KR102486583B1 - 멤스 마이크로폰, 이를 포함하는 멤스 마이크로폰 패키지 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
멤스 마이크로폰은, 수직 방향의 제1 측벽에 의하여 정의되는 캐비티를 구비하는 기판, 상기 기판의 상측에 구비되고, 복수의 음향홀을 구비하는 백 플레이트, 상기 기판과 상기 백 플레이트로부터 이격되어 개재되며, 상기 캐비티를 덮으며 적어도 하나의 벤트홀을 구비하고, 음압을 감지하여 변위를 발생시키는 진동판, 상기 기판 및 상기 진동판을 상호 연결하여 상기 진동판을 지지하는 앵커 및 상기 벤트홀과 연통되고, 상기 음압이 상기 캐비티를 향하여 하방으로 흐르도록 흐름 경로를 제공하는 경로 부재를 포함한다. 이로써, 멤스 마아크로폰이 개선된 SNR 을 가질 수 있다.
Description
본 발명의 실시예들은 소리를 전기 신호로 변환하는 멤스 마이크로폰, 이를 포함하는 멤스 마이크로폰 패키지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 음압을 통해 발생된 변위를 이용하여 음성 신호를 전기 신호로 변환하는 정전식 멤스 마이크로폰, 상기 멤스 마이크로폰을 포함하는 멤스 마이크로폰 패키지 및 상기 멤스 마이크로폰의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 정전식 마이크로폰은 서로 마주하는 두 전극 사이에 형성된 정전 용량의 변화를 이용하여 음성 신호를 감지한다. 상기 정전식 마이크로폰은 진동판 및 백 플레이트를 포함한다. 상기 진동판은, 음압에 반응하여 밴딩 가능하게 구비된다. 상기 백 플레이트는 진동판과 마주하게 구비된다.
상기 진동판은 멤브레인으로 이루어진다. 상기 진동판은, 음압을 인지하여 변위를 발생시킬 수 있다. 즉, 음압이 진동판에 도달하면, 상기 음압에 반응하여 상기 진동판은 백 플레이트 측으로 휘어진다. 이러한 진동판의 변위는 진동판과 백 플레이트 사이의 정전 용량의 변화를 발생시킴으로써, 이에 따라 음압이 전기 신호로 변환되고, 상기 전기 신호가 출력될 수 있다.
이러한 정전식 마이크로폰은 반도체 멤스 공정을 통해 제조될 수 있으며, 이 경우, 초소형화를 통하여 멤스 마이크로폰이 구현될 수 있다. 상기 멤스 마이크로폰에 포함된 진동판은 캐비티가 형성된 기판으로부터 이격되어 구비된다. 또한, 상기 진동판이 음압에 의해 자유롭게 밴딩될 수 있다. 상기 기판으로부터 이격된 상기 진동판은 앵커를 이용하여 상기 기판과 연결된다. 상기 앵커는 상기 진동판을 상기 기판에 대하여 지지할 수 있다.
특히, 상기 멤스 마이크로폰이 모바일 기기 뿐만 아니라, 음성 인식 기기에 적용되기 위해서는 신호대잡음 비(signal to noise ratio; 이하, SNR 이라고 함)가 65 dB 이상일 필요가 있다. 이를 위하여, 멤스 마이크로폰의 잡음 특성의 개선이 요구된다.
상기 멤스 마이크로폰의 노이즈 특성은, 음향, 기계, 전기 각각의 노이즈 소스로서 열적 노이즈에 의해 주로 결정된다. 이때, 상기 열적 노이즈가 정전 용량성 변환에 의하여 전기적 신호로 변환된다. 따라서, 상기 멤스 마이크로폰의 노이즈 특성을 개선하기 위하여, 음향, 기계, 전기 각각의 에너지 도메인에서의 성분 개선과 더불어 음향-기계, 기계-전기의 변환 특성 개선이 동시에 필요하다.
따라서, 전체적인 노이즈 성분 및 변환 특성을 동시에 개선할 수 있는 멤스 마이크로폰이 개발이 요구된다.
본 발명의 실시예들은 노이즈 성분 및 변환 특성을 동시에 개선할 수 있는 멤스 마이크로폰을 제공한다.
본 발명의 실시예들은 노이즈 성분 및 변환 특성을 동시에 개선할 수 있는 멤스 마이크로폰을 포함하는 멤스 마이크로폰 패키지를 제공한다.
