KR20180078178A - 초소형 실리콘 마이크로폰 및 그 제조 방법 - Google Patents

초소형 실리콘 마이크로폰 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20180078178A
KR20180078178A KR1020177016526A KR20177016526A KR20180078178A KR 20180078178 A KR20180078178 A KR 20180078178A KR 1020177016526 A KR1020177016526 A KR 1020177016526A KR 20177016526 A KR20177016526 A KR 20177016526A KR 20180078178 A KR20180078178 A KR 20180078178A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
vibration
forming
vibration film
edge
Prior art date
Application number
KR1020177016526A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101966355B1 (ko
Inventor
카이 순
웨이 후
강 리
Original Assignee
엠이엠센싱 마이크로시스템스(쑤저우, 차이나) 컴퍼니 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엠이엠센싱 마이크로시스템스(쑤저우, 차이나) 컴퍼니 리미티드 filed Critical 엠이엠센싱 마이크로시스템스(쑤저우, 차이나) 컴퍼니 리미티드
Publication of KR20180078178A publication Critical patent/KR20180078178A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101966355B1 publication Critical patent/KR101966355B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00—Electrostatic transducers
    • H04R19/01—Electrostatic transducers characterised by the use of electrets
    • H04R19/016—Electrostatic transducers characterised by the use of electrets for microphones
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00—Electrostatic transducers
    • H04R19/04—Microphones
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R31/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R31/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor
    • H04R31/003—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor for diaphragms or their outer suspension
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2201/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones covered by H04R1/00 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2201/003—Mems transducers or their use

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

본 발명의 초소형 실리콘 마이크로폰 및 그 제조 방법은 초소형 실리콘 마이크로폰에서 응력이 민감도에 주는 영향 및 제조 공정의 기술적 문제를 해결하기 위한 것이다. 본 발명의 초소형 실리콘 마이크로폰에는 진동막층이 포함된다. 상기 진동막층에는 진동빔과 진동막이 포함되고, 상기 진동빔이 상기 진동막의 가장자리를 둘러싸고 균일하게 배치되어 있고, 상기 진동빔의 제1 단부가 상기 진동막의 가장자리에 고정되고, 상기 진동빔의 제2 단부가 지지 구조물 상에 고정된다.

Description

초소형 실리콘 마이크로폰 및 그 제조 방법 {MINIATURE SILICON MICROPHONE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 마이크로폰 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 초소형 실리콘 마이크로폰 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
마이크로폰은 음성 신호를 전기적 신호로 변환시키는 일종의 에너지 변환기이다. 그 중에서 일렉트레트 콘덴서 마이크로폰(ECM)은 여러 분야에서 널리 응용되고 있다. 그러나, 기존의 ECM의 경우, 고온에서 그 진동판(Diaphram) 내의 반영구적인 전하의 누설이 발생하여 ECM 고장이 초래될 수 있다. 이에, 전자 부품의 자동화 표면 실장 공정의 경우, 통상적으로 260℃에 달하는 용접 온도에서 진행되어야 하므로, 자동화 양산을 위주로 하는 소비형 전자제품 분야에서 ECM가 우세를 상실하게 된다.
한편, 미세전자기계시스템(MEMS) 기술을 이용하여 제조된 초소형 실리콘 마이크로폰의 경우, 외부 전원을 통해 직접 마이크로폰에 바이어스 전압이 공급되어 진동판 내에 반영구적인 전하를 저장할 필요가 없으므로, 고온에서 반영구적인 전하가 유실될 우려가 없다. 초소형 실리콘 마이크로폰은 표면 실장 공정의 고온에 견디는 장점을 갖고 있으며, 신속하게 ECM 제품을 대체하고 있는 실정이다. 콘덴서 방식의 초소형 실리콘 마이크로폰은 고출력 임피던스 특점을 갖고 있어, 환경 간섭 잡음과 기생 용량(parasitic capacitance)의 영향을 비교적 크게 받으므로, 초소형 실리콘 마이크로폰은 단일칩 집적 방식을 적용해야 한다.
