상일 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 제 1 멤브레인(208)은 원 또는 실질적으로 원의 형상일 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 제 1 멤브레인(208)은 타원 또는 실질적으로 타원의 형상일 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 제 1 멤브레인(208)은 삼각 또는 실질적으로 삼각의 형상일 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 제 1 멤브레인(208)은 십자 또는 실질적으로 십자로 형성될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 제 1 멤브레인(208)은 소정의 애플리케이션에 대해 바람직할 수 있는 임의의 형상으로 형성될 수 있다.
제 1 멤브레인(208)은 예를 들어 실리콘과 같은 반도체 재료로 구성될 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 게다가, 제 1 멤브레인(208)은 소정의 애플리케이션에 대해 바람직한 바와 같이 게르마늄, 실리콘 게르마늄, 실리콘 카바이드, 갈륨 나이트라이드, 인듐, 인듐 갈륨 나이트라이드, 인듐 갈륨 비소, 인듐 갈륨 징크 옥사이드와 같은 다른 반도체 재료들 또는 다른 원소 및/또는 화합물 반도체들(예를 들어, 갈륨 비소 또는 인듐 포스파이드와 같은 III-V 화합물 반도체, 또는 II-VI 화합물 반도체 또는 3원 화합물 반도체 또는 4급 화합물 반도체)을 포함할 수 있거나 이들로 구성될 수 있다. 제 1 멤브레인(208)은 유전체 재료, 압전 재료, 압전 저항 재료 및 강유전체 재료 중 적어도 하나로 구성될 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제 1 멤브레인(208)의 두께(T1)는 예컨대, 300nm에서 5㎛까지, 예를 들어, 300nm에서 400nm까지, 예를 들어, 400nm에서 500nm까지, 예를 들어 500nm에서 1㎛까지, 예를 들어 1㎛에서 3㎛까지, 예를 들어 3㎛에서 5㎛까지 일 수 있다.
적어도 하나의 스페이서 구조(206)는 제 1 멤브레인 구조(208)의 적어도 일부분 위에 형성될 수 있다. 예로서, 다양한 실시예들에서, 적어도 하나의 스페이서 구조(206)는 제 1 기판(200)의 상면에 앵커링(anchoring)되거나 고정될 수 있는 제 1 멤브레인(208)의 부분, 예를 들어, 제 1 보이드(210)에 걸쳐 현수되지 않을 수 있는 제 1 멤브레인(208)의 부분 위에 형성될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 스페이서 구조(206)는 이 적어도 하나의 스페이서 구조(206)가 적어도 부분적으로 제 1 멤브레인(208)의 내부 부분(208a)(제 1 보이드(210)에 걸쳐 현수될 수 있는 제 1 멤브레인(208)의 부분일 수 있다)을 둘러싸고/싸거나 에워쌀 수 있도록 제 1 멤브레인(208)의 주위를 따라 형성될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 스페이서 구조(206)는 기둥형 구조들로서 구현되고 제 1 기판(202)의 정점들 및/또는 코너들에 형성될 수 있다(소정의 실시예에서 제 1 기판(202)의 기하학적 형상에 따라). 예로서, 도 2c에 도시되는 바와 같이, 제 1 기판(202)은 정사각 또는 실질적으로 정사각의 형상일 수 있고 적어도 하나의 스페이서 구조(206)는 제 1 기판(202)의 정점들 및/또는 코너들에 형성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 스페이서 구조(206)는 약 1㎛에서 약 10㎛까지의 범위 내, 예를 들어, 약 2㎛에서 약 4㎛의 범위 내의 높이(H1)를 가질 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 스페이서 구조(들)(206)는 약 10㎛에서 약 100㎛까지의 범위 내, 예를 들어, 약 10㎛에서 약 20㎛의 범위 내의 두께(T2)를 가질 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 스페이서 구조(206)는 소정의 애플리케이션에 대해 바람직한 바와 같이 예를 들어, 다양한 유전체들, 금속들 및 폴리머들을 포함할 수 있거나 이들로부터 구성될 수 있다. 적어도 하나의 스페이서 구조(206)는 추가로 예를 들어, 유리 및/또는 다양한 폴리머들을 포함할 수 있거나 이들로 구성될 수 있다. 적어도 하나의 스페이서 구조(206)는 소정의 애플리케이션에 대해 바람직한 임의의 재료, 예를 들어, 게르마늄, 실리콘 게르마늄, 실리콘 카바이드, 갈륨 나이트라이드, 인듐, 인듐 갈륨 나이트라이드, 인듐 갈륨 비소, 인듐 갈륨 징크 옥사이드와 같은 반도체 재료들 또는 다른 원소 및/또는 화합물 반도체들을 포함할 수 있거나 이들로 구성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 범프 전극(204)은 제 1 보이드(210)를 적어도 부분적으로 둘러싸고/싸거나 에워쌀 수 있는 기판(202)의 상면(202a)의 일부분 상에 형성될 수 있다. 예로서, 도 2b에 도시되는 바와 같이, 다양한 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 범프 전극(204)은 제 1 기판(202)의 상면(202a)의 에지 영역에, 예를 들어, 제 1 보이드(210)의 외부 에지(212)(제 1 보이드(210)의 주위를 정의하는 보이드(210)의 에지일 수 있음)와 제 1 기판(202)의 상면(202a)의 외부 에지(214)(상면(202a)의 주위를 정의하는 상면(202a)의 에지일 수 있음) 사이에서 형성될 수 있다.
