KR102499855B1 - 멤스 마이크로폰 이를 포함하는 멤스 마이크로폰 패키지 및 이의 제조 방법 - Google Patents

멤스 마이크로폰 이를 포함하는 멤스 마이크로폰 패키지 및 이의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102499855B1
KR102499855B1 KR1020180051203A KR20180051203A KR102499855B1 KR 102499855 B1 KR102499855 B1 KR 102499855B1 KR 1020180051203 A KR1020180051203 A KR 1020180051203A KR 20180051203 A KR20180051203 A KR 20180051203A KR 102499855 B1 KR102499855 B1 KR 102499855B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cavity
diaphragm
substrate
mems microphone
sidewall
Prior art date
Application number
KR1020180051203A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190127080A (ko
Inventor
정민현
Original Assignee
주식회사 디비하이텍
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 디비하이텍 filed Critical 주식회사 디비하이텍
Priority to KR1020180051203A priority Critical patent/KR102499855B1/ko
Priority to US16/403,074 priority patent/US10848876B2/en
Publication of KR20190127080A publication Critical patent/KR20190127080A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102499855B1 publication Critical patent/KR102499855B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00—Electrostatic transducers
    • H04R19/005—Electrostatic transducers using semiconductor materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0064—Constitution or structural means for improving or controlling the physical properties of a device
    • B81B3/0067—Mechanical properties
    • B81B3/0072—For controlling internal stress or strain in moving or flexible elements, e.g. stress compensating layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/0032—Packages or encapsulation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/02—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00023—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems without movable or flexible elements
    • B81C1/00039—Anchors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00023—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems without movable or flexible elements
    • B81C1/00047—Cavities
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00134—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems comprising flexible or deformable structures
    • B81C1/00158—Diaphragms, membranes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00—Electrostatic transducers
    • H04R19/04—Microphones
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R31/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R31/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor
    • H04R31/006—Interconnection of transducer parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B81B2201/0257—Microphones or microspeakers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
    • B81B2203/0127—Diaphragms, i.e. structures separating two media that can control the passage from one medium to another; Membranes, i.e. diaphragms with filtering function
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/03—Static structures
    • B81B2203/0307—Anchors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/03—Static structures
    • B81B2203/0315—Cavities
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2207/00—Microstructural systems or auxiliary parts thereof
    • B81B2207/09—Packages
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2201/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones covered by H04R1/00 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2201/003—Mems transducers or their use
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2410/00—Microphones
    • H04R2410/03—Reduction of intrinsic noise in microphones

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 덮도록 구비되고, 음압을 감지하여 변위를 발생시키는 진동판, 상기 캐비티의 중심으로부터 상기 진동판의 외주부에 구비되어 상기 기판의 상면 및 상기 진동판을 상호 연결하며, 상기 기판의 상면을 이용하여 상기 진동판을 지지하는 앵커 및 상기 캐비티와 연통되도록 상기 제1 측벽에 형성되고, 상기 캐비티의 공간을 확장하도록 구비된 캐비티 확장부를 포함한다. 이로써, 멤스 마이크로폰은 감소된 컴플라이언스 및 개선된 신호 대 잡음비를 가질 수 있다.

Description

멤스 마이크로폰 이를 포함하는 멤스 마이크로폰 패키지 및 이의 제조 방법{MEMS microphone, MEMS microphone package and method of manufacturing the same}
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 정전용량을 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 정전용량 변화를 일으킴으로써, 이에 따라 음압이 전기 신호로 변환되고, 상기 전기 전호가 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 캐비티 형성된 기판으로부터 이격되어 구비된다. 따라서, 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.
상기 멤스 마이크로폰이 탑 포트 방식으로 구현될 때, 상기 캐비티는 백 챔버(back chamber)로서 기능한다. 따라서, 상기 캐비티의 부피는 컴플라이언스(compliance)를 결정하는 요소에 해당할 수 있다. 상기 캐비티의 부피를 증가시켜, 상기 컴플라이언스를 감소시키면서 신호 대 잡음비(signal to noise ratio; SNR)를 증가시킬 필요가 있다.
본 발명의 실시예들은 감소된 컴플라이언스를 가지면서 신호 대 잡음비를 개선할 수 있는 멤스 마이크로폰을 제공한다.
