KR20170109738A - 음향 센서 - Google Patents

Abstract

트렌치 내에 배치되는 분리막에 의해 서로 이격되는 제 1 영역 및 제 2 영역을 갖는 기판, 상기 제 1 영역의 기판에 형성되는 제 1 센서, 및 상기 제 2 영역의 기판에 형성되고, 상기 제 1 센서와는 다른 감지 음역대를 갖는 제 2 센서를 포함하는 음향 센서를 제공하되, 상기 제 1 및 상기 제 2 센서 각각은 상기 기판 내에 제공되는 음향 챔버, 상기 음향 챔버 상에 플로팅되는 하부 전극, 상기 하부 전극의 상부(over)에 배치되고, 그의 내부를 관통하는 배기홀을 갖는 진동판, 및 상기 기판과 상기 진동판 사이에 배치되어, 상기 진동판을 지지하는 지지로드들을 포함하고, 상기 지지로드들은 상기 배기홀을 사이에 두고 서로 대향하여 배치될 수 있다.

Description

음향 센서{ACOUSTIC SENSOR}

본 발명은 음향 센서에 관한 것으로, 상세하게는 멤스(MEMS: Micro Elecro Mechanical System) 기술을 이용한 정전 용량형 멤스 음향 센서에 관한 것이다.

음향 센서는 음성을 전기적인 신호로 변환하는 장치이다. 최근 소형 유무선 장비들의 개발이 가속화된에 따라 음향 센서의 크기가 점점 소형화 되어 가는 추세이다. 이에 따라 최근에는 멤스(MEMS: Micro Elecro Mechanical System, 미세전자기계시스템)를 이용한 음향 센서가 개발되었다.

멤스 음향 센서는 2가지 타입, 즉 크게 압전형(Piezo-type)과 정전 용량형(Condenser-type)으로 분류할 수 있다. 압전형은 압전 물질에 물리적 압력이 가해지는 경우, 압전 물질의 양단에 전위차가 발생하는 피에조 효과를 이용하는 것으로, 음성 신호의 압력을 전기적 신호로 변환시키는 방식이다. 압전형 음향 센서는 낮은 대역 및 음성 대역 주파수의 불균일한 특성으로 인하여 응용에 많은 제한이 있다. 정전 용량형은 두 개의 전극이 마주보고 있는 콘덴서의 원리를 응용한 것으로, 하나의 전극은 기판 상에 고정되어 있고 다른 전극은 공중에 부양되어 진동판으로 외부의 음압에 반응하여 움직이도록 구성된다. 여기서, 외부의 음압이 들어오게 되면 진동판이 진동하게 되고, 두 개의 전극 사이의 간극이 변하면서 정전용량 값이 변하게 되어 전류가 흐르는 현상을 통해 전기적인 신호로 변환할 수 있다. 이와 같은 정전용량형 멤스 음향 센서는 주파수 특성이 우수하고 안정적이라는 장점이 있어, 정전 용량형의 음향 센서가 널리 사용되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 강성이 향상된 음향 센서를 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 기술적 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 음향 센서는 트렌치 내에 배치되는 분리막에 의해 서로 이격되는 제 1 영역 및 제 2 영역을 갖는 기판, 상기 제 1 영역의 기판에 형성되는 제 1 센서, 및 상기 제 2 영역의 기판에 형성되고, 상기 제 1 센서와는 다른 감지 음역대를 갖는 제 2 센서를 포함할 수 있다. 상기 제 1 및 상기 제 2 센서 각각은 상기 기판 내에 제공되는 음향 챔버, 상기 음향 챔버 상에 플로팅되는 하부 전극, 상기 하부 전극의 상부(over)에 배치되고, 그의 내부를 관통하는 배기홀을 갖는 진동판, 및 상기 기판과 상기 진동판 사이에 배치되어, 상기 진동판을 지지하는 지지로드들을 포함할 수 있다. 상기 지지로드들은 상기 배기홀을 사이에 두고 서로 대향하여 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 음향 센서는 진동판들과 기판 사이에 제공되고, 진동판들 각각의 중심으로부터 서로 다른 거리에 위치하는 지지로드들을 포함할 수 있다. 지지로드들은 각각 진동판들을 기판 상에 고정시킬 수 있다. 또한, 음향 센서에 충격이 가해질 시, 진동판들의 외각에 집중되는 응력이 지지로드들에 분산되어 진동판의 변형이 억제될 수 있다. 더하여, 지지로드들은 충격에 취약한 진동판들의 배기홀과 인접하여 배치됨으로써 배기홀에 집중되는 응력을 분산시켜 진동판의 변형 및 절단을 억제할 수 있다. 결과적으로, 음향 센서의 기계적 특성이 향상될 수 있다.

또한, 제 1 및 제 2 진동판들 사이에 분리막을 배치하여 불필요한 기생 캐패시턴스를 최대한 억제할 수 있으며, 이를 통해 고민감도의 음향 센서를 구현할 수 있다.

도 1a는 본 발명의 실시예들에 따른 음향 센서를 설명하기 위한 평면도이다.
도 1b는 도 1a의 Ⅰ-Ⅰ'선에 따른 단면도이다.
도 2a 내지 도 6a는 본 발명의 실시예들에 따른 음향 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들이다.
도 2b 내지 도 6b는 각각 도 2a 내지 도 6a의 Ⅰ-Ⅰ'선에 따른 단면도들이다.

