KR20080090555A - 컨덴서 마이크로폰 - Google Patents

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KR20080090555A
KR20080090555A KR1020087021214A KR20087021214A KR20080090555A KR 20080090555 A KR20080090555 A KR 20080090555A KR 1020087021214 A KR1020087021214 A KR 1020087021214A KR 20087021214 A KR20087021214 A KR 20087021214A KR 20080090555 A KR20080090555 A KR 20080090555A
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유끼또시 스즈끼
도시히사 스즈끼
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야마하 가부시키가이샤
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Abstract

컨덴서 마이크로폰은 지지체; 지지체 상에 브리지되는 고정 전극을 갖는 플레이트; 중심부에서 가동 전극을 가지며 인가되는 음파에 의해 진동하는 다이어프램, 및 스페이서로서, 다이어프램의 중심부를 둘러싸도록 스페이서의 제1 단부는 플레이트에 고정되고, 스페이서의 제2 단부는 다이어프램의 근단부에 고정되는 스페이서를 포함하고, 여기서 플레이트와 다이어프램 간에 공극이 형성된다. 이는 다이어프램의 인장 응력을 감소시켜 다이어프램의 진동폭을 증가시키게 된다. 따라서, 컨덴서 마이크로폰의 감도를 증가시킬 수 있다. 플레이트, 다이어프램 및 스페이서로 이루어진 구조체가 브리지에 의해 지지체 상에서 브리지되어, 다이어프램의 잔류 응력을 그 변형을 통해 흡수한다.
컨덴서 마이크로폰, 다이어프램, 공극, 인장 응력, 스페이서, 잔류 응력, 플레이트, 진동폭, 음파, 고정 전극, 가동 전극

Description

컨덴서 마이크로폰{CONDENSER MICROPHONE}
본 발명은, 반도체 막을 이용하여 제조되고 MEMS(Micro Electro Mechanical System)에 적응되는 다이어프램(diaphragm) 및 플레이트를 갖는 컨덴서 마이크로폰(또는 캐패시터 마이크로폰)에 관한 것이다.
이 출원은 일본 특허원 제2006-48252호(2006년 2월 24일 출원), 일본 특허원 제2006-65402호(2006년 3월 10일 출원), 일본 특허원 제2006-65263호(2006년 3월 10일 출원), 일본 특허원 제2006-97305호(2006년 3월 31일 출원), 및 일본 특허원 제2006-89679호(2006년 3월 29일 출원)에 대한 우선권을 주장하며, 이들 특허원의 내용은 인용에 의해 본원에 포함된다.
통상적으로, 반도체 장치들의 제조 공정에 따라 제조될 수 있는 다양한 종류의 컨덴서 마이크로폰(또는 캐패시터 마이크로폰)이 공지되어 있으며, 이들 컨덴서 마이크로폰은 모두 전극을 갖는 플레이트 및 다이어프램을 이용하여 구성되며, 가해지는 음파에 의해 진동되는 이들 플레이트 및 다이어프램은 서로 약간 거리를 두고 이격된 채 지지체에 의해 지지되어 있다. 컨덴서 마이크로폰은 다이어프램의 변위로 인한 캐패시터의 변동(또는 용량 변동)을 전기 신호로 변환한다. 컨덴서 마이크로폰의 감도를 개선하기 위해서는, 다이어프램의 잔류 응력을 적절하게 제어 할 필요가 있다. 다이어프램의 잔류 응력을 감소시킴으로써, 가해지는 음파에 의해 진동하는 다이어프램의 진폭을 증가시킬 수 있어, 컨덴서 마이크로폰의 감도를 개선시킬 수 있다.
다이어프램이, 예를 들어, LPCVD(저압 화학 기상 피착)를 통해 형성되면, 잔류 응력은 피착 후 어닐링 조건들을 적절하게 설정함에 의해 제어된다. 일반적으로, 다이어프램의 막 형성을 위한 조건들에 기초하여 다이어프램의 잔류 응력을 제어하는 정밀도는 높지 않다. 그래서, 다이어프램에 상대적으로 큰 잔류 응력이 잔존하는 문제가 여전히 존재한다. 2001년 11월 21일자로 일본 전기 엔지니어 연구서에서 발표되고 발명이 명칭이 "Mechanical Properties of Capacitive Silicon Microphone"인 논문 "MSS-01-34"에 교시되어 있는 컨덴서 마이크로폰에서는, 다이어프램에 인장 응력이 잔존할 경우, 다이어프램의 진동폭을 감소시켜 컨덴서 마이크로폰의 감도를 줄인다.
컨덴서 마이크로폰의 감도는, 기생 용량을 감소시킴에 의해 전극들 간의 거리에 대한 다이어프램의 변위 비를 증가시킴으로써 개선될 수 있다.
상기 논문에서는 플레이트, 다이어프램 및 스페이서를 갖는 컨덴서 마이크로폰에 대해 개시되어 있으며, 여기서 플레이트 및 다이어프램 모두 도전률을 갖는 박막으로 구성된다. 고르게 분포되어 있는 다이어프램의 강성률로 인해, 다이어프램에 음파가 전달될 때, 진동으로 인한 다이어프램의 변위는 그 중심부에서 스페이서에 고정된 주변부로 갈수록 작아진다. 이는 컨덴서 마이크로폰의 감도가 줄어들게 되는 원인이 될 수 있다. 컨덴서 마이크로폰의 감도를 증가시키기 위해 플레이 트와 다이어프램 간의 거리에 대한 다이어프램의 최대 변위의 비를 증가시키면, 다이어프램이 정전기 흡수(electrostatic absorption)로 인해 플레이트에 의해 흡착되는(absorbed) 등의 풀-인(pull-in) 현상이 발생할 수 있는 데, 이는 다이어프램이 플레이트에 가깝게 이동될 때 발생한다.
상기에서는, 다이어프램과 플레이트 간의 거리를 증가시킴에 따라 바이어스 전압이 증가됨으로써 컨덴서 마이크로폰의 동적 범위가 증가될 수 있다. 다이어프램과 플레이트 간의 거리는 이들 간에 놓여있는 막의 두께에 달려있다. 다이어프램과 플레이트 간에 놓여있는 막의 두께가 증가하면, 크랙 및 막 격리가 발생할 가능성이 있다. 그래서, 상술한 논문에서는 다이어프램과 플레이트 간의 거리를 두 웨이퍼를 결합하여 증가시키는 해결방안이 개시되어 있다. 그러나, 두 웨이퍼를 결합하는 것은 제조 공정이 복잡해지고 따라서 제조 비용도 상승한다. 또한, 상기 논문에 개시된 컨덴서 마이크로폰은 다이어프램에 잔존하는 높은 인장 응력을 받게된다. 이는 가해지는 음압으로 인해 다이어프램의 진동폭이 줄어들어 컨덴서 마이크로폰의 감도가 떨어진다.
일본 특허 제2530305호에서는 집적된 전기 음향 변환기, 즉 다이어프램을 단결정 에픽택셜층으로 형성한 컨덴서 마이크로폰의 일례에 대해 개시되어 있으며, 이 단결정 에픽택셜층에 의해 다이어프램의 잔류 응력이 감소되어 감도가 증가한다. 그러나, 통상적으로 공지된 반도체 장치를 이용한 컨덴서 마이크로폰의 제조 시에, 다이어프램을 형성하는 실리콘 막은 실리콘 산화물 막 상에 형성된다. 다이어프램의 형성 후, 전극들 간에 백 캐비티(back cavity) 및 공극(air gap)을 형성 하기 위해 실리콘 산화물 막을 부분적으로 제거한다. 즉, 실리콘 산화물 막 상에 실리콘의 애피택셜 성장을 실현하기가 매우 곤란하다. 이는 상술한 컨덴서 마이크로폰을 실제로 제조하는 것을 매우 곤란하게 만든다.
일본 공개 특허 공보 제2004-506394호(국제공개공보 제WO2002/015636호에 대응)에서는 소형(miniature) 광대역 변환기, 즉 복수의 구멍을 갖는 백 플레이트가 다이어프램과 소정의 간격을 두고 병렬로 배치되고 기판에 의해 지지되어 있는 컨덴서 마이크로폰에 대해 개시되어 있다. 컨덴서 마이크로폰의 감도는 다이어프램과 백 플레이트 간의 소정의 간격을 유지함에 의해 개선된다. 그러나, 이 컨덴서 마이크로폰은, 다이어프램(다이어프램의 막 구성은 고온에서 형성됨)의 두께 방향에서 잔류 응력이 변하여 제조 공정 중에 다이어프램을 다른 부품으로부터 격리시킨 후 예기치않게 다이어프램이 변형되거나 뒤틀려지게 되는 문제를 겪는다. 이는 다이어프램과 백 플레이트 간의 간격이 변동하게 되는 원인이 된다. 즉, 다이어프램에서 원치않는 변형 또는 뒤틀림이 발생하고 제조 공정의 오류로 인해 예기치않게 변하게 됨으로써, 컨덴서 마이크로폰의 감도가 제조 공정으로 인해 예기치않게 변하게 된다.
본 발명의 목적은 다이어프램의 인장 응력을 줄임으로써 고 감도를 실현하는 컨덴서 마이크로폰을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 단순 제조 공정을 통해 제조될 수 있으며 동적 범위 및 감도가 개선된 컨덴서 마이크로폰을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 제조 공정 중에 소정의 간격을 유지하여 감도를 안정화시킨 컨덴서 마이크로폰을 제공하는 데 있다.
본 발명의 제1 양상에서, 컨덴서 마이크로폰은 복수의 지지체; 이들 지지체 상에 브리지되는 고정 전극을 갖는 플레이트; 중심부에서 가동 전극(moving electrode)을 가지며 가해지는 음파에 의해 진동되는 다이어프램; 및 플레이트에 제1 단부가 고정되고 다이어프램의 중심부를 둘러싸도록 다이어프램의 근단부에 제2 단부가 고정되어 플레이트와 다이어프램 간에 공극을 형성하는 스페이서를 포함한다. 다이어프램에 인장 응력이 남아있는 것에 의해, 스페이서의 제2 단부는 스페이서의 제1 단부에 비해 다이어프램의 중심부에 가깝게 이동된다. 이는 다이어프램의 인장 응력을 줄인다. 그래서, 음파에 의한 다이어프램의 진동폭을 증가시킬 수 있다. 따라서, 컨덴서 마이크로폰의 감도를 증가시킬 수 있다. 본원에서는, 단일의 스페이서를 배치할 수 있으며, 다이어프램의 중심부를 둘러싸기 위해 링 형상 또는 C-형상으로 형성할 수 있다. 이와는 다르게, 다이어프램의 원주 방향으로 다이어프램의 중심부의 주변을 따라 등간격으로 복수의 스페이서를 배치할 수 있다.
또는, 컨덴서 마이크로폰은 복수의 지지체; 이들 지지체에 의해 지지되는 고정 전극을 갖는 플레이트; 중심부에서 가동 전극을 가지며 가해지는 음파에 의해 진동되는 다이어프램; 및 지지체로부터 내향으로 연장하는 빔(beam)부 및 상호연결부를 포함한 복수의 브리지를 포함하며, 상호연결부의 제1 단부는 빔부에 고정되며, 상호연결부의 제2 단부는 다이어프램의 중심부를 둘러싸도록 다이어프램의 근단부에 고정되며, 다이어프램은 다이어프램과 플레이트 간에 공극이 형성되는 방식으로 지지체 상에서 장력을 받고 브리지되어 있다. 다이어프램에 인장 응력이 남아있는 것으론 인해, 브리지에 포함된 상호연결부의 제2 단부는 상호연결부의 제1 단부에 비해 다이어프램의 중심부에 가깝게 이동된다. 이는 다이어프램의 인장 응력을 줄인다. 이로써, 다이어프램의 진동폭을 증가시킬 수 있다. 따라서, 컨덴서 마이크로폰의 감도를 증가시킬 수 있다.
본 발명의 제2 양상에서, 컨덴서 마이크로폰은 고정 전극을 갖는 플레이트; 가해지는 음파에 의헤 진동하는 가동 전극을 갖는 다이어프램; 플레이트에 제1 단부가 고정되고 다이어프램의 근단부에 제2 단부가 고정되어 플레이트와 다이어프램 간에 공극을 형성하는 스페이서; 플레이트의 주변부 및 다이어프램의 주변부에 위치되는 복수의 지지체; 및 복수의 브리지를 포함하며, 이들 브리지 각각은 플레이트의 소정의 단부 또는 다이어프램의 소정의 단부로부터 지지체를 향해 연장되며 이들 브리지에 의해 플레이트, 다이어프램 및 스페이서로 구성된 구조체는 지지체 상에 브리지되어 그 변형을 통해 다이어프램의 잔류 응력을 흡수한다. 다이어프램의 잔류 응력을 감소시킴에 의해, 다이어프램이 음파에 의한 상대적으로 큰 진폭으로 진동할 수 있다. 이로써, 컨덴서 마이크로폰의 감도를 증가시킬 수 있다.
상기에서, 플레이트 및 다이어프램 모두 동일한 재질을 사용하여 형성되는 바람직하다. 이는 플레이트의 잔류 응력 및 다이어프램의 잔류 응력을 쉽게 제어할 수 있게 하므로, 상술한 구조체의 상대적으로 큰 변형을 실현할 수 있다. 그러므로, 다이어프램의 잔류 응력을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
구체적으로 기술하자면, 컨덴서 마이크로폰은 제1 플레이트; 가해지는 음파에 의해 진동하는 가동 전극을 갖는 다이어프램; 제1 플레이트에 제1 단부가 고정되고 다이어프램의 근단부에 제2 단부가 고정되어 제1 플레이트와 다이어프램 간에 공극을 형성하는 스페이서; 플레이트의 주변부 및 다이어프램의 주변부에서 형성되는 복수의 지지체; 복수의 브리지; 및 다이어프램에 대해 제1 플레이트에 대향 위치되며 지지체에 의해 지지되는 고정 전극을 갖는 제2 플레이트를 포함하며, 상기 복수의 브리지 각각은 플레이트의 소정의 단부 또는 다이어프램의 소정의 단부로부터 지지체를 향해 연장되며 이들 브리지에 의해 제1 플레이트, 다이어프램 및 스페이서로 구성된 구조체는 지지체 상에서 브리지되어 그 변형을 통해 다이어프램의 잔류 응력을 흡수한다. 여기서, 브리지는 다이어프램의 잔류 응력을 흡수하여 다이어프램의 잔류 응력을 감소시킴으로써, 다이어프램의 상대적으로 큰 진동폭을 실현하여 컨덴서 마이크로폰의 감도를 증가시킬 수 있다.
또는, 컨덴서 마이크로폰은 복수의 지지체; 지지체에 의해 지지되는 고정 전극을 갖는 플레이트; 가해지는 음파에 의해 진동하는 가동 전극을 갖는 다이어프램; 및 플레이트에 제1 단부가 고정되고 다이어프램의 근단부에 제2 단부가 고정되어 플레이트와 다이어프램 간에 공극을 형성하는 스페이서를 포함하며, 상기 스페이서는 그 전단 변형(shearing deformation)을 통해 다이어프램의 잔류 응력을 흡수한다.
본 발명의 제3 양상에서, 컨덴서 마이크로폰은 고정 전극 및 복수의 구멍을 갖는 플레이트; 플레이트의 주변부에 위치되어 플레이트를 지지하는 복수의 지지체; 및 가동 전극을 갖는 중심부, 중심부의 외측에 형성되고 중심부의 강성률보다 높은 강성률을 갖는 중간부, 및 중간부로부터 지지체로 길게 연장되어 있으며 중간부의 강성률보다 낮은 강성률을 갖는 근단부를 갖는 다이어프램을 포함하며, 상기 다이어프램은 플레이트와 함께 공극을 형성하도록 지지체 상에서 브리지되어, 다이어프램은 가해지는 음파에 의해 진동하게 된다. 다이어프램의 근단부의 강성률은 중간부의 강성률 및 중심부의 강성률보다 낮으므로, 다이어프램의 근단부가 변형되는 동안 다이어프램은 음파에 의해 진동할 수 있다. 다이어프램의 중간부의 강성률은 근단부의 강성률보다 높으므로, 근단부의 변형에 관계없이 다이어프램의 중심부가 변형되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 다이어프램의 중심부는 근단부의 변형에 의해 변형됨이 없이 최대 변위로 진동할 수 있는 것을 보장할 수 있다. 이는 플레이트와 다이어프램 간에 형성된 가변 캐패시티를 증가시킨다. 이로써, 다이어프램의 감도를 증가시킬 수 있다.
상기에서, 다이어프램의 중간부의 두께는 중심부의 두께 및 근단부의 두께보다 크다. 이는 다이어프램의 중간부의 강성률을 증가시킨다. 또한, 다이어프램의 근단부는 부분적으로 휘어져 중간부로부터 지지체로 확장되어, 근단부의 강성률이 감소된다. "평면(planar)" 다이어프램에 비해, 이 다이어프램의 강성률은 감소된다. 이로써, 근단부는 음파에 의해 상당히 변형되어 중심부는 상대적으로 큰 변위로 진동할 수 있게 된다. 이는 가변 캐패시티를 증가시켜 컨덴서 마이크로폰의 감도를 증가시킨다.
본 발명의 제4 양상에서, 컨덴서 마이크로폰은 복수의 지지체; 지지체에 주변부가 고정되어 있는 고정 전극을 갖는 플레이트; 고정 전극에 대향 위치되어 있는 가동 전극을 갖는 다이어프램; 다이어프램과 플레이트 간에 형성되며 지지체와 이격되어 있고, 다이어프램에 결합하는 스페이서; 및 선단부가 스페이서에 결합되고, 베이스부가 지지체들과 소정의 배치로 고정되어 다이어프램의 중심에 가깝게 위치되는 복수의 브리지를 포함하며, 상기 복수의 브리지는 그 선단부들이 플레이트로부터 떨어져 이동되는 그러한 방식으로 다이어프램의 인장 응력으로 인해 편향된다. 여기서, 다이어프램의 인장 응력은 브리지들이 그 베이스부를 중심으로 회전하는 그러한 방식으로 스페이서에 가해져, 브리지들의 선단부는 플레이트로부터 이동됨으로써 다이어프램의 중심쪽으로 이동되게 되어, 다이어프램의 인장 응력을 해제시킨다. 브리지들의 선단부가 플레이트에서 멀어지도록 편향되면, 플레이트와 다이어프램 간의 간격은 스페이서의 두께보다 크게 되도록 증가된다. 즉, 플레이트와 다이어프램 간의 간격은 플레이트와 다이어프램 간에 놓여있는 층의 두께보다 크게 된다. 이는 컨덴서 마이크로폰의 동적 범위 및 감도를 제조 공정을 복잡하게 만들지 않으면서 증가시킨다.
상기에서, 플레이트 및 브리지들 모두 복수의 컷아웃(cutout)을 갖는 동일한 박막을 이용하여 형성되며, 복수의 컷아웃은 이어서 브리지들의 윤곽(outline)을 형성한다. 또한, 브리지들은 스페이서에 결합되는 제1 막 및 제1 막에 대향하고 스페이서에 결합되는 제2 막을 이용하여 형성되며, 브리지들의 선단부는 다이어프램의 인장 응력, 제1 막의 인장 응력 및 제2 막의 압축 응력을 인해 플레이트에서 멀어지도록 편향된다. 즉, 브리지들 각각은 두-층을 이룬 구조체를 가지며, 이 구조체에 의해 브리지들의 선단부는 인장 응력 및 압축 응력으로 인해 플레이트에서 멀리 편향되기 쉽다. 이로써, 플레이트와 다이어프램 간의 간격을 더 크게 할 수 있다.
본 발명의 제5 양상에서, 컨덴서 마이크로폰은 링-형상 지지체; 링-형상 지지체의 구멍 내측에 배치된 다이어프램; 링-형상 지지체에 의해 지지되고 다이어프램과 평행하게 배치되는 백 플레이트; 링-형상 지지체에 의해 캔틸레버 방식(cantilever manner)으로 지지되는 복수의 브리지; 다이어프램과 백 플레이트 간에 삽입되고 링-형상 지지체에 근접 배치되는 복수의 기둥부; 및 다이어프램과 백 플레이트 간의 간격을 조절하는 스토퍼를 포함하며, 상기 복수의 브리지가 다이어프램의 인장 응력으로 인해 변형되면, 기둥부들은 다이어프램의 인장 응력을 감소시키도록 경사지게 이동된다.
상기에서, 스토퍼는 다이어프램과 백 플레이트 간에 배열된 돌기 형상을 갖는다. 또한, 링-형상 지지체의 구멍은 평면으로 보아 원형을 가져, 브리지들 및 기둥부들은 이들 간에 소정의 간격을 두고 링-형상 지지체의 구멍의 축선을 중심으로 원주 방향으로 배열되고, 스토퍼는 브리지들의 내측으로 방사 방향으로 배열되어 있거나, 또는 복수의 지지체는 원주 방향으로 배열되어 있고 브리지들 사이에 위치되어 있다. 또한, 링-형상 지지체는 구멍의 내측으로 돌출하는 돌출부(projection)를 가지며; 다이어프램은 기둥부들의 외측으로 연장되고, 기둥부들이 다이어프램의 인장 응력으로 인해 경사지게 이동될 때 변형되어 돌출부를 향해 이동되는 외연부(outer periphery)를 가지며, 다이어프램의 외연부는 다이어프램과 백 플레이트 간의 간격을 조절하는 스토퍼로서 기능하도록 돌출부와 접촉하게 된다. 이와는 다르게, 다이어프램의 외연부는 복수의 접촉부를 가지며, 기둥부들이 다이어프램의 인장 응력으로 인해 경사지게 이동되면, 다이어프램의 외연부는 돌출부를 향해 변형되어 접촉부들은 다이어프램과 백 플레이트 간의 간격을 조절하는 스토퍼로서 기능하도록 돌출부와 접촉하게 된다. 또한, 브리지들은 평면으로 보아 기둥부들을 부분적으로 둘러싸는 컷아웃들을 갖는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 컨덴서 마이크로폰의 감지부를 나타내는 횡단면도.
도 2A는 컨덴서 마이크로폰의 플레이트를 나타내는 평면도.
도 2B는 컨덴서 마이크로폰의 검출부를 나타내는 횡단면도.
도 2C는 컨덴서 마이크로폰의 다이어프램을 나타내는 평면도.
도 3A는 제조 완료 후 바로 관찰한, 컨덴서 마이크로폰에 포함된 스페이서 및 그 관련 부품을 나타내는 확대도.
도 3B는 제조 완료 후 소정 시간 지나서 관찰한, 컨덴서 마이크로폰에 포함된 스페이서 및 그 관련 부품을 나타내는 확대도.
도 4A는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제1 단계를 설명하는 데 이용되는, 도 5A의 선 A4-A4를 따라 절취한 횡단면도.
도 4B는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제2 단계를 설명하는 데 이용되는 횡단면도.
도 4C는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제3 단계를 설명하는 데 이용되는 횡단면도.
도 4D는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제4 단계를 설명하는 데 이용되는 횡단면도.
도 4E는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제5 단계를 설명하는 데 이용되는 횡단면도.
도 4F는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제6 단계를 설명하는 데 이용되는 횡단면도.
도 5A는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제1 단계를 설명하는 데 이용되는 평면도.
도 5B는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제2 단계를 설명하는 데 이용되는 평면도.
도 5C는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제3 단계를 설명하는 데 이용되는 평면도.
도 5D는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제4 단계를 설명하는 데 이용되는 평면도.
도 5E는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제5 단계를 설명하는 데 이용되는 평면도.
도 5F는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제6 단계를 설명하는 데 이용되는 평면도.
도 6은 본 발명의 제1 실시예의 제1 변형에 따른 컨덴서 마이크로폰을 나타내는 평면도.
도 7A는 도 6의 선 A7-A7을 따라 절취한 횡단면도.
도 7B는 도 6의 선 B7-B7을 따라 절취한 횡단면도.
도 8은 제조 완료 후 소정 시간 지나서 관찰한, 제1 실시예의 제1 변형의 컨덴서 마이크로폰을 나타내는 횡단면도.
도 9A는 제1 실시예의 제1 변형의 컨덴서 마이크로폰의 다른 변형을 나타내는 평면도.
도 9B는 도 9A의 선 B9-B9를 따라 절취한 횡단면도.
도 10A는 제1 실시예의 제1 변형의 컨덴서 마이크로폰의 또 다른 변형을 나타내는 평면도.
도 10B는 도 10A의 선 B10-B10을 따라 절취한 횡단면도.
도 11A는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제1 단계를 설명하는 데 사용되는, 도 12A의 선 A11-A11을 따라 절취한 횡단면도.
도 11B는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제2 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 11C는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제3 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 11D는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제4 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 11E는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제5 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 11F는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제6 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 11G는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제7 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 12A는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제1 단계를 설명하는 데 사용되는 평면도.
도 12B는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제2 단계를 설명하는 데 이용되는 평면도.
도 12C는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제3 단계를 설명하는 데 이용되는 평면도.
도 12D는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제4 단계를 설명하는 데 이용되는 평면도.
도 12E는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제5 단계를 설명하는 데 이용되는 평면도.
도 12F는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제6 단계를 설명하는 데 이용되는 평면도.
도 12G는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제7 단계를 설명하는 데 이용되는 평면도.
도 13은 본 발명의 제1 실시예의 제2 변형에 따른 컨덴서 마이크로폰을 나타내는 평면도.
도 14A는 도 13의 선 A15-A15를 따라 절취한 횡단면도.
도 14B는 도 13의 선 B15-B15를 따라 절취한 횡단면도.
도 15A는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제1 단계를 설명하는 데 사용되는, 도 17A의 선 A16-A16을 따라 절취한 횡단면도.
도 15B는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제2 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 15C는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제3 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 15D는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제4 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 16A는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제1 단계를 설명하는 데 사용되는, 도 17A의 선 B16-B16을 따라 절취한 횡단면도.
도 16B는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제2 단계를 설명하는 데 이용되는 횡단면도.
도 16C는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제3 단계를 설명하는 데 이용되는 횡단면도.
도 16D는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제4 단계를 설명하는 데 이용되는 횡단면도.
도 17A는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제1 단계를 설명하는 데 사용되는 평면도.
도 17B는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제2 단계를 설명하는 데 이용되는 평면도.
도 17C는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제3 단계를 설명하는 데 이용되는 평면도.
도 17D는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제4 단계를 설명하는 데 이용되는 평면도.
도 18A는 본 발명의 제2 실시예에 따른 컨덴서 마이크로폰을 나타내는 평면도.
도 18B는 다이어프램, 스페이서, 백 플레이트, 브리지들 및 지지체들을 포함하는 컨덴서 마이크로폰의 횡단면도.
도 19는 복수의 스페이서를 포함하는 컨덴서 마이크로폰의 변형을 나타내는 평면도.
도 20A는 다이어프램의 인장 응력을 흡수하도록 브리지들을 확장시킨 것을 나타내는 부분적인 확대도.
도 20B는 다이어프램의 압축 응력을 흡수하도록 브리지들을 수축시킨 것을 나타내는 부분적인 확대도.
도 21은 다이어프램의 강성률보다 강성률이 낮은 브리지들을 형성하게끔 복수의 구멍을 형성한 컨덴서 마이크로폰의 변형을 나타내는 평면도.
도 22A는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제1 단계를 설명하는 데 사용되는, 도 23A의 선 A5-A5를 따라 절취한 횡단면도.
도 22B는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제2 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 22C는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제3 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 22D는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제4 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 22E는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제5 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 22F는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제6 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 23A는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제1 단계를 설명하는 데 사용되는 평면도.
도 23B는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제2 단계를 설명하는 데 이용되는 평면도.
도 23C는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제3 단계를 설명하는 데 이용되는 평면도.
도 23D는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제4 단계를 설명하는 데 이용되는 평면도.
도 23E는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제5 단계를 설명하는 데 이용되는 평면도.
도 23F는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제6 단계를 설명하는 데 이용되는 평면도.
도 24A는 본 발명의 제2 실시예의 제1 변형에 따라 컨덴서 마이크로폰에 포함된 휨부를 갖는 브리지를 나타내는 확대된 횡단면도.
도 24B는 브리지의 휨부를 다이어프램의 잔류 응력을 흡수하도록 외향으로 변형시킨 것을 나타내는 확대된 횡단면도.
도 24C는 브리지의 휨부를 다이어프램의 잔류 응력을 흡수하도록 내향으로 변형시킨 것을 나타내는 확대된 횡단면도.
도 25A는 본 발명의 제2 실시예의 제2 변형에 따른 컨덴서 마이크로폰을 나타내는 횡단면도로서, 다이어프램의 잔류 응력을 흡수하도록 스페이서를 내향으로 전단 변형시킨 것을 나타내는 횡단면도.
도 25B는 다이어프램의 잔류 응력을 흡수하도록 스페이서를 외향으로 전단 변형시킨 것을 나타내는 횡단면도.
