KR101952071B1 - MEMS Capacitive Microphone - Google Patents

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KR101952071B1
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KR1020180052223A
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김경원
이태준
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김경원
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Abstract

The present invention relates to a microphone which can form, in an inner region of a diaphragm, a plurality of comb sensing units composed of a plurality of movable comb fingers attached to the diaphragm and a plurality of fixed comb fingers attached to a support, thereby significantly increasing a sensing area. In addition, a parasitic capacitance is small due to a small area of the support fixed to a substrate. Accordingly, a MEMS capacitive microphone with a high signal-to-noise ratio can be realized.

Description

MEMS 캐패시티브 마이크로폰{MEMS Capacitive Microphone}[0001] MEMS CAPACITIVE MICROPHONE [0002]

본 발명은 다이아프램의 내부영역에 형성된 다수의 콤감지부에서 음파에 의한 정전용량 변화를 감지하는 MEMS 캐패시티브 마이크로폰에 관한 것이다. The present invention relates to a MEMS capacitive microphone for sensing a capacitance change due to a sound wave in a plurality of comb sensing units formed in an inner region of a diaphragm.

일반적으로 MEMS 캐패시티브 마이크로폰(MEMS Capacitive Microphone)은 음파(Sound Pressure)의 세기에 비례하여 변이(Displacement)되는 다이이프램(Diaphragm)과 이에 대향하여 배치된 백플레이트(Backplate)간의 정전용량(Capacitance)을 측정하는 원리로 동작한다.In general, MEMS capacitive microphones have capacitances between a diaphragm that is displaced in proportion to the intensity of a sound pressure and a backplate disposed opposite to the diaphragm, As shown in FIG.

미국 등록특허공보 제07146016호, 미국 등록특허공보 제08921956호, 미국 등록특허공보 제08422702호, 미국 공개특허공보 제2012-0294464호 및 미국 공개특허공보 제2013-0108084호에는 MEMS 캐패시티브 마이크로폰이 예시되어 있다.U.S. Patent Publication No. 07146016, U.S. Patent Application No. 08921956, U.S. Patent No. 08422702, U.S. Patent Application Publication No. 2002-0294464, and U.S. Patent Application Publication No. 2013-0108084 disclose MEMS capacitive microphones Are illustrated.

예시된 특허에서는, 다이아프램에 음파에너지를 원활히 전달하기 위해서 백플레이트에는 다수의 천공이 형성되어 있다(Perforated Backplate). 그러나, 천공이 크거나 그 수가 많으면 백플레이트의 유효 면적이 작아져 전전용량이 너무 작아지게 된다는 문제점이 있다. 또한, 다이아프램과 백플레이트간의 바이어스 전압(Bias Voltage)이 크게 되면, 정전기력에 의하여 다이아프램이 백플레이트에 붙어버린다는 문제점도 있다.In the illustrated patent, a number of perforations are formed in the back plate to smoothly transfer sound energy to the diaphragm (Perforated Backplate). However, if the perforation is large or the number of perforations is large, the effective area of the back plate becomes small and the electrostatic capacity becomes too small. Further, when the bias voltage between the diaphragm and the back plate is increased, there is a problem that the diaphragm is attached to the back plate by the electrostatic force.

한편, 다이아프램의 양방향으로 대향된 2개의 백플레이트를 배치하는 듀얼 백플레이트(Dual Backplate) MEMS 캐패시티브 마이크로폰이 PCT 공개특허공보 제2011/025939호, 미국 등록특허공보 제09503823호 및 미국 공개특허공보 제2014-0072152호에 예시되어 있다.On the other hand, dual backplate MEMS capacitive microphones, in which two back plates opposed to each other in the diaphragm are disposed, are disclosed in PCT Laid-Open Patent Publication No. 2011/025939, U.S. Patent No. 09503823, It is illustrated in Publication No. 2014-0072152.

듀얼 백플레이트를 사용하는 MEMS 캐패시티브 마이크로폰에서는 바이어스 전압에 의한 정전기력이 다이아프램의 양방향으로 작용하므로 다이아프램이 백플레이트에 붙는 문제가 없다. 또, 정전용량의 변화가 차동(Differential)으로 발생되므로 한 개의 백플레이트를 사용하는 MEMS 캐패시티브 마이크로폰에 비하여 선형성이 우수하고 잡음이 작다는 장점이 있다.In the MEMS capacitive microphone using the dual back plate, the electrostatic force due to the bias voltage acts in both directions of the diaphragm, so that there is no problem that the diaphragm sticks to the back plate. In addition, since the change in capacitance is generated in a differential manner, the MEMS capacitor microphone has an advantage of excellent linearity and small noise compared to a MEMS capacitive microphone using a single backplate.

그러나, 백플레이트를 사용하는 MEMS 캐패시티브 마이크로폰에서는 다이아프램과 백플레이트 사이의 공기유동에 의한 잡음이 항상 발생하고, 이를 억제하는 데에는 한계가 있다. 따라서, 듀얼 백플레이트 MEMS 캐패시티브 마이크로폰에서도 신호대 잡음비는 70dB이 한계인 것으로 알려져 있다.However, in the MEMS capacitive microphone using the back plate, noise due to the air flow between the diaphragm and the back plate always occurs, and there is a limitation in suppressing the noise. Therefore, it is known that the signal-to-noise ratio is limited to 70 dB in dual backplate MEMS capacitive microphones.

한편, 미국 공개특허공보 제2014-0197502호에서 예시한 바와 같이, 콤센싱(Comb Sensing) 방식의 MEMS 캐패시티브 마이크로폰은 백플레이트가 없으므로 기존의 듀얼 백플레이트 MEMS 캐패시티브 마이크로폰에 비해 더욱 향상된 신호대 잡음비를 구현할 수 있다. 그러나, 특허에 예시된 마이크로폰은 콤핑거(Comb Finger)가 길이가 제한적인 다이아프램의 엣지(Edge)에 배치되므로 콤의 개수에 제한이 발생할 수 밖에 없어 감도가 낮고, 대향 전극이 기판에 넓게 고정될 수 밖에 없으므로 기판을 통한 큰 기생 정전용량(Parasitic Capacitance)이 발생한다. 기판을 통한 기생 정전용량은 유전손실에 의한 잡음을 유발하게 된다. 또, 콤핑거가 다수로 형성되는 경우에는 콤핑거간의 Vent 효과가 무시될 수 없을 정도로 커지므로 저주파수 특성이 나빠질 수 있다는 문제점이 있다. 또한, 다이아프램의 엣지에 콤핑거가 위치하므로 콜루게이티드 다이아프램(Corrugated Diaphragm)등의 엣지가 기판에 고정되는 엣지 클램프드 다이아프램(Edge Clamped Diaphragm)에는 적용을 할 수 없다는 단점이 있다. Meanwhile, as exemplified in U.S. Patent Application Publication No. 2014-0197502, a comb sensing MEMS capacitive microphone has no back plate, so that a signal signal having improved signal strength compared to a conventional dual back plate MEMS capacitive microphone Noise ratio can be realized. However, since the microphone exemplified in the patent is arranged at the edge of the diaphragm having a limited length, the number of combs is limited, so that the sensitivity is low and the counter electrode is fixed to the substrate So that a large parasitic capacitance occurs through the substrate. The parasitic capacitance through the substrate causes noise due to dielectric loss. In addition, when a plurality of comb fingers are formed, since the vent effect between the comb fingers is so large that it can not be ignored, low frequency characteristics may be deteriorated. In addition, since the comb finger is disposed at the edge of the diaphragm, it can not be applied to an edge clamped diaphragm where an edge such as a corrugated diaphragm is fixed to the substrate.