본 발명의 실시예들은 노이즈 성분 및 변환 특성을 동시에 개선할 수 있는 멤스 마이크로폰의 제조 방법을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에에 따른 멤스 마이크로폰은, 수직 방향의 제1 측벽에 의하여 정의되는 캐비티를 구비하는 기판, 상기 기판의 상측에 구비되고, 복수의 음향홀을 구비하는 백 플레이트, 상기 기판과 상기 백 플레이트로부터 이격되어 개재되며, 상기 캐비티를 덮으며 적어도 하나의 벤트홀을 구비하고, 음압을 감지하여 변위를 발생시키는 진동판, 상기 기판 및 상기 진동판을 상호 연결하여 상기 진동판을 지지하는 앵커 및 상기 벤트홀과 연통되고, 상기 음압이 상기 캐비티를 향하여 하방으로 흐르도록 흐름 경로를 제공하는 경로 부재를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 벤트홀 및 상기 경로 부재에 의하여 정의되는 제1 음향 저항은 상기 음향홀에 의하여 정의된 제2 음향 저항보다 크도록 구비된다.
본 발명의 일 실시에 있어서, 상기 벤트홀 및 상기 경로 부재는 상기 진동판의 외각에 배열될 수 있다.
여기서, 상기 경로 부재는 수직 방향으로 연장될 수 있다.
본 발명의 일 실시에 있어서, 상기 앵커는 상기 기판의 상면에 상기 캐비티를 둘러싸도록 형성되고, 상기 경로 부재는 상기 앵커와 연결되며 상기 기판에 형성된 관통홀의 내측벽을 따라 연장될 수 있다.
여기서, 상기 기판에는 상기 캐비티로부터 외각으로 확장된 캐비티 확장부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 캐비티 확장부는 상기 경로 부재와 연통될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에에 따른 멤스 마이크로폰 패키지는 수직 방향의 제1 측벽에 의하여 정의되는 캐비티를 구비하는 기판, 상기 기판의 상측에 구비되고, 복수의 음향홀을 구비하는 백 플레이트, 상기 기판과 상기 백 플레이트로부터 이격되어 개재되며, 상기 캐비티를 덮으며 적어도 하나의 벤트홀을 구비하고, 음압을 감지하여 변위를 발생시키는 진동판, 상기 기판 및 상기 진동판을 상호 연결하여 상기 진동판을 지지하는 앵커, 상기 벤트홀과 연통되고, 상기 음압이 상기 캐비티를 향하여 하방으로 흐르도록 흐름 경로를 제공하는 경로 부재 및 상기 기판, 상기 백 플레이트, 상기 진동판, 상기 앵커 및 상기 경로 부재 전체를 감싸며, 하부에 음압의 흐름 경로를 제공하는 바텀 포터를 구비하는 패키지부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 벤트홀 및 상기 경로 부재에 의하여 정의되는 제1 음향 저항은 상기 음향홀에 의하여 정의된 제2 음향 저항보다 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 벤트홀 및 상기 경로 부재는 상기 진동판의 외각에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시에 있어서, 상기 앵커는 상기 기판의 상면에 상기 캐비티를 둘러싸도록 형성되고, 상기 경로 부재는 상기 앵커와 연결되며 상기 기판에 형성된 관통홀의 내측벽을 따라 연장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰의 제조 방법에 있어서, 진동 영역과 상기 진동 영역을 둘러싼 주변 영역으로 구획된 기판 상에 절연막을 증착한 후, 상기 절연막을 패터닝하여, 상기 진동 영역의 둘레를 따라 연장되도록 상기 주변 영역에 앵커 및 경로 부재를 형성하기 위한 앵커홀 및 경로홀을 형성한다. 이후, 상기 앵커홀 및 상기 경로홀이 형성된 상기 절연막 상에, 진동판, 상기 진동판을 상기 기판에 연결시키는 앵커 및 경로 부재를 각각 형성한다. 이후, 상기 진동판이 형성된 상기 절연막 상에 희생층을 증착하고, 상기 희생층 상에 백 플레이트를 상기 진동판과 마주하게 형성한다. 이후, 상기 백 플레이트를 패터닝하여 상기 백 플레이트를 관통하는 복수의 음향홀을 형성하고, 상기 기판을 패터닝하여 수직 방향으로 제1 측벽에 의하여 정의되는 캐비티를 상기 진동 영역에 형성한다. 상기 캐비티를 이용한 식각 공정을 통해 상기 진동판의 아래에 위치하는 상기 절연막의 일부를 제거한 후, 상기 희생층에서 상기 진동판과 상기 앵커에 대응하는 부분을 제거한다.
본 발명의 일 실시예 있어서, 상기 앵커홀은 상기 진동 영역을 둘러싸도록 링 형상을 갖도록 형성되며, 상기 진동판을 형성하는 중, 상기 주변 영역에 복수의 벤트홀 및 경로홀을 형성하하고,, 상기 희생층을 제거하기 위하여, 상기 벤트홀 및 상기 경로홀은 식각 유체의 이동 통로를 제공한다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 멤스 마이크로폰은 벤트홀과 연통된 경로 부재를 포함한다. 경로 부재는 벤트홀을 경유하여 캐비티로 음압을 전달한다. 이때, 상기 경로 부재가 음향 저항으로 기능할 수 있다. 즉, 상기 경로 부재는 에어 갭(AG)으로부터 배출되는 에어의 경로를 증가시킨다. 이로써, 음향 저항이 증가함으로써 신호대노이즈 비(signal to noise ratio; SNR)가 증가할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰을 설명하기 위한 평면도이다.