도 26은 본 발명의 제2 실시예의 제3 변형에 따른 컨덴서 마이크로폰을 나타내는 횡단면도로서, 스페이서가 다이어프램 상에 고정되는 돌출부를 갖는 것을 나타내는 횡단면도.
도 27은 본 발명의 제2 실시예의 제4 변형에 따른 컨덴서 마이크로폰을 나타내는 횡단면도.
도 28A는 본 발명의 제2 실시예의 제5 변형에 따른 컨덴서 마이크로폰을 나타내는 횡단면도.
도 28B는 도 28A의 선 B11-B11을 따라 절취한 수평 단면도.
도 29A는 본 발명의 제2 실시예의 제6 변형에 따른 컨덴서 마이크로폰을 나타내는 횡단면도.
도 29B는 도 29A의 선 B12-B12을 따라 절취한 수평 단면도.
도 30A는 본 발명의 제3 실시예에 따른 컨덴서 마이크로폰을 나타내는, 도 31의 선 A1-A1을 따라 절취한 횡단면도.
도 30B는 도 31의 선 B1-B1을 따라 절취한 횡단면도.
도 30C는 도 30A의 선 C1-C1을 따라 절취한 수평 단면도.
도 31은 컨덴서 마이크로폰을 나타내는 평면도.
도 32는 고르게 분포된 강성률을 갖는 다이어프램을 포함한 종래 공지된 컨덴서 마이크로폰을 개략적으로 도시한 횡단면도.
도 33은 제3 실시예에 따라 컨덴서 마이크로폰에 포함된 다이어프램의 동작을 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 34A는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제1 단계를 설명하는 데 사용되는, 도 35A의 선 A5-A5를 따라 절취한 횡단면도.
도 34B는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제2 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 34C는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제3 단계를 설명하는 데 사용되 는 횡단면도.
도 34D는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제4 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 34E는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제5 단계를 설명하는 데 이용되는 횡단면도.
도 34F는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제6 단계를 설명하는 데 이용되는 횡단면도.
도 34G는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제7 단계를 설명하는 데 이용되는 횡단면도.
도 35A는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제1 단계를 설명하는 데 사용되는 평면도.
도 35B는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제2 단계를 설명하는 데 이용되는 평면도.
도 35C는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제3 단계를 설명하는 데 이용되는 평면도.
도 35D는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제4 단계를 설명하는 데 이용되는 평면도.
도 35E는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제5 단계를 설명하는 데 이용되는 평면도.
도 35F는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제6 단계를 설명하는 데 이용되 는 평면도.
도 35G는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제7 단계를 설명하는 데 이용되는 평면도.
도 36은 본 발명의 제3 실시예의 제1 변형에 따른 컨덴서 마이크로폰을 나타내는 평면도.
도 37A는 도 36의 선 A9-A9를 따라 절취한 횡단면도.
도 37B는 도 36의 선 B9-B9를 따라 절취한 횡단면도.
도 38A는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제1 단계를 설명하는 데 사용되는, 도 40A의 선 A10-A10을 따라 절취한 횡단면도.
도 38B는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제2 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 38C는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제3 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 38D는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제4 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 39A는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제1 단계를 설명하는 데 사용되는, 도 40A의 선 B10-B10을 따라 절취한 횡단면도.
도 39B는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제2 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 39C는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제3 단계를 설명하는 데 사용되 는 횡단면도.
도 39D는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제4 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 40A는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제1 단계를 설명하는 데 사용되는 평면도.
도 40B는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제2 단계를 설명하는 데 사용되는 평면도.
도 40C는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제3 단계를 설명하는 데 사용되는 평면도.
도 40D는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제4 단계를 설명하는 데 사용되는 평면도.
도 41은 본 발명의 제3 실시예의 제2 변형에 따른 컨덴서 마이크로폰을 나타내는 평면도.
도 42A는 도 41의 선 A13-A13을 따라 절취한 횡단면도.
도 42B는 도 41의 선 B13-B13을 따라 절취한 횡단면도.
도 43은 다이어프램의 근단부가 휨 형상을 갖는 컨덴서 마이크로폰의 또 다른 변형을 나타내는 횡단면도.
도 44는 본 발명의 제3 실시예의 제3 변형에 따른 컨덴서 마이크로폰을 나타내는 평면도.
도 45A는 도 44의 선 A16-A16을 따라 절취한 횡단면도.
도 45B는 도 41의 선 B16-B16을 따라 절취한 횡단면도.
도 46은 본 발명의 제3 실시예의 제4 변형에 따른 컨덴서 마이크로폰을 나타내는 평면도.
도 47A는 도 46의 선 A18-A18을 따라 절취한 횡단면도.
도 47B는 도 46의 선 B18-B18을 따라 절취한 횡단면도.
도 48은 본 발명의 제3 실시예의 제5 변형에 따른 컨덴서 마이크로폰을 나타내는 부분적으로 확대된 평면도.
도 49는 본 발명의 제3 실시예의 제6 변형에 따른 컨덴서 마이크로폰을 나타내는 부분적으로 확대된 평면도.
도 50A는 제3 실시예의 또 다른 변형을 나타내는 평면도.
도 50B는 도 50A의 선 B21-B21을 따라 절취한 횡단면도.
도 51은 본 발명의 제4 실시예에 따른 컨덴서 마이크로폰을 나타내는, 도 52의 선 A-A을 따라 절취한 횡단면도.
도 52는 컨덴서 마이크로폰을 나타내는 평면도.
도 53은 플레이트를 도시하지 않은 컨덴서 마이크로폰의 규정된 부품들을 나타내는 평면도.
도 54는 스페이서를 도시하지 않은 컨덴서 마이크로폰의 규정된 부품들을 나타내는 평면도.
도 55A는 본 발명의 제3 실시예에 따른 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제1 단계를 설명하는 데 사용되는 평면도.
도 55B의 도 55A의 선 A-A을 따라 절취한 횡단면도.
도 56A는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제2 단계를 설명하는 데 사용되는 평면도.
도 56B의 도 56A의 선 A-A를 따라 절취한 횡단면도.
도 57A는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제3 단계를 설명하는 데 사용되는 평면도.
도 57B의 도 57A의 선 A-A를 따라 절취한 횡단면도.
도 58A는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제4 단계를 설명하는 데 사용되는 평면도.
도 58B의 도 58A의 선 A-A를 따라 절취한 횡단면도.
도 59는 본 발명의 제4 실시예의 제1 변형에 따른 컨덴서 마이크로폰을 나타내는 횡단면도.
도 60A는 본 발명의 제4 실시예의 제2 변형에 따른 컨덴서 마이크로폰을 나타내는 횡단면도.
도 60B의 도 60A의 선 A-A를 따라 절취한 횡단면도.
도 61은 본 발명의 제4 실시예의 제3 변형에 따른 컨덴서 마이크로폰을 나타내는 횡단면도.
도 62는 본 발명의 제5 실시예에 따른 컨덴서 마이크로폰을 나타내는 횡단면도.
도 63은 도 62의 선 X-X를 따라 절취한 횡단면도.
도 64는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제1 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 65는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제2 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 66은 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제3 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 67은 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제4 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 68은 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제5 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 69는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제6 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 70은 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제7 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 71은 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제8 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 72는 컨덴서 마이크로폰의 변형을 나타내는 평면도.
도 73은 본 발명의 제5 실시예의 제1 변형에 따른 컨덴서 마이크로폰을 나타내는 횡단면도.
도 74는 도 73의 선 X-X를 따라 절취한 횡단면도.
도 75는 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제1 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 76은 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제2 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 77은 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제3 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 78은 컨덴서 마이크로폰의 제조 방법의 제4 단계를 설명하는 데 사용되는 횡단면도.
도 79는 도 73에 도시된 컨덴서 마이크로폰의 또 다른 변형을 나타내는 평면도.
도 80은 도 79의 선 X-X를 따라 절취한 횡단면도.
도 81은 본 발명의 제5 실시예의 제2 변형에 따른 컨덴서 마이크로폰을 나타내는 평면도.
도 82는 도 81의 선 X-X를 따라 절취한 횡단면도.
도 83은 도 81에 도시된 컨덴서 마이크로폰의 또 다른 변형을 나타내는 평면도.
도 84는 도 83의 선 X-X를 따라 절취한 횡단면도.
도 85는 본 발명의 제5 실시예에 의해 해결되는, 컨덴서 마이크로폰의 결함을 설명하는 데 사용되는 평면도.
도 86은 도 85의 선 X-X를 따라 절취한 횡단면도.
도 87A는 컨덴서 마이크로폰의 정상 상태(position)를 나타내는 횡단면도.
도 87B는 컨덴서 마이크로폰의 반전 상태를 나타내는 횡단면도.
도 87C는 컨덴서 마이크로폰의 수직 상태를 나타내는 횡단면도.
본 발명은 첨부된 도면들을 참조하면서 일례를 들어 상세히 기술될 것이다.
1. 제1 실시예
도 2A, 도 2B, 및 도 2C는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제조 직후의 컨덴서 마이크로폰(1)의 전체적인 구성을 나타내는 도면이다. 컨덴서 마이크로폰(1)은 반도체 제조 공정을 통해 생산되는, 실리콘 캐패시터 마이크로폰이다. 컨덴서 마이크로폰(1)은 감지부(도 2B의 횡단면도를 참조) 및 검출부(도 2B에 도시된 회로들을 참조)를 갖는다.
(a) 감지부의 구성
컨덴서 마이크로폰(1)의 감지부는 다이어프램(10), 스페이서(20), 백 플레이트(30) 및 지지체(40)로 구성된다.
다이어프램(10)은, 예를 들어, 다결정 실리콘(즉 폴리실리콘)으로 구성된 반도체 막인 도전막(104)으로 구성된다. 도전률을 갖는 다이어프램(10)은 가동 전극으로서 기능하고, 다이어프램(10)은 절연막 및 도전막을 포함한 복수의 막으로 구성될 수 있다(도전막은 가동 전극으로 기능하고 다이어프램(10)의 적어도 중심부에 형성되어 있다). 다이어프램(10)은 반드시 디스크 형상으로 한정될 필요는 없으므로, 어떠한 형상으로도 형성될 수 있다.
백 플레이트(30)(또는 플레이트(30))는 절연막(110)에 고정되어 있지 않은 도전막(112)의 소정부로 구성된다. 도전막(112)은, 예를 들어, 폴리실리콘으로 구성된 반도체 막으로서, 지지체(40) 상에서 브리지된다. 백 플레이트(30)에는 음파(도시 안 된 음원으로부터 발생됨)가 전파될 수 있게끔 하는 복수의 구멍(32)이 형성되어 있다(도 2A 참조). 즉, 음원으로부터 나온 음파는 백 플레이트(30)의 구멍(32)을 통해 전파되어 다이어프램(10)에 전달된다. 도전률을 갖는 백 플레이트(30)는 고정 전극으로 기능하며, 백 플레이트(30)는 절연막 및 도전막을 포함한 복수의 막으로 구성될 수 있다(도전막은 고정 전극으로 기능하고 다이어프램(10)의 적어도 중심부에 형성되어 있다). 구멍들(32) 각각은 반드시 도 2A에 도시된 바와 같은 원형으로 한정될 필요는 없으므로, 어떠한 형상으로도 형성될 수 있다.
스페이서(20)는, 예컨대, SiO2로 이루어진 산화물 막인 링-형상 절연 막(108)으로 형성된다. 스페이서(20)의 제1 단부(20a)는 백 플레이트(30)에 고정되고, 스페이서(20)의 제2 단부(20b)는 다이어프램(10)의 중심부(10a)를 둘러싸는 근단부(10b)에 고정된다. 백 플레이트(30)와 다이어프램(10) 간에는 스페이서(20)에 의해 공극(50)이 형성된다. 스페이서(20)는 다이어프램(10)의 중심부(10a)를 둘러싸는 C-형상으로 형성된다. 또는, 다이어프램(10)의 원주 방향으로 등간격으로 배치되는 복수의 스페이서를 형성할 수 있다.
지지체(40) 각각은 도전막(106), 절연막(102) 및 기판(100) 뿐 아니라, 절연막(110)에 고정되는 도전막(112)의 소정부 및 절연막(110)으로 형성된다. 예를 들 어, 절연막(110 및 102) 모두 SiO2로 이루어진 산화물 막이며, 도전막(106)은 폴리실리콘으로 이루어진 반도체 막이고, 기판(100)은 단결정 실리콘 기판이다.
도 2C에 도시된 바와 같이, 지지체(40)는 바이어스 전압 회로(800)(검출부로 기능함)와 다이어프램(10)을 함께 연결하는 전극 및 전극 확장부(105)의 리드(105a)를 갖는다. 전극 확장부(105)는 도전막(104)으로 이루어지고, 이 도전막(104)에 의해 전극과 다이어프램(10)이 함께 연결된다. 구체적으로 기술하자면, 전극 확장부(105)는 전극으로부터 다이어프램(10)으로 연장되는 리드(105a), 및 지지체(40)와 다이어프램(10) 간에 놓여있는 브리지(105b)로 구성된다. 지지체들(40) 간에 개구부(42)의 범위를 한정하여 기판(100) 및 절연막(102)을 관통하도록 형성한다. 개구부(42)는 컨덴서 마이크로폰(1)의 백 캐비티(back cavity)를 형성한다.
지지체(40)를 형성하는 도전막(106)은, 도전막(112)(백 플레이트(30)를 형성함)과 기판(100) 사이에서 지지체(40)에 근접하여 형성되는 캐패시티가 다이어프램(10)과 백 플레이트(30) 간의 정전 용량과 평행하게 놓여지는 것을 방지하는 데, 즉, 도전막(106)은 보호(guard) 전극으로서 기능한다. 그러나, 도전막(106)이 검출부(도 2B 참조)에서 보호 전극으로서 기능하지 않을 경우에는, 지지체들(40)을 반드시 도전막(106)을 이용하여 형성할 필요는 없다.
(b) 검출부의 구성
다이어프램(10)은 바이어스 전압 회로(800)에 연결되고, 백 플레이트(30)는 저항(802)을 통해 접지되고, 또한 전치 증폭기(810)에도 연결된다. 컨덴서 마이크로폰(1)의 검출부는 백 플레이트(30)와 접지 간에 인가되는 전압을 전치 증폭기(810)를 통해 출력한다.
구체적으로 기술하자면, 바이어스 전압 회로(800)에 연결된 리드(804)가 도전막(104)(다이어프램(10)을 형성함) 및 기판(100)에 연결된다. 저항(802)의 한 단에 연결된 리드(806)는 백 플레이트(30)를 형성하는 도전막(112)에 연결되고, 저항(802)의 다른 단에 연결된 리드(808)는 컨덴서 마이크로폰(1)의 패키징 기판(도시 안 됨)을 통해 접지된다. 저항(802)은 비교적 높은 저항을 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로 기술하자면, 저항(802)은 기가급 옴의 저항을 갖는다. 백 플레이트(30)와 저항(802) 사이를 연결하는 리드(806)는 전치 증폭기(810)의 입력 단자에 연결된다. 덧붙여, 전치 증폭기(810)도 비교적 높은 입력 임피던스를 갖는다.
전치 증폭기(810)를 이용하여 전압-폴로워 회로(voltage-follower circuit)를 형성할 수 있으며, 여기서 전치 증폭기(810)의 출력 단자는 보호 전극으로 기능하는 도전막(106)에 연결된다. 즉, 백 플레이트(30) 및 도전막(106) 모두 사실상 동일한 전위를 가짐으로써, 백 플레이트(30)와 기판(100) 간에 형성된 캐패시티가 다이어프램(10)과 백 플레이트(30) 간의 정전 용량과 평행하게 놓여지는 것을 방지할 수 있다. 물론, 상술한 전기선 연결은 반드시 컨덴서 마이크로폰(1)에 형성될 필요는 없다. 이로써, 컨덴서 마이크로폰(1)에서 도전막(106)을 제외시킬 수 있다.
(c) 컨덴서 마이크로폰의 동작
음파가 백 플레이트(30)의 구멍(32)을 통해 전파된 후 다이어프램(10)에 전달되면, 다이어프램(10)은 이것에 가해지는 음파로 인해 진동한다. 다이어프램(10)의 진동으로 백 플레이트(30)와 다이어프램(10) 간의 간격이 변동하게 되어, 이어서 백 플레이트(30)와 다이어프램(10) 간의 정전 용량이 변동하게 된다.
백 플레이트(30)가 비교적 높은 저항을 갖는 저항(802)에 연결되어 있으므로, 백 플레이트(30)와 다이어프램(10) 간의 캐패시티에 축적된 전하들은 다이어프램(10)의 진동으로 인해 정전 용량이 변화할 때에도 조차 저항(802)을 통해 실제로 흐르지 않는다. 즉, 백 플레이트(30)와 다이어프램(10) 간의 캐패시티에 축적된 전하들에 대한 변동이 사실상 일어나지 않는 것으로 여겨진다. 따라서, 정전 용량의 변동분을 백 플레이트(30)와 접지 간의 전압 변동분으로서 추출해 낼 수 있다.
상술된 바와 같이, 컨덴서 마이크로폰(1)은 정전 용량의 극미한 변동에 기초하여 전기 신호를 생성할 수 있다. 즉, 컨덴서 마이크로폰(1)은 다이어프램(10)에 가해지는 음압의 변동분을 정전 용량의 변동분으로 변환하고, 이 변환된 정전 용량의 변동분이 전압 변동분으로 변환됨으로써, 음압의 변동에 기초하여 전기 신호를 생성할 수 있다.
도 2A 내지 도 2C를 참조하여 상술한 바와 같이, 컨덴서 마이크로폰(1)를 제조한 직후의 다이어프램(10)에서 잔류 응력이 발생한다. 예를 들어, 다이어프램(10)을 형성하는 도전막(104)은 폴리실리콘으로 구성되어, 다이어프램(10)에는 비교적 높은 인장 응력이 발생할 가능성이 있다. 이러한 비교적 높은 인장 응력이 다이어프램(10)에 잔존할 경우에는, 음파에 의한 비교적 큰 진폭으로 다이어프 램(10)이 진동하기에는 매우 곤란하다. 이는 컨덴서 마이크로폰(1)의 감도를 떨어뜨린다.
도 1은 제조 완료 후 소정 시간 지나서 관찰된, 컨덴서 마이크로폰(1)의 감지부를 도시한 것이다. 제조 완료 후 소정 시간 지나 발생하는 컨덴서 마이크로폰(1)의 감지부의 형상 시프트에 대해 도 3A 및 도 3B를 참조하여 기술하기로 한다. 도 3A는 제조 완료 직후의 스페이서(20) 및 관련 부품들을 나타내는 확대 도면이며, 도 3B는 제조 완료 후 소정 시간 지나서 관찰된, 스페이서(20) 및 관련 부품들을 나타낸 확대 도면이다.
스페이서(20)의 제1 단부(20a)는 지지체들(40) 상에서 브리지되는 백 플레이트(30)에 고정되고, 스페이서(20)의 제2 단부(20b)는 지지체들(40)에 고정되지 않는 다이어프램(10)의 소정부에 고정된다는 것이 상술되었다. 스페이서(20)의 제2 단부(20b)가 다이어프램(10)에 가해지는 인장 응력으로 인해 다이어프램(10)의 중심부(10a)쪽으로 이끌려지면(pulled), 스페이서(20)의 제2 단부(20b)는 비틀려져 직경 방향으로 수축된다. 환언하자면, 도 3B에 도시된 바와 같이, 스페이서(20)의 제2 단부(20b)는 제1 단부(20a)를 중심으로 회전하게 됨으로써 비틀려지고 다이어프램(10)의 중심부(10a) 쪽으로 기울어지게 되어, 스페이서(20)의 제2 단부(20b)는 제1 단부(20a)에 비해 다이어프램(10)의 중심부(10a)에 가깝게 약간 이동된다. 이러한 위치 시프트는 스페이서(20)의 횡단면에 대해, 즉 직경 방향을 따른 스페이서(20)의 수직 단면에 대해 발생한다.
상기에서, 백 플레이트(30)는, 다이어프램(10)의 인장 응력으로 인해 발생되 는, 스페이서(20)의 변위로 인해 위로 이끌려져 부분적으로 변형된다. 구체적으로 기술하자면, 스페이서(20)에 고정된 백 플레이트(30)의 소정부 및 내측부는 다이어프램(10)에 대향하여 볼 형태로 돌출된다.
상술된 바와 같이, 스페이서(20)의 제2 단부(20b)가 제1 단부(20a)에 비해 다이어프램(10)의 중심부(10a)에 가깝게 이동되면, 다이어프램(10)의 인장 응력을 줄일 수 있지만, 여전히 다이어프램(10)에는 소량의 인장 응력이 존재한다
일례로, 직경이 760㎛이고 두께가 0.66㎛인 디스크 형상을 갖는 다이어프램(10); 내경이 700㎛, 외경이 720㎛, 두께가 4㎛이며 다이어프램(10)와 동심원인 링 형상을 갖는 스페이서(20); 및 직경이 840㎛, 두께가 0.5㎛이고 디스크 형상을 갖는 백 플레이트(30)를 이용하여 실험적으로 제조한 컨덴서 마이크로폰(1)의 일례에 대해 시뮬레이션을 행한다. 이 시뮬레이션 결과에서는, 상술한 컨덴서 마이크로폰(1)의 예에서 다이어프램(10)의 인장 응력이 70MPa(제조 완료 직후에 발생)에서 10MPa로 감소함을 나타내었다. 이는 다이어프램(10)이 이것에 가해지는 음파에 의해 비교적 큰 진폭으로 진동함을 보장한다. 따라서, 컨텐서 마이크로폰(1)의 강도를 증가시킬 수 있다.
(d) 제조 방법
컨덴서 마이크로폰(1)의 제조 방법에 대해 도 4A 내지 도 4F 및 도 5A 내지 도 5F를 참조하면서 기술하고자 하며, 도 4A 내지 도 4F는 도 5A의 선 A4-A4를 따라 절취한 횡단면도이고, 기호 (A1) 내지 (A6)은 도 5A 내지 도 5F에 부여된 기호 (B1) 내지 (B6)에 관련하여 도 4A 내지 도 4F에 부여된다.
제1 단계((A1), 즉 도 4A를 참조)에서, 예를 들어, 단결정 실리콘 기판 등의 반도체 기판인 기판(100) 상에 절연막(102)을 형성한다. 구체적으로 기술하자면, 기판(100)의 표면 상에 CVD(화학 기상 피착)를 통해 절연 물질을 피착시켜, 기판(100) 상에 절연막(102)을 형성한다.
다음에, 절연막(102) 상에 CVD를 통해 도전막(103)(예컨대, 폴리실리콘 막)을 형성한다. 이 공정은 SOI(Silicon On Insulator; 실리콘 온 절연체) 기판을 사용함에 의해 생략될 수 있다.
제2 단계((B2), 즉 도 5B를 참조)에서, 도전막(103)에 대해 패터닝을 행하여 다이어프램(10)을 형성하는 도전막 및 지지체들(40)을 형성하는 도전막(106)을 형성한다. 구체적으로 기술하자면, 도전막(104 및 106)을 형성하기 위해 남겨두어야 하는 도전막(103)의 소정부는 커버하면서 도전막(103)의 불필요한 부분들은 노출되도록, 리소그래피를 통해 도전막(103) 상에 레지스트 막(500)을 형성한다. 보다 구체적으로 기술하자면, 도전막(103) 상에 레지스트를 도포하여 레지스트 막(500)을 형성한다. 소정의 형상을 갖는 마스크를 이용하여, 레지스트 막에 대해 불필요한 부분들이 제거되도록 노출 및 현상시킴으로써, 도전막(103) 상에 레지스트 막(500)을 형성한다. 다음에, 도 5B(B2)에 도시된 바와 같이, 레지스트 막(500)으로부터 노출된 도전막(103)의 소정부에 대해 RIE(Reaction Ion Etching; 반응성 이온 에칭) 등의 에칭을 행하여 도전막(104 및 106)을 형성한다. 그 후, 레지스트 막(500)을 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone; N-메틸-2-피롤리돈)를 이용하여 제거한다.
제3 단계((A3), 즉 도 4C를 참조)에서, 도전막(104 및 106) 상에 CVD를 통해 도전막(104 및 106)의 두께보다 큰 두께를 갖는 절연막(107)을 형성한다. 후속하는 공정에서, 백 플레이트(30)를 형성하는 도전막(112) 및 도전막(104 및 106)에 관련하여 절연막(102 및 107)을 선택적으로 제거한다. 그럼으로써, 절연막들은 도전막들의 에칭비보다 높은 에칭비를 갖는 소정의 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도전막들이 폴리실리콘으로 구성되면, 절연막들은 SiO2로 구성된다.
절연막들을 도전막들에 관련하여 선택적으로 제거하는 공정에서, 컨덴서 마이크로폰(1)의 소정의 부품들이 형성되도록 절연막들을 부분적으로는 제거하고 부분적으로는 남겨둔다. 그럼으로써, 절연막(102 및 107)을 동일한 물질로 구성하여, 그들에 대해 거의 동일한 에칭비를 적용할 수 있는 것이 바람직하다. 이로써, 절연막들에 대해 수행되는 에칭의 양을 용이하게 제어할 수 있다.
다음에, 절연막(107) 상에 CVD를 통해 도전막(111)(예컨대, 폴리실리콘 막)을 형성한다.
제4 단계((B4), 즉 도 5D를 참조)에서, 도전막(111)에 대해 패터닝을 행하여 백 플레이트(30)를 형성하는 도전막(112) 및 지지체들(40)을 형성한다. 구체적으로 기술하자면, 도전막(112)으로 남겨지는 도전막(111)의 소정 부분은 커버하고 도전막(111)의 불필요한 부분들은 노출되도록, 리소그래피에 의해 도전막(111) 상에 레지스트 막(502)을 형성한다. 다음에, 레지스트 막(502)으로부터 노출되는 도전막(111)의 소정 부분에 대해 RIE 등의 에칭을 행함으로써, 도전막(112)이 형성된 다. 그 후, 레지스트 막(502)을 제거한다.
제5 단계((A5), 즉 도 4E를 참조)에서, 절연막(102 및 107)에 대해 형상 처리를 행한다. 구체적으로 기술하자면, 절연막(102 및 107)의 불필요한 부분이 노출되도록 레지스트 막(504)을 형성한다. 다음에, 레지스트 막(504)으로부터 노출되는 절연막(102 및 107)의 노출된 부분에 대해 RIE 등의 에칭을 행함으로써, 절연막(102 및 107)의 형상을 적절하게 만든다.
다음에, 기판(100)에 지지체들(40)에 의해 한정된 개구부(42)에 대응하는 개구부(120)를 형성한다. 구체적으로 기술하자면, 개구부(120)의 형성에 이용되는 기판(100)의 소정 부분을 노출시키는 레지스트 막을 리소그래피에 의해 형성한다. 다음에, 레지스트 막으로부터 노출되는 기판(100)의 노출된 부분을 절연막(102) 쪽으로 에칭이 행해지도록 딥(deep) RIE에 의해 제거시킴으로써, 기판(100)에 개구부(120)를 형성한다. 그 후, 레지스트 막을 제거한다.
제6 단계((A6), 즉 도 4F를 참조)에서, 지지체들(40)에 의해 한정된 개구부(42)에 대응하는 절연막(102)의 개구부(120), 및 절연막(107)을 이용하여 스페이서(20)를 형성하는 절연막(108) 및 지지체들(40)를 형성하는 절연막(110)이 형성되도록 절연막(102 및 107)을 부분적으로 제거한다. 구체적으로 기술하자면, 구멍들(32) 및 개구부(42)((A5), 즉 도 4E를 참조)를 노출하기 위한 레지스트 막(506)을 형성한다. 그 후, 절연막(102 및 107)을 습식 에칭에 의해 제거한다. 절연막(102 및 107)이 SiO2로 구성되면, 플루오르화 수소산(hydrofluoric acid)을 에칭 액으로서 사용한다. 에칭액을 기판(100)의 개구부(120) 및 도전막(112)의 구멍들(32) 내로 침투시켜 절연막(102 및 107)에 도달하게 함으로써 이들 절연막을 용해시킨다. 따라서, 다이어프램(10)과 백 플레이트(30) 간에 공극(50)이 형성되고, 스페이서(20) 및 지지체들(40) 또한 형성된다. 이와 같이, 컨덴서 마이크로폰(1)의 감지부를 생산할 수 있다.
제1 실시예는 이하에서 기술될, 여러 방식으로 변형될 수 있다.
(e) 제1 변형
제1 실시예의 제1 변형에 대해 제조 완료 직후의 컨덴서 마이크로폰(2)를 나타내는, 도 6 및 도 7A 및 도 7B를 참조하면서 기술하기로 한다. 도 7A는 도 6의 선 A7-A7을 따라 절취한 횡단면도이고, 도 7B는 도 6의 선 B7-B7을 따라 절취한 횡단면도이다. 컨덴서 마이크로폰(2)의 검출부는 컨덴서 마이크로폰(1)의 검출부와 거의 동일하다. 따라서, 이하에서는 컨덴서 마이크로폰(2)의 감지부의 구성 및 그 제조 방법에 대해 기술하기로 한다.
