KR20050088207A

KR20050088207A - 음향 검출 기구

Info

Publication number: KR20050088207A
Application number: KR1020057011779A
Authority: KR
Inventors: 요시아키 오바야시; 마모루 야스다; 신이치 사에키; 마사쓰구 고마이; 겐이치 가가와
Original assignee: 호시덴 가부시기가이샤; 도쿄 일렉트론 가부시키가이샤
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2004-05-25
Publication date: 2005-09-02
Also published as: EP1635608A1; EP1635608A4; WO2004107809A1; JP2004356707A; KR100781200B1; US20060145570A1; TW200501789A; CN1795699A; US7386136B2

Abstract

두께를 제어하여 진동판을 필요한 두께로 형성하면서, 진동판의 뒤틀림을 억제할 수 있는 음향 검출 기구를 제조할 수 있다. 기판(A)에 콘덴서를 형성하는 한 쌍의 전극을 가지며, 이 한 쌍의 전극 중 한 전극은 어쿠스틱 홀에 해당하는 관통공(Ca)이 형성된 배전극(C)이며, 다른 한 전극은 진동판(B)인 음향 검출 기구로서, 기판(A)에 진동판(B)이 설치되며, 이 진동판(B)과 공극(F)을 개재한 사이에 두면서, 이에 대향하는 위치에 상기 기판(A)에 지지된 상태로 상기 배전극(C)이 설치되며, 상기 배전극(C)은 5㎛∼20㎛ 두께의 다결정 실리콘으로 형성된다.

Description

음향 검출 기구 {SOUND DETECTION MECHANISM}

본 발명은 기판에 콘덴서를 형성하는 한 쌍의 전극을 가지며, 한 쌍의 전극 중 한 전극은 어쿠스틱 홀(acoustic hole)에 해당하는 관통공이 형성된 배전극이며, 다른 전극은 진동판(diaphragm)인 음향 검출 기구에 관한 것이다.

휴대 전화기에는 종래부터 콘덴서 마이크로폰(condenser microphone)이 많이 사용되었으며, 이러한 콘덴서 마이크로폰의 대표적인 구조로서 도 6에 나타내는 것을 예로 들 수 있다. 즉, 이 콘덴서 마이크로폰은, 어쿠스틱 홀에 해당하는 복수의 관통공(h)이 형성된 금속제 캡슐(100)의 내부에, 고정 전극부(300)와 진동판(500)을 스페이서(spacer; 400)를 개재시키는 형태로 일정 간격으로 대향 배치하고, 캡슐(100)의 후부 개구에 기판(600)을 끼워 넣는 형태로 고정하고, 이 기판(600) 상에 J-FET 등으로 구성되는 임피던스 변환 소자(impedance converting element; 700)를 구비하고 있다. 이러한 종류의 콘덴서 마이크로폰에서는 고정 전극부(300) 또는 진동판(500) 상에 형성된 유전체 재료에 고전압을 인가하고, 가열하여 전기적인 분극을 발생시켜, 표면에 전하를 잔류시키는 일렉트릿 막(electret membrane)을 생성함으로써(도 6에서는, 진동판(500)을 구성하는, 금속이나 도전성의 필름으로 이루어진 진동체(520) 상에 일렉트릿 막(510)이 형성되어 있음), 바이어스 전압이 불필요한 구조로 되어 있다. 그리고, 음향에 의한 음압(sound presssure) 신호에 의해 진동판(500)이 진동하면, 진동판(500)과 고정 전극부(300)의 거리가 변하여 정전 용량이 변하고, 이러한 정전 용량의 변화가 임피던스 변환 소자(700)를 통하여 출력됨으로써 동작된다.

또 다른 종래의 음향 검출 기구로서, 이하와 같은 구성의 것을 들 수 있다. 즉, 이 음향 검출 기구는, 진동판을 구성하는 기판(110)과 배면판(103)(본 발명의 배전극)을 구성하는 기판(108)을 접착층(109)을 개재하여 중첩시키고, 열처리에 의해 접착한 후에, 배면판을 구성하는 기판(108)을 연마하여 원하는 두께로 제조한다. 다음에, 각각의 기판(108 및 109)에 에칭 마스크(112)를 형성한 후에, 알칼리 에칭 액으로 처리하여, 진동판(l01)과 배면판(103)을 얻는다. 다음에, 배면판(103)을 망상 구조로 하고(본 발명의 관통공), 배면판(103)을 에칭 마스크로 사용해서 절연층(111)을 플루오르화 수소산으로 에칭함으로써 공극층(void layer; 104)을 형성하는 것으로 구성되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조; 번호는 문헌의 것을 인용함).