본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 개념이 어떤 적합한 환경에서 수행될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises)’ 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

본 명세서에서 어떤 면(또는 층)이 다른 면(또는 층) 또는 기판(110)상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 면(또는 층) 또는 기판(110)상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 면(또는 층)이 개재될 수도 있다.

본 명세서의 다양한 실시예들에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어가 다양한 영역, 면들(또는 층들) 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 면들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 면(또는 층)을 다른 영역 또는 면(또는 층)과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에서의 제 1 면으로 언급된 면이 다른 실시예에서는 제 2 면으로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.

본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1a는 본 발명의 실시예들에 따른 음향 센서를 설명하기 위한 평면도이다. 도 1b는 도 1a의 Ⅰ-Ⅰ'선에 따른 단면도이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 제 1 영역(S1) 및 제 2 영역(S2)을 포함하는 기판(110)이 제공된다. 제 1 영역(S1)은 제 1 센서(10)가 형성되는 영역에 해당될 수 있고, 제 2 영역(S2)은 제 2 센서(20)가 형성되는 영역에 해당될 수 있다. 제 1 및 제 2 센서들(10, 20)은 서로 다른 감지 음역대를 갖는 센서들일 수 있다. 예를 들어, 제 1 센서(10)는 고감도 센서를 포함하고, 제 2 센서(20)는 광대역 센서를 포함할 수 있다.

제 1 영역(S1) 및 제 2 영역(S2)은 기판(110)의 내부에 형성되어 일 방향으로 연장되는 트렌치(116)에 의해 구분될 수 있다. 기판(110)은 실리콘 또는 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 갈륨 비소(GaAs) 또는 인듐 인(InP)과 같은 3족-5족 화합물 반도체 물질을 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 기판(110)은 연성(flexible) 기판을 포함할 수 있다.

기판(110)은 제 1 영역(S1)을 관통하는 제 1 음향 챔버(112) 및 제 2 영역(S2)을 관통하는 제 2 음향 챔버(114)를 가질 수 있다. 예컨대, 제 1 및 제 2 음향 챔버들(112, 114)의 각각은 기판(110)의 하면으로부터 상면까지 관통하도록 형성되는 오픈 홀(open hole) 형태를 가질 수 있다. 즉, 제 1 음향 챔버(112)는 제 1 영역(S1)의 기판(110)을 수직으로 전부 관통하고, 제 2 음향 챔버(114)는 제 2 영역(S2)의 기판(110)을 수직으로 전부 관통할 수 있다. 평면적 관점에서, 제 1 및 제 2 음향 챔버들(112, 114)은 원형일 수 있으나, 본 발명의 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다. 서로 다른 크기를 가질 수 있다. 제 1 및 제 2 음향 챔버들(112, 114)은 외부의 음압이 입력되거나, 출력되는 통로 역할을 할 수 있다.

제 1 절연층(120)이 기판(110) 상에 배치될 수 있다. 제 1 절연층(120)의 일부는 제 1 음향 챔버(112) 상으로 연장되어 제 1 음향 챔버(112) 상에 플로팅(floating)될 수 있고, 제 1 절연층(120)의 다른 일부는 제 2 음향 챔버(114) 상으로 연장되어 제 2 음향 챔버(114) 상에 플로팅될 수 있다. 이때, 제 1 절연층(120)은 트렌치(116)의 내벽을 덮을 수 있다. 제 1 절연층(120)은 후술되는 제 1 및 제 2 하부 전극들(210, 220)과 기판(110)을 전기적으로 절연시킬 수 있다. 제 1 절연층(120)은 실리콘 산화물 또는 유기물을 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 제 1 절연층(120)은 생략될 수도 있다.

제 1 및 제 2 하부 전극들(210, 220)이 제 1 절연층(120) 상에 제공될 수 있다. 제 1 하부 전극(210)은 제 1 음향 챔버(112)와 중첩되도록 제 1 영역(S1)의 중심부 상에 배치될 수 있다. 제 2 하부 전극(220)은 제 2 음향 챔버(114)와 중첩되도록 제 2 영역(S2)의 중심부 상에 배치될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 평면적 관점에서, 제 1 및 제 2 하부 전극들(210, 220) 각각은 원형의 형상을 가질 수 있다. 제 1 하부 전극(210)은 제 1 음향 챔버(112)보다 작은 평면적을 갖고, 제 2 하부 전극(220)은 제 2 음향 챔버(114)보다 작은 평면적을 가질 수 있다. 제 1 및 제 2 하부 전극들(210, 220)은 평면적으로 서로 다른 크기를 가질 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 제 1 및 제 2 하부 전극들(210, 220)은 제 1 절연층(120)에 의해 지지될 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 제 1 및 제 2 하부 전극들(210, 220) 각각은 도전성 물질, 예를 들어, 금속 또는 폴리 실리콘을 포함할 수 있다. 일 예로, 제 1 및 제 2 하부 전극들(210, 220)은 절연성 코어부 및 상기 코어부의 양면에 코팅된 금속층을 포함할 수도 있다. 다른 예로, 제 1 및 제 2 하부 전극들(210, 220)은 금속 전극층으로 구성될 수 있다. 제 1 및 제 2 하부 전극들(210, 220)은 후술되는 제 1 및 제 2 진동판들(310, 320)과 각각 캐패시터를 형성할 수 있다.

