KR102488122B1 - 멤스 마이크로폰 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

멤스 마이크로폰은, 캐비티를 구비하는 기판, 상기 기판의 상측에 위치하며 복수의 음향홀을 구비하는 백 플레이트, 상기 기판과 상기 백 플레이트 사이에서 상기 기판과 상기 백 플레이트로부터 이격되어 위치하고 상기 백 플레이트와의 사이에 에어갭이 형성되며 상기 캐비티를 덮도록 구비되고 음압을 감지하여 변위를 발생시키는 진동판, 상기 진동판의 외곽에 구비되고 각각 상기 진동판의 둘레를 따라 배열된 복수의 제1 댐부들 및 상기 제1 댐부들 사이에 제1 슬릿부들을 갖고, 상기 진동판을 상기 기판의 하면으로부터 지지하는 제1 지지 부재 및 상기 진동판의 최외곽에 상기 제1 지지 부재를 둘러싸도록 배열되고, 복수의 제2 댐 부들 및 상기 제2 댐부들 사이에 제2 슬릿부들을 갖고 상기 진동판을 상기 기판의 하면으로부터 지지하는 제2 지지 부재를 포함한다.

Description

멤스 마이크로폰 및 이의 제조 방법{MEMS microphone and method of manufacturing the same}

본 발명의 실시예들은 음을 전기 신호로 변환하는 멤스 마이크로폰 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 음압을 감지하여 변위를 발생시킴으로써 음성 신호를 멀리 보낼 수 있는 콘덴서형 멤스 마이크로폰 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 콘덴서형 마이크로폰은 서로 마주하는 두 전극 사이에 형성된 정전용량을 이용하여 음성 신호를 출력한다. 콘덴서형 마이크로폰은 반도체 멤스 공정을 통해 제조될 수 있으며, 반도체 멤스 공정을 통해 초소형으로 제작될 수 있다.

멤스 마이크로폰은 밴딩 가능하게 구비되는 진동판 및 진동판과 마주하게 구비되는 백 플레이트를 구비할 수 있다. 상기 진동판 및 상기 백플레이트 사이에는 에어 갭이 형성된다. 진동판은 멤브레인으로 이루어질 수 있으며, 음압을 감지하여 변위를 발생시킬 수 있다. 즉, 음압이 진동판에 도달하면, 진동판은 음압에 의해 백 플레이트 측으로 휘어진다. 이러한 진동판의 변위는 진동판과 백 플레이트 사이에 형성된 정전용량의 변화를 통해 인지될 수 있으며, 그 결과, 음이 전기 신호로 변환되어 출력될 수 있다.

멤스 마이크로폰의 특성은 주파수 응답(frequency resonance), 풀인 전압(pull in voltage), 전고조파 왜곡(Total Harmonic Distortion : 이하, THD), 감도(sensitivity) 등을 측정하여 파악할 수 있다.

특히, 모바일 기기의 하이엔드 제품에 멤스 마이크폰을 적용하기 위하여, 개선된 음향 저항이 요구된다. 상기 음향 저항을 증대시키기 위하여, 상기 에어갭으로부터 배출될 에어에 대한 음향 저항이 증대되어야 한다.

본 발명의 실시예들은 개선된 음향 저항을 갖는 멤스 마이크로폰을 제공한다.