적어도 하나의 범프 전극(204)은 예를 들어 전해 도금(electrolytic plating) 프로세스, 포토리소그래피(photolithography) 프로세스를 통한 그리고 소위 "볼 범프(ball bump)" 방법에 의한 것과 같은 패터닝(patterning) 및 증착 기술들을 통해 형성될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 범프 전극(204)은 금속과 같은 도전성 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 범프 전극(204)은 구리, 니켈 주석, 납, 은, 금, 알루미늄 및 예를 들어 백동(cupronickel), 니켈 알루미늄 등과 같은 이들 금속들의 다양한 합금들로 구성될 수 있거나 이들을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 범프 전극(204)은 솔더 범프로 구성될 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 더욱이, 다양한 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 범프 전극(204)은 소정의 애플리케이션에 바람직할 수 있는 다른 재료들을 포함할 수 있거나 이들로 구성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제 1 멤브레인(208)은 제 1 기판(202) 내에 또는 상에 형성될 수 있는 다양한 전기 리드(lead)들 및 비아(via)들(도시되지 않음)에 의해 적어도 하나의 범프 전극(204)에 전기적으로 결합될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 도 3에 도시되는 바와 같이, 이중 멤브레인 MEMS 마이크로폰은 제 2 MEMS 구조(300)를 포함할 수 있다. MEMS 구조(300)는 제 2 기판(302)을 포함할 수 있고, 여기서 제 2 기판(302) 내에는 제 2 보이드(308)가 형성되고 제 2 보이드(308) 위에는 제 2 멤브레인(306)이 현수된다. 다양한 실시예들에 따르면, MEMS 구조(300)는 제 2 기판(302)의 상면(302a) 상에 형성되는 적어도 하나의 접촉 패드(contact pad)(304)를 더 포함할 수 있다.
제 2 기판(302)은 실리콘 기판과 같은 반도체 기판일 수 있다. 더욱이, 제 2 기판(302)은 소정의 애플리케이션에 대해 바람직한 바와 같이 게르마늄, 실리콘 게르마늄, 실리콘 카바이드, 갈륨 나이트라이드, 인듐, 인듐 갈륨 나트라이드, 인듐 갈륨 비소, 인듐 갈륨 징크 옥사이드와 같은 다른 반도체 재료들 또는 다른 원소 및/또는 화합물 반도체들(예를 들어, 갈륨 비소 또는 인듐 포스파이드와 같은 III-V 화합물 반도체, 또는 II-VI 화합물 반도체 또는 3원 화합물 반도체 또는 4급 화합물 반도체)을 포함할 수 있거나 이들로 구성될 수 있다.
제 2 멤브레인(306)은 제 2 보이드(308)가 제 2 기판(302)에 형성되기 전에 제 2 기판(302)의 상면(302a)의 적어도 일부분 위에 형성될 수 있다. 즉, 다양한 실시예들에 따르면, 제 2 기판(302) 및 제 2 멤브레인(306)은 층식 구조로서 구현될 수 있다. 층 구조는 그 후에 제 2 보이드(308)를 형성하기 위해 제 2 기판(302)의 후측(302b)(상면(302a)에 대향하는 제 2 기판(302)의 측일 수 있음)으로부터 에칭될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 제 2 기판(302)이 제 2 보이드(308)를 형성하기 위해서 에칭될 때, 제 2 멤브레인(306)의 적어도 일부분은 제 2 기판(302)로부터 풀려나서 제 2 보이드(308)에 걸쳐 현수될 수 있다. 즉, 다양한 실시예들에 따르면, 제 2 보이드(308)는 제 2 기판(302)이 제 2 멤브레인(306)을 에칭하지 않고 제 2 기판(302)의 후측(302b)으로부터 상면(302a)으로 관통 에칭되도록 후측(302b)으로부터 제 2 기판(302)을 에칭함으로써 형성될 수 있다. 제 2 보이드(308)는 제 2 보이드가 제 2 기판(302)의 상면(302a)에서의 기하학적 중심에 있지 않을 수 있도록 제 2 기판(302) 내에 형성될 수 있다. 즉, 다양한 실시예들에 따르면, 제 2 보이드(308)를 둘러싸고/싸거나 에워쌀 수 있는 제 2 기판(302)의 일부분은 대칭이 아닐 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제 2 보이드(308)는 정사각 또는 실질적으로 정사각의 형상일 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 제 2 보이드(308)는 직사각 또는 실질적으로 직사각의 형상일 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 제 2 보이드(308)는 원 또는 실질적으로 원의 형상일 수 있다. 제 2 보이드(308)는 타원 또는 실질적으로 타원의 형상일 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 제 2 보이드(308)는 삼각 또는 실질적으로 삼각의 형상일 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 제 2 보이드(308)는 십자 또는 실질적으로 십자 형상일 수 있다. 제 2 보이드(308)는 소정의 애플리케이션에 대해 바람직할 수 있는 임의의 형상으로 형성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제 2 보이드(308)는 다양한 에칭 기술들, 예를 들어 등방성 기체 상 에칭, 가스 에칭, 습식 에칭, 등방성 건식 에칭, 플라즈마 에칭 등을 통해 형상화될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제 2 멤브레인(306)은 다양한 제조 기술들, 예를 들어, 물리 기상 증착, 전기화학 증착, 화학 기상 증착 및 분자 빔 에피택시를 통해 제 2 기판(302)의 상면(302a) 위에 형성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제 2 멤브레인(306)은 정사각 또는 실질적으로 정사각의 형상일 수 있다. 제 2 멤브레인(306)은 직사각 또는 실질적으로 직사각의 형상일 수 있다. 제 2 멤브레인(306)은 원 또는 실질적으로 원의 형상일 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 제 2 멤브레인(306)은 타원 또는 실질적으로 타원의 형상일 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 제 2 멤브레인(306)은 삼각 또는 실질적으로 삼각의 형상일 수 있다. 제 2 멤브레인(306)은 십자 또는 실질적으로 십자의 형상일 수 있다. 제 2 멤브레인(306)은 소정의 애플리케이션에 대해 바람직할 수 있는 임의의 형상으로 형성될 수 있다.