미국 등록특허공보 제07146016호(2006.12.05. 등록)US Patent Registration No. 07146016 (registered on December 5, 2006) 미국 등록특허공보 제08921956호(2014.12.30. 등록)U.S. Patent Publication No. 08921956 (registered on December 30, 2014) 미국 등록특허공보 제08422702호(2013.04.16. 등록)U.S. Patent Publication No. 08422702 (registered on April 16, 2013) 미국 공개특허공보 제2012-0294464호(2012.11.22.)U.S. Published Patent Application No. 2012-0294464 (November 22, 2012) 미국 공개특허공보 제2013-0108084호(2013.05.02.)U.S. Published Patent Application No. 2013-0108084 (Feb. PCT 공개특허공보 제2011/025939호(2011.03.03.)PCT Published Patent Publication No. 2011/025939 (March 23, 2011) 미국 등록특허공보 제09503823호(2016.11.22. 등록)United States Patent Publication No. 09503823 (registered on November 22, 2016) 미국 공개특허공보 제2014-0072152호(2014.03.13.)U.S. Published Patent Application No. 2014-0072152 (March 13, 2014). 미국 공개특허공보 제2014-0197502호(2014.07.17.)U.S. Published Patent Application No. 2014-0197502 (July 17, 2014)

본 발명의 목적은 감도와 신호대 잡음비가 우수하고 저주파수 특성이 우수하며, 엣지 클램프드 다이아프램에도 적용 가능한 콤센싱 방식의 MEMS 캐패시티브 마이크로폰의 제공에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a MEMS capacitive microphone of a comb sensing type which is excellent in sensitivity and signal-to-noise ratio, excellent in low frequency characteristics, and applicable to an edge clamped diaphragm.

본 발명의 MEMS 캐패시티브 마이크로폰에서는 다이아프램의 일정영역 상에 부착된 다수의 유동콤핑거와, 다이아프램과 수직방향으로 이격되면서 다이아프램을 횡단하는 지지대에 부착된 다수의 고정콤핑거가 유동콤핑거의 양측에 일정간격을 갖고 배치된 콤감지부를 포함하고 있다. 음파가 인가되면 다이아프램은 상하로 변이되며, 따라서 다이아프램에 부착된 유동콤핑거도 상하로 변이된다. 반면, 강성이 큰 지지대에 부착된 고정콤핑거는 변이되지 않는다. 고정콤핑거는 유동콤핑거를 기준으로 상측 또는 하측으로 편이되어 있으므로 유동콤핑거와 고정콤핑거 간의 정전용량은 음파의 세기에 비례하여 변하게 되며, 콤감지부의 정전용량의 변화를 감지하면 음파를 재현할 수 있게 된다. In the MEMS-capacitive microphone of the present invention, a plurality of fixed comb fingers attached on a certain area of the diaphragm, and a plurality of fixed comb fingers attached to a support which is vertically spaced from the diaphragm and traverses the diaphragm, And a comb sensing unit disposed on both sides of the finger at regular intervals. When the sound wave is applied, the diaphragm is shifted up and down, so that the floating comb finger attached to the diaphragm also shifts up and down. On the other hand, fixed comb fingers attached to a support having a large rigidity do not change. Since the fixed comb fingers are shifted upward or downward with respect to the floating comb fingers, the capacitance between the floating comb fingers and the fixed comb fingers changes in proportion to the intensity of the sound waves. When the change in capacitance of the comb sensing portion is detected, .

상기의 콤감지부는 다이아프램 내에서 다수로 형성할 수 있으므로 다이아프램의 엣지에 콤감지부가 형성되는 기존의 콤센싱 방식의 MEMS 캐패시티브 마이크로폰에 비하여 감지면적을 크게 증가시킬 수 있다는 장점이 있다. 또한, 기판에 고정되는 지지대의 면적이 작아 기판을 통한 기생 정전용량이 작게 되며, 이로 인한 잡음이 낮다는 장점이 있다. 결국 본 발명의 MEMS 캐패시티브 마이크로폰은 신호대 잡음비를 크게 개선할 수 있게 된다.Since the comb sense unit can be formed in a large number in the diaphragm, the sensing area can be greatly increased as compared with the conventional comb sensing MEMS capacitive microphone in which the comb sense unit is formed at the edge of the diaphragm. In addition, since the area of the support fixed to the substrate is small, the parasitic capacitance through the substrate is small, and noise due to this is low. As a result, the MEMS capacitive microphone of the present invention can greatly improve the signal-to-noise ratio.

또, 유동콤핑거가 다이아프램 상에 형성되어 다이아프램이 막혀 있으므로 기존의 콤센싱 방식에서 발생되는 콤핑거간의 간극에 의한 Vent 효과가 발생되지 않게 되어 저주파특성이 우수하다는 장점이 있다.In addition, since the floating comb finger is formed on the diaphragm and the diaphragm is closed, the vent effect due to the gap between the comb fingers generated in the conventional comb sensing method is not generated, which is advantageous in that the low frequency characteristic is excellent.

또, 다이아프램 내부에 콤감지부가 형성되므로, 엣지가 기판으로부터 분리된 엣지 릴리스드 다이아프램(Edge Released Diaphragm) 뿐만 아니라 엣지가 기판에 고정된 엣지 클램프드 다이아프램(Edge Clamped Diaphragm), 예를 들면 콜루게이티드 다이아프램(Corrugated Diaphragm)에도 적용할 수 있다는 장점이 있다.In addition, since the comb sensing portion is formed inside the diaphragm, an edge released diaphragm in which the edge is separated from the substrate, as well as an edge clamped diaphragm in which the edge is fixed to the substrate, for example, It can also be applied to a corrugated diaphragm.

본 발명의 MEMS 캐패시티브 마이크로폰은 저주파특성이 우수하면서도 감지면적이 넓으면서도 잡음이 작아 큰 신호대 잡음비를 제공한다.The MEMS capacitive microphone of the present invention provides a high signal-to-noise ratio because the MEMS capacitive microphone has excellent low-frequency characteristics, but has a small sensing area and small noise.

도 1은 본 발명의 MEMS 캐패시티브 마이크로폰의 평면구조를 나타낸 것이다.
도 2는 유동콤핑거와 스티프너가 다이아프램의 상부에 형성되고, 고정콤핑거가 유동콤핑거를 기준으로 상측으로 편이된 구조의 단면을 보여주고 있다.
도 3은 유동콤핑거와 스티프너가 다이아프램의 하부에 형성되고, 고정콤핑거가 유동콤핑거를 기준으로 하측으로 편이된 구조의 단면을 보여주고 있다.
도 4a 및 도 4b는 유동콤핑거와 스티프너가 다이아프램의 상부 및 하부에 형성되고, 고정콤핑거가 유동콤핑거의 상하측에 쌍으로 형성된 구조의 단면을 보여주고 있다.
도 5는 스트프너 및 지지대가 2개 및 3개가 결합되어 있는 평면구조을 보여주고 있다.
도 6a 내지 도 6c는 유동콤핑거와 스티프너가 다이아프램의 상부에 형성되고, 고정콤핑거가 유동콤핑거를 기준으로 상측으로 편이된 본 발명의 캐패시티브 마이크로폰의 제조공정을 보여주고 있다.
도 7은 유동콤핑거와 스티프너가 다이아프램의 하부에 형성되고, 고정콤핑거가 유동콤핑거를 기준으로 하측으로 편이된 본 발명의 캐패시티브 마이크로폰의 제조공정을 보여주고 있다.
도 8은 유동콤핑거와 스티프너가 다이아프램의 상부 및 하부에 형성되고, 고정콤핑거가 유동콤핑거의 상하측에 쌍으로 형성된 본 발명의 캐패시티브 마이크로폰의 제조공정을 보여주고 있다.
도 9는 다이아프램이 원형인 경우의 본 발명의 MEMS 캐패시티브 마이크로폰의 평면구조를 나타낸 것이다.
1 shows a planar structure of a MEMS capacitive microphone of the present invention.
Figure 2 shows a cross section of a structure in which a floating comb finger and a stiffener are formed on top of the diaphragm and a fixed comb finger is shifted upward relative to the floating comb finger.
Figure 3 shows a cross section of a structure in which a floating comb finger and a stiffener are formed at the bottom of the diaphragm and a fixed comb finger is shifted downward relative to the floating comb finger.
4A and 4B show cross sections of a structure in which a floating comb finger and a stiffener are formed on the top and bottom of the diaphragm and a fixed comb finger is formed on the upper and lower sides of the floating comb finger.
Figure 5 shows a planar structure in which two and three struts and supports are combined.
6A to 6C show a manufacturing process of a capacitive microphone of the present invention in which a floating comb finger and a stiffener are formed on top of a diaphragm and a fixed comb finger is shifted upward relative to a floating comb finger.
7 shows a manufacturing process of a capacitive microphone of the present invention in which a floating comb finger and a stiffener are formed at the bottom of the diaphragm and a fixed comb finger is shifted downward relative to the floating comb finger.
8 shows a manufacturing process of a capacitive microphone of the present invention in which a floating comb finger and a stiffener are formed on the upper and lower sides of the diaphragm and fixed comb fingers are formed on upper and lower sides of the floating comb finger.
9 shows a planar structure of a MEMS capacitive microphone of the present invention when the diaphragm is circular.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings and the inventor can properly define the concept of the term to describe its invention in the best possible way And should be construed in accordance with the principles and meanings and concepts consistent with the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 사항은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the present specification and the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, various equivalents It should be understood that water and variations may be present.

