KR20030004944A

KR20030004944A - 칩 마이크로폰

Info

Publication number: KR20030004944A
Application number: KR1020010040709A
Authority: KR
Inventors: 송청담; 정익주; 김현호
Original assignee: 주식회사 비에스이
Priority date: 2001-07-07
Filing date: 2001-07-07
Publication date: 2003-01-15
Also published as: KR100409273B1

Abstract

본 발명은 전개효과 트랜지스터 및 한쌍의 캐패시터가 집적된 실리콘 웨이퍼 위에 일정간격을 두고 에어갭을 가진 진동판을 포함하는 한쌍의 금속박막을 일체적으로 형성시킨 음향부를 둘 수 있어 초소형(경박단소)의 칩 마이크로폰을 생산할 수 있고, 한쌍의 캐패시터가 서로 병렬로 전계효과 트랜지스터의 출력단에 접속되어 있으므로, 주파수 대역특성이 넓어서 CDMA 방식과 GSM방식의 휴대폰에 호환해서 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 실리콘 웨이퍼 상에 전개효과 트랜지스터 및 한쌍의 캐패시터가 집적되어 있으므로 제조 코스트를 저감시킬 수 있고, 또한 표면실장장치에 의해 인쇄회로기판에 솔더링할 수 있다.

Description

칩 마이크로폰{A CHIP MICROPHONE}

본 발명은 칩 마이크로폰에 관한 것으로서, 특히 실리콘 웨이퍼 상에 소정 두께의 금속박막(금속층)을 일정간격으로 유지하게 하여 진동판을 형성시켜서 전계효과 트랜지스터의 소오스 전극을 통하여 접지되도록 하고, 진동판으로 작용하는 상부금속층의 하부에 증착된 하부금속층에 전계효과 트랜지스터의 드레인 전극과 연결하여 +전압이 고정적으로 인가되도록 하여 상부금속층과 하부금속층 사이에 일정 용량을 갖는 캐폐시터를 형성해서 상부금속층의 진동에 따라 정전용량의 변화에 따른 전압의 변화를 입력신호로 하여 전계효과 트랜지스터에서 증폭할 수 있는 칩 마이크로폰에 관한 것이다.

종래로 부터 널리 사용되고 있는 이러한 종류의 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰은 2000년 11월 1일 실용신안등록출원하여 2001년 4월 2일자로 공고된 한국 실용신안등록공보 공고번호 20-2001-218653호에 개시되어 있다.

동 공보에 개시되어 있는 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰은 도 1 내지 도 3에 상세히 도시되어 있는 바와 같이 케이스(50)와, 상기 케이스(50)의 음공(52)을 통해 들어 온 음압에 의해 진동되어 음향신호를 전기적 신호로 변환하는 진동판(70)과, 상기 진동판(70)의 상부에 설치되어 상기 진동판(70)이 용이하게 진동하도록 오목부(82)의 바닥면에 다수의 작은 음향홀(82a)이 형성되어 있는 반도체 웨이퍼(80)와, 상기 진동막(70)에서 변환된 전기적 신호를 받아 증폭하는집적회로(100)와, 상기 반도체 웨이퍼(80)와 케이스(50)를 전기적으로 절연하는 절연캡(110)과, 상기 절연캡(110)상에 설치된 접촉핀(120)과, 상기 케이스(50)의 상부에 형성된 개구부를 덮음과 동시에, 상기 반도체 웨이퍼(80)와 케이스(50)를 전기적으로 절연하는 절연캡(110)과, 상기 절연캡(110)상에 설치되어 반도체 웨이퍼(80)상에 피착된 집적회로(100)에서 증폭된 신호를 상기 집적회로(100)에 리드선(102b)을 개재해서 접속된 접촉소자(103)와 전기적으로 접속되며 외부와 전기적 접속이 가능하도록 상기 절연캡(110)상에 설치된 접촉핀(130)을 구비하고 있다.

다시 말하면, 종래의 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰의 케이스(50)는 상부에 개구부가 형성되며 중앙에 음향을 수집해서 통과시키도록 다수의 음공(52)이 형성되어 있고 전기적으로 접지되어 있다. 상기 케이스(50)의 음공(52)을 통해 들어 온 음압에 의해 진동되어 음향신호를 전기적 신호로 변환하도록 진동판(70)은 상기 케이스(50)의 내측에 일정간극(△t)을 두고 상기 케이스(50)의 바닥 내면(50a)에 대해 평행하게 설치되어 있다.

