KR20040061586A - 음향 감지 소자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음향 감지 소자의 제조방법에 관한 것으로, 실리콘 기판에 음향 감지 소자의 구동회로부를 집적시키는 단계와; 상기 구동회로부의 전극단자가 노출되도록 상기 실리콘 기판 상부에 유기 물질막을 형성하는 단계와; 상기 실리콘 기판 상부에 있는 유기 물질막의 좌, 우측에는 하부전극라인과 상부전극라인을 각각 상기 구동회로부의 전극단자와 연결되도록 형성하고, 상기 하부전극라인과 상부전극라인 사이의 유기물질막에는 상기 하부전극라인과 연결되는 하부전극을 형성하는 단계와; 상기 실리콘 기판의 일부를 제거하여 상기 하부전극의 하부에 있는 유기 물질막을 부상시키는 단계와; 상기 실리콘 기판 상부에 있는 유기 물질막에 지지되어 상기 하부전극으로부터 부상되며, 상부전극라인과 연결되고, 복수개의 관통홀이 형성된 상부전극을 형성하는 단계로 제조함으로써, 다결정 실리콘 및 질화산화막 등으로 이루어진 두꺼운 상부전극을 형성하지 않고 도금 공정으로 금속 상부전극을 형성함으로써, 제조 비용을 줄일 수 있으며, MEMS(Micro Electro Mechanical System)공정기술을 이용하여 제조함으로서 초소형의 소자를 구현할 수 있고, 하나의 실리콘 웨이퍼 상에 복수개의 음향감지소자를 제조할 수 있음으로써, 대량생산이 가능하고, 기존 CMOS 공정을 그대로 이용하여 제조를 수행할 수 있다.

Description

음향 감지 소자의 제조방법{Method for manufacturing acoustic transducer}

본 발명은 음향 감지 소자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다결정 실리콘 및 질화산화막 등으로 이루어진 두꺼운 상부전극을 형성하지 않고 도금 공정으로 금속 상부전극을 형성함으로써 제조 비용을 줄일 수 있으며, MEMS(Micro Electro Mechanical System)공정기술을 이용하여 제조함으로서 초소형의 소자를 구현할 수 있고, 하나의 실리콘 웨이퍼 상에 복수개의 음향감지소자를 제조할 수 있음으로써, 대량생산이 가능하고, 기존 CMOS 공정을 그대로 이용하여 제조를 수행할 수 있는 음향 감지 소자의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전기 통신의 급속한 발전으로 음성을 전기적인 신호로 변환하는 마이크로폰은 점점 소형화되어 가고 있다.

이러한 마이크로폰은 진동판에 전달되는 음향으로 인해 진동판과 고정 전극간의 거리가 변화하며 그로 인해 진동판 위에 형성된 하부 전극과 고정 전극간의 정전용량의 변화로부터 전기적인 신호로 변화시키는 콘덴서형이 주로 사용되고 있다.

종래 기술에 따른 콘덴서 마이크로폰은 진동판, 상대전극, 신호처리용 인쇄회로기판 등 다양한 요소들은 각각 제조한 후, 조립하는 방법을 사용하고 있어 소형화가 어렵다.

이를 개선하기 위해서, 진동판과 전극 등의 음향 감지 소자 부분을 모두 반도체 공정을 이용하여 한 기판 상에 제조하였다.

이러한 반도체 공정으로 음향 감지 소자를 제조하는 것은 폴리이미드를 진동판과 상부전극을 고정시키는 구조체 역할을 하도록 하고, 알루미늄, 산화실리콘과 다공질 실리콘막을 희생층으로 사용하여 다결정 실리콘 또는 질화실리콘막을 부상시키고, 다결정 실리콘 또는 질화실리콘막으로 상부전극을 구성하며, 단결정 실리콘막을 진동판으로 사용하는 등 다양한 방법이 시도되었다.

