KR20060093464A - 복수의 캔틸레버를 구비하는 다채널 마이크로 음향 장치 및그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 길이가 각각 다른 캔틸레버를 제작하여 저주파수에서 고주파수까지의 음향에 응답성을 갖도록 하는 복수의 캔틸레버를 구비하는 다채널 마이크로 음향 장치 및 그 제조 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 다채널 마이크로 음향 장치는 하면의 일부에 함몰부가 형성된 실리콘 기판과, 실리콘 기판의 함몰부상에 형성된 막이 복수의 장홈에 의하여 구분되는 띠형상의 복수의 캔틸레버와, 복수의 캔틸레버 단부의 상면에 형성된 하부 전극과, 하부 전극과 절연막으로 전기적으로 차단되도록 형성된 상부 전극과, 상부 전극 및 하부 전극에 전기적으로 각각 연결되도록 형성된 복수의 압전소자로 구성된다. 이에 따라, 본 발명은 서로 다른 공진 주파수를 가져 서로 다른 주파수 대역에서 동작하는 복수의 미세 캔틸레버를 구비하는 마이크로 음향 장치를 제조할 수 있다.

주파수 대역, 음향, 캔틸레버, 다채널, 증착, 전극, 압전소자

Description

복수의 캔틸레버를 구비하는 다채널 마이크로 음향 장치 및 그 제조 방법{MULTI-CHANNEL MICRO SOUND DEVICE HAVING A PLURALITY OF CANTILEVERS AND FABRICATION METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명에 따른 마이크로 음향 장치 제조 방법의 흐름도이다.

도 2는 본 발명에 따라 마이크로 음향 장치 제조용으로 준비된 실리콘 기판을 도시한 단면도이다.

도 3은 실리콘막 함몰부가 형성된 실리콘 기판의 단면도이다.

도 4는 이방성 습식에칭된 실리콘 기판의 단면도이다.

도 5는 이방성 화학에칭된 실리콘 기판의 경사면홈을 통하여 노출된 실리콘 산화막을 가공하는 공정의 단면도이다.

도 6은 본 발명에 따라 하부전극을 제작하는 공정을 도시한 단면도이다.

도 7은 하부 전극의 상부에 절연막을 증착하는 공정을 나타내는 단면도이다.

도 8은 절연막의 상부에 압전 소자를 증착하는 공정을 나타내는 단면도이다.

도 9는 본 발명에 따라 상부 전극을 증착하는 공정을 도시한 단면도이다.

도 10은 복수의 캔틸레버를 제작하기 위하여 실리콘 질화막을 에칭하는 공정을 나타내는 단면도이다.

도 11은 복수의 캔틸레버를 구비하는 다채널 마이크로 음향 장치의 사시도이 다.

도 12는 복수의 캔틸레버를 구비하는 다채널 마이크로 음향 장치의 저면도이다.

♣도면의 주요부분에 관한 부호의 설명 ♣

1: 실리콘 기판 2: 실리콘 열산화막

4: 실리콘 질화막 5: 상면

6: 하면 7: 실리콘막 식각부

8: 경사면홈 9: 실리콘 산화막 식각부

10: 하면 함몰부 12: 하부 전극

14: 실리콘 증착산화막 16: 압전 소자

18: 상부 전극 20: 장홈

21: 제1 X축장홈 22: 제2 X축장홈

23: 제3 X축장홈 25: 제1 Y축장홈

26: 제2 Y축장홈 32: 제1 칸틸레버

34: 제2 칸틸레버 36: 제3 칸틸레버

38: 제4 칸틸레버

본 발명은 복수의 캔틸레버를 구비하는 다채널 마이크로 음향 장치 및 그 제 조 방법에 관한 것으로서, 특히 길이가 각각 다른 캔틸레버를 제작하여 저주파수에서 고주파수까지의 음향에 응답성을 갖도록 하는 복수의 캔틸레버를 구비하는 다채널 마이크로 음향 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

종래의 마이크로 음향 장치의 예로서 일반적인 보청기를 들 수 있다. 종래의 보청기는 마이크로폰, 증폭기, 스피커로 구성된다. 마이크로폰은 소리를 받아 들여 전기적 신호로 바꾸어 주고, 증폭기는 들어오는 전기적 신호를 증폭시켜 주며, 스피커는 증폭된 전기적 신호를 다시 소리 신호로 변환시킨다.