본 발명의 실시예들은 개선된 음향 저항을 갖는 멤스 마이크로폰이의 제조 방법을 제공하는 데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 멤스 마이크로폰은, 캐비티를 구비하는 기판, 상기 기판의 상측에 위치하며 복수의 음향홀을 구비하는 백 플레이트, 상기 기판과 상기 백 플레이트 사이에서 상기 기판과 상기 백 플레이트로부터 이격되어 위치하고 상기 백 플레이트와의 사이에 에어갭이 형성되며 상기 캐비티를 덮도록 구비되고 음압을 감지하여 변위를 발생시키는 진동판, 상기 진동판의 외곽에 구비되고 각각 상기 진동판의 둘레를 따라 배열된 복수의 제1 댐부들 및 상기 제1 댐부들 사이에 제1 슬릿부들을 갖고, 상기 진동판을 상기 기판의 하면으로부터 지지하는 제1 지지 부재 및 상기 진동판의 최외곽에 상기 제1 지지 부재를 둘러싸도록 배열되고, 복수의 제2 댐 부들 및 상기 제2 댐부들 사이에 제2 슬릿부들을 갖고 상기 진동판을 상기 기판의 하면으로부터 지지하는 제2 지지 부재를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 지지 부재 및 상기 제2 지지 부재는 동심원으로 배열될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 슬릿부들은 평면적으로 볼 때 서로 교호적으로 배열될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 평면상에서 볼 때, 상기 제1 및 제2 슬릿부들 각각의 길이는 상기 제1 및 제2 댐부들 각각의 길이보다 작을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 지지 부재들은 상기 진동판과 일체로 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 진동판의 상부에 상기 진동판으로부터 이격되어 상기 진동판과의 사이에 에어갭을 형성하며 상기 백 플레이트를 유지하는 상부 절연막 및 상기 제2 지지 부재의 외측에 위치하고 상기 기판의 상부면과 접하며 상기 백 플레이트를 지지하는 챔버가 추가적으로 구비될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 멤스 마이크로폰의 제조 방법에 있어서, 진동 영역과 상기 진동 영역을 둘러싼 지지 영역 및 상기 지지 영역을 둘러싼 주변 영역으로 구획된 기판상에 하부 절연막을 증착한 후, 상기 하부 절연막 상에 진동판, 상기 진동판을 지지하는 제1 댐부들 및 제2 댐부들을 형성한다. 이후, 상기 진동판이 형성된 상기 하부 절연막 상에 희생층을 증착하고, 상기 희생층 상의 상기 진동 영역에 상기 진동판과 마주하여 백 플레이트를 형성한다. 이어서, 상기 백 플레이트를 패터닝하여 상기 백 플레이트를 관통하는 복수의 음향홀을 형성하고, 상기 기판을 패터닝하여 상기 진동 영역에 상기 하부 절연막을 노출시키는 캐비티를 형성한다. 이후, 상기 캐비티와 상기 음향홀들을 이용한 식각 공정을 통해 상기 진동 영역과 상기 지지 영역에서 상기 하부 절연막과 상기 희생층을 제거한다. 이때, 상기 하부 절연막 상에 진동판, 상기 진동판을 지지하는 제1 지지 부재 및 제2 지지 부재를 형성하는 단계는, 상기 진동판의 외곽에 구비되고 각각 상기 진동판의 둘레를 따라 배열된 복수의 제1 댐부들 사이에 제1 슬릿부들을 갖도록 제1 지지 부재를 형성하고, 상기 진동판의 최외곽에 상기 제1 지지 부재를 둘러싸도록 배열되고, 복수의 제2 댐부들 사이에 제2 슬릿부들을 갖고 상기 진동판을 상기 기판의 하면으로부터 지지하는 제2 지지 부재를 형성한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 진동판과 상기 제1 및 제2 댐부들을 형성하기 위하여, 상기 하부 절연막을 패터닝하여 상기 지지 영역에 상기 제1 및 제2 댐부들을 형성하기 위하여, 외곽에 상호 이격된 복수의 제1 댐홀들 및 최외각에 상호 이격된 제2 댐홀들을 각각 형성한 후, 상기 제1 및 제2 댐홀들이 형성된 상기 하부 절연막 상에 실리콘층을 증착한다. 이어서, 상기 실리콘층을 패터닝하여 상기 진동판과 상기 제1 및 제2 댐부들을 형성한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 음향홀들을 형성하기 전에, 상기 백 플레이트가 형성된 상기 희생층 상에 상기 백 플레이트를 홀드하여 상기 진동판으로부터 이격시키기 위한 상부 절연막과 상기 상부 절연막을 상기 진동판으로부터 이격시키는 챔버를 형성한다. 한편, 상기 음향홀들을 형성하기 위하여, 상기 백 플레이트와 상기 상부 절연막을 패터닝하여 상기 진동 영역에 상기 백 플레이트와 상기 상부 절연막을 관통하는 상기 음향홀들을 형성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 슬릿부들은 평면적으로 볼 때 서로 교호적으로 배열되도록 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 평면상에서 볼 때, 상기 슬릿부들 각각의 길이는 상기 댐부들 각각의 길이보다 작도록 형성될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 멤스 마이크로폰은 진동판의 둘레를 따라 연장된 제1 지지 부재 및 제2 지지 부재를 구비한다. 이때, 제1 지지 부재 및 제2 지지 부재에 포함된 상기 제1 슬릿부 및 제2 슬릿부의 면적이 조절될 수 있다. 특히, 상기 제1 및 제2 슬릿부들은 음압이 빠져나가는 출구 역할을 하기 때문에, 상기 멤스 마이크로폰은 음압이 빠져나가는 출구의 면적을 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 멤스 마이크로폰이 증가된 음향 저항을 가질 수 있다. 따라서, 멤스 마이크로폰은 로우 패스 필터(low pass filter) 효과를 가짐에 따라 고주파에서의 노이즈 성분이 약화될 수 있다. 결과적으로 상기 멤스 마이크폰은 개선된 SNR 특성을 가질 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰을 설명하기 위한 평면도이다.
도 2는 도 1의 절단선 I - I'에 따른 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 기판을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 4는 도 1의 절단선 Ⅱ -Ⅱ'에 따른 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7 내지 도 17은 도 5의 멤스 마이크로폰 제조 과정을 설명하기 위한 단면도들이다.

