KR101713748B1 - 마이크로폰 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 마이크로폰은, 복수의 진동막 전극; 및 상기 복수의 진동막 전극과 각각 대향하고, 대향하는 진동막 전극과 단위 커패시터를 각각 구성하는 복수의 고정막 전극을 포함하고, 복수의 상기 단위 커패시터는 전원 및 음원의 입력에 대하여 복수의 단위 출력 신호를 발생시키고, 상기 복수의 단위 출력 신호를 병합한 신호를 상기 음원에 대응하는 출력 신호로서 출력한다.

Description

마이크로폰 및 그 제조 방법{MICROPHONE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 마이크로폰 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems) 마이크로폰은 음성 신호를 전기적 신호로 변환하는 장치로 반도체 일괄 공정을 이용하여 제조된다. 현재 대부분의 차량에 적용되는 ECM(Electret Condenser Microphone)과 비교하여 우수한 감도, 제품별 낮은 성능 편차를 가지며 초소형화가 가능하고 열, 습도 등의 환경 변화에 강하다는 장점으로 인해, ECM을 MEMS 마이크로폰으로 대체하려는 방향으로 개발이 진행되고 있다.
또한 차량 환경에서의 마이크로폰은 모바일폰에서와 달리 음원의 거리가 멀고 노이즈가 가변적으로 발생되는 가혹한 환경에 있기 때문에 차량 내 노이즈 환경 변화에 강건한 마이크로폰 개발이 요구되고 있다.
이에 대해, MEMS 마이크로폰을 어레이 형태로 배열한 후 빔포밍(beam forming) 기술을 적용하여, 원하는 방향에서만 음원을 받아들이도록 지향성을 구현하는 기술이 있다. 그러나 이러한 지향성 어레이 MEMS 마이크로폰의 경우 2개 이상의 디지털 MEMS 마이크로폰과 DSP(digital signal processing)칩을 포함하기 때문에 생산 비용이 과다하여 차량 적용에 큰 걸림돌이 되고 있다.
따라서 단일 소자 레벨에서 지향성을 구현한 MEMS 마이크로폰의 개발이 필요하다.
발명의 배경이 되는 기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 단일 소자 레벨에서 지향성을 구현한 마이크로폰 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 마이크로폰은, 복수의 진동막 전극; 및 상기 복수의 진동막 전극과 각각 대향하고, 대향하는 진동막 전극과 단위 커패시터를 각각 구성하는 복수의 고정막 전극을 포함하고, 복수의 상기 단위 커패시터는 전원 및 음원의 입력에 대하여 복수의 단위 출력 신호를 발생시키고, 상기 복수의 단위 출력 신호를 병합한 신호를 상기 음원에 대응하는 출력 신호로서 출력한다.
상기 복수의 단위 출력 신호의 위상은 상기 음원의 입사 방향이 미리 정해진 입사 방향일 때 서로 동일할 수 있다.
상기 복수의 진동막 전극은 동일 평면 상에 위치하고, 상기 평면은 상기 미리 정해진 입사 방향에 수직일 수 있다.
상기 복수의 진동막 전극은 상기 미리 정해진 입사 방향과 상기 평면의 접점인 기준점에서 서로 동일한 간격으로 위치할 수 있다.
상기 마이크로폰은, 상기 복수의 진동막 전극과 각각 대응하는 복수의 진동막 패턴을 더 포함하고, 상기 복수의 진동막 패턴은 상기 기준점으로부터 연장되는 동심원 형태의 복수의 홈(groove)을 가질 수 있다.
상기 복수의 고정막 전극은 복수의 개구(opening)를 가질 수 있다.
상기 마이크로폰은 상기 복수의 고정막 전극에 접하는 고정막을 더 포함하고, 상기 고정막은 상기 복수의 고정막 전극에 대응하는 복수의 개구를 가질 수 있다.
상기 마이크로폰은 상기 고정막에 접하는 기판을 더 포함하고, 상기 기판은 상기 고정막의 복수의 개구에 대응하는 개구부를 포함할 수 있다.
상기 복수의 진동막 패턴은 상기 기준점에 대응하는 위치에서 서로 연결되고, 상기 기준점에 대응하는 위치에 연결된 스프링 패턴을 더 포함할 수 있다.