초소형 실리콘 마이크로폰 제조 과정에서 존재하는 하나의 중요한 과제는 바로 진동판 응력에 대한 제어이다. 기존의 박막 제조 수단은 기본적으로 침적 방식을 이용하며, 침적을 통해 형성되는 진동판에는 비교적 큰 잔여 응력이 존재하게 되는바, 통상적으로 열적 불일치로 인한 응력과 진성 응력 등 두가지가 포함된다. 잔유 응력은 초소형 실리콘 마이크로폰의 특성에 큰 영향을 미치며, 심지어 고장을 초래하여 작동이 불가능하도록 한다. 잔여 인장 응력에 의해 진동판의 기계적인 민감도가 크게 떨어지게 되며, 진동판의 기계적인 민감도는 마이크로폰의 핵심 지표인 민감도에 정비례하므로, 큰 잔여 응력으로 인해 마이크로폰의 민감도가 떨어지게 된다. 또한, 큰 잔여 압력 응력은 진동판의 굴곡을 발생시켜 마이크로폰의 고장을 초래할 수 있다. 마이크로폰의 민감도를 향상시키기 위해, 제조 방법인 침적을 개선하거나 또는 어널링과 같은 일부 부가적인 공정을 이용함으로써 진동판의 잔여 응력을 줄일 수 있으나, 이러한 방법에 의한 잔여 응력 감소가 효과적이지 않고 중복성이 차하며 구현하기 비교적 어렵다. 다른 한가지 중요한 접근법으로는 바로 진동판 구조의 설계를 최적화하여 진동판의 기계적 민감도를 향상시키는 것이다.
따라서, 어떤 방식으로 종래기술에 존재하는 진동판의 잔여 응력 문제점을 해결하여 동일한 하나의 칩 상에서 표준적인 IC와 MEMS 소자의 제조를 완성하여 마이크로폰의 민감도를 유지할 것인지가 해당 분야의 통상의 기술자가 시급히 해결해야 할 기술적 과제로 남아있는 실정이다.
상기 문제점을 감안하여, 본 발명의 실시예는 초소형 실리콘 마이크로폰 및 초소형 실리콘 마이크로폰 제조 방법을 제공하여 초소형 실리콘 마이크로폰이 응력의 영향을 받아 민감도가 떨어지는 기술적 문제를 해결하고자 한다.
본 발명의 초소형 실리콘 마이크로폰에는 진동막층이 포함되고, 상기 진동막층에는 진동빔과 진동막이 포함되고, 상기 진동빔이 상기 진동막의 가장자리를 둘러싸고 균일하게 형성되어 있고, 상기 진동빔의 제1 단부가 상기 진동막의 가장자리에 고정되고, 상기 진동빔의 제2 단부가 지지 구조물 상에 고정된다.
일 실시예에 있어서, 상기 진동빔이 상기 진동막의 가장자리에 수직되고, 상기 진동빔의 제1 단부가 상기 진동막의 가장자리에 삽입된 후 상기 진동막의 표면에 평활하게 연결된다.
일 실시예에 있어서, 상기 진동빔에는 제1 진동빔 및 대칭되게 구비된 제2 진동빔이 포함된다.
일 실시예에 있어서, 상기 진동빔에는 굴곡부가 포함된다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1진동빔은 L형 굴곡의 형상을 갖고, 상기 L형 굴곡은 상호 교차하는 두 개의 바형 지지부에 의해 구성되고, 그 중 하나의 바형 지지부가 상기 진동막 가장자리에 수직으로 연결되고, 다른 하나의 바형 지지부가 지지 구조물 상에 고정된다.
일 실시예에 있어서, 상기 진동막과 이격되게 구비된 정전 용량층이 더 포함된다.
일 실시예에 있어서, 상기 진동막층과 인접한, 상기 정전 용량층의 표면에 이격 돌기가 형성되어 있고, 상기 진동막층의 반대편인, 상기 정전 용량층의 표면에는 배면 구조층이 피복되어 있고, 상기 정전 용량층과 상기 배면 구조층 상에는 관통홀이 형성되어 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 초소형 실리콘 마이크로폰 제조 방법을 제공하는바, 해당 방법에는,
실리콘 기판을 마련하는 단계; 및
상기 실리콘 기판의 상면에 절연층과 진동막층을 순차적으로 형성시키는 단계를 포함하되,
상기 진동막층을 형성함에 있어서, 진동막 및 상기 진동막의 가장자리를 둘러싸고 균일하게 분포되는 진동빔을 형성시키며, 상기 진동빔의 제1 단부를 상기 진동막의 가장자리에 고정시키고, 상기 진동빔의 제2 단부를 지지 구조물 상에 고정시키는 단계가 포함된다.
