KR20050088208A

KR20050088208A - 음향 검출 기구 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20050088208A
Application number: KR1020057011780A
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: WO2004107810A1; JP2004356708A; TW200501790A; EP1631116A1; US20060050905A1; EP1631116A4; KR100716637B1; CN1795700A

Abstract

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 형성된 진동판(B) 역할을 하는 멤브레인을 기준으로 기판(A)의 베이스 측에 실리콘 질화막(303)을 가진다.

Description

음향 검출 기구 및 그 제조 방법 {SOUND DETECTING MECHANISM AND PROCESS FOR MANUFACTURING THE SAME}

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 기구 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

휴대 전화기에는 종래부터 콘덴서 마이크로폰(condenser microphone)이 많이 사용되었으며, 이러한 콘덴서 마이크로폰의 대표적인 구조로서 도 5에 제시하는 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 5에서는, 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 통하여 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 실리콘 질화막의 두께와 진동판의 휨 양의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 5는 종래의 콘덴서 마이크로폰의 단면도이다.

부호의 설명

301: 단결정 실리콘 기판

302: 실리콘 산화막

303: 실리콘 질화막

304: 멤브레인(다결정 실리콘막)

305: 희생층

306: 다결정 실리콘막

A: 지지 기판

B: 진동판

C: 배전극

Ca: 관통공

발명이 해결하고자 하는 과제

도 5에 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 선택함으로써 진동판의 두께 조절이 가능하다.

그러나, 이와 같은 방법을 사용해도, 내장 산화막 등으로부터의 내부 응력으로 인하여 진동판이 뒤틀어지므로, 진동판을 얇게 형성한 경우에는 진동 특성을 악화시킨다. 이러한 내부 응력에 의한 뒤틀림을 저하시키기 위해서는 진동판의 두께를 필요 이상으로 두껍게 형성해야 한다. 따라서, 진동판의 두께를 얇게 하지 못하고, 프로세스를 증대시키는 것만으로도(프로세스 부하를 높이는 것만으로도) 개선의 여지가 있다.

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

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명에 따른 음향 검출 기구의 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 형성되는 상기 진동판인 멤브레인을 기준으로, 상기 기판의 베이스 측에 실리콘 질화막을 구비한 것이다.

작용 및 효과

상기의 특징적인 구성에 의하면, 실리콘 질화막의 외면 측에 진동판으로서 멤브레인을 형성한 구조로 되어 있는데, 기판을 에칭하여 제거하고, 멤브레인을 노출시켜 진동판을 형성한 상태에서, 이 멤브레인에 기판으로부터의 응력이 작용해도, 실리콘 질화막이 응력을 완화함으로써 진동판이 불필요한 응력을 받거나, 진동판의 뒤틀림 현상을 억제하여, 음압 신호에 대해서 진동판이 충분히 진동할 수 있다. 또, 상기 특징에 의하면, 일렉트릿층을 형성하지 않는 구조이므로, 프린트 기판에 장착하는 경우에 리플로우 처리 시에 내열성을 갖는다. 그리고, 진동판을 형성하는 멤브레인과 지지 기판 사이에 실리콘 질화막을 형성하는 극히 간단한 구조적인 개량으로 고감도의 음향 검출 기구를 구성할 수 있다. 특히, 이러한 구성에 의하면, 미세 가공 방법을 사용하여 지지 기판에 소형의 음향 검출 기구를 형성할 수 있으므로, 예를 들면 휴대 전화기와 같이 소형의 기기에 용이하게 사용할 수 있으며, 프린트 기판에 장착하는 경우에도 리플로우 처리가 가능하다.

본 발명의 음향 검출 기구의 제2의 특징적인 구성은, 상기 기판이 단결정 실리콘 기판을 베이스로 한 지지 기판으로 이루어지며, 이 지지 기판으로서 활성층과 내장 산화막층 사이에 상기 실리콘 질화막이 개재된 구조의 SOI 웨이퍼를 사용하고, 상기 활성층으로 상기 진동판을 형성한 것이다.