상기 마이크로폰은 상기 단위 출력 신호의 위상을 지연시켜 상기 미리 정해진 입사 방향을 변경할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 마이크로폰의 제조 방법은, 기판 상에 고정막을 형성하는 단계; 상기 고정막 상에 복수의 고정막 전극을 형성하는 단계; 상기 복수의 고정막 전극 상에 희생층을 형성하는 단계; 상기 희생층 상에 복수의 진동막 전극을 형성하는 단계; 상기 복수의 진동막 전극 상에 진동막을 형성하는 단계; 상기 진동막을 패터닝하여, 상기 복수의 진동막 전극 각각에 대응하는 복수의 진동막 패턴을 형성하는 단계; 상기 기판, 상기 고정막 및 상기 복수의 고정막 전극을 후면 식각하여 개구(opening)를 형성하는 단계; 및 상기 개구를 통해서, 상기 복수의 진동막 전극 및 상기 복수의 고정막 전극 사이에 위치한 상기 희생층의 일부를 제거하는 단계를 포함한다.
상기 기판은 실리콘 기판이고, 상기 마이크로폰의 제조 방법은 상기 기판을 열산화(thermal oxidation)시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 진동막 패턴을 형성하는 단계는, 상기 진동막을 패터닝하여, 상기 복수의 진동막 전극에 대응하는 복수의 제1 패드 전극을 노출시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 마이크로폰의 제조 방법은, 상기 희생층을 식각하여 상기 복수의 고정막 전극에 대응하는 복수의 제2 패드 전극을 노출시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 진동막 전극은 동일 평면 상에 위치하고, 기준점을 기준으로 서로 동일한 간격으로 위치할 수 있다.
상기 복수의 진동막 패턴은 동심원 형태의 복수의 홈을 가질 수 있다.
상기 복수의 진동막 패턴을 형성하는 단계는, 상기 진동막을 패터닝하여, 상기 복수의 진동막 패턴을 지지하는 스프링 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수의 고정막 전극은 복수의 개구를 포함하고, 상기 고정막은 상기 복수의 고정막 전극에 대응하는 위치에 있는 복수의 개구를 포함할 수 있다.
상기 기판은 상기 고정막의 복수의 개구에 대응하는 개구부를 포함할 수 있다.
상기 희생층은 상기 기판과 대응하는 개구부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 단일 소자 레벨에서 지향성을 구현한 마이크로폰 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 마이크로폰의 사시도이다.
도 2는 도 1의 마이크로폰을 II-II'선에 따라 자른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 진동막 전극을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 고정막 전극을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 5c는 음원의 입사 방향에 따른 마이크로폰의 출력 신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 내지 6d는 본 발명의 한 실시예에 따른 마이크로폰의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 마이크로폰의 사시도이고, 도 2는 도 1의 마이크로폰을 II-II'선에 따라 자른 단면도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 마이크로폰(10)은 기판(100), 고정막(200), 복수의 고정막 전극(310a, 340a), 희생층(400), 복수의 진동막 전극(510a, 540a) 및 진동막(600)을 포함한다.
기판(100)은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)를 포함할 수 있다. 기판(100)은 열산화(thermal oxidation) 처리된 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 이때 기판(100)의 표면은 산화실리콘(SiO2)일 수 있다.
기판(100)은 개구부(190)를 포함할 수 있다. 개구부(190)는 공기의 흐름을 허용하여 진동막(600)의 자유로운 진동을 보조할 수 있다. 개구부(190)는 고정막(200)의 복수의 개구(290)를 포함하는 크기일 수 있다. 개구부(190)는 복수의 고정막 전극(310a, 340a) 또는 복수의 진동막 전극(510a, 540a)의 평면 면적을 포함하는 크기일 수 있다.
고정막(200)은 기판(100) 상에 위치할 수 있다. 고정막(200)은 복수의 개구(290)를 포함하고, 복수의 개구(290)는 공기의 흐름을 허용하므로, 고정막(200)은 음원에 의해 진동하지 않거나, 그 진동 크기가 최소화될 수 있다. 고정막(200)은 절연 물질일 수 있고, 한 실시예로 실리콘나이트라이드(SiN)를 포함할 수 있다. 다른 실시예로, 고정막(200)은 폴리실리콘(poly-silicon)을 포함할 수 있다.
복수의 고정막 전극(310a, 340a)은 고정막(200) 상에 위치할 수 있다. 단면도인 도 2에서는 2개의 고정막 전극(310a, 340a)만 도시되어 있지만, 도 4를 참조하면 본 실시예의 마이크로폰(10)은 4개의 고정막 전극(310a, 320a, 330a, 340a)를 포함한다. 복수의 고정막 전극(310a, 320a, 330a, 340a)은 도전성 물질을 포함할 수 있고, 한 실시예로 금(Au) 및 크롬(Cr)을 포함할 수 있다.
