KR101807071B1 - 마이크로폰 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

마이크로폰 및 그 제조 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰은, 중앙부에 관통구가 형성된 기판; 상기 기판 상에서 상기 관통구를 덮는 형태로 배치되는 진동막; 상기 진동막의 상부에 공기층을 두고 이격 설치되며, 상기 공기층 방향으로 관통된 복수의 공기 유입구를 포함하는 고정막; 상기 진동막 상에 이격 설치된 고정막을 지지하는 지지층; 상기 고정막과 지지층의 상부에 형성되고 중앙부에는 상기 공기 유입구가 연장 형성되는 백 플레이트; 및 상기 공기층의 공기가 상기 백 플레이트 상의 고정막 감지면적 테두리 외부 영역으로 유동할 수 있도록 형성된 공기 유출부를 포함한다.

Description

마이크로폰 및 그 제조 방법{MICROPHONE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 마이크로폰 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단일 소자 레벨에서의 지향 특성을 고려한 고감도 MEMS 마이크로폰 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems) 마이크로폰은 음성 신호를 전기적 신호로 변환하는 장치로 반도체 일괄 공정을 이용하여 제조된다.
MEMS 마이크로폰은 대부분의 차량에 적용되는 ECM(Electret Condenser Microphone)과 비교하여 우수한 감도, 제품별 낮은 성능 편차를 가지며 초소형화가 가능하고 열, 습도 등의 환경 변화에 강한 장점이 있다. 이로 인해 최근에는 ECM을 MEMS 마이크로폰으로 대체하려는 방향으로 개발이 진행되고 있다.
MEMS 마이크로폰의 가장 중요한 성능 지표 중 하나인 감도를 높이기 위해 강성을 줄이거나, 감지 면적을 극대화 시키는 등의 연구가 진행되고 있으나 공기 댐핑(Air damping)의 영향으로 감도를 높이는데 한계가 있다.
여기서, 공기 댐핑은 공기 및 그 압력에 의해 진동막의 진동이 흡수되어 진동 변위가 억제되는 것을 의미한다. 또한 그 진동 변위의 억제로 인하여 감도 저하가 발생되는 것을 공기 댐핑 효과라 한다.
예컨대, 도 1은 종래의 공기 댐핑 효과를 줄이기 위한 MEMS 마이크로폰의 평면도를 나타낸다.
첨부된 도 1을 참조하면, 종래의 MEMS 마이크로폰은 진동막(1)의 진동 변위를 제약하는 요소중의 하나인 공기에 의한 댐핑 효과를 줄이기 위하여 고정막(2)의 테두리에 큰 홀(3)을 형성한다. 또한 고정막(2)에는 기존 공기 유입을 위한 홀(4)들이 형성되어 있다.
이러한 종래의 MEMS 마이크로폰은 공기 댐핑 효과를 줄이기 위해 고정막(2)의 테두리에 형성된 큰 홀(3)을 형성하고 있으나 그 큰 홀(3)들의 면적만큼 감지 면적이 감소하기 때문에 트레이드오프 관계에 있는 고정막 홀 형성 변수(예; 크기, 위치 등)를 최적화하는 방안이 요구된다.
또한, 차량 환경은 잡음이 산재해 있어 감도뿐만 아니라 방향성을 가지는 마이크로폰이 요구되고 있는 반면, 종래의 MEMS 마이크로폰은 고정막(2)의 테두리에 형성된 큰 홀(3)로 인해 방향 특성을 구현할 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 종래 MEMS 마이크로폰의 상기 트레이드오프 관계의 문제와 방향 특성 문제를 해결할 수 있는 새로운 개념의 구조가 절실히 요구된다.
이 배경기술 부분에 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.
특허문헌 1 : 미국등록특허 제8731220호 (2014.05.20. 공고)
본 발명의 실시 예는 진동막과 고정막 사이의 공기 댐핑 효과를 감소시키면서 동시에 감지면적을 유지할 수 있는 공기 유동부를 형성하여 단일 소자 레벨에서의 지향 특성을 향상시킬 수 있는 마이크로폰 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 마이크로폰은, 중앙부에 관통구가 형성된 기판; 상기 기판 상에서 상기 관통구를 덮는 형태로 배치되는 진동막; 상기 진동막의 상부에 공기층을 두고 이격 설치되며, 상기 공기층 방향으로 관통된 복수의 공기 유입구를 포함하는 고정막; 상기 진동막 상에 이격 설치된 고정막을 지지하는 지지층; 상기 고정막과 지지층의 상부에 형성되고 중앙부에는 상기 공기 유입구가 연장 형성되는 백 플레이트; 및 상기 공기층의 공기가 상기 백 플레이트 상의 고정막 감지면적 테두리 외부 영역으로 유동할 수 있도록 형성된 공기 유출부를 포함한다.