이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.Before describing the present invention with reference to the accompanying drawings, it should be noted that the present invention is not described or specifically described with respect to a known configuration that can be easily added by a person skilled in the art, Let the sound be revealed.

도 1은 본 발명에서 제공하는 MEMS 캐패시티브 마이크로폰의 평면구조를 보여주고 있다. 다이아프램의 구조는 기판으로부터 다이아프램이 분리된 엣지 릴리스드 다이아프램(Edge Released Diaphragm)으로 예시하였다.1 shows a planar structure of a MEMS capacitive microphone provided in the present invention. The structure of the diaphragm was exemplified by an edge released diaphragm from which the diaphragm was separated from the substrate.

아래의 기판이 제거되고 윙(Wing)과의 사이의 간극에 의해서 기판으로부터 기계적으로 분리된 다이아프램(Diaphragm)은 지지스프링(Supporting Spring)에 의해서 기판에 매달려 있다. 음파가 인가되면 다이아프램은 음파의 압력에 의해서 상하로 변이(Displacement)된다. 다이아프램에는 다이아프램의 강성(Stiffness)을 보강하기 위한 다수의 스티프너(Stiffener)가 형성되어 있으며, 양단이 기판에 고정되어 있고 다이아프램 및 스티프너로부터 상측 또는 하측 방향으로 이격되면서 다이아프램을 횡단하는 기계적 강성이 큰 다수의 지지대(Supporting Beam)가 형성되어 있다. 다이아프램의 일정영역에는 일정두께와 폭과 길이를 갖는 다수의 콤핑거(Comb Finger, 이를 유동콤핑거(Moving Comb Finger)라고 지칭한다)가 일정간격으로 부착되어 배치되어 있다. 한편, 지지대는 유동콤핑거 양측에 일정간격을 갖고 배치된 일정두께와 폭과 길이를 갖는 다수의 콤핑거(이를 고정콤핑거(Stationary Comb Finger)라고 지칭한다)를 지지하고 있다. 이때, 유동콤핑거를 기준으로 고정콤핑거는 수직방향으로 편이(Deviation)되어 있다. 다이아프램과 지지대와 유동콤핑거와 고정콤핑거는 전도체로 이루어지므로 유동콤핑거와 고정콤핑거 간에는 정전용량(Capacitance)이 존재하게 되고 이는 지지스프링의 기판에 고정된 지점과 지지대의 기판에 고정된 지점에서 측정할 수 있게 된다. The diaphragm, which is separated from the substrate by the gap between the lower substrate and the wing, is suspended from the substrate by a supporting spring. When the sound wave is applied, the diaphragm is displaced up and down by the pressure of the sound wave. The diaphragm is provided with a plurality of stiffeners for reinforcing the stiffness of the diaphragm. The diaphragms are mechanically fixed to the diaphragm with both ends fixed to the substrate and spaced upward or downward from the diaphragm and the stiffener. A large number of supporting beams (supporting beams) are formed. A plurality of comb fingers (referred to as moving comb fingers) having a predetermined thickness, width, and length are disposed at predetermined intervals on a certain area of the diaphragm. On the other hand, the support supports a plurality of comb fingers (referred to as stationary comb fingers) having a certain thickness, width, and length arranged at equal intervals on both sides of the liquid comb finger. At this time, the fixed comb finger is shifted in the vertical direction based on the floating comb finger. Since the diaphragm, the support, the floating comb finger, and the fixed comb finger are made of conductors, there is a capacitance between the floating comb finger and the fixed comb finger, which is fixed to the substrate of the support spring, It becomes possible to measure at the point.

음파가 인가되면 다이아프램은 수직방향으로 변이를 하게되고, 이에 따라 유동콤핑거도 수직방향으로 변이를 하게 된다. 반면, 고정콤핑거는 강성이 높은 지지대에 부착되어 있으므로 음파에 의한 변이가 거의 없다. 따라서, 유동콤핑거와 고정콤핑거 간의 정전용량이 변화하게 되며, 정전용량의 변화를 측정하면 음파의 세기가 구해진다. 본 발명에서는 이와같이 음파를 감지하는 유동콤핑거와 고정콤핑거로 이루어진 영역을 콤감지부(Comb Sensor)라고 지칭한다. 도 1에는 3개의 지지대와 4개의 콤감지부가 형성되어 있는데 지지대와 콤감지부는 필요에 따라 그 갯수를 증가할 수 있고, 도 1에 예시된 바와 같이 스티프너와 지지대는 서로 교차되어 연결될 수 있다.When the sound wave is applied, the diaphragm is shifted in the vertical direction, and the liquid comb finger is also shifted in the vertical direction. On the other hand, since the fixed comb finger is attached to a rigid support, there is little variation due to sound waves. Thus, the capacitance between the floating comb finger and the fixed comb finger changes, and the intensity of the sound wave is obtained by measuring the change in capacitance. In the present invention, a region consisting of a floating comb finger and a fixed comb finger for sensing a sound wave is referred to as a comb sensor. In FIG. 1, three support bars and four comb sense portions are formed. The number of supports and comb sense portions can be increased according to need, and the stiffener and the support can be crossed and connected as illustrated in FIG.

다이아프램과 윙간의 간극은 수㎛ 이내로 작기 때문에 음파가 다이아프램 아래로 거의 새어 나가지 못하므로 큰 압력의 음파가 인가될 시 다이아프램이 파괴되는 것을 방지하기 위하여 별도의 벤트홀(Vent Hole, 미도시)이 형성되는 것이 바람직하다. Since the gap between the diaphragm and the wing is small within a few micrometers, the sound wave can not escape almost under the diaphragm. Therefore, in order to prevent the diaphragm from being broken when a large pressure wave is applied, a separate vent hole ) Is preferably formed.

유동콤핑거와 스티프너는 동일공정에 의해 형성되는 것이 바람직하며, 설계에 따라 유동콤핑거와 스티프너는 다이아프램 상부에 부착시킬 수도 있고, 다이아프램 하부에 부착시킬 수도 있다. 또, 지지대를 다이아프램 상하에 형성한 후, 유동콤핑거의 수직 양방향에 고정콤핑거를 쌍으로 형성할 수도 있다. 이와 같이 다양한 경우에 대한 도 1의 콤감지부의 단면(단면 A-A')과 지지대와 다이아프램 및 스티프너가 교차되는 부분의 단면(단면 B-B')이 도 2에서 도 4에 걸쳐 예시되어 있다.The flow comb finger and the stiffener are preferably formed by the same process, and depending on the design, the flow comb finger and the stiffener may be attached to the top of the diaphragm or may be attached to the bottom of the diaphragm. Further, after the supporting bar is formed above and below the diaphragm, fixed comb fingers may be formed in pairs in the vertical both directions of the floating comb finger. The cross section (section A-A ') of the comb sense unit of FIG. 1 and the cross section (cross section B-B') of the support and the diaphragm and the stiffener are illustrated in FIGS. have.