도 2는 도 2는 도 1의 I - I' 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5 내지 도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들 및 평면도이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰 패키지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 도 2는 도 1의 I - I' 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5 내지 도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들 및 평면도이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰 패키지를 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 상세하게 설명된다. 그러나, 본 발명은 하기에서 설명되는 실시예들에 한정된 바와 같이 구성되어야만 하는 것은 아니며 이와 다른 여러 가지 형태로 구체화될 수 있을 것이다. 하기의 실시예들은 본 발명이 온전히 완성될 수 있도록 하기 위하여 제공된다기보다는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 당업자들에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공된다.
본 발명의 실시예들에서 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 배치되는 또는 연결되는 것으로 설명되는 경우 상기 요소는 상기 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결될 수도 있으며, 다른 요소들이 이들 사이에 개재될 수도 있다. 이와 다르게, 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결되는 것으로 설명되는 경우 그들 사이에는 또 다른 요소가 있을 수 없다. 다양한 요소들, 조성들, 영역들, 층들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목들을 설명하기 위하여 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 사용될 수 있으나, 상기 항목들은 이들 용어들에 의하여 한정되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들에서 사용된 전문 용어는 단지 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 또한, 달리 한정되지 않는 이상, 기술 및 과학 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상적인 지식을 갖는 당업자에게 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 통상적인 사전들에서 한정되는 것들과 같은 상기 용어들은 관련 기술과 본 발명의 설명의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석될 것이며, 명확히 한정되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 외형적인 직감으로 해석되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들의 개략적인 도해들을 참조하여 설명된다. 이에 따라, 상기 도해들의 형상들로부터의 변화들, 예를 들면, 제조 방법들 및/또는 허용 오차들의 변화는 충분히 예상될 수 있는 것들이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도해로서 설명된 영역들의 특정 형상들에 한정된 바대로 설명되어지는 것은 아니라 형상들에서의 편차를 포함하는 것이며, 도면들에 설명된 요소들은 전적으로 개략적인 것이며 이들의 형상은 요소들의 정확한 형상을 설명하기 위한 것이 아니며 또한 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것도 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰을 설명하기 위한 평면도이다. 도 2는 도 2는 도 1의 I - I' 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰(101)은 기판(110), 진동판(120), 앵커(130), 백 플레이트(140) 및 경로 부재들(125)를 포함한다. 상기 멤스 마이크로폰(101)은 음압에 따라 변위를 발생시켜 음압을 전기 신호로 변환하여 출력할 수 있다.
상기 기판(110)은 진동 영역(VA)과 상기 진동 영역(VA)을 둘러싼 주변 영역(SA)으로 구획될 수 있으며, 상기 진동 영역(VA)에는 상기 기판을 수직 방향으로 관통하는 캐비티(112)가 구비된다.
상기 캐비티(112)는 수직 방향의 제1 측벽(115)에 의하여 정의될 수 있다. 또한, 상기 진동 영역(VA)은 상기 캐비티(112)에 대응할 수 있다.
상기 진동판(120)은 멤브레인으로 구성될 수 있다. 상기 진동판(120)은 상기 기판(110) 상에서 상기 캐비티(112)를 덮도록 구비된다. 또한, 상기 진동판(120)의 하면은 상기 캐비티(112)를 통해 노출될 수 있다. 상기 진동판(120)은 음압에 의해 밴딩 가능하도록 상기 기판(110)으로부터 이격되어 위치한다. 상기 진동 영역(VA)에 해당하는 상기 진동판에는 3족 또는 5족 원소가 추가적으로 도핑될 수 있다.
상기 진동판(120)은 도 1에 도시된 바와 같이 원판 형상으로 구비될 수 있다. 또한, 상기 캐비티(112)는 원형 컬럼 형상을 가질 수 있다.
상기 진동판(120)은 복수의 벤트홀(122)을 구비할 수 있다. 상기 벤트홀(122)은 상기 에어 갭(AG) 및 상기 캐비티(112) 사이의 통로로서 기능할 수 있다. 이로써, 상기 벤트홀(122)은 상기 캐비티(112) 및 상기 에어 갭(AG) 간의 압력 균형을 맞출 수 있다. 또한, 상기 벤트홀(122)은, 상기 진동판(120)이 외부 음압에 의하여 쉽게 손상되는 것을 억제할 수 있다.
상기 벤트홀들(122)은 상기 진동 영역(VA)에 위치한다. 상기 벤트홀들(122)은, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 앵커(130)를 따라 상호 이격되어 배열된다. 상기 벤트홀들(122)은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 진동판(120)을 관통하여 형성된다.
상기 앵커(130)는 상기 진동판(120)의 외측 단부 및 상기 기판의 상면을 상호 연결한다. 이로써, 상기 앵커(130)를 이용하여 상기 기판(110)은, 상기 기판(110)으로부터 이격된 상기 진동판(120)을 지지할 수 있다.