또한, 상기 공기 유출부는, 상기 고정막을 중심으로 백 플레이트의 고정막 감지면적 테두리 외부 영역을 수직으로 관통하는 복수의 슬롯; 및 상기 복수의 슬롯과 상기 공기층을 연결하는 연결 통로를 포함할 수 있다.
또한, 상기 슬롯은, 공기의 흐름만 허용하고 음원의 유입은 막는 적어도 상기 공기 유입구에 비해 직경이 가늘고 긴 홀 사이즈로 형성될 수 있다.
또한, 상기 슬롯은, 상기 고정막을 중심으로 상기 고정막 감지면적 테두리 외부 영역을 따라 원형으로 배치될 수 있다.
또한, 상기 연결 통로는, 상기 진동막과 산화막에 걸친 일부 상면에 포토 레지스트층(PR층)을 형성하고, 상기 PR층 상에 상기 슬롯이 형성된 이후에 상기 PR층을 제거하여 형성할 수 있다.
또한, 상기 관통구가 형성된 기판 하부에 제1 음원 유입홀이 형성되고, 상부에 제2 음원 유입홀이 형성되어 이를 통해 각각 음원이 유입되는 지향성 패키지를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 진동막은, 상기 관통구에 의해 노출되어 음원에 의해 진동하는 진동 전극, 상기 진동 전극을 연결하는 도전선 및 상기 지향성 패키지에 실장 시 반도체칩과 전기적으로 연결되는 패드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 진동막은, 진동 전극, 도전선 및 패드를 하나의 도전성 물질을 패터닝하여 한번에 형성할 수 있다.
또한, 상기 기판과 진동막 사이에는 산화막이 배치되며, 그 중앙 부분이 개방되어 상기 관통구가 내측으로 연장 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따른 마이크로폰 제조 방법은, a) 기판 상에 산화막과 진동막을 형성하고, 상기 진동막과 산화막에 걸친 일부 상면에 포토 레지스트층(PR층)을 형성하는 단계; b) 상기 진동막과 PR층이 형성된 산화막의 상부에 희생층을 형성하고, 상기 희생층의 상부에 고정막과 백 플레이트를 형성하는 단계; c) 상기 백 플레이트와 그 하부에 위치한 고정막을 동일한 패턴으로 식각하여 복수의 공기 유입구를 생성하고, 상기 고정막의 감지면적 테두리 외부의 비감지 영역을 수직으로 관통하는 복수의 슬롯을 형성하는 단계; d) 상기 공기 유입구를 통해 희생층의 중앙 부분을 제거하여 공기층을 형성하고, 상기 슬롯을 통해 희생층의 일부를 제거하여 상기 PR층을 노출시키는 단계; e) 상기 슬롯을 통해 PR층을 제거하여 상기 공기층의 공기가 복수의 슬롯을 통해 고정막의 감지면적 테두리 외부로 유동할 수 있는 공기 유출부를 형성하는 단계; 및 f) 기판 중앙부의 배면 식각을 통해 음원 입력을 위한 관통구를 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 e) 단계는, 상기 PR층을 제거하여 상기 복수의 슬롯과 공기층을 연결하는 연결 통로를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 d) 단계는, 상기 희생층의 중앙부분을 제거하여 상기 고정막의 가장자리 부분을 지지하는 지지층이 형성될 수 있다.
또한, 상기 c) 단계는, 상기 백 플레이트 상에 고정막의 제1 패드를 개방하는 제1 컨택홀 및 진동막의 제2 패드를 개방하는 제2 컨택홀을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 d) 단계는, 상기 제1 컨택홀 및 제2 컨택홀을 통해 상기 희생층의 일부를 제거하여 상기 제1 패드 및 제2 패드를 노출시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 c) 단계는, 상기 복수의 공기 유입구, 복수의 슬롯 및 각 컨택홀은 동일한 식각 공정을 통해 동시에 형성할 수 있다.
