KR102322257B1 - 마이크로폰 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

마이크로폰 및 그 제조 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰은, 중앙부에 관통구가 형성된 기판; 상기 기판 상에서 관통구를 덮도록 배치되며 일정 간격으로 형성된 제1 비도핑 영역을 포함하는 진동막; 상기 진동막과 공기층을 두고 이격 설치되며, 상기 진동막과의 직접적인 접촉을 방지하기 위하여 상부로 돌출된 제2 비도핑 영역을 포함하는 고정막; 및 상기 고정막과 진동막 사이를 지지하는 지지층을 포함한다.

Description

마이크로폰 및 그 제조 방법{MICROPHONE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 마이크로폰 및 그 제조 방법에 관한 것에 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 마이크로폰은 정전용량형 방식의 MEMS 마이크로폰과 압전방식의 MEMS 마이크로폰으로 구분된다.

정전용량형 방식의 MEMS 마이크로폰은 고정막과 진동막으로 구성되며, 외부에서 음압(음향)이 진동막에 가해지면 고정막과 진동막 사이의 간격이 변하면서 정전용량 값이 변하게 된다. 이때, 발생되는 전기적 신호로 음압을 측정하는 것이다.

즉, 정전용량형 MEMS 마이크로폰은 진동막과 고정막 사이의 정전용량변화를 측정하여 전압 신호로 출력되며, MEMS 마이크로폰의 가장 중요한 성능 지표 중 하나인 감도로 표현된다.

한편, 초기의 MEMS 마이크로폰은 진동막과 고정막 사이에 절연층이 없는 구조였으나 최근 개선되어 제공되고 있는 MEMS 마이크로폰에서는 진동막과 고정막 사이에 절연층이 형성된 구조가 다수 발견되고 있다.

절연층이 MEMS 마이크로폰의 경우 마이크로폰의 동작 시 발생되는 정전기력에 의해 전극이 손상되는 현상이 발생되기 때문이다. 이러한 현상을 방지하기 위하여 최근에는 두 전극 사이에 절연층을 설계하고 있으나 그로 인한 정전용량 감소, 전하 트랩현상 등이 발생되는 문제점이 있다.

반면에 진동막과 고정막 사이에 절연층을 생략 하는 경우 제작 비용과 공정이 단순화되는 장점 있으나, 감도 향상을 위한 진동막 두께 감소, 멤브레인 강성 감소 및 스케일다운 등으로 인한 진동막과 고정막 간의 간격이 감소될 수 있다. 이로 인해 마이크로폰에 풀인(pull-in) 전압이상의 바이어스 전압이 가해지는 경우나 바이어스 이외의 정전기력이 발생하는 경우 진동막이 파괴되거나 손상되는 트레이드오프 관계의 문제점이 있다.

따라서, 종래 MEMS 마이크로폰의 상기 트레이드오프 관계에 있는 정전용량 감소, 전하 트랩현상 문제와 풀인(pull-in) 전압이나 바이어스 이외의 정전기력에 의한 진동막 손상문제를 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 : 한국공개특허 제2012-0130310호 (2012.11.30. 공개)

본 발명의 실시 예는 감도 향상을 위해 진동막과 고정막 사이의 절연층이 생략된 마이크로폰의 구조에서 풀인(pull-in) 전압이상의 바이어스 전압이나 정전기력에 의한 진동막의 손상을 방지 할 수 있는 마이크로폰 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 마이크로폰은, 중앙부에 관통구가 형성된 기판; 상기 기판 상에서 관통구를 덮도록 배치되며 일정 간격으로 형성된 제1 비도핑 영역을 포함하는 진동막; 상기 진동막과 공기층을 두고 이격 설치되며, 상기 진동막과의 직접적인 접촉을 방지하기 위하여 상부로 돌출된 제2 비도핑 영역을 포함하는 고정막; 및 상기 고정막과 진동막 사이를 지지하는 지지층을 포함한다.

또한, 상기 제1 비도핑 영역과 제2 비도핑 영역은 서로 대응되는 위치에 형성될 수 있다.