고정막 전극(340a)은 도전선(340d)을 통해 제2 패드 전극(340e)과 연결될 수 있다. 고정막 전극(340a), 도전선(340d) 및 제2 패드 전극(340e)은 하나의 도전성 물질을 패터닝함으로써 한번에 형성될 수 있다. 단면도인 도 2에서 도시되진 않지만, 도 4를 참조하면 다른 고정막 전극(310a, 320a, 330a) 또한 각각 대응하는 도전선(310d, 320d, 330d) 및 제2 패드 전극(310e, 320e, 330e)과 연결될 수 있다.
희생층(400)은 고정막(200) 및 고정막 전극(310a, 320a, 330a, 340a) 상에 위치할 수 있다. 희생층(400)은 기판(100)의 개구부(190)와 대응되는 개구부(490)를 포함할 수 있다. 희생층(400)은 복수의 제2 콘택홀(410e, 420e, 430e, 440e)을 포함할 수 있다. 희생층(400)은 산화실리콘(SiO2)을 포함할 수 있다.
복수의 진동막 전극(510a, 540a)은 희생층(400)의 개구부(490) 상에 위치할 수 있다. 단면도인 도 2에서는 2개의 진동막 전극(510a, 540a)만 도시되어 있지만, 도 3을 참조하면 본 실시예의 마이크로폰(10)은 4개의 진동막 전극(510a, 520a, 530a, 540a)을 포함한다. 복수의 진동막 전극(510a, 520a, 530a, 540a)은 도전성 물질을 포함할 수 있고, 이러한 도전성 물질은 복수의 고정막 전극(310a, 320a, 330a, 340a)과 동일한 물질일 수 있다. 복수의 진동막 전극(510a, 520a, 530a, 540a)은, 한 실시예로 금(Au) 및 크롬(Cr)을 포함할 수 있다.
진동막 전극(510a)은 도전선(510b)을 통해서 제1 패드 전극(510c)와 연결될 수 있다. 진동막 전극(510a), 도전선(510b) 및 제1 패드 전극(510c)은 하나의 도전성 물질을 패터닝함으로써 한번에 형성될 수 있다. 단면도인 도 2에서 도시되진 않지만, 도 3을 참조하면 다른 진동막 전극(520a, 530a, 540a) 또한 각각 대응하는 도전선(520b, 530b, 540b) 및 제1 패드 전극(520c, 530c, 540c)과 연결될 수 있다.
진동막(600)은 희생층(400) 및 복수의 진동막 전극(510a, 540a) 상에 위치할 수 있다. 진동막(600)은 절연 물질일 수 있고, 한 실시예로 실리콘나이트라이드(SiN)를 포함할 수 있다. 다른 실시예로, 진동막(600)은 폴리실리콘(poly-silicon)을 포함할 수 있다.
진동막(600)은 진동막 패턴(610a, 620a, 630a, 640a), 스프링 패턴(610b, 620b, 630b, 640b), 복수의 제1 콘택홀(contact-hole)(610c, 620c, 630c, 640c) 및 복수의 제2 콘택홀(610e, 620e, 630e, 640e)을 포함할 수 있다.
복수의 진동막 패턴(610a, 620a, 630a, 640a)은 각각 복수의 진동막 전극(510a, 520a, 530a, 540a)과 대응하는 위치에 있다. 복수의 진동막 패턴(610a, 620a, 630a, 640a)은 원(circle)을 구성하도록 서로 배치될 수 있다. 각각의 진동막 패턴(610a, 620a, 630a, 640a)은 평면적으로 1/4 원(quarter circle)의 형태일 수 있다. 진동막 패턴(610a, 620a, 630a, 640a)은 마이크로폰(10)의 중심으로부터 연장되는 동심원 형태의 복수의 홈(groove)을 가질 수 있다. 동심원 형태의 복수의 홈을 갖는 진동막 패턴(610a, 620a, 630a, 640a)은 음원의 입사 방향에 따라 지향성있는 진동 모드를 제공한다. 이에 대해서는 도 5a 내지 5c를 참조하여 더 상세히 설명한다.
스프링 패턴(spring pattern)(610b, 620b, 630b, 640b)은 진동막 패턴(610a, 620a, 630a, 640a)을 지지하고, 진동막 패턴(610a, 620a, 630a, 640a)의 진동을 자유롭게 한다. 스프링 패턴(610b, 620b, 630b, 640b)은 도전선(510b, 520b, 530b, 540b)과 중첩할 수 있다.
