KR102175410B1 - 마이크로폰 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

마이크로폰 및 그 제조방법이 개신된다. 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰 제조방법은 기판의 상면 및 하면에 제1 산화막 및 제2 산화막을 각각 형성하는 단계; 상기 제1 산화막 위에 진동막, 및 제1 감광막 패턴을 형성하고, 상기 제1 감광막 패턴을 마스크로 해서 상기 진동막, 및 제1 산화막을 식각하여 적어도 하나의 슬롯을 형성하는 단계; 상기 제2 산화막에 제2 감광막 패턴을 형성한 후, 상기 제2 감광막 패턴을 마스크로 해서 상기 제2 산화막, 및 기판을 식각하여 상기 진동막의 일부를 노출하는 적어도 하나의 관통홀을 형성하는 단계; 및 상기 제2 감광막 패턴과 함께 제1 및 제2 산화막을 제거하여 상기 기판과 진동막 사이에 공기층을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰은 적어도 하나의 관통홀을 가진 고정막을 포함하는 기판; 및 상기 기판의 상부에 상기 고정막과 일정 유격을 두고 배치되며, 적어도 하나의 슬롯이 형성되는 진동막을 포함한다.

Description

마이크로폰 및 그 제조방법{MICROPHONE AND MANUFACTURING METHOD THE SAME}

본 발명은 마이크로폰 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마스크 수를 줄여, 제조공정 및 공정비용을 감소하는 마이크로폰 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 마이크로폰은 음성을 전기적인 신호로 변환하는 것으로, 최근 들어 점점 소형화되고 있으며, 이에 따라 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 이용한 마이크로폰이 개발되고 있다.

상기 MEMS 마이크로폰은 종래의 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰(ECM : Electret Condenser Microphone)에 비해 습기와 열에 대한 내성이 강하고, 소형화 및 신호처리 회로와의 집적화가 가능한 장점이 있다.

이러한 MEMS 마이크로폰은 정전용량형 방식의 MEMS 마이크로폰과 압전형 방식의 MEMS 마이크로폰으로 구분된다.

먼저, 정전용량형 방식의 MEMS 마이크로폰은 고정막과 진동막으로 구성되며, 외부에서 음압이 진동막에 가해지면, 고정막과 진동막 사이의 간격이 변하면서 정전용량 값이 변하게 된다.

이때 발생하는 전기적 신호로 음압을 측정하게 되는 것이다.

한편, 압전형 방식의 MEMS 마이크로폰은 진동막으로만 구성되어 있으며, 외부 음압에 의해 진동막이 변형될 때 압전(Piezoelectric)효과로 전기적 신호가 발생되어 음압을 측정하게 되는 것이다.

현재 대부분의 MEMS 마이크로폰은 정전용량형 방식을 사용하는데, 상기 정전용량형 방식의 경우, 표면 미세가공(surface micromachining)과 몸체 미세가공(bulk micromachining)을 이용하여 고정막 및 진동막을 형성한다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 정전용량형 방식은 공정이 복잡하고, 그 공정수가 많아 MEMS 마이크로폰의 제조 시 어려움이 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 제조공정과 공정비용을 감소시키는 마이크로폰 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 기판의 상면 및 하면에 제1 산화막 및 제2 산화막을 각각 형성하는 단계; 상기 제1 산화막 위에 진동막, 및 제1 감광막 패턴을 형성하고, 상기 제1 감광막 패턴을 마스크로 해서 상기 진동막, 및 제1 산화막을 식각하여 적어도 하나의 슬롯을 형성하는 단계; 상기 제2 산화막에 제2 감광막 패턴을 형성한 후, 상기 제2 감광막 패턴을 마스크로 해서 상기 제2 산화막, 및 기판을 식각하여 상기 진동막의 일부를 노출하는 적어도 하나의 관통홀을 형성하는 단계; 및 상기 제2 감광막 패턴과 함께 제1 및 제2 산화막을 제거하여 상기 기판과 진동막 사이에 공기층을 형성하는 단계를 포함하는 마이크로폰 제조방법을 제공할 수 있다.

또한, 상기 슬롯을 형성하는 단계는 상기 제1 감광막 패턴을 제거한 후, 상기 기판에 연결되는 제1 패드 및 상기 진동막에 연결되는 제2 패드를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 패드 및 제2 패드를 형성하는 단계는 상기 기판 및 진동막 위에 상기 기판의 일부 및 상기 진동막의 일부를 노출하는 감광막을 형성하는 단계; 상기 진동막 위, 기판의 일부분, 및 상기 진동막의 일부분에 금속층을 형성하는 단계; 및 상기 감광막, 및 상기 감광막 위에 형성된 상기 금속층을 제거하는 단계로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 관통홀을 형성하는 단계에서는 상기 기판의 중앙부에 고정막을 형성할 수 있다.