도 7A 및 도 7B에 도시된 바와 같이, 컨덴서 마이크로폰(2)의 감지부는 다이어프램(210), 브리지들(220), 백 플레이트(230) 및 지지체들(240)로 구성된다.
다이어프램(210)은 다이어프램(10)와 거의 동일하고, 백 플레이트(230)는 백 플레이트(30)와 거의 동일하다.
브리지들(220)은 빔부(222) 및 상호연결부(224)로 구성되며, 이들에 의해 다이어프램(210)은 다이어프램(210)과 백 플레이트(230) 간에 공극(250)이 형성되도록 지지체들(240) 상에 브리지된다. 빔부(222)는 절연막(110)에 고정되지 않는 도 전막(114)의 소정 부분을 사용하여 형성된다. 도전막(114)은 폴리실리콘 등의 반도체를 사용하여 형성되고 지지체들(240)로부터 캔틸레버 방식으로 연장된다. 상호연결부(224)는, 예를 들어, SiO2로 구성된 산화물막인 절연막(108)을 사용하여 형성된다. 상호연결부(224)의 제1 단부(224a)는 빔부(222)의 자유 단부에 고정되고, 제2 단부(224b)는 다이어프램(210)의 근단부(210b)의 소정 위치에 고정된다. 구체적으로 기술하자면, 3 개의 브리지들(220)이 다이어프램(210)의 중심부(210a)를 둘러싸도록 서로 120°의 간격을 두고 다이어프램(210)의 원주 방향으로 배열되어 있다(도 6 참조). 다이어프램(210)은 브리지들(220)을 통해 세 지점에서 지지체들(240) 상에 브리지된다.
지지체들(240)은 지지체들(40)과 거의 동일하다. 구체적으로 기술하자면, 지지체들(240)은 절연막(110), 도전막(106), 절연막(102) 및 기판(100) 뿐 아니라, 절연막(110)에 고정되는 도전막(112)의 소정 부분 및 절연막(110)에 고정되는 도전막(112)의 소정 부분으로 구성된다. 컨덴서 마이크로폰(2)의 감지부는 컨덴서 마이크로폰(1)의 감지부와 마찬가지로 구성된다. 즉, 지지체들(240)은 다이어프램(210)과 바이어스 전압 회로(800)를 함께 연결하는 전극 및 전극 확장 부분(도시 안 됨)을 갖는다. 지지체들(240)에 의해 한정되는 개구부(42)와 마찬가지로, 개구부(242)는 지지체들(240)에 의해 한정되어 백 캐비티를 형성한다. 컨덴서 마이크로폰(2)에서, 브리지들(220)은 도전 물질을 사용하여 상호연결부(224)를 형성함에 의해 전극 확장 부분으로서 기능할 수 있다.
도 8은 제조 완료 후 소정 시간 지난 후 관찰된, 컨덴서 마이크로폰(2)의 감지부를 도시한다.
브리지들(220)에 포함되는 상호연결부(224)의 제1 단부(224a)는 지지체들(240)로부터 내향으로 연장되는 빔부(222)에 고정되고, 상호연결부(224)의 제2 단부(224b)는 지지체들(240)에 고정되지 않는 다이어프램(210)의 소정 부분에 고정되는 것으로 이미 기술하였다. 상호연결부(224)의 제2 단부(224b)가 다이어프램(210)에 가해지는 인장 응력으로 인해 다이어프램(210)의 중심부(210a) 쪽으로 이끌려지면, 상호연결부(224)의 제2 단부(224b)는 제2 단부(224b)가 제1 단부(224a)를 중심으로 회전하는 방식으로 다이어프램(210)의 중심부(210a) 쪽으로 경사진다. 다이어프램(210)의 인장 응력으로 인해 발생하는 상호연결부(224)의 변위로 인해, 빔부(222)는 위로 밀려져 변형된다.
상술한 바와 같이, 다이어프램(210)의 인장 응력으로 인해, 상호연결부(224)의 제2 단부(224b)는 제1 단부(224a)에 비해 다이어프램(210)의 중심부(210a)에 가깝게 이동되므로, 다이어프램(210)의 인장 응력은 줄어들지만, 다이어프램(210)에는 여전히 제조 완료 직후에 발생하는 인장 응력보다는 약간 작은 인장 응력이 잔존한다. 이는 다이어프램(210)에 가해지는 음파로 인한 비교적 큰 진폭으로 다이어프램(210)이 진동하는 것을 보장한다. 이로써, 컨덴서 마이크로폰(2)의 감도를 증가시킬 수 있다. 아울러, 백 플레이트(230)에 가깝게 다이어프램(210)을 위치시킴으로써 컨덴서 마이크로폰(2)의 감도를 더 증가시킬 수 있다.
컨덴서 마이크로폰(2)은 그 감도를 제조 완료 직후의 다이어프램(210)에 잔 존하는 인장 응력에 관계없이 증가시킬 수 있다는 점에서 유리하다. 제조 완료 직후의 다이어프램(210)에 비교적 작은 인장 응력이 남아 있을 경우에는, 다이어프램(210)에 여전히 매우 작은 인장 응력이 잔존하도록 인장 응력을 더욱 감소시킴에 의해, 다이어프램(210)이 백 플레이트(230)에 가깝게 위치되어, 컨덴서 마이크로폰(2)의 감도를 증가시킬 수 있다. 제조 완료 직후의 다이어프램(210)에 비교적 높은 인장 응력이 잔존할 경우에는, 인장 응력이 감소하긴 하지만, 제조 완료 직후의 다이어프램(210)에 잔존하는 상술한 비교적 작은 인장 응력보다는 높은 인장 응력이 여전히 다이어프램(210)에 잔존한다. 이 경우, 다이어프램(210)은 제조 완료 직후 비교적 작은 인장 응력을 갖는 상술한 다이어프램(210)에 비해 백 플레이트(230)에 가깝게 이동한다. 이로써, 제조 완료 직후의 다이어프램(210)에 잔존하는 비교적 높은 인장 응력에 관계없이 컨덴서 마이크로폰(2)의 감도를 개선시킬 수 있다. 즉, 컨덴서 마이크로폰(2)은 제조 완료 직후의 다이어프램(210)에 잔존하는 인장 응력의 분산으로 인해 발생하는 감도의 분산을 감소시킬 수 있다.
제1 실시예의 제1 변형은 다이어프램(210)이 지지체들(240) 상에 브리지되고 3 개 브리지(220)에 의한 장력 하에서 뻗어있는, 컨덴서 마이크로폰(2)에 관한 것이다. 컨덴서 마이크로폰(2)은 또한 다이어프램(210)이 지지체들(240) 상에서 브리지되고 2개 브리지(220) 또는 4 개 이상의 브리지(220)에 의한 장력 하에서 뻗어있는 방식으로 변형될 수 있다.
컨덴서 마이크로폰(2)의 구성 및 제조 공정을 단순화하기 위해서는, 백 플레이트(230)를 형성하는 도전막(112) 및 브리지들(220)의 빔부(222)를 형성하는 도전 막(114) 모두 동일층으로 형성하는 것이 바람직하다. 또는, 도전막(112 및 114)은 서로 다른 층으로 형성될 수 있으며, 여기서 브리지들(220)의 빔부(222)는 도 9A 및 도 9B에 도시된 바와 같이 지지체(240)의 전체 원주부로부터 내측으로 연장되는, 링 형상을 갖는다. 또한, 상호연결부(224)는 도 10A 및 도 10B에 도시된 바와 같이 다이어프램(210)의 중심부(210a)를 둘러싸는 링 형상으로 형성될 수 있거나, 또는, 예를 들어, C-형상으로 형성될 수 있다.
아울러, 컨덴서 마이크로폰(2)은, 백 플레이트(230)에 비해, 다이어프램(210)을 음원(도시 안 됨)에 더 가깝게 위치시켜 음파가 다이어프램(210)에 직접 전달되도록 재설계될 수 있다.
다음에, 컨덴서 마이크로폰(2)의 제조 방법에 대해 도 11A 내지 도 11G 및 도 12A 내지 도 12G를 참조하여 기술하기로 하고, 도 11A 내지 도 11G(참조 기호 (A1) 내지 (A7)로 지정)는 도 12A 내지 도 12G(참조 기호 (B1) 내지 (B7)로 지정)의 횡단면도로서, 각각은 도 12A의 선 A11-A11을 따라 절취한 것이다.
컨덴서 마이크로폰(2)의 제조 방법의 제1 단계((A1), 즉 도 11A를 참조)에서, 컨덴서 마이크로폰(1)의 제조 방법과 마찬가지로, 기판(100) 상에 절연막(102)을 형성한 후, 절연막(102) 상에 도전막(103)을 형성한다.
컨덴서 마이크로폰(2)의 제조 방법의 제2 단계((B2), 즉 도 12B를 참조)에서, 도전막(103)에 대해 패터닝을 행하여 다이어프램(210)을 형성하는 도전막(104) 및 지지체들(240)을 형성하는 도전막(106)을 형성한다. 구체적으로 기술하자면, 도전막(104 및 106)으로서 남겨지는 도전막(103)의 소정 부분은 커버하고 도전 막(103)의 불필요한 부분들은 노출되도록, 리소그래피에 의해 도전막(103) 상에 레지스트 막(508)을 형성한다. 다음에, 레지스트 막(508)으로부터 노출되는 도전막(103)의 노출된 부분에 대해 RIE 등의 에칭을 행하여 도전막(104 및 106)을 형성한다. 그 후, 레지스트 막(508)을 제거한다.
컨덴서 마이크로폰(2)의 제조 방법의 제3 단계((A3), 즉 도 11C를 참조)에서, 절연막(102) 상의 도전막(104 및 106) 상에 CVD에 의해 도전막(104 및 106)의 두께보다 큰 두께를 갖는 절연막(107)을 형성한다. 다음에, 절연막(107) 상에 CVD에 의해 도전막(111)을 형성한다.
컨덴서 마이크로폰(2)의 제조 방법의 제4 단계((B4), 즉 도 12D를 참조)에서, 도전막(111)에 대해 패터닝을 행하여 백 플레이트(230)를 형성하는 도전막(112) 및 브리지들(220) 및 지지체들(240)을 형성하는 도전막(114)을 형성한다. 구체적으로 기술하자면, 도전막(112 및 114)으로서 남겨지는 도전막(111)의 소정 부분은 커버하고 도전막(111)의 뷸필요한 부분은 노출되도록, 리소그래피를 통해 도전막(111) 상에 레지스트 막(512)을 형성한다. 다음에, 레지스트 막(512)으로부터 노출된 도전막(111)의 노출된 부분에 대해 RIE 등의 에칭을 행함으로써, 도전막(112 및 114)을 형성한다. 그 후, 레지스트 막(512)을 제거한다. 상술한 바와 같이, 동일한 도전막(111)을 이용하여 도전막(112 및 114) 모두를 형성한다. 따라서, 컨덴서 마이크로폰(2)의 구성 및 제조 공정을 단순화할 수 있다.
컨덴서 마이크로폰(2)의 제조 방법의 제5 단계((A5), 즉 도 11E를 참조)에서, 절연막(102 및 107)에 대해 형상 처리를 행한다. 구체적으로 기술하자면, 절 연막(102 및 107)의 불필요한 부분을 노출시키기 위한 레지스트 막(514)을 형성한 후, 레지스트 막(514)으로부터 노출되는 절연막(102 및 107)의 노출된 부분을 RIE에 의해 제거한다. 그 후, 레지스트 막(514)을 제거한다.
컨덴서 마이크로폰(2)의 제조 방법의 제6 단계((A6), 즉 도 11F를 참조)에서, 컨덴서 마이크로폰(1)의 제조 방법과 마찬가지로, 지지체들(240)에 의해 한정되는 개구부(242)에 대응하는 개구부(120)를 기판(100)에 형성한다.
컨덴서 마이크로폰(2)의 제조 방법의 제7 단계((A7), 즉 도 11G를 참조)에서, 컨덴서 마이크로폰(1)의 제조 방법과 마찬가지로, 백 플레이트(230)의 구멍들(32)을 노출시키기 위한 레지스트 막(516)을 사용하여 절연막(102 및 107)을 부분적으로 제거한다. 지지체들(240)에 의해 한정된 개구부(242)에 대응하는 개구부(122)를 절연막(102)에 형성하고, 상호연결부(224)를 형성하는 절연막(108) 및 지지체들(240)을 형성하는 절연막(110) 모두 절연막(107)을 사용하여 형성한다. 결과적으로, 다이어프램(210)과 백 플레이트(230) 간에 공극(250)이 형성되고, 상호연결부(224) 및 지지체들(240)이 형성된다. 따라서, 컨덴서 마이크로폰(2)의 감지부를 완전히 제조할 수 있다.
(f) 제2 변형
본 발명의 제1 실시예의 제2 변형에 대해 컨덴서 마이크로폰(3)의 구성을 나타내는, 도 13 및 도 14A 및 도 14B를 참조하면서 기술하기로 한다. 도 14A는 도 13의 선 A15-A15를 따라 절취한 횡단면도이고, 도 14B는 도 13의 선 B15-B15를 따라 절취한 횡단면도이다. 컨덴서 마이크로폰(3)의 검출부는 컨덴서 마이크로폰(1) 의 검출부와 거의 동일하다. 그러므로, 이하에서는 컨덴서 마이크로폰(3)의 감지부의 구성 및 그 제조 방법에 대해 기술하기로 한다.
컨덴서 마이크로폰(3)의 다이어프램은 컨덴서 마이크로폰(2)의 다이어프램(210)과 거의 동일하다.
컨덴서 마이크로폰(3)의 백 플레이트(330)는 절연막(302) 및 도전막(112) 뿐 아니라, 절연막(102)에 고정되지 않는 도전막(300)의 소정 부분으로 구성된다. 도전막(300)과 절연막(302) 간에 도전막(112)이 유지된다. 또한, 백 플레이트(330)는 도전막(300) 대신에 절연막(도전막(300)의 형상과 거의 동일한 형상을 가짐)을 사용하여 형성될 수 있다.
지지체들(340)은 절연막(110 및 102) 및 기판(100) 뿐 아니라, 절연막(110)에 고정되는 도전막(114 및 300)의 소정 부분으로 구성된다. 지지체들(340)은 다이어프램(210)(고정 전극으로 기능)과 백 플레이트(330)(가동 전극으로 기능) 간에 공극(350)을 형성하는 방식으로 다이어프램(210) 및 백 플레이트(330)를 지지한다.
다음에, 컨덴서 마이크로폰(3)의 제조 방법에 대해 도 15A 내지 도 15D, 도 16A 내지 도 16D, 및 도 17A 내지 도 17D를 참조하면서 기술하기로 하고, 도 15A 내지 도 15D(참조 기호(A1) 내지 (A4)로 지정)는 도 17A 내지 도 17D(참조 기호(C1) 내지 (C4)로 지정)의 횡단면도로서, 각각 도 17A의 선 A16-A16을 따라 절취한 것이며, 도 16A 내지 도 16D(참조 기호(B1) 내지 (B4)로 지정)는 도 17A 내지 도 17D의 횡단면도로서, 각각 도 17A의 선 B16-B16을 따라 절취한 것이다.
컨덴서 마이크로폰(3)의 제조 방법의 제1 단계((A1), 즉 도 15A를 참조)에서, 컨덴서 마이크로폰(1)의 제조 방법과 마찬가지로, 기판(100) 상에 절연막(102)을 형성한 후, 절연막(102) 상에 도전막(103)을 형성한다. 다음에, 도전막(103)에 대해 패터닝을 행하여 다이어프램(210)을 형성하는 도전막(104) 및 백 플레이트(330) 및 지지체들(340)을 형성하는 도전막(300)을 형성한다((C1), 즉 도 17A를 참조).
컨덴서 마이크로폰(3)의 제조 방법의 제2 단계((A2), 즉 도 15B를 참조)에서, 컨덴서 마이크로폰(1)의 제조 방법과 마찬가지로, 절연막(102) 상에 도전막(104 및 300)의 두께보다 큰 두께를 갖는 절연막(107)을 형성한 후, 절연막(107) 상에 도전막(111)을 형성한다.
컨덴서 마이크로폰(3)의 제조 방법의 제3 단계((C3), 즉 도 17C를 참조)에서, 도전막(111)에 대해 패터닝을 행하여 백 플레이트(330)를 형성하는 도전막(112) 및 빔부(222) 및 지지체들(240)을 형성하는 도전막(114)을 형성한다.
컨덴서 마이크로폰(3)의 제조 방법의 제4 단계((B4), 즉 도 16D를 참조)에서, 컨덴서 마이크로폰(1)의 제조 방법과 마찬가지로, 기판(100)에 개구부(120)를 형성한다. 그런 후, 절연막(102 및 107)을 부분적으로 제거한다. 따라서, 컨덴서 마이크로폰(3)의 감지부를 제조할 수 있다.
2. 제2 실시예
도 18A 및 도 18B는 본 발명의 제2 실시예에 따른 컨덴서 마이크로폰을 나타 낸다. 도 18A는 백 플레이트 및 그 관련 부품들을 나타내는 평면도이다. 컨덴서 마이크로폰(1001)은 반도체 제조 공정을 사용하여 제조된, 실리콘 캐패시터 마이크로폰이다. 컨덴서 마이크로폰(1001)은 감지부(도 18B에 도시된 기계 부품들을 참조) 및 검출부(도 18B에 도시된 회로들을 참조)를 포함한다.
(a) 감지부의 구성
도 18A 및 도 18B에서 도시된 바와 같이, 컨덴서 마이크로폰(1001)의 감지부는 다이어프램(1010), 스페이서(1020), 백 플레이트(1030), 브리지들(1040) 및 지지체들(1050)로 구성된다.
다이어프램(1010)은 또한 가동 전극으로 기능하는 도전막(1104)을 사용하여 형성된다. 구체적으로 기술하자면, 다이어프램(1010)은 두께가 0.2㎛ 내지 2.0㎛인 다결정 실리콘(즉, 폴리실리콘)으로 이루어진 반도체 막이다. 다이어프램(1010)은 절연막 및 가동 전극으로 기능하는 도전막을 포함하는 다층 구조로 형성될 수 있다.
스페이서(1020)는, 예를 들어, SiO2로 이루어진 산화물 막인 절연막(1106)을 사용하여 형성된다. 스페이서(1020)는 두께가 2.0㎛ 내지 6.0㎛(바람직하게는, 두께는 4.0㎛ 정도로 설정)이고 폭이 5㎛ 내지 20㎛의 방사 방향으로 놓여있는 링 형상을 갖는다. 스페이서(1020)는 다이어프램(1010)과 백 플레이트(1030) 간에 공극(1060)이 형성되도록 다이어프램(1010)과 백 플레이트(1030)에 고정된다.
구체적으로 기술하자면, 스페이서(1020)의 제1 단부(1022)는 백 플레이 트(1030)의 근단부에 고정되고, 스페이서(1020)의 제2 단부(1024)는 다이어프램(1010)의 근단부에 고정된다. 도 18A 및 도 18B는 링 형상 스페이서(1020)의 원주부가 다이어프램(1010) 및 백 플레이트(1030)에 전체적으로 고정되는 것을 나타낸다. 이 대신, C-형상의 스페이서를 사용할 수 있다. 또는, 도 19에 도시된 바와 같이, 다이어프램(1010)의 중심부 및 백 플레이트(1030)의 중심부를 둘러싸도록 복수의 스페이서(1020)가 배열 및 위치된다.
백 플레이트(1030)는 절연막(1106)에 고정되는 도전막(1110)의 소정 부분 및 그 내측부로 구성된다. 구체적으로 기술하자면, 도전막(1110)은 두께가 0.5㎛ 내지 2.5㎛인 폴리실리콘 막이다. 도전막(1110)은 고정 전극으로도 기능한다. 백 플레이트(1030)에는 음파(도시 안 된 음원으로부터 방사)가 전파될 수 있게 해주는 복수의 구멍(1032)이 형성된다. 또한, 백 플레이트(1030)는 절연막 및 고정 전극으로 기능하는 도전막을 포함하는 다층 구조로 형성될 수 있다.
브리지들(1040) 각각은 절연막(1108)에 고정되지 않고 백 플레이트(1030)를 형성하는 소정 부분의 외측에 놓여있는 도전막(1110)의 소정 부분으로 구성된다. 브리지들(1040) 각각은 백 플레이트(1030)의 외주면으로부터 방사 방향으로 연장하는 띠(band)와 같은 형상으로 형성된다.
지지체들(1050) 각각은 절연막(1102) 및 기판(1100) 뿐 아니라, 절연막(1108)에 고정되는 도전막(1110)의 소정 부분 및 절연막(1108)으로 구성된다. 절연막(1102 및 1108)은, 예를 들어, SiO2로 이루어진 산화물 막이다. 기판(1100) 은 단결정 실리콘 기판 등의 반도체 기판이다. 지지체들(1050)에 의해 한정되고 기판(1100) 및 절연막(1102 및 1108)을 관통하는 개구부(1052)가 형성된다. 개구부(1052), 도전막(1114), 절연막(1106) 및 도전막(1110)의 내면에 의해 리세스가 형성된다. 리세스는 컨덴서 마이크로폰(1001)의 백 캐비티로서 기능한다.
상술한 바와 같이, 다이어프램(1010)과 백 플레이트(1030)는 스페이서(1020)에 의해 함께 상호연결되어 다이어프램(1010), 스페이서(1020) 및 백 플레이트(1030)로 이루어진 단일 구조체를 형성한다. 다이어프램(1010)에 잔존하는 잔류 응력으로 인해, 이 단일 구조체는 기울어져 변형된다. 구체적으로 기술하자면, 다이어프램(1010)에 비교적 높은 인장 응력이 잔존하면, 다이어프램(1010), 스페이서(1020) 및 백 플레이트(1030)로 구성된 구조체는 다이어프램(1010)의 형상이 수축될 정도로 기울어져 변형된다.
띠-형상의 브리지들(1040)의 강성률은 다이어프램(1010), 스페이서(1020) 및 백 플레이트(1030)로 구성된 구조체의 강성률보다 낮다, 이런 이유로, 브리지들(1040)은 상기 구조체의 변형을 방해함이 없이 구조체의 변위를 흡수할 수 있다. 즉, 브리지들(1040)은 그 변형을 통해 다이어프램(1010)의 잔류 응력을 흡수할 수 있다.
예를 들어, 도 20A에서 도시된 바와 같이, 다이어프램(1010), 스페이서(1020) 및 백 플레이트(1030)로 구성된 구조체가 다이어프램(1010)의 인장 응력으로 인해 수축되면, 브리지들(1040)은 다이어프램(1010)의 인장 응력을 흡수하도록 신장된다. 도 20B에 도시된 바와 같이, 구조체가 다이어프램(1010)의 압축 응 력으로 인해 신장되면, 브리지들(1040)은 다이어프램(1010)의 압축 응력을 흡수하도록 수축된다. 상술한 바와 같이, 브리지들(1040)은 다이어프램(1010)의 잔류 응력을 감소시키도록 기능함으로써, 다이어프램(1010)은 이것에 가해지는 음파에 의한 비교적 큰 진폭으로 진동할 수 있다.
또한, 브리지들(1040)에 대한 소망 강성률을 그 변형에 의해 확보할 수 있다. 여기서, 소망 강성률은 컨덴서 마이크로폰(1001)의 감도가 음파로 인한 브리지들(1040)의 변형에 관계없이 저하되지 않도록 규정된다. 이는 음파로 인한 브리지들(1040)의 변형을 통해 구조체가 진동하면, 음파로 인한 다이어프램(1010)의 진동폭이 줄어들 수 있기 때문이다.
다이어프램(1010), 스페이서(1020) 및 백 플레이트(1030)로 구성된 구조체가 다이어프램(1010)의 잔류 응력에 응답하여 그 변형을 실현하기만 하면, 계층화된 구조, 형상 및 물질 등의 구조체의 설계에 대한 세부사항은 반드시 상술한 것들에만 한정될 필요는 없다.
또한, 브리지들(1040)이 (다이어프램(1010), 스페이서(1020) 및 백 플레이트(1030)로 구성된) 구조체의 변형(또는 변위) 흡수를 그 변형을 통해 실현하기만 하면, 브리지들(1040)은 어떠한 종류의 물질을 사용하여 형성될 수 있고, 어떠한 형상으로도 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 21에 도시된 바와 같이, 다이어프램(1010)의 강성률보다 낮은 강성률을 갖는 브리지들(1040)을 도전막(1110)의 중심부 외측에 있는 소정 영역에 다수의 구멍들을 형성함에 의해 재설계할 수 있다. 또는, 브리지들(1040)은 다이어프램(1010)의 주변부의 외측으로 연장되도록 위치될 수 있다.
아울러, 컨덴서 마이크로폰(1001)은 다이어프램(1010)이 백 플레이트(1030)에 비해 음원(도시 안 됨)에 가깝게 위치되도록 재설계될 수 있으며, 여기서 음파는 다이어프램(1010)에 직접 전달된다.
(b) 검출부의 구성
도 18B에 도시된 바와 같이, 다이어프램(1010)은 바이어스 전압 회로(1806)에 연결되고, 백 플레이트(1030)는 저항(1800)을 통해 접지된다. 백 플레이트(1030)는 전치 증폭기(1810)의 입력 단자에도 연결된다.
구체적으로 기술하자면, 바이어스 전압 회로(1806)에 연결된 리드(1804)는 다이어프램(1010)을 형성하는 데 사용되는 도전막(1104) 및 기판(1100)에 연결된다. 저항(1800)의 제1 단에 연결되는 리드(1802)는 백 플레이트(1030)를 형성하는 도전막(1110)에 연결되고, 컨덴서 마이크로폰(1001)을 장착하기 위한 인쇄 회로 기판(도시 안 됨)에 접지된 리드(1808)는 저항(1800)의 제2 단에 연결된다. 저항(1800)은 비교적 높은 저항을 가지며, 바람직하게는 기가급의 옴을 갖는다. 백 플레이트(1030)와 저항(1800)을 함께 연결하는 리드(1802)는 전치 증폭기(1810)의 입력 단자에도 연결된다.
(c) 컨덴서 마이크로폰의 동작
음파가 백 플레이트(1030)의 구멍들(1032)을 통해 전파된 후 다이어프램(1010)에 전달되면, 다이어프램(1010)은 이것에 가해지는 음파로 인해 진동한다. 다이어프램(1010)의 진동은 다이어프램(1010)과 백 플레이트(1030) 간의 간격을 가 변시켜, 다이어프램(1010)과 백 플레이트(1030) 간의 정전 용량이 가변된다.
다이어프램(1010)은 비교적 높은 저항을 갖는 저항(1800)에 연결되어 있으므로, 다이어프램(1010)과 백 플레이트(1030) 간에 축적된 전하는 정전 용량이 다이어프램(1010)의 진동으로 인해 가변하더라도 저항(1800)을 통해 거의 흐르지 않는다. 즉, 다이어프램(1010)과 백 플레이트(1030) 간에 축적된 전하는 사실상 변하지 않는 것으로 여겨진다. 이는 정전 용량의 변동분을 다이어프램(1010)과 백 플레이트(1030) 간에 인가되는 전압의 변동분으로서 추출할 수 있게 한다.
컨덴서 마이크로폰(1001)에서, 접지에 의거하여 다이어프램(1010)에서 발생하는 전압 변동분은 전치 증폭기(1810)에 의해 증폭되어, 정전 용량의 매우 적은 변동에 의거하여 전기 신호를 생성할 수 있다. 즉, 컨덴서 마이크로폰(1001)은 다이어프램(1010)에 가해지는 음압의 변동분을 정전 용량의 변동분으로 변환시키며, 이후에 변환된 정전 용량 변동분은 음압의 변동에 응답하여 전기 신호를 생성할 수 있다는 것에 근거하여 전압의 변동분으로 변환된다.
상술한 바와 같이, 다이어프램(1010)에 잔존하는 잔류 응력은 브리지들(1040)의 변형을 통해 감소된다. 이로써, 다이어프램(1010)은 음파로 인한 비교적 큰 진폭으로 진동할 수 있다. 이것에 의해 정전 용량의 변동분이 증가한다. 그러므로, 컨덴서 마이크로폰(1001)은 음압의 변동에 기초하여 비교적 큰 진폭을 갖는 전기 신호를 생성할 수 있다. 환언하자면, 다이어프램(1010)의 잔류 응력을 흡수하는, 브리지들(1040)의 변형에 의해 컨덴서 마이크로폰(1001)의 감도를 증가시킬 수 있다.