제 2 멤브레인(306)은 예를 들어, 실리콘과 같은 반도체 재료로 구성될 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 더욱이, 제 2 멤브레인(306)은 소정의 애플리케이션에 대해 바람직한 바와 같이 게르마늄, 실리콘 게르마늄, 실리콘 카바이드, 갈륨 나이트라이드, 인듐, 인듐 갈륨 나트라이드, 인듐 갈륨 비소, 인듐 갈륨 징크 옥사이드와 같은 다른 반도체 재료들 또는 다른 원소 및/또는 화합물 반도체들(예를 들어, 갈륨 비소 또는 인듐 포스파이드와 같은 III-V 화합물 반도체, 또는 II-VI 화합물 반도체 또는 3원 화합물 반도체 또는 4급 화합물 반도체)을 포함할 수 있거나 이들로 구성될 수 있다. 제 2 멤브레인(306)은 유전체 재료, 압전 재료, 압전 저항 재료 및 강유전체 재료 중 적어도 하나로 구성될 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제 2 멤브레인(306)의 두께(T3)는 예컨대, 300nm에서 5㎛까지, 예를 들어, 300nm에서 400nm까지, 예를 들어, 400nm에서 500nm까지, 예를 들어 500nm에서 1㎛까지, 예를 들어 1㎛에서 3㎛까지, 예를 들어 3㎛에서 5㎛까지 일 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 접촉 패드(304)는 제 2 보이드(308)를 적어도 부분적으로 둘러싸고/싸거나 에워쌀 수 있는 제 2 기판(302)의 상면(302a)의 일부분 상에 형성될 수 있다. 예로서, 도 3b에 도시되는 바와 같이, 적어도 하나의 접촉 패드(304)는 제 1 기판(302)의 상면(302a)의 에지 영역에, 예를 들어 제 2 보이드의 외부 에지(312)(제 2 보이드(308)의 주위를 정의하는 제 2 보이드(308)의 에지일 수 있음)와 제 2 기판(302)의 상면(302a)의 외부 에지(314)(상면(302a)의 주위를 정의하는 상면(302a)의 에지일 수 있음) 사이에 형성될 수 있다.
적어도 하나의 접촉 패드(304)는 예를 들어 전해 도금 프로세스 또는 포토리소그래피 프로세스를 통하는 것과 같은 다양한 패터닝 및 증착 기술들을 통해 형성될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 접촉 패드(304)는 금속과 같은 도전성 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 접촉 패드(304)는 구리, 니켈, 주석, 납, 은, 금, 알루미늄, 및 백동, 니켈 알루미늄 등과 같은 이들 금속들의 다양한 합금들로 구성될 수 있거나 이들을 포함할 수 있다. 더욱이, 적어도 하나의 접촉 패드(304)는 소정의 애플리케이션에 대해 바람직할 수 있는 다른 재료들을 포함할 수 있거나 이들로 구성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제 2 멤브레인(306)은 제 2 기판(302) 내에 또는 상에 형성될 수 있는 다양한 전기 리드들 및 비아들(도시되지 않음)에 의해 적어도 하나의 접촉 패드(304)에 전기적으로 결합될 수 있다.
도 4에 도시되는 바와 같은, 다양한 실시예들에 따르면, 제 1 MEMS 구조(200) 및 제 2 MEMS 구조(300)는 듀얼 MEMS 구조(400)를 형성하도록 배열될 수 있다. 제 1 MEMS 구조(200) 및 제 2 MEMS 구조(300)는 제 1 기판(202)의 상면(202a) 및 제 2 기판(302)의 상면(302a)이 실질적으로 서로 평행하도록 배열될 수 있다. 제 1 기판(202) 및 제 2 기판(302)은 자신들이 적어도 부분적으로 오버랩되도록 배열될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 제 1 기판(202)의 적어도 일부분은 제 2 기판(302)의 적어도 일부분 위에 그리고/또는 상기 일부분보다 높게 현수될 수 있다. 제 2 기판(302)의 적어도 일부분은 제 1 기판(202)을 넘어서 연장될 수 있다(예를 들어, 제 1 기판(202)이 돌출하지 않는다).
다양한 실시예들에 따르면, 듀얼 MEMS 구조(400)는 적어도 하나의 접촉 패드(304)를 적어도 하나의 범프 전극(204)에 고정 및/또는 부착함으로써 형성될 수 있다. 적어도 하나의 접촉 패드(304)는 적어도 하나의 범프 전극(204)에 전기적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 접촉 패드(304)는 다양한 솔더링 기술들을 통해 적어도 하나의 범프 전극(204)에 고정될 수 있다.