본 발명의 실시예들은 감소된 컴플라이언스를 가지면서 신호 대 잡음비를 개선할 수 있는 멤스 마이크로폰을 포함하는 멤스 마이크로폰 패키지를 제공한다.
본 발명의 실시예들은 감소된 컴플라이언스를 가지면서 신호 대 잡음비를 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 덮도록 구비되고, 음압을 감지하여 변위를 발생시키는 진동판, 상기 캐비티의 중심으로부터 상기 진동판의 외주부에 구비되어 상기 기판의 상면 및 상기 진동판을 상호 연결하며, 상기 기판의 상면을 이용하여 상기 진동판을 지지하는 앵커 및 상기 캐비티와 연통되도록 상기 제1 측벽에 형성되고, 상기 캐비티의 공간을 확장하도록 구비된 캐비티 확장부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 앵커는 링 형상으로 구비되어 상기 진동판을 전체적으로 둘러싸도록 구비될 수 있다.
여기서, 상기 캐비티 확장부는 상기 제1 측벽으로부터 하부로 갈수록 상기 캐비티의 중심으로부터 점차적으로 멀어지는 경사진 제2 측벽을 가질 수 있다.
또한, 상기 캐비티 확장부는 상기 제1 측벽에 상기 캐비티의 중심으로부터 계단식으로 멀어짐에 따라 전체적으로 계단 형상을 갖는 제2 측벽을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 앵커는 복수로 구비되고, 상기 앵커들은 상기 진동판의 둘레를 따라 상호 이격되어 배열되고, 상기 앵커들 사이에는 슬릿들이 각각 형성될 수 있다.
여기서, 상기 캐비티 확장부는 상기 제1 측벽으로부터, 상기 캐비티의 중심으로부터 멀어지는 방향으로 상기 슬릿들의 하부에 각각 형성된 제3 측벽들을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3 측벽들 각각은 하부로 갈수록 상기 캐비티의 중심으로부터 점차적으로 멀어지는 경사질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 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 덮도록 구비되고, 음압을 감지하여 변위를 발생시키는 진동판, 상기 캐비티의 중심으로부터 상기 진동판의 외주부에 구비되어 상기 기판의 상면 및 상기 진동판을 상호 연결하며, 상기 기판의 상면을 이용하여 상기 진동판을 지지하는 앵커, 상기 캐비티와 연통되도록 상기 제1 측벽에 형성되고, 상기 캐비티의 공간을 확장하도록 구비된 캐비티 확장부 및 상기 기판, 상기 백 플레이트, 상기 진동판, 상기 앵커 및 상기 캐비티 확장부 전체를 감싸며, 상부에 음압의 흐름 경로를 제공하는 탑 포터를 구비하는 패키지부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 캐비티 확장부는 상기 제1 측벽으로부터 하부로 갈수록 상기 캐비티의 중심으로부터 점차적으로 멀어지는 경사진 제2 측벽을 가질 수 있다.
여기서, 상기 앵커는 복수로 구비되고, 상기 앵커들은 상기 진동판의 둘레를 따라 상호 이격되어 배열되고, 상기 앵커들 사이에는 슬릿들이 각각 형성될 수 있다.
또한, 상기 캐비티 확장부는 상기 제1 측벽으로부터, 상기 캐비티의 중심으로부터 멀어지는 방향으로 상기 슬릿들의 하부에 각각 형성된 제3 측벽들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰의 제조 방법에 있어서, 진동 영역과 상기 진동 영역을 둘러싼 주변 영역으로 구획된 기판 상에 절연막을 증착한다. 상기 절연막을 패터닝하여, 상기 진동 영역의 둘레를 따라 연장되도록 상기 주변 영역에 앵커를 형성하기 위한 앵커홀을 형성한다. 상기 앵커홀이 형성된 상기 절연막 상에 진동판과 상기 진동판 및 상기 기판을 상호 연결시키는 앵커를 형성한 후, 상기 진동판이 형성된 상기 절연막 상에 희생층을 증착한다. 이후, 상기 희생층 상에 백 플레이트를 상기 진동판과 마주하게 형성한 후, 상기 백 플레이트를 패터닝하여 상기 백 플레이트를 관통하는 복수의 음향홀을 형성한다. 이어서, 상기 기판을 패터닝하여 수직 방향으로 제1 측벽에 의하여 정의되는 캐비티를 상기 진동 영역에 형성한 후, 나아가 상기 캐비티와 연통되도록 상기 제1 측벽에 형성되고, 상기 캐비티의 공간을 확장하도록 구비된 캐비티 확장부를 형성한다. 상기 캐비티를 이용한 식각 공정을 통해 상기 절연막에서 상기 진동판의 아래에 위치하는 부분을 제거한 후, 상기 희생층에서 상기 진동판과 상기 앵커에 대응하는 부분을 제거한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 앵커홀은 상기 진동 영역을 둘러싸도록 링 형상으로 형성되며, 상기 진동판을 형성할 때 상기 주변 영역에 복수의 벤트홀을 형성하고, 상기 벤트홀들은 상기 희생층을 제거하기 위하여 식각 유체의 이동 통로를 제공할 수 있다.