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 형상으로 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 1의 절단선 I - I'에 따른 단면도이다. 도 3은 도 2에 도시된 기판을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다. 도 4는 도 1의 절단선 Ⅱ -Ⅱ'에 따른 단면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰(100)은 음압에 따라 변위를 발생시켜서 음을 전기 신호로 변환하여 출력한다. 상기 멤스 마이크로폰(100)은 기판(110), 진동판(120), 백 플레이트(130), 제1 지지 부재 및 제2 지지 부재를 포함할 수 있다.

구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 기판(110)은 진동 영역(VA), 상기 진동 영역(VA)을 둘러싼 지지 영역(SA) 및 상기 지지 영역(SA)을 둘러싼 주변 영역(PA)으로 구획될 수 있다. 상기 기판(110)은 상기 진동판(120)이 음압에 의해 밴딩될 수 있는 공간을 제공하기 위해 상기 진동 영역(VA)에 캐비티(112)를 구비할 수 있다. 여기서, 상기 캐비티(112)는 상기 음압의 이동 통로로 기능할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 캐비티(112)는 대체로 원 형상으로 형성될 수 있으며, 상기 진동 영역(VA)에 대응하는 크기를 가질 수 있다.

상기 기판(110) 상에는 음압에 의해 변위를 발생시키는 상기 진동판(120)이 배치될 수 있다. 상기 진동판(120)은 멤브레인으로 구성될 수 있으며, 음압을 감지하여 변위를 발생시킨다.

상기 진동판(120)은 상기 캐비티(112)를 덮도록 구비된다. 또한, 상기 진동판(120)은 진동 영역(VA)에 구비된다. 상기 진동판(120)은 상기 캐비티(112)를 통해 노출될 수 있다. 상기 진동판(120)은 음압에 의해 밴딩 가능하도록 상기 기판(110)으로부터 이격되어 위치한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 진동판(120)은 그 제조 과정에서 이온 주입 공정을 통해 불순물 도핑이 이루어질 수 있다. 상기 진동판(120)에서 불순물이 도핑된 부분은 상기 백 플레이트(130)와 대응하는 부분일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 진동판(120)은 도 1에 도시된 것처럼 대체로 원 형상을 가질 수 있다.

상기 백 플레이트(130)는 상기 진동판(120)의 상측에 배치된다. 상기 백 플레이트(130)는 상기 진동 영역(VA)에 위치하며, 상기 진동판(120)과 마주하게 배치될 수 있다. 본 발명의 일례로, 상기 백 플레이트(130)는 도 1에 도시된 바와 같이 원 형상을 가질 수 있다. 상기 백 플레이트(130)는 그 제조 과정에서 이온 주입을 통해 불순물 도핑이 이루어질 수 있다.

상기 제1 지지 부재(131, 133)는 지지 영역(SA)에 구비된다. 상기 제1 지지상기 부재(131, 133)은 진동판(120)의 외곽에 구비되고 각각 상기 진동판(120)의 둘레를 따라 배열된다. 상기 제1 지지 부재(131, 133)는 상기 진동판(120)의 둘레를 따라 배열된 복수의 제1 댐부들(131) 및 상기 제1 댐부들(131) 사이에 정의된 제1 슬릿부들(133)을 포함한다. 상기 제1 댐부들(131)은 상기 진동판(120)의 둘레를 따라 서로 이격되게 배치된다. 상기 제1 댐부들(131)은 캐비티(112)를 둘러싸게 배열된다.

상기 제1 댐부들(131) 각각은 댐 형상, 즉 U자 형상의 절단면을 가질 수 있다. 즉, 제1 댐부들(131) 각각의 바닥은 상기 기판(110)의 하면과 접촉한다. 이로써, 상기 제1 지지 부재(131, 133)가 상기 기판(110)으로부터 이격된 진동판(120)을 상기 기판(110)에 대하여 지지할 수 있다.

한편, 상기 제1 슬릿부들(133)은 상호 이격된 제1 댐부들(131) 사이로 정의된다. 이로서, 상기 제1 슬릿부(133)를 통하여 에어가 통과할 수 있다.

상기 제1 슬릿부(133)은 음압이 이동하는 이동 통로로 제공될 수 있다. 도 1에 도시된 것처럼 상기 제1 슬릿부(133)의 길이는 상기 제1 댐부(131)의 길이보다 작게 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 댐부들(131)는 상기 제1 슬릿부(133)의 면적보다 큰 면적을 가질 수 있다. 특히, 상기 제1 댐부들(131) 사이에 형성된 제1 슬릿부(133)의 총 면적은 상기 제1 슬릿부(133)의 개수에 의해 결정될 수 있으며, 상기 제1 슬릿부(133)의 개수가 적을수록 감소된다.