복수의 제1 콘택홀(610c, 620c, 630c, 640c)은 복수의 제1 패드 전극(510c, 520c, 530c, 540c)을 외부로 노출시킨다. 제1 패드 전극(510c, 520c, 530c, 540c)은 마이크로폰(10)의 전원과 전기적으로 연결될 수 있다.
복수의 제2 콘택홀(610e, 620e, 630e, 640e)은 희생층(400)의 복수의 제2 콘택홀(410e, 420e, 430e, 440e)과 대응되는 위치에 있으며, 제2 패드 전극(310e, 320e, 330e, 340e)을 외부로 노출시킨다. 제2 패드 전극(310e, 320e, 330e, 340e)은 마이크로폰(10)의 전원과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 진동막 전극을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 진동막 전극(510a, 520a, 530a, 540a)은 동일 평면 상에 위치하고, 기준점(CP)에서 서로 동일한 간격으로 위치한다. 진동막 전극(510a, 520a, 530a, 540a)이 배치된 평면은 음원의 미리 정해진 입사 방향에 수직일 수 있다. 미리 정해진 입사 방향이란, 마이크로폰(10)이 지향성을 갖고자 하는 음원의 입사 방향을 의미한다. 기준점(CP)은 미리 정해진 입사 방향과 진동막 전극(510a, 520a, 530a, 540a)이 배치된 평면의 접점일 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 복수의 진동막 패턴(610a, 620a, 630a, 640a)은 기준점(CP)에 대응하는 위치에서 서로 연결되고, 스프링 패턴)(610b, 620b, 630b, 640b)은 기준점(CP)에 대응하는 위치에 연결된다.
복수의 진동막 전극(510a, 520a, 530a, 540a)은 원을 구성하도록 서로 배치될 수 있다. 각각의 진동막 전극(510a, 520a, 530a, 540a)은 1/4 원의 형태일 수 있다.
진동막 전극(510a, 520a, 530a, 540a)은 각각 도전선(510b, 520b, 530b, 540b)을 통해서 제1 패드 전극(510c, 520c, 530c, 540c)과 연결된다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 고정막 전극을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 복수의 고정막 전극(310a, 320a, 330a, 340a) 및 고정막(200)이 도시되어 있다.
고정막 전극(310a, 320a, 330a, 340a)은 평면 상에서 진동막 전극(510a, 520a, 530a, 540a)과 각각 대응되는 위치에 있다. 고정막 전극(310a, 320a, 330a, 340a)은 원을 구성하도록 서로 배치될 수 있다. 각각의 고정막 전극(310a, 320a, 330a, 340a)은 1/4 원의 형태일 수 있다.
고정막 전극(310a, 320a, 330a, 340a)은 각각 도전선(310d, 320d, 330d, 340d)을 통해서 제2 패드 전극(310e, 320e, 330e, 340e)과 연결된다.
고정막 전극(310a, 320a, 330a, 340a)은 복수의 개구(opening)를 가질 수 있고, 고정막(200)은 이에 대응하는 복수의 개구를 가질 수 있다. 따라서 공기는 고정막 전극(310a, 320a, 330a, 340a) 및 고정막(200)의 개구를 통해서 흐를 수 있다.
도 5a 내지 5c는 음원의 입사 방향에 따른 마이크로폰의 출력 신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 음원(20)의 입사 방향이 수직 방향(-z)일 때, 단위 출력 신호(S10, S20, S30, S40) 및 출력 신호(ST)를 도시한다. 수직 방향(-z)인 음원(20)의 입사 방향은, 본 실시예에서의 미리 정해진 입사 방향이다.
단위 출력 신호(S10, S20, S30, S40)는 단위 커패시터(unit capacitor) 각각의 출력 신호이며, 출력 신호(ST)는 단위 출력 신호(S10, S20, S30, S40)를 병합한 신호이다. 단위 출력 신호(S10, S20, S30, S40)는 단위 커패시터의 정전 용량 변화에 대응하는 전류 신호 또는 전압 신호일 수 있다.
이하에서 단위 커패시터를 설명하기 위해서 도 1 내지 4를 더 참조한다.
단위 커패시터는 진동막 전극 및 진동막 전극에 대향하는 고정막 전극을 포함한다. 본 실시예에서, 제1 단위 커패시터는 진동막 전극(510a) 및 고정막 전극(310a)을 포함하고, 제2 단위 커패시터는 진동막 전극(520a) 및 고정막 전극(320a)을 포함하고, 제3 단위 커패시터는 진동막 전극(530a) 및 고정막 전극(330a)을 포함하고, 제4 단위 커패시터는 진동막 전극(540a) 및 고정막 전극(340a)을 포함한다.