상기 앵커(130)은 상기 기판(110)의 주변 영역(SA)에 위치한다. 상기 앵커(130)의 하면은 상기 기판(110)의 상면과 접할 수 있다. 상기 앵커(130)는 상기 캐비티(112)의 둘레를 따라 연장될 수 있다. 즉, 상기 앵커(130)은 상기 진동 영역(VA)을 둘러싼다.
상기 앵커(130)는 전체적으로 링 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 앵커(130)은 댐 형상의 절단면을 가질 수 있다. 또한, 상기 앵커(130)는 'U'자 형상의 절단면을 가질 수도 있다(도 2 참조).
상기 백 플레이트(140)는 상기 진동판(120)의 상측에 구비된다. 상기 백 플레이트(140)는 상기 진동 영역(VA)에 위치한다. 상기 백 플레이트(140)은 상기 진동판(120)으로부터 이격된다. 또한, 상기 백 플레이트(140)은 상기 진동판(120)과 마주하게 구비된다. 상기 백 플레이트(140)는 원판 형상을 가질 수 있다.
상기 백 플레이트(140)는 상기 진동판(120)으로부터 이격됨으로써, 상기 진동판(120)과 상기 백 플레이트(140) 사이에 에어 갭(AG)이 형성된다.
상기 백 플레이트에는, 음파가 통과하는 복수의 음향홀(142)이 구비될 수 있다. 상기 음향홀들(142)은 상기 백 플레이트(140)를 관통하여 형성된다. 상기 음향홀들(142)을 통하여 상기 에어 갭(AG)이 외부와 연통될 수 있다.
상기 경로 부재들(125) 각각은 상기 벤트홀들(122) 각각과 연통된다. 상기 경로 부재들(125)은 상기 음압이 상기 캐비티(112)를 향하여 하방으로 흐를 수 있도록 흐름 경로를 제공한다. 상기 경로 부재들(125) 각각은 수직으로 연장될 수 있다.
상기 경로 부재들(125)은 상기 벤트홀들(122)을 경유하여 상기 캐비티(112)로 음압을 전달한다. 이때, 상기 경로 부재들(125)는 음향 저항으로 기능할 수 있다. 즉, 상기 경로 부재들(125)은 상기 에어 갭(AG)으로부터 배출되는 에어의 경로를 증가시킨다. 이로써, 음향 저항이 증가함으로써 신호대노이즈 비(signal to noise ratio; SNR)가 증가할 수 있다. 예를 들면, 상기 멤스 마이크로폰(101)이 바텀 포트 방식으로 채용될 경우 65 dB 이상의 SNR 값을 가질 수 있다. 따라서, 상기 멤스 마이크로폰(101)이 음성 인식 기기에 적용될 수 있다.
이때, 상기 벤트홀(112) 및 상기 경로 부재들(125)에 의하여 정의되는 제1 음향 저항값이 상기 음향홀에 의하여 정의되는 제2 음향 저항값보다 클 수 있다. 이로써, SNR 이 증가할 수 있다.
상기 벤트홀(112) 및 상기 경로 부재들(125)은 진동판의 외각을 따라 배열될 수 있다. 이로써, 에어가 에어갭 내에서 잔류하는 시간이 상대적으로 증가함으로써, SNR 및 감도가 개선될 수 있다.
한편, 상기 멤스 마이크로폰(101)은 제1 절연막(150), 제2 절연막(160), 층간 절연막(170), 진동 패드(182), 백 플레이트 패드(184), 제1 패드 전극(192), 및 제2 패드 전극(194)을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 절연막(150)은 상기 기판(110)의 상면에 구비되며, 상기 주변 영역(SA)에 위치할 수 있다.
상기 제2 절연막(160)은 상기 기판(110)의 상측에 구비된다. 상기 제2 절연막(160)은, 상기 백 플레이트(140)의 상면을 커버할 수 있다. 상기 제2 절연막(160)은 상기 백 플레이트(140)의 외측에서 절곡되어 형성된 챔버(162)를 포함한다. 상기 챔버(162)는 상기 주변 영역(SA)에 위치한다.
상기 챔버(162)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 앵커(130)로부터 이격된다. 상기 챔버(162), 상기 앵커(130)를 둘러싸도록 링 형상으로 구비될 수 있다. 여기서, 제2 절연막(160)은 상기 진동판(120)과 상기 앵커(130)로부터 이격된다. 상기 챔버(162) 및 상기 앵커(130)의 사이에도 상기 에어 갭(AG)이 형성될 수 있다. 이로써, 상기 에어 갭(AG)의 체적이 증가될 수 있다.
상기 챔버(162)는 그 하면이 상기 기판(110)의 상면과 접하도록 구비된다. 따라서, 상기 챔버(162)는 상기 제2 절연막(160)의 하면에 구비된 상기 백 플레이트(140)를 지지한다. 그 결과, 상기 백 플레이트(140)가 상기 진동판(120)으로부터 이격된 상태를 유지함으로써, 에어 갭(AG)이 유지될 수 있다.