상기 제2 지지 부재(136, 138)는 지지 영역(SA)에 구비된다. 상기 제2 지지 부재(136, 138)는 상기 진동판(120)의 최외곽에 구비되고 각각 상기 제1 지지 부재(131, 133)를 둘러싸도록 배열된다. 상기 제2 지지 부재(136, 138)는 상기 제1 댐부들(131)의 둘레를 따라 배열된 복수의 제2 댐부들(136) 및 상기 제2 댐부들(136) 사이에 정의된 제2 슬릿부들(138)을 포함한다.

상기 제2 댐부들(136) 각각은 댐 형상, 즉 U자 형상의 절단면을 가질 수 있다. 즉, 제2 댐부들(136) 각각의 바닥은 상기 기판(110)의 하면과 접촉한다. 이로써, 상기 제2 지지 부재(136, 138)가 상기 기판(110)으로부터 이격된 진동판(120)을 상기 기판(110)에 대하여 추가적으로 지지할 수 있다.

한편, 상기 제2 슬릿부들(138)은 상호 이격된 제1 댐부들(136) 사이로 정의된다. 이로서, 상기 제2 슬릿부(138)를 통하여 에어가 통과할 수 있다.

상기 제2 슬릿부(138)은 음압이 이동하는 이동 통로로 제공될 수 있다. 도 1에 도시된 것처럼 상기 제2 슬릿부(138)의 길이는 상기 제2 댐부(136)의 길이보다 작게 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2 댐부들(136)는 상기 제2 슬릿부(138)의 면적보다 큰 면적을 가질 수 있다.

제2 댐부들(136) 및 제2 슬릿부들(138)을 갖는 상기 제2 지지 부재(136, 138)가 추가적으로 구비됨으로써, 상기 제2 슬릿부들(138)을 통과하는 에어의 경로가 상대적으로 길어진다. 이로써, 상기 제2 지지 부재(136, 138)을 통과하는 음압의 음향 저항이 증가할 수 있다.

이로써, 상기 멤스 마이크로폰(101)은 로우 패스 필터(low pass filter) 효과를 가짐으로써 고주파에서의 노이즈 성분을 약화시킨다. 결과적으로 멤스 마이크로폰(101)은 우수한 신호대 잡음비(signal to ratio; SNR)를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 멤스 마이크로폰(100)은 상부 절연막(160)과 챔버(162)를 더 포함할 수 있다.

상기 상부 절연막(160)은 상기 백 플레이트(140)가 형성된 상기 기판(110) 상에 배치되며, 상기 백 플레이트(140)를 커버한다. 상기 상부 절연막(160)은 상기 백 플레이트(140)를 홀드하여 상기 진동판(120)으로부터 상기 백 플레이트(140)를 이격시킨다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 백 플레이트(140)는 상기 진동판(120)으로부터 이격되어 위치하며 상기 진동판(120)과의 사이에 에어갭(AG)이 형성된다.

상기 백 플레이트(140)와 상기 상부 절연막(160)은 상기 진동판(120)이 음압에 의해 자유롭게 밴딩될 수 있도록 구비된다.

상기 백 플레이트(140)는 음파가 통과되는 복수의 음향홀(142)을 구비할 수 있다. 상기 음향홀들(142)은 상기 상부 절연막(160)과 상기 백 플레이트(140)를 관통하여 형성될 수 있으며, 상기 에어갭(AG)과 연통될 수 있다.

또한, 상기 백 플레이트(140)는 복수의 딤플홀(144)을 구비할 수 있으며, 상기 상부 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 형성되고, 상기 딤플들(164)은 상기 딤플홀들(144)이 형성된 부분에 구비된다.

상기 딤플들(164)은 상기 진동판(120)이 상기 백 플레이트(140)의 하면에 접착되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 상기 진동판(120)은 음압이 도달할 경우, 하측 방향 또는 상기 백 플레이트(140)가 위치하는 상측 방향으로 반원 형상으로 휘어진 후 다시 원위치 된다. 이때, 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 정도로 많이 휘어질 경우, 상기 진동판(120)의 상부면이 상기 백 플레이트(130)의 하부면에 부착되어 원위치로 돌아오지 못할 수도 있다. 이를 방지하기 위해, 상기 딤플들(164)이 상기 백 플레이트(140)의 하부면 보다 상기 진동판(120) 측으로 돌출되게 구비될 수 있다. 상기 진동판(120)이 상기 백 플레이트(140)에 접촉될 정도로 많이 휘어질 경우, 상기 딤플들(164)은 상기 진동판(120)을 하측 방향으로 밀어내어 상기 진동판(120)이 다시 원위치로 돌아가도록 한다.

한편, 상기 챔버(162)는 상기 지지 영역(SA)에서 상기 주변 영역(PA)과의 경계부에 위치할 수 있다. 상기 챔버(162)는 상기 상부 절연막(160)을 지지함으로써, 상기 상부 절연막(160)과 상기 백 플레이트(140)를 상기 진동판(120)으로부터 이격된 상태를 유지한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 챔버(162)는 링 형상으로 형성되어 상기 진동판(120)을 둘러쌀 수 있으며, 상기 진동판(120) 및 상기 제2 지지 부재(136, 138)로부터 이격되어 위치한다.