(d) 제조 방법
다음에, 컨덴서 마이크로폰(1001)의 제조 방법에 대해 도 22A 내지 도 22F 및 도 23A 내지 도 23F를 참조하면서 상세히 기술하기로 하며, 여기서 도 22A 내지 도 22F((A1) 내지 (A6)으로 지정)는 도 23A 내지 도 23F((B1) 내지 (B6)으로 지정) 의 횡단면도로서, 각각은 선 A5-A5(도 23A를 참조)을 따라 절취한 도면이다.
제조 방법의 제1 단계((A1), 즉 도 22A를 참조)에서, 기판(1100) 상에 절연막(1102)을 형성한다. 구체적으로 기술하자면, 기판(1100)의 표면 상에 CVD에 의해 절연 물질을 피착시켜 기판(1100) 상에 절연막(1102)을 형성한다. 이 공정은 SOI 기판을 사용함에 의해 생략될 수 있다.
다음에, 절연막(1102) 상에 CVD에 의해 도전막(1104)을 형성한다.
제조 방법의 제2 단계((B2), 즉 도 23B를 참조)에서, 도전막에 대해 패터닝을 행하여 다이어프램(1010)을 형성한다. 구체적으로 기술하자면, 도전막(1104) 상에 다이어프램(1010)을 형성하는 도전막(1104)의 소정 부분은 커버하면서 도전막(1104)의 불필요한 부분은 노출시키는 레지스트 막(1105)을 리소그래피에 의해 형성한다. 보다 구체적으로 기술하자면, 도전막(1104)에 레지스트를 도포하여 레지스트 막을 형성하고, 이 레지스트 막에 대해 소정 형상을 갖는 마스크를 사용하여 노출 및 현상 처리를 행한다. 따라서, 도전막(1104) 상에 레지스트 막(1105)이 형성된다. 다음에, 레지스트 막(1105)으로부터 노출되는 도전막(1104)의 노출된 부분에 대해 RIE(반응성 이온 에칭) 등의 에칭을 행함으로써, 다이어프램(1010)을 형성한다. 그 후, 레지스트 막(1105)을 제거한다.
제조 방법의 제3 단계((A3), 즉 도 22C를 참조)에서, 절연막(1102) 상의 도전막(1104) 상에 도전막(1104)의 두께보다 큰 두께를 갖는 절연막(1107)을 CVD를 통해 형성한다. 후속 공정에서 도전막(1104 및 1110)으로부터 절연막(1102 및 1107)을 선택적으로 제거하기 위해, 절연막 각각은 도전막들의 물질의 에칭비보다 높은 에칭비를 갖는 소정 물질로 구성된다. 예를 들어, 도전막들을 폴리실리콘으로 구성하면, 절연막들은 SiO2로 구성된다.
절연막들을 도전막들로부터 선택적으로 제거시키는 공정에서는, 컨덴서 마이크로폰(1001)의 소정 부품을 형성하는 절연막들의 소정 부분을 절연막들을 부분적으로 제거함에 의해 유지시킬 필요가 있다. 이런 이유로, 절연막(1102 및 1107) 모두 동일 물질로 구성하는 것이 바람직하며, 이것에 의해 동일한 에칭비를 설정할 수 있다. 이는 절연막들에 대한 에칭량을 쉽게 제어할 수 있게 한다.
다음에, 폴리실리콘 막인 도전막(1110)을 절연막(1107) 상에 CVD를 통해 형성한다,
제조 방법의 제4 단계((B4), 즉 도 23D를 참조)에서, 도전막에 대해 패터닝을 행하여 백 플레이트(1030) 및 브리지들(1040)을 형성한다. 구체적으로 기술하자면, 도전막(1104)의 패터닝과 마찬가지로, 도전막(1110)의 패터닝을 레지스트 막(1111)으로부터 노출되는, 도전막(1110)의 노출된 부분에 대해 수행되는, RIE 등의 에칭을 통해 수행한다.
제조 방법의 제5 단계((A5), 즉 도 22E를 참조)에서, 기판(1100)에 지지체 들(1050)에 의해 규정되는 개구부(1052)에 대응하는 개구부(1112)를 형성한다. 구체적으로 기술하자면, 개구부(1112)의 형성에 사용되는, 기판(1100)의 소정 부분을 노출시키는 레지스트 막(1113)을 리소그래피에 의해 형성한다. 다음에, 레지스트 막(1113)으로부터 노출되는 기판(1100)의 노출된 부분은 에칭 스토퍼 층으로서 기능하는 절연막(1102)을 향해 에칭이 진행되도록 수행되는, 딥(DeeP) RIE에 의해 제거함으로써, 기판(1100)에 개구부(1112)를 형성한다. 그 후, 레지스트 막(1113)을 제거한다.
제조 방법의 제6 단계((A6), 즉 도 22F를 참조)에서, 절연막(1102 및 1107)을 부분적으로 제거하여 절연막(1102)에 지지체들(1050)에 의해 규정되는 개구부(1052)에 대응하는 개구부(1114)를 형성한다. 그런 후, 절연막(1107)을 이용하여 스페이서(1020)를 형성하는 절연막(1106) 및 지지체들(1050)을 형성하는 절연막(1108)을 형성한다. 구체적으로 기술하자면, 절연막(1102 및 1107)을 습식 에칭에 의해 제거한다. 절연막(1102 및 1107)을 SiO2로 구성하면, 에칭액으로서 플루오르화 수소산을 사용하는 것이 바람직하다. 에칭액을 기판(1100)의 개구부(1112), 도전막(1110)의 구멍들(1032), 및 도전막(1110)과 브리지들(1040) 간에 형성된 간극에 침투시켜 절연막(1102 및 1107)에 도달하게 함으로써, 이들 절연막을 용해시킨다. 이에 의해, 스페이서(1020), 지지체들(1050), 다이어프램(1010) 및 백 플레이트(1030)에 의해 규정되는 공극(1060)이 형성된다. 이로써, 컨덴서 마이크로폰(1001)의 감지부의 형성이 완성된다.
제2 실시예는 이하에서 기술될 여러 방식으로 더 변형될 수 있다.
(e) 제1 변형
제2 실시예의 제1 변형은 도 24A 내지 도 24C를 참조하면서 컨덴서 마이크로폰(1002)에 대해 기술하기로 하며, 컨덴서 마이크로폰(1002)의 구성은 감지부에 브리지들이 포함된 것을 제외하고는, 컨덴서 마이크로폰(1001)의 구성과 기본적으로 동일하다. 컨덴서 마이크로폰(1002)은 휨부를 갖는 브리지들(1240)을 가지며, 이들 휨부는 백 플레이트(1030)의 종단부로부터 지지체들(1050) 쪽으로 연장되어 있다(도 24A 참조). 브리지들(1240)의 휨부의 변형으로 인해, 다이어프램의 잔류 응력을 흡수할 수 있다(도 24B 및 도 24C 참조).
(f) 제2 변형
제2 실시예의 제2 변형은 도 25A 내지 도 25B를 참조하면서 컨덴서 마이크로폰(1003)에 대해 기술하기로 하며, 컨덴서 마이크로폰(1003)의 구성은 감지부에 스페이서가 포함된 것을 제외하고는, 컨덴서 마이크로폰(1001)의 구성과 기본적으로 동일하다. 컨덴서 마이크로폰(1003)은 다이어프램(1010)의 잔류 응력으로 인해 전단(shearing) 변형되어지는 스페이서(1320)를 갖는다. 즉, 스페이서(1320)의 전단 변형으로 인해, 다이어프램(1010)의 강성률 및 백 플레이트(1030)의 강성률보다 클 수 있는, 브리지들(1040)의 강성률에 관계없이 다이어프램(1010)의 잔류 응력을 흡수 및 감소시킬 수 있다. 또한, 백 플레이트(1030) 및 브리지들(1040)은 함께 결합하여 플레이트를 형성한다.
(g) 제3 변형
제2 실시예의 제3 변형은 컨덴서 마이크로폰(1004)에 대해 기술하기로 하며, 컨덴서 마이크로폰(1004)의 구성은 감지부에 스페이서가 포함된 것을 제외하고는, 컨덴서 마이크로폰(1001)의 구성과 기본적으로 동일하다. 컨덴서 마이크로폰(1004)은 돌출부들(1400a)을 갖는 스페이서(1420)를 갖는다. 컨덴서 마이크로폰(1001)의 백 플레이트(1030)를 형성하는 도전막(1110)과 마찬가지로, 절연막(1400)이 지지체들(1050) 상에 브리지된다. 절연막(1400)에 의해 형성된 돌출부들(1400a)은 다이어프램(1010)을 형성하는 도전막(1104)을 향해 돌출되어 있으며, 여기서 돌출부들(1400a)의 상단부는 도전막(1104)에 고정된다. 스페이서(1420)는 컨덴서 마이크로폰(1003)의 스페이서(1320)와 마찬가지로 설계될 수 있다. 즉, 스페이서(1420)는 다이어프램(1010)의 잔류 응력으로 인해 전단(shearing) 변형될 수 있다.
(h) 제4 변형
제2 실시예의 제4 변형은 컨덴서 마이크로폰(1005)의 구성을 나타내는 도 27을 참조하면서 기술하기로 한다. 컨덴서 마이크로폰(1005)은 감지부(기계 부품들은 도 27에 도시됨) 및 검출부(회로들은 도 27에 도시됨)를 갖는다.
컨덴서 마이크로폰(1005)은 다이어프램(1510), 스페이서(1520), 브리지들(1540), 지지체들(1550), 제1 백 플레이트(1530), 및 제2 백 플레이트(1531)로 구성된다. 여기서, 다이어프램(1510), 스페이서(1520), 제1 백 플레이트(1530) 및 브리지들(1540)은 컨덴서 마이크로폰(1001)에 포함되는 다이어프램(1010), 스페이서(1020), 백 플레이트(1030) 및 브리지들(1040)과 사실상 동일하다.
제2 백 플레이트(1531)는 다이어프램(1510)에 대해 제1 백 플레이트(1530)에 대향하여 위치되고 지지체들(1550)에 의해 직접 지지된다. 구체적으로 기술하자면, 제2 백 플레이트(1531)는 절연막(1502)에 고정되어 있지 않은 도전막(1500)의 소정 부분을 사용하여 형성되며, 여기서 도전막(1500)은 지지체들(1550) 상에 브리지된다. 도전막(1500)은 고정 전극으로도 기능한다. 제2 백 플레이트(1531)에 복수의 구멍들(1533)을 형성하여, 다이어프램(1510)과 제2 백 플레이트(1531) 간에 형성된 공극(1560)과, 컨덴서 마이크로폰(1005)의 백 캐비티 간에 연통을 확립한다. 아울러, 제2 백 플레이트(1531)는 절연막 및 고정 전극으로 기능하는 도전막을 포함하는 다층 구조로 형성될 수 있다.
컨덴서 마이크로폰(1005)의 검출부에서, 다이어프램(1510)에 바이어스 전압이 인가된다. 제1 백 플레이트(1530)는 저항(1850)을 통해 접지되고, 제2 백 플레이트(1531)는 저항(1851)을 통해 접지된다. 또한, 제1 백 플레이트(1530)는 전치 증폭기(1856)의 제1 입력 단자에 연결되고, 제2 백 플레이트(1531)는 전치 증폭기(1856)의 제2 입력 단자에 연결된다.
구체적으로 기술하자면, 바이어스 전압 회로(1870)에 연결되는 리드(1872)는 다이어프램(1510)을 형성하는 도전막(1104)에 연결된다. 저항(1850) 및 전치 증폭기(1856)의 제1 입력 단자에 연결되는 리드(1862)는 제1 백 플레이트(1530)를 형성하는 도전막(1110)에 연결된다. 저항(1851) 및 전치 증폭기(1856)의 제2 입력 단자에 연결되는 리드(1861)는 제2 백 플레이트(1531)를 형성하는 도전막(1500)에 연결된다. 제2 백 플레이트(1531)와 저항(1851)을 함께 연결하는 리드(1861)는 기 판(1100)에도 연결된다.
저항(1850 및 1851) 모두 컨덴서 마이크로폰(1005)을 장착하는 보드(도시 안 됨)를 통해 접지되는 리드(1852)에 연결된다. 컨덴서 마이크로폰(1001)의 검출부에 포함된 저항(1800)(도 18B 참조)과 마찬가지로, 저항(1850 및 1851)은 비교적 높은 저항을 갖는다.
다음에, 컨덴서 마이크로폰(1005)의 동작에 대해 기술하기로 한다. 제1 백 플레이트(1530)와 제2 백 플레이트(1531) 간의 공간에서 진동하는 다이어프램(1510)의 진동으로 인해, 다이어프램(1510)과 제1 백 플레이트(1530) 간에 형성된 제1 정전 용량이 증가하면, 다이어프램(1510)과 제2 백 플레이트(1531) 간에 형성된 제2 정전 용량은 감소한다. 제1 정전 용량이 감소할 경우에는, 제2 정전 용량은 증가한다. 환언하자면, 다이어프램(1510)과 제1 백 플레이트(1530) 간에 인가되는 제1 전압은 다이어프램(1510)에 인가되는 음파로 인해 다이어프램(1510)과 제2 백 플레이트(1531) 간에 인가되는 전압과는 상보적으로 변한다. 이런 상보적인 제1 전압과 제2 전압의 변동분에 대해 전치 증폭기(1856)에 의해 차동 증폭을 행함으로써, 제1 및 제2 정전 용량 변동의 합에 응답하는 전기 신호를 생성한다. 따라서, 컨덴서 마이크로폰(1005)의 감도를 증가할 수 있다.
(i) 제5 변형
제2 실시예의 제5 변형에 대해 컨덴서 마이크로폰(1006)의 구성을 나타내는 도 28A 및 도 28B를 참조하면서 기술하기로 하고, 도 28B는 도 28A의 선 B11-B11을 따라 절취한 수평 단면도이다. 컨덴서 마이크로폰(1006)은 감지부(기계 부품들은 도 28A에 도시됨) 및 검출부(회로들은 도 28A에 도시됨)를 갖는다.
컨덴서 마이크로폰(1006)의 감지부의 구성은 지지체들(1650)을 제외하고는, 컨덴서 마이크로폰(1001)의 감지부의 구성와 기본적으로 동일하다. 지지체들(1650)은 기판(1100), 절연막(1102), 도전막(1600), 절연막(1108) 및 절연막(1108)에 고정되는 도전막(1110)의 소정 부분으로 구성된다. 도전막(1600)은 절연막(1108)에 고정되는 도전막(1110)의 소정 부분과 기판(1100) 간에 형성된다.
구체적으로 기술하자면, 도 28B에 도시된 바와 같이, 도전막(1600)은 다이어프램(1010)을 형성하는 도전막(1104)을 둘러싸는 C-형상을 가져, 도전막(1104)의 소정 부분이 도전막(1600)의 절결(cutout) 영역을 통해 연신되어 있다(elongate). 도전막(1600)의 절결 영역을 통해 연신되어 있는 도전막(1104)의 연신된 부분은 다이어프램(1010)과 전극(1080) 간의 전기적 접속을 확립하는 리드(또는 도체)(1082)를 형성하고, 이 전극(1080)은 다이어프램(1010)에 바이어스 전압을 인가하는 데 사용된다. 도전막(1600)은 도전막(1110) 또는 기판(1100)과 동일한 전위로 사실상 바이어스됨으로써, 컨덴서 마이크로폰(1006)의 기생 캐패시티를 줄이는 보호 전극(1670)으로서 기능한다. 이에 대한 상세한 사항은 나중에 기술하기로 한다.
보호 전극(1670)을 형성하는 도전막(1600) 및 다이어프램(1010)을 형성하는 도전막(1104) 모두 동일한 막 구성을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. 구체적으로 기술하자면, 컨덴서 마이크로폰(1001)의 제조 방법과 마찬가지로, 기판(1100) 상에 절연막(1102)을 형성하고, 절연막(1102) 상에 도전막을 형성한 후, 도전막에 대해 패터닝을 행하여 도전막(1600 및 1104)을 형성한다. 다이어프램(1010)의 동 일한 막 구성을 이용하여 보호 전극(1670)을 형성하면, 컨덴서 마이크로폰(1006)의 제조를 단순화할 수 있다.
컨덴서 마이크로폰(1006)의 검출부를 참조해 보면, 다이어프램(1010) 및 기판(1100) 모두 바이어스 전압 회로(1901)에 연결된다. 백 플레이트(1030)는 저항(1903)을 통해 접지되고, 또한 전치 증폭기(1910)의 입력 단자에도 연결된다. 즉, 컨덴서 마이크로폰(1006)의 검출부는 전치 증폭기(1910)가 백 플레이트(1030)와 접지 간에 인가되는 전압에 근거하여 전기 신호를 생성하도록 설계된다. 검출부의 출력 전압은 보호 전극(1670)에 인가된다.
구체적으로 기술하자면, 바이어스 전압 회로(1901)에 연결되는 리드(1900)는 다이어프램(1010)을 형성하는 도전막(1104) 및 기판(1100)에 연결된다. 저항(1903)의 제1 단에 연결되는 리드(1902)는 백 플레이트(1030)를 형성하는 도전막(1110)에 연결되고, 컨덴서 마이크로폰(1006)을 장착하는 보드 상에 접지되는 리드(1904)는 저항(1903)의 제2 단에 연결된다. 백 플레이트(1030)와 저항(1903)을 함께 연결하는 리드(1902)는 전치 증폭기(1910)의 입력 단자에도 연결된다. 전치 증폭기(1910)는 전압-폴로워 회로를 형성한다. 전치 증폭기(1910)의 출력 단자에 연결되는 리드(1906)는 보호 전극(1670)을 형성하는 도전막(1600)에 연결된다.
백 플레이트(1030)를 형성하는 도전막(1110) 및 보호 전극(1670) 모두 사실상 동일한 전위에 있으면, 도전막(1110)과 보호 전극(1670) 간의 기생 캐패시티를 제거시킬 수 있다. 그럼으로써, 도전막(1110)과 기판(1100) 간의 기생 용량을 줄일 수 있다. 이와 같이, 컨덴서 마이크로폰(1006)의 감도를 증가시킬 수 있다.
(j) 제6 변형
제2 실시예의 제6 변형에 대해 도 29A 및 도 29B를 참조하면서 기술하기로 하며, 도 29B는 도 29A의 선 B12-B12을 따라 절취한 수평 단면도이다.
컨덴서 마이크로폰(1007)의 감지부의 구성은 제1 백 플레이트(1730)가 고정 전극을 갖지 않는 것을 제외하고는, 컨덴서 마이크로폰(1005)의 감지부의 구성과 기본적으로 동일하다. 제1 백 플레이트(1730)는 지지체들(1550) 상에 브리지되는, 절연막(1710)을 이용하여 형성된다. 다이어프램(1510)에 대해 제1 백 플레이트(1730)에 대향하여 제2 백 플레이트(1731)가 위치된다. 또한, 제1 백 플레이트(1730)는 다층 구조로 형성될 수 있다.
도 29A에 도시된 회로를 참조해 보면, 다이어프램(1510)은 저항(1800)을 통해 접지되고, 제2 백 플레이트(1731)는 바이어스 전압 회로(1806)에 연결된다. 다이어프램(1510)은 전치 증폭기(1810)의 입력 단자에도 연결된다.
구체적으로 기술하자면, 저항(1800)의 제1 단에 연결되는 리드(1802)는 다이어프램(1510)을 형성하는 도전막(1104)에 연결된다. 또한, 컨덴서 마이크로폰(1007)을 장착하는 보드(도시 안 됨) 상에 접지되어 있는 리드(1808)는 저항(1800)의 제2 단에 연결된다. 다이어프램(1510)과 저항(1800)을 함께 연결하는 리드(1802)는 전치 증폭기(1810)의 입력 단자에도 연결된다. 바이어스 전압 회로(1806)에 연결되는 리드(1804)는 제2 백 플레이트(1731)를 형성하는 도전막(1500)과 기판(1100) 사이에 연결된다.
다이어프램(1510)이 음파로 인해 진동하면, 다이어프램(1510)과 제2 백 플레 이트(1731) 간에 형성된 정전 용량이 변한다. 컨덴서 마이크로폰(1007)에서, 전치 증폭기(1810)는 다이어프램(1510)과 제2 백 플레이트(1731) 간의 전압 변동을 증폭시킨다.
3. 제3 실시예
본 발명의 제3 실시예에 따른 컨덴서 마이크로폰(2001)에 대해 도 30A 내지 도 30C 및 도 31을 참조하면서 기술하기로 하며, 도 30A는 도 31의 선 A1-A1을 따라 절취한 횡단면도이고, 도 30B는 도 31의 선 B1-B1을 따라 절취한 횡단면도이고, 도 30C는 도 30A의 선 C1-C1을 따라 절취한 수평 단면도이다.
컨덴서 마이크로폰(2001)은 반도체 제조 공정을 통해 제조된 실시콘 캐패시터 마이크로폰이다. 컨덴서 마이크로폰(2001)은 감지부(기계 부품들은 도 30A 및 도 30B에 도시됨) 및 검출부(회로들은 도 30A에 도시됨)를 갖는다.
컨덴서 마이크로폰(2001)의 감지부는 다이어프램(2010), 백 플레이트(2030) 및 지지체들(2040)로 구성된다. 다이어프램(2010)은 절연막(2110)에 고정되어 있지 않은 도전막(2114)의 소정 부분, 절연막(2108) 및 도전막(2104)을 이용하여 형성된다. 다이어프램(2010)은 지지체들(2040) 상에 브리지되어 백 플레이트(2030)와 함께 공극을 형성한다.
도전막(2104 및 2114) 모두, 예를 들어, 다결정 실리콘(즉, 폴리실리콘)으로 구성된 반도체 막이며, 여기서 도전막(2114)의 두께는 도전막(2104)의 두께보다 작다. 구체적으로 기술하자면, 예를 들어, 도전막(2114)의 두께는 0.6㎛ 내지 2.0㎛ 의 범위이고, 도전막(2104)의 두께는 0.5㎛ 내지 1.5㎛이다. 절연막(2108)은, 예컨대, SiO2로 이루어진 산화물 막이다. 두께가 2.0㎛ 내지 6.0㎛(바람직하게는 4.0㎛)이고 폭이 10㎛ 내지 20㎛인 절연막(2108)은 도전막(2104)의 근단부 상에 형성된다. 여기서, 절연막(2108)의 폭은 지지체들(2040) 사이에 연장되어 있는, 다이어프램(2010)의 연장 방향으로 놓여있다. 절연막(2108)의 한 단부는 도전막(2104)에 고장되는 한편, 그 대향 단부는 도전막(2114)에 고정된다. 도전막(2114)은 지지체들(2040)을 형성하는 절연막(2110)의 표면을 향해 수평으로 연신되어 있다.
다이어프램(2010)의 중심부(2012)는 절연막(2108)에 고정되어 있지 않은 도전막(2104)의 소정 부분을 이용하여 형성되고, 다이어프램(2010)의 중간부(2014)는 절연막(2108) 뿐 아니라, 절연막(2108)에 고정되는 도전막(2104)의 소정 부분 및 절연막(2108)에 고정되는 도전막(2114)의 소정 부분을 이용하여 형성되고, 다이어프램(2010)의 근단부(2016)는 절연막(2108 및 2110)에 고정되지 않는 도전막(2114)의 소정 부분을 이용하여 형성된다.
다이어프램(2010)의 근단부(2016)는 중심부(2012)를 형성하는 도전막(2104)의 두께보다 작은 두께를 갖는 도전막(2114)을 이용하여 형성된다. 다이어프램(2010)의 중간부(2014)는 중심부(2012)를 형성하는 도전막(2104), 근단부(2016)를 형성하는 도전막(2114) 및 절연막(2108)을 이용하여 형성되고, 여기서 중간부(2014)의 두께는 중심부(2012) 및 근단부(2016)의 두께보다 크고, 중간부(2014)의 강성률은 중심부(2012) 및 근단부(2016)의 강성률보다 높다.
다이어프램(2010)을 형성하는 도전막(2104 및 2114)의 물질 및 형상은 근단부(2016)의 강성률이 중심부(2012)의 강성률보다 낮게 되는 정도로 적절하게 정할 수 있다. 예를 들어, 도전막(2114)을 도전막(2104)의 경도보다 낮은 경도를 갖는 소정의 물질을 이용하여 형성할 경우, 도전막(2104 및 2114) 모두 동일한 두께로 형성될 수 있거나, 또는 도전막(2114)의 두께를 도전막(2104)의 두께보다 크게 되도록 증가시킬 수 있다.
다이어프램(2010)의 중심부(2012), 중간부(2014) 및 근단부(2016) 각각은 이들이 상술한 관계를 확립하기만 하면 두께를 서로 달리하도록 한 단일 층을 이용하여 형성될 수 있다. 이와는 다르게, 중심부(2012) 및 근단부(2016) 각각은 다층 구조로 형성될 수 있고, 중간부(2014)는 2 개 층 또는 4 개 이상의 층을 포함하는 다층 구조로 형성될 수 있다. 아울러, 다이어프램(2010)의 강성률은 불순물을 이용한 이온 주입을 통해 제어할 수 있다.
도 31은 지지체들(2040)에 의해 3 개 지점에서 고정되어 있는 다이어프램(2010)의 일례를 도시한 것으로, 여기서 중간부(2014)는 다이어프램(2010)의 중심부(2012)를 둘러싸며 이들 간에 소정의 간격을 두고 위치되도록 형성되며, 근단부(2016)는 지지체들(2040) 쪽으로 방사 방향으로 연장된다. 물론, 다이어프램(2010)은 3 개 이상의 지점에서 고정되도록 설계될 수 있다. 또는, 도 50A 및 도 50B에 도시된 바와 같이, 다이어프램(2010)을 형성하는 박막 모두 백 플레이트(2030)를 형성하는 층들과는 다른 층들로 형성되어, 다이어프램(2010)의 원주부가 전체적으로 고정된다. 이와는 다르게, 중간부(2014)는 중심부(2012)를 둘러싸 는 링 형상으로 형성될 수 있거나, 또는 C-형상로 형성될 수 있다. 도전률을 갖는 다이어프램(2010)은 가동 전극으로 기능하며, 여기서 다이어프램(2010)은 가동 전극으로서 기능하는 도전막 및 도전막(2104)의 형상과 동일한 형상을 갖는 절연막으로 구성될 수 있다.
백 플레이트(2030)는 절연막(2110)에 고정되지 않는 도전막(2112)의 소정 부분을 이용하여 형성된다. 도전막은, 예를 들어, 폴리실리콘으로 구성된 반도체 막이다. 백 플레이트(2030)에 복수의 구멍(2032)을 형성한다(도 31 참조). 음원(도시 안 됨)으로부터 방사된 음파들은 백 플레이트(2030)의 구멍(2032)을 통해 전파되어 다이어프램(2010)에 전달된다. 도전률을 갖는 백 플레이트(2030)는 고정 전극으로 기능하고, 여기서 백 플레이트(2030)는 고정 전극을 기능하는 도전막 및 도전막(2112)의 형상과 동일한 형상을 갖는 절연막을 이용하여 형성될 수 있다. 구멍(2032)은 반드시 원형으로 형성될 필요는 없다. 그러므로, 구멍(2032)은 다른 형상으로 형성될 수 있다.
지지체들(2040)은 절연막(2110), 도전막(2106), 절연막(2102) 및 기판(2100) 뿐 아니라, 절연막(2110)에 고정되는 도전막(2112)의 소정 부분 및 절연막(2110)에 고정되는 도전막(2114)의 소정 부분을 이용하여 형성된다. 예를 들어, 절연막(2102 및 2110)은 SiO2로 이루어진 산화물 막이고, 도전막(2106)은 폴리실리콘으로 이루어진 반도체 막이고, 기판(2100)은 단결정 실리콘 기판이다.
도 30C에 도시된 바와 같이, 기판(2100)은 바이어스 전압 회로(2800)(검출부 로 기능함, 도 30B를 참조), 다이어프램(2010)과의 연결을 확립하는 전극(2060), 및 전극 확장부(2105)의 리드(2105a)와 상호연결된다. 전극 확장부(2105)는 도전막(2104)을 이용하여 형성되어 전극(2060)과 다이어프램(2010)을 함께 연결한다. 구체적으로 기술하자면, 전극 확장부(2105)는 전극(2060)에서 다이어프램(2010)으로 연장되는 리드(2105a), 및 지지체들(2040) 및 다이어프램(2010) 상에 브리지되는 브리지들(2105b)로 구성된다. 기판(2100) 및 절연막(2102)을 관통하는 개구부(2042)가 지지체들(2040)에 의해 규정된다. 개구부(2042)는 컨덴서 마이크로폰(2001)의 백 캐비티를 형성한다.
컨덴서 마이크로폰(2001)은, 백 플레이트(2030)에 비해 다이어프램(2010)을 음원(도시 안 됨)에 가깝게 위치되는 방식으로 재설계할 수 있으므로, 음파가 다이어프램(2010)에 직접 전달되게 된다. 이 경우, 백 플레이트(2030)의 구멍(2032)은 백 캐비티와, 다이어프램(2010)과 백 플레이트(2030) 간에 형성된 공극(2050) 간에 연통을 확립하는 통로(passage)로서 기능한다.