또한, 상기 제1 비도핑 영역과 제2 비도핑 영역은 진동막의 전체 면적 대비 작은 면적으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 제1 비도핑 영역과 제2 비도핑 영역은 소정의 저항 값을 가지는 저항체 역할을 할 수 있다.

또한, 상기 제1 비도핑 영역과 제2 비도핑 영역은, 풀인 전압 이상의 바이어스 전압이나 정전기력에 의해 접촉되면 두 접촉면 사이의 전하를 고정막 쪽으로 흐르도록 할 수 있다.

또한, 상기 제1 비도핑 영역과 제2 비도핑 영역은, 직경이 서로 다른 링 타입의 비도핑된 폴리 실리콘 구조를 일정 간격으로 배치하거나, 일정 간격의 나선형으로 형성할 수 있다.

또한, 상기 고정막과 진동막 사이의 간격 변화에 따른 정전용량을 측정하기 위하여 각 전극을 반도체 칩과 전기적으로 연결하는 패드부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 진동막은, 상기 관통구를 통해 입력되는 음향에 의해 진동하는 진동 전극; 상기 진동 전극 내에 일정 간격으로 형성된 제1 비도핑 영역; 및 상기 진동 전극의 중앙부를 중심으로 도전선 부분의 일부가 관통된 슬롯을 포함할 수 있다.

또한, 상기 고정막은, 상기 진동막의 진동변위를 감지하는 고정 전극; 상기 고정 전극의 상부에 일정 간격으로 돌출된 구조로 형성된 제2 비도핑 영역; 및 고정 전극의 전면에 걸쳐 형성되는 복수의 통공으로 상기 관통구를 통해 유입되는 음향을 공기층으로 유입하는 음향홀을 포함 할 수 있다.

또한, 상기 진동막은 상기 기판의 최외측에 형성하고, 상기 고정막은 상기 진동막의 하부에 형성할 수 있다.

또한, 상기 고정막은 상기 기판의 최외측에 형성하고, 상기 진동막은 상기 고정막의 하부에 형성할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따른 마이크로폰 제조 방법은, a) 기판의 상부에 고정막을 증착하고, 상기 고정막의 상부에 일정 간격으로 돌출된 제2 비도핑 영역과 복수의 음향홀을 형성하는 단계; b) 상기 고정막의 상부에 희생층과 진동막을 형성하고, 상기 진동막 내에 일정 간격의 제1 비도핑 영역을 형성하는 단계; c) 상기 진동막의 중심부를 기준으로 가장자리의 일부를 패터닝하여 복수의 슬롯을 형성하는 단계; d) 상기 기판의 배면 중앙부를 식각하여 음원 입력을 위한 관통구를 형성하는 단계; 및 e) 상기 슬롯을 통해 상기 희생층의 중앙부를 제거하여 공기층과 지지층을 형성하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 b) 단계는, 상기 제1 비도핑 영역을 상기 제2 비도핑 영역과 서로 대응되는 위치에 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 진동막과 고정막은, 폴리 실리콘, 메탈 및 실리콘 질화막 중 적어도 하나의 전도성 물질로 구성할 수 있다.

또한, 상기 c) 단계는, 상기 진동막의 상부에 감광층을 형성하고, 상기 감광층을 노광 및 현상하여 관통 영역 조성을 위한 감광층 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 감광층 패턴을 마스크로 상기 진동막의 일부를 식각하여 상기 슬롯을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 c) 단계는, 상기 진동막과 희생층의 일부를 식각하여 고정막의 도전선 부분이 개방된 비아홀을 형성하는 단계; 및 상기 비아홀을 통해 상기 고정막의 상부에 제1 패드를 패터닝하고, 상기 진동막의 상부에 제2 패드를 패터닝하는 단계를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 일 측면에 따른 마이크로폰은, 중앙부에 관통구가 형성된 기판; 상기 관통구를 덮도록 배치되며 일정 간격으로 돌출된 제1 비도핑 영역을 포함하는 진동막; 상기 진동막과 공기층을 두고 이격 설치되며, 내부에 상기 진동막과의 직접적인 접촉을 방지하기 위하여 일정 간격의 제2 비도핑 영역을 포함하는 고정막; 및 상기 고정막과 진동막 사이를 지지하는 지지층을 포함한다.