진동막 패턴(610a)의 아래에 제1 단위 커패시터가 위치하고, 진동막 패턴(620a)의 아래에 제2 단위 커패시터가 위치하고, 진동막 패턴(630a)의 아래에 제3 단위 커패시터가 위치하고, 진동막 패턴(640a)의 아래에 제4 단위 커패시터가 위치한다.
제1 단위 커패시터는 제1 패드 전극(510c) 및 제2 패드 전극(310e)을 통해 전원과 연결되고, 제2 단위 커패시터는 제1 패드 전극(520c) 및 제2 패드 전극(320e)을 통해 전원과 연결되고, 제3 단위 커패시터는 제1 패드 전극(530c) 및 제2 패드 전극(330e)을 통해 전원과 연결되고, 제4 단위 커패시터는 제1 패드 전극(540c) 및 제2 패드 전극(340e)을 통해 전원과 연결될 수 있다.
음원(20)이 입사되면, 대응하는 진동막 패턴(610a, 620a, 630a, 640a)의 진동에 따라, 제1 단위 커패시터의 진동막 전극(510a), 제2 단위 커패시터의 진동막 전극(520a), 제3 단위 커패시터의 진동막 전극(530a) 및 제4 단위 커패시터의 진동막 전극(540a)가 진동한다. 진동막 전극(510a, 520a, 530a, 540a)의 진동은, 대응하는 진동막 패턴(610a, 620a, 630a, 640a)의 형상 및 음원(20)의 입사 방향에 기초한다.
도 5a의 실시예에서 음원(20)의 입사 방향이 수직 방향(-z)이고, 음원(20)의 파면(wavefront)이 진동막 패턴(610a, 620a, 630a, 640a)에 동일하게 입사한다. 따라서 진동막 패턴(610a, 620a, 630a, 640a)은 동일한 진동 모드로 진동하고, 대응하는 진동막 전극(510a, 520a, 530a, 540a)도 동일한 진동 모드로 진동한다. 따라서 제1 내지 제4 단위 커패시터의 단위 출력 신호(S10, S20, S30, S40)의 진폭 및 위상이 서로 동일하다.
진폭 및 위상이 서로 동일한 단위 출력 신호(S10, S20, S30, S40)를 병합하면, 최대 진폭을 갖는 출력 신호(ST)가 출력될 수 있다. 따라서 본 실시예에 따르면 음원(20)의 미리 정해진 입사 방향에서 마이크로폰(10)은 지향성을 갖는다.
출력 신호(ST)는 음원(20)에 대응하는 출력 신호일 수 있다. 출력 신호(ST)는 전압 신호일 수 있다.
도 5b는 음원(20)의 입사 방향이 x축을 기준으로 평면에서 반시계 방향으로 45도, 수직 방향(z)으로 45도일 때, 단위 출력 신호(S10, S20, S30, S40) 및 출력 신호(ST)를 도시한다.
음원(20)의 파면은 진동막 패턴(610a, 620a, 630a, 640a)의 형상에 기초하여, 진동막 패턴(620a) 및 진동막 패턴(630a)에 동등하게 입사하고, 또한 진동막 패턴(610a) 및 진동막 패턴(640a)에 동등하게 입사한다.
따라서 제2 및 제3 단위 출력(S20, S30)의 진폭 및 위상이 서로 동일하고, 제1 및 제4 단위 출력(S10, S40)의 진폭 및 위상이 서로 동일하다.
하지만, 제2 및 제3 단위 출력(S20, S30)의 진폭 및 위상은 제1 및 제4 단위 출력(S10, S40)의 진폭 및 위상과 서로 다를 수 있다. 진동막 패턴(610a, 620a, 630a, 640a)의 형상 및 크기는 제2 및 제3 단위 출력(S20, S30)과 제1 및 제4 단위 출력(S10, S40)의 진폭은 서로 동일하고, 위상은 서로 반대가 되도록 디자인될 수 있다.
제1 내지 제4 단위 출력(S10, S20, S30, S40)을 병합하면 출력 신호(ST)의 진폭이 0에 수렴할 수 있다. 따라서, 마이크로폰(10)은 미리 정해진 입사 방향이 아닌 위치에 있는 음원(20)에 대해서 매우 작은 출력 신호(ST)를 출력하므로, 미리 정해진 입사 방향에 대한 지향성을 갖는다.