또한, 상기 d) 단계는, 상기 복수의 슬롯 및 각 컨택홀이 연장되는 각 부분의 희생층은 습식 또는 건식 방법으로 동시에 제거할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 일 측면에 따른, 마이크로폰 제조 방버은, a) 기판 상에 산화막과 진동막을 형성하고, 상기 진동막과 산화막에 걸친 일부 상면에 포토 레지스트층(PR층)을 형성하는 단계; b) 상기 진동막과 PR층이 형성된 산화막의 상부에 희생층을 형성하고, 상기 희생층의 상부에 고정막과 백 플레이트를 형성하는 단계; c) 상기 백 플레이트와 그 하부에 위치한 고정막을 동일한 패턴으로 식각하여 복수의 공기 유입구를 생성하고, 상기 고정막의 감지면적 테두리 외부의 비감지 영역을 수직으로 관통하는 복수의 슬롯을 형성하는 단계; d) 상기 공기 유입구를 통해 희생층의 중앙 부분을 제거하여 공기층을 형성하고, 상기 슬롯을 통해 희생층의 일부를 제거하여 상기 PR층을 노출시키는 단계; e) 기판의 배면 식각을 통해 중앙부의 음원 입력을 위한 제1 관통구와 상기 PR층을 개방하는 제2 관통구를 형성하는 단계; 및 f) 상기 제2 관통구를 통해 상기 PR층을 제거하여 상기 공기층의 공기가 복수의 슬롯을 통해 고정막의 감지면적 테두리 외부로 유동할 수 있는 공기 유출부를 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 f) 단계 이후에, g) 하부의 메인 기판에 제1 음원 유입홀 및 상부의 케이스에 제2 음원 유입홀이 형성되어 이를 통해 각각 음원이 유입되는 지향성 패키지에 실장 하는 단계를 더 포함하되, 상기 제1 관통구는 상기 제1 음원 유입홀의 상부에 위치하고, 상기 제2 관통구는 상기 메인 기판에 의해 차단할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 진동막과 고정막 사이의 공기 댐핑 효과를 감소시키는 가늘 고 긴 슬롯을 고정막의 감지면적 테두리 바깥 영역에 형성하여 공기층의 공기를 외부로 유동시킴으로써 감지면적의 감소 없이 공기 댐핑 효과를 감소하여 감도를 증가시킬 수 있다.
또한, 지향성 마이크로폰 패키지에 적용 시 슬롯의 가늘고 길게 형성된 홀을 통해 공기의 유동은 가능하지만 음원의 유입은 불가능하게 함으로써 지향 특성과 함께 감도를 증가시킬 수가 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 공기 댐핑 효과를 줄이기 위한 MEMS 마이크로폰의 평면도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰의 평면 구조를 개략적으로 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰의 A-A'단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰의 지향성 패키지 구조를 개략적으로 나타낸다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 공기 유출부가 형성된 마이크로폰 구조의 지향성 패키지와 종래 구조의 감도 및 지향패턴을 비교 검증한 결과를 나타낸다.
도 7 내지 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰의 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 마이크로폰의 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 마이크로폰의 지향성 패키지 실장 구조를 개략적으로 나타낸다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 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 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
명세서 전체에서, 마이크로폰에 입력되는 음원은 진동막을 진동시키는 음향, 음압과 동일한 의미를 가진다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰 및 그 제조 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰의 평면 구조를 개략적으로 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰의 A-A'단면도이다.
첨부된 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰(100)은 기판(110), 진동막(120), 고정막(130), 지지층(140), 백 플레이트(Back-plate, 150), 및 공기 유출부(160)를 포함한다.
기판(110)은 실리콘(silicon)으로 구성될 수 있으며 중앙부에는 음원(음압) 입력을 위한 관통구(111)가 형성된다.
진동막(120)은 기판(110) 상에서 관통구(111)를 덮는 형태로 배치된다.
그러므로, 진동막(120)은 기판(110)에 형성된 관통구(111)에 의해 일부가 노출되며 그 노출된 부분이 외부로부터 전달되는 음원에 의해 진동하게 된다.
이 때, 기판(110)과 진동막(120) 사이에는 산화막(Oxide)(115)이 배치되며, 그 중앙 부분이 개방(식각)되어 관통구(111)가 내측으로 연장 형성된다.
진동막(120)은 폴리 실리콘(Poly silicon) 또는 실리콘 질화막(SiNx, silicon nitride)으로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되지 않고 전도성을 가진 물질이면 적용 가능하다.
진동막(120)은 세부적으로 관통구(111)에 의해 노출되어 음원에 의해 진동하는 진동 전극(121) 부분 이를 연결하는 도전선(122) 부분 및 후술되는 지향성 패키지(200)에 실장시 반도체칩(230)과 전기적으로 연결되는 제2 패드(123) 부분을 포함한다. 이러한 진동 전극(121), 도전선(122) 및 제2 패드(123)는 하나의 도전성 물질을 패터닝함으로써 한번에 형성할 수 있다.
고정막(130)은 진동막(120)의 상부에 공기층(141)을 두고 이격 설치되며, 복수의 공기 유입구(134)를 포함한다.
고정막(130)은 폴리 실리콘(Poly silicon) 또는 실리콘 질화막(SiNx, silicon nitride)으로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되지 않고 전도성을 가진 물질이면 적용이 가능하다.