상기 챔버(162)는 상기 상부 절연막(160)의 상부면으로부터 상기 기판(110) 측으로 연장되며, 도 2에 도시된 것처럼 그 하부면이 상기 기판(110)의 상부면에 접하게 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 챔버(162)는 도 2에 도시된 바와 같이 종단면이 'U'자 형상을 가질 수 있으며, 상기 상부 절연막(160)과 일체로 구비될 수 있다.

상기 챔버(162)는 도 2에 도시된 것처럼 상기 진동판(120)으로부터 이격되어 상기 제2 지지 부재(136, 138)의 외측에 위치할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 챔버(162)는 대체로 링 형상을 가질 수 있다.

한편, 상기 멤스 마이크로폰(100)은 하부 절연막(150), 진동 패드(182), 희생층(170), 백 플레이트 패드(184), 및 제1 및 제2 패드 전극들(192, 194)을 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 하부 절연막(150)은 상기 기판(110)의 상부면에 배치되며, 상기 상부 절연막(160)의 아래에 위치할 수 있다.

상기 진동 패드(182)는 상기 하부 절연막(150)의 상부면에 구비될 수 있으며, 상기 주변 영역(PA)에 위치한다. 상기 진동 패드(182)는 상기 진동판(120)과 연결되며, 이온 주입을 통해 불순물이 도핑될 수 있다. 도면에는 구체적으로 도시하지 않았으나, 상기 진동판(120)에서 불순물이 도핑된 부분과 상기 진동 패드(182)가 연결되는 부분에도 불순물이 도핑될 수 있다.

상기 진동 패드(182)가 형성된 상기 하부 절연막(150) 상에는 상기 희생층(170)이 구비될 수 있으며, 상기 희생층(170)은 상기 상부 절연막(160)의 아래에 위치한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 하부 절연막(150)과 상기 희생층(170)은 상기 주변 영역(PA)에 위치하며, 상기 챔버(142)의 외측에 구비될 수 있다. 또한, 상기 하부 절연막(150)과 상기 희생층(170)은 상기 하부 절연막(160)과 서로 다른 재질로 이루어질 수 있다.

상기 백 플레이트 패드(184)는 상기 희생층(170)의 상부면에 구비될 수 있으며, 상기 주변 영역(PA)에 위치한다. 상기 백 플레이트 패드(184)는 상기 백 플레이트(140)와 연결되며, 이온 주입을 통해 불순물이 도핑될 수 있다. 도면에는 구체적으로 도시하지 않았으나, 상기 백 플레이트 패드(184)와 상기 백 플레이트(140)가 연결되는 부분에도 불순물이 도핑될 수 있다.

상기 제1 및 제2 패드 전극들(192, 194)은 상기 상부 절연막(160) 상에 구비될 수 있으며, 상기 주변 영역(PA)에 위치한다. 상기 제1 패드 전극(192)은 상기 진동 패드(182)의 상측에 위치하며, 상기 진동 패드(182)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 패드 전극(194)은 상기 백 플레이트 패드(184)의 상측에 위치하며, 상기 백 플레이트 패드(184)와 전기적으로 연결될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 상부 절연막(160)과 상기 희생층(170)은 상기 진동 패드(182)를 노출시키기 위한 제1 콘택홀(CH1)이 형성된다. 반면에, 상기 제1 패드 전극(192)은 상기 제1 콘택홀(CH1)을 통해 상기 진동 패드(182)와 접촉된다. 또한, 상기 상부 절연막(160)은 상기 백 플레이트 패드(184)를 노출시키기 위한 제2 콘택홀(CH2)이 형성되며, 상기 제2 패드 전극(194)은 상기 제2 콘택홀(CH2)을 통해 상기 백 플레이트 패드(184)와 접촉된다.

상술한 바와 같이, 상기 멤스 마이크로폰(100)은 상기 진동판(120)의 둘레를 따라 연장된 제1 지지 부재(131, 133)및 제2 지지 부재(136, 138)을 구비함으로써, 상기 제1 슬릿부(133) 및 제2 슬릿부(138)의 면적을 조절할 수 있다. 특히, 상기 제1 및 제2 슬릿부들(133, 138)은 음압이 빠져나가는 출구 역할을 하기 때문에, 상기 멤스 마이크로폰(100)은 음압이 빠져나가는 출구의 면적을 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 멤스 마이크로폰(101)이 증가된 음향 저항을 가질 수 있다. 따라서, 멤스 마이크로폰(101)은 로우 패스 필터(low pass filter) 효과를 가짐에 따라 고주파에서의 노이즈 성분이 약화될 수 있다. 결과적으로 상기 멤스 마이크폰(101)은 개선된 SNR 특성을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 지지 부재 및 상기 제2 지지 부재(131, 133, 136, 138)는 동심원으로 배열된다. 즉, 상기 제1 및 제2 지지 부재들(131, 133, 136, 138)은 상기 캐비티(112)의 중심을 기준으로 원호를 따라 배열될 수 있다. 따라서,