특허 문헌 1: 특개 2002-27595호 공보(단락 번호 0030∼0035, 도 1, 도 3)

도 1은 콘덴서 마이크로폰의 단면도이다.

도 2는 콘덴서 마이크로폰의 제조 공정을 연속적으로 나타낸 도면이다.

도 3은 콘덴서 마이크로폰의 제조 공정을 연속적으로 나타낸 도면이다.

도 4는 배전극의 막 두께와 진동판의 휨 양의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 5는 배전극의 막 두께와 구조체 파손율의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 6은 종래의 콘덴서 마이크로폰의 단면도이다.

부호의 설명

301: 단결정 실리콘 기판

302: 실리콘 산화막

303: 다결정 실리콘

A: 지지 기판

B: 진동판

C: 배전극

Ca: 관통공

발명이 해결하고자 하는 과제

도 6에 표시한 종래의 마이크로폰의 출력을 크게 하기(감도를 높이기) 위해서는, 고정 전극부(300)와 진동판(500) 사이의 정전 용량을 크게 할 필요가 있다. 그리고, 정전 용량을 증가시키기 위해서는, 고정 전극부(300)와 진동판(500)의 중첩 면적을 크게 하거나, 고정 전극부(300)와 진동판(500)의 간격을 작게 해야 한다. 그러나, 고정 전극부(300)와 진동판(500)의 중첩 면적을 크게 하면 마이크로폰 자체의 대형화를 초래하게 된다. 한편, 전술한 바와 같이 스페이서(400)를 배치하는 구조에서는, 고정 전극부(300)와 진동판(500)의 거리를 줄이는 데에도 한계가 있다.

또, 일렉트릿 콘덴서 마이크로폰에서는, 영구적 전기 분극을 생성하기 위해 FEP(Fluoro Ethylene Propylene)재 등의 유기계 고분자 중합체를 사용하는 경우가 많다. 이러한 유기계 고분자 중합체를 사용하면 내열성이 떨어지므로, 예를 들면, 프린트 기판에 장착하는 경우에 리플로우 처리(re-flow treatment) 시의 열을 견디기 어려우므로, 이를 장착하면 리플로우 처리를 할 수 없다.

그래서, 음향 검출 기구로서 특허 문헌 1에 개시된 바와 같이 실리콘 기판에 미세 가공 기술을 사용하여 배전극과 진동판을 형성한 구조의 채용을 고려할 수 있다. 이러한 구조의 음향 검출 기구는 소형이면서 배전극과 진동판의 거리를 작게 하여 감도를 높일 수 있다. 또, 바이어스 전원이 필요하지만, 리플로우 처리가 가능하다. 그러나, 특허 문헌 1에 기재된 기술에서는, 알칼리 에칭액으로 단결정 실리콘 기판을 에칭하여 진동판을 형성하므로, 진동판의 두께를 조절하기가 어려워서 필요로 하는 두께의 진동판을 얻기가 곤란하다.

여기에서, 진동판의 두께의 조절을 고려하면, 알칼리 에칭액을 사용하여 실리콘 기판을 에칭하여 진동판을 형성하는 프로세스에서는, 진동판의 두께를 용이하게 조절하기 위해서 SOI 웨이퍼(wafer)를 사용하는 것이 효과적이다. 즉, 이러한 방법에서는, SOI 웨이퍼의 내장 산화막(built-in oxide film)을 알칼리 에칭액을 사용한 에칭의 정지층(stop layer)으로 이용할 수 있으므로, SOI 웨이퍼의 활성층(active layer)의 두께를 설정함으로써 진동판의 두께 조절이 가능하다.

또한, 이와 다른 방법으로서 SOI 웨이퍼를 사용하는 대신에, 단결정 실리콘 기판 상에 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막을 알칼리 에칭액을 사용하여, 에칭 시에 정지층 역할을 하는 에칭 정지층으로서 형성함으로써, 상기 에칭 정지층 상에 다결정 실리콘을 형성한 SOI 구조의 웨이퍼를 사용하는 것을 고려할 수 있다. 이러한 SOI 구조의 웨이퍼에서는 알칼리 에칭액으로 실리콘 기판을 에칭하는 경우에 에칭 정지층으로 에칭을 정지시킬 수 있어, 진동판의 두께 조절성을 향상시킬 수 있다.