적어도 하나의 스페이서 구조(206)는 제 1 멤브레인(208)과 제 2 멤브레인(306) 사이에 배열될 수 있다. 적어도 하나의 스페이서 구조(206)는 제 2 멤브레인(306)의 면에 접속 및/또는 고정될 수 있다. 적어도 하나의 스페이스 구조(206)의 높이(H1)는 거리(D)일 수 있고, 이 거리(D)는 제 2 멤브레인(306)으로부터 제 1 멤브레인(208)이 배치되는 거리일 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면 제 1 멤브레인(208) 및 제 2 멤브레인(306)은 적어도 부분적으로 수용 볼륨(receiving volumn)(402)을 에워쌀 수 있다. 적어도 하나의 스페이서 구조(206)는 수용 볼륨(402)을 더 둘러싸기 위해 제 1 멤브레인(208)과 제 2 멤브레인(306) 사이에 배열될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 도 5 내지 도 10에서 도시되는 바와 같이, 듀얼 MEMS 구조(400)는 지지 구조(508)의 면에 부착될 수 있다. 제 2 기판(302)의 후측(302b)은 지지 구조(508)의 상면(508a)에 부착될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 커버링 층(covering layer)(506)은 지지 구조(508)에 부착될 수 있다. 커버링 층(506)은 듀얼 MEMS 구조(400)를 캡슐화(encapsulate)하고/하거나 에워쌀 수 있다. 커버링 층(506)은 소정의 애플리케이션에 대해 바람직할 수 있는 재료, 예를 들어, 복합 열경화성 수지(예를 들어, 듀로플라스트(duroplast) 또는 서모플라스트(thermoplast))와 같은 다양한 폴리머 재료들을 포함할 수 있거나 이들로 구성될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 커버링 층(506)은 스테인레스 스틸과 같은 금속으로 구성될 수 있거나 정전 차폐(electrostatic shielding)를 제공하기 위한 금속 층을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 커버링 층(506)은 라미네이트 프레임 및 라미네이트 상위(top) 층으로 구성될 수 있거나 이로 구성되는 라미네이트 기반 리드(lid)을 포함할 수 있고 정전 차폐를 위한 금속 층을 포함할 수 있다. 커버링 층(506)은 약 50㎛에서 약 500㎛의 범위 내, 예를 들어, 100㎛에서 200㎛의 범위 내의 두께(T4)를 가질 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 커버링 층(506)은 적어도 하나의 통로 홀(hole)(510)을 가질 수 있다. 적어도 하나의 통로 홀(510)은 수용 볼륨(402)이 커버링 층(506)의 외부의 대기와 연통되는 것이 가능하도록 배열될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 도 5a 및 5b에 도시되는 바와 같이, 적어도 하나의 통로 홀(510)은 약 20㎛에서 약 200㎛의 범위 내, 예를 들어, 약 50㎛에서 약 150㎛까지의 높이(H2) 및 약 200㎛에서 약 2000㎛의 범위 내, 예를 들어 약 100㎛에서 약 1000㎛의 길이(L1)를 가지는 직사각 또는 실질적으로 직사각 형상일 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 통로 홀(510)은 직경이 약 100㎛에서 약 1000㎛의 범위 내, 예를 들어, 약 200㎛에서 약 500㎛인 원 또는 실질적으로 원의 형상일 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 통로 홀(510)은 타원 또는 실질적으로 타원의 형상일 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 통로 홀(510)은 삼각 또는 실질적으로 삼각의 형상일 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 통로 홀(510)은 십자 또는 실질적으로 십자로 형상화될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 통로 홀(510)은 소정의 애플리케이션에 대해 바람직할 수 있는 임의의 형상으로 형성될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 적어도 하나의 통로 홀(510)은 지지 구조(508)의 상면(508a)에 실질적으로 수직인 커버링 층(506)의 일부분을 통하여 제공될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 커버링 층(506)은 제 1 보이드(210)가 제 1 백-볼륨(back volume)(520)을 형성하기 위해 커버링 층(506)에 의해 에워싸이도록 제 1 MEMS 구조(200)에 대하여 배열될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 커버링 층(506)의 내부 면(506b)은 듀얼 MEMS 구조(400)로부터 분리되고/되거나 공간적으로 오프셋될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 커버링 층(506)의 내부 면(506b)은 제 1 백-볼륨(520)을 형성하기 위해 제 1 기판(202)의 후측(202b)에 고정 및/또는 부착될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 커버링 층(506)의 내부 면(506b)은 제 1 기판(202)의 후측(202b)으로부터 분리되고/되거나 공간적으로 오프셋될 수 있다. 실링 층(sealing layer)(512)은 제 1 보이드(210)를 에워싸고 제 1 백-볼륨(520)을 형성하기 위해 제 1 기판(202)의 후측(202b)과 커버링 층(506)의 내부 면(506b) 사이에 배열될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 도 7a 및 도 7b에 도시되는 바와 같이, 실링 층(512)은 제 1 백-볼륨(520)을 형성하기 위해 제 1 기판(202)의 후측(202b)에 부착될 수 있고 제 1 보이드(210)에 걸쳐 놓이고/놓이거나 이 제 1 보이드(210)에 걸쳐 현수될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 실링 층(512)은 소정의 애플리케이션에 대해 바람직할 수 있는 바와 같이 다양한 접착제들, 밀봉재들 및 에폭시들, 예를 들어 도전성 또는 비도전성 에폭시 또는 실리콘 계열 글루(glue)이거나 이들을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 실링 층(512)은 다양한 접착 포일들 또는 예를 들어 접착제에 의한 것과 같이, 제 1 기판(202)의 후측(202b)에 고정 및/또는 부착될 수 있는 다른 