작용 및 효과

상기의 특징적인 구성에 의하면, 단결정 실리콘 기판을 베이스로 한 SOI 웨이퍼에 에칭 등의 필요한 처리를 행함으로써, 예를 들면, 활성층을 진동판으로 사용한 음향 검출 기구를 형성할 수 있어, 이 진동판에 응력이 작용해도 실리콘 질화막이 응력을 완화시킨다. 그 결과, 사전에 필요한 막이 형성되어 있는 SOI 웨이퍼를 사용하여 용이하게 음향 검출 기구를 구성할 수 있다.

본 발명의 음향 검출 기구의 제3의 특징적인 구성은, 상기 기판이 단결정 실리콘 기판을 베이스로 한 지지 기판으로 이루어지며, 이 지지 기판으로서 내장 산화막층과 상기 베이스 사이에 상기 실리콘 질화막이 개재된 구조의 SOI 웨이퍼를 사용한 것이다.

작용 및 효과

상기의 특징적인 구성에 의하면, 단결정 실리콘 기판을 베이스로 한 SOI 웨이퍼에 에칭 등의 필요한 처리를 행함으로써, 예를 들면, 내장 산화막의 외면 측에 형성된 멤브레인을 진동판으로 사용한 음향 검출 기구를 형성할 수 있어, 이 진동판에 응력이 작용해도 실리콘 질화막이 응력을 완화시킨다. 그 결과, 사전에 필요한 막이 형성되어 있는 SOI 웨이퍼를 사용하여 용이하게 음향 검출 기구를 구성할 수 있다.

본 발명의 음향 검출 기구의 제4의 특징적인 구성은, 상기 기판이 단결정 실리콘 기판으로 이루어진 지지 기판이며, 이 지지 기판에 실리콘 산화막을 형성하고, 이 실리콘 산화막 상에 상기 실리콘 질화막을 형성하고, 이 실리콘 질화막 상에 실리콘막을 형성하는 것이다.

작용 및 효과

상기의 특징적인 구성에 의하면, 지지 기판으로서 단결정 실리콘 기판에, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘막(단결정 실리콘, 다결정 실리콘 중 어느 쪽 이라도 좋다)이 순서대로 형성된 기판을 사용하고, 필요한 처리를 행함으로써, 실리콘막을 진동판으로 사용한 음향 검출 기구를 형성할 수 있어, 이 진동판에 응력이 작용해도 실리콘 질화막이 응력을 완화시킨다. 그 결과, 단결정 실리콘 기판에 막을 형성하고, 특정 부위의 막을 제거하여 음향 검출 기구를 구성할 수 있다.

본 발명의 음향 검출 기구의 제5의 특징적인 구성은, 상기 기판이 단결정 실리콘 기판을 베이스로 한 지지 기판으로 이루어지며, 상기 진동판인 멤브레인과 상기 지지 기판 사이에, 실리콘 산화막과 상기 실리콘 질화막으로 구성된 적층막을 형성하고, 상기 실리콘 질화막의 막 두께가 0.1㎛∼0.6㎛이며, 이들 막 두께의 비율인 (실리콘 산화막)/(실리콘 질화막) = R이 0<R≤4로 되도록 한 것이다.

작용 및 효과

상기의 특징적인 구성에 의하면, 실리콘 산화막의 막 두께와 실리콘 질화막의 막 두께의 설정으로, 실리콘 산화막과 실리콘 질화막으로 구성된 적층막의 합성 응력을 제어함으로써, 단결정 실리콘 기판으로부터 진동판에 작용하는 응력을 제어함으로써 진동판에 작용하는 응력을 제어할 수 있다. 이와 같이 진동판에 작용하는 응력의 제어할 수 있음을 증명하기 위한 실험 결과를 도 4에 나타내었다. 즉, 진동판의 두께를 2㎛로 하고, 실리콘 질화막의 두께를 변화시켜 콘덴서 마이크로폰을 제조했을 때의 진동판의 휨 양은, 도 4로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이 실리콘 질화막을 구비하지 않은 경우와 비교해서 작으며, 실리콘 질화막의 두께를 0.1㎛∼0.6㎛로 설정하고, 이들 막 두께의 비율인 (실리콘 산화막)/(실리콘 질화막) = R이 0<R≤4가 되도록 구성함으로써, 진동판의 휨 양을 6㎛ 이하의 작은 값으로 유지할 수 있다. 따라서, 실리콘 산화막의 두께와 실리콘 질화막의 두께를 설정함으로써 진동판의 휨 양을 감소시켜, 사용상 문제 없는 음향 검출 기구를 구성할 수 있다.