그러나, SOI 웨이퍼를 사용하는 방법이나, SOI 구조의 웨이퍼를 사용하는 방법에 있어서는 단결정 실리콘을 베이스로 한 복수의 재료(막 또는 층)를 적층한 구조의 음향 검출 기구로 되어 있어서, 에칭 정지층으로 에칭을 정지시키는 진동판을 형성함으로써, 비교적 얇은 진동판을 높은 정밀도로 형성시킬 수 있는 반면에, 단결정 실리콘에 적층된 복수의 재료의 열팽창율의 차이로 인한 내부 응력이 진동판을 뒤틀리게 하므로, 진동판이 배전극에 접촉되거나, 또는 진동판이 배전극에 접촉되지 않더라도, 진동 특성을 악화시켜 음압 신호에 대하여 충실하게 반응하는 진동특성을 악화시킬 가능성이 있다.

본 발명의 목적은, 두께를 조절하여 진동판을 필요한 두께로 형성하면서, 진동판의 뒤틀림을 억제하고, 고감도인 음향 검출 기구를 합리적으로 구성하는 데 있다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명의 제1의 특징적인 구성은, 기판에 콘덴서를 형성하는 한 쌍의 전극을 가지며, 이 한 쌍의 전극 중 한 전극은 어쿠스틱 홀에 해당하는 관통공이 형성된 배전극이며, 다른 전극은 진동판인 음향 검출 기구에 있어서, 상기 기판에 상기 진동판이 설치되며, 상기 진동판과 공극을 사이에 두면서, 상기 진동판과 공극에 대향하는 위치에 상기 기판에 지지된 상태로 상기 배전극이 설치되며, 상기 배전극은 5㎛∼20㎛ 두께의 다결정 실리콘으로 형성한 것이다.

작용 및 효과

상기의 특징적인 구성에 의하면, 예를 들면, 에칭 정지층이 형성된 기판에 에칭에 의해 비교적 얇은 두께의 진동판을 형성한 구조는, 에칭 정지층이나 진동판 등을 형성하는 복수의 재료의 열팽창율의 차이로 인한 응력이 진동판에 작용하더라도, 이 진동판에 대향하는 위치에 형성된 배전극의 두께를 비교적 두꺼운 값인 5㎛∼20㎛로 설정함으로써, 진동판의 기계적 강도를 높여 내부 응력으로 인한 진동판의 뒤틀림을 억제 할 수 있다. 따라서, 진동판이 배전극에 접촉하는 등의 문제를 초래하지 않는다. 구체적인 구조로서 도 1에 나타낸 구조의 마이크로폰(막 두께 등의 자세한 것은 실시예를 참조)에서는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 배전극(C)의 두께(배전극 막 두께)를 5㎛∼10㎛의 범위로 설정하면, 진동판(B)의 휨 양이 3㎛ 이하로 억제되고, 배전극의 두께를 15㎛∼20㎛의 범위로 설정하면, 진동판(B)의 휨 양이 1㎛ 이하로 억제된다. 또, 상기의 특징에 의하면, 일렉트릿층을 형성하지 않는 구조가 되므로, 프린트 기판에 장착하는 경우에 리플로우 처리 시의 열을 견딜 수 있다. 그리고, 배전극의 두께를 설정하는 간단한 구성을 채용함으로써 진동판을 얇게 형성해도, 내부 응력으로 진동판이 뒤틀리는 현상을 회피할 수 있어, 고감도이면서, 리플로우 처리가 가능한 음향 검출 기구를 구성할 수 있다. 특히, 본 발명과 같이 배전극의 두께를 비교적 두껍게 설정하면, 이러한 값으로 배전극의 두께를 선택함으로써, 공진 주파수 등의 주파수 특성을 제어할 수 있는 효과도 있다.

본 발명의 제2의 특징적인 구성은, 상기 기판이 단결정 실리콘 기판을 베이스로 한 지지 기판으로 이루어지며, 상기 단결정 실리콘 기판으로서 (100)면방위(面方位) 실리콘 기판을 사용하는 점에 있다.

작용 및 효과

상기의 특징적인 구성에 의하면, (100)면방위의 실리콘 기판 특유의 면방위의 방향으로 선택적인 에칭을 진행할 수 있으므로, 에칭 패턴에 따른 충실하고, 정밀한 에칭이 가능하다. 그 결과, 필요한 형상으로 가공할 수 있다.