음향 장치 중의 한 예시로서 스피커에 입력되는 신호는 소리의 정보를 갖고 있는 전기신호이다. 이 전기신호에는 소리의 크기, 진동수 등의 소리에 관련된 모든 정보가 포함되어 있으며, 전자석에 입력된다. 전자석은 이 신호에 따라 N극·S극의 방향과 자석의 세기가 다르게 나타난다. 전자석의 뒤쪽에는 자석의 세기가 일정한 영구자석이 자리잡고 있다. 전자석에서 N극의 방향에 따라 두 자석은 서로 밀기도 하고 당기기도 한다. 그리고 전자석의 자석 세기에 따라 밀고 당기는 힘은 커지기도 하고 작아지기도 한다.

전자석의 한쪽 끝은 스피커의 중앙에 있는 둥그런 모양의 콘이라는 것에 붙어있다. 전자석의 움직임에 따라 이 콘도 함께 움직이게 되고, 결국 콘에 붙어있는 고깔도 움직이게 된다. 북에서와 같이 이러한 움직임은 진동이라고 말할 수 있으며, 주변의 공기를 진동시켜 소리를 발생시키게 된다. 따라서, 음향 신호는 음향 신호 생성 구조물의 진동을 통하여 생성된다.

이와 같이, 마이크로폰은 소리 신호를 전기적 신호로 변환하고, 스피커는 전 기적 신호를 소리 신호로 변환하기 때문에, 마이크로폰과 스피커는 소리 신호를 감지하거나 소리 신호를 발생시키는 장치가 필요하다. 종래의 마이크로폰이나 스피커는 소리 진동을 감지하거나 소리 진동을 발생시키기 위하여, 길이가 긴 하나의 캔틸레버형의 구조물을 개시하고 있다.

종래의 마이크로 음향 장치는 길이가 긴 하나의 캔틸레버로서 음향 진동을 수신하거나 생성하는 구조를 갖기 때문에 다양한 주파수 영역의 음향 신호를 수신하거나 생성하기 어려운 문제점을 갖는다. 이를 극복하기 위하여, 캔틸레버가 아닌 다른 형태의 구조물로 마이크로 음향 장치를 제작하려는 시도가 있으나, 이러한 마이크로 음향 장치는 길이가 긴 막대형의 구조물에 비하여 음향에 대한 수신 또는 생성이 어려운 문제점을 갖는다. 이에 따라, 최근에는 광범위한 주파수 대역에 대하여 음향 신호를 수신 또는 생성할 수 있는 마이크로 음향 장치의 제작의 필요성이 커지고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 각기 서로 다른 공진 주파수를 가져 서로 다른 주파수 대역에서 동작하는 복수의 미세 캔틸레버를 구비하는 마이크로 음향 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은 각 채널별로 외부 전극과 연결되어 증폭이 가능하기 때문에 다채널 보청기로 사용될 수 있는 복수의 캔틸레버를 구비하는 마이크로 음향 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 미세한 음향 신호에도 응답성을 가질 뿐만 아니라, 미세한 음향 신호를 생성할 수 있는 복수의 캔틸레버를 구비하는 마이크로 음향 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 상술한 목적, 장점들 및 신규한 특징들은 첨부한 도면들을 참조하여 설명되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이나, 첨부한 도면들은 본 발명을 명확하게 기술하고자 하는 것으로서 본 발명의 보호범위가 도면에 나타난 구성에 국한되지는 않는다.