본 발명의 음향 검출 기구의 제6의 특징적인 구성은, 상기 단결정 실리콘 기판으로서 (100)면방위(面方位)의 실리콘 기판을 이용하는 것이다.

작용 및 효과

상기의 특징적인 구성에 의하면, (100)면방위의 단결정 실리콘 기판 특유의 면방위의 방향으로 선택적으로 에칭을 진행시킬 수 있으므로, 에칭 패턴에 따른 충실하고 정밀한 에칭을 가능하게 한다. 그 결과, 정밀성을 필요로 하는 형상을 가공할 수 있다.

본 발명의 음향 검출 기구의 제7의 특징적인 구성은 상기 진동판에 불순물 확산 처리가 행해진 것이다.

작용 및 효과

상기의 특징적인 구성에 의하면, 진동판에 불순물 확산 처리를 행함으로써, 진동판이 압축 응력을 받게 하여, 단결정 실리콘 기판으로부터 진동판으로 작용하는 응력이 줄어들도록 하는 것이 가능하다. 그 결과, 진동판에 작용하는 응력을 한층 저감시켜서, 고감도인 음향 검출 기구를 구성할 수 있다.

본 발명에 관한 음향 검출 기구의 제조 방법의 특징적인 구성은, 단결정 실리콘 기판에 콘덴서를 형성하는 한 쌍의 전극을 가지고, 이 한 쌍의 전극 중 한 전극은 어쿠스틱 홀에 해당하는 관통공이 형성된 배전극이며, 다른 전극은 진동판인 음향 검출 기구의 제조 방법으로서, 상기 단결정 실리콘 기판의 표면 측에 실리콘 산화막을 형성하고, 상기 실리콘 산화막 상에 실리콘 질화막을 형성하고, 상기 실리콘 질화막 상에 진동판으로 기능하는 다결정 실리콘막을 형성하고, 상기 다결정 실리콘막 상에 희생층으로 기능하는 실리콘 산화막을 형성하고, 상기 실리콘 산화막 상에 배전극으로 기능하는 다결정 실리콘막을 형성하고, 상기 배전극으로 기능하는 다결정 실리콘막을 포토리소그래피(photolithography) 방법을 사용하여 원하는 형상의 패턴을 형성하고, 상기 단결정 실리콘 기판의 이면(裏面) 측으로부터 진동판 하부에 해당하는 영역을 에칭에 의해 제거하고, 플루오르화 수소산을 사용하여 진동판 하면 측에 존재하는 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 제거하고, 상기 희생층으로 기능하는 실리콘 산화막을 제거하는 것이다.

작용 및 효과

상기의 특징적인 구성에 의하면, 단결정 실리콘 기판의 표면 측에 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 진동판으로 기능하는 다결정 실리콘막, 희생층으로 기능하는 실리콘 산화막, 배전극으로 기능하는 실리콘 산화막을 순서대로 형성하고, 포토리소그래피 방법 등을 사용하여 에칭함으로써 음향 검출 기구를 제조할 수 있다. 그 결과, 실리콘 기판에 반도체를 형성하는 종래부터의 기술만으로, 단결정 실리콘 기판에 소형의 콘덴서를 형성하여 음향 검출 기구를 제조할 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, LP-CVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 법을 사용하여 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), 실리콘 질화막(303), 다결정 실리콘막(304), 희생층(305), 다결정 실리콘막(306)을 적층하여 형성하며, 이 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(304)(진동판(B)을 형성하는 멤브레인의 일례) 부분까지 에칭하여 음향 개구(E)를 형성하고, 이 음향 개구(E)의 부분에 노출되는 다결정 실리콘막(304)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 공정(제조 방법)을 도 2(a)∼(f) 및 도 3(g)∼(k)에 따라 설명한다.