상기 백 플레이트(140)와 상기 제2 절연막(160)에는 음파가 통과하는 복수의 음향홀(142)이 구비될 수 있다. 상기 음향홀들(142)은 상기 백 플레이트(140)와 상기 제2 절연막(160)을 관통하여 형성된다. 상기 음향홀들(142)을 통하여 상기 에어 갭(AG)이 외부와 연통될 수 있다.
또한, 상기 백 플레이트(140)는 복수의 딤플 홀(144)을 구비할 수 있으며, 상기 제2 절연막(160)은 상기 딤플홀들(144)에 대응하여 복수의 딤플(164)을 구비할 수 있다. 상기 딤플홀들(144)은 상기 백 플레이트(140)를 관통하여 형성된다. 상기 딤플들(164)은 상기 딤플홀들(144)이 형성된 부분에 위치한다.
상기 딤플들(164)은 상기 진동판(120)이 상기 백 플레이트(140)의 하면에 부착되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 상기 진동판(120)은 음파가 도달하면, 상기 백 플레이트(140) 측으로 반원 형상으로 휘어진 후 다시 원위치 된다. 상기 진동판(120)의 휨 정도는 음압에 따라 달라지며, 상기 진동판(120)의 상면이 상기 백 플레이트(140)의 하면에 접촉될 정도로 많이 휘어질 수도 있다. 이렇게 상기 진동판(120)이 상기 백 플레이트(140)에 접촉될 정도 많이 휘어질 경우, 상기 진동판(120)이 상기 백 플레이트(140)에 부착되어 원위치로 회복되지 못할 수도 있다.
상기 진동판(120)이 상기 백 플레이트(140)에 부착되는 것을 방지하기 위해, 상기 딤플들(164)은 상기 백 플레이트(140)의 하면보다 상기 진동판(120) 측으로 돌출되며, 상기 진동판(120)이 상기 백 플레이트(140)에 접촉될 정도로 많이 휘어질 경우 상기 진동판(120)과 상기 백 플레이트(140)를 이격시켜 상기 진동판이 다시 원위치 되도록 한다.
한편, 상기 제1 절연막(150)의 상면에는 상기 진동 패드(182)가 구비될 수 있으며, 상기 진동 패드(182)는 상기 진동판(120)과 전기적으로 연결된다.
상기 진동 패드(182)가 구비된 상기 제1 절연막(150) 상에는 상기 층간 절연막(170)이 구비될 수 있다. 상기 층간 절연막(170)은 상기 제1 절연막(150)과 상기 제2 절연막(160) 사이에 배치된다. 여기서, 상기 제1 절연막(150)과 상기 층간 절연막(170)은 도 2에 도시된 것처럼 상기 챔버(162)의 외측에 위치할 수 있다.
상기 층간 절연막(170)의 상면에는 상기 백 플레이트 패드(184)가 구비될 수 있다. 상기 백 플레이트 패드(184)는 상기 주변 영역(SA)에 위치할 수 있다. 상기 백 플레이트 패드(184)는 상기 백 플레이트(140)와 연결된다.
상기 제2 절연막(160) 상에는 상기 제1 및 제2 패드 전극들(192, 194)이 구비될 수 있다. 상기 제1 패드 전극(192)은 상기 제1 콘택홀(CH1)에 위치하며, 상기 제1 콘택홀(CH1)을 통해 상기 진동 패드(182)와 접촉된다. 상기 제2 패드 전극(194)은 상기 제2 콘택홀(CH2)에 위치하며, 상기 제2 콘택홀(CH2)을 통해 상기 백 플레이트 패드(184)와 접촉된다. 여기서, 상기 제1 및 제2 패드 전극들(192, 194)은 투명 전극들로 이루어질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰(101)은 기판(110), 진동판(120), 앵커(130), 백 플레이트(140), 경로 부재(125) 및 캐비티 확장부(116)를 포함한다. 상기 멤스 마이크로폰(101)은 기판, 앵커 및 경로 부재를 제외한 나머지 구성 요소들은 도 1 및 도 2를 참고로 상술한 멤스 마이크로폰과 동일한 구성을 가지므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 기판(110)은 캐비티(112), 캐비티(112)와 연통된 캐비티 확장부(116) 및 복수의 관통홀들(135)을 포함한다.
상기 캐비티 확장부(116)는 상기 캐비티(112)의 하부와 연통되도록 상기 제1 측벽(115)의 하부에 형성된다. 한편, 상기 캐비티 확장부(116)의 상부에는 기판(110)이 캐비티(112)의 상부를 둘러싸도록 잔류한다. 상기 잔류하는 기판(110)의 상부는 위치할 구비될 공간을 제공한다.