일 실시예에 있어서, 해당 방법에는 상기 진동막층 상에 희생층, 정전 용량층 및 배면 구조층을 순차적으로 형성시키는 단계; 상기 절연층을 노출시키는 배면공동을 상기 실리콘 기판의 하면에 형성시키는 단계; 상기 정전 용량층과 상기 배면 구조층 상에 관통홀을 형성시키는 단계; 및 상기 관통홀을 통해 상기 희생층의 일부를 제거하고 상기 배면공동을 통해 상기 절연층의 일부를 제거하는 단계가 더 포함된다.
일 실시예에 있어서, 상기 희생층을 형성함에 있어서, 상기 희생층 표면에 중앙부의 공정 블라인드홀과 가장자리의 공정 관통홀을 형성시키는 단계가 포함된다.
일 실시예에 있어서, 상기 정전 용량층을 형성함에 있어서, 상기 정전 용량층이 상기 희생층과 결합되는 바닥면에, 상기 공정 블라인드홀을 이용하여 이격 돌기를 형성시키고, 상기 공정 관통홀을 이용하여 상기 정전 용량층과 상기 진동막층의 연결체를 형성시키는 단계가 포함된다.
일 실시예에 있어서, 상기 배면 구조층에 관통홀을 형성함에 있어서, 상기 배면 구조층의 가장자리에 관통홀을 형성시키는 단계가 포함되며, 상기 배면 구조층의 가장자리의 상기 관통홀은 상기 정전 용량층의 가장자리 부분을 노출시켜 압접 위치를 형성하고, 상기 초소형 실리콘 마이크로폰 제조 방법에는 상기 압접 위치에 금속 압접점을 형성하는 단계가 더 포함된다.
본 발명의 실시예에 의해 제공되는 초소형 실리콘 마이크로폰 및 초소형 실리콘 마이크로폰 제조 방법에 의하면, 진동막의 내부 응력을 극복하고, 진동막에 불규칙적인 응력이 발생하는 것을 억제하고, 진동막의 민감도를 향상시킬 수 있다. 법선 또는 반경 방향을 따른 진동빔 및 진동빔의 굴곡부를 이용하여, 진동막 진동 주파수에 매칭되는 지지력을 형성할 수 있다. 또한, 실리콘 기판 상의 IC 제조 공정을 완성한 후, 상대적으로 낮은 온도 하에 마이크로폰의 MEMS 제조 공정을 완성함으로써, 완제품의 품질을 보장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 실리콘 마이크로폰 제조 방법의 제1 단계의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 실리콘 마이크로폰 제조 방법의 제2 단계의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 실리콘 마이크로폰 제조 방법의 제3 단계의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 실리콘 마이크로폰 제조 방법의 제4 단계의 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 실리콘 마이크로폰 제조 방법의 제5 단계의 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 실리콘 마이크로폰 제조 방법의 제6 단계의 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 실리콘 마이크로폰 제조 방법의 제7 단계의 예시도이다.
도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 실리콘 마이크로폰 제조 방법의 제8 단계의 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 실리콘 마이크로폰 제조 방법의 제9 단계의 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 실리콘 마이크로폰 제조 방법의 제10 단계의 예시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 실리콘 마이크로폰 제조 방법의 제11 단계의 예시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 실리콘 마이크로폰 제조 방법의 제12 단계의 예시도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 실리콘 마이크로폰의 진동막층의 상면 구성 예시도이다.
도 14는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 초소형 실리콘 마이크로폰의 진동막층의 상면 구성 예시도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 초소형 실리콘 마이크로폰의 진동막층의 상면 구성 예시도이다.
이하, 본 발명의 실시예의 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 기술 방안에 대해 명백하고 완전한 설명을 할 것이다. 설명되는 실시예는 단지 본 발명의 일부 실시예에 불과하고 모든 실시예가 아님은 자명하다. 본 발명의 실시예에 기반하여, 해당 분야의 통상의 지식을 가진 자의 통상적인 창작능력을 발휘하여 얻을 수 있는 기타 모든 실시예들도 본 발명의 보호 범위에 속한다.
도면에서의 단계의 번호는 단지 해당 단계의 도면 부호로서 사용되며,실행 순서를 표시하지 않는다.
본 발명의 일 실시예의 초소형 실리콘 마이크로폰 제조 방법에는,
실리콘 기판을 마련하는 단계; 및
상기 실리콘 기판의 상면에 절연층과 진동막층을 순차적으로 형성시키는 단계를 포함하되;
상기 진동막층을 형성함에 있어서, 진동막 및 상기 진동막의 가장자리를 둘러싸고 균일하게 분포되는 진동빔을 형성시키며, 상기 진동빔의 제1 단부를 상기 진동막의 가장자리에 고정시키고, 상기 진동빔의 제2 단부를 지지 구조물 상에 고정시키는 단계가 포함된다. 해당 제조 방법을 통해, 초소형 실리콘 마이크로폰 안정한 적층 구조를 얻을 수 있다.