본 발명의 제3의 특징적인 구성은, 상기 진동판에 불순물 확산 처리를 행하는 것이다.

작용 및 효과

상기의 특징적인 구성에 의하면, 진동판에 불순물 확산 처리를 하여, 진동판의 응력을 제어함으로써, 진동판의 장력을 제어할 수 있다. 그 결과, 진동판의 뒤틀림을 양호하게 해소할 수 있다. 특히, 이러한 구성의 경우, 진동판의 두께와 배전극의 두께를 조합함으로써, 진동판의 뒤틀림을 효과적으로 억제할 수 있다.

본 발명의 제4의 특징적인 구성은, 상기 기판이 단결정 실리콘 기판을 베이스로 한 지지 기판으로 이루어지며, 이 지지 기판이 SOI 웨이퍼로 구성되는 점에 있다.

작용 및 효과

상기의 특징적인 구성에 의하면, SOI 웨이퍼를 처리함으로써, 이 SOI 웨이퍼에 형성된 내장 산화막을 알칼리 에칭액에 의한 에칭의 정지층으로 이용할 수 있고 또, SOI 웨이퍼에 사전에 형성된 막을 진동판으로 사용할 수도 있고, 새롭게 형성한 막을 진동판으로 사용할 수도 있다. 그 결과, 사전에 필요한 막이 형성된 SOI 웨이퍼를 사용함으로써 용이하게 음향 검출 기구를 구성할 수 있다.

본 발명의 제5의 특징적인 구성은, 상기 SOI 웨이퍼의 활성층을 상기 진동판으로 사용하는 것이다.

작용 및 효과

상기의 특징적인 구성에 의하면, SOI 웨이퍼에 사전에 형성되어 있는 활성층을 진동판으로서 사용함으로써, 진동판을 형성하기 위한 처리가 불필요해진다. 그 결과, 진동판을 형성하기 위한 막을 새롭게 형성하지 않아도 용이하게 음향 검출 기구를 구성할 수 있다.

본 발명의 제6의 특징적인 구성은, 상기 진동판이 0.5㎛∼5㎛의 두께의 단결정 실리콘으로 형성되어 있는 것이다.

작용 및 효과

상기의 특징적인 구성에 의하면, 집적 회로를 제조하기 위해 확립되어 있는 기술을 기본으로 하여, 단결정 실리콘을 사용하여 0.5㎛∼5㎛인 비교적 얇은 두께의 진동판을 형성함으로써 음압 신호에 대해서 진동판을 양호한 반응으로 진동시킬 수 있다. 그 결과, 고감도인 음향 검출 기구를 구성할 수 있다.

본 발명의 제7의 특징적인 구성은 상기 지지 기판이 단결정 실리콘 기판 상에 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 형성하고, 또한, 이 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막 상에 다결정 실리콘막을 형성한, SOI 구조의 웨이퍼로 구성된 것이다.

작용 및 효과

상기의 특징적인 구성에 의하면, 단결정 실리콘 기판 상에 형성된 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막의 상면에 다결정 실리콘막을 형성하면, 단결정 실리콘을 에칭하여 다결정 실리콘막, 또는, 이 외면에 형성되는 막을 진동판으로서 형성하는 경우에도, 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 에칭 정지층으로서 이용할 수 있다. 그 결과, 막 두께를 설정하여 진동판을 용이하게 얇게 형성할 수 있어서 고감도인 음향 검출 기구를 구성할 수 있다. 특히, 예를 들면, 단결정 실리콘 기판을 베이스로 한 산화 실리콘의 외측에 형성한 다결정 실리콘으로 진동판을 형성하고, 이 진동판의 외측에 산화 실리콘으로 이루어진 희생층을 개재시킨 다결정 실리콘으로 배전극을 형성하면, 배전극(다결정 실리콘)의 열팽창율을 기준으로 하면, 진동판을 형성하는 다결정 실리콘막의 이외의 막의 열팽창율에 의한 응력이 압축 방향으로 작용하고, 실리콘 질화막은 당기는 방향으로 응력이 작용하는 성질을 가지므로, 이 실리콘 질화막을 형성함으로써, 압축 방향으로의 응력과 당기는 방향으로의 응력이 밸런스를 맞춰, 진동판에 작용하는 응력을 경감할 수 있는 효과도 있다.

본 발명의 제8의 특징적인 구성은 상기 SOI 구조의 웨이퍼에 형성된 상기 다결정 실리콘막을 진동판으로 사용하는 것이다.