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 슬릿부들(133, 138)은 평면적으로 볼 때 서로 교호적으로 배열될 수 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 슬릿부들(133, 138)이 상기 원호를 따라 지그 재그로 배열될 수 있다. 따라서, 에어갭으로부터 배출되는 공기의 저항이 증가함으로써 멤스 마이크로폰의 음압 저항이 증가할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 상기 멤스 마이크로폰(101)의 제조 과정에 대해 구체적으로 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 7 내지 도 17은 도 5의 멤스 마이크로폰 제조 과정을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 5 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 멤스 마이크로폰 제조 방법은, 먼저, 기판(110) 상에 하부 절연막(150)을 증착한다(단계 S110).

이어, 상기 하부 절연막(150) 상에 진동판(120), 제1 댐부들 및 제2 댐부들을 형성한다(단계 S120).

상기 진동판(120)과 제1 및 제2 댐부들을 형성하는 단계(S120)를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 하부 절연막(150)을 패터닝하여 상기 제1 및 제2 지지 부재들을 형성하기 위한 복수의 제1 댐홀들(151) 및 제2 댐홀들(156)을 형성한다. 이때, 상기 기판(110)은 상기 제1 및 제2 댐홀들(151, 156)을 통해 일부분이 노출될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제1 댐홀들(151)은 진동 영역(VA)을 둘러싸게 배열되도록 형성된다. 이때, 상기 제1 댐홀들(151) 각각은 상기 진동 영역(VA)의 둘레를 따라 연장되게 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 댐홀들(156)은 상기 제1 댐홀들(151)을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 댐홀들(151, 156)은 지지 영역(SA) 내에 형성된다.

이어, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 댐홀들(151, 156)이 형성된 상기 하부 절연막(150) 상에 제1 실리콘층(10)을 증착한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 실리콘층(10)은 폴리실리콘으로 이루어질 수 있다.

이어, 이온 주입 공정을 통해 상기 제1 실리콘층(10)에서 상기 진동 영역(VA)에 위치하는 부분과 진동 패드(182)가 형성될 부분에 불순물을 도핑한다.

그 다음, 상기 제1 실리콘층(10)을 패터닝하여, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 진동판(120)과 상기 제1 지지 부재(131, 133; 도 1 참조) 및 제2 지지 부재(136, 138; 도 1 참조)을 형성하고 상기 주변 영역(PA)에 상기 진동 패드(182)를 형성한다.

도 5 및 도 10을 참조하면, 상기 진동판(120)이 형성된 상기 하부 절연막(150) 상에 희생층(170)을 증착한다(단계 S130).

도 5 및 도 11을 참조하면, 상기 희생층(170) 상에 백 플레이트(130)를 형성한다(단계 S140).

상기 백 플레이트(130)를 형성하는 단계(S140)를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 상기 희생층(170)의 상부면에 제2 실리콘층(20)을 증착한 다음, 이온 주입 공정을 통해 불순물을 상기 제2 실리콘층(20)에 도핑한다. 여기서, 상기 제2 실리콘층(20)은 폴리실리콘으로 이루어질 수 있다.

이어, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 제2 실리콘층(20)을 패터닝하여 상기 백 플레이트(140)를 형성한다. 이때, 딤플들(164; 도 2 참조)을 형성하기 위한 딤플홀들(144)이 상기 백 플레이트(130)에 형성될 수 있으며, 음향홀들(142; 도 2 참조)은 형성되지 않는다. 또한, 상기 희생층(170)은 상기 딤플들(164)이 상기 백 플레이트(130)의 하면보다 아래로 돌출되도록 상기 딤플홀(134)에 대응하는 부분이 부분적으로 식각될 수 있다.

도 5, 도 12 및 도 13을 참조하면, 상기 백 플레이트(130)가 형성된 상기 희생층(170) 상에 상부 절연막(160)과 챔버(162)를 형성한다(단계 S150).

상기 상부 절연막(160)과 상기 챔버(162)를 형성하는 단계(S150)를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 희생층(170)과 상기 하부 절연막(150)을 패터닝하여 상기 챔버(162)를 형성하기 위한 챔버홀(30)을 상기 지지 영역(SA)에 형성한다. 이때, 상기 기판(110)은 상기 챔버홀(30)을 통해 부분적으로 노출될 수 있다. 도면에는 구체적으로 도시하지 않았으나, 상기 챔버홀(30)은 링 형상으로 형성되어 상기 제2 지지 부재(136, 138)을 둘러쌀 수 있다.