더 나아가, 해당 방법에는 상기 진동막층 상에 희생층, 정전 용량층 및 배면 구조층을 순차적으로 형성시키는 단계;
상기 절연층을 노출시키는 배면공동을 상기 실리콘 기판의 하면에 형성시키는 단계;
상기 정전 용량층과 상기 배면 구조층 상에 관통홀을 형성시키는 단계; 및
상기 관통홀을 통해 상기 희생층의 일부를 제거하고 상기 배면공동을 통해 상기 절연층의 일부를 제거하는 단계가 더 포함된다.
일부 실시예에서, 배면 구조층 상에 보호용 또는 케이스의 형상과 매칭되는 금속층을 더 형성시킨다.
전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 제조 방법은 초소형 실리콘 마이크로폰의 안정층 구조를 얻을 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 일 실시예에 따른 초소형 실리콘 마이크로폰의 제조 방법에 대해 상세히 설명할 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 실리콘 마이크로폰 제조 방법에는 도 1 내지 도 12에 도시된 바와 같이 구체적으로 다음과 같은 단계들이 포함된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(01)의 상면에 절연층(02)을 형성시키는 단계가 포함된다.
절연층(02)의 경우, 침적 공정을 이용하여 형성된 산화규소층일 수 있다. 절연층(02)은 후속적으로 형성되는 박막층의 지지층으로 된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 절연층(02) 상에 진동막층(03)을 형성시키는 단계가 포함된다.
진동막층(03)의 경우, 침적 공정을 이용하여 형성된 다결정규소층일 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 진동막층(03)의 가장자리에 진동빔(32)을 분산 형성시키는 단계가 포함된다.
이로써, 진동막층(03)이 추가로 중앙의 진동 부분(진동막)과 외주변의 고정 부분(진동빔)을 형성한다.
진동빔(32)은 광식각, 에칭 마스크, 비등방성 식각 공정을 이용하여 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예의 초소형 실리콘 마이크로폰 제조 방법에 의하면, 진동막층(03)은 절연층(02) 상의 돌기(31)를 형성한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 진동막층(03) 상에 희생층(04)을 피복시키는 단계가 포함된다.
희생층(04)은 침적 공정을 이용하여 형성된 산화규소층일 수 있다.
희생층(04)은 마이크로폰 정전용량 구조 내의 유전층으로 된다.
본 발명의 다른 일 실시예의 초소형 실리콘 마이크로폰 제조 방법에 의하면, 희생층(4)은 동시에 절연층(02)의 외주변을 피복한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 희생층(04) 표면에 중앙의 공정 블라인드홀(41)과 가장자리의 공정 관통홀(42)을 형성시키는 단계가 포함된다.
공정 블라인드홀(41)은 광식각, 에칭마스크, 비등방성 식각 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 공정 관통홀(42)은 광식각, 에칭 등 공정을 이용하여 희생층(04)을 국부적으로 에칭시켜 형성함으로써 진동막층(03)의 진동빔(32)의 단부가 노출되도록 할 수 있다.
공정 관통홀(42)에 후속 공정의 접점이 형성되고, 공정 블라인드홀(41) 내에 후속 공정의 부분적인 소정 형상이 형성된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 희생층(04)을 피복하는 정전 용량층(05)을 형성시키는 단계가 포함된다.
정전 용량층(05)은 저압화학기상증측(LPCVD) 공정을 이용하여 형성된 다결정규소층일 수 있다.
정전 용량층(05)이 희생층(04)과 결합되는 바닥면에, 공정 블라인드홀(41)을 이용하여 이격 돌기(51)를 형성시킴으로써, 완제품에 적용되는 과정에서, 이격 돌기(51)가 진동막층(03)과 정전 용량(05) 사이의 점착 현상 발생 방지를 보장할 수 있으며, 공정 관통홀(42)을 이용하여 정전 용량층(05)과 진동막층(03)의 연결체(53)를 형성시킨다.
본 발명의 다른 일 실시예의 초소형 실리콘 마이크로폰 제조 방법에 의하면, 정전 용량층(05)이 동시에 희생층(04)의 외주변을 피복시킨다. 도 7에 도시된 바와 같이, 정전 용량층(05) 상에 음성전달 관통홀(52)을 분산 형성시키는 단계가 포함된다.