그러나, 폴리이미드 등 유기물을 구조체로 사용하는 경우, 온도, 습도 등 외부 환경 변화로 인해 감도가 달라지는 단점이 있었고, 알루미늄, 산화실리콘, 다공질 실리콘 등을 희생층으로 사용하면, 식각액이 강한 부식성을 띠기 때문에 다른 부분의 부식 및 상하부 전극의 접합현상이 일어나 수율이 저하되는 문제점을 야기시킨다.

더불어, 다결정 실리콘, 질화실리콘막 등으로 상부전극을 구성하는 경우, 상부전극은 진동판의 두께에 비해 훨씬 두꺼워야 음향효율이 높아지나 이러한 공정은 공정 시간이 매우 길고 가격이 비싸기 때문에 마이크로폰 제조 비용을 높이게 된다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 다결정 실리콘 및 질화산화막 등으로 이루어진 두꺼운 상부전극을 형성하지 않고 도금 공정으로 금속 상부전극을 형성함으로써 제조 비용을 줄일 수 있으며, MEMS(Micro Electro Mechanical System)공정기술을 이용하여 제조함으로서 초소형의 소자를 구현할 수 있고, 하나의 실리콘 웨이퍼 상에 복수개의 음향감지소자를제조할 수 있음으로써, 대량생산이 가능하고, 기존 CMOS 공정을 그대로 이용하여 제조를 수행할 수 있는 음향 감지 소자의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 실리콘 기판에 음향 감지 소자의 구동회로부를 집적시키는 단계와;

상기 구동회로부의 전극단자가 노출되도록 상기 실리콘 기판 상부에 유기 물질막을 형성하는 단계와;

상기 실리콘 기판 상부에 있는 유기 물질막의 좌, 우측에는 하부전극라인과 상부전극라인을 각각 상기 구동회로부의 전극단자와 연결되도록 형성하고, 상기 하부전극라인과 상부전극라인 사이의 유기물질막에는 상기 하부전극라인과 연결되는 하부전극을 형성하는 단계와;

상기 실리콘 기판의 일부를 제거하여 상기 하부전극의 하부에 있는 유기 물질막을 부상시키는 단계와;

상기 실리콘 기판 상부에 있는 유기 물질막에 지지되어 상기 하부전극으로부터 부상되며, 상부전극라인과 연결되고, 복수개의 관통홀이 형성된 상부전극을 형성하는 단계로 구성된 음향 감지 소자의 제조방법이 제공된다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 다른 양태(樣態)는, 실리콘 기판에 음향 감지 소자를 구동할 수 있는 구동회로부를 집적하고, 상기 구동회로부에 있는 전극단자가 노출되도록, 전면에 패시베이션막을 형성하는 제 1 단계와;

상기 패시베이션막의 전면에 유기 물질막을 형성하고, 상기 노출된 구동회로부의 전극단자와 전기적으로 연결되는 하부전극과 하부전극라인과 상부전극라인을 상기 유기 물질막의 상부에 형성하는 제 2 단계와;

상기 상부전극라인과 실리콘 기판의 패시베이션막을 노출시키고, 상기 하부전극 및 하부전극라인을 감싸며 희생층을 형성하는 제 3 단계와;

상기 희생층의 상부에 종자층(Seed layer)을 형성하는 제 4 단계와;

상기 실리콘 기판에 의해 지지되고, 상기 하부전극으로부터 부상되며, 복수개의 관통홀로 이루어진 상부전극을 형성할 수 있는 도금틀층을 상기 종자층의 상부에 형성하고, 상기 도금틀층이 형성되지 않은 종자층 영역에 금속층을 도금하는 제 5 단계와;

상기 하부전극의 하부에 있는 실리콘 기판과 패시베이션막을 제거하여 유기 물질막으로 이루어진 진동판을 형성하는 제 6 단계와;

상기 도금틀층과 희생층을 제거하는 제 7 단계로 구성된 음향 감지 소자의 제조방법이 제공된다.

도 1a와 1b는 본 발명에 따른 음향 감지 소자를 제조하기 위한 개략적인 평면 공정도이다.