또한, 상기 관통홀을 형성하는 단계는 상기 제2 감광막 패턴을 마스크로 해서 기판의 배면을 식각하여 홈을 형성하는 단계; 및 상기 홈의 내측면에 제3 감광막 패턴을 형성한 후, 상기 제3 감광막 패턴을 마스크로 해서 상기 기판을 식각하여 관통홀을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 관통홀은 공기가 유입되는 통로를 포함할 수 있다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 적어도 하나의 관통홀을 가진 고정막을 포함하는 기판; 및 상기 기판의 상부에 상기 고정막과 일정 유격을 두고 배치되며, 적어도 하나의 슬롯이 형성되는 진동막을 포함하는 마이크로폰을 제공할 수 있다.

또한, 상기 진동막과 고정막 사이의 공간이 공기층으로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 기판은 상기 진동막의 가장자리 부분을 지지하는 산화막에 의해 상기 공기층을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 기판은 상기 고정막의 관통홀과 연결되는 홈을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 홈은 상부에서 하부로 갈수록 직경이 커지는 형상인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 홈은 상부와 하부의 직경이 동일한 형상인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 관통홀은 상부에서 하부로 갈수록 직경이 커지는 형상인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 관통홀은 상부와 하부의 직경이 동일한 형상인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 슬롯은 상기 상기 진동막의 가장자리 부분을 따라 일정 간격으로 이격되게 형성될 수 있다.

또한, 상기 기판은 실리콘으로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 기판은 폴리실리콘으로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 3장의 마스크를 사용하여 마이크로폰을 제작할 수 있으므로, 공정 수가 감소하고, 이에 따라 공정비용도 감소하는 효과가 있다.

이 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 마이크로폰의 진동막을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 마이크로폰의 제조방법을 도시한 도면이다.
도 8 내지 도10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 마이크로폰의 제조방법을 도시한 도면이다.
도 11는 제3 실시 예에 따른 마이크로폰의 제조방법을 도시한 도면이다.
도 12는 제4 실시 예에 따른 마이크로폰의 제조방법을 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예를 설명한다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다.

또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나, 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰의 개략적인 단면도이고, 도 2는 도 1의 마이크로폰의 진동막을 개략적으로 나타낸 평면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰(1)은 기판(10), 및 진동막(20)을 포함한다.

먼저, 상기 기판(10)은 실리콘으로 이루어질 수 있으며, 적어도 하나의 관통홀(70)이 형성된다.

여기서, 상기 관통홀(70)은 공기가 유입되는 공기 유입구의 역할을 한다.

또한, 상기 기판(10)은 고정막(30)을 포함하며, 상기 고정막(30)은 상기 기판(10)의 중앙부에 형성될 수 있다.

그리고 상기 진동막(20)은 기판(10)의 상부에 형성되며, 상기 관통홀(70)을 덮고 있다.

또한, 상기 진동막(20)의 일부는 관통홀(70)에 의해 노출되어 있고, 상기 관통홀(70)에 의해 노출된 진동막(20)의 일부는 외부로부터 전달되는 음향에 따라 진동하게 된다.

또한, 상기 진동막(20)은 원형의 형상으로 이루어질 수 있으며, 적어도 하나 이상의 슬롯(Slot, S)을 포함한다.

이때, 상기 슬롯(S)은 외부의 음향에 따른 상기 진동막(20)의 진동 시, 공기 댐핑(Air damping)에 의한 영향을 감소시켜, 마이크로폰의 감도를 향상시킨다.

여기서, 상기 공기 댐핑이란, 공기에 의해 진동막(20)의 진동이 감소하는 것을 의미한다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 상기 진동막(20)이 4개의 슬롯(S)을 포함하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 슬롯(S)의 개수가 가변될 수 있다.

이러한 슬롯(S)은 각각의 크기가 동일하거나 다를 수 있다.

한편, 상기 기판(10)과 진동막(20) 사이에는 공기층(AF)이 형성되어있으므로, 기판(10)과 진동막(20)은 소정의 간격만큼 떨어져 배치된다.

외부로부터 입력되는 음향은 기판(10)에 형성된 공기 유입구를 통하여 유입되어 진동막(20)을 자극시키게 되고, 이에 진동막(20)은 진동하게 된다.

상기 입력되는 음향에 의하여 진동막(20)이 진동함에 따라, 진동막(20)과 기판(10) 사이의 간격이 변하게 된다.