재료들일 수 있거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 실링 층(512)은 소정의 애플리케이션에 대해 바람직할 수 있는 바와 같이, 예를 들어, 약 5㎛에서 약 50㎛의 범위 내, 예를 들어, 약 10㎛에서 약 20㎛의 범위 내의 두께를 가질 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 지지 구조(508)는 소정의 애플리케이션에 대해 바람직할 수 있는 재료, 예를 들어, 게르마늄, 실리콘 게르마늄, 실리콘 카바이드, 갈륨 나이트라이드, 인듐, 인듐 갈륨 나이트라이드, 인듐 갈륨 비소, 인듐 갈륨 징크 옥사이드와 같은 반도체 재료들 또는 다른 원소 및/또는 화합물 반도체들을 포함할 수 있거나 이들로 구성될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 지지 구조(508)는 또한 소정의 애플리케이션에 대해 바람직한 바와 같이 다른 재료들 또는 재료의 결합들, 예를 들어, 다양한 유전체들, 금속들 및 폴리머들을 포함할 수 있다. 지지 구조(508)는 부가적으로 예를 들어, 유리 및/또는 다양한 폴리머들을 포함할 수 있거나 또는 이들로 구성될 수 있다. 지지 구조(508)는 실리콘 온 인슐레이터(silicon-on-insulator; SOI) 구조일 수 있다. 지지 구조(508)는 인쇄 회로 기판(printed circuit board)일 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 지지 구조(508)는 제 2 보이드(308)를 더 에워싸고 이에 의해 제 1 백-볼륨(522)을 형성하기 위해서 제 2 MEMS 구조(300)에 대하여 배열될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 도 5 내지 도 10에 도시되는 바와 같이, 부가 구조(504)가 지지 구조(508)의 면에 부착될 수 있다. 추가 구조(504)는 주문형 반도체(application-specific integrated circuit; ASIC)일 수 있다. 예를 들어, 부가 구조(504)는 제 1 멤브레인(208)에 의해 생성되는 신호 및 제 2 멤브레인(306)에 의해 생성되는 신호, 예를 들어 제 1 멤브레인(208)의 편향에 의해 발생되는 신호 및 제 2 멤브레인(306)의 편향에 의해 발생되는 신호를 비교하기 위한 비교기 회로일 수 있거나 비교기 회로를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 부가 구조(504)는 듀얼 MEMS 구조(400)에 접속 및/또는 결합될 수 있다. 부가 구조(504)는 적어도 하나의 접속 와이어(502)에 의해 적어도 하나의 접촉 패드(304)에 전기적으로 접속될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 도 6a 및 도 6b에서 도시되는 바와 같이, 지지 구조(508)의 상면(508a)에 실질적으로 평행한 커버링 층(506)의 적어도 일부분을 통해 적어도 하나의 통로 홀(510)이 제공될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 도 8 및 도 9에 도시되는 바와 같이, 적어도 하나의 통로 홀(510)은 지지 구조(508)의 일부분을 통해 제공될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 도 10a 내지 도 10d에서 도시되는 바와 같이, 적어도 하나의 통로 홀(510)은 지지 구조(508)의 상면(508a)에 실질적으로 수직일 수 있는 커버링 층(506)의 일부분을 통해 제공될 수 있고 실링 층(512)은 커버링 층(506)의 내부 면(506b)과 지지 구조(508)의 상면(508a)에 실질적으로 수직일 수 있는 제 1 면(202)의 면의 일부분 사이에 배열될 수 있다. 실링 층(512)은 커버링 층(506)의 내부 면(506b)과 지지 구조(508)의 상면(508a)에 실질적으로 수직일 수 있는 제 2 기판(302)의 면의 일부분 사이에 배열될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제 1 기판(202) 및 제 2 기판(302) 내에 포팅 채널(porting channel)들(1002)이 형성될 수 있다. 포팅 채널들(1002)로 인해 제 1 백-볼륨(520) 및 제 2 백-볼륨(522)은 동일한 기압을 가지게 된다. 다양한 실시예들에 따르면, 포팅 채널들(1002)은 제 3 백-볼륨(1004)을 생성하기 위해 제 1 백-볼륨(520) 및 제 2 백-볼륨(522)을 결합 및/또는 접합할 수 있다.
부가 스페이서 구조(1006)(적어도 하나의 스페이서 구조(206) 이외의)는 제 1 기판(202)의 상면(202a) 상에 형성될 수 있다. 부가 스페이서 구조(1006)는 제 1 기판(202)의 상면(202a)의 에지 영역에, 예를 들어, 제 1 보이드(210)의 외부 에지(212)(제 1 보이드(210)의 주위를 정의하는 보이드(210)의 에지일 수 있음)와 제 1 기판(202)의 상면(202a)의 외부 에지(214)(상면(202a)의 주위를 정의하는 상면(202a)의 에지일 수 있음) 사이에 형성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 도 11에 도시되는 바와 같이, 센서 구조를 형성하는 방법(1100)이 개시된다. 이 방법은 1102에서, 제 1 현수 구조를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 1104에서, 방법(1100)은 제 1 현수 구조로부터 볼륨을 형성하도록 배치되는 제 2 현수 구조를 형성하는 것을 더 포함할 수 있다. 더욱이, 1104에서, 방법(1100)은 제 1 현수 구조와 제 2 현수 구조 사이의 볼륨에 진입하는 수신 압력파가 제 1 현수 구조의 제 1 방향으로의 변위 및 제 2 현수 구조의 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로의 변위를 일으키도록 제 1 현수 구조 및 제 2 현수 구조를 서로에 대하여 배열하는 것을 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 도 12에 도시되는 바와 같이, 제 1 멤브레인(1202)과 제 2 멤브레인(1204) 사이의 거리의 변화는 각각 멤브레인들(1202 및 1204) 사이에서 발생되는 커패시턴스의 변화를 일으킬 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 이 커패시턴스의 변화는 전기 커패시턴스 검출 회로(1210)에 의해 검출될 수 있다. 도 12에 도시되는 구성요소들 중 일부는 도 1에 도시되는 구성요소들과 유사할 수 있음이 주목되어야 한다. 동일한 구성요소들과 관련하여, 각각의 구성요소들의 반복 설명은 생략되고 이것은 이에 대한 도 1과 관련되는 설명으로 참조된다.