여기서, 상기 캐비티 확장부를 형성할 때, 상기 제1 측벽으로부터 하부로 갈수록 상기 캐비티의 중심으로부터 점차적으로 멀어지는 경사진 제2 측벽을 형성할 수 있다.
한편, 상기 캐비티 확장부를 형성할 때, 상기 제1 측벽에 상기 캐비티의 중심으로부터 계단식으로 멀어짐에 따라 전체적으로 계단 형상을 갖는 제2 측벽을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 앵커홀은 복수로 형성될 수 있으며, 상기 복수의 앵커홀은 상기 진동 영역의 둘레를 따라 서로 이격되어 형성되고, 상기 진동판을 형성할 때, 상기 주변 영역에 상기 진동 영역을 둘러싸도록 배열된 상기 앵커들 상호 인접하는 앵커들 사이에 복수의 슬릿을 형성하고,
상기 캐비티 확장부를 형성할 때, 상기 슬릿의 하부에 위치하는 상기 기판의 일부를 제거할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 캐비티 및 상기 캐비티 확장부는 인시튜로 형성될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 멤스 마이크로폰은 기판에 형성된 캐비티의 제1 측벽에 형성되어 상기 캐비티와 연통된 캐비티 확장부를 포함한다. 캐비티 확장부는 상기 캐비티와 연통됨으로써, 상기 캐비티를 포함하는 공간을 확장할 수 있다. 즉, 상기 캐비티 및 상기 캐비티 확장부가 차지하는 공간이 백 챔버로 이용될 경우, 상기 백 챔버의 부피가 증대될 수 있다. 즉, 상기 멤스 마이크로폰이 탑 포트 방식으로 패키지화 될 때, 상기 캐비티 및 상기 캐비티 확장부는 백 챔버(back chamber)로서 기능한다. 이때, 상기 백 챔버의 부피가 증가됨에 따라, 상기 컴플라이언스를 감소시키면서 신호 대 잡음비(signal to noise ratio; SNR)를 개선시킬 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 도2의 캐비티 확장부의 다른 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰을 설명하기 위한 평면도이다.
도 5는 도 4의 II - II' 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 6은 도 4의 III- III' 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 7은 도 6의 캐비티 확장부의 다른 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9 및 도 11 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10은 도 9의 평면도이다.
도 13 내지 도 15은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 16은 도 15의 평면도이다.
도 17은 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 캐비티 확장부(116)를 포함한다. 상기 멤스 마이크로폰(101)은 음압에 따라 변위를 발생시켜 음을 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 있으며, 상기 기판(110) 상에서 상기 캐비티(112)를 덮도록 구비되어 상기 캐비티(112)를 통해 노출될 수 있다. 상기 진동판(120)은 음압에 의해 밴딩 가능하도록 상기 기판(110)으로부터 이격되어 위치하며, 상기 진동 영역(VA)에 해당하는 상기 진동판에는 3족 또는 5족 원소가 도핑될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 진동판(120)은 도 1에 도시된 바와 같이 원판 형상으로 구비될 수 있다. 이로써, 상기 캐비티(112)는 원형 컬럼 형상을 가질 수 있다.