또한, 제1 비도핑 영역 및 제2 비도핑 영역은 링 구조로 형성되며, 상기 링 구조 사이에 딤플을 형성할 수 있다.

또한, 상기 제1 비도핑 영역은, 주름 구조의 패턴 공정 후 이온 주입조절로 링 타입으로 돌출된 구조를 형성할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 감도 향상을 위해 절연층이 생략된 마이크로폰의 마주하는 진동막과 고정막 사이에 비도핑 영역을 형성하여 두 전극 간의 스틱션 발생을 방지함으로써 진동막의 파괴 및 손상을 예방 할 수 있다.

또한, 진동막과 고정막의 비도핑 영역 접촉 시 전하가 두 접촉면 사이에 트랩되지 않고 고정막 쪽으로 빠져나감으로써 정전기력에 의해 전극이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 진동막과 고정막의 정상 거리 유지상태(A)와 스틱션 발생 상태(B)를 나타낸 확대 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 진동막과 고정막의 접촉시 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸다.
도 4 내지 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰의 제조 방법을 순차적으로 나타낸다.
도 11은 본 발명의 제1 변형 실시 예에 따른 마이크로폰의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제2 변형 실시 예에 따른 마이크로폰의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.

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 1은 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.

첨부된 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰(100)은 기판(110), 진동막(120), 고정막(130), 지지층(140) 및 패드부(150)를 포함한다.

기판(110)은 실리콘(silicon)으로 구성될 수 있으며 중앙부에는 음향(음압) 입력을 위한 관통구(111)가 형성된다.

진동막(120)은 기판(110)의 관통구(111)를 덮도록 최외측에 배치된다.

그러므로, 진동막(120)은 기판(110)에 형성된 관통구(111)에 의해 일부가 노출되며 그 노출된 부분이 외부로부터 전달되는 음향에 의해 진동하게 된다.

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.

특히, 본 발명의 실시 예에 따른 진동막(120)은 감도 향상을 위해 진동막(120)과 고정막(130) 사이에 종래의 절연층을 생략하는 경우 풀인(pull-in) 전압이상의 바이어스 전압이나 정전기력에 의해 진동막(120)이 손상되는 것을 방지하는 구조로 형성된다.

이러한, 진동막(120)은 세부적으로 진동 전극(121), 제1 비도핑 영역(122) 및 슬롯(123)을 포함한다.

진동 전극(121)은 중앙부가 관통구(111)를 통해 입력되는 음향에 의해 진동하며, 관통구(111)의 바깥쪽에 형성된 도전선 부분이 외부(예; 반도체칩)와 전기적으로 연결하기 위한 제2 패드(152)와 접촉된다.

제1 비도핑 영역(122)은 진동막(120) 내에 일정 간격으로 형성된 비도핑 영역으로 평면상에서 볼 때 원형 패턴으로 배치할 수 있다. 예컨대, 제1 비도핑 영역(122)은 직경이 다른 링 타입의 비도핑된 폴리 실리콘 구조를 일정 간격으로 배치하거나, 일정 간격의 나선형(즉, 달팽이관 형태)으로 배치할 수 있다.

슬롯(123)은 진동 전극(121)의 도전선 부분의 일부에 형성된 가늘고 긴 벤트 홀이며, 후술되는 제조과정에서 이를 통해 희생층(140')의 일부를 제거하여 지지층(140)을 구성할 수 있다.

슬롯(123)은 진동 전극(121)의 중앙을 중심으로 복수로 구성될 수 있으며, 이를 통해 외부의 음향에 입력에 따른 진동막(120)의 진동 시 공기 댐핑(Air damping)에 의한 영향을 감소시켜 마이크로폰의 감도를 향상시킬 수 있다.

여기서, 공기 댐핑은 공기 및 그 압력에 의해 진동막(120)의 진동이 흡수되어 진동 변위가 억제되는 것을 의미한다. 또한 그 진동 변위의 억제로 인하여 감도 저하가 발생되는 것을 공기 댐핑 효과라 한다. 즉, 공기에 의해 진동막(120)의 진동을 감쇄시키고, 음향에 대한 진동만을 받아들여 마이크로폰의 감도를 향상시킬 수 있다.