다양한 실시예들에 따르면, 도 13에 도시되는 바와 같이, 제 1 멤브레인(1302)와 제 2 멤브레인(1304) 사이의 거리의 변화는 다양한 광 검출 수단, 예를 들어, 간섭(interferometry)을 통해 광 검출 회로(1310)에 의해 측정될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 광 검출 회로(1310)는 광 검출 수단, 예를 들어, 평면 광파 회로(planar lightwave circuitry), 레이저 도플러 진동계(laser Doppler vibrometer; LDV) 등의 다양한 결합으로 구현될 수 있거나 또는 이를 포함할 수 있다. 제 1 멤브레인(1302)과 제 2 멤브레인(1304) 사이의 거리의 변화를 광학적으로 측정함으로써 이 거리의 변화가 다른 수단, 예를 들어, 용량성 검출 수단을 통해 더 정확하게 측정되는 것이 가능할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 광 검출 수단은 극심한 온도의 변화에 더 양호하게 저항할 수 있고 특정 종류의 전기 간섭, 예를 들어, 전자기 간섭(electromagnetic interference; EMI)에 덜 민감할 수 있다. 도 13에 도시되는 구성요소들 중 일부는 도 1에 도시되는 구성요소들과 유사할 수 있음이 주목되어야 한다. 동일한 구성요소들과 관련하여, 각각의 구성요소들의 반복 설명은 생략되고 이는 도 1에 관한 이의 설명으로 참조된다.
다양한 실시예들에 따르면, 도 14에 도시되는 바와 같이, 디바이스를 동작시키는 방법(1400)이 개시된다. 방법(1400)은 1402에서, 두 멤브레인들의 반대 방향들로의 변위를 발생시키기 위해 이 멤브레인들에 의해 형성되는 볼륨 내로 압력파를 도입하고 이 멤브레인들의 변위를 검출하는 것을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 변위는 제 1 멤브레인의 제 1 방향으로의 제 1 변위를 제 2 멤브레인의 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로의 제 2 변위와 비교함으로써 검출될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 1404에서, 방법(1400)은 동작 지점의 위치에서 두 멤브레인들을 교정하는 것을 더 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 동작 지점은 최적의 교정 지점, 예를 들어, 관계식 L = n*lambda/4에 의해 정의되는 공진 지점일 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 1406에서, 멤브레인들의 변위는 광학적으로 검출될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 1408에서, 멤브레인들의 변위는 전기적으로, 예를 들어 용량성으로 검출될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 센서 구조가 제공된다. 센서 구조는 제 1 현수 구조; 제 1 현수 구조로부터 볼륨을 형성하도록 배치되는 제 2 현수 구조를 포함할 수 있고; 제 1 현수 구조 및 제 2 현수 구조는 제 1 현수 구조와 제 2 현수 구조 사이의 볼륨에 진입하는 수신 압력파가 제 1 현수 구조의 제 1 방향으로의 변위 및 제 2 현수 구조의 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로의 변위를 일으키도록 서로에 대하여 배열된다.
다양한 실시예들에서, 제 1 현수 구조는 제 1 멤브레인을 포함할 수 있다. 더욱이, 제 2 현수 구조는 제 2 멤브레인을 포함할 수 있다. 게다가, 센서 구조는 제 1 현수 구조를 수용하는(carry) 제 1 캐리어(carrier)를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 제 1 현수 구조의 면은 제 1 캐리어의 면에 고정될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 센서 구조는 제 1 캐리어의 면 상에 형성되는 적어도 하나의 범프 전극 구조를 더 포함할 수 있다. 제 1 현수 구조는 적어도 하나의 범프 전극 구조에 전기적으로 결합될 수 있다. 더욱이, 센서 구조는 제 1 현수 구조의 면 상에 형성되는 적어도 하나의 스페이서 구조를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 센서 구조는 제 1 캐리어 내에 형성되는 보이드를 더 포함할 수 있다. 제 1 현수 구조는 제 1 캐리어 내의 보이드에 걸쳐 현수될 수 있다. 더욱이, 제 1 캐리어는 마이크로-전기-기계 시스템을 포함할 수 있다. 게다가, 센서 구조는 제 2 현수 구조를 수용하는 제 2 캐리어를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 제 2 현수 구조의 면은 제 2 캐리어의 면에 고정될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 센서 구조는 제 2 캐리어 내에 형성되는 보이드를 더 포함할 수 있다. 제 2 현수 구조는 제 2 캐리어 내의 보이드에 걸쳐 현수될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 제 2 구조는 제 2 캐리어의 면 상에 형성되는 적어도 하나의 접촉 패드(contact pad)를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 제 2 현수 구조는 적어도 하나의 접촉 패드에 전기적으로 결합될 수 있다. 센서 구조는 제 1 캐리어의 면 상에 형성되는 적어도 하나의 범프 전극 구조를 더 포함할 수 있고; 여기서 적어도 하나의 범프 전극 구조는 적어도 하나의 접촉 패드에 전기적으로 결합된다. 제 2 캐리어는 제 2 마이크로 전기 기계 시스템을 포함할 수 있다. 제 1 현수 구조 및 제 2 현수 구조는 적어도 하나의 스페이서 구조에 의해 접속될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 센서 구조 장치가 제공된다. 센서 구조 장치는 센서 구조를 포함할 수 있고, 이 센서 구조는 제 1 현수 구조; 제 1 현수 장치에서부터 볼륨을 형성하도록 배치되는 제 2 현수 구조를 포함할 수 있고; 제 1 현수 구조 및 제 2 현수 구조는 제 1 현수 구조와 제 2 현수 구조 사이의 볼륨에 진입하는 수신 압력파가 제 1 현수 구조의 제 1 방향으로의 변위 및 제 2 현수 구조의 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로의 변위를 일으키도록 서로에 대하여 배열된다. 다양한 실시예들에서, 센서 구조 장치는 센서 구조에 결합되고 현수 구조들의 변위를 용량성으로 측정하도록 구성되는 회로를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 센서 구조 장치는 센서 구조에 결합되는 회로를 포함할 수 있고 여기서 이 회로는 변위를 광학적으로 검출하도록 구성되는 광 검출기일 수 있다. 센서 구조 장치는 센서 구조의 면에 부착되는 지지 구조를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 지지 구조는 인쇄 회로 기판을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 센서 구조 장치는 지지 구조에 부착되는 커버링 층을 더 포함할 수 있고; 여기서 커버링 층은 센서 구조를 에워싼다. 다양한 실시예들에서, 커버링 층 및 지지 구조는 백-볼륨을 형성하도록 배열될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 커버링 층은 적어도 하나의 통로 홀을 가진다. 다양한 실시예들에서, 제 1 현수 구조 및 커버링 층은 제 1 백-볼륨을 형성할 수 있고 제 2 현수 구조 및 지지 구조는 제 2 백-볼륨을 형성한다.