상기 진동판(70)은 전하가 충전되는 일렉트렛막(72)과, 상기 일렉트렛막(72)의 일측면에 금속을 스퍼터링 또는 화학기상성장에 의해 형성된 도전막(74)과, 상기 일렉트렛막(72)에 형성된 도전막(74)이 상기 케이스(50)의 내면(50a)으로 부터 일정 간격(△t) 떨어져서 위치되도록 상기 도전막(74) 하부의 테두리에 배설된 폴라링(76)으로 구성되어 있다.

그런데, 이와 같이 구성된 종래의 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰은 다수개의 독립적인 부품이 조립되어 구성되는 것으로서, 통신기기에 장착될 경우 잡음의 발생원인을 제공하는 등의 문제점이 있을 뿐만아니라, 크기를 줄일 경우 음향학적인 특성에 한계가 있어 초소형의 슬림화를 달성할 수 없다는 등의 문제점이 있었다.

또한, 종래의 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰은 반도체 웨이퍼(80)와 진동판(70)이 별개의 부품으로 구성되어 있어 가공성이 나쁘고, 제조 코스트를 증가시킨다는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 260℃ 이상의 고열에서 일렉트렛으로 부터 전자가 방출되어 감도가 저하되므로 표면실장장치(Surface Mounting Device)에 의해 휴대폰 등의 인쇄회로기판에 솔더링이 불가능하다는 등의 문제점도 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 감안해서 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 전개효과 트랜지스터 및 한쌍의 캐패시터가 집적된 실리콘 웨이퍼 위에 일정간격을 두고 유전체 박막을 일체적으로 형성시킨 초소형(경박단소)의 칩 마이크로폰을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 주파수 대역특성이 넓은 칩 마이크로폰을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 CDMA방식과 GSM방식의 휴대폰에 호환해서 사용할 수 있는 칩 마이크로폰을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 제조 코스트를 저감시킬 수 있는 칩 마이크로폰을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 표면실장장치에 의해 인쇄회로기판에 솔더링할 수있는 칩 마이크로폰을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 칩 마이크로폰은 게이트전극으로 작용하는 실리콘 웨이퍼와, 상기 실리콘 웨이퍼상에 집적되며, 음압을 일정 레벨로 증폭하는 전계효과 트랜지스터와, 상기 전계효과 트랜지스터에서 출력되는 증폭신호를 받아서 노이즈를 필터링하도록 서로 병렬로 접속된 한쌍의 캐패시터와, 상기 전계효과 트랜지스터의 드레인전극과 소오스전극을 전기적으로 접속함과 동시에, 한쌍의 캐패시터를 전기적으로 접속하도록 상기 실리콘 웨이퍼상에 스퍼터링에 의해 증착된 금속배선과, 상기 실리콘 웨이퍼의 상부면을 전기적으로 절연시키도록 증착된 절연층과, 상기 절연층상의 중앙부에 증착되며 상기 전계효과 트랜지스터의 드레인전극과 연결되도록 금속을 증착법에 의해 증착시킨 하부금속층과, 상기 절연층의 질화실리콘층 및 하부금속층 상에 증착된 산화실리콘층과, 상기 산화실리콘층의 중앙부에 증착되며 다수개의 음향홀이 형성되어 있고 전계효과 트랜지스터와 연결되도록 증착시킨 상부금속층과, 상기 상부금속층의 하부에 증착된 산화규소층의 일부를 식각에 의해 제거하여 형성되는 에어 갭을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰을 개략적으로 도시한 외관 사시도,

도 2는 도 1에서 일부 절결한 일부종단면도,

도 3은 도 1에 적용된 진동판을 개략적으로 도시한 사시도,

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 칩마이크로폰을 개략적으로 도시한 평면도,

도 5는 도 4에 있어서 화살표 A-A단면도,

도 6은 도 4에 있어서 화살표 B-B 단면도,

도 7은 도 4에 있어서 화살표 C-C 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1:실리콘 웨이퍼 4:산화규소