(b) 검출부의 구성
도 30B에 도시된 바와 같이, 다이어프램(2010)은 바이어스 전압 회로(2800)에 연결되고, 백 플레이트(2030)는 저항(2802)을 통해 접지되고, 또한 전치 증폭기(2810)에도 연결된다. 컨덴서 마이크로폰(2001)의 검출부는 전치 증폭기(2810)에 의해 백 플레이트(2030)의 전압에 기초하여(접지에 기초하여 측정되는) 전기 신호를 생성한다.
구체적으로 기술하자면, 바이어스 전압 회로(2800)에 연결되는 리드(2804)는 도전막(2104) 및 기판(2100)에 연결된다. 저항(2802)의 제1 단에 연결되는 리드(2806)는 백 플레이트(2030)를 형성하는 도전막(2112)에 연결되고, 저항(2802)의 제2 단에 연결되는 리드(2808)는 컨덴서 마이크로폰(2001)을 장착하는 보드(도시 안 됨) 상에 접지된다. 저항(2802)은 비교적 높은 저항을 갖는다. 저항(2802)은 기가급의 옴을 갖는 것이 바람직하다. 백 플레이트(2030)와 저항(2802)을 함께 연결하는 리드(2806)는 전치 증폭기(2810)의 입력 단자에도 연결된다. 전치 증폭기(2810)는 비교적 높은 입력 임피던스를 갖는 것이 바람직하다.
(c) 컨덴서 임피던스의 동작
음파가 백 플레이트(2030)의 구멍(2032)을 통해 전파되어 다이어프램(2010)에 전달되면, 다이어프램(2010)은 이것에 인가되는 음파에 의해 진동한다. 다이어프램(2010)의 진동으로 인해, 백 플레이트(2030)와 다이어프램(2010) 간의 간격이 변하여, 이에 따라 다이어프램(2010)과 백 플레이트(2030) 간에 형성된 정전 용량이 변한다.
백 플레이트(2030)는 비교적 높은 저항을 갖는 저항(2802)에 연결되므로, 다이어프램(2010)과 백 플레이트(2030) 간에 축적된 전하들은 다이어프램(2010)의 진동으로 인해 정전 용량이 변하더라도 저항(2802)을 통해 사실상 흐르지 못한다. 즉, 축적된 전하는 사실상 변하지 않는다. 따라서, 정전 용량의 변동분은 백 플레이트(2030)와 접지 간에 인가되는 전압의 변동분으로 변환될 수 있다.
상술한 바와 같이, 컨덴서 마이크로폰(2001)은 정전 용량의 매우 작은 변동에 근거하여 전기 신호를 생성할 수 있다. 즉, 다이어프램(2010)에 가해지는 음압 을 정전 용량의 변동분으로 변환시킬 수 있으며, 변환된 정전 용량 변동분은 컨덴서 마이크로폰(2001)이 음압의 변동에 기초하여 전기 신호를 생성하는 것에 의거하여 전압 변동분으로 변환된다.
도 32는 고르게 분포된 강성률을 갖는 다이어프램(2910)을 포함한 공지된 컨덴서 마이크로폰(2900)을 도시한다. 여기서, 다이어프램(2910)은 그 중심부만이 최대로 변위되는 방식으로 진동하고(화살표 2990 참조), 여기서 진동으로 인한 다이어프램(2910)의 변위는 지지체들(2940)에 고정된 외주변부 쪽으로는 작게 된다(화살표 2992 참조). 이에 의해, 컨덴서 마이크로폰(2900)의 감도가 줄어든다.
컨덴서 마이크로폰(2900)의 감도는 다이어프램(2910)과 백 플레이트(2030)(도시 안 됨) 간의 간격 내에서 다이어프램(2910)의 최대 변위를 증가시킴에 의해 증가될 수 있다. 이 경우, 그러나, 정전 흡인으로 인해, 다이어프램(2910)이 백 플레이트에 가깝게 이동될 때 다이어프램(2910)이 백 플레이트 쪽으로 이끌려지는 방식으로 풀-인 현상이 발생할 가능성이 있다.
다음에, 컨덴서 마이크로폰(2001)의 동작에 대해 도 33을 참조하면서 기술하기로 한다.
상술한 바와 같이, 다이어프램(2910)의 근단부(2016)의 강성률은 중심부(2012)의 강성률 및 중간부(2014)의 강성률보다 낮다. 그래서, 다이어프램(2010)은 근단부(2016)가 변형되는 식으로 음파에 의해 진동한다. 또한, 중간부(2014)의 강성률은 중심부(2012)의 강성률 및 근단부(2016)의 강성률보다 높다. 그래서, 중심부(2012)는 근단부(2016)의 변형에 관계없이 변형되지 않는다.
즉, 다이어프램(2010)은 근단부(2016)가 중심부(2012)의 변형을 사실상 일으키지 않으면서 변형되는 식으로 진동한다. 환언하자면, 컨덴서 마이크로폰(2001)은 다이어프램(2010)의 중심부(2012)가 최대 변위에서 진동할 수 있는 것을 보장한다(도 33의 화살표 2090 참조). 그래서, 고르게 분포된 강성률을 갖는 다이어프램(2910)을 포함한 공지된 컨덴서 마이크로폰(도 32를 참조)에 비해, 다이어프램(2010)과 백 플레이트(2030) 간에 가변 형성되는 캐패시티를 증가시킬 수 있다. 따라서, 컨덴서 마이크로폰(2001)의 감도를 증가시킬 수 있다.
(d) 제조 방법
다음에, 컨덴서 마이크로폰(2001)의 제조 방법에 대해 도 34A 내지 도 34G 및 도 35A 내지 도 35G를 참조하면서 기술하기로 하고, 여기서 도 34A 내지 도 34G(참조 기호(A1) 내지 (A7)로 지정됨)는 도 35A 내지 도 35G(참조 기호 (B1) 내지 (B7)로 지정됨)이 횡단면도로서, 이들 도면 각각은 도 35A의 선 A5-A5을 따라 절취된 것이다.
제조 방법의 제1 단계((A1), 즉 도 34A를 참조)에서, 예를 들어, 단결정 실리콘 기판 등의 반도체 기판인 기판(2100) 상에 절연막(2102)을 형성한다. 구체적으로 기술하자면, 기판(2100)의 표면 상에 CVD(화학 기상 피착)을 통해 절연 물질을 피착시킴에 의해, 기판(2100) 상에 절연막(2102)을 형성한다.
다음에, 절연막(2102) 상에 CVD를 통해 도전막(2103)(예컨대, 폴리실리콘 막)을 형성한다.
상술한 공정은 SOI 기판을 이용함에 의해 생략될 수 있다.
제2 단계((B2), 즉 도 35B를 참조)에서, 도전막(2103)에 대해 패터닝을 행해 다이어프램(2010)을 형성하는 도전막(2104) 및 지지체들(2040)을 형성하는 도전막(2106)을 형성한다. 구체적으로 기술하자면, 도전막(2103) 상에 도전막(2104 및 2106)으로 남겨지는 도전막(2103)의 소정 부분은 커버하면서 도전막(2103)의 불필요한 부분을 노출시키도록 리소그래피를 통해 레지스트 막(2107)을 형성한다. 보다 구체적으로 기술하자면, 도전막(2103) 상에 레지스트를 도포하여 레지스트 막을 형성한 후, 이 레지스트 막에 대해 소정 형상의 마스크를 이용하여 도전막(2103)의 불필요한 부분이 제거되도록 노출 및 현상을 행함으로써, 도전막(2103) 상에 레지스트 막(2107)을 형성한다. 그런 후, 레지스트 막(2107)으로부터 노출되는 도전막(2103)의 노출된 부분에 대해 RIE(반응성 이온 에칭) 등의 에칭을 행하여 도전막(2104 및 2106)을 형성한다. 그 후, 레지스트 막(2107)을 제거한다.
제3 단계((A3), 즉 도 34C를 참조)에서, 절연막(2102) 상의 도전막(2104 및 2106) 상에 도전막(2104 및 2106)의 두께보다 큰 두께를 갖는 절연막(2111)을 CVD에 의해 형성한다. 후속 공정에서, 절연막(2102 및 2111)을 도전막(2112 및 2114) 뿐 아니라, 도전막(2104 및 2106)으로부터 선택적으로 제거함으로써, 도전막들의 물질의 에칭비보다 높은 에칭비를 갖는 소정 물질을 이용하여 절연막들을 형성한다. 예를 들어, 도전막들이 폴리실리콘으로 이루어지면, 절연막들은 SiO2로 이루어진다.
절연막들을 도전막들로부터 선택적으로 제거시키는 공정에서, 절연막들을 부 분적으로 제거시키지만, 컨덴서 마이크로폰(2001)의 여러 부품들을 형성하기 위해 여전히 남겨둔다. 그래서, 절연막(2102 및 2111)을 동일 물질로 구성하는 것이 바람직하며, 이에 의해 이들 절연막에 대해 동일한 에칭비를 설정할 수 있다. 이는 절연막들에 대한 에칭량을 용이하게 제어할 수 있게 한다.
다음에, 절연막(2111) 상에 CVD를 통해 도전막(2115)(예컨대, 폴리실리콘 막)을 형성한다.
제4 단계((B4), 즉 도 35D를 참조)에서, 도전막(2115)에 대해 패터닝을 행하여 백 플레이트(2030)를 형성하는 도전막(2112) 및 다이어프램(2010)을 형성하는 도전막(2114)을 형성한다. 구체적으로 기술하자면, 도전막(2115) 상에 도전막(2112 및 2114)으로 남겨지는 도전막(2115)의 소정 부분은 커버하면서 도전막(2115)의 불필요한 부분은 노출시키도록 리소그래피를 통해 레지스트 막(2116)을 형성한다. 다음에, 레지스트 막(2116)으로부터 노출되는 도전막(2115)의 노출된 부분에 대해 RIE 등의 에칭을 행함으로써, 도전막(2112 및 2114)을 형성한다. 그 후, 레지스트 막(2116)을 제거한다. 도전막(2112 및 2114) 모두 동일한 도전막(2115)을 이용하여 형성되므로, 컨덴서 마이크로폰(2001)의 제조 공정을 단순화할 수 있다.
제5 단계((A5), 즉 도 34E를 참조)에서, 지지체들(2040)의 윤곽이 형성된다. 구체적으로 기술하자면, 절연막(2111)의 소정 부분은 도전막(2112)과 도전막(2114) 사이의 영역에서 노출되고, 절연막(2111)의 소정 부분은 도전막(2112)에 형성된 구멍(2032)을 통해 노출되고, 도전막(2112 및 2114)을 커버하는 레지스트 막(2117)이 형성된다. 그런 후, 레지스트 막(2117)으로부터 노출되는 절연막(2111)의 노출된 부분을 RIE를 통해 제거한다. 그 후, 레지스트 막(2117)을 제거한다.
제6 단계((A6), 즉 도 34F를 참조)에서, 기판(2100)에 지지체들(2040)에 의해 규정되는 개구부(2042)에 대응하는 개구부(2120)을 형성한다. 구체적으로 기술하자면, 개구부(2120)에 대응하는 기판(2100)의 소정 영역을 노출시키는 레지스트 막(2121)을 리소그래피에 의해 형성한다. 그런 후, 레지스트 막(2121)으로부터 노출되는 기판(2100)의 노출된 부분을 에칭이 절연막(2102)에 도달하게끔 진행하는 딥(Deep) RIE를 통해 제거함으로써, 기판(2100)에 개구부(2120)를 형성한다. 그 후, 레지스트 막(2121)을 제거한다.
제7 단계((A7), 즉 도 34G를 참조)에서, 절연막(2102 및 2111)을 부분적으로 제거하여, 다이어프램(2010)과 백 플레이트(2030) 간에 공극(2050)을 형성하고, 절연막(2102)에 개구부(2122)(지지체들(2040)에 의해 규정되는 개구부(2042)에 대응함)를 형성하고, 절연막(2111)을 이용하여 절연막((2108)(다이어프램(2010)을 형성함) 및 절연막(2110)(지지체들(2040)을 형성함)을 형성한다. 구체적으로 기술하자면, 절연막(2102 및 2111)은 습식 에칭에 의해 제거한다. 절연막(2102 및 2111)을 SiO2로 구성하면, 에칭액으로서 플루오르화 수소산을 사용할 수 있다. 에칭액을 기판(2100)의 개구부(2120) 및 도전막(2112)의 구멍(2032) 내로 침투시켜 절연막(2102 및 2111)에 도달시킴으로써 이들 절연막을 용해시킨다. 따라서, 다이어프램(2010)과 지지체들(2040) 뿐 아니라 다이어프램(2010)과 백 플레이트(2030) 사이 에도 공극(2050)을 형성할 수 있다. 이로써, 컨덴서 마이크로폰(2001)의 감지부의 형성을 완성할 수 있다.
제3 실시예는 이하에서 기술될 여러 방식을 통해 더 변형될 수 있다.
(e) 제1 변형
제3 실시예의 제1 변형에 대해 도 36 및 도 37A 및 도 37B를 참조하면서 기술하기로 하며, 도 37A는 도 36의 선 A9-A9를 따라 절취한 횡단면도이고, 도 37B는 도 36의 선 B9-B9를 따라 절취한 횡단면도이다. 제3 실시예의 제1 변형에 따른 컨덴서 마이크로폰(2002)은 검출부 및 감지부로 구성된다. 컨덴서 마이크로폰(2002)의 검출부의 구성은 컨덴서 마이크로폰(2001)의 검출부의 구성과 사실상 동일하다.
컨덴서 마이크로폰(2002)은 전극(2060) 및 전극 확장부(2105)(다이어프램(2010)에 연결됨)를 포함하며, 이들에 대해서는 편의 상 도시 및 설명하지 않기로 한다.
컨덴서 마이크로폰(2002)의 감지부는 다이어프램(2010)(컨덴서 마이크로폰(2001)의 것과 동일함), 백 플레이트(2230) 및 지지체들(2240)로 구성된다.
백 플레이트(2230)는 절연막(2202) 및 도전막(2112) 뿐 아니라, 절연막(2102)에 고정되는 도전막(2200)의 소정 부분을 이용하여 형성된다. 도전막(2112)은 백 플레이트(2230)와 다이어프램(2010)의 중심부(2012) 간에 공극(2250)이 형성되도록 도전막(2200) 및 절연막(2202)에 의해 유지된다.
지지체들(2240)은 절연막(2110)에 고정되는 도전막(2114 및 2200)의 소정 부분, 절연막(2110 및 2102) 및 기판(2100)을 이용하여 형성된다.
다음에, 컨덴서 마이크로폰(2002)의 제조 방법에 대해 도 38A 내지 도 38D, 도 39A 내지 도 39D 및 도 40A 내지 도 40D를 참조하여 기술하기로 하고, 여기서 도 38A 내지 도 38D(참조 부호(A1) 내지 (A4)로 표시)는 도 40A 내지 도 40D(참조 부호 (C1) 내지 (C4)로 표시)의 횡단면도로서, 각각은 도 40A의 선 A10-A10을 따라 절취한 것이고, 도 39A 내지 도 39D(참조 부호(B1) 내지 (B4)로 표시)는 도 40A 내지 도 40D의 횡단면도로서 각각은 도 40A의 선 B10-B10을 따라 절취한 것이다.
컨덴서 마이크로폰(2002)의 제조 방법의 제1 단계((A1), 즉 도 38A를 참조)에서, 컨덴서 마이크로폰(2001)의 제조 방법과 마찬가지로, 기판(2100) 상에 절연막(2102)을 형성한다. 그 후, 절연막(2102) 상에 도전막(2103)을 형성한다.
다음에, 도전막(2103)에 대해 패터닝((B1), 즉 도 39A)을 행하여 다이어프램(2010)을 형성하는 도전막(2104) 및 백 플레이트(2230) 및 지지체들(2240)을 형성하는 도전막(2200)을 형성한다. 도전막(2104 및 2240) 모두 동일한 도전막(2103)을 이용하여 형성되므로, 컨덴서 마이크로폰(2002)의 제조 공정을 단순화할 수 있다.
제2 단계((A2), 즉 도 38B를 참조)에서, 컨덴서 마이크로폰(2001)의 제조 방법과 마찬가지로, 도전막(2104 및 2200)의 두께보다 큰 두께를 갖는 절연막(2111)을 절연막(2102) 상에 형성한다. 그 후, 절연막(2111) 상에 도전막(2115)을 형성한다.
제3 단계((B3), 즉 도 39C를 참조)에서, 도전막(2115)에 대해 패터닝을 행하여 백 플레이트(2230)를 형성하는 도전막(2112) 및 다이어프램(2010)을 형성하는 도전막(2114)을 형성한다. 도전막(2112 및 2114) 모두 동일한 도전막(2115)을 이용하여 형성되므로, 컨덴서 마이크로폰(2002)의 제조 공정을 단순화할 수 있다.
제4 단계((B4), 즉 도 39D를 참조)에서, 컨덴서 마이크로폰(2001)의 제조 방법과 마찬가지로, 기판(2100)에 개구부(2120)를 형성한다. 그 후, 절연막(2102 및 2111)을 일부 제거한다. 이로써, 컨덴서 마이크로폰(2002)의 감지부의 형성이 완료된다.
다음으로, 제3 실시예의 제2 내지 제6 변형에 대해 컨덴서 마이크로폰을 통해 기술하기로 한다. 제3 실시예의 제2 내지 제6 변형에 따른 컨덴서 마이크로폰의 검출부 각각은 컨덴서 마이크로폰(2001)의 검출부와 동일하다. 또한, 제3 실시예의 제2 내지 제6 변형에 따른 컨덴서 마이크로폰의 감지부 각각은 컨덴서 마이크로폰(2001)의 제조 방법에 적응되는 도전막(2103)의 패터닝 및 도전막(2115)의 패터닝을 약간 변경함으로써 제조될 수 있다.
(f) 제2 변형
제3 실시예의 제2 변형에 따른 컨덴서 마이크로폰(2003)에 대해 도 41 내지 도 42A 및 도 42B를 참조하면서 기술하기로 하며, 여기서 도 42A는 도 41의 선 A13-A13을 따라 절취한 횡단면도이고, 도 42B는 도 41의 선 B13-B13을 따라 절취한 횡단면도이다. 이하의 설명에서는, 컨덴서 마이크로폰(2003)에 포함된 다이어프램(2310)에 연결된 전극 및 전극 연장부에 대해서는 편의 상 기술하지 않기로 한다.
컨덴서 마이크로폰(2003)의 감지부는 다이어프램(2310), 백 플레이트(2330), 지지체들(2340) 및 전극(2360)으로 구성된다. 다이어프램(2310)은 지지체들(2340) 상에서 브리지되어 백 플레이트(2330)와 함께 공극(2350)을 형성한다. 다이어프램(2310)은 중심부(2312)를 가지며, 이는 컨덴서 마이크로폰(2001)에 포함된 다이어프램(2010)의 중심부(2012)와 거의 동일하다. 즉, 다이어프램(2310)의 중심부(2312)는 절연막(2108)에 고정되는 도전막(2104)의 소정 부분을 이용하여 형성된다. 다이어프램(2310)은 중간부(2314)를 가지며, 이 중간부는 다이어프램(2010)의 중간부(2014)와 거의 동일하다. 그러므로, 다이어프램(2310)의 중간부(2314)는 절연막(2108) 뿐 아니라, 도전막(2104)의 소정 부분 및 도전막(2304)의 소정 부분-이들 소정 부분 둘 다 절연막(2108)에 고정됨- 을 이용하여 형성된다. 도전막(2304)은, 예를 들어, 폴리실리콘으로 구성된 반도체 막이다. 다이어프램(2310)의 근단부(2316)는 절연막(2302) 뿐 아니라, 절연막(2108)에 고정되지 않은 도전막(2304)의 소정 부분 및 절연막(2102)에 고정되지 않은 도전막(2300)의 소정 부분을 이용하여 형성된다. 도전막(2300)은, 예를 들어, 폴리실리콘으로 구성된 반도체 막이다.
절연막(2108)의 한 단부는 도전막(2104)의 근단부 상에 형성되고, 도전막(2104)에 대향 위치되는 절연막(2108)의 대향 단부는 도전막(2304)에 고정된다. 도전막(2304)은 절연막(2108)으로부터 지지체(2340)까지 연신되어 있다. 지지체(2340)에 가까운 도전막(2304)의 근단부는 절연막(2108)과 동일한 층에 형성되는 절연막(2302)에 고정된다. 절연막(2302)은 도전막(2104)과 동일층에 형성되는 도전막(2300) 상에 형성된다. 도전막(2300)은 도전막(2300)이 고정되는 절연 막(2302)으로부터 지지체(2340)를 형성하는 절연막(2102) 쪽으로 외측으로 연장된다.
다이어프램(2310)의 근단부는 휘어져 중간부(2314)로부터 지지체(2340)까지 연장된다. 그래서, 근단부(2316)의 강성률은 "평면"부의 강성률보다 낮다. 이로써, 음파로 인한 다이어프램(2310)의 근단부(2316)의 변형이 상대적으로 크게 되고, 이어서 음파로 인한 다이어프램(2310)의 중심부(2312)의 변형이 상대적으로 크게 된다. 즉, 제3 실시예의 제2 변형은 근단부(2316)의 변형이 상대적으로 크기 때문에 음파로 인한 진동에서 다이어프램(2310)의 중심부(2312)의 상대적으로 큰 변위를 보장한다. 이로써, 다이어프램(2310)과 백 플레이트(2330) 간에 형성된 가변 캐패시티를 증가시킬 수 있다. 따라서, 컨덴서 마이크로폰(2003)의 감도를 증가시킬 수 있다.
컨덴서 마이크로폰(2003)의 백 플레이트(2330)는 컨덴서 마이크로폰(2001)의 백 플레이트(2030)와 사실상 동일하다. 컨덴서 마이크로폰(2003)의 지지체(2340)는 컨덴서 마이크로폰(2001)의 지지체(2040)와 사실상 동일하다. 즉, 지지체(2340)는 절연막(2110 및 2102) 및 기판(2100) 뿐 아니라, 절연막(2110)에 고정되는 도전막(2112 및 2300)의 소정 부분을 이용하여 형성된다. 전극(2360)은 다이어프램(2310)(가동 전극으로 기능함)과 검출부를 함께 연결한다. 도 41에 도시된 바와 같이, 전극(2360)은 도전막(2104 및 2300)을 함께 연결하는 상호연결부(2306)를 통해 도전막(2104), 및 도전막(2300) 상에 형성된 도전막(2308)에 연결된다.
부수적으로, 컨덴서 마이크로폰(2003)은 다이어프램(2310)의 근단부(2316)가 도전막(2300) 및 휘어짐 형상을 갖는 박막(2320)을 포함한 2-층 구조로 형성되는 방식으로 도 43에 도시된 바와 같이 더 변형될 수 있다. 또는, 도전막(2304 및 2320)(다이어프램(2310)을 형성함) 및 도전막(2112)(백 플레이트(2330)를 형성함)은 서로 다른 층으로 형성될 수 있다.
(g) 제3 변형
제3 실시예의 제3 변형에 따른 컨덴서 마이크로폰(2004)에 대해 도 44 및 도 45A 및 도 45B를 참조하여 기술하기로 하며, 여기서 도 45A는 도 44의 선 A16-A16을 따라 절취한 횡단면도이고, 도 45B는 도 44의 B16-B16을 따라 절취한 횡단면도이다. 컨덴서 마이크로폰(2004)의 감지부는 지지체(2440)를 제외하곤 컨덴서 마이크로폰(2001)의 감지부와 기본적으로 동일하다.
컨덴서 마이크로폰(2004)의 지지체(2440)는 컨덴서 마이크로폰(2001)에 포함되는 지지체(2040)를 형성하는 상술한 도전막 및 절연막 이외에도, 절연막(2402), 도전막(2406), 도전막(2406) 및 절연막(2408)을 이용하여 형성된다. 절연막(2402 및 2408)은, 예를 들어, SiO2로 이루어진 산화물 막이다. 도전막(2406)은, 예를 들어, 폴리실리콘으로 이루어진 반도체 막이다. 지지체(2440) 각각은 두 개의 지지 구조체를 갖는다. 제1 지지 구조체는 절연막(2110), 도전막(2106) 및 절연막(2102) 뿐 아니라, 절연막(2110)에 고정되는 도전막(2112)의 소정 부분으로 구성되어, 백 플레이트(2030)는 제1 지지 구조체 상에서 브리지된다. 제2 지지 구조체는 절연막(2408), 도전막(2406) 및 절연막(2402) 뿐 아니라, 절연막(2408)에 고정 되는 도전막(2114)의 소정 부분으로 구성되어, 다이어프램(2010)은 제2 지지 구조체 상에서 브리지된다.
도 44에 도시된 바와 같이, 도전막(2016)은 동일층에 형성되는 다른 도전막과 전기적으로 절연되어, 도전막(2106)은 백 플레이트(2030)와 기판(2100) 사이에 형성된다. 즉, 컨덴서 마이크로폰(2004)의 도전막(2106)은 보호 전극으로서 사용될 수 있으며, 이 전극은 백 플레이트(2030)와 기판(2100) 간에 형성되는 기생 용량을 감소시키는 기능을 한다. 구체적으로 기술하자면, 도전막(2106)이 보호 전극으로 기능할 경우, 전치 증폭기(2810)(도 30B를 참조)의 출력 단자는 도전막(2106)에 연결되어 전치 증폭기(2810)는 전압 폴로워 회로를 형성한다. 백 플레이트(2030) 및 도전막(2106)을 사실상 동일한 전위에 위치시킴으로써, 백 플레이트(2030)와 도전막(2106) 간의 기생 용량을 제거시킬 수 있다. 이로써, 백 플레이트(2030)와 기판(2100) 간의 기생 용량을 줄일 수 있다.
(h) 제4 변형
제3 실시예의 제4 변형에 따른 컨덴서 마이크로폰(2005)에 대해 도 46 및 도 47A 및 도 47B를 참조하여 기술하기로 하며, 여기서 도 47A는 도 46의 선 A18-A18을 따라 절취한 횡단면도이고, 도 47B는 도 46의 B18-B18을 따라 절취한 횡단면도이다.
컨덴서 마이크로폰(2005)의 감지부는 다이어프램(2510), 백 플레이트(2530) 및 지지체(2540)로 구성된다.
다이어프램(2510)은 직사각형 형상을 가지며, 여기서 다이어프램(2510)은 가 로로 놓여진 다이어프램(2510)의 두 단부가 지지체(2540)에 고정되도록 지지체(2540) 상에 브리지된다.
다이어프램(2510)은 복수의 박막으로 구성되며, 이들 박막은 그 형상을 제외하곤 컨덴서 마이크로폰(2003)에 포함되는 다이어프램(2310)의 상술한 도전막 및 절연막과 기본적으로 동일하다. 구체적으로 기술하자면, 다이어프램(2510)에 포함되는 도전막(2104)은 직사각형 형상을 가져, 두 절연막(2108) 각각은 도전막(2104)의 대향 단부(즉, 근단부) 상에 형성된다. 두 절연막(2108)은 도전막(2104)의 대향 단부에 평행하게 놓여있는 선형 형상을 갖는다. 도전막(2304)은 절연막(2108)으로부터 지지체(2540) 쪽으로 내측으로 연신되어 있다. 지지체(2540)에 가까운 도전막(2304)의 근단부는 절연막(2108)과 동일층에 형성되는 절연층(2302)에 고정된다. 절연막(2108)과 평행하게 놓여 있는 선형 형상을 갖는 절연층(2302)은 도전막(2300) 상에 형성된다. 도전막(2300)은 절연막(2302)에 일부 고정되고, 절연막(2102)을 이용하여 형성되는 지지체(2540) 쪽으로 연신된다.
직사각형 형상을 갖는 백 플레이트(2530)는 지지체(2540) 상에서 브리지되어 다이어프램(2510)과 3차원으로 교차한다. 백 플레이트(2530)는 다이어프램(2510)의 중간부(2514) 및 근단부(2516)에 대향하지 않고 다이어프램(2510)의 중심부(2512)에 대향하게 위치된다. 즉, 백 플레이트(2530)는 다이어프램(2510)의 중심부(2512)에만 대향하게 위치되어, 다이어프램(2510)은 최대 변위로 진동한다. 이로써, 백 플레이트(2530)와 다이어프램(2510) 간의 캐패시티 내에서 음파로 인해 변동되지 않는 캐패시티 성분을 줄일 수 있다. 따라서, 컨덴서 마이크로폰(2005) 의 감도를 증가시킬 수 있다.