음성전달 관통홀(52)은 광식각, 에칭 등 공정을 이용하여 형성되어 희생층(04)이 노출되도록 할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예의 초소형 실리콘 마이크로폰 제조 방법에 의하면, 절연층(02)과 희생층(04)의 외주변이 노출되도록 하는 단계가 더 포함된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 정전 용량층(05)을 피복하는 배면 구조층(06)을 형성시키는 단계가 포함된다.
배면 구조층(06)은 증착 공정을 이용하여 형성되는 질화규소층일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예의 초소형 실리콘 마이크로폰 제조 방법에 의하면, 배면 구조층(06)이 동시에 절연층(02), 희생층(04) 및 정전 용량층(05)의 외주변을 피복하도록 하는 단계가 더 포함된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 배면 구조층(06) 상에, 음성전달 관통홀(52)에 대응되는 음성접수 관통홀(61)을 형성시키는 단계가 포함된다.
음성접수 관통홀(61)은 광식각, 에칭 등 공정을 이용하여 형성되어, 음성전달 관통홀(52)과 함께 연통된 음성접수 통로를 형성할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 배면 구조층(06) 가장자리의 일부 음성접수 관통홀(61)은 정전 용량층의 가장자리 부분을 노출시켜 압접 위치를 형성하고, 압접 위치(63)에 금속 압접점(07)을 형성한다.
금속 압접점(07)은 스퍼터링, 광식각, 에칭 등 공정을 이용하여 제조될 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(01)의 하면에 배면공동(08)을 형성시키는 단계가 포함된다.
배면공동(08)은 양면 광식각, 심도 실리콘 식각(Deep Silicone Etching) 등 공정을 이용하여 형성될 수 있다.
배면공동(08)은 절연층(02)이 노출되도록 한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 진동빔(32)에 의해 둘러싸인 범위 내에 위치되고 정전 용량층(05)의 투영 범위 내에 있는 절연층(02)과 희생층(04)을 제거하는 단계가 포함된다.
절연층(02)과 희생층(04)의 제거는 습식 에칭 등 공정을 이용하여 배면공동(08) 및 음성전달 관통홀(52)로부터 두 방향으로 별도로 또는 동시에 진행할 수 있다.
일부 절연층(02)과 희생층(04)이 제거된 후의 진동막층(03)의 중앙 부분이 이동 가능한 구조로 떠 있으며, 진동막층(03)의 가장자리 부분은 진동빔(32)을 통해 잔류된 실리콘 기판(01)과, 배면 구조층(06)에 의해 각각 지지되는 절연층(02) 및 희생층(04) 상에 연결된다.
상기 실시예의 초소형 실리콘 마이크로폰 제조 방법을 기반으로, 진동막층(03) 및 정전 용량층(05)의 형성 순서를 뒤바꾸어 위치가 서로 바뀌도록 구성하더라도, 완제품의 품질에 불량한 영향을 주지 않는다.
본 발명의 일 실시예는 초소형 실리콘 마이크로폰을 제공하는바, 진동막층이 포함되고, 상기 진동막층에는 진동빔과 진동막이 포함되고, 상기 진동빔이 상기 진동막의 가장자리를 둘러싸고 균일하게 형성되어 있고, 상기 진동빔의 제1 단부가 상기 진동막의 가장자리에 고정되고, 상기 진동빔의 제2 단부가 지지 구조물 상에 고정된다. 해당 구조의 초소형 실리콘 마이크로폰에 의하면, 진동막층의 잔여 응력에 효과적으로 대응할 수 있고, 초소형 실리콘 마이크로폰의 구조의 안정성을 확보할 수 있다.
도 12는 또한 본 발명의 일 실시? 따른 초소형 실리콘 마이크로폰의 단면 구성 예시도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(01)과, 실리콘 기판(01)의 상측에서 절연 재료에 의해 고정 지지되는 진동막층(03)과, 정전 용량층(05)이 포함되며, 진동막층(03)과 정전 용량층(05) 사이에 캐비티가 형성되고, 실리콘 기판(01) 하측에 진동막층(03)을 노출시키는 배면공동(08)이 형성된다.