또한, 음원(20)의 입사 방향이 x축을 기준으로 평면에서 반시계 방향으로 135도 및 수직 방향(z)으로 45도인 경우, 음원(20)의 입사 방향이 x축을 기준으로 평면에서 반시계 방향으로 225도 및 수직 방향(z)으로 45도인 경우 및 음원(20)의 입사 방향이 x축을 기준으로 평면에서 반시계 방향으로 315도 및 수직 방향(z)으로 45도인 경우에도, 도 5b의 실시예와 동일한 원리로 동일한 출력 신호(ST)가 출력될 수 있다.
도 5c는 음원(20)의 입사 방향이 x축을 기준으로 수직 방향(z)으로 45도일 때, 단위 출력 신호(S10, S20, S30, S40) 및 출력 신호(ST)를 도시한다.
음원(20)의 파면은 진동막 패턴(610a, 620a, 630a, 640a)의 형상에 기초하여, 진동막 패턴(610a) 및 진동막 패턴(630a)에 동등하게 입사한다. 또한, 진동막 패턴(640a)에 입사되는 음원(20)의 파면이 진동막 패턴(620a)에 입사되는 음원(20)의 파면보다 반파장 지연되록, 진동막 패턴(610a, 620a, 630a, 640a)의 형상 및 크기가 디자인될 수 있다.
따라서 제1 및 제3 단위 출력(S10, S30)의 진폭 및 위상이 서로 동일할 수 있다. 또한 제2 및 제4 단위 출력(S10, S40)의 진폭은 서로 동일하고, 위상은 서로 반대일 수 있다.
따라서 제1 내지 제4 단위 출력(S10, S20, S30, S40)을 병합하면, 출력 신호(ST)의 진폭이 제1 및 제3 단위 출력(S10, S30)의 진폭의 합에 대응할 수 있다. 도 5c의 실시예의 출력 신호(ST)의 진폭은 도 5a의 실시예의 출력 신호(ST)의 진폭보다 작다. 마이크로폰(10)은 미리 정해진 입사 방향이 아닌 위치에 있는 음원(20)에 대해서 작은 출력 신호(ST)를 출력하므로, 미리 정해진 입사 방향에 대한 지향성을 갖는다.
또한, 음원(20)의 입사 방향이 y축을 기준으로 수직 방향(z)으로 45도인 경우, 음원(20)의 입사 방향이 -x축을 기준으로 수직 방향(z)으로 45도인 경우 및 음원(20)의 입사 방향이 -y축을 기준으로 수직 방향(z)으로 45도인 경우에도, 도 5c의 실시예와 동일한 원리로 동일한 출력 신호(ST)가 출력될 수 있다.
도 5a 내지 5c의 실시예에서는, 단위 출력 신호(S10, S20, S30, S40)를 단순히 병합하여 출력 신호(ST)를 생성하였다. 하지만 다른 실시예에서, 단위 출력 신호(S10, S20, S30, S40) 중 적어도 하나의 위상을 일정 시간 지연시키는 경우, 마이크로폰(10)은 수직 방향이 아닌 다른 입사 방향에 대한 지향성을 가질 수 있다. 즉, 마이크로폰(10)의 음원(20)에 대한 미리 정해진 입사 방향을 변경할 수 있다. 예를 들어, 단위 출력 신호(S20, S30)의 위상을 반파장 지연시킨 후에, 단위 출력 신호(S10, S40)와 병합하는 경우, 출력 신호(ST)는 도 5b의 실시예에서 최대 진폭을 가질 것이다. 따라서, 이때 미리 정해진 입사 방향은 x축을 기준으로 45도, z축을 기준으로 45도일 수 있다.
도 6a 내지 6d는 본 발명의 한 실시예에 따른 마이크로폰의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 내지 6d는 도 2의 단면도를 기준으로 도시되었고, 제조 방법을 설명하는 데 있어서, 도 1 내지 5의 도면 부호를 참조한다.
도 6a를 참조하면, 기판(100) 상에 고정막(200)이 형성된다. 기판(100)은 실리콘 웨이퍼일 수 있고, 고정막(200)을 증착하기 전에 열산화(thermal oxidation) 처리될 수 있다. 열산화 처리에 의해 기판(100)의 표면은 산화될 수 있고, 산화실리콘(SiO2) 층이 형성될 수 있다. 열산화 처리된 기판(100)은 절연체 기능을 할 수 있다.
고정막(200)은 실리콘나이트라이드(SiN)를 증착하여 형성할 수 있다. 다른 실시예로, 고정막(200)은 폴리실리콘(poly-silicon)을 증착하여 형성할 수 있다.