이어, 상기 챔버홀(30)이 형성된 상기 희생층(170) 상에 절연층(40)을 증착한 다음, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 절연층(40)을 패터닝하여 상기 상부 절연막(160)과 상기 챔버(162)를 형성한다. 이때, 상기 딤플홀들(144)에는 상기 딤플들(164)이 형성되며, 상기 백 플레이트 패드(184)를 노출하기 위한 제2 콘택홀(CH2)이 상기 주변 영역(PA)에 형성된다. 더불어, 상기 진동 패드(182) 상측의 절연막(40)과 상기 희생층(170)이 제거되어 상기 주변 영역(PA)에 제1 콘택홀(CH1)이 형성된다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 절연층(40)은 상기 하부 절연막(150) 및 상기 희생층(170)과 서로 다른 재질로 이루어질 수 있 있다. 예를 들면, 상기 절연층(40)은 실리콘 질화물로 이루어질 수 있고, 상기 하부 절연막(150)과 상기 희생층(170)은 실리콘 산화물질로 이루어질 수 있다.

도 5, 도 14, 및 도 15를 참조하면, 상기 제1 및 제2 콘택홀들(CH1, CH2)이 형성된 다음에 제1 및 제2 패드 전극들(182, 184)을 상기 주변 영역(PA)에 형성한다(단계 S160).

구체적으로, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 콘택홀들(CH1, CH2)이 형성된 상기 상부 절연막(160) 상에 박막(50)을 증착한다. 여기서, 상기 박막(50)은 도전성 금속 재질로 이루어질 수 있다.

이어, 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 박막(50)을 패터닝하여 상기 제1 및 제2 패드 전극들(192, 194)을 형성한다.

도 5 및 도 16을 참조하면, 상기 상부 절연막(160)과 상기 백 플레이트(140)를 패터닝하여 상기 진동 영역(VA)에 상기 음향홀들(142)을 형성한다(단계 S170).

도 2, 도 5, 및 도 17을 참조하면, 상기 음향홀들(142)을 형성한 다음에, 도 17에 도시된 바와 같이 상기 기판(110)을 패터닝하여 상기 진동 영역(VA)에 캐비티(112)를 형성한다(단계 S180). 이때, 상기 캐비티(112)를 통해 상기 하부 절연막(150)이 일부분 노출된다.

이어, 상기 캐비티(112)와 상기 음향홀들(142)을 이용한 식각 공정을 통해 상기 진동 영역(VA)과 상기 지지 영역(SA)에서 상기 희생층(170)과 상기 하부 절연막(150)을 제거한다(단계 S190). 그 결과, 상기 캐비티(112)를 통해 상기 진동판(120)이 노출되며, 에어갭(AG)이 형성된다. 또한, 상기 제1 및 제2 댐부들(131, 136) 사이에 위치하는 하부 절연막(150)이 제거되어 제1 및 제2 슬릿부(133, 138; 도 1 참조)이 형성된다. 이로써, 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 상기 멤스 마이크로폰(101)이 제조된다. 여기서, 상기 캐비티(112)와 상기 음향홀들(142)은 상기 하부 절연막(150)과 상기 희생층(170)을 제거하기 위한 식각 유체의 이동 통로로 제공될 수 있다.

특히, 상기 진동 영역(VA)과 상기 지지 영역(SA)에서 상기 희생층(170)과 상기 하부 절연막(150)을 제거하는 단계(S190)에서, 상기 제1 및 제2 댐부들(131, 136)과 상기 챔버(162)는 상기 식각 유체의 이동을 제한하는 역할을 한다. 이에 따라, 상기 희생층(170)과 상기 하부 절연막(150)의 식각량 조절이 용이하며, 상기 제1 및 제2 댐부들(131, 136)의 내측에 상기 하부 절연막(150)이 잔류하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 희생층(170)과 상기 하부 절연막(150)을 제거하기 위한 식각 유체로는 블화수소 증기(HF vapor)가 이용될 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 멤스 마이크로폰 제조 방법은 별도의 추가 공정 없이 상기 제1 댐부들(131) 및 제2 댐부들(136)을 상기 진동판(120)의 둘레를 따라 연장되도록 형성할 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 : 멤스 마이크로폰 110 : 기판
112 : 캐비티 120 : 진동판
131 : 제1 댐부들 133 : 제1 슬릿부들
136 : 제2 댐부들 138 : 제2 슬릿부들
140 : 백 플레이트 142 : 음향홀
144 : 딤플홀 150: 하부 절연막
160 : 상부 절연막 170 : 희생층
182, 184 : 패드 전극

Claims (11)