고정막(130)은 진동막(120)과 마찬가지로 진동막의 진동변위를 감지하는 고정 전극(131), 도전선(132) 및 제1 패드(133)를 포함할 수 있다(도 2 참조). 여기서, 고정 전극(131)은 진동 전극(121)에 대향하는 고정막(130)의 실질적인 감지면적에 해당한다.
이러한, 고정막(130)은 가장자리 부분이 산화물(Oxide)으로 구성된 지지층(140)에 의해 지지되어 고정된다.
지지층(140)은 진동막(120)과 산화막(115) 상에서 고정막(130)을 지지하며, 그 중앙 분이 개방(식각)되어 공기층(141)을 형성한다.
여기서, 상기 지지층(140)은 후술되는 마이크로폰(100)의 제조 방법에서 희생층(140')의 중앙 부분이 식각 되어 형성된다.
백 플레이트(150)는 고정막(130)과 지지층(140)의 상부에 형성되고, 그 중앙 부에는 고정막(130)과 동일한 패턴의 공기 유입구(134)가 연장 형성된다.
백 플레이트(150)는 실리콘나이트라이드(SiN)를 증착하여 형성될 수 있다.
백 플레이트(150)는 고정막(130)의 제1 패드(133)를 개방하는 제1 컨택홀(151) 및 진동막의 제2 패드(123)를 개방하는 제2 컨택홀(152)을 포함한다.
한편, 마이크로폰(100)은 전체 면적으로 볼 때 고정막(130)의 감지면적 테두리를 기준으로 내부의 감지 영역과 외부의 비감지 영역으로 구분할 수 있다.
여기서, 상기 감지면적 테두리는 실질적으로 고정 전극(131)이 형성된 원형을 의미한다.
이러한 마이크로폰(100)은 공기층(141)의 공기가 외부로 유동할 수 있도록 백 플레이트(150) 상의 고정막 감지면적 테두리 외부의 비감지 영역으로 연결되는 공기 유출부(160)를 포함한다.
공기 유출부(160)는 고정막(130)을 중심으로 백 플레이트(150)의 비감지 영역을 수직으로 관통하는 복수의 가늘고 긴 홀(이하, 슬롯(slot)이라 명명함, 161) 및 상기 복수의 슬롯(161)과 공기층(141)을 연결하는 연결 통로(162)를 포함한다.
슬롯(161)은 고정막(130)을 중심축으로 고정막 감지면적 테두리 외부 영역을 따라 원형으로 배치된다.
이러한, 공기 유출부(160)는 외부의 음원에 따른 진동막(120)의 진동 시 공기 댐핑(Air damping)에 의한 영향을 감소시켜 마이크로폰(100)의 감도를 향상시키는 역할을 한다.
한편, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰의 지향성 패키지 구조를 개략적으로 나타낸다.
첨부된 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 지향성 패키지(200)는 마이크로폰(100)이 설치되는 하부에 제1 음원 유입홀(210)이 형성되고, 상부에는 음향 지연 필터(225)가 구성된 제2 음원 유입홀(220)이 형성되어 이를 통해 각각 음원이 유입될 수 있다.
음향 지연 필터(225)는 다공성 실리콘 필터로 구성될 수 있다.
여기서, 단일 지향성 구현은 음향 지연 필터(225)로 인해 음원이 지향성 패키지(200)의 하부와 상부에 각각 형성된 음원 유입홀(210, 220)을 통해 시간차를 두고 MEMS 마이크로폰(100)의 진동막(120)에 도달할 때 발생된다.
마이크로폰(100)은 관통구(111)가 제1 음원 유입홀(210)의 중심축에 위치하도록 메인 기판 상에 설치된다.
그리고, 지향성 패키지(200)의 상하부로 음원이 유입되면 마이크로폰(100)에서 감지된 신호를 반도체칩(230)을 통해 처리하는 구조를 갖는다.
이러한 지향성 패키지(200)의 상부를 통해 유입되는 음원이 진동막(120)에 도달할 때 고정막(130) 테두리 외부에 형성된 슬롯(161)으로 음원이 유입되면 지향특성에 영향을 미칠 수 있다.
그러므로, 이를 방지하기 위하여 마이크로폰(100)의 비감지 영역에 형성되는 슬롯(161)은 공기의 흐름만 가능하며 음원의 유입은 막을 수 있는 가늘고 긴 홀 사이즈로 구성한다.
예컨대, 도 3에서처럼, 슬롯(161)은 적어도 공기 유입구(134) 보다 직경이 가늘고 긴 사이즈로 구성되어 음원 유입을 최소화 할 수 있다.