도 2의 (가)는 유동콤핑거와 스티프너를 다이아프램의 상측에 부착하고, 고정콤핑거를 유동콤핑거에 비하여 상측으로 편이시킨 경우의 콤감지부의 단면을 보여주고 있다. 도 2의 (나)와 같이 지지대와 다이아프램 및 스티프너가 교차되는 부분에서는 스티프너와의 충돌을 피하기 위해 지지대는 상측으로 홈을 이루고 있다.FIG. 2 (a) shows a cross section of the comb sensing unit in which the floating comb finger and the stiffener are attached to the upper side of the diaphragm and the fixed comb finger is shifted upward relative to the floating comb finger. As shown in (B) of FIG. 2, at the portion where the support, the diaphragm and the stiffener intersect, the support is grooved upward to avoid collision with the stiffener.

도 3의 (가)는 유동콤핑거와 스티프너를 다이아프램의 하측에 부착하고, 고정콤핑거를 유동콤핑거에 비하여 하측으로 편이시킨 경우의 콤감지부의 단면을 보여주고 있다. 도 6a의 (나)와 같이 지지대와 다이아프램 및 스티프너가 교차되는 부분에서는 스티프너와의 충돌을 피하기 위해 지지대는 하측으로 홈을 이루고 있다.3 (A) shows a cross section of the comb sensing unit in which the floating comb finger and the stiffener are attached to the lower side of the diaphragm and the fixed comb finger is shifted downward relative to the floating comb finger. As shown in (B) of FIG. 6A, at the portion where the support, the diaphragm and the stiffener intersect, the support member has a groove downward to avoid collision with the stiffener.

도 4a의 (가)는 유동콤핑거와 스티프너를 다이아프램의 상측 및 하측에 부착하고, 고정콤핑거를 유동콤핑거 상하측에 각각 형성한 경우의 콤감지부의 단면을 보여주고 있다. 이때, 상부 고정콤핑거는 상부 유동콤핑거를 기준으로 상측으로 편이하고, 하부 고정콤핑거는 하부부 유동콤핑거를 기준으로 하측으로 편이 시킨다. 이 구조에서는 상부 유동콤핑거와 상부 고정콤핑거 간의 정전용량변화와 하부 유동콤핑거와 하부 고정콤핑거 간의 정전용량변화가 반대로 발생하므로 차동 정전용량 변화를 감지할 수 있다. 도 4b의 (나)와 같이 지지대와 다이아프램 및 스티프너가 교차되는 부분에서는 다이아프램 및 스티프너와의 충돌을 피하기 위해 상부 지지대는 상측으로 홈을 이루고 있고 하부 지지대는 하측으로 홈을 이루고 있다.4A shows a cross section of the comb sensing unit in the case where the floating comb finger and the stiffener are attached to the upper and lower sides of the diaphragm and the fixed comb fingers are formed on the upper and lower sides of the floating comb finger, respectively. At this time, the upper fixed comb finger shifts upward with reference to the upper flow comb finger, and the lower fixed comb finger shifts downward with reference to the lower floating comb finger. In this structure, the capacitance change between the upper flow comb finger and the upper fixed comb finger and the capacitance change between the lower floating comb finger and the lower fixed comb finger are reversed, so that the differential capacitance change can be detected. As shown in (B) of FIG. 4B, in order to avoid collision with the diaphragm and the stiffener at the portion where the support, the diaphragm and the stiffener intersect, the upper support member is grooved upward and the lower support member is recessed downward.

한편, 스티프너 및 지지대는 강성을 더욱 크게 하기 위하여 도 5의 (가)와 같이 평행한 2개를 서로 연결하거나, 도 5의 (나)와 같이 평행한 3개를 서로 연결할 수 있다.On the other hand, in order to further increase rigidity, the stiffener and the support base may be connected to each other in parallel, as shown in Fig. 5 (A), or in parallel with each other as shown in Fig. 5 (B).

나아가, 나아가, 1개 이상의 스티프너 및/또는 지지대를 연결하여 삼각, 사각, 육각 등 다양한 다각 형태로 서로 연결되도록 하여 강성을 증가시킬 수도 있다.Further, the stiffness may be increased by connecting one or more stiffeners and / or supports to each other in various polygonal shapes such as triangular, square, and hexagonal.

더 나아가, 스티프너 및/또는 지지대를 연결시킴으로써, 더 다양한 모든 형태로 연결시킬 수도 있음이 당연하다. 예를 들면, 다각 형태로 구성된 스티프터 및/또는 지지대에 평행한 형태의 스티프터 및/또는 지지대를 결합함으로써 다양항 형태를 구성하는 것이 그 예이다. 또 다른 일예로 위의 다각 형태를 통한 메쉬(mesh) 형태도 그 예이다.Furthermore, by connecting the stiffener and / or the support, it is of course possible to connect them in all the more various forms. For example, a stiffener configured in a polygonal shape and / or a stiffener and / or a support in a form parallel to a support are combined to form a variety of shapes. Another example is the mesh shape through the above polygonal shape.

유동콤핑거 및 고정콤핑거는 폭이 작고, 두께가 크며, 길이가 크며, 유동콤핑거와 고정콤핑거간의 간격이 좁을수록 정전용량이 크게 되어 바람직하다. 또, 고정콤핑거의 편이정도는 고정콤핑거의 두께의 1/2정도가 되도록 하는 것이 정전용량의 변화를 감지하는 측면에서 바람직하다. 또한, 고정콤핑거와 고정콤핑거 간의 간격은 넓을수록 다이아프램이 음파에 의해 변이될 때 공기의 저항이 작아지므로 충분한 간격을 유지하는 것이 바람직하다. 스티프너와 지지대는 두꺼울수록 강성이 커지므로 두께가 큰 것이 바람직하며, 다이아프램은 스티프너에 의해서 강성이 보강되므로 두께를 낮추는 것이 바람직하다. 또한, 지지대는 다이아프램과 스티프너로부터 큰 간격으로 이격되는 것이 바람직하다. The floating comb fingers and the fixed comb fingers are small in width, large in thickness, and large in length, and the smaller the interval between the floating comb fingers and the fixed comb fingers, the larger the capacitance is. It is preferable that the degree of deviation of the fixed comb finger is about 1/2 of the thickness of the fixed comb finger in terms of sensing a change in capacitance. In addition, it is preferable that the larger the interval between the fixed comb fingers and the fixed comb fingers is, the larger the interval between the fixed comb fingers and the fixed comb fingers is, because the resistance of the air becomes smaller when the diaphragm is shifted by the sound waves. It is preferable that the thickness of the diaphragm is increased because the stiffener and the support are thicker because the stiffener becomes thicker and the diaphragm is reinforced by the stiffener. Further, it is preferable that the support member is spaced apart from the diaphragm and the stiffener at a large interval.

그러나, 이러한 설계 수치들은 재질, 제조공정 및 기계적특성 측면을 고려하여 최적화 하여야 하며, 본 발명에서는 유동콤핑거 및 고정콤핑거의 폭은 1㎛~10㎛, 두께는 2㎛~20㎛, 길이는 10㎛~100㎛, 유동콤핑거와 고정콤핑거 간의 간격은 0.5㎛~5㎛, 고정콤핑거와 고정콤핑거 간의 간격은 2㎛~20㎛인 것을 설계에 검토하였다. 또한, 스티프너와 지지대의 폭은 1㎛~10㎛, 두께는 2㎛~20㎛를 검토하였으며, 다이아프램의 두께는 0.3㎛~3㎛를 검토하였다. 지지대는 다이아프램과 스티프너로부터 1㎛~20㎛ 이격될 수 있음을 검토하였다. 콤감지부에서의 정전용량은 기판에 형성되는 단자에서 측정해야 하므로 유동콤핑거, 고정콤핑거, 다이아프램 및 지지대는 전도성을 갖는 재질이어야 한다.However, in the present invention, the width of the floating comb finger and the fixed comb finger is 1 탆 to 10 탆, the thickness is 2 탆 to 20 탆, and the length is 10 탆 to 100 탆, the gap between the floating comb finger and the fixed comb finger is 0.5 탆 to 5 탆, and the interval between the fixed comb finger and the fixed comb finger is 2 탆 to 20 탆. Further, the width of the stiffener and the support was 1 탆 to 10 탆, the thickness was 2 탆 to 20 탆, and the thickness of the diaphragm was 0.3 탆 to 3 탆. It has been observed that the support can be spaced from 1 탆 to 20 탆 from the diaphragm and the stiffener. Since the capacitance at the comb sensing unit must be measured at the terminals formed on the substrate, the floating comb finger, the fixed comb finger, the diaphragm, and the supporting member must be made of a conductive material.