이에 따라, 진동막(20)과 기판(10) 사이의 정전용량이 변하게 되고, 이렇게 변화된 정전용량을 기판(10)에 연결된 제1 패드(60) 및 진동막(20)에 연결된 제2 패드(61)를 통하여 신호처리용 회로(미도시)에서 전기 신호로 바꾸어 외부로부터 입력되는 음향을 감지할 수 있게 된다.

도 3 내지 도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 마이크로폰의 제조방법을 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 실리콘 기판(10)을 준비한 후, 상기 기판(10)의 상면에 제1 산화막(40)을 형성하고, 상기 기판(10)의 배면에 제2 산화막(41)을 형성하는 단계를 진행한다.

도 4를 참조하면, 상기 제1 산화막(40) 위에 진동막(20)을 형성하고, 상기 진동막(20) 위에 제1 감광막 패턴(50)을 형성한다.

이어서, 상기 제1 감광막 패턴(50)을 마스크로 해서 상기 진동막(20)을 식각하여 적어도 하나의 슬롯(S)을 형성하는 단계를 진행한다.

도 5를 참조하면, 상기 제1 감광막 패턴(50)을 제거한 후, 기판(10)에 연결되는 제1 패드(60), 및 진동막(20)에 연결되는 제2 패드(61)를 형성한다.

이러한 제1 패드(60), 및 제2 패드(61)는 리프트 오프(Lift off) 방식으로 형성될 수 있다.

상기 리프트 오프 방식은 다음과 같다.

상기 기판(10), 및 진동막(20) 위에 감광막(미도시)을 형성한다.

상기 감광막은 제1 패드(60)가 형성되는 부분, 즉, 기판(10)의 일부분, 및 제2 패드(61)가 형성되는 부분, 즉, 진동막(20)의 일부분을 노출한다.

이어서, 상기 감광막에 의해 노출된 기판(10)의 일부분 및 진동막(20)의 일부분과 감광막 위에 금속층을 형성한 다음, 상기 감광막을 제거한다.

이때, 상기 감광막의 제거 시, 감광막 위에 금속층에 제거되고, 기판(10)의 일부분, 및 진동막(20)의 일부분에 형성된 금속층이 각각 제1 패드(60) 및 제2 패드(61)가 된다.

도 6을 참조하면, 상기 제1 산화막(41)에 제2 감광막 패턴(51)을 형성한 후, 상기 제2 감광막 패턴(51)을 마스크로 해서 상기 기판(10), 및 제1 산화막(41)을 식각하는 단계는 진행한다.

이때, 상기 기판(10), 및 제1 산화막(41)을 식각함으로써, 적어도 하나의 관통홀(70)이 형성되는데, 이는 상기 진동막(20)의 일부를 노출시키기 위함이다.

또한, 상기 관통홀은 공기가 통과하는 공기 유입구를 포함한다.

이어서, 상기 기판(10)의 중앙부에 고정막(30)을 가공하는 단계를 진행한다.

상기 고정막(30)은 상기 기판(10)에 접촉된 제1 패드(60)와 연결된다.

도7을 참조하면, 상기 제1 산화막(40)의 일부, 및 제1 산화막(41)을 제거하여 상기 기판(10)과 진동막(20) 사이에 공기층(AF)을 형성하는 단계를 진행한다.

상기 공기층(AF)은 공기 유입구를 통하여 식각액을 사용하는 습식 방법으로, 기판(10)의 상면에 형성된 산화막의 일부를 제거하여 형성될 수 있다.

또한, 공기층(AF)은 공기 유입구를 통하여 산소 플라즈마에 따르나, 애싱(Ashing)과 같은 건식 방법으로 제거하여 형성할 수도 있다.

이러한 습식 또는 건식 제거 방법을 통하여 산화막의 일부가 제거되어 상기 고정막(30)과 진동막(20) 사이에 공기층(AF)이 형성된다.

도 8 내지 도10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 마이크로폰의 제조방법을 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 제1 실시 예를 기본으로 하면서, 관통홀(70)을 형성하는 단계 이전에, 상기 기판(10)의 배면에 형성된 제2 감광막 패턴(51)을 마스크로해서 기판(10)의 배면을 식각하여 홈(71)을 형성하는 단계를 포함한다.

이때, 상기 홈(71)은 상기 기판(10)의 중앙부, 및 상부를 남겨둔채 상기 기판(10)의 중앙부에 형성된다.