또한, 이러한 슬롯(161)과 공기 유입구(134)의 홀 사이즈의 차이는 지향성 패키지(200) 상부에서 공기가 유입되는 경우 각각의 홀 사이즈 차이에 따른 공기 압력 차이를 발생하여 공기층(141)에 형성된 공기가 슬롯(161)으로 흐른다.
이를 다르게 설명하면, 두 홀 사이즈의 차이에 따른 상기 공기 압력 차이로 인해 실질적인 슬롯(161)으로의 공기 유입뿐만 아니라, 그에 따른 음원 유입까지도 더 방지할 수 있다.
연결 통로(162)는 슬롯(161)과 공기층(141)을 연결하는 통로이다.
연결 통로(162)는 진동막(120)과 산화막(115)에 걸친 일부 상면에 포토 레지스트층(Phto Resist, PR층)(162')을 형성하고, PR층(162') 상에 슬롯(161)이 형성된 이후에 상기 PR층(162')을 제거하여 형성될 수 있다.
이처럼, 본 발명의 실시 에에 따른 마이크로폰(100)은 진동막(120)과 고정막(130) 사이의 공기 댐핑 효과를 감소시키는 슬롯(161)을 고정막 감지면적 테두리 외부(비감지 영역)에 형성한다. 이로써 본 발명의 마이크로폰(100)은 일차적으로 감지면적을 감소시키지 않으면서 결과적으로는 공기 댐핑을 감소하여 감도를 증가시킬 수 있다. 즉, 상기 [발명의 배경이 되는 기술]에서 지적된 상기 트레이드오프 관계에 있는 고정막의 홀 형성에 따른 문제를 해결할 수 있는 최적화 구조를 갖는다.
또한, 마이크로폰(100)에 적용된 슬롯(161)은 공기의 유입은 가능하지만 음원의 유입은 불가능하기 때문에 지향성 마이크로폰 패키지에 적용할 경우 지향 특성을 유지하면서 감도를 증가시킬 수가 있다.
한편, 도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 공기 유출부가 형성된 마이크로폰 구조의 지향성 패키지와 종래 구조의 감도 및 지향패턴을 비교 검증한 결과를 나타낸다.
먼저, 첨부된 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 고정막(130)의 감지면적 테두리 외부에 복수의 슬롯(161)이 형성된 마이크로폰(100) 구조가 슬롯(161)이 없는 종래의 지향성 마이크로폰 구조 대비 약 3dB의 감도가 향상된 것을 확인할 수 있다.
또한, 첨부된 도 6을 참조하면, 지향특성의 경우 본 발명의 실시 예에 따른 고정막(130)의 감지면적 테두리 외부에 복수의 슬롯(161)이 형성된 마이크로폰(100) 구조가 슬롯(161)이 없는 종래의 지향성 마이크로폰 구조 대비 약 4dB 더 큰 지향 특성을 가지는 것을 확인할 수 있다.
이러한 결과를 통해 본 발명의 실시 예에 따른 고정막(130)의 감지면적 테두리 외부에 형성된 복수의 슬롯(161)으로 인해 종래 마이크로폰 대비 감도와 지향차가 향상되었음을 검증할 수 있다.
한편, 아래의 도면을 통해 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰(100)의 제조 방법을 설명한다.
도 7 내지 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰의 제조 방법을 도시한 도면이다.
첨부된 도 7을 참조하면, 기판(110)을 준비한 후, 기판(110) 상부와 하부에 산화막(115)을 형성한다. 여기서, 기판(110)은 실리콘으로 이루어지고, 산화막(115)은 실리콘 산화물(Oxide)을 증착하여 이루어 질 수 있다.
다음으로, 산화막(115)의 상부에 진동막(120)을 형성하고, 진동막(120)과 산화막(115)에 걸친 일부 상면에 PR층(162')을 형성한다.
여기서, 진동막(120)은 추후 용도에 따라 구분되는 진동 전극(121), 도전선(122) 및 제2 패드(123) 부분을 포함하며, 하나의 도전성 물질을 패터닝함으로써 한번에 형성할 수 있다.
첨부된 도 8을 참조하면, 진동막(120)과 PR층(162')이 형성된 산화막(115)의 상부에 희생층(140')을 형성하고, 희생층(140')의 상부에 고정막(130)을 형성한다.
희생층(140')은 감광물질, 실리콘 산화물(Oxide), 실리콘 질화물 중, 어느 하나의 물질을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 감광물질은 공정 상 열적, 기계적으로 안정한 구조를 가지며 쉽게 제거될 수 있다.
고정막(130)은 진동막(120)과 마찬가지로 고정 전극(131), 도전선(132) 및 제1 패드(133)를 포함하며, 하나의 도전성 물질을 패터닝함으로써 한번에 형성할 수 있다.