이로써, 캐비티 확장부(116)은 기판의 하부에 상기 캐비티(112)의 내측과 연통되도록 구비된다. 결과적으로 상기 캐비티 확장부(116)은 상기 캐비티(112)를 포함하는 공간을 확장할 수 있다. 즉, 상기 캐비티(112) 및 상기 캐비티 확장부(116)가 차지하는 공간이 이용될 경우, 상기 공간의 부피가 증대될 수 있다.
특히, 상기 멤스 마이크로폰(101)이 탑 포트 방식으로 구현될 때, 상기 캐비티(112) 및 상기 캐비티 확장부(116)는 백 챔버(back chamber)로서 기능한다. 이때, 상기 백 챔버의 부피가 증가됨에 따라, 컴플라이언스를 감소시키면서 신호 대 잡음비(signal to noise ratio; SNR)를 개선할 수 있다.
상기 관통홀들(135)은 상기 캐비티 확장부(116)와 연통되도록 형성된다. 즉, 상기 관통홀들(135)은 상기 기판(110)의 상부에 상기 캐비티(112)의 상부를 둘러싸도록 배열된다.
상기 앵커(130)는 기판(110)의 상면을 따라 형성된다. 즉, 상기 앵커(130)는 기판(110)의 상면과 컨택한다. 이로써 상기 앵커(130)는 상기 진동판(120)을 기판(110)에 대하여 지지할 수 있다.
상기 경로 부재(122)는 상기 관통홀(135)의 내측벽을 따라 연장된다. 상기 경로 부재(122)는 에어 갭(AG)으로부터 에어가 배출될 수 있는 경로를 제공한다. 상기 경로 부재(122)는 상기 캐비티 확장부(116)와 연통된다.
이로써, 상기 캐비티 확장부(116) 및 경로 부재(122)를 구비하는 멤스 마이크로폰은 우수한 SNR을 확보할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 상기 멤스 마이크로폰을 제조하는 과정에 대해 구체적으로 설명한다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들 및 평면도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 멤스 마이크로폰(101)을 제조하는 방법은, 먼저 상기 기판(110) 상에 제1 절연막(150)을 증착한다(단계 S110).
이어서, 상기 제1 절연막(150)을 패터닝하여 앵커(130; 도 2 참조)를 형성하기 위한 앵커홀(152) 및 복수의 경로홀(154)을 형성한다(단계 S120).
상기 앵커홀(152)은 상기 주변 영역(SA)에 형성되며, 상기 기판(110)은 상기 앵커홀(152)을 통해 부분적으로 노출될 수 있다. 상기 앵커홀(152)은 상기 진동 영역(VA)의 둘레를 따라 연장된다. 상기 앵커홀(152)는 링 형상으로 형성되어 상기 진동 영역(VA)을 둘러쌀 수 있다.
또한, 상기 경로홀들(154)은 상기 진동 영역(VA)의 외곽을 둘러싸도록 배열된다. 상기 경로홀들(154)은 후속하여 형성될 경로 부재의 형성 위치에 대응된다(도 6 참조).
도 7을 참조하면, 상기 앵커홀(152) 및 경로홀들(154)이 형성된 상기 제1 절연막(150) 상에 제1 실리콘층(20)을 증착한다. 상기 제1 실리콘층(20)은 화학기상증착 공정을 통하여 형성될 수 있다. 상기 화학기상증착 공정은 공지된 기술로서, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 8을 참조하면, 상기 제1 실리콘층(20)을 패터닝하여 상기 진동판(120)과 상기 앵커(130), 벤트홀(122) 및 경로 부재들(125)을 형성한다(단계 S130). 또한, 상기 앵커(130)는 앵커홀(152) 내에 형성되어 상기 기판(110)과 접촉된다.
한편, 경로 부재들(125)은 상기 경로홀(154)의 내측벽에 형성된다. 한편, 상기 경로홀(154) 내의 바닥부에 잔류하는 제1 실리콘층은 추가적으로 제거됨으로써, 경로 부재가 형성될 수도 있다.
이와 다르게, 상기 제1 실리콘층(20)에 대한 이방성 식각 공정을 통하여 경로 부재(125)가 형성될 수 있다.
한편, 상기 제1 실리콘층(20)을 패터닝하기 전, 상기 진동 영역(VA)에 해당하는 상기 제1 실리콘층(20)의 일부에 대하여 이온 주입 공정이 수행될 수 있다. 이로써, 상기 제1 실리콘층(20)의 진동 영역에 고농도 도핑이 이루어짐으로써, 후속하여 형성되는 진동판의 성능이 개선될 수 있다.
또한, 상기 제1 실리콘층(20)을 패터닝하여 상기 진동판(120)을 형성하는 공정 중, 상기 주변 영역(SA)에 상기 진동판(120)과 연결되는 상기 진동 패드(182)가 형성될 수 있다.
이어서, 상기 진동판(120), 상기 앵커(130) 및 상기 경로 부재들(125)이 형성된 상기 제1 절연막(150) 상에 상기 희생층을 증착한다(단계 S140).