다양한 실시예들에 따르면, 디바이스를 동작시키는 방법이 개시된다. 상기 방법은 두 다이아프램들의 반대 방향들로의 변위를 일으키기 위해 이 다이아프램들에 의해 형성되는 볼륨 내로 압력파를 도입하고; 다이아프램들의 변위를 검출하는 것을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 다이아프램들의 변위는 두 다이아프램들의 제 1 다이아프램의 제 1 방향으로의 제 1 변위를 두 다이아프램들의 제 2 다이아프램의 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로의 제 2 변위와 비교함으로써 검출될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 다이아프램들의 변위는 광학적으로 검출될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 다이아프램들의 변위는 전기적으로 검출될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 상기 방법은 동작 지점의 위치에서 두 다이아프램들을 교정하는 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명이 특히 특정 실시예들을 참조하여 밝혀지고 기술되었을지라도, 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 그 안에서 형태 및 세부사항의 다양한 변경들이 행해질 수 있음이 당업자에 의해 이해될 것이다. 본 발명의 범위는 그러므로 첨부된 청구항들에 의해 표시되고 따라서 청구항들의 등가의 의미 및 범위 내에 해당하는 모든 변형들이 포함되도록 의도된다.
Claims (26)
- 센서 구조(sensor structure)로서,
보이드(a void)를 포함하는 제 1 캐리어와,
상기 제 1 캐리어의 상기 보이드에 걸쳐 옆으로(laterally) 현수되는 제 1 현수 구조(suspended structure)와,
상기 제 1 현수 구조로부터 이격 배치되는 제 2 현수 구조와,
상기 제 1 현수 구조의 표면 상에 형성된 적어도 하나의 스페이서 구조(spacer structure)를 포함하되,
상기 제 1 현수 구조 및 상기 제 2 현수 구조는 상기 적어도 하나의 스페이서 구조에 의해 연결되어, 상기 적어도 하나의 스페이서 구조, 상기 제 1 현수 구조 및 상기 제 2 현수 구조가, 상기 제 1 현수 구조와 상기 제 2 현수 구조 사이의 비어있는 볼륨을 에워싸는 경계를 정의 - 상기 비어있는 볼륨은 적어도 상기 보이드의 길이만큼 옆으로 연장되고, 상기 비어있는 볼륨과 상기 보이드는 상기 제 1 현수 구조에 의해 분리됨 - 하고,
상기 제 1 현수 구조 및 상기 제 2 현수 구조는, 상기 제 1 현수 구조와 상기 제 2 현수 구조 사이의 상기 볼륨에 진입하는 수신 압력파가, 상기 제 1 현수 구조의 제 1 방향으로의 변위 및 상기 제 2 현수 구조의 상기 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로의 변위를 일으키도록, 서로에 대하여 배열되는
센서 구조.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 현수 구조는 제 1 다이아프램(diaphragm)을 포함하는
센서 구조.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 현수 구조는 제 2 다이아프램을 포함하는
센서 구조.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 현수 구조의 표면은 상기 제 1 캐리어의 표면에 고정되는
센서 구조.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 캐리어의 표면 상에 형성된 적어도 하나의 범프 전극 구조를 더 포함하는
센서 구조.
- 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 현수 구조는 상기 적어도 하나의 범프 전극 구조에 전기적으로 결합되는
센서 구조.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 캐리어는 제 1 마이크로-전기-기계 시스템을 포함하는
센서 구조.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 현수 구조를 수용하는 제 2 캐리어를 더 포함하는
센서 구조.
- 제 12 항에 있어서,
상기 제 2 현수 구조의 표면은 상기 제 2 캐리어의 표면에 고정되는
센서 구조.
- 제 12 항에 있어서,
상기 제 2 캐리어 내에 형성된 보이드를 더 포함하는
센서 구조.
- 제 14 항에 있어서,
상기 제 2 현수 구조는 상기 제 2 캐리어 내의 보이드에 걸쳐 현수되는
센서 구조.
- 제 12 항에 있어서,
상기 제 2 캐리어의 표면 상에 형성된 적어도 하나의 접촉 패드를 더 포함하는
센서 구조.