이하, 도 2에서 도 4b까지의 각 구조를 구현하는 제조방법은 도 6a에서 도8에 걸쳐서 설명한다. Hereinafter, a manufacturing method for implementing each structure shown in FIG. 2 to FIG. 4B will be described with reference to FIGS. 6A to 8.

도 6a 내지 도 6c는 유동콤핑거와 스티프너가 다이아프램 상부에 형성되는 동시에 고정콤핑거가 유동콤핑거를 기준으로 상측으로 편이되어 있는 본 발명의 마이크로폰의 제조공정을 보여준다.6A to 6C show a manufacturing process of a microphone according to the present invention in which a floating comb finger and a stiffener are formed on the diaphragm while a fixed comb finger is shifted upward with respect to a floating comb finger.

먼저, 도 6a의 (가)와 같이 기판에 보호층을 형성하고, 도 6a의 (나)와 같이 보호층 위에 전도성이 있는 탄성층 패턴을 형성한다. 탄성층 패턴은 다이아프램과 윙과 지지스프링을 이루게 된다. 본 발명에서는 기판으로서 (100)면의 실리콘 웨이퍼를, 보호층으로서 0.5㎛ 두께의 실리콘질화막을 사용하였으며, 탄성층으로서는 0.5㎛ 두께의 폴리실리콘을 사용하였다. 그 다음 도 6a의 (다)와 같이 제 1희생층 패턴에 평탄하게 충진된 제 1전도체를 형성한다. 이와 같이 희생층 패턴에 전도체를 평탄하게 충진하는 방법으로는 여러 가지가 있다. 희생층으로서 USG(Undoped Silicon oxide Glass), PSG(Phosphosilicate Glass), BPSG(Borophosphosilicate Glass), SOG(Spin On Glass), TEOS(Tetraethyl Orthosilicate)을 RIE(Reactive Ion Etching)방법으로 식각하여 트렌치(Trench)를 형성하고, 폴리실리콘 또는 비정질실리콘(Armophous Silicon) 또는 알루미늄 또는 티타늄 또는 마그네슘 또는 니켈 또는 텅스텐 또는 구리 등의 전도층을 증착한 후 CMP(Chemical Mechanical Polishing)방법으로 연마하여 트렌치에 전도체를 평탄하게 충진할 수 있다(방법 1). 다른 방법으로는 희생층으로서의 포토레지스트로 패턴을 형성하거나 희생층으로서의 폴리이미드를 식각하여 트렌치를 형성한 후, 알루미늄 또는 티타늄 또는 니켈 또는 텅스텐 또는 구리 등의 금속을 증착한 후 금속 표면층을 식각하여 트렌치에 전도체를 충진할 수 있다(방법 2). 또 다른 방법으로는 희생층으로서의 포토레지스트(Photoresist)로 패턴을 형성하거나 희생층으로서의 폴리이미드(Polyimide)를 식각하여 트렌치를 형성한 후, 니켈 또는 구리를 무전해도금(Electroless Plating)하여 트렌치에 전도체를 형성할 수 있다(방법 3). 본 발명에서는 "방법 1"을 사용하였으며, 제 1희생층으로서 4㎛ 두께의 USG를 사용하고 제 1전도체는 폴리실리콘을 1㎛ 증착 후 CMP방법으로 연마하여 형성하였다. 그 다음 도 6b의 (라)와 같이 "방법 1"을 사용하여 제 2희생층으로서 2㎛ 두께의 USG를 증착하고, 제 1희생층의 2㎛까지 깊이까지 트렌치를 형성한 후 제 2전도체로서 폴리실리콘을 1㎛ 증착 후 CMP방법으로 연마하였다. 그 다음 도 6b의 (마)와 같이 4㎛두께의 USG를 사용한 제 3희생층 패턴에 폴리실리콘을 사용한 제 3전도체를 충진하였다. 그 다음, 도 6c의 (바)와 같이 기판밑면과 보호층을 순차적으로 식각하였다. 마지막으로 도 6c의 (사)와 같이 희생층을 제거하면, 윙으로부터 간극을 갖고 분리된 다이아프램이 형성되며, 다이아프램의 상부에 부착된 유동콤핑거와 스트프너가 형성된다. 또한 유동콤핑거의 양측에 일정간격을 갖고 배치되면서 유동콤핑거를 기준으로 상측으로 편이된 고정콤핑거가 형성되며, 고정콤핑거는 기판에 고정되면서 다이아프램과 스티프너로부터 상측으로 이격되어 있는 지지대에 부착된다. 결국, 유동콤핑거와 고정콤핑거의 세트는 음파에 의하여 정전용량이 변화하는 콤감지부를 이루게 된다. 본 발명에서는 다수의 지지부와 콤감지부가 형성되므로 각 지지부는 하나의 전극으로 전기적으로 연결되며, 이러한 인터컨넥션(Interconnection) 공정은 통상적이므로 예시된 본 제조공정에서는 생략하였다.First, a protective layer is formed on the substrate as shown in (a) of FIG. 6A, and an elastic layer pattern having conductivity is formed on the protective layer as shown in (B) of FIG. 6A. The elastic layer pattern forms a diaphragm, a wing and a support spring. In the present invention, a silicon wafer of (100) plane was used as the substrate, a silicon nitride film of 0.5 mu m thickness was used as the protective layer, and polysilicon of 0.5 mu m thickness was used as the elastic layer. Next, as shown in (c) of FIG. 6A, a first conductor filled in a first sacrificial layer pattern is formed. There are various methods of filling the conductor in the sacrificial layer pattern as described above. As a sacrificial layer, an undoped silicon oxide glass (PSG), a phosphosilicate glass (PSG), a borophosphosilicate glass (BPSG), a spin on glass (SOG), and a tetraethyl orthosilicate (TEOS) are etched by RIE (Reactive Ion Etching) A conductive layer such as polysilicon or amorphous silicon or aluminum or titanium or magnesium or nickel or tungsten or copper is deposited and then polished by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method to flatten the trench with the conductor (Method 1). Alternatively, a pattern is formed with a photoresist as a sacrificial layer, or a polyimide as a sacrificial layer is etched to form a trench. Then, a metal such as aluminum or titanium or nickel or tungsten or copper is deposited, and the metal surface layer is etched to form a trench (Method 2). As another method, a pattern is formed using a photoresist as a sacrificial layer, or a polyimide as a sacrificial layer is etched to form a trench, and then nickel or copper is electroless plated to form a conductor (Method 3). In the present invention, "Method 1" was used. USG as a first sacrificial layer and USG as a first sacrificial layer were formed by depositing polysilicon in a thickness of 1 mu m and polished by a CMP method. Subsequently, as shown in Fig. 6B (d), a 2 탆 thick USG was deposited as a second sacrificial layer by using "Method 1 ", a trench was formed to a depth of 2 탆 of the first sacrificial layer, Polysilicon was deposited to a thickness of 1 mu m and polished by the CMP method. Then, as shown in FIG. 6 (e), a third conductor using polysilicon was filled in the third sacrificial layer pattern using USG having a thickness of 4 탆. Then, the bottom surface of the substrate and the protective layer were sequentially etched as shown in FIG. 6C (bar). Finally, when the sacrificial layer is removed as shown in FIG. 6C, a separated diaphragm having a gap from the wing is formed, and a floating comb finger and a strainer attached to the upper portion of the diaphragm are formed. The fixed comb fingers are disposed on both sides of the floating comb fingers at regular intervals and are shifted upward with reference to the floating comb fingers. The fixed comb fingers are fixed to the substrate and supported on the support frame spaced upward from the diaphragm and the stiffener Respectively. As a result, the set of the floating comb finger and the fixed comb finger constitute the comb sense unit in which the capacitance is changed by the sound wave. In the present invention, since a plurality of supporters and comb sense units are formed, each supporter is electrically connected to one electrode. Such an interconnection process is common and is omitted in the illustrated manufacturing process.