다만, 이하 계속되는 단면도에서는 단면위치에 따른 고정 전극(131) 부분(감지 면적)만이 도시된다.
첨부된 도 9를 참조하면, 고정막(130)과 지지층(140)의 상부에 백 플레이트(150)를 형성한다.
백 플레이트(150)는 실리콘나이트라이드(SiN)를 증착하여 형성할 수 있다.
첨부된 도 10을 참조하면, 백 플레이트(150)와 그 하부에 위치한 고정막(130)을 식각(etching)하여 동일한 패턴으로 관통된 복수의 공기 유입구(134)를 생성한다.
이 때, 복수의 공기 유입구(134)는 건식 식각 또는 습식 식각을 실시하여 형성할 수 있으며, 희생층(140')이 노출될 때까지 실시한다.
또한, 고정막(130)의 감지면적 테두리 외부에 형성된 백 플레이트(150)의 비감지 영역을 수직으로 관통하는 가늘 고 긴 복수의 슬롯(161)을 형성한다.
백 플레이트(150) 상에서 고정막(130)의 제1 패드(133)를 개방하는 제1 컨택홀(151) 및 진동막(120)의 제2 패드(123)를 개방하는 제2 컨택홀(152)을 형성한다.
여기서, 상기 복수의 공기 유입구(134), 복수의 슬롯(161) 및 복수의 컨택홀(151, 152)은 MEMS 제조 과정에서의 동일한 공정을 통해 동시에 형성될 수 있다.
첨부된 도 11을 참조하면, 공기 유입구(134)를 통해 희생층(140')의 중앙 부분을 제거하여 진동막(120)과 고정막(130) 사이의 공기층(141)을 형성한다.
이 때, 희생층(140')의 중앙부분이 제거되어 공기층(141)이 형성된 후에 고정막(130)의 가장자리 부분을 지지하는 지지층(140)이 형성된다.
공기층(141)은 공기 유입구(134)를 통하여 식각액을 사용하는 습식 방법으로 희생층(140')을 제거하여 형성할 수 있다. 또한, 공기 유입구(134)를 통하여 산소 플라즈마(O2 plazma)에 따른 애싱(ashing) 처리하는 건식 방법으로 희생층(140')을 제거할 수 있다.
또한, 복수의 슬롯(161)을 통해 희생층(140')의 일부를 제거하여 PR층(162')을 노출시킨다.
또한, 제1 컨택홀(151) 및 제2 컨택홀(152)을 통해 희생층(140')의 일부를 제거하여 제1 패드(133) 및 제2 패드(123)를 노출시킨다.
이 때, 복수의 슬롯(161) 및 컨택홀(151, 152)이 연장되는 각 부분의 희생층(140')은 상기 습식 또는 건식 방법으로 동시에 제거될 수 있다.
첨부된 도 12를 참조하면, 복수의 슬롯(161)을 통해 PR층(162')을 제거하여 공기층(141)으로 연결되는 연결 통로(162)를 형성한다.
이 때, 연결 통로(162)의 형성으로 공기층(141)의 공기가 복수의 슬롯(161)을 통해 고정막(130)의 감지면적 테두리 외부로 유동할 수 있는 공기 유출부(160)가 구성된다.
이러한 공기 유출부(160)는 외부의 음원에 따른 진동막(120)의 진동 시 공기 댐핑(Air damping)에 의한 영향을 감소시켜 마이크로폰(100)의 감도를 향상시키는 역할을 한다.
첨부된 도 13을 참조하면, 기판(110) 중앙부의 배면 식각을 통해 음원 입력을 위한 관통구(111)를 형성한다.
다음으로, 기판(110)의 하부 및 관통구(111) 영역 내에 있는 산화막(115)을 제거함으로써 도 3과 같은 본 발명의 마이크로폰(100) 구조를 생성할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 진동막과 고정막 사이의 공기 댐핑 효과를 감소시키는 가늘 고 긴 슬롯을 고정막의 감지면적 테두리 바깥 영역에 형성하여 공기층의 공기를 외부로 유동시킴으로써 감지면적의 감소 없이 공기 댐핑 효과를 감소하여 감도를 증가시킬 수 있다.
또한, 지향성 마이크로폰 패키지에 적용 시 슬롯의 가늘고 길게 형성된 홀을 통해 공기의 유동은 가능하지만 음원의 유입은 불가능하게 함으로써 지향 특성과 함께 감도를 증가시킬 수가 있는 효과가 있다.
이상에서는 본 발명의 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되는 것은 아니며 그 외의 다양한 변경이 가능하다.