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징으로서, 본 발명에 따른 복수의 캔틸레버를 구비하는 다채널 마이크로 음향 장치는 하면의 일부에 함몰부가 형성된 실리콘 기판과, 실리콘 기판의 함몰부상에 형성된 막이 복수의 장홈에 의하여 구분되는 띠형상의 복수의 캔틸레버와, 복수의 캔틸레버 단부의 상면에 형성된 하부 전극과, 하부 전극과 절연막으로 전기적으로 차단되도록 형성된 상부 전극과, 상부 전극 및 하부 전극에 전기적으로 각각 연결되도록 형성된 복수의 압전소자로 구성된다.

본 발명의 다른 특징으로서, 본 발명에 따른 복수의 캔틸레버를 구비하는 다채널 마이크로 음향 장치의 제조 방법은 실리콘 기판을 열산화하여 상면과 하면에 실리콘 산화막을 형성시키는 단계와, 실리콘 산화막상에 실리콘 질화막을 저압화학 기상증착하는 단계와, 실리콘 기판의 하면에 형성된 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 식각하여 실리콘막 함몰부를 형성시키는 단계와, 실리콘막 함몰부를 통하여 노출된 실리콘 기판의 부분을 이방성 습식에칭하는 단계와, 실리콘 기판의 상면에 형성된 실리콘 질화막에 하부 전극을 증착하는 단계와, 하부 전극의 상부에 절연막을 증착하는 단계와, 절연막의 상부에 압전 소자를 증착하는 단계와, 압전 소자의 상부에 상부 전극을 증착하는 단계와, 실리콘 기판의 상부에 형성된 실리콘 질화막과 절연막에 반응성 이온식각을 통하여 복수의 장홈을 형성시키는 단계로 구성된다.

이하에서는, 본 발명에 따른 복수의 캔틸레버를 구비하는 다채널 마이크로 음향 장치 및 그 제조 방법의 실시예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 마이크로 음향 장치 제조 방법의 흐름도이고, 도 2는 본 발명에 따라 마이크로 음향 장치 제조용으로 준비된 실리콘 기판을 도시한 단면도이다. 도 2에서 도시한 실리콘 기판(1)의 상면(5)과 하면(6)은 이하의 도면에서 도시하지 않더라도, 단면도 상에서 상부방향의 면은 실리콘 기판(1)의 상면(5)을 하부방향의 면은 실리콘 기판(1)의 하면(6)을 정의한다. 본 발명에 따라 마이크로 음향 장치를 제조하기 위하여, 먼저 실리콘 기판(1)을 열산화하여 상면(5)과 하면(6)에 실리콘 산화막(2)을 형성시킨다(S10).

실리콘 기판(1)은 500㎛ 내외의 두께를 갖고 결정방향이 실리콘 결정방향의 정의에서 실리콘 기판에 수직인 방향인 <100>이며, 저항이 5∼10Ω㎝인 실리콘으로 구성된다. 실리콘 기판(1)의 표면 손상 정도에 따라서 기판(1) 표면의 산화율이 영향을 받을 수 있기 때문에, 바람직하게 실리콘 기판(1)은 산화이전에 RCA 세척이 된다.

RCA 세척 단계에서 실리콘 기판(1)은 60∼100℃ 정도로 열이 가해지는 NH₄OH+H₂O₂+H₂O, HCl+H₂O₂+H₂O, 및 희석화된 HF 용액 등을 통과하면서 세척된다. 실리콘 기판(1)은 이러한 용액들에 세척되는 공정 사이사이에 순수한 물에 세척될 수 있다. 이는 실리콘 기판(1)이 NH₄OH+H₂O₂+H₂O, HCl+H₂O₂+H₂O 용액들을 통과하면서 재오염(Recontamination)될 수 있기 때문이다. 이와 같은 RCA 세척 단계에서 실리콘 기판(1)상에 형성된 금속잔류물, 유기물 등이 제거된다.

연속적으로, 실리콘 기판(1)은 900℃∼1250℃의 온도 범위내에서 산소를 포함하는 기체에 노출되어 실리콘 표면이 산화되도록 하는 건식 산화 또는 동일한 온도 범위내에서 수분에 노출시켜 실리콘 표면이 산화되도록 하는 습식 산화의 방식으로 산화된다. 실리콘 산화막(2)은 열산화 시간에 따라서 그 두께가 조절되며 본 발명에 따라 2000Å 내외의 두께를 갖도록 실리콘 기판(1)상에서 성장된다.