도 7은 유동콤핑거와 스티프너가 다이아프램 하부에 형성되는 동시에 고정콤핑거가 유동콤핑거를 기준으로 하측으로 편이되어 있는 본 발명의 마이크로폰의 제조공정을 보여준다.7 shows a manufacturing process of a microphone according to the present invention in which a floating comb finger and a stiffener are formed under the diaphragm while a fixed comb finger is shifted downward with respect to a floating comb finger.

도 7의 (가)는 보호층 위에 각 희생층과 각 희생층 패턴에 충진된 각 전도체 및 탄성층이 쌓여 있는 구조를 보여준다. 이러한 각 희생층 및 전도체는 도 6a 내지 도 6c에서 설명한 "방법 1"의 공정을 사용하여 형성되었다. 보호층은 0.5㎛ 두께의 실리콘 질화막을 사용하였고, 탄성층은 0.5㎛ 두께의 폴리실리콘을 사용하였다. 모든 희생층의 재질은 USG로 하였고 모든 전도체는 폴리실리콘을 사용하였다. 제 1희생층의 두께는 4㎛, 제 2희생층의 두께는 4㎛, 제 3희생층의 두께는 2㎛로 하였다. 도 7의 (가)공정이 완료된 후 도 7의 (나)와 같이 기판의 밑면으로부터 기판, 보호층 및 희생층을 순차적으로 식각하면, 윙으로부터 간극을 갖고 분리된 다이아프램이 형성되며, 다이아프램의 하부에 부착된 유동콤핑거와 스트프너가 형성된다. 또한 유동콤핑거의 양측에 일정간격을 갖고 배치되면서 유동콤핑거를 기준으로 하측으로 편이된 고정콤핑거가 형성되며, 고정콤핑거는 기판에 고정되면서 다이아프램과 스티프너로부터 하측으로 이격되어 있는 지지대에 부착된다. 결국, 유동콤핑거와 고정콤핑거의 세트는 음파에 의하여 정전용량이 변화하는 콤감지부를 이루게 된다. 본 발명에서는 다수의 지지대와 콤감지부가 형성되므로 각 지지대는 하나의 전극으로 전기적으로 연결되며, 이러한 인터컨넥션(Interconnection) 공정은 통상적이므로 예시된 본 제조공정에서는 생략하였다.7A shows a structure in which respective sacrificial layers and respective conductors and elastic layers filled in each sacrificial layer pattern are stacked on a protective layer. Each of these sacrificial layers and conductors was formed using the "Method 1" process described in Figs. 6A to 6C. A silicon nitride film having a thickness of 0.5 mu m was used as the protective layer, and a polysilicon film having a thickness of 0.5 mu m was used as the elastic layer. All sacrificial layers were made of USG and all conductors were made of polysilicon. The thickness of the first sacrificial layer was 4 mu m, the thickness of the second sacrificial layer was 4 mu m, and the thickness of the third sacrificial layer was 2 mu m. When the substrate, the protective layer and the sacrificial layer are sequentially etched from the bottom surface of the substrate as shown in (b) of FIG. 7 after the step (a) of FIG. 7 is completed, diaphragms separated from each other with a gap are formed, A floating comb finger and a strapper attached to the lower part of the frame are formed. The fixed comb fingers are disposed on both sides of the floating comb fingers at regular intervals and are shifted downward with respect to the floating comb fingers. The fixed comb fingers are fixed to the substrate while being separated from the diaphragm and the stiffener, Respectively. As a result, the set of the floating comb finger and the fixed comb finger constitute the comb sense unit in which the capacitance is changed by the sound wave. In the present invention, since a plurality of supporters and comb sense units are formed, each supporter is electrically connected to one electrode. Such an interconnection process is common, and thus is omitted in the illustrated manufacturing process.

도 8은 유동콤핑거와 스티프너가 다이아프램 상부 및 하부에 형성되는 동시에 고정콤핑거가 유동콤핑거를 기준으로 상하측에 쌍으로 형성되어 있는 본 발명의 마이크로폰의 제조공정을 보여준다. 8 shows a manufacturing process of a microphone according to the present invention in which a floating comb finger and a stiffener are formed on upper and lower portions of a diaphragm while fixed comb fingers are formed on upper and lower sides with respect to a floating comb finger.

도 8의 (가)는 보호층 위에 각 희생층과 각 희생층 패턴에 충진된 각 전도체 및 탄성층이 쌓여 있는 구조를 보여준다. 이러한 각 희생층 및 전도체는 도 6a 내지 도 6c에서 설명한 "방법 1"의 공정을 사용하여 형성되었다. 보호층은 0.5㎛ 두께의 실리콘 질화막을 사용하였고, 탄성층은 0.5㎛ 두께의 폴리실리콘을 사용하였다. 모든 희생층의 재질은 USG로 하였고 모든 전도체는 폴리실리콘을 사용하였다. 제 1희생층의 두께는 4㎛, 제 2희생층의 두께는 4㎛, 제 3희생층의 두께는 2㎛, 제 4희생층의 두께는 4㎛, 제 5희생층의 두께는 2㎛, 제 6희생층의 두께는 4㎛로 하였다. 도 8의 (가)공정이 완료된 후 도 8의 (나)와 같이 기판의 밑면으로부터 기판, 보호층 및 희생층을 순차적으로 식각하면, 윙으로부터 간극을 갖고 분리된 다이아프램이 형성되며, 다이아프램의 상부에 부착된 상부 유동콤핑거와 다이아프램의 하부에 부착된 하부 유동콤핑거 및 스트프너가 형성된다. 또한 상부 및 하부 유동콤핑거의 양측에 일정간격을 갖고 배치되면서 상부 유동콤핑거를 기준으로 상측으로 편이된 상부 고정콤핑거와 하부 유동콤핑거를 기준으로 하측으로 편이된 하부 고정콤핑거가 형성된다. 상부 고정콤핑거는 기판에 고정되면서 다이아프램과 스티프너로부터 상측으로 이격되어 있는 상부 지지대에 부착되고, 하부 고정콤핑거는 기판에 고정되면서 다이아프램과 스티프너로부터 하측으로 이격되어 있는 하부 지지대에 부착된다. 결국, 유동콤핑거와 상부 고정콤핑거와 하부 고정핑거의 세트는 음파에 의하여 정전용량이 차동으로 변화하는 콤감지부를 이루게 된다. 본 발명에서는 다수의 상부 지지대와 하부 지지대와 콤감지부가 형성되므로 각 상부 지지부는 하나의 전극으로 전기적으로 연결되고 각 하부 지지부는 또 다른 하나의 전극으로 연결된다. 이러한 인터컨넥션(Interconnection) 공정은 통상적이므로 예시된 본 제조공정에서는 생략하였다.Fig. 8 (a) shows a structure in which respective sacrificial layers and respective conductors and elastic layers packed in respective sacrificial layer patterns are stacked on a protective layer. Each of these sacrificial layers and conductors was formed using the "Method 1" process described in Figs. 6A to 6C. A silicon nitride film having a thickness of 0.5 mu m was used as the protective layer, and a polysilicon film having a thickness of 0.5 mu m was used as the elastic layer. All sacrificial layers were made of USG and all conductors were made of polysilicon. The thickness of the first sacrificial layer is 4 占 퐉, the thickness of the second sacrificial layer is 4 占 퐉, the thickness of the third sacrificial layer is 2 占 퐉, the thickness of the fourth sacrificial layer is 4 占 퐉, the thickness of the fifth sacrificial layer is 2 占 퐉, The thickness of the sixth sacrificial layer was 4 mu m. When the substrate, the protective layer and the sacrifice layer are sequentially etched from the bottom surface of the substrate as shown in Fig. 8 (b) after the step (a) of Fig. 8 is completed, a diaphragm separated from the wing with a gap is formed, An upper flow comb finger attached to the upper portion of the diaphragm, and a lower flow comb finger and strainer attached to the lower portion of the diaphragm. The upper and lower movable comb fingers are disposed at equal intervals on both sides of the upper and lower movable comb fingers to form upper fixed comb fingers shifted upward and lower fixed comb fingers shifted downward with reference to the lower flow comb finger . The upper fixed comb finger is attached to the upper support which is fixed to the substrate and spaced upward from the diaphragm and the stiffener and the lower fixed comb finger is attached to the lower support which is fixed to the substrate and spaced downward from the diaphragm and the stiffener. As a result, the set of the floating comb finger, the upper fixed comb finger, and the lower fixed finger forms a comb sense unit in which capacitance changes in a differential manner due to a sound wave. In the present invention, since a plurality of upper supporters, a lower supporter and a comb sensing unit are formed, each upper supporter is electrically connected to one electrode and each lower supporter is connected to another electrode. Such an interconnection process is conventional and is omitted in the illustrated manufacturing process.