1. 캐비티를 구비하는 기판;
   상기 기판의 상측에 위치하며 복수의 음향홀을 구비하는 백 플레이트;
   상기 기판과 상기 백 플레이트 사이에서 상기 기판과 상기 백 플레이트로부터 이격되어 위치하고 상기 백 플레이트와의 사이에 에어갭이 형성되며 상기 캐비티를 덮도록 구비되고 음압을 감지하여 변위를 발생시키는 진동판;
   상기 진동판의 외곽에 구비되고 각각 상기 진동판의 둘레를 따라 배열된 복수의 제1 댐부들 및 상기 제1 댐부들 사이에 제1 슬릿부들을 갖고, 상기 진동판을 상기 기판의 하면으로부터 지지하는 제1 지지 부재; 및
   상기 진동판의 최외곽에 상기 제1 지지 부재를 둘러싸도록 배열되고, 복수의 제2 댐 부들 및 상기 제2 댐부들 사이에 제2 슬릿부들을 갖고 상기 진동판을 상기 기판의 하면으로부터 지지하는 제2 지지 부재를 포함하고,
   상기 제1 및 제2 슬릿부들은 평면적으로 볼 때 서로 교호적으로 배열되고, 평면상에서 볼 때, 상기 제1 및 제2 슬릿부들 각각의 길이는 상기 제1 및 제2 댐부들 각각의 길이보다 작은 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 지지 부재 및 상기 제2 지지 부재는 동심원으로 배열된 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 지지 부재들은 상기 진동판과 일체로 구비되는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
6. 제1항에 있어서,
   상기 진동판의 상부에 상기 진동판으로부터 이격되어 상기 진동판과의 사이에 에어갭을 형성하며 상기 백 플레이트를 유지하는 상부 절연막; 및
   상기 제2 지지 부재의 외측에 위치하고 상기 기판의 상부면과 접하며 상기 백 플레이트를 지지하는 챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
7. 진동 영역과 상기 진동 영역을 둘러싼 지지 영역 및 상기 지지 영역을 둘러싼 주변 영역으로 구획된 기판상에 하부 절연막을 증착하는 단계;
   상기 하부 절연막 상에 진동판, 상기 진동판을 지지하는 제1 댐부들 및 제2 댐부들을 형성하는 단계;
   상기 진동판이 형성된 상기 하부 절연막 상에 희생층을 증착하는 단계;
   상기 희생층 상의 상기 진동 영역에 상기 진동판과 마주하여 백 플레이트를 형성하는 단계;
   상기 백 플레이트를 패터닝하여 상기 백 플레이트를 관통하는 복수의 음향홀을 형성하는 단계;
   상기 기판을 패터닝하여 상기 진동 영역에 상기 하부 절연막을 노출시키는 캐비티를 형성하는 단계; 및
   상기 캐비티와 상기 음향홀들을 이용한 식각 공정을 통해 상기 진동 영역과 상기 지지 영역에서 상기 하부 절연막과 상기 희생층을 제거하는 단계를 포함하고,
   상기 하부 절연막 상에 진동판, 상기 진동판을 지지하는 제1 지지 부재 및 제2 지지 부재를 형성하는 단계는, 상기 진동판의 외곽에 구비되고 각각 상기 진동판의 둘레를 따라 배열된 복수의 제1 댐부들 사이에 제1 슬릿부들을 갖도록 제1 지지 부재를 형성하고, 상기 진동판의 최외곽에 상기 제1 지지 부재를 둘러싸도록 배열되고, 복수의 제2 댐부들 사이에 제2 슬릿부들을 갖고 상기 진동판을 상기 기판의 하면으로부터 지지하는 제2 지지 부재를 형성하고,
   상기 제1 및 제2 슬릿부들은 평면적으로 볼 때 서로 교호적으로 배열되고, 평면상에서 볼 때, 상기 제1 및 제2 슬릿부들 각각의 길이는 상기 제1 및 제2 댐부들 각각의 길이보다 작은 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰의 제조 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 진동판과 상기 제1 및 제2 댐부들을 형성하는 단계는,
   상기 하부 절연막을 패터닝하여 상기 지지 영역에 상기 제1 및 제2 댐부들을 형성하기 위해 외곽에 상호 이격된 복수의 제1 댐홀들 및 최외각에 상호 이격된 제2 댐홀들을 각각 형성하는 단계;
   상기 제1 및 제2 댐홀들이 형성된 상기 하부 절연막 상에 실리콘층을 증착하는 단계; 및
   상기 실리콘층을 패터닝하여 상기 진동판과 상기 제1 및 제2 댐부들을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰의 제조 방법.
9. 제7항에 있어서,
   상기 음향홀들을 형성하는 단계 이전에, 상기 백 플레이트가 형성된 상기 희생층 상에 상기 백 플레이트를 홀드하여 상기 진동판으로부터 이격시키기 위한 상부 절연막과 상기 상부 절연막을 상기 진동판으로부터 이격시키는 챔버를 형성하는 단계를 더 포함하고,
   상기 음향홀들을 형성하는 단계는, 상기 백 플레이트와 상기 상부 절연막을 패터닝하여 상기 진동 영역에 상기 백 플레이트와 상기 상부 절연막을 관통하는 상기 음향홀들을 형성하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰의 제조 방법.
10. 삭제
11. 삭제

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