5:질화실리콘층 8a,8b:금속단자

9:금속전극 10:하부금속층

11:산화규소층 13:상부금속층

13a:음향홀 15:에어 갭

Q1:전계효과 트랜지스터 C1,C2:캐패시터

이하, 본 발명의 일실시예에 의한 칩 마이크로폰에 대하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 칩마이크로폰을 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 5는 도 4에 있어서 화살표 A-A단면도이고, 도 6은 도 4에 있어서 화살표 B-B 단면도이고, 도 7은 도 4에 있어서 화살표 C-C 단면도이다.

도 4 내지 도 7에 도시한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 칩 마이크로폰은 게이트전극(gate)으로 작용하는 실리콘 웨이퍼(1)상에 음압을 일정 레벨로 증폭하는 전계효과 트랜지스터(Q1)가 집적되어 있음과 동시에, 상기 전계효과 트랜지스터(Q1)에서 출력되는 증폭신호를 받아서 노이즈를 필터링하고, 또한 CDMA방식과 GSM방식의 휴대폰에 호환해서 사용할 수 있도록 상기 전계효과 트랜지스터(Q1)의 출력단에는 한쌍의 캐패시터(C1,C2)가 서로 병렬로 접속되어 있다.

그리고, 상기 실리콘 웨이퍼(1)상에는 상기 전계효과 트랜지스터(Q1)의 드레인전극(D)과 소오스전극(S)을 전기적으로 접속함과 동시에, 한쌍의 캐패시터(C1,C2)를 전기적으로 접속하도록 금속배선(2)이 증착법에 의해 증착되어 있다.

또한 본 발명의 칩 마이크로폰에 있어서는 상기 실리콘 웨이퍼(1)의 상부면을 전기적으로 절연시키도록 산화규소(SiO₂)층(4) 및 질화실리콘(Si₃N₄)층(5)이 순서로 증착되어 있고, 상기 실리콘 웨이퍼(1)상에 증착된 상기 전계효과 트랜지스터(Q1)의 드레인전극(D)과 소오스전극(S)을 각각 전기적으로 접속시키도록 상기 드레인전극(D)과 소오스전극(S)의 상부에 증착된 상기 산화규소(SiO₂)층(4) 및 질화실리콘층(5)을 식각에 의해 일부 제거하여 금속단자(8a,8b)가 증착법에 의해층착됨과 동시에, 상기 질화실리콘층(5)상에도 하부금속층(10)이 증착법에 의해 층착되어 있다.

그리고, 상기 하부금속층(10)의 필요한 부분인 중앙부를 남겨두고, 둘레의 가장자리를 식각에 의해 제거하고, 식각에 의해 제거된 질화실리콘층(5) 및 하부금속층(10)상에 산화규소층(SiO₂)(11)이 증착되어 있고, 상기 산화규소층(11)의 금속단자(8a,8b)의 상부를 에칭에 의해 제거한 후 금속을 증착법에 의해 증착하여 금속전극(9a,9b)과 진동판으로 쓰일 상부금속층(13)을 동시에 형성해서 상기 금속단자(8a,8b)와 전기적으로 접속되어 있다.

상기 산화규소층(11)의 양 가장자리를 따라서 일정폭을 식각에 의해 제거하여 금속단자(8a,8b)와 전기적으로 접속되는 금속전극(9)이 증착되어 있다.

상기 산화규소층(11)의 중앙부에 다수개의 음향홀(13a)이 에칭에 의해 형성된 금속재의 상부금속층(13)이 증착되어 있고, 상기 상부금속층(13)에 형성된 음향홀(13a)을 통해서 에칭액을 주입하여 상기 상부금속층(13)과 하부금속층(10)사이의 산화규소층(11)을 식각에 의해 제거하여 에어 갭(15)이 형성되어 있다.

상기 상부금속층(13)은 금속으로 증착시키는 것이 바람직하나, 제조 코스트, 제조 공정, 전도성 및 진동판의 특성을 감안하여 알루미늄, 크롬, 그 등의 진동판으로서의 특성을 갖는 다른 재질의 금속중에서 선택된 것을 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 상부금속층(13)은 진동판을 구성하며, 그 두께는 0.01 내지 10㎛로 형성하는 것이 바람직하고, 상기 상부금속층(13)은 외부전원이 공급될 경우에 전장이 형성되도록 금속을 증착법에 의해 증착되어 있다.