상기 앵커(130)는 상기 진동판(120)의 단부 및 상기 기판의 상면을 상호 연결한다. 이로써, 상기 앵커(130)은 상기 기판(110)으로부터 이격된 상기 진동판(120)을 지지할 수 있다. 상기 앵커(130) 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 있으며, 상기 진동 영역(VA)을 둘러싼다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 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.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 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 주변 영역(SA)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 캐비티 확장부(116)는 상기 캐비티(112)와 연통되도록 상기 제1 측벽(115)에 형성된다. 상기 캐비티 확장부(116)는 상기 캐비티(112)와 연통됨으로써, 상기 캐비티(112)를 포함하는 공간을 확장할 수 있다. 즉, 상기 캐비티(112) 및 상기 캐비티 확장부(116)가 차지하는 공간이 백 챔버로 이용될 경우, 상기 백 챔버의 부피가 증대될 수 있다. 즉, 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, 상기 컴플라이언스를 감소시키면서 신호 대 잡음비(signal to noise ratio; SNR)를 개선할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 캐비티 확장부(116)는 상기 제1 측벽(115)으로부터 하부로 갈수록 상기 캐비티(112)의 중심으로부터 점차적으로 멀어지는 경사진 제2 측벽(117)을 가질 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 도2의 캐비티 확장부의 다른 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 캐비티 확장부(116)는 상기 제1 측벽(115)에 상기 캐비티(112)의 중심으로부터 계단식으로 멀어짐에 따라 전체적으로 계단 형상을 갖는 제2 측벽(118)을 가질 수 있다. 상기 계단 형상을 갖는 제2 측벽(118)에는 단차가 형성됨에 따라, 상기 캐비티 확장부(116)를 통하여 흐르는 음압의 경로가 조절될 수 있다. 즉, 상기 캐비티 확장부(116)에 구비된 계단의 개수, 높이 등이 조절됨으로써, 멤스 마이크로폰(101)의 특성이 제어될 수 있다.
즉, 상기 캐비티(112) 및 상기 캐비티 확장부(116)가 차지하는 공간이 백 챔버로 이용될 경우, 상기 백 챔버의 부피가 증대될 수 있다. 즉, 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, 상기 컴플라이언스를 감소시키면서 신호 대 잡음비(signal to noise ratio; SNR)를 증가시킬 필요가 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰을 설명하기 위한 평면도이다. 도 5는 도 4의 II - II' 선을 따라 절단한 단면도이다. 도 6은 도 4의 III- III' 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 4 내지 도 6를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰(102)은 진동판(210), 앵커(220) 및 캐비티 확장부(216)를 제외하고는 도 1 및 도 2에 도시된 멤스 마이크로폰(101)과 동일한 구성을 가지므로, 도 1에 도시된 멤스 마이크로폰(101)과 동일한 구성요소에 대해서는 중복된 설명을 생략한다.
구체적으로, 상기 진동판(210)은 기판(110) 상에 구비될 수 있으며, 상기 진동판(210)의 단부에는 상기 앵커(220)가 구비될 수 있다.
상기 앵커(220)는 복수로 구비될 수 있으며, 상기 앵커들(220)은 주변 영역(SA)에 위치할 수 있다. 상기 앵커들(220)은 도 4에 도시된 바와 같이 상기 진동판(210)의 둘레를 따라 상호 이격되어 위치할 수 있다. 상기 앵커들(220)은 상기 진동판(210)의 둘레를 따라 배열된다. 또한, 상기 앵커(220)는 U 자 형상으로 구비될 수 있다(도 5 참조).
한편, 상기 진동판(210)은 상기 앵커들(220) 사이에 형성된 복수의 슬릿(212)을 구비할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 슬릿(212)은 상호 인접한 두 개의 앵커들 사이에 위치한다. 이와 같이, 상기 멤스 마이크로폰(102)은 복수의 앵커들(220)을 구비하므로, 상기 앵커들(220)이 상기 진동판(120)을 안정적으로 지지한다.
또한, 상기 멤스 마이크로폰(102)은 상기 앵커들(220) 사이에 형성된 상기 슬릿들(212)을 구비함으로써, 상기 슬릿들(212)은 음파의 이동 통로로 제공할 수 있고,
상기 캐비티 확장부(216)는 상기 제1 측벽(115)으로부터, 상기 캐비티(112)의 중심으로부터 멀어지는 방향으로 상기 슬릿들(212)의 하부에 각각 형성된 제3 측벽(217)을 포함한다. 즉, 상기 캐비티 확장부(217)는 상기 슬릿들(212) 각각의 하부에 형성된다. 따라서, 상기 슬릿들(212) 각각의 하부에는 상기 캐비티 확장부(217)가 구비되며, 상기 앵커들(220) 각각의 하부에는 상기 기판(110)의 제1 측벽(115)이 구비된다.