지지체(2540)는 복수의 박막으로 구성되며, 이들 박막은 그 형상을 제외하곤 컨덴서 마이크로폰(2003)에 포함되는 지지체(2340)를 형성하는 상술한 도전막 및 절연막과 기본적으로 동일하다. 즉, 지지체(2540)는 지지체(2340)를 형성하는 도전막 및 절연막 외에도, 도전막(2500)을 이용하여 형성된다. 도전막(2500)은 다른 도전막과 전기적으로 절연된다.
전극(2560)은 컨덴서 마이크로폰(2003)에 포함되는 전극(2360)과 사실상 동일하며 컨덴서 마이크로폰(2005)의 다이어프램(2510)과 검출부 간의 연결을 확립하도록 제공된다. 전극(2562)은 컨덴서 마이크로폰(2005)의 백 플레이트(2530)와 검출부 간의 연결을 확립하도록 제공된다. 전극(2564)은 도전막(2500)에 연결되며, 이 도전막(2500)은 절연막(2110)을 사이에 두고 백 플레이트(2530)에 대향 위치되어 있다. 도전막(2106)이 보호 전극으로 기능하는 컨덴서 마이크로폰(2004)과 마찬가지로, 전치 증폭기(2810)(도 30B를 참조)의 출력 단자는 전극(2564)에 연결되어, 도전막(2500)은 보호 전극으로 기능한다.
(i) 제5 변형
도 48은 제3 실시예의 제5 변형에 따른 컨덴서 마이크로폰(2006)을 도시한 것이다. 컨덴서 마이크로폰(2006)의 구성 소자들은 다이어프램(2010)의 근단부(2616)의 형상이 컨덴서 마이크로폰(2001)에 포함되는 다이어프램(2010)의 근단부(2016)의 형상과 다른 것을 제외하곤 컨덴서 마이크로폰(2001)의 것들과 기본적으로 동일하다.
즉, 컨덴서 마이크로폰(2006)에 포함되는 다이어프램(2010)의 근단부(2616)는 휘어져 있으며 중간부(2014)로부터 지지체(2040)까지 신장되어 있다. 그러므로, 상대적으로 낮은 강성률을 갖는다. 구체적으로 기술하자면, 도전막(2104)은 구부러져 있으며(meander), 다이어프램(2010)의 중간부(2014)로부터 지지체(2040)까지 신장되어 있다.
부수적으로, 제3 실시예의 제1 내지 제4 변형에 따른 다이어프램의 상술한 근단부는 그들이 제3 실시예의 제5 변형에 따른 다이어프램(2010)의 근단부와 마찬가지로 휘어지거나 구부러지는 방식으로 변형될 수 있다.
(j) 제6 변형
도 49는 제3 실시예의 제6 변형에 따른 컨덴서 마이크로폰(2007)을 도시한 것이다. 컨덴서 마이크로폰(2007)의 감지부의 구성 부품들은 다이어프램(2110)의 근단부(2716)가 컨덴서 마이크로폰(2001)에 포함되는 다이어프램(2010)의 근단부(2016)과 다른 것을 제외하곤 컨덴서 마이크로폰(2001)의 감지부의 것들과 기본적으로 동일하다.
구체적으로 기술하자면, 다이어프램(2010)의 근단부(2716)에 개구부(2716a)가 형성됨으로써, 강성률이 감소된다. 물론, 근단부(2716)에 복수의 개구부를 형성할 수 있다.
부수적으로, 제3 실시예의 제1 내지 제4 변형에 따른 상술한 다이어프램의 근단부는 그들 각각이 제3 실시예의 제6 변형에 따른 다이어프램(2010)의 근단부(2716)의 개구부(2716a)와 유사한 적어도 하나의 개구부를 갖는 방식으로 변형될 수 있다.
4. 제4 실시예
본 발명의 제4 실시예에 대해 도 51 내지 도 54를 참조하면서 감지부 및 검출부를 갖는 컨덴서 마이크로폰(3001)을 통해 기술하기로 하며, 여기서 도 51은 도 52의 선 A-A를 따라 절취한 횡단면도이고, 도 52는 컨덴서 마이크로폰(3001)의 감지부를 나타내는 평면도이다. 컨덴서 마이크로폰(3001)은 반도체 제조 공정을 통해 제조되는, 실리콘 캐패시터 마이크로폰이다.
(a) 감지부의 구성
컨덴서 마이크로폰(3001)의 감지부는 기판(3017), 제1막, 제2막, 제3막 및 제4막을 포함한 다층화된 구조로 형성된다. 기판(3017)은 단결정 실리콘으로 구성된다. 사운드의 전파 방향과 반대 방향으로 다이어프램(3012)에 가해지는 음압을 줄이기 위해 기판(3017) 내에 캐비티(3016)를 형성한다.
도 53은 도 52의 예시와 대비하여 볼 때 플레이트(3003)를 형성하는 제4막을 예시하지 않고 컨덴서 마이크로폰(3001)의 소정 부품들을 도시하는 평면도이다. 도 54는 도 53의 예시와 대비하여 볼 때 스페이서(3009)를 형성하는 제3막을 예시하지 않고 컨덴서 마이크로폰(3001)의 소정 부품들을 도시하는 평면도이다.
기판(3017)에 결합하는 제1막은 실리콘 이산화물로 이루어진 절연성을 갖는 박막이다. 제1막을 이용하여 형성되는 제1 지지체(3019)는 다이어프램(3012)과 기판(3017) 사이에 공극이 형성되도록 기판(3017) 상에서 제2막을 지지한다. 예를 들어, 두께가 2㎛로 설정된 제1막에 원형의 개구부(3015)가 형성된다.
제1막에 결합하는 제2막은 인(P) 불순물을 첨가시킨 폴리실리콘으로 구성된 도전막이다. 도 54에 도시된 바와 같이, 서로 분리되어 있는 다이어프램(3012) 및 보호 전극(3021)은 제2막을 이용하여 형성된다. 다이어프램(3012)은 제1막의 개구부(3015)와 제2막의 개구부(3013) 사이에 위치된다. 이로써, 다이어프램(3012)은 제1막과 제3막(스페이서(3009)를 제외)을 결합하지 않고 보호 전극(3021)과 분리된다. 따라서, 다이어프램(3012)은 음파로 인해 진동하는 가동 전극을 형성한다. 다이어프램(3012)은 캐비티(3016)를 전체적으로 커버하는 원형의 형상을 갖는다. 다이어프램(3012)의 형상은 반드시 원형의 형상일 필요는 없다. 그러므로, 다이어프램(3012)은 직사각형 형상 등의 임의 형상으로 형성될 수 있다. 제2막을 이용하여 형성되고 제1막과 제3막을 결합하는 리드(3018)는 다이어프램(3012)에 연결되며, 여기서 다이어프램(3012)에 근접하게 위치된 리드(3018)의 측 단부는 제1막과 제3막을 결합하지 않는 얇은 선형 형상으로 이루어진다. 이로써, 리드(3018)는 다이어프램(3012)의 진동에 사실상 거의 영향을 주지 않는다. 제2막의 두께는, 예를 들어, 1㎛로 설정된다.
제1막과 마찬가지로, 제1막과 제2막을 결합하는 제3막은, 예를 들어, 실리콘 이산화물로 구성되는 절연성을 갖는 박막이다. 제2 지지체(3006) 및 스페이서(3009)는 제3막을 이용하여 형성되며, 이 제3막에 의해 도전률을 갖는 제2막이 도전률을 갖는 제4막과 절연된다. 제3막의 두께는, 예를 들어, 4㎛로 설정된다. 스페이서(3009) 및 제2 지지체(3006)는 제3막에 형성된 원형의 개구부(3013)를 통 해 서로 분리된다. 스페이서(3009)의 하부면은 다이어프램(3012)에 결합된다.
제3막에 결합하는 제4막은 인 불순물을 첨가시킨 폴리실리콘으로 구성된 도전성 박막이다. 도 52에 도시된 바와 같이, 플레이트(3003), 브리지(3010), 플레이트 결합부(3004)(플레이트(3003)에 연결됨) 및 패드(3014)는 제4막을 이용하여 형성된다. 플레이트 결합부(3004) 및 패드(3014)는 제3막과 결합한다. 플레이트(3003)는 개구부(3013) 바로 위에 위치되므로, 플레이트(3003)는 제3막(스페이서(3009) 제외)에 결합하지 않으며, 플레이트(3003)의 외주면에 상호결합된 플레이트 결합부(3004)는 제3막에 결합되고, 플레이트 결합부(3004)는 제2 지지체(3006)에 고정된다. 플레이트(3003)에는 복수의 구멍(3005)이 형성되어 있다. 브리지(3010)의 윤곽은 제4막에 형성되는 U-자형 컷아웃(3007)으로 한정된다. 그러므로, 브리지(3010)는 다이어프램(3012)의 중심으로부터 방사 방향으로 연신됨으로써, 플레이트(3003)에 캔틸레버 방식으로 연결된다. 브리지(3010)의 선단부는 스페이서(3009)의 상부면에 결합한다. 즉, 제1 지지체(3019), 보호 전극(3021) 및 제2 지지체(3006)와는 독립적으로 진동하는 다이어프램(3012)은 스페이서(3009)를 통해 브리지(3010)의 선단부에 고정된다. 베이스부로부터 스페이서(3009)의 상부면에 결합하는 선단부까지 측정되는 브리지(3010)의 길이는 약 70㎛로 설정되며, 브리지(3010)의 폭은 약 100㎛로 설정된다. 제4막의 두께는 약 1㎛로 설정된다. 플레이트(3003)의 전체 주변부는 플레이트 결합부(3004)를 개재하여 제3막을 이용하여 형성되는 제2 지지체(3006)에 고정되고, 플레이트 결합부(3004)의 단면적은 브리지(3010)의 단면적보다 상당히 크다. 그러므로, 브리지(3010)의 베이스부의 변위는 무시할 수 있으며 브리지(3010)의 선단부의 변위보다 작다. 이는 브리지(3010)의 베이스부가 제1 지지체(3019) 및 제2 지지체(3006)에 기초하여 정확하게 위치설정되는 고정단으로서 사실상 기능하는 것을 나타낸다.
(b) 감지부의 동작
컨덴서 마이크로폰(3001)에 도달하는 사운드는 플레이트(3003)의 구멍(3005)을 통해 개구부(3013) 내로 전파된다. 그 후, 사운드는 다이어프램(3012)과 기판(3017) 간의 간극 내로 전파된다. 그러므로, 구멍(3005)을 통해 개구부(3013) 내로 전달된 사운드 에너지에 비해, 매우 적은 사운드 에너지가 캐비티(3016) 내로 전달된다. 따라서, 구멍(3005)을 통해 개구부(3013) 내로 전달되는 사운드 에너지 대부분이 진동하는 다이어프램(3012)에 의해 소모된다. 사운드 전파 방향의 관점에서, 캐비티(3016)는 전체적으로 다이어프램(3012)으로 커버되고, 3차원으로 서로 중첩되는, 다이어프램(3012)의 소정 부분과 기판(3017)의 소정 부분 사이에 매우 작은 간극이 형성된다. 캐비티(3016)는 실장 공정에서 완전하게 밀봉된다. 따라서, 다이어프램(3012)이 진동할 때 캐비티(3016)의 내부에서 공기압 진동이 발생한다. 이런 공기압 진동은 다이어프램(3012)의 진동을 억제시킬 수 있다. 캐비티(3016)의 체적이 증가함에 따라, 캐비티(3016)의 공기압 진동은 감소한다.
(c) 검출부의 구성
컨덴서 마이크로폰(3001)의 검출부(도 51에 도시된 회로를 참조)에서, 다이어프램(3012)은 바이어스 전압 회로에 연결된다. 구체적으로 기술하자면, 바이어스 전압 회로의 단자(3104)에 연결된 리드(3105)는 리드(3018)를 통해 다이어프 램(3012)에 연결되는 패드(3002)에 연결된다(도 53 및 도 54를 참조). 바이어스 전압 회로의 단자(3104)는 리드(3106)를 통해 기판(3017)에 연결되므로, 다이어프램(3012) 및 기판(3017) 모두 사실상 동일한 전위에 놓인다. 즉, 다이어프램(3012)과 기판(3017) 간에는 캐패시티가 형성되지 않는다.
다이어프램(3012)에 대향하게 위치되지 않은 플레이트(3003)의 주변부, 플레이트 결합부(3004) 및 패드(3014)는 보호 전극(3021)에 대향하게 위치되며, 이 보호 전극(3021)은 절연성을 갖는 제3막을 사이에 두고 제4막(플레이트(3003), 플레이트 결합부(3004) 및 패드(3014)를 형성)과 기판(3017) 사이에 배열된다. 보호 전극(3021) 및 제4막은 함께 연결되므로, 사실상 동일한 전위에 놓인다. 구체적으로 기술하자면, 플레이트(3003)에 결합된 패드(3014)에 연결되는 리드(3100)는 임피던스 변환을 수행하도록 제공된 연산 증폭기(3101)의 입력 단자에 연결된다. 보호 전극(3021)의 패드(3011)에 연결되는 리드(3102)는 연산 증폭기(3101)의 출력 단자에 연결된다. 연산 증폭기(3101)가 증폭율 "1"을 가지므로, 보호 전극(3021) 및 플레이트(3003) 모두 사실상 동일한 전위에 놓인다.
보호 전극(3021)과 기판(3017) 간에 절연성을 갖는 제1막을 형성함으로 인해, 보호 전극(3021)과 기판(3017) 간에 소정의 캐패시티가 형성된다. 이런 캐패시티는 연산 증폭기(3101)와 바이어스 전압 회로 사이에서 나타나므로 컨덴서 마이크로폰(3001)의 감도에는 사실상 영향을 일으키지 않는다.
(d) 검출부의 동작
상대적으로 높은 내부 저항을 갖는 연산 증폭기(3101)가 플레이트(3003)에 연결되므로, 플레이트(3003)에 존재하는 극소량의 전하가 다이어프램(3012)의 진동으로 인해 정전 용량(다이어프램(3012)과 플레이트(3003) 사이에 형성됨)의 변동에 관계없이 연산 증폭기(3101) 쪽으로 이동한다. 즉, 플레이트(3003)와 다이어프램(3012) 간에 축적된 전하량은 사실상 변하지 않는 것으로 추정된다. 이는 플레이트(3003)와 다이어프램(3012) 간의 정전 용량의 변동분을 플레이트(3003)의 전위 변동분을 통해 추출할 수 있게 한다. 따라서, 컨덴서 마이크로폰(3001)은 플레이트(3003)와 다이어프램(3012) 간의 정전 용량의 매우 적은 변동분에 기초하여 전기 신호를 생성할 수 있다. 즉, 컨덴서 마이크로폰(3001)에서, 다이어프램(3012)에 인가되는 음압의 변동분은 정전 용량의 변동분으로 변환되고, 그 후 음압의 변동분에 응답하여 전기 신호가 생성되는 것에 기초하여 전위 변동분으로 변환된다.
(e) 제조 방법
다음으로, 컨덴서 마이크로폰(3001)의 제조 방법에 대해 도 55A, 도 55B, 도 56A, 도 56B, 도 57A, 도 57B, 도 58A, 및 도 58B를 참조하면서 기술하기로 하며, 여기서 도 55B, 도 56B, 도 57B 및 도 58B는 도 55A, 도 56A, 도 57A 및 도 58A의 선 A-A를 따라 절취한 횡단면도이다.
도 55A 및 도 55에 도시된 제조 방법의 제1 단계에서, 기판(3017)을 형성하는 웨이퍼(3050) 상에 절연성을 갖는 제1막(3051)(제1 지지체(3019)를 형성함) 및 도전률을 갖는 제2막(3052)을 피착시킨다. 그 후, 제2막(3052)에 대해 패터닝을 행하여 다이어프램(3012) 및 보호 전극(3021)을 형성한다. 구체적으로 기술하자면, 웨이퍼(3050)의 표면 전체 상에 CVD(화학 기상 피착법)를 통해 실리콘 이산화 물을 피착시켜 두께가 약 2㎛인 제1막(3051)을 형성한다. 다음에, 감압 CVD를 통해, 제1막(3051) 상에 인-도핑된 폴리실리콘을 피착하여 두께가 약 1㎛인 제2막(3052)을 형성한다. 다음으로, 제2막(3052)의 표면 전체에 포토레지스트 막을 도포하고 나서 포토리소그래피를 통해 소정의 레지스트 마스크를 이용하여 노광 및 현상을 행하여 레지스트 패턴을 형성하고, 여기서 제2막(3052)은 RIE(반응성 이온 에칭) 등의 이방성 에칭을 통해 선택적으로 제거된다. 따라서, 다이어프램(3012) 및 보호 전극(3021)이 형성된다.
도 56A 및 도 56B에 도시된 제조 방법의 제2 단계에서, 제2막(3052) 상에 절연성을 갖는 제3막(3053) 및 도전률을 갖는 제4막(3054)을 순차로 형성한다. 그 후, 제4막(3054)에 대해 패터닝을 행하여 플레이트(3003) 및 브리지(3010)를 형성한다. 구체적으로 기술하자면, 제2막(3052)의 표면 전체 상에 플라즈마 CVD를 통해 실리콘 이산화물을 피착하여 두께가 약 4㎛인 제3막(3053)을 형성한다. 다음으로, 제3막(3053) 상에 감압 CVD를 통해 인-도핑된 폴리실리콘을 피착하여 두께가 약 1㎛인 제4막(3054)을 형성한다. 다음에, 제4막(3054)의 표면 전체 상에 포토레지스트 막을 도포하고 나서 포토리소그래피를 통해 소정의 레지스트 마스크를 이용하여 노광 및 현상을 행한다. 그 후, 제4막(3054)을 RIE 등의 이방성 에칭을 통해 선택적으로 제거함으로써, 플레이트(3003) 및 브리지(3010)를 형성한다.
도 57A 및 도 57B에 도시된 제조 방법의 제3 단계에서, 웨이퍼(3050)에 캐비티(3016)를 형성한다. 구체적으로 기술하자면, 웨이퍼(3050)의 이면 전체 상에 포토레지스트 막을 도포한 후 포토리소그래피를 통해 소정의 레지스트 마스크를 이용 하여 노광 및 현상을 행하여 레지스트 패턴을 형성한다. 그 후, 웨이퍼(3050)를 Deep RIE 등의 이방성 에칭을 통해 선택적으로 제거함으로써, 캐비티(3016)가 형성된다.
다음으로, 제1막(3051) 및 제3막(3053)을 선택적으로 제거하여 개구부(3013 및 3015)를 형성한다. 구체적으로 기술하자면, 제3막(3053)의 표면 및 제4막(3054)의 표면 전체 상에 포토레지스트 막을 도포한다. 그 후, 도 58A 및 도 58B에서 도시된 바와 같이, 노광 및 현상을 행하기 위해 레지스트 마스크를 이용하여 포토리소그래피를 수행함으로써 레지스트 패턴(3055)이 형성된다. 레지스트 패턴(3055)은 구멍(3005)을 노출하기 위한 개구부(3058) 뿐 아니라, 제3막(3053) 내의 패드(3011 및 3002)를 노출하기 위한 개구부(3059 및 3060)를 갖는다. 다음에, 완충 플루오르화 수소산(또는 완충 HF)을 이용한 등방성 습식 에칭 또는 등방성 에칭과 이방성 에칭의 조합을 행하여 실리콘 이산화물 막인 제1막(3051) 및 제3막(3053)을 선택적으로 제거한다. 이 때, 제3막 및 제1막(3051)은 제4막(3054)의 구멍(3005)에 대응하는 소정의 면적 및 브리지(3010)와 플레이트(3003) 간의 간극으로부터 선택적으로 제거된다. 그들은 또한 웨이퍼(3050)의 캐비티(3016)로부터 제거된다. 제4막(3054)의 패턴을 적절하게 설계함으로써, 도 51에 도시된 바와 같이 개구부(3013)의 내부에 스페이서(3009)(제3막(3053)을 이용하여 형성됨)가 남겨진다. 그 후, 다이싱 및 실장 공정을 행하여 컨덴서 마이크로폰(3001)의 생산을 완료한다.
다이어프램(3012)의 형성 직후의 상태에서, 다이어프램(3012)에는 여전히 강 한 인장 응력이 남아있다. 다이어프램(3012)이 개구부(3013 및 3015)의 형성 후 인장 응력으로 인해 수축되면, 스페이서(3009)의 하부면에 소정의 힘이 가해진다. 브리지(3010)는 다이어프램(3012)의 중심으로부터 외부로 캔틸레버 방식으로 연신되어 플레이트(3003)에 연결되는 고정단으로서 사실상 기능하는 베이스부로부터 연신되게 되므로, 브리지(3010)는 쉽사리 휘어질 수 있다. 브리지(3010), 스페이서(3009) 및 다이어프램(3012)으로 구성된 구조체는 다이어프램(3012)의 두께 방향으로 놓여있는 스페이서(3009)의 상부면 및 하부면 모두에 대해 직각으로 휘어진다. 그러므로, 다이어프램(3012)의 내부 응력으로 인해 스페이서(3009)의 하부면에 가해지는 힘이, 브리지(3010)의 베이스부(스페이서(3009)의 회전 중심부에 대응)로부터 스페이서(3009)의 하부면까지 그어진 선들과 교차하는 방향으로 가해진다. 즉, 도 52에 도시된 바와 같이, 다이어프램(3012)의 내부 응력으로 인해 스페이서(3009)에 가해지는 힘은 스페이서(3009)를 소정의 중심부(브리지(3010)의 베이스부에 대응)를 중심으로 회전하게 하여, 스페이서(3009)의 하부면이 다이어프램(3012)의 중심쪽으로 이동하게 된다. 환언하자면, 이 힘은 브리지(3010)를 휘어지게 하는 힘으로서 작용하여 브리지(3010)가 플레이트(3003)로부터 약간 멀리 이동되게 된다.
다이어프램(3012)의 내부 응력은 스페이서(3009)의 회전 및 브리지(3010)의 휘어짐으로 인해 일부 해제된다. 부수적으로, 도 51은 다이어프램(3012)의 내부 응력이 해제되기 전에 확립된 브리지(3010) 및 스페이서(3009)의 이전 위치를 도트 선을 이용하여 도시한다. 다이어프램(3012)에 여전히 상대적으로 높은 인장 응력 이 존재하면, 즉 다이어프램(3012)이 상대적으로 높은 장력으로 신장되면, 다이어프램(3012)은 이것에 가해지는 외부 힘에 관계없이 거의 편향될 수 없는 것으로 추정된다. 그러나, 컨덴서 마이크로폰(3001)은 다이어프램(3012)의 내부 응력을 해제하기 위한 특수 구조를 갖는다. 그러므로, 다이어프램(3012)은 외부 힘으로 인해 쉽사리 편향될 수 있다. 환언하자면, 컨덴서 마이크로폰(3001)은 다이어프램(3012)의 진동폭을 증가시킬 수 있다. 이는 컨덴서 마이크로폰(3001)의 감도를 현저히 개선시킨다.
상술되고 도 51에 도시된 바와 같이, 스페이서(3009)는 브리지(3010)의 베이스부를 중심으로 회전하여 그 하부면이 다이어프램(3012)의 중심쪽으로 이동하게 되고, 브리지(3010)는 플레이트(3003)로부터 약간 멀어지도록 휘어진다. 이는 플레이트(3003)와 다이어프램(3012) 간의 간격을 제3막(3053)의 두께에 비해 증가시킨다. 다이어프램(3012)의 형성 직후에 다이어프램(3012)에는 70MPa의 장력이 인가되고, 실리콘 이산화물로 구성된 제3막(3053)의 두께는 4㎛이고, 폴리실리콘으로 이루어진 제4막(3054)의 두께는 1㎛이고, 브리지(3010)의 길이(베이스부에서 선단부까지 측정됨)는 70㎛이고, 브리지(3010)의 폭은 10㎛인 것으로 가정한다. 이 경우, 플레이트(3003)와 다이어프램(3012) 간의 간격은 다이어프램(3012)의 형성 직후의 간격에 비해 1㎛ 내지 2㎛만큼 증가된다. 제4 실시예는 플레이트(3003)와 다이어프램(3012) 간에서 추가의 공정없이 제3막(플레이트(3003)와 다이어프램(3012) 간의 공극을 형성하는 데 사용됨)의 두께의 125% 내지 150%의 범위에 속하는 원하는 간격을 실현할 수 있다는 특징이 있다. 즉, 컨덴서 마이크로폰(3001)은 그 제 조 공정을 복잡하게 하지 않으면서 동적 범위를 쉽사리 증가시키도록 설계된다.
종래에는, 다이어프램 및 다른 주변부를 함께 진동하는 구조체에 휘어짐 부를 형성하고, 그 다이어프램의 내부 응력을 그 휘어짐 부의 변형을 통해 해제하는 것이 알려져 있다. 구조체에 휘어짐 부를 형성하기 위한 종래 공지의 방법에 따르면, 구조체를 형성하는 막들의 표면 상에 먼저 요철들을 형성하고 그 요철들을 따라 휘어짐 부를 형성한다. 이런 종래 공지의 방법에서는, 포토리소그래피 또는 단차 커버리지의 정밀도가 저하되어, 패턴 및 막 두께의 제어가 곤란해진다. 그러므로, "급격하게" 휘어짐 부를 형성하는 것이 곤란하다.
컨덴서 마이크로폰(3001)의 제조 방법에 따르면, 제3막(3053)의 레지스트 패턴(3055)의 셜계에 따라 원하는 형상을 갖는 스페이서(3009)를 자유로이 형성할 수 있다. 예를 들어, 측면이 사실상 다이어프램(3012)에 수직인 스페이서(3009) 또는 다이어프램(3012)의 방사 방향으로의 폭이 작은 스페이서(3009)를 형성할 수 있다. 즉, 본 실시예는 다이어프램(3012)과 함께 진동하는 구조체에 "급격한" 휘어짐 부의 형성을 실현한다. 이는 종래 공지의 방법에 비해 다이어프램(3012)의 내부 응력을 현저히 감소시킨다. 또한, 본 실시예는 브리지(3010), 스페이서(3009) 및 다이어프램(3012)으로 구성된 구조체를 형성하기 위해 기본 구조체를 갖는 다이어프램(3012)을 형성하는 기본 공정 이외에 추가의 공정을 필요로 하지 않는다.
제4 실시예는 또한 이하에서 기술될 다양한 방법으로 변형될 수 있다.
(f) 제1 변형
컨덴서 마이크로폰(3001)에서, 다이어프램(3012)은 플레이트(3003)에 비해 기판(3017)에 가깝게 위치되는 박막을 이용하여 형성된다. 제4 실시예는 도 59에 도시된 바와 같이, 플레이트(3003)가 다이어프램(3012)에 비해 기판(3017)에 가깝게 위치되는 박막을 이용하여 형성되는 구조에도 적용될 수 있다. 즉, 제4 실시예의 제1 변형에 따른 컨덴서 마이크로폰(3070)은 절연성을 갖는 제1막(3051)과 절연성을 갖는 제3막(3053) 사이에 "도전성" 제4막(3054)을 결합시켜 플레이트(3003) 및 플레이트 결합부(3004)를 형성하도록 설계된다. 또한, "도전성" 제2막(3052)은 절연성을 갖는 제3막(3053) 상에 결합되어 다이어프램(3012)을 형성한다.
(g) 제2 변형
제4 실시예의 제2 변형에 따른 컨덴서 마이크로폰(3080)에 대해 도 60A 및 도 60B를 참조하여 기술하기로 하며, 여기서 도 60A는 평면도이고, 도 60B는 도 60A의 선 A-A를 따라 절취한 횡단면도이다. 컨덴서 마이크로폰(3001)에 비해, 컨덴서 마이크로폰(3080)은 상기한 제4막에 복수의 컷아웃(3081)이 형성되고, 복수의 리브(3082)는 제4막 상에 형성되는 제5막을 이용하여 형성된다는 특징이 있다. 부수적으로, 도 60A 및 도 60B는 편의 상 플레이트(3003)의 구멍을 도시하지 않았다.
다이어프램(3012)의 중심부에 비해 다이어프램(3012)의 주변부에서 진동폭이 감소되므로, 다이어프램(3012)의 주변부에 형성되는 캐패시티의 변동이 줄어든다. 환언하자면, 컨덴서 마이크로폰(3080)이 신호를 발생하는 것에 근거하여 캐패시티의 변동에 대한 기생 캐패시티의 비는 다이어프램(3012)의 중심부에 대한 다이어프램(3012)의 주변부에 대해 증가된다. 이런 이유로, 다이어프램(3012)의 주변부에 대향 위치되는 제4막의 소정 부분이 플레이트(3003)에 연결되는 패드(3014)와 분리 되는 것이 바람직하다.
컨덴서 마이크로폰(3008)에서, 제2 지지체(3006)에 대해 소정의 위치설정을 확립하는 데 필요한, 브리지(3010) 및 브리지(3010)의 주변부는 컷아웃(3081)에 의해 플레이트(3003)와 분리된다. 이는 컨덴서 마이크로폰(3001)에 비해 컨덴서 마이크로폰(3080)의 기생 캐패시티를 감소시킨다.