실리콘 기판(1)이 열산화되어 실리콘 산화막(2)이 형성된 후, 실리콘 산화막(2)상에는 내부응력이 낮은 실리콘 질화막(4)이 저압화학 기상증착(LPCVD; Low Pressure Chemical Vapor Deposition)된다(S20). 실리콘 질화막(4)을 증착시키기 위한 증착용기에는 SiH₂Cl₂ 및 NH₃가 보유되고, 내부가 수십 mTorr∼수십 Torr 사이의 압력으로 유지된다. 또한, 증착용기 내부의 온도는 800℃∼1000℃ 내외로 유지된다.

이러한 온도, 압력 조건에서 실리콘 질화막(4)의 증착율은 20∼100Å/min으 로 유지된다. 따라서, 실리콘 기판(1)에 실리콘 질화막(4)을 증착시키는 시간을 조절함에 의하여 실리콘 질화막(4)이 형성되는 두께를 조절할 수 있다. 본 발명에 따라, 실리콘 질화막(4)은 1.5㎛ 내외의 두께로 증착된다. 실리콘 질화막(4)은 본 발명에 따라 가공되어 멀티캔틸레버의 부분으로 제작되기 때문에, 실리콘 질화막(4)의 두께는 본 발명에 따라 제조하고자 하는 다채널 마이크로 음향 장치의 멀티캔틸레버의 두께에 비례한다. 따라서, 멀티캔틸레버가 음향응답성이 높은 두께를 갖도록 실리콘 질화막(4)의 두께를 조절할 필요가 있다.

저압화학 기상증착의 방식으로 증착된 실리콘 질화막(4)은 매우 낮은 증착율로 표면에 차례로 증착되기 때문에 높은 증착율에 의하여 증착된 경우와 대비하여 상대적으로 낮은 내부 응력값을 갖는다. 구체적으로, 실리콘 질화막(4)의 압축응력과 인장응력은 50MPa∼300MPa의 범위내에서 형성된다. 이는 실리콘 질화막(4)의 증착율이 수천 Å/min일 경우 압축응력과 인장응력이 1000MPa 이상의 값을 갖는 경우에 비하여 상대적으로 낮은 내부응력값을 갖는다.

도 3은 실리콘막 함몰부가 형성된 실리콘 기판의 단면도이다. 도 3을 참조하면, 실리콘 기판(1)의 하면(6)에 형성된 실리콘 산화막(2)과 실리콘 질화막(4)을 식각하여 실리콘막 함몰부(7)를 형성시킨다(S30). 실리콘막 함몰부(7)는 그에 대응되는 패턴이 형성된 마스크를 실리콘 기판(1)의 하면(6)에 정렬하여 자외선을 노광한 후, 노광된 실리콘 산화막(2)과 실리콘 질화막(4)을 현상 및 건식식각함에 의하여 형성된다.

다음으로, 실리콘 기판(1)은 에천트가 보유된 습식에칭 용기에 함침되어 이 방성 습식에칭된다(S40). 도 4는 이방성 습식에칭된 실리콘 기판의 단면도이다. 실리콘 기판(1)을 습식에칭하기 위한 에천트는 20% 내외의 질량비의 TMAH(TetraMethyl Ammonium Hydroxide)가 함유된 애칭액으로 구성된다. 이 경우, 실리콘 기판(1)의 실리콘 재질은 실리콘의 방향성이 <100>방향인 기판이 사용되고, TMAH 에칭액이 애천트로서 사용됨에 의하여 수평면에 대하여 54.74°의 일정한 각도를 갖도록 화학에칭된다. 이방성 습식에칭된 실리콘 기판(1)은 실리콘막 함몰부(7)를 통하여 노출된 부분이 식각되어 사다리꼴 기둥형의 경사면홈(8)으로 가공된다.