따라서, 앵커들(220)이 상기 기판(110)과 연결되는 부분을 제외한 나머지 기판(110)의 제1 측벽(115)의 일부에 캐비티 확장부(216)가 구비됨으로써, 캐비티(112) 및 상기 캐비티 확장부(216)가 이루는 공간이 확장될 수 있다.
도 7은 도 6의 캐비티 확장부의 다른 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4 및 도 7을 참조하면, 상기 캐비티 확장부(216)는 상기 제1 측벽(115)에 상기 캐비티(112)의 중심으로부터 계단식으로 멀어짐에 따라 전체적으로 계단 형상을 갖는 제2 측벽(218)을 가질 수 있다. 상기 계단 형상을 갖는 제2 측벽(218)에는 단차가 형성됨에 따라, 상기 캐비티 확장부(216)를 통하여 흐르는 음압의 경로가 조절될 수 있다. 즉, 캐비티 확장부(216)에 구비된 계단의 개수, 높이 등이 조절됨으로써, 멤스 마이크로폰(101)의 특성이 제어될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 상기 멤스 마이크로폰을 제조하는 과정에 대해 구체적으로 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 9 및 도 11 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 도 10은 도 9의 평면도이다.
도 8 내지 도 10을 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)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 도 10에 도시된 바와 같이 상기 진동 영역(VA)의 둘레를 따라 연장되며, 링 형상으로 형성되어 상기 진동 영역(VA)을 둘러쌀 수 있다.
도 8 및 도 11을 참조하면, 상기 앵커홀(152)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 8 및 도 12를 참조하면, 상기 제1 실리콘층(20)을 패터닝하여 상기 진동판(120)과 상기 앵커(130)를 형성한다(단계 S130). 또한, 상기 앵커(130)는 앵커홀(152) 내에 형성되어 상기 기판(110)과 접촉된다.
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 진동판(120)에 상기 벤트홀들(122)이 형성될 수 있으며, 상기 주변 영역(SA)에 상기 진동판(120)과 연결되는 상기 진동 패드(182)가 형성될 수 있다.
도 8 및 도 2을 참조하면, 상기 진동판(120)과 상기 앵커(130)가 형성된 상기 제1 절연막(150) 상에 상기 희생층을 증착한다(단계 S140).
이어서, 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).
이어서, 상기 제1 측벽(115)으로부터 하부로 갈수록 상기 캐비티(112)의 중심으로부터 점차적으로 멀어지는 경사진 제2 측벽(117)을 갖는 캐비티 확장부(116)를 형성한다(단계 S190).
이와 다르게, 상기 제1 측벽(115)에 상기 캐비티(112)의 중심으로부터 계단식으로 멀어짐에 따라 전체적으로 계단 형상을 갖는 제2 측벽(117; 도 6 참조)을 갖는 캐비티 확장부(116; 도 6 참조)를 형성한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 캐비티(112) 및 상기 캐비티 확장부(116)는 인시튜로 형성될 수 있다. 상기 캐비티(112) 및 상기 캐비티 확장부(116)는 동시에 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 캐비티(112) 및 계단 형상을 갖는 상기 캐비티 확장부(116; 도 3 참조)는 복수의 식각 공정들을 통하여 형성될 수도 있다. 나아가, 상기 식각 공정을 위한 공정 레시피를 조절하여 경사진 측면(117)을 갖는 캐비티 확장부(116, 도 2 참조)는 상기 캐비티와 함께 형성될 수 있다.
이후, 상기 캐비티(112) 및 상기 캐비티 확장부(116)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) 상에 위치하는 부분을 제거하여 상기 에어 갭(AG)을 형성한다(단계 S210). 이때, 상기 진동판(120)의 상기 벤트홀들(122)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 2 또는 도 3에 도시된 상기 멤스 마이크로폰(101)이 완성될 수 있다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 도 16은 도 15의 평면도이다.