제 1 하부 전극(210)은 제 1 관통홀(212)을 가질 수 있다. 제 1 관통홀(212)은 제 1 하부 전극(210)을 상하방향으로 관통할 수 있다. 제 1 관통홀(212)은 제 1 하부 전극(210) 아래의 제 1 절연층(120) 내로 연장되어 제 1 음향 챔버(112)와 연통될 수 있다. 제 2 하부 전극(220)은 제 2 관통홀(222)을 가질 수 있다. 제 2 관통홀(222)은 제 2 하부 전극(220)을 상하방향으로 관통할 수 있다. 제 2 관통홀(222)은 제 2 하부 전극(220) 아래의 제 1 절연층(120) 내로 연장되어 제 2 음향 챔버(114)와 연통될 수 있다. 제 1 및 제 2 관통홀들(212, 222) 각각은 외부의 음압이 지나가는 통로 역할을 할 수 있다. 제 1 및 제 2 관통홀들(212, 222) 각각은 복수로 형성되거나, 또는 하나만 제공될 수도 있다.

제 1 하부 전극 패드(214) 및 제 1 하부 도전 패턴(216)이 제 1 영역(S1)의 제 1 절연층(120) 상에 제공될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 하부 전극 패드(214)는 제 1 하부 도전 패턴(216)을 통해 제 1 하부 전극(210)과 연결될 수 있다. 제 1 하부 전극(210)은 제 1 하부 전극 패드(214) 및 제 1 하부 도전 패턴(216)과 일체형 구조를 이룰 수 있다. 예를 들어, 제 1 하부 전극 패드(214) 및 제 1 하부 도전 패턴(216)은 제 1 하부 전극(210)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 제 1 하부 도전 패턴(216)은 제 1 하부 전극(210) 및 제 1 하부 전극 패드(214)보다 얇은 두께를 가질 수 있다.

제 2 하부 전극 패드(224) 및 제 2 하부 도전 패턴(226)이 제 2 영역(S2)의 제 1 절연층(120) 상에 제공될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제 2 하부 전극 패드(224)는 제 2 하부 도전 패턴(226)을 통해 제 2 하부 전극(220)과 연결될 수 있다. 제 2 하부 전극(220)은 제 2 하부 전극 패드(224) 및 제 2 하부 도전 패턴(226)과 일체형 구조를 이룰 수 있다. 예를 들어, 제 2 하부 전극 패드(224) 및 제 2 하부 도전 패턴(226)은 제 2 하부 전극(220)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 제 2 하부 도전 패턴(226)은 제 2 하부 전극(220) 및 제 2 하부 전극 패드(224)보다 얇은 두께를 가질 수 있다.

제 2 절연층(130)이 제 1 절연층(120) 상에 제공될 수 있다. 예를 들어 제 2 절연층(130)은 제 1 절연층(120) 상에 배치되되, 제 1 및 제 2 하부 전극들(210, 220) 각각을 덮을 수 있다. 또한, 제 2 절연층(130)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 하부 도전 패턴들(216, 226)을 덮고, 제 1 및 제 2 하부 전극 패드들(214, 224)을 노출시킬 수 있다. 제 2 절연층(130)은 제 1 절연층(120)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 제 2 절연층(130)은 실리콘 산화물 또는 유기물을 포함할 수 있다. 제 2 절연층(130)은 제 1 하부 전극(210)과 후술되는 제 1 진동판(310)과 제 1 지지로드들(410)을 절연시키고, 제 2 하부 전극(220)과 후술되는 제 2 진동판(320) 및 제 2 지지로드들(420)을 절연시키기 위하여 제공될 수 있다.

분리막(230)이 트렌치(116) 내에 배치될 수 있다. 분리막(230)은 제 1 절연층(120)이 형성된 트렌치(116)의 잔부를 채울 수 있다. 분리막(230)은 제 2 절연층(130)과 일체형 구조를 이룰 수 있다. 예를 들어, 분리막(230)은 제 2 절연층(130)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 분리막(230)은 실리콘 산화물 또는 유기물을 포함할 수 있다. 분리막(230)은 제 1 및 제 2 센서들(10, 20) 사이에 형성되는 기생 캐패시턴스를 억제하기 위하여 제공될 수 있다.

제 1 진동판(310)이 제 1 하부 전극(210) 상에 제공될 수 있다. 구체적으로, 제 1 진동판(310)은 제 1 하부 전극(210)과 이격되어 제 1 하부 전극(210)의 상부에 배치될 수 있다. 더하여, 제 1 진동판(310)은 제 1 하부 전극(210)보다 큰 평면적을 가질 수 있다. 즉, 제 1 진동판(310)은 평면적으로 제 1 하부 전극(210)의 전부 및 제 2 절연층(130)의 적어도 일부와 오버랩될 수 있다. 평면적 관점에서, 제 1 진동판(310)은 대체로 원형의 형상을 가질 수 있으나, 본 발명의 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다. 제 1 진동판(310)은 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 1 진동판(310)은 금속 또는 폴리 실리콘을 포함할 수 있다. 그리고, 제 1 진동판(310)은 약 1 내지 10 마이크로미터의 두께를 가질 수 있다.

결과적으로, 제 1 진동판(310)과 제 1 하부 전극(210) 사이, 및 제 1 진동판(310)과 제 2 절연층(130) 사이에 제 1 공극(330)이 정의될 수 있다. 제 1 공극(330)은 제 1 관통홀(212)을 통해 제 1 음향 챔버(112)와 연통될 수 있다.