작용 및 효과

상기의 특징적인 구성에 의하면, 다결정 실리콘막을 진동판으로 사용함으로써, 특별히 막을 형성하지 않아도, SOI 구조의 웨이퍼에 형성된 막을 사용하여 진동판을 형성할 수 있다. 그 결과, 제조 시의 처리 공정을 저감하여 용이하게 음향 검출 기구를 구성할 수 있다.

본 발명의 제9의 특징적인 구성은 상기 진동판이 0.5㎛∼5㎛두께의 상기 다결정 실리콘으로 형성되어 있는 것이다.

작용 및 효과

상기의 특징적인 구성에 의하면, 집적 회로를 제조하기 위해 확립되어 있는 기술을 기본으로 하여 다결정 실리콘을 사용하여 비교적 얇은 두께의 진동판을 형성하는 것이 가능하다. 그 결과, 고감도인 음향 검출 기구를 구성할 수 있다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도 1에 본 발명의 음향 검출 기구의 일례로서의 실리콘 콘덴서 마이크로폰(이하, '마이크로폰'으로 약칭함)의 단면을 나타내었다. 이 마이크로폰은 단결정 실리콘을 베이스로 한 지지 기판(A)에 형성한 다결정 실리콘막으로 진동판(B)과 배전극(C)을 형성하고, 이 진동판(B)과 배전극(C) 사이에 실리콘 산화막(SiO₂)으로 이루어진 희생(犧牲)층을 스페이서(D)로 배치한 구조를 가진다. 이 마이크로폰은 진동판(B)과 배전극(C)을 콘덴서로서 기능하게 하며, 음압 신호에 의해 진동판(B)이 진동할 때의 콘덴서의 정전 용량의 변화를 전기적으로 출력하는 데 사용된다.

이 마이크로폰의 지지 기판(A)의 크기는 한 변이 5.5mm인 정방형이며, 두께는 600㎛ 정도이다. 진동판(B)의 크기는 한 변이 2.0mm인 정방형이며 두께가 2㎛로 설정된다. 배전극(C)에는 한 변이 10㎛ 정도인 정방형의 어쿠스틱 홀에 해당하는 복수의 관통공(Ca)이 형성되어 있다. 그리고, 도 1에서는 일부의 막이나 층의 두께가 과장되어 표시되어 있다.

이 마이크로폰은 단결정 실리콘 기판(301)의 표면에 실리콘 산화막(302) 및 댜결정 실리콘막(303)을 형성한 것으로 구성된 SOI 구조의 웨이퍼의 표면에, 희생층(305)과 다결정 실리콘막(306)을 형성하고, 표면 측의 다결정 실리콘막(306)을 에칭하여 배전극(C) 및 복수의 관통공(Ca)을 형성하고, 단결정 실리콘 기판(301)의 이면(裏面)으로부터 다결정 실리콘막(303) 부분까지 에칭하여 음향 개구(E)를 형성하고, 이 음향 개구(E)의 부분에 노출되는 다결정 실리콘막(303)으로 상기 진동판(B)을 형성하고, 희생층(305)을 에칭하여 진동판(B)과 배전극(C) 사이에 공극 영역(F)을 형성하고, 에칭 후에 진동판(B)의 주위에 잔류하는 희생층(305)으로 스페이서(D)를 형성하는 구조로 되어 있으며, 이하, 이 마이크로 폰의 제조 공정을 도 2(a)∼3(e) 및 도 3(f)∼3(j)에 따라 설명한다.

공정(a): 두께 600㎛의 (100)면방위의 단결정 실리콘 기판(301)의 양면에 열산화 방법으로 두께 0.8㎛의 실리콘 산화막(SiO₂)(302)과 LP-CVD(Low Presure Chemical Vapor Deposition) 방법을 사용하여 두께 2㎛의 다결정 실리콘(303)을 형성하여 SOI 구조의 웨이퍼인 지지 기판(A)을 형성한다.

본 발명에서는 SOI 구조의 웨이퍼는 본 공정(a)에서 나타낸 구조에 한정되지 않으며, 단결정 실리콘(301)에 실리콘 질화막(Si₃N₄)을 형성하고, 이 실리콘 질화막 상에 다결정 실리콘(303)을 형성한 SOI 구조의 웨이퍼를 사용해도 좋다. 다결정 실리콘(303)의 두께는 2㎛로 한정되지 않으며, 0.5㎛∼5㎛의 범위에서 형성하면 된다.