상기 설명에 있어서, 상기 전계효과 트랜지스터(Q1)의 소오스전극(S)은 금속층(13)에 전기적으로 접속되어서 접지되어 있고, 상기 전계효과 트랜지스터(Q1)의 드레인전극(D)은 +전원이 인가되도록 하부금속층(10)과 전기적으로 접속되어 있는 것을 예로 들어서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 상기 전계효과 트랜지스터(Q1)의 소오스전극(S)은 하부금속층(10)에 전기적으로 접속되어 있고, 상기 전계효과 트랜지스터(Q1)의 드레인전극(D)은 상부금속층(13)과 전기적으로 접속되어 있는 구조로 설계변경해도 본 발명의 개념에 포함되는 것은 물론이다.

다음에, 이와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 칩 마이크로폰에 대한 작용 및 효과를 설명한다.

게이트전극(gate)으로 작용하는 실리콘 웨이퍼(1)상에는 전계효과 트랜지스터(Q1) 및 한쌍의 캐패시터(C1,C2)가 집적되어 있고, 실리콘 웨이퍼(1)의 에어 갭(15)상에 금속전극(9a,9b)을 개재하여 0.01 내지 10㎛ 두께의 진동판으로서 작용하는 상부금속층(13)이 에어 갭(15)상에 설치되어 있으므로, 상부금속층(13)으로 들어온 음압에 의해 상부 금속층(13)의 진동 특성이 원활하게 진동한다.

그리고, 진동판을 구성하는 상부금속층(13)과 하부금속층(10) 사이의 증착된 산화규소층(11)의 일부를 식각에 의해 제거하여 에어갭(15)이 형성되어 있고, 상기에어갭(15)의 상ㆍ하부에 형성되어 있는 상부금속층(13)과 하부금속층(10)을 통해서 외부로 부터 전원을 공급받아 전장을 형성하므로 상부금속층(13)에 전자를 충전시킬 필요가 없다. 상부금속층(13)은 전계효과 트랜지스터의 소오스 단자와 접속되어 있고 하부금속층(10)은 드레인 단자와 연결되어 있으므로 이들 두 금속층(10,13) 사이에 전장을 형성시키기 위해 별도의 추가 전원 장치를 필요로 하지 않고 전계효과 트랜지스터를 구동시키기 위해 공급되는 전원을 분배하여 사용하는 것이 본 발명의 장점 중의 하나이다.

본 발명에 따른 칩 마이크로폰은 전계효과 트랜지스터(Q1) 및 한쌍의 캐패시터(C1,C2)가 집적된 실리콘 웨이퍼(1) 상에 일정간격을 두고 음향부를 형성하는 상하부금속층(10,13)을 일체적으로 형성시킴으로써, 칩 마이크로폰을 초소형화(경박단소)시킬 수 있으며, 전계효과 트랜지스터(Q1)의 출력단에 노이즈를 필터링하도록 한쌍의 캐패시터(C1,C2)가 병렬로 접속되어 있어 주파수 대역특성이 넓으므로, CDMA방식과 GSM방식의 휴대폰에 호환해서 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 칩 마이크로폰은 실리콘 웨이퍼(1)상에 전계효과 트랜지스터(Q1) 및 한쌍의 캐패시터(C1,C2)가 일체적으로 집적되어 있고, 실리콘 웨이퍼(1) 상에 산화규소층(11)의 일부를 식각에 의해 제거하여 에어갭(15)을 형성한 구조이므로, 제조 코스트를 저감시킬 수 있고, 또한 솔터링시에 열에 의해 방출될 전자가 없으므로, 표면실장장치(Surface Mounting Device)에 의해 인쇄회로기판에 솔더링해도 칩 마이크로폰의 특성이 그대로 유지된다.

상기 설명에 있어서, 질화실리콘층(5)상에 산화규소층(11) 및하부금속층(10)을 증착시킨 것을 예로 들어서 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 예를 들면 산화규소층(11)대신에 포토레제스트층을 형성해도 본 발명의 개념에 포함되는 것은 물론이다.