제 1 공극(330)에 의해 제 1 진동판(310)은 제 1 하부 전극(210)과 전기적으로 절연될 수 있다. 따라서, 제 1 진동판(310)은 제 1 하부 전극(210)의 상대 전극으로 캐패시터를 구성할 수 있다. 외부에서 발생한 음압은 제 1 진동판(310)에 전달될 수 있다. 제 1 진동판(310)은 전달된 외부 음압에 의해 진동할 수 있다. 이때, 제 1 하부 전극(210)은 기판(110) 및 제 1 절연층(120)에 의해 고정되어 진동하지 않을 수 있다. 외부 음압에 따라, 제 1 진동판(310) 및 제 1 하부 전극(210) 사이의 간격이 변화할 수 있다. 이를 통해, 제 1 진동판(310) 및 제 1 하부 전극(210)이 형성하는 캐패시터의 정전 용량이 변할 수 있다.

제 1 진동판(310)은 제 1 배기홀들(312)을 가질 수 있다. 제 1 배기홀들(312)은 제 1 진동판(310)을 상하방향으로 관통할 수 있다, 제 1 배기홀들(312)은 외부의 음압이 지나가는 통로 역할을 할 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 배기홀들(312)은 제 1 진동판(310)의 중심으로부터 대체로 서로 동일한 거리에 위치하여 환형으로 배열될 수 있다.

제 1 진동판(310)은 제 1 지지부(314)에 의해 기판(110) 상에 지지 및 고정될 수 있다. 예컨대, 제 1 지지부(314)는 제 1 진동판(310)의 외측면으로부터 기판(110)을 향하여 연장되어, 제 2 절연층(130)과 접촉할 수 있다. 즉, 제 1 지지부(314)는 제 1 하부 전극(210)과 중첩되지 않으며, 제 1 하부 전극(210) 및 제 1 하부 전극 패드(214)와 전기적으로 절연될 수 있다.

제 1 진동판 패드(316) 및 제 1 진동판 도전 패턴(318)이 제공될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 진동판 패드(316)는 제 1 진동판(310)으로부터 제 2 절연층(130)의 상면 상으로 연장되는 제 1 진동판 도전 패턴(318)에 의해 제 1 진동판(310)과 연결될 수 있다. 제 1 진동판(310)은 제 1 지지부(314), 제 1 진동판 패드(316), 및 제 1 진동판 도전 패턴(318)과 일체형 구조를 이룰 수 있다. 예를 들어, 제 1 진동판 패드(316)는 제 1 지지부(314), 제 1 진동판(310), 및 제 1 진동판 도전 패턴(318)과 동일한 물질을 포함할 수 있다.

제 2 진동판(320)이 제 2 하부 전극(220) 상에 제공될 수 있다. 구체적으로, 제 2 진동판(320)은 제 2 하부 전극(220)과 이격되어 제 2 하부 전극(220)의 상부에 배치될 수 있다. 더하여, 제 2 진동판(320)은 제 2 하부 전극(220)보다 큰 평면적을 가질 수 있다. 즉, 제 2 진동판(320)은 평면적으로 제 2 하부 전극(220)의 전부 및 제 2 절연층(130)의 적어도 일부와 오버랩될 수 있다. 평면적 관점에서, 제 2 진동판(320)은 대체로 원형의 형상을 가질 수 있으나, 본 발명의 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다. 제 2 진동판(320)은 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 2 진동판(320)은 금속 또는 폴리 실리콘을 포함할 수 있다. 그리고, 제 2 진동판(320)은 약 1 내지 10 마이크로미터의 두께를 가질 수 있다.

결과적으로, 제 2 진동판(320)과 제 2 하부 전극(220) 사이, 및 제 2 진동판(320)과 제 2 절연층(130) 사이에 제 2 공극(340)이 정의될 수 있다. 제 2 공극(340)은 제 2 관통홀(222)을 통해 제 2 음향 챔버(114)와 연통될 수 있다.

제 2 공극(340)에 의해 제 2 진동판(320)은 제 2 하부 전극(220)과 전기적으로 절연될 수 있다. 따라서, 제 2 진동판(320)은 제 2 하부 전극(220)의 상대 전극으로 캐패시터를 구성할 수 있다. 외부에서 발생한 음압은 제 2 진동판(320)에 전달될 수 있다. 제 2 진동판(320)은 전달된 외부 음압에 의해 진동할 수 있다. 이때, 제 2 하부 전극(220)은 기판(110) 및 제 1 절연층(120)에 의해 고정되어 진동하지 않을 수 있다. 외부 음압에 따라, 제 2 진동판(320) 및 제 2 하부 전극(220) 사이의 간격이 변화할 수 있다. 이를 통해, 제 2 진동판(320) 및 제 2 하부 전극(220)이 형성하는 캐패시터의 정전 용량이 변할 수 있다. 이때, 제 2 진동판(320)은 제 1 진동판(310)을 진동시키는 음압과 다른 음역대를 갖는 음압에 의해 진동될 수 있다. 예를 들어, 제 2 진동판(320)은 제 1 진동판(310)과 다른 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 2 진동판(320)은 평면적으로 제 1 진동판(310)과 평면적을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 2 진동판(320)은 제 1 진동판(310)과 다른 두께로 형성될 수 있다. 이를 통해, 제 1 및 제 2 센서들(10, 20)은 서로 다른 감지 음역대를 가질 수 있다.

제 2 진동판(320)은 제 2 배기홀들(322)을 가질 수 있다. 제 2 배기홀들(322)은 제 2 진동판(320)을 상하방향으로 관통할 수 있다, 제 2 배기홀들(322)은 외부의 음압이 지나가는 통로 역할을 할 수 있다. 일 실시예에서, 제 2 배기홀들(322)은 제 2 진동판(320)의 중심으로부터 대체로 서로 동일한 거리에 위치하여 환형으로 배열될 수 있다.

제 2 진동판(320)은 제 2 지지부(324)에 의해 기판(110) 상에 지지 및 고정될 수 있다. 예컨대, 제 2 지지부(324)는 제 2 진동판(320)의 외측면으로부터 기판(110)을 향하여 연장되어, 제 2 절연층(130)과 접촉할 수 있다. 즉, 제 2 지지부(324)는 제 2 하부 전극(220)과 중첩되지 않으며, 제 2 하부 전극(220) 및 제 2 하부 전극 패드(224)와 전기적을 절연될 수 있다.

제 2 진동판 패드(326) 및 제 2 진동판 도전 패턴(328)이 제공될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제 2 진동판 패드(326)는 제 2 진동판(320)으로부터 제 2 절연층(130)의 상면 상으로 연장되는 제 2 진동판 도전 패턴(328)에 의해 제 2 진동판(320)과 연결될 수 있다. 제 2 진동판(320)은 제 2 지지부(324), 제 2 진동판 패드(326), 및 제 2 진동판 도전 패턴(328)과 일체형 구조를 이룰 수 있다. 예를 들어, 제 2 진동판 패드(326)는 제 2 지지부(324), 제 2 진동판(320), 및 제 2 진동판 도전 패턴(328)과 동일한 물질을 포함할 수 있다.

제 1 영역(S1)의 제 2 절연층(130)과 제 1 진동판(310) 사이에 제 1 지지로드들(410)이 개재될 수 있다. 즉, 제 1 지지로드들(410)은 제 2 절연층(130) 상에 배치되어, 제 1 진동판(310)을 지지하거나 고정시킬 수 있다. 제 1 지지로드들(410)은 도전성 물질, 예를 들어, 금속 또는 폴리 실리콘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 지지로드들(410)은 제 1 진동판(310)과 동일 도는 유사한 물질을 포함할 수 있다. 이와는 다르게, 제 1 지지로드들(410)은 절연성 물질, 예를 들어, 실리콘 산화물 또는 유기물을 포함할 수도 있다.

본 발명의 개념에 따르면, 제 1 지지로드들(410)은 제 1 진동판(310)의 중심으로부터 서로 다른 거리에 위치하는 제 1 포스트(412) 및 제 2 포스트(414)를 포함할 수 있다. 평면적 관점에서, 제 1 배기홀(312)을 기준으로 할 때, 제 1 포스트(412)는 제 1 진동판(310)의 내측에 위치하고, 제 2 포스트(414)는 제 1 진동판(310)의 외측에 위치할 수 있다. 즉, 제 1 포스트(412)는 제 1 배기홀(312)에 비해 제 1 진동판(310)의 중심에 더 가깝게 제공되고, 제 2 포스트(414)는 제 1 배기홀(312)에 비해 제 1 진동판(310)의 중심으로부터 더 멀리 제공될 수 있다.

한편, 제 1 및 제 2 포스트들(412, 414)은 각각 복수 개로 제공될 수 있다. 예컨대, 복수 개의 제 1 포스트들(412)은 제 1 진동판(310)의 중심으로부터 서로 동일한 거리에 위치할 수 있으며, 제 1 진동판(310)의 중심을 기준으로 환형으로 배열될 수 있다. 마찬가지로, 제 1 포스트들(412)은 제 1 진동판(310)의 중심으로부터 서로 동일한 거리에 위치할 수 있으며, 제 1 진동판(310)의 중심을 기준으로 환형으로 배열될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제 1 진동판(310)의 중심과 각각의 제 1 포스트들(412)을 연결한 선들 중 인접하는 선들간의 중심각은 모두 동일하게 제공될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 마찬가지로, 제 1 진동판(310)의 중심과 각각의 제 2 포스트들(414)을 연결한 선들 중 인접하는 것들 간의 중심각은 모두 동일하게 제공될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

제 1 및 제 2 포스트들(412, 414)의 배치는 다양하게 제공될 수 있다. 제 1 포스트(412), 제 1 배기홀(312) 및 제 2 포스트(414)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 진동판(310)의 중심과 제 1 배기홀(312)을 잇는 직선을 따라 정렬될 수 있다. 이와는 다르게, 제 1 진동판(310)의 중심과 제 1 배기홀(312)을 잇는 직선과 어긋나도록 제 1 포스트(412) 및 제 2 포스트(414)가 배치될 수도 있다. 이와는 또 다르게, 제 1 진동판(310)의 중심과 제 1 배기홀(312)을 잇는 직선 상에 제 1 포스트(412)와 제 2 포스트(414) 중 어느 하나가 배치되고, 제 1 포스트(412)와 제 2 포스트(414) 중 다른 하나는 이로부터 벗어나게 배치될 수도 있다.

제 1 포스트(412), 제 1 배기홀(312) 및 제 2 포스트(414)는 서로 동일한 수로 제공될 수 있다. 이와는 다르게, 제 1 포스트(412)와 제 2 포스트(414)는 서로 동일한 수로 제공되고, 제 1 배기홀(312)은 이들과 상이한 수로 제공될 수도 있다. 본 실시예에서, 제 1 포스트(412), 제 1 배기홀(312) 및 제 2 포스트(414)가 환형으로 배열되는 것을 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예에 따르면, 제 1 포스트(412) 및 제 2 포스트(414)는 불규칙적인 배열로 제공될 수도 있다.

제 2 영역(S2)의 제 2 절연층(130)과 제 2 진동판(320) 사이에 제 2 지지로드들(420)이 개재될 수 있다. 즉, 제 2 지지로드들(420)은 제 2 절연층(130) 상에 배치되어, 제 2 진동판(320)을 지지하거나 고정시킬 수 있다. 제 2 지지로드들(420)은 도전성 물질, 예를 들어, 금속 또는 폴리 실리콘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 지지로드들(420)은 제 2 진동판(320)과 동일 도는 유사한 물질을 포함할 수 있다. 이와는 다르게, 제 2 지지로드들(420)은 절연성 물질, 예를 들어, 실리콘 산화물 또는 유기물을 포함할 수도 있다.

본 발명의 개념에 따르면, 제 2 지지로드들(420)은 제 2 진동판(320)의 중심으로부터 서로 다른 거리에 위치하는 제 3 포스트(422) 및 제 4 포스트(424)를 포함할 수 있다. 평면적 관점에서, 제 2 배기홀(322)을 기준으로 할 때, 제 3 포스트(422)는 제 2 진동판(320)의 내측에 위치하고, 제 4 포스트(424)는 제 2 진동판(320)의 외측에 위치할 수 있다. 즉, 제 3 포스트(422)는 제 2 배기홀(322)에 비해 제 2 진동판(320)의 중심에 더 가깝게 제공되고, 제 4 포스트(424)는 제 2 배기홀(322)에 비해 제 2 진동판(320)의 중심으로부터 더 멀리 제공될 수 있다.

한편, 제 3 및 제 4 포스트들(422, 424)은 각각 복수 개로 제공될 수 있다. 예컨대, 복수 개의 제 3 포스트들(422)은 제 2 진동판(320)의 중심으로부터 서로 동일한 거리에 위치할 수 있으며, 제 2 진동판(320)의 중심을 기준으로 환형으로 배열될 수 있다. 마찬가지로, 제 4 포스트들(424)은 제 2 진동판(320)의 중심으로부터 서로 동일한 거리에 위치할 수 있으며, 제 2 진동판(320)의 중심을 기준으로 환형으로 배열될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제 2 진동판(320)의 중심과 각각의 제 3 포스트들(422)을 연결한 선들 중 인접하는 선들간의 중심각은 모두 동일하게 제공될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 마찬가지로, 제 2 진동판(320)의 중심과 각각의 제 4 포스트들(424)을 연결한 선들 중 인접하는 것들 간의 중심각은 모두 동일하게 제공될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

제 3 및 제 4 포스트들(422, 424)의 배치는 다양하게 제공될 수 있다. 제 3 포스트(422), 제 2 배기홀(322) 및 제 4 포스트(424)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 2 진동판(320)의 중심과 제 2 배기홀(322)을 잇는 직선을 따라 정렬될 수 있다. 이와는 다르게, 제 2 진동판(320)의 중심과 제 2 배기홀(322)을 잇는 직선과 어긋나도록 제 3 포스트(422) 및 제 4 포스트(424)가 배치될 수도 있다. 이와는 또 다르게, 제 2 진동판(320)의 중심과 제 2 배기홀(322)을 잇는 직선 상에 제 3 포스트(422)와 제 4 포스트(424) 중 어느 하나가 배치되고, 제 3 포스트(422)와 제 4 포스트(424) 중 다른 하나는 이로부터 벗어나게 배치될 수도 있다.

제 3 포스트(422), 제 2 배기홀(322) 및 제 4 포스트(424)는 서로 동일한 수로 제공될 수 있다. 이와는 다르게, 제 3 포스트(422)와 제 4 포스트(424)는 서로 동일한 수로 제공되고, 제 2 배기홀(322)은 이들과 상이한 수로 제공될 수도 있다. 본 실시예에서 제 3 포스트(422), 제 2 배기홀(322) 및 제 4 포스트(424)가 환형으로 배열되는 것을 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예에 따르면, 제 3 포스트(422) 및 제 4 포스트(424)는 불규칙적인 배열로 제공될 수도 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 음향 센서는 진동판들과 기판 사이에 제공되고, 진동판들 각각의 중심으로부터 서로 다른 거리에 위치하는 지지로드들을 포함할 수 있다. 지지로드들은 각각 진동판들을 기판 상에 고정시킬 수 있다. 또한, 음향 센서에 충격이 가해질 시, 진동판들의 외각에 집중되는 응력이 지지로드들에 분산되어 진동판의 변형이 억제될 수 있다. 더하여, 지지로드들은 충격에 취약한 진동판들의 배기홀과 인접하여 배치됨으로써 배기홀에 집중되는 응력을 분산시켜 진동판의 변형 및 절단을 억제할 수 있다. 결과적으로, 음향 센서의 기계적 특성이 향상될 수 있다.