한편, 본 발명의 각 제조공정에서 사용된 각 희생층 및 전도체의 두께는 2~4㎛ 범위이나 설계에 따라 20㎛까지 증가시킬 수 있다. 또, 설계에 따라 기판의 재질은 실리콘 외에 스테인레스강, 니켈, 구리, 티타늄, 유리 또는 폴리이미드 등을 사용할 수 있고, 보호층으로서는 실리콘 질화막 외에 실리콘 산화막 또는 폴리이미드를 사용할 수 있다. 탄성층은 폴리실리콘 외에 비정질실리콘, 알루미늄, 마그네슘, 니켈, 티타늄, 바나듐, 지르코늄, 크롬, 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈륨 등의 금속을 사용할 수 있다. Meanwhile, the thickness of each sacrificial layer and the conductor used in each manufacturing process of the present invention is in the range of 2 to 4 탆, but it can be increased to 20 탆 according to the design. Depending on the design, stainless steel, nickel, copper, titanium, glass, polyimide or the like can be used as the material of the substrate in addition to silicon. As the protective layer, a silicon oxide film or polyimide can be used in addition to the silicon nitride film. As the elastic layer, amorphous silicon, aluminum, magnesium, nickel, titanium, vanadium, zirconium, chromium, tungsten, molybdenum and tantalum may be used in addition to polysilicon.

또 다른 한편으로는, 다이아프램의 면적은 0.1mm x 0.1mm(0.01mm2)에서 2mm x 2mm(4mm2)범위에서 설계될 수 있다. 또한, 다이아프램의 형태는 도 1에 예시된 정사각형 외에도 직사각형, 8각형, 원형이 될 수 있음은 자명하다.On the other hand, the area of the diaphragm can be designed in the range of 0.1 mm x 0.1 mm (0.01 mm 2 ) to 2 mm x 2 mm (4 mm 2 ). It is to be understood that the shape of the diaphragm may be rectangular, octagonal, or circular in addition to the square illustrated in Fig.

예를 들면, 도 9에는 엣지 릴리스드 다이아프램(Edge Released Diaphragm) 형태로서 원형 다이아프램이 사용된 본 발명의 마이크로폰이 예시되어 있다. For example, FIG. 9 illustrates a microphone of the present invention in which a circular diaphragm is used in the form of an edge released diaphragm.

윙으로부터의 간극에 의해 기판으로부터 기계적으로 분리되어 있는 원형 다이아프램에는 원주 방향과 직경방향으로 스티프너가 부착되어 있다. 다이아프램의 일정영역 상에는 유동콤핑거가 부착되어 있고, 다이아프램 및 스티프너로부터 이격되어 직경방향으로 가로지르는 지지대에 부착된 고정콤핑거가 유동콤핑거의 양측에 일정간격을 갖고 배치되어 있다.A circular diaphragm mechanically separated from the substrate by a gap from the wing is attached with a stiffener in the circumferential and radial directions. On a certain area of the diaphragm, a floating comb finger is attached, and fixed comb fingers attached to the supporting rods which are spaced apart from the diaphragm and the stiffener and crossing in the radial direction are arranged at equal intervals on both sides of the floating comb finger.

스티프너 및 유동콤핑거는 다이아프램의 상부, 하부 또는 상부와 하부에 부착되고, 이에 따라 고정콤핑거 및 지지대는 다이어프램의 상측, 하측 또는 상측과하측에 위치함은 자명하다.The stiffener and the floating comb finger are attached to the upper, lower or upper and lower portions of the diaphragm so that the fixed comb fingers and the support are positioned above, below, or above and below the diaphragm.

도 1 및 도 9에서 예시된 본 발명의 MEMS 캐패시티브 마이크로폰의 다이아프램은 엣지 릴리스드 다이아프램(Edge Released Diaphragm) 형태이다. 그러나, 본 발명에 의하면 콤감지부는 다이아프램의 내부에서 형성되므로 엣지 클램프드 다이아프램(Edge Clamped Diaphragm), 예를 들면 콜루게이티드 다이아프램(Corrugated Diaphragm)에도 적용할 수 있음은 자명하다.The diaphragm of the MEMS capacitive microphone of the present invention illustrated in Figures 1 and 9 is in the form of an Edge Released Diaphragm. However, according to the present invention, since the comb sense unit is formed inside the diaphragm, it is obvious that the comb sense unit can be applied to an edge clamped diaphragm, for example, a corrugated diaphragm.

이와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술분야에 있어 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It is self-evident to those who have.

그러므로 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수 있다.Therefore, the above-described embodiments are to be considered as illustrative rather than restrictive, and accordingly the present invention is not limited to the above description, but may be modified within the scope of the appended claims and equivalents thereof.

Claims (19)