도 5는 이방성 화학에칭된 실리콘 기판의 경사면홈을 통하여 노출된 실리콘 산화막을 가공하는 공정의 단면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(1)의 경사면홈(8)을 통하여 노출된 실리콘 산화막의 부분이 식각된다(S50). 그에 따라, 실리콘 기판(1)의 상면에 형성된 실리콘 산화막(2)에는 실리콘 산화막 식각부(9)가 형성된다.

실리콘 산화막 식각부(9)의 가공을 위하여, 도 4에 도시된 공정을 통하여 이방성 습식에칭된 실리콘 기판은 세척이 된 후, BHF(Buffered HydroFluoric acid) 용액에 보유된다. BHF 용액은 실리콘 산화막과의 반응을 일으켜 실리콘 산화막을 선택적으로 식각하여 실리콘 산화막 식각부(9)를 형성시킨다. 그에 따라, 실리콘 기판(1)은 상면에 실리콘 질화막(4)이 형성되어 있고, 하면의 일부로부터 실리콘막 식각부(7), 경사면홈(8), 실리콘 산화막 식각부(9)로 가공된 하면 함몰부(10)가 형성된다.

도 6은 본 발명에 따라 하부전극을 제작하는 공정을 도시한 단면도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(1)의 상면(5)에 형성된 실리콘 질화막(4)에는 하부 전극(12)이 증착된다(S60). 하부 전극(12)은 실리콘 기판(1)의 경사면홈(8)이 형성된 실리콘 질화막(5)의 상면에 일부가 증착되는 제1 하부 전극(12a)과 제1 하부 전극(12a)과 소정의 간격으로 이격되어 증착되는 제2 하부 전극(12b)으로 제작된다. 도 6의 단면도에는 제1 하부 전극(12a)과 제2 하부 전극(12b)이 양측으로 하나씩만 증착되도록 도시되었으나, 본 발명에 따라 도 6의 지면방향을 향하여 복수의 제1 하부 전극(12a)과 제2 하부 전극(12b)이 증착된다.

하부 전극(12)은 전기전도성이 다른 물질에 비하여 상대적으로 높은 알루미늄 등의 재료가 증착되어 제조된다. 도면에는 도시되지 않았지만, 제1 하부 전극(12a)과 제2 하부 전극(12b)은 전기적으로 연결되도록 패턴되어 증착된다.

도 7은 하부 전극의 상부에 절연막을 증착하는 공정을 나타내는 단면도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 하부 전극(12)의 상부에 절연막(14)이 증착된다(S70). 본 발명의 제1 실시예로서, 절연막(14)은 실리콘 산화막으로 구성된다. 실리콘 산화막은 제1 하부 전극(12a)의 경우 완전히 커버하도록 증착되나, 제2 하부 전극(12b)의 경우 그 일부만 커버하도록 증착된다. 이는 실리콘 산화막이 제1 하부 전극(12a)을 보호하면서, 외부의 전원과 하부 전극(12)이 전기적으로 연결될 수 있도록 제2 하부 전극(12b)을 외부로 노출하여야 하기 때문이다.

절연막(14)으로서 실리콘 산화막은 300∼500℃ 내외의 용기에서 2.45GHz내외의 주파수를 갖는 마이크로파에 의한 가공인 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정을 통하여 증착된다. PECVD 공정은 실리콘 산화막이 증착될 수 있도록 활성화 에너지를 마이크로파에 의하여 공급하는 공정으로서, 일반 화학기상증착에 비하여 실리콘 산화막의 증착을 원할하게 수행되도록 한다. 실리콘 산화막은 PECVD 공정에 의하여 2000Å 내외의 두께를 갖도록 증착된다.

도 8은 절연막의 상부에 압전 소자를 증착하는 공정을 나타내는 단면도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 하부 전극(12a)의 상부에 형성된 절연막(14)에 압전 소자(16)가 증착된다(S80). 압전 소자(16)는 제1 하부 전극(12a)의 상부에 형성된 절연막(14)상에 선택적으로 스퍼터링에 의하여 증착된다.