고정막(200)의 증착 이후에, 고정막 상에 고정막 전극(310a, 320a, 330a, 340a), 도전선(310d, 320d, 330d, 340d) 및 제2 패드 전극(310e, 320e, 330e, 340e)이 형성될 수 있다. 고정막 전극(310a, 320a, 330a, 340a), 도전선(310d, 320d, 330d, 340d) 및 제2 패드 전극(310e, 320e, 330e, 340e)은 도전층을 먼저 증착하고, 증착된 도전층을 패터닝함으로써 한번에 형성될 수 있다. 도전층은 금(Au) 및 크롬(Cr)을 포함할 수 있다. 도전층을 패터닝하는 데 건식 식각(dry etching)이 이용될 수 있다.
도 6b를 참조하면, 고정막(200), 고정막 전극(310a, 320a, 330a, 340a), 도전선(310d, 320d, 330d, 340d) 및 제2 패드 전극(310e, 320e, 330e, 340e) 상에 희생층(400)을 형성한다. 희생층(400)은 산화실리콘(SiO2)으로 형성될 수 있다.
다음으로 진동막 전극(510a, 520a, 530a, 540a), 도전선(510b, 520b, 530b, 540b) 및 제1 패드 전극(510c, 520c, 530c, 540c)을 희생층(400) 상에 형성할 수 있다. 진동막 전극(510a, 520a, 530a, 540a), 도전선(510b, 520b, 530b, 540b) 및 제1 패드 전극(510c, 520c, 530c, 540c)은 도전층을 먼저 증착하고, 증착된 도전층을 패터닝함으로써 한번에 형성될 수 있다. 도전층은 금(Au) 및 크롬(Cr)을 포함할 수 있다. 도전층을 패터닝하는 데 건식 식각이 이용될 수 있다.
도 6c를 참조하면, 진동막(600)을 희생층(400) 및 진동막 전극(510a, 520a, 530a, 540a), 도전선(510b, 520b, 530b, 540b) 및 제1 패드 전극(510c, 520c, 530c, 540c) 상에 형성한다.
진동막(600)은 실리콘나이트라이드(SiN)를 증착하여 형성할 수 있다. 다른 실시예로, 고정막(200)은 폴리실리콘(poly-silicon)을 증착하여 형성할 수 있다.
다음으로 진동막(600)을 패터닝하여, 진동막 패턴(610a, 620a, 630a, 640a), 스프링 패턴(610b, 620b, 630b, 640b), 제1 콘택홀(610c, 620c, 630c, 640c) 및 제2 콘택홀(610e, 620e, 630e, 640e)을 형성할 수 있다. 따라서 제1 콘택홀(610c, 620c, 630c, 640c)을 통해서 제1 패드 전극(510c, 520c, 530c, 540c)이 노출된다. 진동막(600)을 패터닝하는 데 건식 식각이 이용될 수 있다.
다음으로 제2 콘택홀(610e, 620e, 630e, 640e)에 대응하여, 희생층(400)에 제2 콘택홀(410e, 420e, 430e, 440e)을 형성할 수 있다. 따라서 제2 콘택홀(410e, 420e, 430e, 440e, 610e, 620e, 630e, 640e)에 대응하여 제2 패드 전극(310e, 320e, 330e, 340e)이 노출된다. 제2 콘택홀(410e, 420e, 430e, 440e)을 형성하는 데 습식 식각(wet etching)이 이용될 수 있다.
도 6d를 참조하면, 기판(100)을 후면 식각(back etching)하여 개구부(190)를 형성하고, 고정막(200), 고정막 전극(310a, 320a, 330a, 340a)의 일부를 더 식각하여 각각에 개구를 형성할 수 있다. 기판(100), 고정막(200) 및 고정막 전극(310a, 320a, 330a, 340a)의 식각에 건식 식각이 이용될 수 있다. 다만, 열산화 처리에 의해 기판(100)에 형성된 산화실리콘 층의 식각에는 습식 식각이 더 이용될 수 있다.