이후, 상기 희생층 상에 제2 실리콘층을 증착한다. 이후 상기 제2 실리콘층을 패터닝하여 백 플레이트(140)를 상기 진동 영역(VA)에 형성한다(단계 S150). 이때, 상기 주변 영역(SA)에 상기 백 플레이트 패드(184)가 형성될 수 있다.
상기 백 플레이트(140)에는 이온 주입 공정을 통한 불순물 도핑이 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 희생층과 상기 제1 절연막(150)을 패터닝하여 상기 챔버(162)를 형성하기 위한 챔버홀(미도시)을 상기 주변 영역(SA)에 형성할 수 있다.
이어서, 상기 백 플레이트(140)가 구비된 상기 희생층 상에 상기 제2 절연막(160)을 증착한다(단계 S160).
도면에는 구체적으로 도시하지 않았으나, 상기 제2 절연막(160)을 증착하는 단계(S160) 이후, 상기 제2 절연막(160)과 상기 희생층을 패터닝하여 상기 제1 및 제2 콘택홀들(CH1, CH2)을 형성할 수 있다. 상기 제1 및 제2 콘택홀들(CH1, CH2)에 대응되는 위치에 해당하는 상기 제2 절연막(160) 상에 상기 제1 및 제2 패드 전극들(192, 194)을 형성할 수 있다.
이어서, 상기 제2 절연막(160)과 상기 백 플레이트(140)를 패터닝하여, 상기 음향홀들(142)을 형성한다(단계 S170).
이후, 상기 기판(110)을 패터닝하여 상기 진동 영역(VA)에 제1 측벽(115)으로 정의되는 캐비티(112)를 형성한다(단계 S180).
이후, 상기 캐비티(112) 를 통해 상기 제1 절연막(150)에 식각액을 제공하여 상기 제1 절연막(150) 중 상기 진동판(120)의 아래에 위치하는 부분을 제거한다. 이로써, 상기 제1 절연막(150)이 부분적으로 제거되고, 상기 제2 절연막(160)의 챔버(162) 외측에 위치하는 부분만 잔류한다(단계 S200).
계속해서, 상기 희생층 중 상기 진동판(120)과 상기 앵커(130) 및 벤트홀(122) 상에 위치하는 부분을 제거하여 상기 에어 갭(AG)을 형성한다(단계 S210). 이때, 상기 진동판(120)의 상기 벤트홀들(122) 및 경로 부재(125)은 상기 희생층을 제거하기 위한 식각액의 이동 통로로 기능할 수 있다. 상기 제1 절연막과 희생층은 동시에 연속적으로 제거될 수 있다.
이렇게 상기 에어 갭(AG)이 형성되면, 상기 희생층 중 상기 챔버(162)의 외측에 존재하는 부분만 남게 되어, 상기 잔류하는 부분은 상기 층간 절연막(170)으로 전환된다. 이로써, 도 1 및 도 2에 도시된 상기 멤스 마이크로폰(101)이 완성될 수 있다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰 패키지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 9을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰 패키지(200)는 멤스 마이크로폰을 둘러싸는 패키지부(201)를 더 포함한다.
상기 패키지부(201)는 그 하부로부터 음압이 흐를 수 있는 바텀 포트(205)를 구비한다. 즉, 상기 바텀 포트(205)를 통하여 음압이 유입되어 상기 멤스 마이크로폰(101)으로 인가될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
101, 102 : 멤스 마이크로폰 110 : 기판
112 : 캐비티 120 : 진동판
122 : 벤트홀 125 : 경로 부재
130 : 앵커 127 : 경로홀
140 : 백 플레이트 142 : 음향홀
144 : 딤플홀 150 : 제1 절연막
152, 154 : 앵커홀 160 : 제2 절연막
162 : 챔버 164 : 딤플
170 : 층간 절연막 182 : 진동 패드
184 : 백 플레이트 패드 192 : 제1 패드 전극
194 : 제2 패드 전극
112 : 캐비티 120 : 진동판
122 : 벤트홀 125 : 경로 부재
130 : 앵커 127 : 경로홀
140 : 백 플레이트 142 : 음향홀
144 : 딤플홀 150 : 제1 절연막
152, 154 : 앵커홀 160 : 제2 절연막
162 : 챔버 164 : 딤플
170 : 층간 절연막 182 : 진동 패드
184 : 백 플레이트 패드 192 : 제1 패드 전극
194 : 제2 패드 전극
Claims (13)
- 수직 방향의 제1 측벽에 의하여 정의되는 캐비티를 구비하는 기판;
상기 기판의 상측에 구비되고, 복수의 음향홀을 구비하는 백 플레이트;
상기 기판과 상기 백 플레이트로부터 이격되어 개재되며, 상기 캐비티를 덮으며 적어도 하나의 벤트홀을 구비하고, 음압을 감지하여 변위를 발생시키는 진동판;
상기 기판 및 상기 진동판을 상호 연결하여 상기 진동판을 지지하며, 상기 진동판과 일체로 형성된 앵커; 및
상기 벤트홀과 연통되고, 상기 음압이 상기 캐비티를 향하여 하방으로 흐르도록 흐름 경로를 제공하는 경로 부재를 포함하고,