이를 위하여, Ar 재료를 함유하고 고자기장이 걸린 용기내에 실리콘 기판(1)을 보유하여 고에너지의 Ar 이온이 타겟인 압전 소자(16)의 재료를 때려서 타겟의 표면에서 물질이 떨여져 나오도록 한다. 본 발명에 따라, 압전 소자(16)로서 증착되는 물질은 산화아연(ZnO)이다. 산화아연은 Ar 이온에 의하여 입자로서 분해되어 실리콘 산화막(14)상에 증착된다. 스퍼터링의 시간을 조절함에 의하여 압전 소자(16)인 산화아연막의 두께가 조절되는데, 본 발명에 따라 산화아연막은 5000Å 내외의 두께를 갖도록 증착된다.

도 9는 본 발명에 따라 상부 전극을 증착하는 공정을 도시한 단면도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 산화아연막으로 구성된 압전 소자(16)의 상부에는 상부 전극(18)이 증착된다(S90). 상부 전극(18)은 하부 전극(12)과 마찬가지로 전기전도성이 다른 재료에 비하여 상대적으로 높은 알루미늄 등의 금속재료로 구성된다.

도 10은 복수의 캔틸레버를 제작하기 위하여 실리콘 질화막을 에칭하는 공정 을 나타내는 단면도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 경사면홈(8)의 상부에 형성된 실리콘 질화막(4)과 실리콘 산화막(14)은 반응성 이온식각(RIE; Reactive Ion Etching) 공정에 의하여 장홈(20)이 가공된다(S100). 실리콘 질화막(4)과 절연막(14)은 반응성 가스를 이용한 이온의 가속에 의한 RIE 공정에 의하여 가로와 세로 방향으로 장홈의 형상을 갖도록 가공된다.

도 11은 복수의 캔틸레버를 구비하는 다채널 마이크로 음향 장치의 사시도이고, 도 12는 복수의 캔틸레버를 구비하는 다채널 마이크로 음향 장치의 저면도이다. 도 11 및 도 12를 참조하면, 하부 전극(12)이 실리콘 질화막(4)의 상면의 X축 양단부 근처에 증착된다. 도 11에서 나타난 하부 전극(12)은 제2 하부 전극(12b)으로서 제1 하부 전극(12a; 도 11에 미도시)과 전기적으로 연결되어 있다. 하부 전극(12)은 도 11의 Y축 방향으로 배열형으로 배치된다. 도 11에서는 2쌍의 하부 전극(12)이 Y축 방향으로 배치되는 마이크로 음향 장치를 도시하였으나, 2쌍 이상의 복수의 배열로 배치될 수 있다.

하부 전극(12)중 제1 하부 전극(12a)상에는 실리콘 산화막으로 제조된 절연막(14)이 형성된다. 절연막(14)은 X축 방향으로 긴 띠형상으로 형성된다. 절연막(14)의 X축방향 양단부의 상면에는 산화아연막으로 구성된 압전 소자(16)가 형성되어 있다. 압전 소자(16)의 상면에는 상부 전극(18)이 형성된다.

상부 전극(18)은 압전 소자(16)의 상면에 압전 소자(16)의 형상에 대응되도록 배치되는 제1 상부 전극(18a) 및 제1 상부 전극(18a)과 전기적으로 연결되고 압전 소자(16)와는 이격되어 증착되는 제2 상부 전극(18b)으로 구성된다. 제2 상부 전극(18b)은 캔틸레버의 유동으로부터 생성되는 전류를 외부로 전달할 수 있도록 외부 전극과 연결된다.

실리콘 질화막(4)과 그 위에 형성된 절연막(14)에는 복수의 X축장홈들(21, 22, 23)과 복수의 Y축장홈들(25, 26)이 형성된다. 복수의 X축장홈들(21, 22, 23)은 제1 X축장홈(21)과 제2 X축장홈(22) 사이의 간격이 제2 X축장홈(22)과 제3 X축장홈(23) 사이의 간격과 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.