도 13 내지 도 16을 참조하면, 상기 멤스 마이크로폰(102)을 제조하는 방법은 상기 진동판(210), 상기 앵커들(220) 및 캐비티 확장부(216)를 형성하는 과정들을 외하고는 도 8에 도시된 상기 멤스 마이크로폰(101)을 제조하는 방법과 동일하므로, 중복된 설명은 생략한다.
도 13을 참조하면, 상기 기판(110) 상에 제1 절연막(150)을 증착한 후, 상기 제1 절연막(150)을 패터닝하여 상기 앵커들(220)을 형성하기 위한 복수의 앵커홀(154)을 형성한다. 상기 앵커홀들(154)은 상기 주변 영역(SA)에 형성되며, 상기 기판(110)은 상기 앵커홀들(154)을 통해 부분적으로 노출될 수 있다. 상기 앵커홀들(154)은 진동 영역(VA)의 둘레를 따라 서로 이격되어 형성되어 상기 진동 영역(VA)을 둘러쌀 수 있다(도 16 참조). 또한, 상기 앵커홀들(154) 각각은 상기 진동 영역(VA)의 둘레를 따라 연장되어 형성된다. 이에 따라, 다음 단계에서 형성될 상기 앵커들(220)이 각각 U자 형상을 갖도록 형성될 수 있다.
도 14를 참조하면, 상기 제1 절연막(150) 상에 제1 실리콘층(20)을 증착한다. 이후, 상기 제1 실리콘층(20)을 패터닝하여 상기 진동판(210; 도 4 참조)과 상기 앵커들(220)을 형성한다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 상기 앵커들(220)은 상기 앵커홀들(154)에 형성되어 상기 기판(110)과 접촉되며, 상기 앵커들(220) 사이에는 상기 슬릿들(212)이 형성된다. 이후, 희생층, 백플레이트, 제2 절연막을 형성하는 공정은 도 8에 도시된 상기 멤스 마이크로폰(101)을 제조하는 방법과 동일하다. 이로써, 멤스 마이크론폰(102)이 제조된다.
상기 캐비티(112) 및 상기 캐비티 확장부(216, 도 4 및 도 6 참조)는 하나의 식각 마스크를 이용하여 동시에 형성될 수 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰 패키지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰 패키지(200)는 멤스 마이크로폰을 둘러싸는 패키지부(201)를 더 포함한다.
상기 패키지부(201)는 그 상부에 음압이 흐를 수 있는 탑 포트를 구비한다. 즉, 상기 탑 포트(205)를 통하여 음압이 유입되어 상기 멤스 마이크로폰으로 인가될 수 있다. 이때, 상기 캐비티(112) 및 상기 캐비티 확장부(116)는 백 챔버로서 기능할 수 있다. 즉, 상기 백 챔버는 캐비티(112)에 더불어 상기 캐비티 확장부(116)를 포함함으로써, 상기 백 챔버의 부피가 증가될 수 있다. 따라서, 상기 컴플라이언스를 감소시키면서 신호 대 잡음비(signal to noise ratio; SNR)를 증가시킬 필요가 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, 210 : 진동판
112 : 벤트홀 116, 216: 캐비티 확장부
117, 217: 제2 측벽 130, 220 : 앵커
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 212 : 슬릿

Claims (17)

  1. 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 덮도록 구비되고, 음압을 감지하여 변위를 발생시키는 진동판;
    상기 캐비티의 중심으로부터 상기 진동판의 외주부에 구비되어 상기 기판의 상면 및 상기 진동판을 상호 연결하며, 상기 기판의 상면을 이용하여 상기 진동판을 지지하는 앵커; 및
    상기 캐비티와 연통되도록 상기 제1 측벽에 형성되고, 상기 캐비티의 공간을 확장하도록 구비된 캐비티 확장부를 포함하고,
    상기 캐비티 확장부는 상기 제1 측벽에 상기 캐비티의 중심으로부터 계단식으로 멀어짐에 따라 전체적으로 계단 형상을 갖는 제2 측벽을 갖는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
  2. 제1항에 있어서, 상기 앵커는 링 형상으로 구비되어 상기 진동판을 전체적으로 둘러싸는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 앵커는 복수로 구비되고, 상기 앵커들은 상기 진동판의 둘레를 따라 상호 이격되어 배열되고, 상기 앵커들 사이에는 슬릿들이 각각 형성된 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