도 2a 내지 2g는 도 1a의 A-A'선으로 절단하여 본 발명의 음향 감지 소자를 제조하는 공정 단면도이다.

도 3a 내지 3g는 도 1b의 B-B'선으로 절단하여 본 발명의 음향 감지 소자를 제조하는 공정 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100,200 : 실리콘 기판 111 : 하부전극라인

112 : 상부전극라인 120,221,222 : 구동회로부

130,239 : 하부전극 141 : 관통홀

230 : 패시베이션막 231 : 유기물질막

237 : 하부전극 및 하부전극라인 238 : 상부전극라인

251 : 희생층 252 : 종자층(Seed layer)

261 : 도금틀층 271 : 금속층

280 : 진동판

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1a와 1b는 본 발명에 따른 음향 감지 소자를 제조하기 위한 개략적인 평면 공정도로서, 실리콘 기판(100)에는 음향 감지 소자의 구동회로부(120)를 집적시키고, 상기 실리콘 기판(100) 상부의 좌, 우측에는 하부전극라인(111)과 상부전극라인(112)을 형성하고, 상기 하부전극라인(111)과 상부전극라인(112)의 사이에는하부전극(130)을 형성한다.

여기서, 상기 음향 감지 소자의 구동회로부(120)는 상기 하부전극라인(111) 또는 상부전극라인에 전기적으로 연결되고, 상기 하부전극(130)과 상기 하부전극라인(111)은 전기적으로 연결된다.(도 1a)

그 후, 상기 실리콘 기판(100)에 지지되어 상기 하부전극(130)으로부터 부상되며, 상부전극라인(112)과 연결되고, 복수개의 관통홀(141)이 형성된 상부전극을 형성한다.(도 1b)

도 2a 내지 2g는 도 1a의 A-A'선으로 절단하여 본 발명의 음향 감지 소자를 제조하는 공정 단면도로서, 먼저, 실리콘 기판(200)에 음향 감지 소자를 구동할 수 있는 제 1과 2 구동회로부(221,222)를 집적하는 CMOS공정을 수행하고, 상기 제 1과 2 구동회로부(221,222)에 있는 전극단자를 노출시키고, 전면에 패시베이션막(Passivation layer)(230)을 형성한다.(도 2a)

여기서, 상기 패시베이션막(Passivation layer)(230)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막으로 형성한다.

그 다음, 상기 노출된 제 1과 2 구동회로부(221,222)에 있는 전극단자를 노출시키며, 실리콘 기판(200) 상부의 전면에 유기 물질막(231)을 형성하고, 상기 노출된 제 1 구동회로부(221)의 전극단자와 전기적으로 연결되는 하부전극 및 하부전극라인(237)을 상기 유기 물질막(231)의 상부에 형성하고, 상기 노출된 제 2 구동회로부(222)의 전극단자와 전기적으로 연결되는 상부전극라인(238)을 형성한다.(도 2b)

상기 유기 물질막(231)은 폴리이미드(Polyimide) 또는 테플론(Teflon)으로 형성하는 것이 바람직하다.

이 때, 상기 제 1과 2 구동회로부(221,222)는 하나만 형성하여도 된다.

연이어, 상기 상부전극라인(238)과 실리콘 기판(200)의 패시베이션막(230)을 노출시키고, 상기 하부전극 및 하부전극라인(237)을 감싸며 희생층(251)을 형성한다.(도 2c)

상기 희생층(251)은 실리콘 산화막으로 형성하며, 상기 실리콘 산화막은 20℃ ~ 300℃의 온도에서 증착하는 것이 바람직하다.

그 다음, 상기 희생층(251)의 상부에 종자층(Seed layer)(252)을 형성한다.(도 2d)

여기서, 상기 종자층(252)은 Au/Cr로 형성하며, 열 또는 전자빔을 이용한 증발법으로 증착하거나 스퍼터링법으로 증착하여 형성하는 것이 바람직하다.