복수의 Y축장홈들(25, 26)은 X축에 대한 위치가 다르게, 즉 서로 엇갈리게 형성된다. 그에 따라, 복수의 캔틸레버들(32, 34, 36, 38)은 각각 길이가 서로 다르게 형성된다. 복수의 캔틸레버들(32, 34, 36, 38)은 길이가 서로 다르게 형성되어 서로 다른 주파수의 음향에 진동을 발생하도록 설계된다. 복수의 캔틸레버들(32, 34, 36, 38)중에서 가장 길이가 짧은 캔틸레버(36)는 상대적으로 고주파수의 음향에 진동을 일으키는 반면, 가장 길이가 긴 캔틸레버(38)는 상대적으로 저주파수의 음향에 진동을 일으킨다.

이러한 구성의 음향장치에 외부로부터의 음향진동이 가해져 올 경우 복수의 캔틸레버(32, 34, 36, 38)중 음향의 주파수 대역이 일치하는 캔틸레버가 진동하게 된다. 캔틸레버의 진동은 압전 소자(16)의 변형을 야기하여 압력이 가해진 압전 소자(16)로부터 전기가 발생하여 상부 전극(18)을 통하여 외부 전극에 전류로서 전달된다. 이러한 전기적 신호를 증폭하면 본 발명에 따른 마이크로 음향 장치는 마이크로폰 또는 마이크로 스피커 등의 다양한 미세 음향 증폭장치에 사용될 수 있다.

도 11은 캔틸레버들(32, 34, 36, 38)이 4개인 마이크로 음향장치를 도시하였 으나, X축장홈들과 Y축장홈들의 배치를 더 늘려 6개, 8개 등의 4개이상의 캔틸레버가 형성되도록 할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따라 일반적인 연마(Polished) 실리콘 기판에 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 증착하는 구성 대신에 2장이상의 실리콘 기판을 절연시킨 실리콘 기판인 SOI 웨이퍼에 실리콘 산화막만을 증착시키는 구성을 갖도록 할 수 있다. 이는 본 발명의 실시예에 따라 저응력의 실리콘 질화막을 증착함에 의하여 내부응력이 낮은 캔틸레버를 제작하는 효과를 표면이 일반 실리콘 기판에 비하여 상대적으로 균일한 면을 갖는 SOI 웨이퍼에 실리콘 산화막을 증착시키는 것에 의하여 달성할 수 있기 때문이다. 그에 따라, SOI 웨이퍼를 사용하는 경우에는 복수의 캔틸래버가 실리콘 질화막 대신에, SOI 웨이퍼의 상부웨이퍼와 그 상부웨이퍼상에 증착된 실리콘 산화막으로 구성된다.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 각기 서로 다른 공진 주파수를 가져 서로 다른 주파수 대역에서 동작하는 복수의 미세 캔틸레버를 제작할 수 있다. 그리고, 본 발명은 각 채널별로 외부 전극과 연결되어 증폭이 가능하기 때문에 다채널 보청기로 사용될 수 있다. 뿐만 아니라, 다채널 캔틸레버가 각각 압전소자와 연결되어 음향진동을 전기적 신호로 또는 전기적 신호를 음향진동으로 변환이 가능하기 때문에, 마이크로폰, 마이크로 스피커 등으로 다양하게 활용될 수 있는 현저한 효과를 갖는다.

Claims (12)

1. 하면의 일부에 함몰부가 형성된 실리콘 기판과;

   상기 실리콘 기판의 함몰부상에 형성된 막이 복수의 장홈에 의하여 구분되는 띠형상의 복수의 캔틸레버와;

   상기 복수의 캔틸레버 단부의 상면에 형성된 하부 전극과;

   상기 하부 전극과 절연막으로 전기적으로 차단되도록 형성된 상부 전극과;

   상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 전기적으로 각각 연결되도록 형성된 복수의 압전소자로 구성되는 복수의 캔틸레버를 구비하는 다채널 마이크로 음향 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 하면의 일부에 함몰부가 형성된 실리콘 기판은,

   상기 함몰부가 일정한 경사각을 갖는 사다리꼴 기둥형으로 형성된 복수의 캔틸레버를 구비하는 다채널 마이크로 음향 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 띠형상의 복수의 캔틸레버는,