개구부(190), 고정막(200)의 복수의 개구 및 고정막 전극(310a, 320a, 330a, 340a)의 복수의 개구를 통한 습식 식각을 이용하여 희생층(400)이 식각될 수 있다. 따라서 희생층(400)은 도 2에 도시된 바와 같은 개구부(490)를 포함할 수 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 마이크로폰
20: 음원
100: 기판
200: 고정막
310a, 320a, 330a, 340a: 고정막 전극
400: 희생층
510a, 520a, 530a, 540a: 진동막 전극
600: 진동막

Claims (20)

  1. 동일 평면 상에 위치하는 복수의 진동막 전극; 및
    상기 복수의 진동막 전극과 각각 대향하며, 대향하는 진동막 전극과 단위 커패시터를 각각 구성하는 복수의 고정막 전극을 포함하고,
    복수의 상기 단위 커패시터는 전원 및 음원의 입력에 대하여 복수의 단위 출력 신호를 발생시키고,
    상기 복수의 단위 출력 신호를 병합한 신호를 상기 음원에 대응하는 출력 신호로서 출력하되,
    상기 복수의 단위 출력 신호의 위상은 상기 음원의 입사 방향이 미리 정해진 입사 방향일 때 동일하고,
    상기 복수의 진동막 전극은 미리 정해진 입사 방향에 수직인 동일 평면에 위치한 상태로, 미리 정해진 입사 방향과 평면의 접점인 기준점에서 서로 동일한 간격으로 위치하며, 상기 기준점으로부터 연장되는 동심원 형태의 복수의 홈(groove)를 갖는 복수의 진동막 패턴을 포함하는
    마이크로폰.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 고정막 전극은 복수의 개구(opening)를 갖는,
    마이크로폰.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 복수의 고정막 전극에 접하는 고정막을 더 포함하고,
    상기 고정막은 상기 복수의 고정막 전극에 대응하는 복수의 개구를 갖는,
    마이크로폰.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 고정막에 접하는 기판을 더 포함하고,
    상기 기판은 상기 고정막의 복수의 개구에 대응하는 개구부를 포함하는,
    마이크로폰.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 복수의 진동막 패턴은 상기 기준점에 대응하는 위치에서 서로 연결되고,
    상기 기준점에 대응하는 위치에 연결된 스프링 패턴을 더 포함하는
    마이크로폰.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 단위 출력 신호의 위상을 지연시켜 상기 미리 정해진 입사 방향을 변경하는
    마이크로폰.
  11. 기판 상에 고정막을 형성하는 단계;
    상기 고정막 상에 복수의 고정막 전극을 형성하는 단계;
    상기 복수의 고정막 전극 상에 희생층을 형성하는 단계;
    상기 희생층 상에 복수의 진동막 전극을 형성하는 단계;
    상기 복수의 진동막 전극 상에 진동막을 형성하는 단계;
    상기 진동막을 패터닝하여, 상기 복수의 진동막 전극 각각에 대응하는 복수의 진동막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 기판, 상기 고정막 및 상기 복수의 고정막 전극을 후면 식각하여 개구(opening)를 형성하는 단계; 및
    상기 개구를 통해서, 상기 복수의 진동막 전극 및 상기 복수의 고정막 전극 사이에 위치한 상기 희생층의 일부를 제거하는 단계를 포함하는
    마이크로폰의 제조 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘 기판이고,
    상기 기판을 열산화(thermal oxidation)시키는 단계를 더 포함하는
    마이크로폰의 제조 방법.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 복수의 진동막 패턴을 형성하는 단계는,
    상기 진동막을 패터닝하여, 상기 복수의 진동막 전극에 대응하는 복수의 제1 패드 전극을 노출시키는 단계를 포함하는,
    마이크로폰의 제조 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 희생층을 식각하여 상기 복수의 고정막 전극에 대응하는 복수의 제2 패드 전극을 노출시키는 단계를 더 포함하는,
    마이크로폰의 제조 방법.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 복수의 진동막 전극은 동일 평면 상에 위치하고, 기준점을 기준으로 서로 동일한 간격으로 위치하는,
    마이크로폰의 제조 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 복수의 진동막 패턴은 동심원 형태의 복수의 홈을 갖는,
    마이크로폰의 제조 방법.
  17. 제11 항에 있어서,
    상기 복수의 진동막 패턴을 형성하는 단계는,
    상기 진동막을 패터닝하여, 상기 복수의 진동막 패턴을 지지하는 스프링 패턴을 형성하는 단계를 포함하는,
    마이크로폰의 제조 방법.
  18. 제11 항에 있어서,
    상기 복수의 고정막 전극은 복수의 개구를 포함하고,
    상기 고정막은 상기 복수의 고정막 전극에 대응하는 위치에 있는 복수의 개구를 포함하는,
    마이크로폰의 제조 방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 고정막의 복수의 개구에 대응하는 개구부를 포함하는,
    마이크로폰의 제조 방법.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 희생층은 상기 기판과 대응하는 개구부를 포함하는,
    마이크로폰의 제조 방법.
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