고정막(130)은 관통구(111)를 덮도록 진동막(120)의 하부에 공기층(145)을 두고 이격된 상태로 배치된다.

고정막(130)은 고정 전극(131), 제2 비도핑 영역(132) 및 음향홀(133)을 포함한다.

고정 전극(131)은 진동막(120)의 진동변위를 감지하며, 진동막(120)과 마찬가지로 외부와 전기적으로 연결하기 위한 제1 패드(151)와 접촉되는 도전선 부분을 포함한다.

고정 전극(131)은 가장자리의 도전선 부분이 산화물(Oxide)으로 구성된 지지층(140)에 의해 지지되어 고정된다. 여기서, 지지층(140)은 고정 전극(131)의 도전선 부분 위에 배치되며, 후술되는 마이크로폰(100)의 제조 방법에서 희생층(140')의 일부를 식각하여 형성한다. 이때, 상기 공기층(145)은 상기 희생층(140')의 식각으로 형성된 공간을 의미한다.

또한, 기판(110)과 고정 전극(131) 사이에는 산화막(Oxide)(115)이 배치되며, 그 중앙 부분이 개방(식각)되어 관통구(111)가 내측으로 연장 형성된다.

제2 비도핑 영역(132)은 고정 전극(131)의 상부에 돌출된 구조로 형성되어 고정 전극(131)이 음향 의해 진동하는 진동막(120)의 진동 전극(121)과 직접적으로 접촉하는 것을 방지한다. 여기서, 제2 비도핑 영역(132)은 제1 비도핑 영역(122)과 서로 대응되는 위치에 형성될 수 있다.

음향홀(133)은 고정 전극(131)의 전면에 걸쳐 형성되는 복수의 통공이며, 기판(110)의 관통구(111)를 통해 유입되는 음향을 공기층(145)으로 유입한다.

패드부(150)는 고정막(130)과 진동막(120) 사이의 간격 변화에 따른 정전용량을 측정하기 위하여 각 전극을 반도체 칩과 전기적으로 연결하는 메탈 패드로 구성된다.

패드부(150)는 비아홀(H)을 통해 고정 전극(133)의 도전선 부분에 패터닝되는 제1 패드(151) 및 진동 전극(121)의 도전선 부분에 패터닝되는 제2 패드(152)를 포함한다.

이러한 마이크로폰(100)은 감도 향상을 위해 진동막(120)과 고정막(130) 사이에 절연층을 생략한 구조를 가진다. 다만, 이처럼 절연층이 생략된 구조에서는 앞서 설명한 바와 같이 스케일다운 등의 이유로 진동막(120)과 고정막(130) 간의 간격이 감소될 수 있다. 그리고 마이크로폰에 풀인(pull-in) 전압이상의 바이어스 전압이 가해지는 경우의 스틱션 발생이나 바이어스 이외의 정전기력으로 인한 전극 손상 문제가 발생될 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰(100)은 진동막(120)과 고정막(130)의 두 전극이 어떤 경우라도 직접적으로 접촉하는 것을 방지하기 위한 비도핑 영역(122, 132))을 형성하는 것을 특징으로 한다.

한편, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 진동막과 고정막의 정상 거리 유지상태(A)와 스틱션 발생 상태(B)를 나타낸 확대 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 진동막과 고정막의 접촉시 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸다.

첨부된 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰(100)은 진동막(120)의 진동 전극(121)에 일정 간격으로 제1 비도핑 영역(122)을 형성한다. 그리고, 진동막(120)과 마주하는 고정막(130)의 고정 전극(131) 상에 돌출된 제2 비도핑 영역(132)을 형성한다.

도 2(A)와 같이 진동막(120)과 고정막(130)이 정상 거리를 유지하고 있는 경우에 음향이 입력되면 진동막(120)이 진동하여 상하로 움직일 수 있다.

반면, 종래 마이크로폰 구조에서는 상기 풀인(pull-in) 전압이상의 바이어스 전압이 가해지는 경우 진동막과 고정막의 두 전극이 직접적으로 접촉되는 스틱션이 발생되고 그대로 고착되어버리면 음향 진동 검출이 불가한 문제점이 존재하였다.