윙과의 사이 간극에 의해 기판으로부터 분리된 다이아프램이 지지스프링에 의해 기판에 매달려 있으며, 스티프너가 부착된 다이아프램 내부의 다수의 영역에서 다수의 유동콤핑거가 부착되며, 각각의 유동콤핑거의 양측에 일정 간격을 갖고 배치되며 유동콤핑거보다 상측으로 편이된 다수의 고정콤핑거가 형성되며, 이로 인해 상기 다수의 유동콤핑거 및 고정콤핑거가 세트로 형성된 콤감지부가 다수 형성되며, 양단이 기판에 지지되면서 다이아프램 및 스티프너로부터 수직방향으로 이격되어 다이프램을 횡단하는 다수의 지지대가 형성되며, 상기 고정콤핑거는 지지대에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는, MEMS 캐패시티브 마이크로폰.
A diaphragm separated from the substrate by a gap between the wing is suspended from the substrate by a support spring, a plurality of floating comb fingers are attached in a plurality of regions inside the diaphragm to which the stiffener is attached, A plurality of fixed comb fingers arranged at equal intervals on both sides and shifted upward from the floating comb fingers are formed, whereby a number of comb sense units formed with the plurality of floating comb fingers and fixed comb fingers are formed, A plurality of supports spaced vertically from the diaphragm and the stiffener being supported by the substrate and traversing the diaphragm are formed, the fixed comb fingers being attached to the support.
제 1항에 있어서,
상기 다이아프램은 엣지 릴리스드 다이아프램이거나 엣지 클램프드 다이아프램인 것을 특징으로 하는, MEMS 캐패시티브 마이크로폰.
The method according to claim 1,
Wherein the diaphragm is an edge-released diaphragm or an edge-clamped diaphragm.
제 1항에 있어서,
상기 스티프너 및 유동콤핑거는 다이아프램의 상부에 부착되며, 고정콤핑거는 유동콤핑거를 기준으로 상측으로 편이되며, 지지대는 다이아프램 및 스티프너로부터 상측으로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는, MEMS 캐패시티브 마이크로폰.
The method according to claim 1,
Characterized in that the stiffener and the floating comb finger are attached to the top of the diaphragm and the fixed comb finger is shifted upward relative to the floating comb finger and the support is spaced upward from the diaphragm and the stiffener. Microphones.
제 1항에 있어서,
상기 스티프너 및 유동콤핑거는 다이아프램의 하부에 부착되며, 고정콤핑거는 유동콤핑거를 기준으로 하측으로 편이되며, 지지대는 다이아프램 및 스티프너로부터 하측으로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는, MEMS 캐패시티브 마이크로폰.
The method according to claim 1,
Characterized in that the stiffener and the floating comb fingers are attached to the bottom of the diaphragm and the fixed comb fingers are shifted downward relative to the floating comb fingers and the supports are spaced downwardly from the diaphragm and the stiffener. Microphones.
제 1항에 있어서,
상기 스티프너 및 유동콤핑거는 다이아프램의 상부와 하부에 부착되며, 상측의 고정콤핑거는 상부의 유동콤핑거를 기준으로 상측으로 편이되며, 하측의 고정콤핑거는 하부의 유동콤핑거를 기준으로 하측으로 편이되며, 상측의 고정콤핑거는 다이아프램 및 지지대로부터 상측으로 이격되어 있는 지지대에 부착되며, 하측의 고정콤핑거는 다이아프램 및 지지대로부터 하측으로 이격되어 있는 지지대에 부착되는 것을 특징으로 하는, MEMS 캐패시티브 마이크로폰.
The method according to claim 1,
The stiffener and the floating comb finger are attached to the upper and lower portions of the diaphragm and the upper fixed comb finger is shifted upward with respect to the upper floating comb finger and the lower fixed comb finger is moved with respect to the lower floating comb finger Wherein the upper fixed comb finger is attached to a support stand spaced upward from the diaphragm and support and the lower fixed comb finger is attached to a support stand spaced downwardly from the diaphragm and support. , MEMS capacitive microphones.
제 1항에 있어서,
상기 유동콤핑거와 고정콤핑거의 폭은 1㎛에서 10㎛범위이고, 두께는 2㎛에서 20㎛범위이며, 길이는 10㎛에서 100㎛ 범위인 것을 특징으로 하는, MEMS 캐패시티브 마이크로폰.
The method according to claim 1,
Wherein the width of the floating comb finger and the fixed comb finger is in the range of 1 탆 to 10 탆, the thickness is in the range of 2 탆 to 20 탆, and the length is in the range of 10 탆 to 100 탆.
제 1항에 있어서,
상기 유동콤핑거와 고정콤핑거의 간격은 0.5㎛에서 5㎛범위이고, 고정콤핑거와 고정콤핑거의 간격은 2㎛에서 20㎛범위이며, 고정콤핑거는 유동콤핑거와 1㎛에서 10㎛범위로 중첩되며, 고정콤핑거는 유동콤핑거를 기준으로 상측 또는 하측으로 1㎛에서 10㎛범위로 편이된 것을 특징으로 하는, MEMS 캐패시티브 마이크로폰.
The method according to claim 1,
The spacing between the fixed comb fingers and the fixed comb fingers is in the range of 0.5 μm to 5 μm and the spacing between the fixed comb fingers and the fixed comb fingers is in the range of 2 μm to 20 μm, And wherein the fixed comb fingers are shifted upward or downward in the range of 1 탆 to 10 탆 with respect to the floating comb finger.
제 1항에 있어서,
상기 스티프너와 지지대의 폭은 1㎛에서 10㎛범위이고, 두께는 2㎛에서 20㎛범위인 것을 특징으로 하는, MEMS 캐패시티브 마이크로폰.
The method according to claim 1,
Wherein the width of the stiffener and the support is in the range of 1 占 퐉 to 10 占 퐉 and the thickness is in the range of 2 占 퐉 to 20 占 퐉.
제 1항에 있어서,
상기 지지대는 다이아프램 및 스티프너로부터 1㎛에서 20㎛ 범위에서 상측 또는 하측으로 이격된 것을 특징으로 하는, MEMS 캐패시티브 마이크로폰.
The method according to claim 1,
Wherein the support is spaced upward or downward from the diaphragm and the stiffener in the range of 1 [mu] m to 20 [mu] m.
제 1항에 있어서,
상기 스티프너 또는 지지대는 강성을 위해 평행한 1개 이상을 서로 결합하는 것을 특징으로 하는, MEMS 캐패시티브 마이크로폰.
The method according to claim 1,
Wherein the stiffener or support is configured to couple one or more parallel sides to one another for rigidity.
제 1항에 있어서,
상기 기판의 재질은 실리콘, 스테인레스강, 니켈, 구리, 티타늄, 유리 또는 폴리이미드 중 하나인 것을 특징으로 하는, MEMS 캐패시티브 마이크로폰.
The method according to claim 1,
Wherein the material of the substrate is one of silicon, stainless steel, nickel, copper, titanium, glass or polyimide.
제 1항에 있어서,
상기 기판에 형성된 보호층의 재질은 실리콘 질화막, 실리콘 산화막 또는 폴리이미드중 하나인 것을 특징으로 하는, MEMS 캐패시티브 마이크로폰.
The method according to claim 1,
Wherein the material of the protective layer formed on the substrate is one of a silicon nitride film, a silicon oxide film, and a polyimide film.
제 1항에 있어서,
상기 다이아프램, 윙 및 지지스프링의 재질은 폴리실리콘, 비정질실리콘, 알루미늄, 마그네슘, 니켈, 티타늄, 바나듐, 지르코늄, 크롬, 텅스텐, 몰리브덴 또는 탄탈륨 중 하나인 것을 특징으로 하는, MEMS 캐패시티브 마이크로폰.
The method according to claim 1,
Wherein the material of the diaphragm, the wing and the support spring is one of polysilicon, amorphous silicon, aluminum, magnesium, nickel, titanium, vanadium, zirconium, chromium, tungsten, molybdenum or tantalum.
제 1항에 있어서,
상기 유동콤핑거, 고정콤핑거, 스티프너 및 지지대의 재질은,
폴리실리콘, 비정질실리콘, 알루미늄, 티타늄, 마그네슘, 니켈, 텅스텐 또는 구리 중 하나인 것을 특징으로 하는, MEMS 캐패시티브 마이크로폰.
The method according to claim 1,
The material of the floating comb finger, the fixed comb finger, the stiffener,
Wherein the at least one layer is one of polysilicon, amorphous silicon, aluminum, titanium, magnesium, nickel, tungsten or copper.
제 1항에 있어서,
상기 다이아프램의 두께는 0.3㎛에서 3㎛범위이며, 평면적 형태는 정사각형이거나 직사각형이거나 8각형이거나 원형 중 하나이며, 면적은 0.01mm2에서 4mm2 범위인 것을 특징으로 하는, MEMS 캐패시티브 마이크로폰.
The method according to claim 1,
Wherein the diaphragm has a thickness in the range of 0.3 탆 to 3 탆 and the planar shape is one of a square, a rectangle, an octagonal or a circle, and an area ranging from 0.01 mm 2 to 4 mm 2 .
청구항 1에 있어서,
상기 스티프너, 유동콤핑거, 고정콤핑거 및 지지대는,
희생층을 형성하는 단계; 희생층에 트렌치를 형성하는 단계; 트렌치에 전도체를 충진하는 하는 단계; 희생층을 제거하는 단계로 제작되는 것을 특징으로 하는, MEMS 캐패시티브 마이크로폰.
The method according to claim 1,
The stiffener, the floating comb finger, the fixed comb finger,
Forming a sacrificial layer; Forming a trench in the sacrificial layer; Filling the trench with a conductor; Removing the sacrificial layer from the sacrificial layer.
제 16항에 있어서,
상기 희생층은 USG, PSG, BPSG, SOG, TEOS, 포토레지스트 또는 폴리이미드 중 하나인 것을 특징으로 하는, MEMS 캐패시티브 마이크로폰.
17. The method of claim 16,
Wherein the sacrificial layer is one of USG, PSG, BPSG, SOG, TEOS, photoresist, or polyimide.
제 16항에 있어서,
상기 트렌치를 형성하는 방법은 RIE 또는 포토레지스트를 노광하여 형성하는 방법 또는 폴리이미드를 식각하여 형성하는 방법 중 하나인 것을 특징으로 하는, MEMS 캐패시티브 마이크로폰.
17. The method of claim 16,
Wherein the method of forming the trench is one of a method of forming by RIE or photoresist exposure or a method of forming polyimide by etching.
제 16항에 있어서,
상기 전도체는 폴리실리콘, 비정질실리콘, 알루미늄, 티타늄, 마그네슘, 니켈, 텅스텐 또는 구리 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, MEMS 캐패시티브 마이크로폰.
17. The method of claim 16,
Wherein the conductor is any one of polysilicon, amorphous silicon, aluminum, titanium, magnesium, nickel, tungsten, or copper.
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