계속하여, 상기 실리콘 기판에 지지되고, 상기 하부전극으로부터 부상되며, 복수개의 관통홀로 이루어진 상부전극을 형성할 수 있는 도금틀층(261)을 상기 종자층(252)의 상부에 형성하고, 상기 도금틀층(261)이 형성되지 않은 종자층(252) 영역에 금속층(271)을 도금한다.(도 2e)

이 때, 상기 금속층(271)은 구리, 니켈과 금 중 선택된 하나의 금속인 것이 바람직하다.

상기 하부전극의 하부에 있는 실리콘 기판과 패시베이션막을 제거하여 유기 물질막으로 이루어진 진동판(280)을 형성한다.(도 2f)

여기서, 상기 하부전극의 하부에 있는 실리콘 기판과 패시베이션막을 제거하는 것은 비등방성 습식식각법 또는 비등방성 건식식각법으로 수행한다.

마지막으로, 상기 도금틀층(261)과 희생층(251)을 제거하면, 본 발명에 따른 음향감지소자가 제조된다.(도 2g)

도 3a 내지 3g는 도 1b의 B-B'선으로 절단하여 본 발명의 음향 감지 소자를 제조하는 공정 단면도로서, 실리콘 기판(200)의 상부에 패시베이션막(Passivation layer)(230)을 형성한다.(도 3a)

그 다음, 상기 실리콘 기판(200) 상부의 전면에 유기 물질막(231)을 형성하고, 상기 유기 물질막(231)의 상부에 하부전극(239)을 형성한다.(도 3b)

그 후, 상기 실리콘 기판(200)의 패시베이션막(230)을 노출시키고, 상기 하부전극(239)을 감싸는 희생층(251)을 전면에 형성한다.(도 3c)

연이어, 상기 노출된 패시베이션막(230)의 상부와 상기 하부전극(239)의 상부에 있는 희생층(251)의 상부에 종자층(Seed layer)(252)을 형성한다.(도 3d)

계속하여, 상기 실리콘 기판에 지지되고, 상기 하부전극으로부터 부상되며, 복수개의 관통홀로 이루어진 상부전극을 형성할 수 있는 도금틀층(261)을 상기 종자층(252)과 희생층(251)의 상부에 형성하고, 상기 도금틀층(261)이 형성되지 않은 종자층(252) 영역에 금속층(271)을 도금한다.(도 3e)

상기 하부전극(238)의 하부에 있는 실리콘 기판과 패시베이션막을 제거하여 유기 물질막으로 이루어진 진동판(280)을 형성한다.(도 3f)

마지막으로, 상기 도금틀층(261)과 희생층(251)을 제거하면, 본 발명에 따른음향감지소자가 제조된다.(도 3g)

본 발명은 전술된 바와 같은 제조 공정을 수행하여 음향감지소자를 제조하면, 음향 특성을 좌우하는 진동판의 두께를 정확히 조절하면서 응력을 낮게 유지할 수 있어, 음향감지소자의 감도를 높을 수 있는 장점이 있다.

더불어, 도금 공정에 의해 상부전극을 형성함으로써, 공정 비용을 줄일 수 있고, 모든 공정이 저온에서 이루어지므로, 신호처리회로 공정이 완료된 실리콘 기판에 바로 적용하여 감지 구조를 집적화한 음향감지소자의 제조가 가능한 장점이 있다.

또한, MEMS(Micro Electro Mechanical System)공정기술을 이용하여 제조함으로서 초소형의 소자를 구현할 수 있고, 하나의 실리콘 웨이퍼 상에 복수개의 음향감지소자를 제조할 수 있음으로써, 대량생산이 가능하고, 기존 CMOS 공정을 그대로 이용하여 제조를 수행할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 종래 기술과 같이 다결정 실리콘 및 질화산화막 등으로 이루어진 두꺼운 상부전극을 형성하지 않고 도금 공정으로 금속 상부전극을 형성함으로써 제조 비용을 줄일 수 있으며, MEMS(Micro Electro Mechanical System)공정기술을 이용하여 제조함으로서 초소형의 소자를 구현할 수 있고, 하나의 실리콘 웨이퍼 상에 복수개의 음향감지소자를 제조할 수 있음으로써, 대량생산이 가능하고, 기존 CMOS 공정을 그대로 이용하여 제조를 수행할 수 있는 효과가 발생한다.