공정(a): (100)면방위의 단결정 실리콘 기판(301)의 양면에 두께 0.8㎛의 실리콘 산화막(302)을 열산화에 의해서 형성한다. 이 실리콘 산화막(302)은, 후술하겠지만, 알칼리 에칭액에 의한 에칭의 정지층 역할을 한다. 또, 이 실리콘 산화막(302)의 두께는 0.8㎛로 한정되지 않는다. 즉, 실리콘 산화막(302)의 두께는 다음의 공정(b)에서 형성되는 실리콘 질화막(303)의 두께와 관련이 있는데, 이들 막 두께의 비율인 (실리콘 산화막)/(실리콘 질화막) = R이 0<R≤4로 되도록 구성되는 것이 매우 적합하다. 또, 이와 같은 조건을 만족시키면서 실리콘 산화막(302)의 두께를 2㎛ 이하로 하는 것이 매우 바람직하다.

공정(b): 공정(a)에서 형성된 실리콘 산화막(302)의 막면(기판의 양면)에 응력 완화층 역할을 하는 두께 0.2㎛의 실리콘 질화막(303)을 LP-CVD 법을 사용하여 형성한다. 이와 같이 형성된 것이 SOI 웨이퍼를 구성하는 지지 기판(A)이 된다. 상기 실리콘 질화막(303)의 두께는 0.2㎛로 한정되지 않으며, 0.1㎛∼0.6㎛의 범위인 것이 좋다.

공정(c): 공정(b)에서 형성된 지지 기판(A)의 실리콘 질화막(303)의 막면(기판의 양면)에 다결정 실리콘막(304)을 LP-CVD 법을 사용하여 형성한다. 이와 같이 형성된 다결정 실리콘막(304)의 일부가 진동판(B) 역할을 하지만, 다결정 실리콘막(304) 대신에 단결정 실리콘막을 형성하고, 이 단결정 실리콘의 일부를 진동판(B)으로 사용하는 것도 가능하다.

공정(d): 공정(c)에서 형성된 다결정 실리콘막(304)의 표면 측(도면에서는 위쪽)의 막면에 희생층 역할을 하는 두께 5㎛의 실리콘 산화막(305)을 P-CVD(Plasma Chemical Vapor Deposition) 법을 사용하여 형성한다.

공정(e): 공정(d)에서 형성된 실리콘 산화막(305)의 막면 및 이면 측(다결정 실리콘막(304)의 막면)에 두께 4㎛의 다결정 실리콘막(306)을 P-CVD 법을 사용하여 형성한다.

공정(f): 공정(e)에서 형성된 다결정 실리콘막(306)의 표면 측에 포토레지스트를 도포하고, 포토리소그래피 방법으로 불필요한 부위를 제거하여 레지스트 패턴(307)을 형성한다.

공정(g): 공정(f)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(패터닝). 이와 같이 배전극(C)의 패턴을 형성할 때, 복수의 관통공(Ca)이 동시에 형성된다. 또한, 에칭 시에 이면 측(도면에서는 아래 쪽)의 다결정 실리콘막(306)과, 다결정 실리콘막(304)이 제거된다.

공정(h): 이면(도면에서는 아래 쪽)에 형성한 실리콘 질화막(303)의 표면에 포토레지스트를 도포하고, 포토리소그래피 방법으로 불필요한 부위를 제거하여 레지스트 패턴을 형성한다. 이 후, 레지스트 패턴을 마스크로 사용하여 RIE 방법으로 에칭하여, 실리콘 질화막(303)과 그 아래층의 실리콘 산화막(302)을 제거함으로써, 하기 공정(j)에서 행해지는 알칼리 에칭액에 의한 에칭을 가능하게 하는 실리콘 에칭용의 개구 패턴(309)을 형성한다.

공정(i): 표면 측(공정(g)에서 배전극(C)이 형성된 측)에 보호막으로서 실리콘 질화막(311)을 형성한다.

공정(j): 이면 측에, TMAH(테트라메틸암모늄하이드록사이드)의 수용액을 에칭액으로 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 단결정 실리콘 기판(301)의 에칭 속도보다 충분히 늦으므로, 이 실리콘 산화막(302)이 실리콘 에칭의 정지층 역할을 한다.