도 2(A)를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰(100)은 풀인(pull-in) 전압이상의 바이어스 전압이 가해지더라도 고정막(130)의 제2 비도핑 영역(132)의 돌출된 구조로 인해 진동 전극(121)과 고정 전극(131)이 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있다.

제1 비도핑 영역(122)과 제2 비도핑 영역(122)은 서로 대응되는 위치에 형성될 수 있으며, 1~5 ㎛(dia.) 이내로 진동막(120)의 전체 면적 대비 작은 면적으로 형성할 수 있다.

또한, 상기 비도핑 영역(122, 132)은 소정의 저항 값(예; 약 ~1MΩ 정도)을 가지는 저항체 역할을 할 수 있다.

또한, 상기 풀인 전압 이상의 바이어스 전압이 인가되는 경우에는 도 2(A)와 같이 진동막(120)의 제1 비도핑 영역(122)과 고정막(130)의 제2 비도핑 영역(132)이 접촉될 수 있으나, 전하(Electron)가 두 접촉면 사이에 트랩되지 않고 고정막(130)쪽으로 빠져 나간다.

즉, 제1 비도핑 영역(122)과 제2 비도핑 영역(132)은 풀인 전압 이상의 바이어스 전압이나 정전기력에 의해 접촉될 수 있으며, 두 접촉면 사이의 전하가 고정막 쪽으로 흐르도록 한다.

그리고, 바이어스 전압이 풀인 전압보다 낮아지면 진동막(120)이 다시 원 위치로 복원된다.

한편, 전술한 마이크로폰(100)의 구성을 바탕으로 아래의 도면을 통해 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰의 제조 방법을 설명한다. 다만 이하 설명에서 고정 전극(131) 및 진동 전극(121)의 용어 사용은 도면을 통한 설명을 위해 고정막(130) 및 진동막(120)을 세부적으로 지칭하는 것이므로 동일한 의미를 갖는다.

도 4 내지 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰의 제조 방법을 순차적으로 나타낸다.

먼저, 첨부된 도 4를 참조하면, 기판(110)을 준비한 후, 기판(110)의 상부에 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 고정 전극(131), 제2 비도핑 영역(132) 및 음향홀(133)을 포함하는 고정막(130)을 형성하는 과정을 설명한다.

산화막(115)의 상부에 고정 전극(131)을 증착하고, 고정 전극(131)의 상부에 비도핑된 폴리 실리콘을 패터닝하여 일정 간격으로 돌출된 제2 비도핑 영역(132)을 형성한다.

고정 전극(131)은 폴리 실리콘(Poly silicon), 메탈 또는 실리콘 질화막(SiNx, silicon nitride)으로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되지 않고 전극으로 사용할 수 있는 전도성 물질로 구성될 수 있다.

첨부된 도 5를 참조하면, 고정 전극(131)을 식각(etching)하여 동일한 패턴으로 관통된 복수의 음향홀(133)을 생성한다. 이 때, 복수의 음향홀(133)은 건식 식각 또는 습식 식각을 실시하여 형성할 수 있으며, 산화막(115)이 노출될 때까지 실시한다.

첨부된 도 6을 참조하면, 고정막(130)의 상부에 희생층(140')을 형성한다.

다음으로, 희생층(140') 상에 진동 전극(121), 제1 비도핑 영역(122) 및 슬롯(123)을 포함하는 진동막(130)을 형성하는 과정을 설명한다.

희생층(140')의 상부에 진동 전극(121)을 증착하고, 진동 전극(121)의 사이에 일정 간격의 제1 비도핑 영역(122)을 형성한다.

이 때, 제1 비도핑 영역(122)은 상기 제2 비도핑 영역(132)과 서로 대응되는 위치에 형성될 수 있다.

진동 전극(121)은 고정 전극과 마찬가지로 폴리 실리콘, 메탈 또는 실리콘 질화막으로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되지 않고 전극으로 사용할 수 있는 전도성 물질로 구성될 수 있다.

첨부된 도 7을 참조하면, 진동 전극(121)의 중심축을 기준으로 가장자리의 일부를 패터닝하여 복수의 슬롯(123)을 형성한다.