상기 앵커는 상기 기판의 상면에 상기 캐비티를 둘러싸도록 형성되고,
상기 경로 부재는 상기 앵커와 연결되며 상기 기판에 형성된 관통홀의 내측벽을 따라 연장된 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰. - 제1항에 있어서, 상기 벤트홀 및 상기 경로 부재에 의하여 정의되는 제1 음향 저항은 상기 음향홀에 의하여 정의된 제2 음향 저항보다 큰 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
- 제1항에 있어서, 상기 벤트홀 및 상기 경로 부재는 상기 진동판의 외각에 배열되는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
- 제3항에 있어서, 상기 경로 부재는 수직 방향으로 연장된 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 기판에는 상기 캐비티로부터 외각으로 확장된 캐비티 확장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
- 제6항에 있어서, 상기 캐비티 확장부는 상기 경로 부재와 연통된 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
- 수직 방향의 제1 측벽에 의하여 정의되는 캐비티를 구비하는 기판;
상기 기판의 상측에 구비되고, 복수의 음향홀을 구비하는 백 플레이트;
상기 기판과 상기 백 플레이트로부터 이격되어 개재되며, 상기 캐비티를 덮으며 적어도 하나의 벤트홀을 구비하고, 음압을 감지하여 변위를 발생시키는 진동판;
상기 기판 및 상기 진동판을 상호 연결하여 상기 진동판을 지지하며, 상기 진동판과 일체로 형성된 앵커;
상기 벤트홀과 연통되고, 상기 음압이 상기 캐비티를 향하여 하방으로 흐르도록 흐름 경로를 제공하는 경로 부재; 및
상기 기판, 상기 백 플레이트, 상기 진동판, 상기 앵커 및 상기 경로 부재 전체를 감싸며, 하부에 음압의 흐름 경로를 제공하는 바텀 포터를 구비하는 패키지부를 포함하고,
상기 앵커는 상기 기판의 상면에 상기 캐비티를 둘러싸도록 형성되고,
상기 경로 부재는 상기 앵커와 연결되며 상기 기판에 형성된 관통홀의 내측벽을 따라 연장된 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰 패키지. - 제8항에 있어서, 상기 벤트홀 및 상기 경로 부재에 의하여 정의되는 제1 음향 저항은 상기 음향홀에 의하여 정의된 제2 음향 저항보다 큰 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰 패키지.
- 제8항에 있어서, 상기 벤트홀 및 상기 경로 부재는 상기 진동판의 외각에 위치하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰 패키지.
- 삭제
- 진동 영역과 상기 진동 영역을 둘러싼 주변 영역으로 구획된 기판 상에 절연막을 증착하는 단계;
상기 절연막을 패터닝하여, 상기 진동 영역의 둘레를 따라 연장되도록 상기 주변 영역에 앵커 및 경로 부재를 형성하기 위한 앵커홀 및 경로홀을 형성하는 단계;
상기 앵커홀 및 상기 경로홀이 형성된 상기 절연막 상에, 진동판, 상기 진동판을 상기 기판에 연결시키며 상기 진동판과 일체인 앵커 및 경로 부재를 각각 형성하는 단계;
상기 진동판이 형성된 상기 절연막 상에 희생층을 증착하는 단계;
상기 희생층 상에 백 플레이트를 상기 진동판과 마주하게 형성하는 단계;
상기 백 플레이트를 패터닝하여 상기 백 플레이트를 관통하는 복수의 음향홀을 형성하는 단계;
상기 기판을 패터닝하여 수직 방향으로 제1 측벽에 의하여 정의되는 캐비티를 상기 진동 영역에 형성하는 단계;
상기 캐비티를 이용한 식각 공정을 통해 상기 진동판의 아래에 위치하는 상기 절연막의 일부를 제거하는 단계; 및
상기 희생층에서 상기 진동판과 상기 앵커에 대응하는 부분을 제거하는 단계를 포함하고,
상기 앵커는 상기 기판의 상면에 상기 캐비티를 둘러싸도록 형성되고,
상기 경로 부재는 상기 앵커와 연결되며 상기 기판에 형성된 관통홀의 내측벽을 따라 연장된 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰 제조 방법. - 제12항에 있어서,
상기 앵커홀은 상기 진동 영역을 둘러싸도록 링 형상을 갖도록 형성되며,
상기 진동판을 형성하는 단계는, 상기 주변 영역에 복수의 벤트홀 및 경로홀을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 희생층을 제거하는 단계에서, 상기 벤트홀 및 상기 경로홀은 식각 유체의 이동 통로를 제공하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰 제조 방법.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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