  6. 제5항에 있어서, 상기 캐비티 확장부는 상기 제1 측벽으로부터, 상기 캐비티의 중심으로부터 멀어지는 방향으로 상기 슬릿들의 하부에 각각 형성된 제3 측벽들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제3 측벽들 각각은 하부로 갈수록 상기 캐비티의 중심으로부터 점차적으로 멀어지는 경사진 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
  8. 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 덮도록 구비되고, 음압을 감지하여 변위를 발생시키는 진동판;
    상기 캐비티의 중심으로부터 상기 진동판의 외주부에 구비되어 상기 기판의 상면 및 상기 진동판을 상호 연결하며, 상기 기판의 상면을 이용하여 상기 진동판을 지지하는 앵커;
    상기 캐비티와 연통되도록 상기 제1 측벽에 형성되고, 상기 캐비티의 공간을 확장하도록 구비된 캐비티 확장부; 및
    상기 기판, 상기 백 플레이트, 상기 진동판, 상기 앵커 및 상기 캐비티 확장부 전체를 감싸며, 상부에 음압의 흐름 경로를 제공하는 탑 포터를 구비하는 패키지부를 포함하고,
    상기 캐비티 확장부는 상기 제1 측벽에 상기 캐비티의 중심으로부터 계단식으로 멀어짐에 따라 전체적으로 계단 형상을 갖는 제2 측벽을 갖는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰 패키지.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 앵커는 복수로 구비되고, 상기 앵커들은 상기 진동판의 둘레를 따라 상호 이격되어 배열되고, 상기 앵커들 사이에는 슬릿들이 각각 형성된 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰 패키지.
  11. 제10항에 있어서, 상기 캐비티 확장부는 상기 제1 측벽으로부터, 상기 캐비티의 중심으로부터 멀어지는 방향으로 상기 슬릿들의 하부에 각각 형성된 제3 측벽들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰 패키지.
  12. 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 앵커를 형성하기 위한 앵커홀을 형성하는 단계;
    상기 앵커홀이 형성된 상기 절연막 상에 진동판과 상기 진동판 및 상기 기판을 상호 연결시키는 앵커를 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 캐비티와 연통되도록 상기 제1 측벽에 형성되고, 상기 캐비티의 공간을 확장하도록 구비된 캐비티 확장부를 형성하는 단계;
    상기 캐비티를 이용한 식각 공정을 통해 상기 절연막에서 상기 진동판의 아래에 위치하는 부분을 제거하는 단계; 및
    상기 희생층에서 상기 진동판과 상기 앵커에 대응하는 부분을 제거하는 단계를 포함하고,
    상기 캐비티 확장부를 형성하는 단계는 상기 제1 측벽에 상기 캐비티의 중심으로부터 계단식으로 멀어짐에 따라 전체적으로 계단 형상을 갖는 제2 측벽을 갖는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 앵커홀은 상기 진동 영역을 둘러싸도록 링 형상으로 형성되며,
    상기 진동판을 형성하는 단계는, 상기 주변 영역에 복수의 벤트홀을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 벤트홀들은 상기 희생층을 제거하는 단계에서 식각 유체의 이동 통로를 제공하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰 제조 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제13항에 있어서, 상기 앵커홀은 복수로 형성될 수 있으며, 상기 복수의 앵커홀은 상기 진동 영역의 둘레를 따라 서로 이격되어 형성되고,
    상기 진동판을 형성하는 단계는 상기 주변 영역에 상기 진동 영역을 둘러싸도록 배열된 상기 앵커들 상호 인접하는 앵커들 사이에 복수의 슬릿을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 캐비티 확장부를 형성하는 단계는, 상기 슬릿의 하부에 위치하는 상기 기판의 일부를 제거하는 단계를 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰 제조 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 캐비티 및 상기 캐비티 확장부는 인시튜로 형성되는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰 제조 방법.