이 때, 슬롯(123)은 진동 전극(121)의 상부에 감광층을 형성하고, 상기 감광층을 노광 및 현상하여 관통 영역 조성을 위한 감광층 패턴을 형성한 후 상기 감광층 패턴을 마스크로 하여 진동 전극(121)의 일부를 식각함으로써 형성할 수 있다.

첨부된 도 8을 참조하면, 상기 과정으로 진동막(120)이 형성되면, 진동 전극(121)과 희생층(140')의 일부를 식각하여 상부가 개방된 비아홀(H)을 형성한다.

비아홀(H)은 고정 전극(131)의 도전선 부분이 노출될 때까지 진동 전극(121)과 희생층(140')을 식각하여 형성할 수 있다.

첨부된 도 9를 참조하면, 비아홀(H)을 통해 고정막(130)의 상부에 제1 패드(151)를 패터닝하고, 진동막(120)의 상부에 제2 패드(152)를 패터닝한다.

이러한 제1 패드(151)와 제2 패드(152)를 통해 고정 전극(131)과 진동 전극(121)은 각각 외부의 신호 처리 부품과 전기적으로 연결될 수 있다.

첨부된 도 10을 참조하면, 기판(110) 배면의 중앙부를 식각하여 음향 입력을 위한 관통구(111)를 형성한다.

이어서, 기판(110)의 관통구(111) 영역 내에 있는 산화막(115)을 제거하고, 희생층(140')의 중앙부분을 제거함으로써 상기 도 1과 같은 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로폰(100) 구조를 생성할 수 있다.

이 때, 상기 도 1을 참조하면, 희생층(140')은 중앙부분의 제거된 영역이 공기층(145)을 형성하고, 이와 동시에 제거되지 않은 가장자리 부분이 진동막(120)의 가장자리를 지지하는 지지층(140)으로 형성된다.

공기층(145)은 진동막(120)의 슬롯(123)을 통하여 식각액을 사용하는 습식 방법으로 희생층(140')을 제거하여 형성할 수 있다. 또한, 슬롯(123)을 통하여 산소 플라즈마(O₂ plazma)에 따른 애싱(ashing) 처리하는 건식 방법으로 희생층(140')을 제거할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, 감도 향상을 위해 절연층이 생략된 마이크로폰의 마주하는 진동막과 고정막 사이에 비도핑 영역을 형성하여 두 전극 간의 스틱션 발생을 방지함으로써 진동막의 파괴 및 손상을 예방 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 진동막과 고정막의 비도핑 영역 접촉 시 전하가 두 접촉면 사이에 트랩되지 않고 고정막 쪽으로 빠져나감으로써 정전기력에 의해 전극이 손상되는 것을 방지하는 효과가 있다.

이상에서는 본 발명의 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되는 것은 아니며 그 외의 다양한 변경이 가능하며, 예컨대 아래의 도 11 내지 도 13을 통해 변형 가능한 다른 실시 예를 설명한다.

[제1 변형 실시예]

도 11은 본 발명의 제1 변형 실시 예에 따른 마이크로폰의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.

첨부된 도 11을 참조하면, 본 발명의 제1 변형 실시 예에 따른 마이크로폰(100')은 도 1의 구성과 유사하므로 유사한 부분과 중복되는 설명을 생략하고, 변형된 비도핑 영역을 위주로 설명한다.

진동막(120')은 진동 전극(121')의 하부에 일정 간격으로 돌출된 비도핑 폴리 실리콘으로 형성된 제1 비도핑 영역(122')을 포함한다. 제1 비도핑 영역(122')은 평면도에서와 같이 직경이 서로 다른 복수의 링 타입으로 돌출될 수 있다.

고정막(130')은 고정 전극(131')내에 일정 간격의 비도핑 폴리실리콘 패턴으로 형성된 제2 비도핑 영역(132')을 형성한다.

제1 비도핑 영역(122')과 제2 비도핑 영역(132')은 서로 대응되는 위치에 형성되어 마주하는 전극 간의 직접적인 접촉을 방지하여 풀인 전압 이상의 바이어스 전압이 가해지더라도 스틱션을 방지할 수 있다.