예컨대, 도 7 내지 도 13을 통해 설명한 마이크로폰의 제조 방법 중 도 12에서는 복수의 슬롯(161)을 통해 PR층(162')을 제거하여 연결 통로(162)를 형성하는 것으로 설명하였으나 이에 한되지 않고 다음과 같은 다른 실시예의 적용이 가능하다.
[다른 실시예의 마이크로폰 제조 방법]
도 14 및 도 15는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 마이크로폰의 제조 방법을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 다른 실시 예를 설명함에 있어서 앞서 설명된 제조 방법과 동일한 부분은 생략하고 다른 부분을 위주로 설명한다.
첨부된 도 14를 참조하면, 복수의 슬롯(161)은 가늘고 긴 홀로 형성되는 특성상 이전 실시 예보다 용이한 PR층(162')의 제거를 위하여 기판(110)의 배면 식각을 통해 PR층(162') 개방을 위한 제2 관통구(112)를 형성할 수 있다.
이 때, 제2 관통구(112)는 기판(110) 중앙부의 배면 식각을 통해 음원 입력을 위한 제1 관통구(111) 형성 공정과 동시에 이루어질 수 있다.
첨부된 도 15를 참조하면, 기판(110)의 하부, 제1 관통구(111) 및 제2 관통구(112) 영역 내에 있는 산화막(115)을 제거한다.
이 때, 슬롯(161)에 비해 큰 직경의 제2 관통구(112)를 통해서 PR층(162')이 노출된다.
따라서, 슬롯(161)이 아닌 제2 관통구(112)를 통해서 PR층(162')을 용이하게 제거하여 연결 통로(162)를 형성할 수 있는 이점이 있다.
한편, 도 16은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 마이크로폰의 지향성 패키지 실장 구조를 개략적으로 나타낸다.
첨부된 도 16을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 마이크로폰(100)을 지향성 패키지 내에 실장 시 제2 관통구(112)는 메인 기판에 의해 차단되므로 외부로부터 음원이 입력되지 않는다.
따라서, 제2 관통구(112)를 통해 연결 통로(162)를 용이하게 형성할 수 있으며, 앞서 설명된 이전 실시 예와 동일한 감지 및 지향 특성의 증가를 구현할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 마이크로폰 110: 기판
111: 관통구 120: 진동막
130: 고정막 140: 희생층
141: 공기층 150: 배면 플레이트
160: 공기 유동부 161: 슬롯
162: 연결 통로

Claims (18)

  1. 중앙부에 관통구가 형성된 기판;
    상기 기판 상에서 상기 관통구를 덮는 형태로 배치되는 진동막;
    상기 진동막의 상부에 공기층을 두고 이격 설치되며, 상기 공기층 방향으로 관통된 복수의 공기 유입구를 포함하는 고정막;
    상기 진동막의 상면에 설치되어 상기 고정막을 지지하는 지지층;
    상기 고정막과 지지층의 상부에 형성되고 중앙부에는 상기 공기 유입구가 연장 형성되는 백 플레이트; 및
    상기 공기층의 공기가 상기 백 플레이트 상의 고정막 감지면적 테두리 외부 영역으로 유동할 수 있도록 형성된 공기 유출부를 포함하되,
    상기 공기 유출부는 상기 고정막을 중심으로 백 플레이트의 고정막 감지면적 테두리 외부 영역을 수직으로 관통하는 복수의 슬롯 및 상기 복수의 슬롯과 상기 공기층을 연결하는 연결 통로를 포함하는 마이크로폰.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬롯은,
    공기의 흐름만 허용하고 음원의 유입은 막는 적어도 상기 공기 유입구에 비해 직경이 가늘고 긴 홀 사이즈로 형성되는 마이크로폰.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬롯은,
    상기 고정막을 중심으로 상기 고정막 감지면적 테두리 외부 영역을 따라 원형으로 배치되는 마이크로폰.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결 통로는,
    상기 진동막과 산화막에 걸친 일부 상면에 포토 레지스트층(PR층)을 형성하고, 상기 PR층 상에 상기 슬롯이 형성된 이후에 상기 PR층을 제거하여 형성되는 마이크로폰.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 관통구가 형성된 기판 하부에 제1 음원 유입홀이 형성되고, 상부에 제2 음원 유입홀이 형성되어 이를 통해 각각 음원이 유입되는 지향성 패키지를 더 포함하는 마이크로폰.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 진동막은,
    상기 관통구에 의해 노출되어 음원에 의해 진동하는 진동 전극, 상기 진동 전극을 연결하는 도전선 및 상기 지향성 패키지에 실장 시 반도체칩과 전기적으로 연결되는 패드를 포함하는 마이크로폰.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 진동막은,
    진동 전극, 도전선 및 패드를 하나의 도전성 물질을 패터닝하여 한번에 형성하는 마이크로폰.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판과 진동막 사이에는 산화막이 배치되며, 그 중앙 부분이 개방되어 상기 관통구가 내측으로 연장 형성되는 마이크로폰.