KR1020180051203A 2018-05-03 2018-05-03 멤스 마이크로폰 이를 포함하는 멤스 마이크로폰 패키지 및 이의 제조 방법 KR102499855B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180051203A KR102499855B1 (ko) 2018-05-03 2018-05-03 멤스 마이크로폰 이를 포함하는 멤스 마이크로폰 패키지 및 이의 제조 방법
US16/403,074 US10848876B2 (en) 2018-05-03 2019-05-03 MEMS microphone, method of manufacturing the same and MEMS microphone package including the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180051203A KR102499855B1 (ko) 2018-05-03 2018-05-03 멤스 마이크로폰 이를 포함하는 멤스 마이크로폰 패키지 및 이의 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190127080A KR20190127080A (ko) 2019-11-13
KR102499855B1 true KR102499855B1 (ko) 2023-02-13

Family

ID=68385421

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180051203A KR102499855B1 (ko) 2018-05-03 2018-05-03 멤스 마이크로폰 이를 포함하는 멤스 마이크로폰 패키지 및 이의 제조 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10848876B2 (ko)
KR (1) KR102499855B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN214154840U (zh) * 2020-11-30 2021-09-07 瑞声科技（南京）有限公司 Mems麦克风芯片

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8467559B2 (en) * 2008-02-20 2013-06-18 Shandong Gettop Acoustic Co., Ltd. Silicon microphone without dedicated backplate
US20100065930A1 (en) * 2008-09-18 2010-03-18 Rohm Co., Ltd. Method of etching sacrificial layer, method of manufacturing MEMS device, MEMS device and MEMS sensor
IT1392742B1 (it) * 2008-12-23 2012-03-16 St Microelectronics Rousset Trasduttore acustico integrato in tecnologia mems e relativo processo di fabbricazione
JP4947168B2 (ja) * 2010-02-24 2012-06-06 オムロン株式会社 音響センサ
US8351625B2 (en) * 2011-02-23 2013-01-08 Omron Corporation Acoustic sensor and microphone
KR101598270B1 (ko) * 2014-03-03 2016-02-26 삼성전기주식회사 마이크로폰 패키지
KR102244838B1 (ko) * 2014-04-28 2021-04-26 엘지전자 주식회사 태양 전지 및 이의 제조 방법
KR101906665B1 (ko) * 2016-04-26 2018-10-10 주식회사 디비하이텍 멤스 마이크로폰의 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190127080A (ko) 2019-11-13
US20190342670A1 (en) 2019-11-07
US10848876B2 (en) 2020-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101906665B1 (ko) 멤스 마이크로폰의 제조 방법
US10735866B2 (en) MEMS microphone and method of manufacturing the same
KR102486586B1 (ko) 멤스 마이크로폰의 제조 방법
US10412504B2 (en) MEMS microphone and method of manufacturing the same
KR20190016718A (ko) 멤스 마이크로폰 및 이의 제조 방법
US20190082269A1 (en) Mems microphone and method of manufacturing the same
KR20190028874A (ko) 멤스 마이크로폰 및 이의 제조 방법
KR20170121957A (ko) 멤스 마이크로폰 및 이의 제조 방법
KR20200118545A (ko) 멤스 마이크로폰 및 이의 제조 방법
KR102488122B1 (ko) 멤스 마이크로폰 및 이의 제조 방법
KR102486584B1 (ko) 멤스 마이크로폰, 이를 포함하는 멤스 마이크로폰 패키지 및 이의 제조 방법
US11259105B2 (en) MEMS microphone and method of manufacturing the same
KR102486583B1 (ko) 멤스 마이크로폰, 이를 포함하는 멤스 마이크로폰 패키지 및 이의 제조 방법
KR20200121560A (ko) 멤스 마이크로폰 및 이의 제조 방법
KR102499855B1 (ko) 멤스 마이크로폰 이를 포함하는 멤스 마이크로폰 패키지 및 이의 제조 방법
KR20200004041A (ko) 멤스 마이크로폰 및 이의 제조 방법
US11706548B2 (en) MEMS microphone and method of manufacturing the same
KR102486582B1 (ko) 멤스 마이크로폰 및 이의 제조 방법
JP2008244752A (ja) 静電型圧力変換器
KR20200026532A (ko) 멤스 마이크로폰 및 이의 제조 방법
US20230239633A1 (en) Mems microphone structure and manufacturing method thereof
KR20230083495A (ko) 멤스 마이크로폰 및 이의 제조 방법
KR20220080413A (ko) 멤스 마이크로폰 및 이의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant