KR20100069496A - 압전형 마이크로 스피커 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
압전형 마이크로 스피커 및 그 제조방법이 개시된다. 개시된 압전형 마이크로 스피커는 압전 소자가 형성된 다이아프램 박막을 지지하는 기판을 구비하며, 이기판은 순차적으로 형성된 하부 물질층, 식각 방지층(etch stop layer) 및 상부 물질층으로 구성된다.
Description
균일한 두께의 멤브레인을 가지는 압전형 마이크로 스피커 및 그 제조방법이 제공된다.
개인 휴대통신이 비약적으로 발전함에 따라 지난 수 십년간 MEMS(micro electro mechanical system) 기술을 이용한 음향 변환기(acoustic tranducer)에 대한 관련 연구들이 진행되어 왔고, 특히 스피커의 경우 구조의 단순함이 가지는 장점으로 인해 압전형 마이크로 스피커에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이렇게 제작되는 마이크로 스피커는 개인 음성 통신 및 데이터 통신을 위한 단말기에 다양하게 활용될 수 있다.
MEMS 기술을 이용한 압전형 마이크로 스피커는 정전형(electrostatic) 마이크로 스피커에 비해 낮은 전압으로 구동이 가능하고, 전자기형(electromagnetic) 마이크로 스피커에 비해 구조가 단순하고 박형화에 유리한 장점을 가지고 있다. 이러한 MEMS 기술을 이용한 일반적인 압전형 마이크로 스피커는 기계적인 변형을 통하여 음압을 발생시키는 멤브레인을 포함하며, 이러한 멤브레인은 압전층의 양면에 전극층들이 형성된 압전소자와 비압전성인 다이아프램 박막으로 구성된다. 여기서, 상기 압전소자에 교류 전압을 인가하게 되면 압전층의 형상 변형이 발생하게 되고, 이에 따라 다이아프램 박막이 진동함으로써 소리를 발생시키게 된다.
마이크로 스피커를 제조하는 방법들 중 대표적인 것은 멤브레인이 형성된 실리콘 기판의 반대면을 건식 또는 습식 식각 방법에 의하여 실리콘만을 식각하는 방법이 있다. 그러나, 대표적으로 많이 사용되는 건식 식각을 이용하는 경우, 실리콘 웨이퍼의 크기 및 식각되는 면적의 비율에 따라 식각 속도가 차이가 있게 된다. 이에 따라, 실리콘 웨이퍼를 건식 식각하여 마이크로 스피커를 제작하는 경우에는 멤브레인이 불균일한 두께로 형성되거나 또는 다이아프램 박막에 노치(notch) 등과 같은 결함(defect)이 발생될 염려가 있다. 이에 따라, 공정상의 불량 증가, 공진 주파수의 변동, 구동 변위의 산포 증가 등과 같은 스피커 특성의 불균일성이 증가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 균일한 두께의 멤브레인을 가지는 압전형 마이크로 스피커 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 압전형 마이크로 스피커는,
압전 소자;
상기 압전 소자의 하면에 마련되는 것으로, 상기 압전 소자의 구동에 의해 진동함으로써 소리를 발생시키는 다이아프램 박막(diaphram thim film); 및
상기 다이아프램 박막을 지지하는 것으로, 순차적으로 형성된 하부 물질층, 식각 방지층(etch stop layer) 및 상부 물질층을 포함하는 기판;을 구비한다.
여기서, 상기 기판은 상기 다이아프램 박막의 진동부 가장자리를 지지할 수 있다.
상기 식각 방지층은 상기 하부 및 상부 물질층에 대하여 식각 선택성을 가지는 물질로 이루어질 수 있다. 상기 하부 및 상부 물질층은 실리콘으로 이루어져 있으며, 상기 식각 방지층은 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 상부 물질층은 10 ~ 100 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 하부 물질층과 상부 물질층은 각각 실리콘 및 폴리 실리콘으로 이루어져 있으며, 상기 식각 방지층은 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 상부 물질층은 1 ~ 10㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 식각 방지층은 2000 ~ 3000Å의 두께를 가질 수 있다.
상기 압전 소자는 상기 다이아프램 박막의 상면에 형성되는 하부 전극과, 상기 하부 전극 상에 형성되는 압전층과, 상기 압전층 상에 형성되는 상부 전극을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 압전형 마이크로 스피커의 제조방법은,
순차적으로 형성된 하부 물질층, 식각 방지층(etch stop layer) 및 상부 물질층을 포함하는 기판을 준비하는 단계;
상기 기판 상에 다이아프램 박막 및 압전 소자를 순차적으로 형성하는 단계; 및
상기 하부 물질층, 식각 방지층 및 상부 물질층을 상기 다이아프램 박막이 노출될 때까지 순차적으로 식각하는 단계;를 포함한다.
상기 하부 물질층, 식각 방지층 및 상부 물질층을 식각하는 단계는, 상기 다이아프램 박막의 진동부에 대응되는 부분의 하부 물질층을 상기 식각 방지층이 노출될 때까지 식각하는 단계; 상기 식각된 하부 물질층을 통하여 노출된 식각 방지층을 상기 상부 물질층이 노출될 때까지 식각하는 단계; 및 상기 식각된 식각 방지층을 통하여 노출된 상부 물질층을 상기 다이아프램 박막이 노출될 때까지 식각하는 단계;를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 하부 물질층, 식각 방지층 및 상부 물질층은 건식 식각 방법에 의해 식각될 수 있다.
상기 기판을 준비하는 단계는, 실리콘으로 이루어진 상기 하부 물질층 상에 실리콘 산화물로 이루어진 식각 방지층을 증착하는 단계; 상기 식각 방지층 상에 실리콘으로 이루어진 상기 상부 물질층을 접합하는 단계; 및 상기 상부 물질층을 원하는 두께로 가공하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판을 준비하는 단계는, 실리콘으로 이루어진 상기 하부 물질층 상에 실리콘 산화물로 이루어진 식각 방지층을 증착하는 단계; 및 상기 식각 방지층 상에 폴리 실리콘을 성장시켜 소정 두께의 상기 상부 물질층을 형성하는 단계;을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면 다이아프램 박막을 일정한 두께로 형성함으로써 균일한 두께의 멤브레인을 얻을 수 있고, 또한 다이아프램 박막이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 균일한 스피커 특성을 가지는 압전형 마이크로 스피커를 구현할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압전형 마이크로 스피커의 단면을 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 압전형 마이크로 스피커는 기판(100)과, 상기 기판(100)의 상면에 마련되는 다이아프램 박막(diaphragm thin film,110)과, 이 다이아프램 박막(110) 상에 마련되는 압전 소자(120)를 포함한다. 상기 기 판(100)은 다이아프램 박막(110)의 진동부 가장자리를 지지하는 것으로, 상기 기판(100)에는 상기 다이아프램 박막(110)의 진동부를 노출시키는 관통공(100a)이 형성되어 있다. 이러한 기판(100)은 하부 물질층(101), 식각방지층(etch stop layer,102) 및 상부 물질층(102)이 순차적으로 적층된 구조를 가지고 있다. 여기서, 상기 식각방지층(102)은 상기 하부 및 상부 물질층(101,103)에 대하여 식각선택성(etch selectivity)를 가지는 물질로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서, 상기 하부 상부 물질층(101,103)은 실리콘으로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 식각방지층(102)은 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다. 상기 기판(100)으로는 SOI(silicon oxide insulator) 기판이 사용될 수 있다.
상기 기판(100)이 대략 500㎛ 정도의 두께를 가지는 경우, 실리콘으로 이루어진 상부 물질층(103)은 대략 수십 ㎛ 정도(10 ~ 100㎛)의 두께를 가질 수 있으며, 실리콘 산화물로 이루어진 상기 식각방지층(102)은 대략 2000 ~ 3000Å 정도의 두께를 가질 수 있다.
상기 기판(100)의 상면에는 다이아프램 박막(110)이 형성되어 있다. 이러한 다이아프램 박막(110)은 압전 소자(120)의 구동에 의하여 진동함으로써 소리를 발생시키는 역할을 한다. 그리고, 상기 다이아프램 박막(110)의 진동부 상에는 압전 소자(120)가 마련되어 있다. 여기서, 상기 압전 소자(120)는 다이아프램 박막(110)의 상면에 형성되는 하부 전극(101)과, 상기 하부 전극(101) 상에 형성되는 압전층(102)과, 상기 압전층(102) 상에 형성되는 상부 전극(103)을 포함한다. 상기와 같은 구조에서, 압전 소자(120)의 하부 전극(101)과 상부 전극(103) 사이에 소정 전압이 인가되면 압전층(102)이 변형을 일으키게 되고, 이러한 압전층(102)의 변형에 의해 다이아프램 박막(110)이 진동함으로써 소리를 발생시키게 된다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전형 마이크로 스피커의 단면을 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 압전형 마이크로 스피커는 기판(200)과, 상기 기판(200)의 상면에 마련되는 다이아프램 박막(210)과, 상기 다이아프램 박막(210) 상에 마련되는 압전 소자(220)를 포함한다. 상기 기판(200)에는 상기 다이아프램 박막(210)의 진동부를 노출시키는 관통공(200a)이 형성되어 있다. 이러한 기판(200)은 하부 물질층(201), 식각방지층(202) 및 상부 물질층(203)이 순차적으로 적층된 구조를 가지고 있으며, 상기 식각방지층(202)은 상기 하부 및 상부 물질층(201,203)에 대하여 식각선택성를 가지는 물질로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서, 상기 하부 물질층(201)은 실리콘으로 이루어지고, 상기 상부 물질층(203)은 폴리 실리콘으로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 식각방지층(202)은 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다. 상기 기판(200)이 대략 500㎛ 정도의 두께를 가지는 경우, 실리콘으로 이루어진 상부 물질층(203)은 대략 수 ㎛ 정도(1 ~ 10㎛)의 두께를 가질 수 있으며, 실리콘 산화물로 이루어진 식각방지층(202)은 대략 2000 ~ 3000Å 정도의 두께를 가질 수 있다. 한편, 상기 기판(200) 상에는 다이아프램 박막(210)이 형성되며, 상기 다이아프램 박막(210) 상에는 압전 소자(220)가 마련된다. 여기서, 상기 압전 소자(200)는 하부 전극(201)과 상부 전극(203), 상기 하부 전극(201)과 상부 전극(203) 사이에 형성되는 압전층(202)을 포함한다. 상기한 다이 아프램 박막(210) 및 압전 소자(220)에 대해서는 전술한 실시예에서 설명되었으므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전형 마이크로 스피커의 제조방법을 설명한다. 도 3 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전형 마이크로 스피커의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 3을 참조하면, 먼저 기판(100)을 준비한다. 상기 기판은 하부 물질층(101), 식각 방지층(102) 및 상부 물질층(103)이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다. 여기서, 상기 하부 및 상부 물질층(101,103)을 실리콘으로 이루어질 수 있으며, 상기 식각 방지층(102)은 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 기판(100)이 대략 500㎛ 정도의 두께를 가지는 경우, 실리콘으로 이루어진 상부 물질층(103)은 대략 수십 ㎛ 정도(10 ~ 100㎛)의 두께를 가질 수 있으며, 실리콘 산화물로 이루어진 상기 식각방지층(102)은 대략 2000 ~ 3000Å 정도의 두께를 가질 수 있다. 이러한 기판(100)으로 SOI 기판이 사용될 수 있다. 이러한 기판(100)을 제작하는 방법이 도 7 내지 도 9에는 예시적으로 도시되어 있다. 도 7을 참조하면, 먼저 실리콘으로 이루어진 하부 물질층(101) 상에 열산화(thermal oxidation)에 의해 실리콘 산화물로 이루어진 식각방지층(102)을 소정 두께로 증착한다. 이어서, 상기 식각방지층(102) 상에 예를 들어, SDB(silicon direct bonding)을 이용하여 실리콘 기판(103')을 접합한다. 다음으로, 상기 실리콘 기판(103')을 원하는 두께, 예를 들면 수십 ㎛ 정도의 두께로 가공하여 상부 물질층(103)을 형성한다.
한편, 도 11에 도시된 바와 같이 기판(200)은 실리콘으로 이루어진 하부 물질층(201), 폴리 실리콘으로 이루어진 상부 물질층(203) 및 실리콘 산화물로 이루어진 식각방지층(202)으로 구성될 수도 있다. 여기서, 상기 기판(200)이 대략 500㎛ 정도의 두께를 가지는 경우, 실리콘으로 이루어진 상부 물질층(203)은 대략 수 ㎛ 정도(1 ~ 10㎛)의 두께를 가질 수 있으며, 실리콘 산화물로 이루어진 식각방지층(202)은 대략 2000 ~ 3000Å 정도의 두께를 가질 수 있다. 이러한 기판(200)을 제작하는 방법이 도 10 및 도 11에 예시적으로 도시되어 있다. 도 10을 참조하면, 먼저 실리콘으로 이루어진 하부 물질층(201) 상에 열산화(thermal oxidation)에 의해 실리콘 산화물로 이루어진 식각 방지층(202)을 소정 두께로 증착한다. 다음으로, 도 11을 참조하면, 상기 식각 방지층(202) 상에 폴리 실리콘을 성장시켜 소정 두께의 상부 물질층(203)을 형성한다.
다시 도 5를 참조하면, 기판(100)을 준비한 다음, 상기 기판(100) 상에 다이아프램 박막(110)과 압전 소자(120)를 순차적으로 형성한다. 여기서, 상기 압전 소자(120)는 하부 전극(121)과 상부 전극(123), 상기 하부 전극(121)과 상부 전극(123) 사이이 형성되는 압전층(122)을 포함한다.
도 4를 참조하면, 상기 다이아프램 박막(110)의 진동부에 대응되는 부분의 하부 물질층(101)을 식각 방지층(102)이 노출될 때까지 식각한다. 여기서, 상기 하부 물질층(101)은 예를 들면, ICP-RIE(inductively coupled plasma - reactive ion etching) 등과 같은 건식 식각 방법에 의해 식각될 수 있다. 이러한 하부 물질층(101)의 식각에 의해 상기 하부 물질층(101)에는 식각 방지층(102)을 노출시키는 제1 관통공(101a)이 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 하부 물질층(101)의 제1 관통공(101a)을 통하여 노출된 식각 방지층(102)을 상부 물질층(103)이 노출될 때까지 식각한다. 여기서, 상기 식각 방지층(102)은 건식 식각 방법에 의해 식각될 수 있다. 이러한 식각 방지층(102)의 식각에 의해 상기 식각 방지층(102)에는 상부 물질층(103)을 노출시키는 제2 관통공(102a)이 형성될 수 있다. 다음으로, 도 6을 참조하면, 상기 식각 방지층(102)의 제2 관통공(102a)을 통하여 노출된 상부 물질층(103)을 다이아프램 박막(110)이 노출될 때까지 식각하면 마이크로 스피커가 완성된다. 여기서, 상기 상부 물질층(103)은 건식 식각 방법에 의해 식각될 수 있다. 이러한 상부 물질층(103)의 식각에 의해 상기 상부 물질층(103)에는 다이아프램 박막(110)을 노출시키는 제3 관통공(103a)이 형성될 수 있다.
이상과 같이, 본 실시예에서는 하부 물질층(101), 식각방지층(102) 및 상부 물질층(103)을 순차적으로 건식 식각함으로써 식각 공정에 따른 불량 발생율을 최소화하는 동시에 수율 향상의 효과를 얻을 수 있다. 이에 따라, 다이아프램 박막(110)의 두께 편차를 크게 줄일 수 있으므로 다이아프램 박막(110)과 압전 소자(120)로 구성되는 멤브레인을 균일한 두께로 형성할 수 있다. 그 결과, 균일한 스피커 특성을 가지는 압전형 마이크로 스피커를 제작할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압전형 마이크로 스피커의 단면을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전형 마이크로 스피커의 단면을 도시한 것이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전형 마이크로 스피커의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7 내지 도 9는 도 1에 도시된 기판을 제작하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 10 및 도 11은 도 2에 도시된 기판을 제작하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100,200... 기판 100a,200a... 관통공
101,201... 하부 물질층 102,202... 식각 방지층
103,203... 상부 물질층 110,210... 다이아프램 박막
120,220... 압전 소자 121,221... 하부 전극
122,222... 압전층 123,223... 상부 전극
Claims (17)
- 압전 소자;상기 압전 소자의 하면에 마련되는 것으로, 상기 압전 소자의 구동에 의해 진동함으로써 소리를 발생시키는 다이아프램 박막(diaphragm thim film); 및상기 다이아프램 박막을 지지하는 것으로, 순차적으로 형성된 하부 물질층, 식각 방지층(etch stop layer) 및 상부 물질층을 포함하는 기판;을 구비하는 압전형 마이크로 스피커.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판은 상기 다이아프램 박막의 진동부 가장자리를 지지하는 압전형 마이크로 스피커.
- 제 1 항에 있어서,상기 식각 방지층은 상기 하부 및 상부 물질층에 대하여 식각 선택성을 가지는 물질로 이루어지는 압전형 마이크로 스피커.
- 제 3 항에 있어서,상기 하부 및 상부 물질층은 실리콘으로 이루어져 있으며, 상기 식각 방지층은 실리콘 산화물로 이루어지는 압전형 마이크로 스피커.
- 제 4 항에 있어서,상기 상부 물질층은 10 ~ 100 ㎛의 두께를 가지는 압전형 마이크로 스피커.
- 제 3 항에 있어서,상기 하부 물질층과 상부 물질층은 각각 실리콘 및 폴리 실리콘으로 이루어져 있으며, 상기 식각 방지층은 실리콘 산화물로 이루어지는 압전형 마이크로 스피커.
- 제 6 항에 있어서,상기 상부 물질층은 1 ~ 10㎛의 두께를 가지는 압전형 마이크로 스피커.
- 제 1 항에 있어서,상기 식각 방지층은 2000 ~ 3000Å의 두께를 가지는 압전형 마이크로 스피커.
- 제 1 항에 있어서,상기 압전 소자는 상기 다이아프램 박막의 상면에 형성되는 하부 전극과, 상기 하부 전극 상에 형성되는 압전층과, 상기 압전층 상에 형성되는 상부 전극을 포함하는 압전형 마이크로 스피커.
- 순차적으로 형성된 하부 물질층, 식각 방지층(etch stop layer) 및 상부 물질층을 포함하는 기판을 준비하는 단계;상기 기판 상에 다이아프램 박막 및 압전 소자를 순차적으로 형성하는 단계; 및상기 하부 물질층, 식각 방지층 및 상부 물질층을 상기 다이아프램 박막이 노출될 때까지 순차적으로 식각하는 단계;를 포함하는 압전형 마이크로 스피커의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 식각 방지층은 상기 하부 및 상부 물질층에 대하여 식각 선택성을 가지는 물질로 이루어지는 압전형 마이크로 스피커의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 하부 물질층, 식각 방지층 및 상부 물질층을 식각하는 단계는,상기 다이아프램 박막의 진동부에 대응되는 부분의 하부 물질층을 상기 식각 방지층이 노출될 때까지 식각하는 단계;상기 식각된 하부 물질층을 통하여 노출된 식각 방지층을 상기 상부 물질층이 노출될 때까지 식각하는 단계; 및상기 식각된 식각 방지층을 통하여 노출된 상부 물질층을 상기 다이아프램 박막이 노출될 때까지 식각하는 단계;를 포함하는 압전형 마이크로 스피커의 제조방법.
- 제 12 항에 있어서,상기 하부 물질층, 식각 방지층 및 상부 물질층은 건식 식각 방법에 의해 식각되는 압전형 마이크로 스피커의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 하부 및 상부 물질층은 실리콘으로 이루어져 있으며, 상기 식각 방지층은 실리콘 산화물로 이루어지는 압전형 마이크로 스피커의 제조방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 기판을 준비하는 단계는,실리콘으로 이루어진 상기 하부 물질층 상에 실리콘 산화물로 이루어진 식각 방지층을 증착하는 단계;상기 식각 방지층 상에 실리콘으로 이루어진 상기 상부 물질층을 접합하는 단계; 및상기 상부 물질층을 원하는 두께로 가공하는 단계;를 포함하는 압전형 마이크로 스피커의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 하부 물질층 및 상부 물질층은 각각 실리콘 및 폴리 실리콘으로 이루어져 있으며, 상기 식각 방지층은 실리콘 산화물로 이루어지는 압전형 마이크로 스피커의 제조방법.
- 제 16 항에 있어서,상기 기판을 준비하는 단계는,실리콘으로 이루어진 상기 하부 물질층 상에 실리콘 산화물로 이루어진 식각 방지층을 증착하는 단계; 및상기 식각 방지층 상에 폴리 실리콘을 성장시켜 소정 두께의 상기 상부 물질층을 형성하는 단계;을 포함하는 압전형 마이크로 스피커의 제조방법.
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KR1020080128189A KR20100069496A (ko) | 2008-12-16 | 2008-12-16 | 압전형 마이크로 스피커 및 그 제조방법 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20210064211A (ko) * | 2018-09-04 | 2021-06-02 | 카티르가마순다람 수리아쿠마르 | 음향 변환기와 관련 제작 및 패키징 기술 |
-
2008
- 2008-12-16 KR KR1020080128189A patent/KR20100069496A/ko not_active Application Discontinuation
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