리브(3082)는 스페이서(3009)에 결합하는 브리지(3010)의 선단부들이 다이어프램(3012)의 인장 응력으로 인해 플레이트(3003)로부터 멀리 신뢰성 있게 이동되도록 하기 위해 브리지(3010)의 베이스부로부터 제2 지지체(3006) 바로 위로 연신된다. 리브(3082)는 제4막 상에서 결합된 제5막을 이용하여 형성된다. 제5막은 도전률 또는 절연성을 갖는다. 브리지(3010)의 선단부들은 브리지(3010)의 베이스부들이 고정되어 있어 브리지(3010)의 선단부들에 비해 다이어프램(3012)의 중심부에 가깝게 위치되어 있는 한은 다이어프램(3012)의 인장 응력으로 인해 플레이트(3003)로부터 멀리 이동될 수 있다. 여기서, 브리지(3010)의 선단부들이 다이어프램(3012)의 인장 응력으로 인해 플레이트(3003)로부터 멀리 또는 가깝게 이동되는 가에 대해, 브리지(3010)의 선단부들의 이동은 제2 지지체(3006)에 고정된 브리지(3010)의 구조에 달려있다. 따라서, 브리지(3010)의 베이스부를 제위치에 고정시킬 필요가 없다. 제2 지지체(3006)에 고정된 브리지(3010)의 구조가 브리지(3010)의 선단부를 다이어프램(3012)의 인장 응력으로 인해 플레이트(3003)로부터 멀리 신뢰성 있게 이동하게 하면, 리브(3082)를 생략할 수 있다.
(h) 제3 변형
도 61은 제4 실시예의 제1 변형에 따른 컨덴서 마이크로폰(3090)의 감지부를 나타내는 횡단면도이다. 컨덴서 마이크로폰(3090)은 브리지(3010)를 형성하는 박막의 구성에 대해서만 컨덴서 마이크로폰(3001)과 다르다. 제1막 내지 제3막 이외에, 브리지(3010)는 제4막(3092) 및 제5막(3091)(제4막(3092)에 결합됨)을 이용하여 형성된다. 브리지(3010) 이외에, 상기한 제4막을 이용하여 형성되는 다른 부품들(예를 들어, 플레이트(3003))는 제4막(3092) 및 제5막(3091)을 이용하여 형성된다.
형성될 때, 제5막(3091)에 비해 다이어프램(3012)에 가깝게 위치되는 제4막(3092)에는 상대적으로 높은 인장 응력이 잔존한다. 제4막(3092)은 인 등의 불순물로 도핑된 폴리실리콘으로 이루어진다. 형성될 때, 제4막(3092)에 결합되고 다이어프램(3012)에 대향 위치되는 제5막(3091)에는 상대적으로 높은 압축 응력이 잔존한다. 그러므로, 브리지(3010)는 그 내부 응력으로 인해 다이어프램(3012) 쪽으로 편향되는 경향이 있다. 각각이 단일 층 구조로 형성되는 상기 브리지에 비해, 브리지(3010)는 브리지(3010)의 내부 응력 및 다이어프램(3012)의 내부 응력으로 인해 다이어프램(3012)에 가깝게 상당히 편향된다. 결과적으로, 브리지 각각이 단일 층 구조로 형성되는 상술한 컨덴서 마이크로폰에 비해 컨덴서 마이크로폰(3090)에서는 플레이트(3003)와 다이어프램(3012) 간의 간격을 증가시킬 수 있다.
5. 제5 실시예
본 발명의 제5 실시예는 반도체 제조 공정을 이용하여 제조된 컨덴서 마이크로폰(4000D)을 나타내는, 도 85 및 도 86을 참조하여 기술될 이하의 단점을 해결하고자 제공된 것이다. 컨덴서 마이크로폰(4000D)은 단결정 실리콘 기판(4001a) 및 산화물 막(4001b)을 적층시켜 형성되는, 구멍을 갖는 지지체(4001); 지지체(4001)의 상단부(4001c) 상에 지지되는, 평면으로 보아 원형 형상을 갖는 백 플레이트(4002); 백 플레이트(4002)에 대해 수직으로 위치되고 지지체(4001)의 상단부(4001c)에 의해 지지되는 복수의 브리지(4003); 지지체(4001)의 구멍 내부에 위치되는 다이어프램(4004); 다이어프램(4004)을 지지하는 복수의 필러부(4005)로 구성되고, 필러부(4005)의 상단부는 브리지(4003)의 하부면에 고정되고, 필러부(4005)의 하단부는 다이어프램(4004)의 상부면에 고정된다.
컨덴서 마이크로폰(4000D)에 인가되는 인장 응력으로 인해, 다이어프램(4004)은 그 방사 방향으로 내측으로 당겨지고, 필러부(4005)는 경사지게 변형되어, 필러부(4005)는 브리지(4003)를 위로 밀고, 다이어프램(4004)의 외주면부(4004a)는 아래로 휘어진다. 따라서, 다이어프램(4004)에 잔존하는 인장 응력이 줄어든다. 그러나, 인장 응력이 줄어들더라도, 다이어프램(4004)에는 여전히 소량의 인장 응력이 존재한다. 그러므로, 필러부(4005)의 내측에 놓여 있는 다이어프램(4004)의 중심부는 평면 형상으로 유지된다. 이는 백 플레이트(4002)와 다이어프램(4004) 간의 간격이 원치않게 변동되는 것을 방지한다.
그러나, 다이어프램(4004)의 막 구성의 형성을 위한 제조 공정의 오류로 인해, 인장 응력은 다이어프램(4004)의 외주변부(4004a)의 변형 변동을 일으키고 필 러부(4005)의 경사 변형의 변동을 일으키도록 변한다. 이는 제조 동안 컨덴서 마이크로폰들 각각에 대해 다이어프램(4004)과 백 플레이트(4002) 간의 간격에 관한 원치않는 분산을 일으킨다. 즉, 컨덴서 마이크로폰들은 제조 동안 감도가 분산된다. 예를 들어, 다이어프램(4004)이 예기치않게 백 플레이트(4002)에 매우 가깝게 위치되는 컨덴서 마이크로폰(4000D)의 샘플에서, 다이어프램(4004)은 이것에 인가되는 상대적으로 높은 음압으로 인해 상대적으로 큰 진폭으로 진동할 경우, 다이어프램(4004)은 백 플레이트(4002)와 예기치않게 접촉할 수 있어, 전기적 단락을 일으킨다.
(a) 컨덴서 마이크로폰의 구성
다음으로, 제5 실시예 및 그 변형에 대해 상세히 기술하기로 한다. 도 62 및 도 63에 도시된 바와 같이, 제5 실시예에 따른 컨덴서 마이크로폰(4000A)은 감지부(4000A1) 및 검출부(4000A2)로 구성된다. 컨덴서 마이크로폰(4000A)의 감지부(4000A1)는 단결정 실리콘 기판(4001a) 및 산화물 막(4001b)을 적층시켜 형성되는, 원형의 구멍을 갖는 링-형상 지지체(4001); 지지체(4001)의 상단부(4001c) 상에 지지되는, 평면으로 보아 원형 형상을 갖는 백 플레이트(4002)(고정 전극을 가짐); 백 플레이트(4002)에 대해 수직으로 위치되고 지지체(4001)의 상단부(4001c)에 의해 지지되는 복수의 브리지(4003); 지지체(4001)의 구멍 내부에 위치되는 다이어프램(또는 진동판)(4004); 브리지(4003)의 하부면에 고정되는 상단부 및 다이어프램(4004)의 상부면에 고정되는 하단부를 가져 다이어프램(4004)을 지지하는 복수의 필러부(4005); 및 백 플레이트(4002)와 다이어프램(4004) 간의 간극 H1을 조 정하는 복수의 스토퍼(4006)로 구성된다. 컨덴서 마이크로폰(4000A)의 검출부(4000A2)는 바이어스 전압 회로(4010) 및 저항 회로(4011)로 구성된다.
지지체(4001)에서, 단결정 실리콘 기판(4001a) 및 실리콘 산화물 막(SiO2)으로 구성되는 산화물 막(4001b)은 지지체(4001) 구멍의 축선과 컨덴서 마이크로폰(4000A)의 축선을 동축상으로 일치시키는 축선 O1을 따라 함게 적층된다. 또한, 기판(4001a)의 외주면은 산화물 막(4001b)의 외주면과 방사 방향으로 일치하며, 여기서 도 63에 도시된 바와 같이, 산화물 막(4001b)의 내벽은 기판(4001a)의 내벽의 외부에 위치된다. 즉, 상부면(4001d)이 노출되는 돌출부(4001e)는 기판(4001a)의 내벽으로부터 내측으로 돌출된다. 제5 실시예에서는 링-형상 지지체(4001)가 수직으로 관통하는 구멍을 가질 것을 요구한다. 그로므로, 링-형상 지지체(4001)는 반드시 평면으로 보아 원형의 구멍 및 직사각형의 주변부를 가질 필요는 없다. 즉, 지지체(4001)는 그 구멍이 평면으로 보아 직사각형 형상을 갖고, 그 주변부는 원형을 갖도록 변형될 수 있다.
백 플레이트(4002)는 다결정 실리콘(또는 폴리실리콘)으로 구성된 도전률을 갖는 원형의 반도체 막으로, 여기서 그 외주면(4002c)은 지지체(4001)의 상부면(4001c)에 고정되는 데, 즉 그 축선(또는 중심선)이 지지체(4001)의 축선 O1과 동축상으로 일치하는 방식으로 산화물 막(4001b)의 상부면에 고정된다. 즉, 백 플레이트(4002)의 중심부는 평면으로 보아 지지체(4001)의 구멍을 커버한다. 복수의 구멍(4002a)이 백 플레이트(4002)의 중심부에 형성되고 고르게 제위치에 분포된다. 각각이 평면으로 보아 U-형상을 가지며 외부면(4002c)으로부터 방사 방향으로 내측으로 연신되는 복수의 리세스(4002b)가 백 플레이트(4002)에 형성된다. 구체적으로 기술하자면, 3 개의 리세스(4002b)가 이들 간에 균일한 간격을 두고 위치되며, 여기서 이들 각각은 그 폭이 외주면(4002c)으로부터 내측으로 작아지는 평면으로 보아 사다리꼴 형상을 갖는다. 물론, 백 플레이트(4002)는 반드시 리세스(4002b)의 수 및 리세스(4002b)의 형상에 관해 제한할 필요는 없다.
브리지(4003)는 폴리실리콘으로 이루어진 도전성 반도체 막을 이용하여 형성되고 각각은 평면으로 보아 사다리꼴 형상으로 형성된다. 즉, 브리지(4003)는 리세스(4002b)의 내부에 배열되지만 백 플레이트(4002)와 접촉되지는 않는다. 브리지(4003)의 외단부는 지지체(4001)의 상부면(4001c)에 고정되고, 브리지(4003)의 내단부는 방사 방향으로 내측으로 연신된다. 그러므로, 브리지(4003) 각각은 캔틸레버 방식으로 지지체(4001)에 의해 지지된다. 또한, 브리지(4003)의 상부면 및 하부면은 백 플레이트(4002)의 상부면 및 하부면과 동일 평면에 사실상 위치되는 한편, 필러부(4005)에 고정되는 브리지(4003)의 내단부(또는 브리지(4003)의 자유단부)는 필러부(4005)의 경사(또는 회전)에 따라 탄성적으로 위로 변형될 수 있다.
다이어프램(4004)은, 예를 들어, 폴리실리콘으로 구성된 원형의 도전막이다. 다이어프램(4004)은 그 축선(또는 중심선)이 지지체(4001)의 축선 O1과 동축상으로 일치되는 방식으로 기판(4001a)의 돌출부(4001e)의 상부면(4001d) 간의 중심 위치에서 사실상 형성된다. 또한, 다이어프램(4004)은 필러부(4005)(각각은 직사각형의 필러 형상을 가짐)에 의해 지지되며, 여기서 그 상단부는 브리지(4003)의 내단 부의 하부면에 고정되고, 그 하단부는 다이어프램(4004)의 외주면(4004a)의 상부면에 고정된다. 필러부(4005)의 하단부가 고정되는 다이어프램(4004)의 외주면(4004a)은 그 변형량이 방사 방향으로 외측으로 증가되는 방식으로 필러부(4005)의 회전으로 인해 약간 변형되어 아래로 휘어진다. 대조적으로, 다이어프램(4004)의 중심부는 스토퍼(4006)에 의해 백 플레이트(4002)와 수평으로 평행하게 유지된다. 따라서, 소정의 치수를 갖는 간극 H1이 백 플레이트(4002)와 다이어프램(4004) 간에 유지된다. 즉, 다이어프램(4004)의 중심부는 백 플레이트(4002)에 대해 이들 간에 "일정한" 간극 H1을 두고 3차원으로 소정의 위치에 고정된다. 부수적으로, 가동 전극으로서 기능하는 다이어프램(4004)은, 예를 들어, 중심부가 가동 전극으로서 기능하는 도전막 및 절연막을 포함한 다층 구조로 형성될 수 있다.
스토퍼(4006) 각각은 반구형 형상으로 형성될 수 있으며, 절연성 및 플루오르화 수소산에 대한 내성을 갖는 실리콘 질화물로 이루어진다. 스토퍼(4006)는 리세스(4002b)의 약간 내측에 있는 소정의 위치들에서 백 플레이트(4002)에 고정되, 그들은 백 플레이트(4002)의 하부면으로부터 아래로 돌출된다. 스토퍼(4006)의 하단부는 다이어프램(4004)의 상부면에 접촉하게 위치되어, 백 플레이트(4002)와 다이어프램(4004) 간의 "일정한" 간극 H1을 유지한다.
컨덴서 마이크로폰(4000A)의 검출부(4000A2)에서, 바이어스 전압 회로(4010)는 바이어스 전압원(4010a) 및 리드(4010b)를 포함하고, 저항 회로(4011)는 저항(4011a), 전치 증폭기(4011b), 및 리드(4011c)를 포함한다. 리드(4010b)는 바이어스 전압 회로(4010)의 바이어스 전압원(4010a)에 연결되고 또한 다이어프 램(4004) 및 기판(4001a)에 연결되어, 다이어프램(4004) 및 기판(4001a)은 실제로 동일한 전위에 놓인다. 또한, 리드(4011c)는 저항(4011a)을 통해 컨덴서 마이크로폰(4000A)을 장착하는 기판(도시 안됨) 상에 접지된다. 저항 회로(4011)의 저항(4011a)에 연결되는 리드(4011c)는 백 플레이트(4002)에 연결되고 또한 저항(4011a)을 통해 기판 상에 접지된다. 또한, 리드(4011c)는 전치 증폭기(4011b)의 입력 단자에도 연결된다.
(b) 제조 방법
다음으로, 컨덴서 마이크로폰(4000A)의 제조 방법에 대해 도 64 내지 도 71을 참조하여 기술하기로 한다.
제조 방법의 제1 단계(도 64를 참조)에서, SiO2 등의 절연 물질을 단결정 실리콘 기판(4001a)의 표면 상에 CVD(화학 기상 피착법)를 통해 피착하여 기판(4001a) 상에 산화물 막(4001b)을 형성한다. 이어서, 다이어프램(4004)의 형셩에 이용되는 폴리실리콘으로 구성되는 도전막(4020)을 CVD를 통해 산화물 막(4001b) 상에 형성한다. 도전막(4020) 상에 레지스트를 도포하여 레지스트 막(4030)을 형성하고, 그 후, 이 레지스트 막(4030)에 대해 노광 및 현상을 행하여 레지스트 막(4030)의 불필요한 부분을 제거시킴으로써, 레지스트 막(4030)의 형상을 사실상 평면으로 보아 다이어프램(4004)의 형상과 동일하게 한다.
평면으로 보아 다이어프램(4004)의 형상과 일치하는 형상을 갖는 레지스트 막(4030)을 도전막(4020) 상에 형성 완료한 후, 도전막(4020)의 노출된 부분에 대 해 RIE(반응성 이온 에칭) 등의 에칭을 행하여 다이어프램(4004)에 적합한 도전막(4020)을 형상화한다. 제조 방법의 제2 단계(도 65를 참조)에서, 레지스트 막(4030)을 NMP, 즉 N-메틸-2-피롤리돈 등의 레지스트 제거 용액을 이용하여 제거한다. 그 후, 산화물 막(4001b)을 추가로 CVD를 통해 도전막(4020) 및 산화물 막(4001) 상에 형성하여 도전막(4020)을 산화물 막(4001b)의 내부에 매립시킨다.
제조 방법의 제3 단계(도 66을 참조)에서, 레지스트 막(4031)을 산화물 막(4001b) 상에 형성한다. 그 후, 평면으로 보아 스토퍼(4006)의 형상과 사실상 일치하는 형상을 갖는 레지스트 막(4031)의 소정 부분을 RIE 등의 에칭을 통해 제거함으로써, 소정의 깊이를 갖는 복수의 리세스(4006a)가 산화물 막(4001b)에 형성된다. 제조 방법의 제4 단계(도 67을 참조)에서, 레지스트 막(4031)을 산화물 막(4001b)에서 제거한다. 그 후, 산화물 막(4001b) 상에 CVD를 통해 실리콘 질화물 막(4006b)을 형성한다. 이 때, 리세스(4006a)는 실리콘 질화물로 충전한다. 실리콘 질화물 막(4006b)의 형성 후에, 실리콘 질화물 막(4006b) 상에 레지스트 막(4032)을 형성한다. 그 후 레지스트 막(4032)의 소정 부분은, 그 크기가 리세스(4006a)의 크기보다 약간 크고 레지스트 막(4032)의 "불필요한" 부분은 제거하는 방식으로 리세스(4006a) 바로 위에 남겨진다.
제조 방법의 제5 단계(도 68을 참조)에서, 실리콘 질화물 막(4006b)의 노출된 부분을 RIE를 통해 제거하여 스토퍼(4006)를 형성한다. 레지스트 막(4032)의 제거 완료 후, 산화물 막(4001b) 위에서 일부 노출되는 스토퍼(4006)(실리콘 질화물 막(4006b)의 소정 부분에 대응함)가 도전막(4021)에 매립되는 방식으로 도전 막(4021)(백 플레이트(4002) 및 브리지(4003)의 형성에 사용됨)을 CVD를 통해 산화물 막(4001b) 상에 형성한다. 도전막(4021) 상에 또한 레지스트 막(4033)을 형성한다. 그 후, 평면으로 보아 백 플레이트(4002) 및 브리지(4003)의 형상과 일치하는 형상을 갖는 레지스트 막(4033)의 소정 부분은 남겨두면서 레지스트 막(4033)의 불필요한 부분을 제거한다.
제조 방법의 제6 단계(도 69를 참조)에서, 도전막(4021)의 노출된 부분에 대해 RIE 등의 에칭을 행하여 도전막(4021)이 백 플레이트(4002) 및 브리지(4003)의 형상과 일치하는 소정 형상을 갖게 한다. 이 때, 구멍(4002a) 및 리세스(4002b)가 백 플레이트(4002)의 형성에 이용되는 도전막(4021)의 소정 부분에 형성되고, 여기서 브리지(4003)에 대응하는 도전막(4021)의 소정 부분은 도전막(4021)의 다른 부분과 분리되어 리세스(4002b)의 내부에 위치된다.
제조 방법의 제7 단계(도 70을 참조)에서, 기판(4001a) 아래에 레지스트 막(4034)을 형성한 후, 기판(4001a)의 구멍(또는 지지체(4001)의 구멍)과 사실상 위치적으로 일치하는 레지스트 막(4034)의 소정 부분을 제거한다. 그 후, 레지스트 막(4034)으로부터 노출된 기판(4001a)의 노출된 부분에 대해 에칭이 기판(4001a) 상에 형성된 산화물 막(4001b)의 하부면 쪽으로 진행되도록 하는 Deep RIE 등의 에칭을 행한다. 따라서, 디스크-형상 및 구멍을 갖는 기판(4001a)을 형성할 수 있다. 다음으로, 도전막(4021) 및 산화물 막(4001b) 상에 레지스트 막(4035)을 형성한다. 그 후, 지지체(4001)의 구멍 바로 위에 위치되는 레지스트 막(4035)의 소정 부분을 제거한다. 즉, 레지스트 막(4035)은 백 플레이트(4002)의 구멍(4002a)이 노출되도록 형성 및 형상화된다. 플루오르화 수소산으로 이루어진 에칭액을 백 플레이트(4002)의 구멍(4002a) 및 기판(4001a)의 구멍 내로 침투시켜 산화물 막(4001b)을 부분적으로 용해시킨다. 즉, 구멍(4002a)을 갖는 백 플레이트(4002)의 중심부 바로 아래에 위치되는 산화물 막(4001b)의 소정 부분이 (다이어프램(4004)을 형성하는) 도전막(4020)의 상부면이 일부 노출되도록 용해되고, 여기서 산화물 막(4001b)의 "용해된" 소정 부분의 약간 외측에 위치되는 산화물 막(4001b)의 주변부 역시 용해된다.
기판(4001a)의 구멍 내로 침투된 에칭액으로 인해, 산화물 막(4001b)이 일부 용해되어 도전막(4020)의 하부면이 일부 노출된다. 또한, 산화물 막(4001b)이 용해되는 동안 도전막(4020)의 외주면(다이어프램(4004)의 외주면에 대응) 주위에 에칭액이 공급되어, 도전막(4020) 위의 도전막(4021)의 하부면이 일부 노출되도록 산화물 막(4001b)의 소정 범위가 용해된다.
제조 방법의 제8 단계(도 71을 참조)에서, 내측으로 돌출되는 돌출부(4001e)가 기판(4001a)에 형성되고, 필러부(4005)(각각은 절연성을 가짐)는 그 상단부가 브리지(4003)의 하부면에 고정되고, 그 하단부가 다이어프램(4004)의 외주면(4004a)의 상부면에 고정되는 방식으로 형성됨으로써, 다이어프램(4004)이 브리지(4003)에 상호연결된 필러부(4005)에 의해 백 플레이트(4002)와 소정의 간극을 두고 지지된다. 마지막으로, 레지스트 막(4034 및 4035)을 제거하여 컨덴서 마이크로폰(4000A)의 감지부(4000A1)의 형성을 완료한다. 그 후, 바이어스 전압 회로(4010) 및 저항 회로(4011)는 컨덴서 마이크로폰(4000A)의 제조를 완료하도록 형 성된다.
상술한 제조 방법에서, 다이어프램(4004)을 형성하는 도전막(4020)을 감지부(4000A1)의 제조 시에 산화물 막(4001b) 상에 형성할 때, 열팽창 계수가 실리콘 이산화물(산화물 막(4001b)의 형성에 이용됨)의 열팽창 계수보다 높은 폴리실리콘을 고온으로 공급한다. 이런 이유로, 도전막(4020)이 산화물 막(4001b)에 매립되어 실온까지 온도가 감소되면, 다이어프램(4004)에서 인장 응력 T가 발생한다. 따라서, 산화물 막(4001b)이 용해되어 다이어프램(4004)이 공동 공간(hollow space)에 위치되면, 다이어프램(4004)은 인장 응력 T로 인해 변형되어 방사 방향으로 내측으로 수축된다.
인장 응력 T로 인한 다이어프램(4004)의 수축 변형 발생을 다이어프램(4004)을 적절히 고정시킴에 의해 방지할 수도 있을 것이다. 그러나, 이런 경우에는, 다이어프램(4004)의 강성이 증가한다. 그러므로, 다이어프램(4004)은 이것에 가해지는 음압에 응답하여 충분히 진동할 수 없을 수 있으므로, 진동 성능이 저하된다. 따라서, 컨덴서 마이크로폰(4000A)의 감도가 줄어든다. 이런 단점은 캔틸레버로서 기능하는 탄성적으로 변형가능한 브리지(4003)가 공동 공간에서 다이어프램(4004)을 지지하는 컨덴서 마이크로폰(4000D)(도 85 및 도 86을 참조) 및 컨덴서 마이크로폰(4000A)에서 해결된다. 이는 다이어프램(4004)을 방사 방향으로 내측으로 수축시키는 인장 응력 T를 감소시킨다. 여기서, 필러부(4005)의 하단부는 방사 방향으로 내측으로 당겨지는 한편, 필러부(4005)의 상단부에 고정되는 브리지(4003)의 자유단부는 위로 밀려지고 탄성적으로 변형되어 필러부(4005)는 경사지게 변형된 다. 따라서, 필러부(4005)에 의해 지지되는 다이어프램(4005)의 인장 응력 T를 줄일 수 있으므로, 다이어프램(4004)은 상대적으로 낮은 강성을 갖고 컨덴서 마이크로폰(4000A)에 정밀하게 설치된다.
일반적으로, (반도체 제조 공정을 통해 제조되는) 컨덴서 마이크로폰의 제조마다 동일한 조건들을 표준적으로 유지하는 것은 곤란하다. 그래서, 다이어프램(4004)에 잔존하는 동일한 인장 응력 T를 표준적으로 유지하는 것이 곤란하다. 다이어프램(4004)의 외주면(4004a) 및 브리지(4003)는 인장 응력 T를 감소시키도록 변형되는 반면, 외주면(4004a)의 변형량 및 브리지(4003)의 변형량은 인장 응력 T에 달려있다. 즉, 백 플레이트(4002)와 다이어프램(4004) 간의 간격은 인장 응력 T에 응답하여 변한다. 백 플레이트(4002)와 다이어프램(4004) 간의 간격을 정확하게 제어하는 것이 곤란하므로, 컨덴서 마이크로폰 각각은 감도(백 플레이트(4002)와 다이어프램(4004) 간의 간격에 의해 상당히 영향을 받음)의 면에서 서로 다르다. 따라서, 일부 컨덴서 마이크로폰은 상대적으로 낮은 감도를 가질 가능성이 있다.
상기한 문제에 대처하기 위해, 컨덴서 마이크로폰(4000A)은 스토퍼(4006)가 백 플레이트(4002)의 하부면으로부터 소정의 길이를 갖고 아래로 돌출되도록 설계된다. 스토퍼(4006)의 제공으로 인해, 브리지(4003) 및 (공동 공간에서 지지되는)다이어프램(4004)의 외주면(4004a)은 인장 응력 T를 감소하도록 적절하게 변형되며, 여기서 다이어프램(4004)의 표면은 스토퍼(4006)의 개입에 의해 백 플레이트(4002)와 접촉하게 된다. 즉, 다이어프램(4004)은 스토퍼(4006)의 개입을 통해 백 플레이트(4002)에 더욱 가깝게 이동될 수 없다. 환언하자면, 다이어프램(4004)이 더 이상 변형되는 것을 방지할 수 있다. 그래서, 다이어프램(4004)과 백 플레이트(4002) 간의 간격 H1을 일정하게 유지할 수 있다.
상술한 컨덴서 마이크로폰(4000A)에서, 음압(외부 음원(도시 안 됨)으로부터 방사됨)은 백 플레이트(4002)의 구멍(4002a)을 통해 백 플레이트(4002)와 다이어프램(4004) 간의 간격 H1에 대응하는 공간 내로 전달되어, 다이어프램(4004)은 이것에 가해지는 음압에 의해 진동한다. 컨덴서 마이크로폰(4000A)에 따르면, 간격 H1은 백 플레이트(4002)와 다이어프램(4004) 간에서 표준적으로 유지되고, 다이어프램(4004)은 인장 응력 T가 감소되어, 그 강성이 줄어든다. 따라서, 다이어프램(4004)은 이것에 가해지는 음압에 양호하게 응답하여 충분히 진동한다.
백 플레이트(4002)와 다이어프램(4004) 간에 형성되는 정전 용량은 다이어프램(4004)이 음압의 변동에 따라 진동하므로 음압에 응답하여 정확하게 변한다. 저항 회로(4011)는 백 플레이트(4002)에 연결되므로, 백 플레이트(4002)와 다이어프램(4004) 간에 축적된 전하는 정전 용량이 다이어프램(4004)의 진동으로 인해 변하더라도 사실상 저항(4011a)을 통해 흐르지 않는다. 즉, 백 플레이트(4002)와 다이어프램(4004) 간에 축적된 전하의 양은 사실상 변하지 않는 것으로 추정된다. 따라서, 접지 레벨에 근거하여 정전 용량의 변동분을 백 플레이트(4002)의 전위 변동분으로 변환시킬 수 있다. 그러므로, 정전 용량의 매우 적은 변동분에 근거해서도 전기 신호를 발생시킬 수 있다. 달리 말하면, 다이어프램(4004)에 가해지는 음압의 변동분을 정전 용량의 변동분으로 변환하고, 이어서 변환된 정전 용량 변동분을 백 플레이트(4002)의 전위 변동분으로 변환시킴으로써, 음압 변동에 근거한 전기 신호가 발생된다.