또한, 제1 비도핑 영역(122') 및 제2 비도핑 영역(132')의 링 구조 사이에 추가로 딤플 구조를 형성하여 완벽하게 스틱션을 방지하고 접촉시의 충격을 줄일 수 있는 이점이 있다.

[제2 변형 실시예]

도 12는 본 발명의 제2 변형 실시 예에 따른 마이크로폰의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.

첨부된 도 12를 참조하면, 본 발명의 제2 변형 실시 예에 따른 마이크로폰(100")의 진동막(120")은 진동 전극(121")에 주름 구조의 패턴 공정 후 이온 주입조절로 링 타입의 제1 비도핑 영역(122")을 형성한다.

고정막(130")은 고정 전극(131")내에 일정 간격의 비도핑 폴리실리콘 패턴으로 제2 비도핑 영역(132")을 형성한다.

제1 비도핑 영역(122")은 주름 형태로 일부가 하부로 돌출된 구조를 갖기 때문에 서로 대응되는 위치의 제2 비도핑 영역(132")와 접촉되어 두 전극간의 스틱션을 방지할 수 있다.

또한, 제1 비도핑 영역(122")을 주름 형태는 구성하는 경우 진동막(120)의 응력을 줄여주는 이점이 있으며, 이를 통한 진동 변위의 증가로 감도가 향상되는 효 과를 기대할 수 있다.

[제3 변형 실시예]

도 13은 본 발명의 제3 변형 실시 예에 따른 마이크로폰의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.

첨부된 도 13을 참조하면, 본 발명의 제2 변형 실시 예에 따른 마이크로폰(100)은 도 1과 진동막(120)과 고정막(130)의 상하부 위치가 서로 변경된 점만 다르다.

본 발명의 실시 예는 도 1에서와 같이 진동막(120)을 최외곽에 형성하고 그 하부에 고정막(130)을 형성할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

즉, 도 13에서와 같이 고정막(130)을 최외곽에 형성하고 그 하부에 진동막(120)이 형성되 구조로 마이크로폰(100)을 구성할 수 있음은 앞선 설명으로 볼 때 자명하다.

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
121: 진동 전극 122: 제1 비도핑 영역
123: 슬롯 130: 고정막
131: 고정 전극 132: 제2 비도핑 영역
133: 음향홀 140: 지지층
140': 희생층 145: 공기층
150: 패드부

Claims (19)