본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (8)

1. 실리콘 기판에 음향 감지 소자의 구동회로부를 집적시키는 단계와;

   상기 구동회로부의 전극단자가 노출되도록 상기 실리콘 기판 상부에 유기 물질막을 형성하는 단계와;

   상기 실리콘 기판 상부에 있는 유기 물질막의 좌, 우측에는 하부전극라인과 상부전극라인을 각각 상기 구동회로부의 전극단자와 연결되도록 형성하고, 상기 하부전극라인과 상부전극라인 사이의 유기물질막에는 상기 하부전극라인과 연결되는 하부전극을 형성하는 단계와;

   상기 실리콘 기판의 일부를 제거하여 상기 하부전극의 하부에 있는 유기 물질막을 부상시키는 단계와;

   상기 실리콘 기판 상부에 있는 유기 물질막에 지지되어 상기 하부전극으로부터 부상되며, 상부전극라인과 연결되고, 복수개의 관통홀이 형성된 상부전극을 형성하는 단계로 이루어진 음향 감지 소자의 제조방법.
2. 실리콘 기판에 음향 감지 소자를 구동할 수 있는 구동회로부를 집적하고, 상기 구동회로부에 있는 전극단자가 노출되도록, 전면에 패시베이션막을 형성하는 제 1 단계와;

   상기 패시베이션막의 전면에 유기 물질막을 형성하고, 상기 노출된 구동회로부의 전극단자와 전기적으로 연결되는 하부전극과 하부전극라인과 상부전극라인을상기 유기 물질막의 상부에 형성하는 제 2 단계와;

   상기 상부전극라인과 실리콘 기판의 패시베이션막을 노출시키고, 상기 하부전극 및 하부전극라인을 감싸며 희생층을 형성하는 제 3 단계와;

   상기 희생층의 상부에 종자층(Seed layer)을 형성하는 제 4 단계와;

   상기 실리콘 기판에 의해 지지되고, 상기 하부전극으로부터 부상되며, 복수개의 관통홀로 이루어진 상부전극을 형성할 수 있는 도금틀층을 상기 종자층의 상부에 형성하고, 상기 도금틀층이 형성되지 않은 종자층 영역에 금속층을 도금하는 제 5 단계와;

   상기 하부전극의 하부에 있는 실리콘 기판과 패시베이션막을 제거하여 유기 물질막으로 이루어진 진동판을 형성하는 제 6 단계와;

   상기 도금틀층과 희생층을 제거하는 제 7 단계로 구성된 음향감지소자의 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 패시베이션막은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 음향 감지 소자의 제조방법.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 유기 물질막은 폴리이미드(Polyimide) 또는 테플론(Teflon)으로 형성하는 것을 특징으로 하는 음향 감지 소자의 제조방법.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 희생층은 실리콘 산화막으로 형성하며, 상기 실리콘 산화막은 20℃ ~ 300℃의 온도에서 증착하는 것을 특징으로 하는 음향 감지 소자의 제조방법.
6. 제 2 항에 있어서,

   상기 종자층은 열 증착법, 전자빔 증착법과 스퍼터링법 중 어느 하나의 방법으로 증착하여 형성하는 것을 특징으로 하는 음향 감지 소자의 제조방법.
7. 제 2 항에 있어서,

   상기 금속층은 구리, 니켈과 금 중 선택된 하나의 금속인 것을 특징으로 하는 음향 감지 소자의 제조방법.
8. 제 2 항에 있어서,

   상기 하부전극의 하부에 있는 실리콘 기판과 패시베이션막을 제거하는 것은, 비등방성 습식식각법 또는 비등방성 건식식각법으로 수행하여 제거하는 것을 특징으로 하는 음향 감지 소자의 제조방법.