또한, 제 1 및 제 2 진동판들 사이에 분리막을 배치하여 불필요한 기생 캐패시턴스를 최대한 억제할 수 있으며, 이를 통해 고민감도의 음향 센서를 구현할 수 있다.

이하, 본 발명의 개념에 따른 음향 센서를 제조하는 방법을 설명한다. 도 2a 내지 도 6a는 본 발명의 실시예들에 따른 음향 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들이다. 도 2b 내지 도 6b는 각각 도 2a 내지 도 6a의 Ⅰ-Ⅰ'선에 따른 단면도들이다. 설명의 편의를 위하여 앞서 설명한 바와 중복되는 내용은 생략한다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 기판(110)이 제공될 수 있다. 기판(110)은 실리콘 또는 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 기판(110)은 연성(flexible) 기판(110)을 포함할 수도 있다. 기판(110) 내에 일 방향으로 연장되는 트렌치(116)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 트렌치(116)는 식각 공정을 통해 형성될 수 있다. 트렌치(116)를 기준으로 기판(110)은 제 1 센서(10)가 형성되는 제 1 영역(S1) 및 제 2 센서(20)가 형성되는 제 2 영역(S2)으로 구분될 수 있다.

제 1 절연층(120)이 기판(110) 상면 상에 형성될 수 있다. 예를 들어 제 1 절연층(120)은 실리콘 산화물 또는 유기물을 기판(110)의 상면 상에 증착하여 형성될 수 있다. 이때, 제 1 절연층(120)은 트렌치(116)의 표면 형상을 따라, 트렌치(116)의 내벽을 덮을 수 있다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 제 1 하부 전극(210) 및 제 2 하부 전극(220)이 제 1 절연층(120) 상에 형성될 수 있다. 제 1 하부 전극(210)은 제 1 영역(S1) 상에 형성되어 제 1 절연층(120)의 일부를 덮고, 제 2 하부 전극(220)은 제 2 영역(S2) 상에 형성되어 제 1 절연층(120)의 일부를 덮을 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 하부 전극들(210, 220)은 제 1 절연층(120) 상에 도전성 물질을 증착한 후, 상기 증착된 도전층을 패터닝하여 형성될 수 있다. 제 1 하부 전극(210)의 제 1 관통홀(212) 및 제 2 하부 전극(220)의 제 2 관통홀(222)은 상기 도전층의 패터닝 공정 시 함께 형성될 수 있다. 제 1 관통홀(212)은 제 1 하부 전극(210) 및 제 1 절연층(120)을 관통하여 제 1 영역(S1)의 기판(110)의 상면을 노출시키고, 제 2 관통홀(222)은 제 2 하부 전극(220) 및 제 1 절연층(120)을 관통하여 제 2 영역(S2)의 기판(110)의 상면을 노출시킬 수 있다. 도전성 물질은 금속 또는 폴리 실리콘을 포함할 수 있다. 상기 도전층의 패터닝을 통해 제 1 하부 전극 패드(214), 제 1 하부 도전 패턴(216), 제 2 하부 전극 패드(224) 및 제 2 하부 도전 패턴(226)이 함께 형성될 수 있다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 제 2 절연층(130)이 기판(110) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 2 절연층(130)은 기판(110), 제 1 하부 전극(210) 및 제 2 하부 전극(220) 상에 절연 물질을 증착한 후, 상기 절연 물질을 패터닝하여 형성될 수 있다. 상기 패터닝 공정에 의해 제 1 및 제 2 관통홀들(212, 222)과 제 1 및 제 2 하부 전극 패드들(214, 224)이 노출될 수 있다. 상기 절연 물질은 실리콘 산화물 또는 유기물을 포함할 수 있다.

분리막(230)은 제 2 절연층(130)의 형성 공정 시 함께 형성될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 산화물 또는 유기물을 증착하는 공정에서, 실리콘 산화물 또는 유기물이 트렌치(116)의 내부를 채울 수 있다.