- 제 16 항에 있어서,
상기 제 2 현수 구조는 상기 적어도 하나의 접촉 패드에 전기적으로 결합되는
센서 구조.
- 제 16 항에 있어서,
상기 제 1 캐리어의 표면 상에 형성된 적어도 하나의 범프 전극 구조를 더 포함하되,
상기 적어도 하나의 범프 전극 구조는 상기 적어도 하나의 접촉 패드에 전기적으로 결합되는
센서 구조.
- 제 12 항에 있어서,
상기 제 2 캐리어는 제 2 마이크로-전기-기계 시스템을 포함하는
센서 구조.
- 삭제
- 센서 구조 장치로서,
센서 구조와,
회로를 포함하고,
상기 센서 구조는,
보이드(a void)를 포함하는 제 1 캐리어와,
상기 제 1 캐리어의 상기 보이드에 걸쳐 옆으로(laterally) 현수되는 제 1 현수 구조와;
상기 제 1 현수 구조로부터 이격 배치되는 제 2 현수 구조와,
상기 제 1 현수 구조의 표면 상에 형성된 스페이서 구조를 포함하되,
상기 스페이서 구조, 상기 제 1 현수 구조 및 상기 제 2 현수 구조는, 상기 제 1 현수 구조 와 상기 제 2 현수 구조 사이의 비어있는 볼륨을 에워싸는 경계를 정의 - 상기 비어있는 볼륨은 적어도 상기 보이드의 길이만큼 옆으로 연장되고, 상기 비어있는 볼륨과 상기 보이드는 적어도 상기 제 1 현수 구조에 의해 서로로부터 분리됨 - 하고,
상기 제 1 현수 구조 및 상기 제 2 현수 구조는, 상기 제 1 현수 구조와 상기 제 2 현수 구조 사이의 상기 볼륨에 진입하는 수신 압력파가, 상기 제 1 현수 구조의 제 1 방향으로의 변위 및 상기 제 2 현수 구조의 상기 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로의 변위를 일으키도록, 서로에 대하여 배열되고,
상기 회로는 상기 센서 구조에 결합되고 상기 변위를 용량적으로 측정하도록 구성되는
센서 구조 장치.
- 센서 구조 장치로서,
센서 구조와,
광 검출기를 포함하고,
상기 센서 구조는,
보이드(a void)를 포함하는 제 1 캐리어와,
상기 제 1 캐리어의 상기 보이드에 걸쳐 옆으로(laterally) 현수되는 제 1 현수 구조와;
상기 제 1 현수 구조로부터 이격 배치되는 제 2 현수 구조와,
상기 제 1 현수 구조의 표면 상에 형성된 스페이서 구조를 포함하되,
상기 스페이서 구조, 상기 제 1 현수 구조 및 상기 제 2 현수 구조는, 상기 제 1 현수 구조와 상기 제 2 현수 구조 사이의 비어있는 볼륨을 에워싸는 경계를 정의 - 상기 비어있는 볼륨은 적어도 상기 보이드의 길이만큼 옆으로 연장되고, 상기 비어있는 볼륨과 상기 보이드는 적어도 상기 제 1 현수 구조에 의해 서로로부터 분리됨 - 하고,
상기 제 1 현수 구조 및 상기 제 2 현수 구조는, 상기 제 1 현수 구조와 상기 제 2 현수 구조 사이의 상기 볼륨에 진입하는 수신 압력파가, 상기 제 1 현수 구조의 제 1 방향으로의 변위 및 상기 제 2 현수 구조의 상기 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로의 변위를 일으키도록, 서로에 대하여 배열되고,
상기 광 검출기는 상기 변위를 광학적으로 검출하도록 구성되는
센서 구조 장치.
- 센서 구조 장치로서,
센서 구조와,
지지 구조를 포함하고,
상기 센서 구조는,
보이드(a void)를 포함하는 제 1 캐리어와,
제 1 현수 구조와;
상기 제 1 현수 구조로부터 이격 배치되는 제 2 현수 구조와,
상기 제 1 현수 구조의 표면 상에 형성된 스페이서 구조를 포함하되,
상기 스페이서 구조, 상기 제 1 현수 구조 및 상기 제 2 현수 구조는, 상기 제 1 현수 구조 및 상기 제 2 현수 구조 사이의 비어있는 볼륨을 에워싸는 경계를 정의 - 상기 비어있는 볼륨은 적어도 상기 보이드의 길이만큼 옆으로 연장되고, 상기 비어있는 볼륨과 상기 보이드는 적어도 상기 제 1 현수 구조에 의해 서로로부터 분리됨 - 하고,
상기 제 1 현수 구조 및 상기 제 2 현수 구조는, 상기 제 1 현수 구조와 상기 제 2 현수 구조 사이의 상기 볼륨에 진입하는 수신 압력파가, 상기 제 1 현수 구조의 제 1 방향으로의 변위 및 상기 제 2 현수 구조의 상기 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로의 변위를 일으키도록, 서로에 대하여 배열되고,
상기 지지 구조는 상기 센서 구조의 표면에 부착되는
센서 구조 장치.
- 제 23 항에 있어서,
상기 지지 구조는 인쇄 회로 기판을 포함하는
센서 구조 장치.
- 제 23 항에 있어서,
상기 지지 구조는 적어도 하나의 통로 홀(hole)을 포함하는
센서 구조 장치.
- 제 23 항에 있어서,
상기 지지 구조에 부착된 커버링 층(covering layer)을 더 포함하되,
상기 커버링 층은 상기 센서 구조를 에워싸는
센서 구조 장치.
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