1. 중앙부에 관통구가 형성된 기판;
   상기 기판 상에서 관통구를 덮도록 배치되며 일정 간격으로 형성된 제1 비도핑 영역을 포함하는 진동막;
   상기 진동막과 공기층을 두고 이격 설치되며, 상기 진동막과의 직접적인 접촉을 방지하기 위하여 상부로 돌출된 제2 비도핑 영역을 포함하는 고정막; 및
   상기 고정막과 진동막 사이를 지지하는 지지층을 포함하되,
   상기 제1 비도핑 영역과 제2 비도핑 영역은 직경이 서로 다른 링 타입의 비도핑된 폴리 실리콘 구조를 일정 간격으로 배치하거나, 일정 간격의 나선형으로 형성하는 마이크로폰.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 비도핑 영역과 제2 비도핑 영역은 서로 대응되는 위치에 형성되는 마이크로폰.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 비도핑 영역과 제2 비도핑 영역은 진동막의 전체 면적 대비 작은 면적으로 형성하는 마이크로폰.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 비도핑 영역과 제2 비도핑 영역은 소정의 저항 값을 가지는 저항체 역할을 하는 마이크로폰.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제1 비도핑 영역과 제2 비도핑 영역은,
   풀인 전압 이상의 바이어스 전압이나 정전기력에 의해 접촉되면 두 접촉면 사이의 전하를 고정막 쪽으로 흐르도록 하는 마이크로폰.
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 고정막과 진동막 사이의 간격 변화에 따른 정전용량을 측정하기 위하여 각 전극을 반도체 칩과 전기적으로 연결하는 패드부를 더 포함하는 마이크로폰.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 진동막은,
   상기 관통구를 통해 입력되는 음향에 의해 진동하는 진동 전극;
   상기 진동 전극 내에 일정 간격으로 형성된 제1 비도핑 영역; 및
   상기 진동 전극의 중앙부를 중심으로 도전선 부분의 일부가 관통된 슬롯을 포함하는 마이크로폰.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 고정막은,
   상기 진동막의 진동변위를 감지하는 고정 전극;
   상기 고정 전극의 상부에 일정 간격으로 돌출된 구조로 형성된 제2 비도핑 영역; 및
   고정 전극의 전면에 걸쳐 형성되는 복수의 통공으로 상기 관통구를 통해 유입되는 음향을 공기층으로 유입하는 음향홀을 포함하는 마이크로폰.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동막은 상기 기판의 최외측에 형성하고, 상기 고정막은 상기 진동막의 하부에 형성하는 마이크로폰.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정막은 상기 기판의 최외측에 형성하고, 상기 진동막은 상기 고정막의 하부에 형성하는 마이크로폰.
12. a) 기판의 상부에 고정막을 증착하고, 상기 고정막의 상부에 일정 간격으로 돌출된 제2 비도핑 영역과 복수의 음향홀을 형성하는 단계;
    b) 상기 고정막의 상부에 희생층과 진동막을 형성하고, 상기 진동막 내에 일정 간격의 제1 비도핑 영역을 형성하는 단계;
    c) 상기 진동막의 중심부를 기준으로 가장자리의 일부를 패터닝하여 복수의 슬롯을 형성하는 단계;
    d) 상기 기판의 배면 중앙부를 식각하여 음원 입력을 위한 관통구를 형성하는 단계; 및
    e) 상기 슬롯을 통해 상기 희생층의 중앙부를 제거하여 공기층과 지지층을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 비도핑 영역과 제2 비도핑 영역은 직경이 서로 다른 링 타입의 비도핑된 폴리 실리콘 구조를 일정 간격으로 배치하거나, 일정 간격의 나선형으로 형성하는 마이크로폰 제조 방법.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 b) 단계는,
    상기 제1 비도핑 영역을 상기 제2 비도핑 영역과 서로 대응되는 위치에 형성하는 단계를 포함하는 마이크로폰 제조 방법.
14. 제 12 항에 있어서,
    상기 진동막과 고정막은,
    폴리 실리콘, 메탈 및 실리콘 질화막 중 적어도 하나의 전도성 물질로 구성하는 마이크로폰 제조 방법.
15. 제 12 항에 있어서,
    상기 c) 단계는,
    상기 진동막의 상부에 감광층을 형성하고, 상기 감광층을 노광 및 현상하여 관통 영역 조성을 위한 감광층 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 감광층 패턴을 마스크로 상기 진동막의 일부를 식각하여 상기 슬롯을 형성하는 단계를 포함하는 마이크로폰 제조 방법.
16. 제 12 항에 있어서,
    상기 c) 단계는,
    상기 진동막과 희생층의 일부를 식각하여 고정막의 도전선 부분이 개방된 비아홀을 형성하는 단계; 및
    상기 비아홀을 통해 상기 고정막의 상부에 제1 패드를 패터닝하고, 상기 진동막의 상부에 제2 패드를 패터닝하는 단계를 포함하는 마이크로폰 제조 방법.
17. 중앙부에 관통구가 형성된 기판;
    상기 관통구를 덮도록 배치되며 일정 간격으로 돌출된 제1 비도핑 영역을 포함하는 진동막;
    상기 진동막과 공기층을 두고 이격 설치되며, 내부에 상기 진동막과의 직접적인 접촉을 방지하기 위하여 일정 간격의 제2 비도핑 영역을 포함하는 고정막; 및
    상기 고정막과 진동막 사이를 지지하는 지지층을 포함하되,
    상기 제1 비도핑 영역 및 제2 비도핑 영역은 링 구조로 형성되며, 상기 링 구조 사이에 딤플을 형성하는 마이크로폰.
18. 삭제
19. 제 17 항에 있어서,
    상기 제1 비도핑 영역은,
    주름 구조의 패턴 공정 후 이온 주입조절로 링 타입으로 돌출된 구조를 형성하는 마이크로폰.

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