공정(k): 보호막으로서 형성된 실리콘 질화막(311)과 희생층(305)과 음향 개구(E)의 측에 노출되는 실리콘 산화막(302)과 실리콘 질화막(303)을 제거한다. 또한, 단결정 실리콘 기판(301)의 이면에 잔존하는 실리콘 질화막(303)과 실리콘 산화막(302)를 HF(플루오르화 수소)로 에칭하여 제거한다. 이로써, 다결정 실리콘막(304)으로 진동판(B)을 형성하고, 이 진동판(B)와 배전극(C) 사이에 간극 영역(F)을 형성하며, 잔존하는 희생층(305)으로 스페이서(D)를 형성한다. 다음에, 스텐실 마스크를 사용하여 Au(금)을 원하는 위치에 증착함으로써 인출용 전극(314)을 형성하여 마이크로폰을 완성한다.

상기와 같은 공정으로 진동판(B)의 두께를 2㎛로 유지한 상태로, 응력 완화층 역할을 하는 실리콘 질화막(303)의 두께를 0(실리콘 질화막(303) 없음), 0.3㎛, 0.4㎛ 및 0.6㎛로 변화시켜 각각 콘덴서 마이크로폰을 제조하고, 진동판(B)의 휨 양을 레이저 변위계를 사용하여 측정한 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4에 나타난 바와 같이, 실리콘 질화막(303)을 구비함으로써 진동판(B)의 휨 양이 억제되고, 이 실리콘 질화막(303)에 의해 진동판의 휨이 제어되는 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, 진동판(B)을 형성하는 멤브레인의 근처에 실리콘 질화막으로 구성되는 응력 완화층을 형성함으로써, 진동판(B)에 작용하는 응력을 억제하여 진동판(B)의 뒤틀림을 제거해, 음압 신호에 대해서 충실한 진동을 내보내는 음향 검출 기구를 구성할 수 있다. 그리고, 본 발명의 음향 검출 기구에서는, 예를 들면, 마이크로폰을 제조할 때에 1개의 공정을 부가하는 정도의 간단한 개량만으로 응력 완화층을 형성하므로, 제조 프로세스가 복잡하지 않다. 또, 응력 완화층을 형성하여 진동판에 작용하는 응력을 억제할 수 있으므로, 진동판(B)의 막 두께를 얇게 할 수도 있어, 극히 고감도의 음향 검출 기구를 구성할 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) 지지 기판(A)으로서, 활성층과 내장 산화막 사이에 실리콘 질화막을 개재시킨 구조의 SOI 웨이퍼를 사용한다. 이러한 구조의 SOI 웨이퍼를 사용하는 경우에는, 활성층을 진동판으로 사용하는 음향 검출 기구를 형성할 수 있으므로, 이 진동판에 응력이 작용해도 실리콘 질화막이 응력을 완화시킨다.

(2) 상기 지지 기판(A)으로서, 내장 산화막층과 지지 기판의 베이스 사이에 실리콘 질화막을 개재시킨 구조의 SOI 웨이퍼를 사용한다. 이러한 구조의 SOI 웨이퍼를 사용하면, 예를 들면, 내장 산화막의 외면 측에 형성한 멤브레인을 진동판으로 사용할 수 있으므로, 이 진동판에 응력이 작용해도, 실리콘 질화막이 응력을 완화시킨다.

(3) 본 발명의 실시예에서는, 단결정 실리콘 기판(301)에 실리콘 산화막(3O2)을 형성한 후, 이 실리콘 산화막(302) 상에 실리콘 질화막(303)을 형성했지만, 단결정 실리콘 기판(301)에 실리콘 질화막(303)을 형성한 후, 이 실리콘 질화막(303) 상에 실리콘 산화막(302)을 형성해도 좋다. 또, 실리콘 질화막(303)의 막두께를 0.1㎛∼0.6㎛의 범위로 설정하고, 이들 막 두께의 비율인 (실리콘 산화막)/(실리콘 질화막) = R이 0<R≤4인 것이 응력 완화의 관점에서 바람직하다.