공정(b): 공정(a)에서 형성된 지지 기판(A)의 표면(도면에서는 위쪽)에 P-CVD(Plasma Chemical Vapor Deposition)법을 사용하여 두께 5㎛의 실리콘 산화막(SiO₂)을 희생층(305)으로서 형성한다.

공정(c): 공정(b)에서 형성된 희생층(305)의 표면에 LP-CVD 방법에 의해 다결정 실리콘막(306)을 두께 5㎛∼20㎛의 범위로 형성한다. 이 다결정 실리콘막(306)으로 배전극(C)을 형성하며, 이 다결정 실리콘막(306)은 기판의 양면에 형성된다.

공정(d): 공정(c)에서 형성된 다결정 실리콘막(306)의 표면에 포토레지스트를 도포하고, 포토리소그래피 방법으로 불필요한 부위를 제거하여 레지스트 패턴(307)을 형성한다.

공정(e): 공정(d)에서 형성된 레지스트 패턴(307)을 마스크로 사용하여 RIE(Reactive Ion Etching) 방법으로 에칭함으로써, 상면 측의 다결정 실리콘막(306)으로 배전극(C)의 패턴을 형성한다. 이와 같이 배전극(C)의 패턴을 형성할 때, 복수의 관통공(Ca)이 동시에 형성된다. 이와 같이 에칭함으로써 이면 측(도면에서는 아래 쪽)의 다결정 실리콘막(306) 및 그 아래층의 다결정 실리콘막(303)이 제거된다.

공정(f) 및 공정(g): 이면(도면에서는 아래 쪽)에 실리콘 질화막(309)을 형성하고, 이 실리콘 질화막의 표면에 포토레지스트를 도포하고, 포토리소그래피 방법으로 불필요한 부위를 제거하여 레지스트 패턴을 형성한다. 이 후, 레지스트 패턴을 마스크로 사용하여 RIE 방법으로 에칭하여, 실리콘 질화막(309)과 그 아래층의 실리콘 산화막(302)을 제거함으로써, 하기 공정(i)에서 행해지는 알칼리 에칭액에 의한 에칭을 가능하게 하는 실리콘 에칭용의 개구 패턴(310)을 형성한다.

공정(h) 및 공정(i): 표면 측에 보호막으로서 실리콘 질화막(311)(Si₃N₄)을 형성하고, 이면 측에 에칭액으로 TMAH(테트라메틸암모늄하이드록사이드)의 수용액을 사용하여 이방성 에칭을 행함으로써 실리콘 기판(301)을 제거하여 상기 음향 개구(E)를 형성한다. 이 에칭 시에는 실리콘 산화막(302)(내장 산화막)의 에칭 속도가 실리콘 기판(301)의 에칭 속도보다 충분히 느리므로, 이 실리콘 산화막(302)이 실리콘 에칭의 정지층 역할을 한다.

공정(j): 보호막으로서 형성된 실리콘 질화막(311)(Si₃N₄)과 희생층(305)과 음향 개구측에 노출되는 실리콘 산화막(302)과 실리콘 기판의 이면에 잔존하는 실리콘 질화막(309)과 실리콘 산화막(302)을 HF(플루오르화수소)로 에칭하여 제거함으로써, 다결정 실리콘막(303)으로 진동판(B)을 형성하고, 이 진동판(B)와 배전극(C) 사이에 공극 영역(F)을 형성하며, 잔존하는 희생층(305)으로 스페이서(D)를 형성한다. 다음에, 스텐실 마스크를 사용하여 Au(금)을 원하는 영역에 증착함으로써 인출용 전극(315)을 형성하여 마이크로폰을 완성한다.

배전극(C) 역할을 하는 다결정 실리콘막(306)의 두께를 변화시켜, 상기한 공정에서 제조한 마이크로폰에 있어서, 진동판(B)의 휨 양을 레이저 변위계를 사용하여 측정한 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4에 나타난 바와 같이, 배전극(C)을 두껍게 하면 진동판(B)의 휨 양(진동판의 휨 양)이 작아짐을 알 수 있다. 특히 배전극(C)의 두께(배전극 막의 두께)를 5㎛∼10㎛의 범위로 설정하면 진동판(B)의 휨 양이 3㎛의 범위 이하로 억제되고, 배전극(C)의 두께를 15㎛∼20㎛의 범위로 설정하면 진동판(B)의 휨 양이 1㎛의 범위 이하로 억제되는 것을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 음향 검출 기구는 미세 가공 기술을 사용하여 지지 기판(A) 상에 진동판(B)과 배전극(C)이 형성된 구조를 채용하고 있으므로, 음향 검출 기구 전체를 극히 소형으로 구성할 수 있어서, 휴대 전화기와 같은 소형의 기기에 용이하게 사용될 수 있고, 프린트 기판에 장착하는 경우에도, 고온에서의 리플로우 처리를 견딜 수 있으므로, 장치의 조립을 용이하게 한다.