도 5a 및 5b를 참조하면, 제 1 희생층(510) 및 제 2 희생층(520)이 제 2 절연층(130) 상에 형성될 수 있다. 상세하게는, 제 1 희생층(510)이 제 1 하부 전극(210)의 상부(over)에 형성되고, 제 2 희생층(520)이 제 2 하부 전극(220)의 상부(over)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 희생층들(510, 520)은 제 2 절연층(130) 상에 산화물 또는 유기물을 증착하고, 상기 증착된 산화물층 도는 유기물층을 패터닝하여 형성될 수 있다. 제 1 희생층(510)은 제 1 관통홀(212)을 채우고, 제 2 희생층(520)은 제 2 관통홀(222)을 채울 수 있다. 제 1 및 제 2 희생층들(510, 520)의 패터닝 공정 시, 제 1 희생층(510)에 제 1 패턴홀(512) 및 제 2 패턴홀(514)이 함께 형성되고, 제 2 희생층(520)에 제 3 패턴홀(522) 및 제 4 패턴홀(524)이 함께 형성될 수 있다. 제 1 및 제 2 패턴홀들(512, 514)은 제 1 희생층(510)을 관통하여 제 2 절연층(130)의 상면을 노출시킬 수 있다. 제 3 및 제 4 패턴홀(522, 524)은 제 2 희생층(520)을 관통하여 제 2 절연층(130)의 상면을 노출시킬 수 있다. 이때, 제 1 내지 제 4 패턴홀들(512, 514, 522, 524) 각각에 의해 제 1 내지 제 4 포스트들(412, 414, 422, 424)가 형성되는 영역이 정의될 수 있다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 제 1 진동판(310)이 제 1 희생층(510) 상에 형성되고, 제 2 진동판(320)이 제 2 희생층(520) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 희생층들(510, 520) 상에 도전성 물질이 증착되고, 상기 증착된 도전층이 패터닝될 수 있다. 이때, 제 1 내지 제 4 포스트들(412, 414, 422, 424) 또한 함께 형성될 수 있다. 상세하게는, 도전성 물질의 증착 시, 제 1 내지 제 4 패턴홀들(512, 514, 522, 524) 각각에 도전성 물질을 채워 제 1 내지 제 4 포스트들(412, 414, 422, 424)이 형성될 수 있다. 도전성 물질은 금속 또는 폴리 실리콘을 포함할 수 있다. 제 1 진동판(310)은 제 1 희생층(510)에 의해 제 1 하부 전극(210)과 이격되고, 제 2 진동판(320)은 제 2 희생층(520)에 의해 제 2 하부 전극(220)과 이격될 수 있다. 이때, 제 1 진동판(310)을 관통하는 제 1 배기홀(312) 및 제 2 진동판(320)을 관통하는 제 2 배기홀(322)이 함께 형성될 수 있다. 제 1 배기홀(312)은 제 1 희생층(510)을 노출시키고, 제 2 배기홀(322)은 제 2 희생층(520)을 노출시킬 수 있다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 제 1 지지부(314)는 제 2 절연층(130)과 제 1 진동판(310) 사이에 형성되고, 제 2 지지부(324)는 제 2 절연층(130) 및 제 2 진동판(320) 사이에 형성될 수 있다. 제 1 지지부(314)는 제 1 희생층(510)의 측벽에 형성되고, 제 2 지지부(324)는 제 2 희생층(520)의 측벽에 형성될 수 있다. 상기 도전층의 패터닝을 통해 제 1 진동판 패드(316), 제 1 진동판 도전 패턴(318), 제 2 진동판 패드(326) 및 제 2 진동판 도전 패턴(328)이 함께 형성될 수 있다.

다시 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 제 1 공극(330), 제 1 음향 챔버(112), 제 2 공극(340) 및 제 2 음향 챔버(114)가 형성될 수 있다. 제 1 영역(S1)의 일 영역을 식각하여 제 1 음향 챔버(112)가 형성되고, 제 2 영역(S2)의 일 영역을 식각하여 제 2 음향 챔버(114)가 형성될 수 있다. 이때, 제 1 음향 챔버(112)에 의해 제 1 영역(S1)의 제 1 절연층(120) 하면의 일부가 노출되고, 제 2 음향 챔버(114)에 의해 제 2 영역(S2)의 제 1 절연층(120) 하면의 일부가 노출될 수 있다.

이후, 제 1 및 제 2 희생층들(510, 520)이 식각 공정에 의해 제거될 수 있다. 예를 들어 식각 용액 또는 식각 가스는 제 1 및 제 2 배기홀들(312, 322)을 통하여 유입되어, 제 1 및 제 2 희생층들(510, 520)과 반응할 수 있다. 식각 가스와 반응한 제 1 및 제 2 희생층들(510, 520)은 각각 제 1 및 제 2 배기홀들(312, 322)을 통해 외부로 제거될 수 있다. 제 1 및 제 2 희생층들(510, 520)의 제거에 의해, 제 1 공극(330)이 제 1 하부 전극(210)과 제 1 진동판(310) 사이에 형성되고, 제 2 공극(340)이 제 2 하부 전극(220) 및 제 2 진동판(320) 사이에 형성될 수 있다. 제 1 및 제 2 공극들(330, 340)이 형성됨에 따라, 제 1 배기홀(312)이 제 1 관통홀(212)과 연통되고, 제 2 배기홀(322)이 제 2 관통홀(222)과 연통될 수 있다.

이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

110: 기판 120: 제 1 절연층
130: 제 2 절연층 210: 제 1 하부 전극
220: 제 2 하부 전극 230: 분리막
310: 제 1 진동판 320: 제 2 진동판
410: 제 1 지지로드 420: 제 2 지지로드

Claims (1)

1. 트렌치 내에 배치되는 분리막에 의해 서로 이격되는 제 1 영역 및 제 2 영역을 갖는 기판;
   상기 제 1 영역의 기판에 형성되는 제 1 센서; 및
   상기 제 2 영역의 기판에 형성되고, 상기 제 1 센서와는 다른 감지 음역대를 갖는 제 2 센서를 포함하되,
   상기 제 1 및 상기 제 2 센서 각각은:
   상기 기판 내에 제공되는 음향 챔버;
   상기 음향 챔버 상에 플로팅되는 하부 전극;
   상기 하부 전극의 상부(over)에 배치되고, 그의 내부를 관통하는 배기홀을 갖는 진동판; 및
   상기 기판과 상기 진동판 사이에 배치되어, 상기 진동판을 지지하는 지지로드들을 포함하고,
   상기 지지로드들은 상기 배기홀을 사이에 두고 서로 대향하여 배치되는 음향 센서.

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