도 9를 참조하면, 상기 홈(71)의 내측면에 제3 감광막 패턴(53)을 형성한 후, 상기 제3 감광막 패턴(53)을 마스크로해서 상기 기판(10)을 식각하여 관통홀(70)을 형성하는 단계를 진행한다.

상기 관통홀(70)은 제1 실시 예와 마찬가지로 동일한 효과를 갖는다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예는 제1 실시 예의 마지막 단계와 동일한 과정을 진행한다.

즉, 본 발명의 제2 실시와 제1 실시 예의 차이점은 관통홀(70)을 형성하기 전에 홈(71)을 형성하는 단계를 더포함하는 것이며, 나머지는 동일하다.

도 11과 도 12는 제3, 및 제4 실시 예에 따른 마이크로폰의 제조방법을 각각 도시한 도면이다.

도 11과 도 12를 참조하면, 제2 실시 예를 기본으로 하면서, 상기 홈(71)을 형성하는 단계에서 상기 홈(71)은 단면이 사다리꼴의 형상으로 이루어질 수도 있다.

또한, 상기 관통홀(70)은 단면이 사다리꼴을 포함하는 다각형으로 이루어질 수도 있다.

상기한 바 이외의 구성은 제2 실시 예와 동일함으로 자세한 설명은 생락하기로 한다.

이와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 마이크로폰의 제조방법은 기판(10), 진동막(20), 고정막(30)을 형성할 때, 각각 마스크가 사용되므로, 제1 내지 제3 감광막 패턴(50, 51, 53)으로 이루어진 3장의 마스크를 사용하여 마이크로폰을 제조할 수 있다.

일반적인 마이크로폰은 통상적으로 10장의 마스크를 사용하는데, 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰의 제저방법은 3장의 마스크를 사용하여 마이크로폰을 제조할 수 있으므로, 공정수가 감소하고, 이에 따라 공정비용도 감소하는 효과가 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1 ... 마이크로폰 10 ... 기판
20 ... 진동막 30 ... 고정막
40 ... 제1 산화막 41 ... 제2 산화막
50 ... 제1 감광막 패턴 51 ... 제2 감광막 패턴
53 ... 제3 감광막 패턴 60 ... 제1 패드
61 ... 제2 패드 70 ... 관통홀
71 ... 홈 AF ... 공기 층
S ... 슬롯

Claims (17)

1. 기판의 상면 및 하면에 제1 산화막 및 제2 산화막을 각각 형성하는 단계;
   상기 제1 산화막 위에 진동막, 및 제1 감광막 패턴을 형성하고, 상기 제1 감광막 패턴을 마스크로 해서 상기 진동막, 및 제1 산화막을 식각하여 적어도 하나의 슬롯을 형성하는 단계;
   상기 제2 산화막에 제2 감광막 패턴을 형성한 후, 상기 제2 감광막 패턴을 마스크로 해서 상기 제2 산화막, 및 기판을 식각하여 상기 진동막의 일부를 노출하는 적어도 하나의 관통홀을 형성하는 단계; 및
   상기 제2 감광막 패턴과 함께 제1 및 제2 산화막을 제거하여 상기 기판과 진동막 사이에 공기층을 형성하는 단계;
   를 포함하는 마이크로폰 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 슬롯을 형성하는 단계는
   상기 제1 감광막 패턴을 제거한 후, 상기 기판에 연결되는 제1 패드 및 상기 진동막에 연결되는 제2 패드를 형성하는 단계를 더 포함하는 마이크로폰 제조방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 패드 및 제2 패드를 형성하는 단계는
   상기 기판 및 진동막 위에 상기 기판의 일부 및 상기 진동막의 일부를 노출하는 감광막을 형성하는 단계;
   상기 진동막 위, 기판의 일부분, 및 상기 진동막의 일부분에 금속층을 형성하는 단계; 및
   상기 감광막, 및 상기 감광막 위에 형성된 상기 금속층을 제거하는 단계;
   로 이루어지는 마이크로폰 제조방법
4. 제1항에 있어서,
   상기 관통홀을 형성하는 단계에서는
   상기 기판의 중앙부에 고정막을 형성하는 마이크로폰 제조방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 관통홀을 형성하는 단계는
   상기 제2 감광막 패턴을 마스크로 해서 기판의 배면을 식각하여 홈을 형성하는 단계; 및
   상기 홈의 내측면에 제3 감광막 패턴을 형성한 후, 상기 제3 감광막 패턴을 마스크로 해서 상기 기판을 식각하여 관통홀을 형성하는 단계;
   를 더 포함하는 마이크로폰 제조방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 관통홀은
   공기가 유입되는 통로를 포함하는 마이크로폰 제조방법.
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