  10. a) 기판 상에 산화막과 진동막을 형성하고, 상기 진동막과 산화막에 걸친 일부 상면에 포토 레지스트층(PR층)을 형성하는 단계;
    b) 상기 진동막과 PR층이 형성된 산화막의 상부에 희생층을 형성하고, 상기 희생층의 상부에 고정막과 백 플레이트를 형성하는 단계;
    c) 상기 백 플레이트와 그 하부에 위치한 고정막을 동일한 패턴으로 식각하여 복수의 공기 유입구를 생성하고, 상기 고정막의 감지면적 테두리 외부의 비감지 영역을 수직으로 관통하는 복수의 슬롯을 형성하는 단계;
    d) 상기 공기 유입구를 통해 희생층의 중앙 부분을 제거하여 공기층을 형성하고, 상기 슬롯을 통해 희생층의 일부를 제거하여 상기 PR층을 노출시키는 단계;
    e) 상기 슬롯을 통해 PR층을 제거하여 상기 공기층의 공기가 복수의 슬롯을 통해 고정막의 감지면적 테두리 외부로 유동할 수 있는 공기 유출부를 형성하는 단계; 및
    f) 기판 중앙부의 배면 식각을 통해 음원 입력을 위한 관통구를 형성하는 단계
    를 포함하는 마이크로폰 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 e) 단계는,
    상기 PR층을 제거하여 상기 복수의 슬롯과 공기층을 연결하는 연결 통로를 형성하는 단계를 포함하는 마이크로폰 제조 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 d) 단계는,
    상기 희생층의 중앙부분을 제거하여 상기 고정막의 가장자리 부분을 지지하는 지지층이 형성되는 마이크로폰 제조 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 c) 단계는,
    상기 백 플레이트 상에 고정막의 제1 패드를 개방하는 제1 컨택홀 및 진동막의 제2 패드를 개방하는 제2 컨택홀을 형성하는 단계를 포함하는 마이크로폰 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 d) 단계는,
    상기 제1 컨택홀 및 제2 컨택홀을 통해 상기 희생층의 일부를 제거하여 상기 제1 패드 및 제2 패드를 노출시키는 단계를 포함하는 마이크로폰 제조 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 c) 단계는,
    상기 복수의 공기 유입구, 복수의 슬롯 및 각 컨택홀은 동일한 식각 공정을 통해 동시에 형성되는 마이크로폰 제조 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 d) 단계는,
    상기 복수의 슬롯 및 각 컨택홀이 연장되는 각 부분의 희생층은 습식 또는 건식 방법으로 동시에 제거되는 마이크로폰 제조 방법.
  17. a) 기판 상에 산화막과 진동막을 형성하고, 상기 진동막과 산화막에 걸친 일부 상면에 포토 레지스트층(PR층)을 형성하는 단계;
    b) 상기 진동막과 PR층이 형성된 산화막의 상부에 희생층을 형성하고, 상기 희생층의 상부에 고정막과 백 플레이트를 형성하는 단계;
    c) 상기 백 플레이트와 그 하부에 위치한 고정막을 동일한 패턴으로 식각하여 복수의 공기 유입구를 생성하고, 상기 고정막의 감지면적 테두리 외부의 비감지 영역을 수직으로 관통하는 복수의 슬롯을 형성하는 단계;
    d) 상기 공기 유입구를 통해 희생층의 중앙 부분을 제거하여 공기층을 형성하고, 상기 슬롯을 통해 희생층의 일부를 제거하여 상기 PR층을 노출시키는 단계;
    e) 기판의 배면 식각을 통해 중앙부의 음원 입력을 위한 제1 관통구와 상기 PR층을 개방하는 제2 관통구를 형성하는 단계; 및
    f) 상기 제2 관통구를 통해 상기 PR층을 제거하여 상기 공기층의 공기가 복수의 슬롯을 통해 고정막의 감지면적 테두리 외부로 유동할 수 있는 공기 유출부를 형성하는 단계
    를 포함하는 마이크로폰 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 f) 단계 이후에,
    g) 하부의 메인 기판에 제1 음원 유입홀 및 상부의 케이스에 제2 음원 유입홀이 형성되어 이를 통해 각각 음원이 유입되는 지향성 패키지에 실장 하는 단계를 더 포함하되, 상기 제1 관통구는 상기 제1 음원 유입홀의 상부에 위치하고, 상기 제2 관통구는 상기 메인 기판에 의해 차단되는 마이크로폰 제조 방법.
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