특히, 본 발명과 같이 지지 기판(A)을 에칭하여 진동판(B)을 형성하면, 진동판(B)의 두께를 얇게 하여 고감도인 마이크로폰을 얻을 수 있다. 지지 기판(A)에 형성되는 복수의 막이나 층을 구성하는 재료의 열팽창율이 다르므로, 마이크로폰 으로 완성했을 경우, 열팽창율의 차이로 인한 응력이 진동판(B)에 대해서 압축 방향으로 작용한다. 본 발명과 같이 진동판(B)과 대응하는 위치에 배치한 배전극(C)에 다결정 실리콘막(306)을 사용하고, 이 배전극(C)의 두께를 두껍게(구체적으로는 5㎛∼20㎛) 형성하면, 진동판(B)의 기계적 강도를 높일 수 있다. 따라서, 내부 응력이 작용하여 진동판(B)이 뒤틀어지게 하는 방향으로 힘이 작용하는 상황에서도 진동판(B)의 뒤틀림을 억제하여, 진동판(B)을 얇게 형성해도, 내부 응력에 의해 진동판(B)이 뒤틀어지는 현상을 회피하여 고감도인 마이크로폰(음향 검출 기구의 일례)을 구성 할 수 있다.

기타 실시예

본 발명은 상기와 같은 실시예 이외에, 예를 들면, 다음과 같이 구성할 수도 있다(기타 실시예에서 상기 실시예와 같은 기능을 가진 것은 공통의 번호 및 부호를 부여했다).

(1) 상기 실시예에서는, 단결정 실리콘 기판(301)에 실리콘 산화막(3O2)을 형성한 후, 이 실리콘 산화막(302) 상에 다결정 실리콘(303)을 형성한 SOI 구조의 웨이퍼를 지지 기판(A)으로 사용하고 있지만, 이 지지 기판(A)으로서 내장 산화막의 외면 측에 활성층을 형성한 SOI 웨이퍼를 사용해도 좋다. 또한 활성층을 가지는 SOI 웨이퍼에서는 활성층으로 진동판(B)을 형성하므로, 단결정 실리콘막으로 진동판(B)을 형성할 수 있다. 특히 단결정 실리콘막으로 진동판(B)을 형성하는 경우에는, 막 두께를 0.5㎛∼5㎛로 설정하면 양호한 감도를 얻을 수 있다.

(2) SOI 웨이퍼를 지지 기판(A)으로 사용하고, 배전극(C)의 막 두께를 변화시켜 실리콘 콘덴서 마이크로폰을 제조함에 있어서, 제조시의 구조체 파손율을 산출한 결과를 도 5와 같이 나타내었다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 이러한 구조를 사용한 경우에는, SOI 웨이퍼를 이용한 경우에, 진동판(B) 자체의 내부 응력이 저감되기 때문에, SOI 구조의 웨이퍼를 이용하는 경우보다, 진동판(B)의 휨 양이 저감된다. 특히, 기계 강도 확보의 관점에서 배전극(C)의 두께는 5㎛ 이상인 것이 바람직하다.

(3) 본 발명의 음향 검출 기구는 진동판(B)의 재료로서, 다결정 실리콘이나 활성층만으로 한정되지 않고, 금속막 등의 도전성이 있는 막, 또는 도전성의 막과 수지막과 같은 절연성의 막을 적층한 구조의 것을 사용하여 진동판(B)를 형성해도 좋다. 특히, 금속막을 사용하는 경우 텅스텐 등의 고융점 재료를 사용하는 것이 좋다.