   상기 실리콘 기판평면의 X축과 Y축에 대하여 형성된 복수개의 장홈으로 구분되는 복수의 캔틸레버를 구비하는 다채널 마이크로 음향 장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 띠형상의 복수의 캔틸레더는,

   상기 실리콘 기판평면의 Y축에 대하여 형성된 복수개의 장홈이 서로 엇갈리게 배치되어 길이가 각기 다르게 형성되는 복수의 캔틸레버를 구비하는 다채널 마이크로 음향 장치.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 하부 전극과 절연막으로 전기적으로 차단되도록 형성된 상부 전극은,

   상기 하부 전극에 증착된 실리콘 산화막으로 구성된 절연막 상에 형성되어 상기 하부 전극과 전기적으로 차단되는 복수의 캔틸레버를 구비하는 다채널 마이크로 음향 장치.
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 복수의 압전소자는,

   산화아연막으로 구성되는 복수의 캔틸레버를 구비하는 다채널 마이크로 음향 장치.
7. 실리콘 기판을 열산화하여 상면과 하면에 실리콘 산화막을 형성시키는 단계와;

   상기 실리콘 산화막상에 실리콘 질화막을 저압화학 기상증착하는 단계와;

   상기 실리콘 기판의 하면에 형성된 상기 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 식각하여 실리콘막 함몰부를 형성시키는 단계와;

   상기 실리콘막 함몰부를 통하여 노출된 상기 실리콘 기판의 부분을 이방성 습식에칭하는 단계와;

   상기 실리콘 기판의 상면에 형성된 실리콘 질화막에 하부 전극을 증착하는 단계와;

   상기 하부 전극의 상부에 절연막을 증착하는 단계와;

   상기 절연막의 상부에 압전 소자를 증착하는 단계와;

   상기 압전 소자의 상부에 상부 전극을 증착하는 단계와;

   상기 실리콘 기판의 상부에 형성된 상기 실리콘 질화막과 상기 절연막에 반응성 이온식각을 통하여 복수의 장홈을 형성시키는 단계로 구성되는 복수의 캔틸레버를 구비하는 다채널 마이크로 음향 장치의 제조 방법.
8. 제 7항에 있어서, 상기 실리콘 산화막상에 실리콘 질화막을 저압화학 기상증착하는 단계는,

   상기 실리콘 질화막을 저압화학 기상증착하는 시간을 조절하는 단계를 더 포함하는 복수의 캔틸레버를 구비하는 다채널 마이크로 음향 장치의 제조 방법.
9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 실리콘막 함몰부를 통하여 노출된 상기 실리콘 기판의 부분을 이방성 습식에칭하는 단계는,

   상기 실리콘 기판을 사다리꼴 기둥형의 구멍을 갖도록 가공하는 복수의 캔틸레버를 구비하는 다채널 마이크로 음향 장치의 제조 방법.
10. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 절연막의 상부에 압전 소자를 증착하는 단계는,

    산화아연으로 구성된 물질을 고에너지의 아르곤 이온이 충돌하여 상기 절연막의 상부에 증착하는 복수의 캔틸레버를 구비하는 다채널 마이크로 음향 장치의 제조 방법.
11. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 실리콘 기판의 상부에 형성된 상기 실리콘 질화막과 상기 절연막에 반응성 이온식각을 통하여 복수의 장홈을 형성시키는 단계는,

    X축 방향과 Y축 방향으로 각각 복수의 장홈을 형성시키고, Y축 방향으로 형성된 장홈이 엇갈리게 배치되도록 반응성 이온식각하는 복수의 캔틸레버를 구비하는 다채널 마이크로 음향 장치의 제조 방법.
12. 제 11항에 있어서, 상기 실리콘 기판의 상부에 형성된 상기 실리콘 질화막과 상기 절연막에 반응성 이온식각을 통하여 복수의 장홈을 형성시키는 단계는,

    X축 방향으로 형성된 복수의 장홈이 배열형태로 일정한 간격을 갖고 배치되도록 반응성 이온 식각하는 복수의 캔틸레버를 구비하는 다채널 마이크로 음향 장치의 제조 방법.

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