상기 설명에 있어서, 특정 실시예를 들어서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 본 발명의 개념을 이탈하지 않는 범위내에서 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 여러가지로 설계변경할 수 있음은 물론이다.

앞에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 칩 마이크로폰에 의하면, 전계효과 트랜지스터 및 한쌍의 캐패시터가 집적된 실리콘 웨이퍼 위에 일정간격을 두고 에어갭을 가진 진동판을 포함하는 한쌍의 금속 박막을 일체적으로 형성시킨 음향부를 둘 수 있어 초소형(경박단소)의 칩 마이크로폰을 생산할 수 있고, 한쌍의 캐패시터가 서로 병렬로 전계효과 트랜지스터의 출력단에 접속되어 있으므로, 주파수 대역특성이 넓어서 CDMA방식과 GSM방식의 휴대폰에 호환해서 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 실리콘 웨이퍼 상에 전개효과 트랜지스터 및 한쌍의 캐패시터가 집적되어 있으므로 제조 코스트를 저감시킬 수 있고, 또한 표면실장장치에 의해 인쇄회로기판에 솔더링할 수 있다는 매우 뛰어난 효과가 있다.

Claims

게이트전극으로 작용하는 실리콘 웨이퍼(1)와, 상기 실리콘 웨이퍼(1)상에 집적되며, 음압을 일정 레벨로 증폭하는 전계효과 트랜지스터(Q1)와, 상기 전계효과 트랜지스터(Q1)에서 출력되는 증폭신호를 받아서 노이즈를 필터링하도록 서로 병렬로 접속된 한쌍의 캐패시터(C1,C2)와, 상기 전계효과 트랜지스터(Q1)의 드레인전극(D)과 소오스전극(S)을 전기적으로 접속함과 동시에, 한쌍의 캐패시터(C1,C2)를 전기적으로 접속하도록 상기 실리콘 웨이퍼(1)상에 증착법에 의해 증착된 금속배선(2)과, 상기 실리콘 웨이퍼(1)의 상부면을 전기적으로 절연시키도록 증착된 절연층과, 상기 절연층상상의 중앙부에 증착되며 전계효과 트랜지스터의 드레인전극과 연결되도록 금속을 증착법에 의해 증착시킨 하부금속층(10)과, 상기 절연층의 질화실리콘층(5) 및 하부금속층(10) 상에 증착된 산화실리콘층(11)과, 상기 산화실리콘층(11)의 중앙부에 증착되며 다수개의 음향홀(13a)이 형성되어 있고 전계효과 트랜지스터와 연결되도록 증착시킨 상부금속층(13)과, 상기 상부금속층(13)의 하부에 증착된 산화규소층(11)의 일부를 식각에 의해 제거하여 형성되는 에어 갭(13)을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 칩 마이크로폰.
제1항에 있어서, 상기 상부금속층(13)은 진동판을 구성하고, 상기 상부금속층(13)에는 음향홀(13a) 이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 칩 마이크로폰.
제2항에 있어서, 상기 상부금속층(13)은 그 두께가 0.01 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 칩 마이크로폰.
제2항에 있어서, 상기 상부금속층(13)은 금속을 증착법에 의해 증착한 것을 특징으로 하는 칩 마이크로폰.
제1항에 있어서, 상기 절연층은 산화규소층(4)과 질화실리콘층(5)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 칩 마이크로폰.
제1항에 있어서, 상기 에어갭(15)은 그 두께가 0.01 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 칩 마이크로폰.
제1항에 있어서, 상기 전계효과 트랜지스터(Q1)의 소오스전극(S)은 금속층(13)에 전기적으로 접속되어서 접지되어 있고, 상기 전계효과트랜지스터(Q1)의 드레인전극(D)은 +전원이 인가되도록 금속층(10)과 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 칩 마이크로폰.
제1항에 있어서, 상기 전계효과 트랜지스터(Q1)의 소오스전극(S)은 금속층(10)에 전기적으로 접속되어 있고, 상기 전계효과 트랜지스터(Q1)의 드레인전극(D)은 금속층(13)과 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 칩 마이크로폰.