(4) 본 발명은 전술한 바와 같이 배전극(C)의 두께를 설정하여, 진동판(B)에 작용하는 응력을 경감(제어)하는 것이지만, 이와 같이 배전극(C)의 두께를 두껍게 형성하는 구성과 더불어, 진동판(B)에 불순물을 확산시켜 진동판(B)의 응력을 제어할 수도 있다. 구체적인 처리의 일례를 들면, 이온 주입법에 의해, 붕소를 에너지 30kV, 도스(dose) 량 2E16cm^-2로 진동판(B)을 형성하는 다결정 실리콘막(302) 중에 도입하고, 활성화 열처리로서 질소 분위기에서 1150℃, 8시간 동안 열처리함으로써, 압축 응력을 가지는 진동판(B)을 형성할 수 있다. 따라서, 알칼리 에칭액에 의한 실리콘 에칭의 정지층인 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막의 막 두께의 비와 불순물 확산과 배전극의 두께를 조합함으로써 종합적으로 진동판(B)의 장력을 제어하여, 진동판(B)에 작용하는 응력을 장력으로 밸런스를 맞춤으로써, 진동판(B)에 작용하는 장력을 해제하거나, 필요로 하는 장력을 작용시킨 진동판(B)을 형성할 수 있는 것이다.

(5) 음향 검출 기구를 구성하는 지지 기판(A)에, 진동판(B)과 배전극(C) 사이의 정전 용량 변화를 전기 신호로 변환해서 출력하는 기능을 가진 집적 회로를 형성할 수도 있다. 이와 같이 집적 회로를 형성하면, 인출용 전극(315)과 직접 회로 사이를 본딩 와이어 등으로 연결함으로써, 진동판(B)과 배전극(C)과 직접 회로를 전기적으로 접속할 수 있다. 이러한 구성에서는, 진동판(B)과 배전극(C) 사이의 정전 용량의 변화를 전기 신호로 변환해서 출력하는 전기 회로를 프린트 기판 등의 위에 형성할 필요가 없고, 본 구조의 음향 검출 기구를 사용하는 기기의 소형화 및 구조의 간소화를 실현할 수 있다.

본 발명에 의하면, 두께를 제어하여 진동판을 필요한 두께로 형성하면서, 진동판의 뒤틀림을 억제하는, 고감도의 음향 검출 기구를 구성할 수 있으며, 이 음향 검출 기구는 마이크로폰 이외에, 공기 진동이나 공기의 압력 변화에 감응하는 센서로 사용될 수도 있다.

Claims

한 전극은 어쿠스틱 홀에 해당하는 관통공이 형성된 배전극이며, 다른 한 전극은 진동판인, 기판에 콘덴서를 형성하는 한 쌍의 전극

을 포함하는 음향 검출 기구로서,

상기 기판에 상기 진동판이 설치되며, 상기 진동판과 공극을 사이에 두면서, 상기 진동판과 공극에 대향하는 위치에 상기 기판에 지지된 상태로 상기 배전극이 설치되며, 상기 배전극은 5㎛∼20㎛ 두께의 다결정 실리콘으로 형성되는 것을 특징으로 하는 음향 검출 기구.
제1항에 있어서,

상기 기판은 단결정 실리콘 기판을 베이스로 한 지지 기판으로 이루어지며, 상기 단결정 실리콘 기판은 (100)면방위(面方位)의 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 음향 검출 기구.
제1항에 있어서,

상기 진동판에 불순물 확산 처리가 행해져 있는 것을 특징으로 하는 음향 검출 기구.
제1항에 있어서,

상기 기판은 단결정 실리콘 기판을 베이스로 한 지지 기판으로 이루어지며, 상기 지지 기판은 SOI 웨이퍼로 구성되는 것을 특징으로 하는 음향 검출 기구.
제4항에 있어서,

상기 SOI 웨이퍼의 활성층을 상기 진동판으로 사용하는 것을 특징으로 하는 음향 검출 기구.
제4항에 있어서,

상기 진동판이 0.5㎛∼5㎛ 두께의 단결정 실리콘으로 형성된 것을 특징으로 하는 음향 검출 기구.
제1항에 있어서,

상기 기판은, 단결정 실리콘 기판 상에 형성된 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막, 및 상기 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막 상에 형성된 다결정 실리콘막으로 구성된 SOI 구조의 웨이퍼로 이루어지는 것을 특징으로 하는 음향 검출 기구.
제7항에 있어서,

상기 SOI 구조의 웨이퍼에 형성된 상기 다결정 실리콘막을 진동판으로 사용하는 것을 특징으로 하는 음향 검출 기구.
제7항에 있어서,

상기 진동판이 0.5㎛∼5㎛ 두께의 상기 다결정 실리콘으로 형성된 것을 특징으로 하는 음향 검출 기구.