(4) 상기의 실시예에서는 진동판(B)의 재료로서 다결정 실리콘막(304)을 사용했지만, 진동판(B)의 재료는, 금속막 등의 도전성이 있는 막 또는 금속막 등의 도전성이 있는 막과 수지막 등의 절연성의 막을 적층한 것이라도 상관 없다. 특히, 금속막으로서 텅스텐과 같이 고융점 재료를 사용하는 것도 가능하다.

(5) 본 발명은 전술한 바와 같이 실리콘 질화막(311)을 형성하여, 진동판(B)에 작용하는 응력을 경감(제어)하는 것이지만, 이와 같이 실리콘 질화막(311)을 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 진동막중에 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 외력을 저감할 수 있는 것이다.

(6) 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 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, 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 형성된 상기 진동판 역할을 하는 멤브레인(membrane)을 기준으로 상기 기판의 베이스 측에 실리콘 질화막을 구비한 것을 특징으로 하는 음향 검출 기구.
제1항에 있어서,

상기 기판은 단결정 실리콘 기판을 베이스로 한 지지 기판으로 이루어지며, 상기 지지 기판으로서 활성층과 내장 산화막층 사이에 상기 실리콘 질화막이 개재된 구조의, 상기 활성층으로 상기 진동판을 형성한, SOI 웨이퍼를 사용하는 것을 특징으로 하는 음향 검출 기구.
제1항에 있어서,

상기 기판은 단결정 실리콘 기판을 베이스로 한 지지 기판으로 이루어지며, 상기 지지 기판으로서 내장 산화막층과 상기 베이스 사이에 상기 실리콘 질화막이 개재된 구조의 SOI 웨이퍼를 사용하는 것을 특징으로 하는 음향 검출 기구.
제1항에 있어서,

상기 기판은 단결정 실리콘 기판으로 이루어진 지지 기판이며, 상기 지지 기판 상에 형성된 실리콘 산화막, 상기 실리콘 산화막 상에 형성된 실리콘 질화막 및 상기 실리콘 질화막 상에 형성된 실리콘막을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 음향 검출 기구.
제1항에 있어서,

상기 기판은 단결정 실리콘 기판을 베이스로 한 지지 기판으로 이루어지며, 상기 진동판 역할을 하는 멤브레인과 상기 지지 기판 사이에, 실리콘 산화막과 상기 실리콘 질화막으로 이루어진 적층막을 형성하고, 상기 실리콘 질화막의 두께는 0.1㎛∼0.6㎛이며, 상기 실리콘 산화막과 상기 실리콘 질화막의 막 두께의 비율인 (실리콘 산화막)/(실리콘 질화막) = R이 0<R≤4인 것을 특징으로 하는 음향 검출 기구.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 단결정 실리콘 기판은 (100)면방위의 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 음향 검출 기구.
제1항에 있어서,

상기 진동판에 불순물 확산 처리가 행해져 있는 것을 특징으로 하는 음향 검출 기구.
한 전극은 어쿠스틱 홀에 해당하는 관통공이 형성된 배전극이며, 다른 한 전극은 진동판인, 단결정 실리콘 기판에 콘덴서를 형성하는 한 쌍의 전극을 포함하는 음향 검출 기구의 제조 방법으로서,

상기 단결정 실리콘 기판의 표면 측에 실리콘 산화막을 형성하고;

상기 실리콘 산화막 상에 실리콘 질화막을 형성하고;

상기 실리콘 질화막 상에 진동판 역할을 하는 다결정 실리콘막을 형성하고;

상기 다결정 실리콘막 상에 희생층 역할을 하는 실리콘 산화막을 형성하고;

상기 실리콘 산화막 상에 배전극 역할을 하는 다결정 실리콘막을 형성하고;

상기 배전극 역할을 하는 다결정 실리콘막을 포토리소그래피 방법을 사용하여 원하는 형상의 패턴을 형성하고;

상기 단결정 실리콘 기판의 이면 측으로부터 진동판 하부에 해당하는 영역을 에칭에 의해 제거하고;

플루오르화 수소산으로 진동판 하면 측에 존재하는 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 제거하고;

상기 희생층 역할을 하는 실리콘 산화막을 제거하는

단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향 검출 기구의 제조 방법.