컨덴서 마이크로폰(4000A)에서, 다이어프램(4004)에서 발생하는 인장 응력 T는 필러부(4005)의 변형을 일으켜 인장 응력 T는 줄어들게 되고, 여기서 다이어프램(4004)은 백 플레이트(4002)의 하부면으로부터 아래로 돌출되는 스토퍼(4006)와 접촉하게 되도록 부분적으로 변형되고 위로 들어 올려진다. 따라서, 백 플레이트(4002)와 다이어프램(4004) 간의 간격 H1을 표준적으로 유지할 수 있다. 이는 컨덴서 마이크로폰(4000A)에서 원하는 감도를 보장한다.
제5 실시예는 다양하게 변형될 수 있는, 상술한 구성을 갖는 컨덴서 마이크로폰(4000A)에만 반드시 제한될 필요는 없다. 예를 들어, 컨덴서 마이크로폰(4000A)은 3 개의 브리지(4003)의 약간 내부에서 방사 방향으로 위치되는 소정의 위치에서 백 플레이트(4002)에 부착되는 3 개의 스토퍼(4006)를 갖는다. 여기서, 적어도 2 개의 브리지(4003)는 백 플레이트(4002)의 원주 방향으로 그들 간에 소정의 간격을 두고 배치될 필요가 있다. 그러므로, 스토퍼(4006)의 수는 3 개로만 한정되지 않고 브리지(4003)에 대응하여 결정된다.
또는, 도 72에 도시된 바와 같이, 백 플레이트(4002)에 부착되고 브리지(4003)들 간에 원주 방향으로 배치되는 복수의 스토퍼(4006)를 제공할 수 있다. 이 경우, 필러부(4005)가 다이어프램(4004)에 잔존하는 인장 응력 T를 감소시키도록 경사지게 변형될 때, 필러부(4005)가 고정되는 다이어프램(4004)의 소정 영역은 백 플레이트(4002)에서 멀어지는 방향으로 침하(depress) 변형되는 한편, 필러 부(4005)와 원주 방향으로 배열되는 브리지(4003) 간에 놓여 있는 다이어프램(4004)의 다른 영역들은 백 플레이트(4002)에 근접하는 방향으로 위로 밀어 붙이게 변형된다. 스토퍼(4006)는 백 플레이트(4002)와 다이어프램(4004)의 소정 영역 간에 배열되어 다이어프램(4004)의 더 이상의 이동을 조절한다. 이는 다이어프램(4004)의 중심부가 더 이상 편향되는 것을 방지함으로써, 백 플레이트(4002)와 다이어프램(4004)의 중심부 간의 간격 H1을 표준적으로 유지한다.
스토퍼(4006)는 반드시 백 플레이트(4002)의 원주 방향으로 정렬될 필요는 없다. 그래서, 스토퍼(4006)는 백 플레이트(4002)의 방사 방향으로 내측으로 정렬될 수 있다. 즉, 스토퍼(4006)는 그들 간에 동일한 간격을 두고 원주 방향으로 정렬될 수 있거나, 원주 방향으로 놓여지는 링 형상으로 정렬될 수 있다. 스토퍼(4006)는 그들이 백 플레이트(4002)의 하부면으로부터 아래로 돌출되도록 반드시 백 플레이트(4002)에 부착될 필요는 없다. 즉, 스토퍼(4006)는 그들이 다이어프램(4004)의 상부면으로부터 위로 돌출하도록 다이어프램(4004)에 부착될 수 있다. 스토퍼(4006) 각각은 반드시 반구형 형상으로 형성될 필요는 없고, 스토퍼(4006)가 백 플레이트(4002)와 다이어프램(4004) 간의 간격 H1을 표준적으로 유지하는 한은 어떠한 형상으로도 재설계될 수 있다.
(c) 제1 변형
제5 실시예의 제1 변형에 따른 컨덴서 마이크로폰(4000B)에 대해 도 73 내지 도 78을 참조하면서 기술하기로 하며, 여기서 컨덴서 마이크로폰(4000A)의 것들과 동일한 부품들은 동일한 참조 부호로 나타내었다. 따라서, 그들에 대한 상세한 설 명은 필요에 따라 생략하기로 한다.
컨덴서 마이크로폰(4000B)의 구성은 다이어프램(4004)의 외주면(4004a) 및 스토퍼(4006)를 제외하곤 기본적으로 컨덴서 마이크로폰(4000A)의 구성과 동일하다. 컨덴서 마이크로폰(4000A)과 비교해 보면, 컨덴서 마이크로폰(4000B)은 도 73 및 도 74에 도시된 바와 같이, 다이어프램(4004)의 외주면(4004a)이 방사 방향으로 필러부(4005)의 외부로 더욱 연장되어 외주면(4004a)의 연장된 부분이 스토퍼(4006)를 형성한다는 특징이 있다.
다음으로, 컨덴서 마이크로폰(4000B)의 제조 방법에 대해 도 75 내지 도 78을 참조하면서 기술하기로 한다.
제조 방법의 제1 단계(도 75를 참조)에서, 폴리실리콘으로 구성된 도전막(4020)을 산화물 막(4001b) 상에 형성하고, 여기서 도전막(4020)(다이어프램(4004)을 형성)의 직경은 레지스트 막(4030)에 의해 컨덴서 마이크로폰(4000A)에 사용되는 상기 도전막(4020)의 직경보다 크게 증가되며, 이 레지스트 막(4030)은 컨덴서 마이크로폰(4000A)에 사용되는 상기 레지스트 막(4030)의 직경보다 크게 증가되는 직경을 가지며 도전막(4020) 상에 형성된다.
제조 방법의 제2 단계(도 76을 참조)에서, 산화물 막(4001b) 및 도전막(4020) 상에 CVD를 통해 산화물 막(4001b)이 더 형성되어, 다이어프램(4004) 및 스토퍼(4006)의 형성에 사용되는 도전막(4020)이 산화물 막(4001b)에 매립된다. 컨덴서 마이크로폰(4000A)의 제조 방법에 비해 컨덴서 마이크로폰(4000B)의 제조 방법의 제3 단계(도 77을 참조)에서는, 상기 구멍(4006a)이 형성되지 않아 백 플레 이트(4002) 및 브리지(4003)의 형성에 이용되는 도전막(4021)을 CVD를 통해 직접 형성한다. 다음으로, 컨덴서 마이크로폰(4000A)의 제조 방법과 마찬가지로, RIE 등의 에칭을 행하여 기판(4001a)의 구멍을 형성한다. 그 후, 플루오르화 수소산으로 구성된 에칭액을 백 플레이트(4002)의 구멍(4002a) 및 기판(4001a)의 구멍을 통해 공급하여 산화물 막(4001b)을 용해시킨다. 제조 방법의 제4 단계(도 8을 참조)에서, 기판(4001a)의 구멍 내로 공급된 에칭액은 도전막(4020)의 하부면에 도달되도록 도전막(4020) 아래에 위치된 산화물 막(4001b)의 소정 부분을 용해시키는 한편, 에칭액은 또한 컨덴서 마이크로폰(4000A)에 이용되는 상기 도전막(4020)에 비해 방사 방향으로 더욱 연장되는 도전막(4020)의 외단부의 외측에 있는 공간을 통해서도 공급되는 데, 즉 외주변부(4004b)(스토퍼(4006)를 형성)의 외주면(4004a)의 외측에 있는 공간을 통해서도 공급되어, 외주변부(4004b), 백 플레이트(4002), 브리지(4003), 및 기판(4001a)의 돌출부(4001e) 간에 놓여 있는 산화물 막(4001b)의 소정 부분을 용해시킨다. 이로써, 다이어프램(4004)은 필러부(4005)에 의해 공동 공간에서 지지를 받게 된다.
컨덴서 마이크로폰(4000B)에서, 산화물 막(4001b)이 제거되어 다이어프램(4004)이 공동 공간에서 지지되며, 여기서 다이어프램(4004)의 외주면(4004a)(즉, 외주변부(4004b) 및 스토퍼(4006)) 및 브리지(4003)는 필러부(4005)가 경사지게 이동될 정도로 다이어프램(4004)의 인장 응력 T가 감소되도록 변형된다. 이 때, 다이어프램(4004)은 변형되어 백 플레이트(4002)에 가깝게 부분적으로 이동되고, 스토퍼(4006)의 단부들(즉, 외주면(4004a))은 기판(4001a)의 돌출부(4001e) 의 상부면(4001d)에 접촉하게 되어, 다이어프램(4004)은 또 다른 이동 시에 조정되어 백 플레이트(4002)에 가깝게 더 이동되지 않게 된다. 스토퍼(4006)의 길이를 방사 방향으로 적절하게 설정함으로써, 백 플레이트(4002)와 다이어프램(4004) 간의 간격 H1을 스토퍼(4006)에 의해 표준적으로 유지할 수 있으며, 이 스토퍼(4006)는 다이어프램(4004)이 인장 응력 T가 줄어들도록 변형되더라도 다이어프램(4004)의 또 다른 변형을 조정한다. 이로써, 컨덴서 마이크로폰(4000B)의 제조가 완성된다.
컨덴서 마이크로폰(4000B)은 다이어프램(4004)에 연결되고 필러부(4005)의 외부로 더욱 연장되는 스토퍼(4006)를 가지며, 여기서 필러부(4005)가 다이어프램(4004)의 인장 응력 T를 줄이도록 회전되면, 스토퍼(4006)의 단부에 대응하는 외주면(4004a)은 기판(4001a)의 돌출부(4001e)의 상부면(4001d)과 접촉하게 된다. 즉, 간격 H1은 백 플레이트(4002)와 다이어프램(4004) 간에서 표준적으로 유지될 수 있다. 따라서, 컨덴서 마이크로폰(4000B)의 원하는 감도를 보장할 수 있다.
부수적으로, 제5 실시예의 제1 변형은 본 발명의 범위 내에서 더 변형될 수 있다. 예를 들어, 스토퍼(4006)의 단부들(다이어프램(4004)의 외주변부(4004b)의 외주면(4004a)에 대응)이 백 플레이트(4002)와 다이어프램(4004) 간의 간격 H1을 표준적으로 유지하도록 기판(4001a)과 접촉하게 되는 컨덴서 마이크로폰(4000B)은, 도 79 및 도 80에서 도시된 바와 같이, 각각이 반구형 형상을 갖는 접촉부(4006b)가 스토퍼(4006)의 하단부로부터 하향으로 돌출하도록 형성되도록 재설계될 수 있으며, 여기서 스토퍼(4006)의 접촉부(4006b)는 기판(4001a)의 돌출부(4001e)의 상 부면(4001d)과 접촉하게 되어 백 플레이트(4002)와 다이어프램(4004) 간의 간격 H1을 표준적으로 유지하게 된다. 접촉부(4006b) 는 반드시 반구형 형상으로 형성될 필요는 없으며 어떠한 형상으로도 형성될 수 있다.
(d) 제2 변형
다음으로, 제5 실시예의 제2 변형에 따른 컨덴서 마이크로폰(4000C)에 대해 도 81 및 도 82를 참조하면서 기술하기로 하며, 여기서 컨덴서 마이크로폰(4000A 및 4000B)의 것과 동일한 부분들은 동일한 참조 부호로 나타내었다. 따라서, 그들에 대한 상세한 설명은 필요에 따라 생략하기로 한다.
컨덴서 마이크로폰(4000C)은 필러부(4005)를 둘러싸도록 브리지(4003)에 U-형상 컷아웃(4003a)이 형성되는 점에서 특징이 있다. 필러부(4005)의 하단부가 인장 응력 T로 인해 다이어프램(4004)의 방사 방향으로 내측으로 변위되면, 컷아웃(4003a)으로 둘러싸인 필러부(4005)의 소정 부분은 탄성적으로 아래로 변형된다. 컨덴서 마이크로폰(4000B)과 마찬가지로, 컨덴서 마이크로폰(4000C)은 다이어프램(4004)의 외주변부(4004b)로부터 연장되고 필러부(4005)의 외측에 위치되는 스토퍼(4006)를 갖는다.
컨덴서 마이크로폰(4000C)의 제조 방법은 폴리실리콘으로 구성된 도전막(4021)을 산화물 막(4001b) 상에 형성한 후 브리지(4003)의 컷아웃(4003a)을 에칭에 의해 형성하도록 도전막(4021) 상에 레지스트 막(4035)을 형성하는 것을 제외하곤 기본적으로 컨덴서 마이크로폰(4000B)의 제조 방법과 동일하다.
컨덴서 마이크로폰(4000C)에서, 산화물 막(4001b)을 제거하여 다이어프 램(4004)이 필러부(4005)에 의해 공동 공간에서 지지되면, 스토퍼들(4006)(다이어프램(4004)의 외주면(4004a)에 대응)은 인장 응력 T가 줄어들도록 동시에 아래로 변형된다. 브리지(4003)의 컷아웃(4003a)의 형성으로 인해, 컷아웃(4003a)에 의해 둘러싸인 소정 부분들이 필러부(4005)에 의해 아래로 당겨짐으로써 변형된다. 이는 컨덴서 마이크로폰(4000A 및 4000B)에 비해 컨덴서 마이크로폰(4000C)의 두드러진 기술적 특징이다. 다이어프램(4004)은 일부 변형되어 백 플레이트(4002)로부터 약간 떨어져 있는 반면, 스토퍼(4006)는 백 플레이트(4002)로부터 더 멀어지게 되는 다이어프램(4004)의 또 다른 이동을 조정하도록 기판(4001a)에 접촉한다. 따라서, 백 플레이트(4002)와 다이어프램(4004) 간의 간격 H1을 표준적으로 유지할 수 있다.
컨덴서 마이크로폰(4000C)에서, 컷아웃(4003a)은 브리지(4003)에 형성되고, 다이어프램(4004)에 연결된 스토퍼(4006)는 필러부(4005)의 외부에서 방사 방향으로 연장되고, 브리지(4003)의 컷아웃(4003a)에 의해 둘러싸여지는 소정 부분은 인장 응력 T가 감소되도록 다이어프램(4004)의 인장 응력 T로 인해 아래로 변형되고, 스토퍼(4006)는 백 플레이트(4002)와 다이어프램(4004) 간의 간격 H1을 표준적으로 유지하도록 기판(4001a)과 접촉한다. 따라서, 컨덴서 마이크로폰(4000C)의 원하는 감도를 보장할 수 있다.
제5 실시예의 제2 변형은 본 발명의 범위 내에서 더 변형될 수 있다. 예를 들어, 스토퍼(4006)가 백 플레이트(4002)와 다이어프램(4004) 간의 간격 H1을 표준적으로 유지하도록 기판(4001a)과 접촉하는 컨덴서 마이크로폰(4000C)은 도 83 및 도 84에 도시된 바와 같이, 각각이 반구형 형상을 갖는 접촉부(4006b)가 형성되어 스토퍼(4006)의 하단부로부터 아래로 돌출하는 방식으로 도 79 및 도 80에 도시된 컨덴서 마이크로폰(4000B)의 또 다른 변형과 마찬가지로 더 변형될 수 있으며, 여기서 스토퍼(4006)의 접촉부(4006b)는 백 플레이트(4002)와 다이어프램(4004) 간의 간격 H1을 표준적으로 유지하도록 기판(4001a)의 돌출부(4001e)의 상부면(4001d)과 접촉한다.
마지막으로, 본 발명은 예시적이며 제한적이지 않은 상기 실시예들에만 반드시 제한되는 되는 것은 아니다, 그러므로, 첨부된 청구범위에서 정의되는 본 발명의 범주 내에서 또 다른 변형 및 수정이 실현될 수 있다.
예를 들어, 상술한 컨덴서 마이크로폰(1)(도 1 참조)은 회로 기판(board) 상에서 여러 위치에 장착될 수 있다. 정상 위치(도 87A를 참조)에서, 컨덴서 마이크로폰은 그 기판이 아래로 향하는 방식으로 위치된다. 역 위치(도 87B를 참조)에서, 컨덴서 마이크로폰은 그 기판이 위로 향하는 방식으로 위치된다. 수직 위치(도 87C를 참조)에서, 컨덴서 마이크로폰은 그 기판이 수직으로 배열되는 방식으로 위치된다.
본 발명은 오디오 장치 뿐 아니라, 통신 장치, 정보 단말기, 셀룰러 폰, 및 컴인용 컴퓨터 등의 임의 유형의 전기 장치에 적응되는 컨덴서 마이크로폰에 적용가능하다.

Claims (22)

  1. 컨덴서 마이크로폰으로서,
    지지체,
    상기 지지체 상에 브리지되는 고정 전극을 갖는 플레이트,
    중심부에서 가동 전극을 가지며 인가되는 음파에 의해 진동하는 다이어프램, 및
    스페이서로서, 상기 다이어프램의 상기 중심부를 둘러싸도록 상기 스페이서의 제1 단부는 상기 플레이트에 고정되고, 상기 스페이서의 제2 단부는 상기 다이어프램의 근단부에 고정되어, 상기 플레이트와 상기 다이어프램 간에 공극을 형성하는 스페이서
    를 포함하는 컨덴서 마이크로폰.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서의 상기 제2 단부는 상기 스페이서의 상기 제1 단부에 비해 상기 다이어프램의 인장 응력으로 인해 상기 다이어프램의 상기 중심부에 가깝게 이동되어, 상기 다이어프램의 인장 응력을 줄이게 되는 컨덴서 마이크로폰.
  3. 컨덴서 마이크로폰으로서,
    지지체,
    상기 지지체에 의해 지지되는 고정 전극을 갖는 플레이트,
    중심부에서 가동 전극을 가지며 인가되는 음파에 의해 진동하는 다이어프램, 및
    상기 지지체로부터 내측으로 연장되는 빔부 및 상호연결부를 포함한 복수의 브리지
    를 포함하며,
    상기 다이어프램의 상기 중심부를 둘러싸도록 상기 상호연결부의 제1 단부는 상기 빔부에 고정되고 상기 상호연결부의 제2 단부는 상기 다이어프램의 근단부에 고정되며, 상기 다이어프램은 상기 다이어프램과 상기 플레이트 간에 공극이 형성되는 방식으로 상기 지지체 양단 간에 걸리는 장력 하에 브리지되는 컨덴서 마이크로폰.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 브리지에 포함된 상기 상호연결부의 상기 제2 단부는 상기 상호연결부의 상기 제1 단부에 비해 상기 다이어프램의 인장 응력으로 인해 상기 다이어프램의 상기 중심부에 가깝게 이동되어, 상기 다이어프램의 인장 응력을 줄이게 되는 컨덴서 마이크로폰.
  5. 컨덴서 마이크로폰으로서,
    고정 전극을 갖는 플레이트,
    가동 전극을 가지며 인가되는 음파로 인해 진동하는 다이어프램,
    스페이서로서, 상기 스페이서의 제1 단부는 상기 플레이트에 고정되고 상기 스페이서의 제2 단부는 상기 다이어프램의 근단부에 고정되어, 상기 플레이트와 상기 다이어프램 간에 공극을 형성하는 스페이서,
    상기 플레이트의 주변부 및 상기 다이어프램의 주변부에 위치되는 지지체, 및
    복수의 브리지로서, 상기 복수의 브리지 각각은 상기 플레이트의 소정 단부 또는 상기 다이어프램의 소정 단부로부터 상기 지지체 쪽으로 연장되고, 상기 복수의 브리지에 의해 상기 플레이트, 상기 다이어프램 및 상기 스페이서로 구성된 구조체가 상기 지지체 상에서 브리지되어, 상기 다이어프램의 변형을 통해 상기 다이어프램의 잔류 응력을 흡수하는 복수의 브리지
    를 포함하는 컨덴서 마이크로폰.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 플레이트 및 상기 다이어프램 모두 동일한 물질을 이용하여 형성되는 컨덴서 마이크로폰.
  7. 컨덴서 마이크로폰으로서,
    제1 플레이트,
    가동 전극을 가지며 인가되는 음파로 인해 진동하는 다이어프램,
    스페이서로서, 상기 스페이서의 제1 단부는 상기 플레이트에 고정되고 상기 스페이서의 제2 단부는 상기 다이어프램의 근단부에 고정되어, 상기 플레이트와 상기 다이어프램 간에 공극을 형성하는 스페이서,
    상기 플레이트의 주변부 및 상기 다이어프램의 주변부에 형성되는 지지체,
    복수의 브리지로서, 상기 복수의 브리지 각각은 상기 플ㄹ레이트의 소정 단부 또는 상기 다이어프램의 소정 단부로부터 상기 지지체 쪽으로 연장되고, 상기 복수의 브리지에 의해 상기 플레이트, 상기 다이어프램 및 상기 스페이서로 구성된 구조체가 상기 지지체 상에서 브리지되어, 상기 다이어프램의 잔류 응력을 그 변형을 통해 흡수하는 복수의 브리지, 및
    고정 전극을 가지며 상기 다이어프램에 대해 상기 제1 플레이트에 대향 위치되고 상기 지지체에 의해 지지되는 제2 플레이트
    를 포함하는 컨덴서 마이크로폰.
  8. 컨덴서 마이크로폰으로서,
    지지체,
    상기 지지체에 의해 지지되는 고정 전극을 갖는 플레이트,
    가동 전극을 가지며 인가되는 음파에 의해 진동하는 다이어프램, 및
    스페이서로서, 상기 스페이서의 제1 단부는 상기 플레이트에 고정되고 상기 스페이서의 제2 단부는 상기 다이어프램의 근단부에 고정되어, 상기 플레이트와 상기 다이어프램 간에 공극을 형성하는 스페이서
    를 포함하며,
    상기 스페이서는 상기 다이어프램의 잔류 응력을 그 전단 변형(shearing deformation)을 통해 흡수하는 컨덴서 마이크로폰.
  9. 컨덴서 마이크로폰으로서,
    고정 전극 및 복수의 구멍을 갖는 플레이트,
    상기 플레이트를 지지하도록 상기 플레이트의 주변부에 위치되는 지지체, 및
    가동 전극을 갖는 중심부, 상기 중심부의 외측에 형성되며 상기 중심부의 강성률보다 높은 강성률을 갖는 중간부 및 상기 중간부로부터 상기 지지체로 연신되고 상기 중간부의 강성율보다 낮은 강성률을 갖는 근단부를 갖는 다이어프램
    을 포함하며,
    상기 다이어프램은 상기 플레이트와 함게 공극을 형성하도록 상기 지지체 상에서 브리지되어, 상기 다이어프램이 인가되는 음파에 의해 진동하게 되는 컨덴서 마이크로폰.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 중간부의 두께는 상기 중심부 및 상기 근단부의 두께보다 큰 컨덴서 마이크로폰.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 근단부는 일부 휘어지고 상기 중간부에서 상기 지지체까지 확장되어, 상기 근단부의 강성률이 감소되어지는 컨덴서 마이크로폰.
  12. 컨덴서 마이크로폰으로서,
    지지체,
    주변부가 상기 지지체에 고정되는 고정 전극을 갖는 플레이트,
    가동 전극을 갖고, 상기 고정 전극에 대향하여 위치되는 다이어그램,
    상기 다이어프램과 상기 플레이트 사이에 형성되고, 상기 지지체와는 떨어지고 상기 다이어프램에는 결합되는 스페이서, 및
    복수의 브리지로서, 상기 브리지들 선단부는 상기 스페이서에 결합되고, 상기 브리지들의 베이스부는 상기 플레이트와 소정의 위치 관계로 고정되고 상기 다이어프램의 중심에 가깝게 위치되는 복수의 브리지
    를 포함하며,
    상기 브리지들은 상기 브리지들의 선단부가 상기 플레이트에서 멀어지게 이동되는 방식으로 상기 다이어프램의 인장 응력으로 인해 편향되는 컨덴서 마이크로폰.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 플레이트 및 상기 브리지들은 상기 브리지들의 윤곽을 형성하는, 복수의 컷아웃(cutout)을 갖는 동일한 박막을 이용하여 형성되는 컨덴서 마이크로폰.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 브리지들은 상기 스페이서에 결합하는 제1막 및 상기 제1막에 대향하며 상기 스페이서에 결합하는 제2막을 이용하여 형성되고, 상기 브리지들의 선단부는 상기 다이어프램의 인장 응력 뿐 아니라, 상기 제1막의 인장 응력 및 상기 제2막의 압축 응력으로 인해 상기 플레이트에서 멀어지게 편향되는 컨덴서 마이크로폰.
  15. 컨덴서 마이크로폰으로서,
    링-형상 지지체,
    상기 링-형상 지지체의 구명 내측에 위치되는 다이어프램,
    상기 링-형상 지지체에 의해 지지되고 상기 다이어프램과 평행하게 위치되는 백 플레이트,
    상기 링-형상 지지체에 의해 캔틸레버 방식으로 지지되는 복수의 브리지,
    상기 다이어프램과 상기 백 플레이트 간에 삽입되고 상기 링-형상 지지체에 근접하게 위치되는 복수의 필러부-상기 복수의 필러부는 상기 브리지들이 상기 다이어프램의 인장 응력으로 인해 변형될 때 경사지게 이동되어, 상기 다이어프램의 인장 응력이 감소됨-. 및
    상기 다이어프램과 상기 플레이트 간의 간격을 조정하는 스토퍼
    를 포함하는 컨덴서 마이크로폰.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 스토퍼는 상기 다이어프램과 상기 백 플레이트 간에 배열되는 돌출된 형상을 갖는 컨덴서 마이크로폰.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 링-형상 지지체의 구멍은 평면으로 보아 원형의 형상을 가져 상기 브리지들 및 상기 필러부들은 그들 간에 소정의 간격을 두고 상기 링-형상 지지체의 구멍의 축선에 대해 원주 방향으로 배열되고, 상기 스토퍼는 상기 브리지들의 내측에 방사 방향으로 배열되는 컨덴서 마이크로폰.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 링-형상 지지체의 구멍은 평면으로 보아 원형의 형상을 가져 상기 브리지들 및 상기 필러부들은 그들 간에 소정의 간격을 두고 상기 링-형상 지지체의 구멍의 축선에 대해 원주 방향으로 배열되고, 복수의 스토퍼가 상기 원주 방향으로 배열되고 상기 브리지들 간에 위치되는 컨덴서 마이크로폰.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 링-형상 지지체는 상기 구멍의 내측으로 돌출하는 돌출부를 가지며, 상기 다이어프램은 상기 필러부들의 외측으로 연장되고 상기 필러부들이 상기 다이어프램의 인장 응력으로 인해 경사지게 이동될 때 변형되어 상기 돌출부 쪽으로 이동 되는 외주변부를 가지며, 상기 다이어프램의 상기 외주변부는 상기 다이어프램과 상기 백 플레이트 간의 간격을 조정하는 상기 스토퍼로서 기능하도록 상기 돌출부와 접촉하게 되는 컨덴서 마이크로폰.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 링-형상 지지체는 상기 구멍의 내측으로 돌출하는 돌출부를 가지며, 상기 다이어프램은 상기 필러부들의 외측으로 연장되고 복수의 접촉부를 갖는 외주변부를 가지며, 상기 필러부들이 상기 다이어프램의 인장 응력으로 인해 경사지게 이동될 때. 상기 다이어프램의 상기 외주변부는 상기 돌출부 쪽으로 변형되어, 상기 접촉부가 상기 다이어프램과 상기 백 플레이트 간의 간격을 조정하는 상기 스토퍼로서 기능하도록 상기 돌출부와 접촉하게 되는 컨덴서 마이크로폰.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 링-형상 지지체는 상기 구멍의 내측으로 돌출하는 돌출부를 가지며, 상기 다이어프램은 상기 필러부들의 외측으로 연장되고 상기 필러부들이 상기 다이어프램의 인장 응력으로 인해 경사지게 이동될 때 변형되어 상기 돌출부 쪽으로 이동되는 외주변부를 가지며, 상기 다이어프램의 상기 외주변부는 상기 다이어프램과 상기 백 플레이트 간의 간격을 조정하는 상기 스토퍼로서 기능하도록 상기 돌출부와 접촉하게 되고, 상기 브리지들은 평면으로 보아 상기 필러부들을 부분적으로 둘러싸는 컷아웃을 갖는 컨덴서 마이크로폰.
  22. 제15항에 있어서,
    상기 링-형상 지지체는 상기 구멍의 내측으로 돌출하는 돌출부를 가지며, 상기 다이어프램은 상기 필러부들의 외측으로 연장되고 복수의 접촉부를 갖는 외주변부를 가지며, 상기 필러부들이 상기 다이어프램의 인장 응력으로 인해 경사지게 이동될 때, 상기 다이어프램의 상기 외주변부는 상기 돌출부 쪽으로 변형되어, 상기 접촉부가 상기 다이어프램과 상기 백 플레이트 간의 간격을 조정하는 상기 스토퍼로서 기능하도록 상기 돌출부와 접촉하게 되고, 상기 브리지들은 평면으로 보아 상기 필러부들을 부분적으로 둘러싸는 컷아웃을 갖는 컨덴서 마이크로폰.
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