진동막층(03)과 인접한, 정전 용량층(05)의 일 표면에는 이격 돌기(51)가 배치되고, 진동막층(03)의 반대편인, 정전 용량층(05)의 다른 일 표면에는 배면 구조층(06)이 피복되고, 정전 용량층(05)과 상기 배면 구조층 상에는 관통홀(상호 연통된 음성 전달 관통홀(52)과 음성 접수 관통홀(61))이 형성되어 있다. 정전 용량층(05)과 진동막층(03)이 커패시터 구조를 구성한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 진동막층(03)에는 중앙에 위치된 진동막과 외주에 분포된 진동빔이 포함된다.
본 실시예의 진동막층(03)의 양측에는 진동막층(03)의 진동을 위한 충분한 캐비티 공간이 형성되고, 진동빔을 통해 진동막의 응력 축적을 분산시켜, 진동막의 민감도를 향상시킨다. 이격 돌기(51)를 통해 진동막층이 진동 과정에서 정전 용량층(05)과 의외로 접착되는 것을 방지한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 실리콘 마이크로폰의 진동막층(03)에는 동일한 평면에 위치하는 진동빔(32)과 진동막(33)이 포함되고, 진동빔(32)이 진동막(33)의 가장자리를 둘러싸고 균일하게 형성되어 있고, 진동빔의 일단이 진동막의 가장자리에 고정되고, 진동빔의 타단이 지지 구조물(지지 구조는 예를 들어 도12에 도시된 바와 같은 절연층(02)과 희생층(04)이다) 상에 고정된다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 초소형 실리콘 마이크로폰의 진동빔에는 굴곡부가 포함되며, 굴곡부는, 진동빔 굴곡 위치의 두 부분의 빔체에 가해지는 힘의 방향에 차이가 존재하도록 하여, 진동빔 전체의 탄성계수를 효과적으로 변화시킴으로써 진동막의 고저주파수 진동에 합당한 효과적인 지지력을 형성할 수 있다. 예를 들면, 굴곡부에는 하나 또는 복수의 순차적인 또는 대칭되는 굴곡부가 포함될 수 있다. 예를 들면, 진동빔은 L형 굴곡의 형상을 갖는다. L형 굴곡은 상호 교차하는 두 개의 바형 지지부에 의해 구성되고, 그 중 하나의 바형 지지부가 상기 진동막 가장자리에 수직으로 연결되고, 다른 하나의 바형 지지부가 지지 구조물 상에 고정된다. 또한, 굴곡부는 이격되거나 또는 연속적일 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 실리콘 마이크로폰의 진동막층의 구성 예시도이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 동일한 평면 내에 위치하는 원형의 진동막(33), 제1 진동빔(34) 및 대칭되게 구비되는 제2 진동빔(35)이 포함되며, 제1 진동빔(34)과 제2 진동빔(35)은 그룹으로 구비되어 진동막(33)의 가장자리를 둘러싸고(둘레 방향을 따라) 균일하게 배치된다. 예를 들면, 제1 진동빔(34)과 제2 진동빔(35)이 하나의 진동빔 그룹으로 구성되고, 복수의 진동빔 그룹이 예를 들어 진동막의 가장자리를 둘러싸고 균일하게 분포된다. 예를 들어, 인접된 두 진동막 그룹이 진동막의 원심에 상대적인 각이 20° 내지 60° 사이에 있다. 진동빔을 그룹으로 구비하고 진동막에 상대적인 진동빔 그룹의 분포 각을 조절함으로써, 진동막층의 구조적 안정성을 더 향상시킬 수 있다.
제1 진동빔(34)은 L형 굴곡 형상을 갖고, 교차하는 두 개의 바형 지지부(즉 두 단락의 빔체)가 포함되고, 그 중 하나의 바형 지지부가 진동막(33) 가장자리에 수직(즉 반경 방향 또는 법선 방향)으로 연결되고, 다른 하나의 바형 지지부가 지지 구조물 상에 고정된다.
본 실시예의 진동막층에 있어서, 그룹으로 구성된 제1 진동빔(34) 및 제2 진동빔(35)이 진동막의 둘레 방향을 따라 균일하게 배치됨으로써, 진동막의 진동 시에 지름 방향의 지지력을 보장한다.
제1 진동빔(34)과 제2 진동빔(35)에 의해 형성되는 분산 연결 지지 구조는 진동막(33)의 내응력을 효과적으로 분산시켜 고주파수 진동 시에 진동막(33)이 너무 이르게 훼손되는 것을 방지할 수 있다.
제1 진동빔(34)와 제2 진동빔(35)이 대칭되게 형성됨으로써, 동일한 반경 방향 상의 지지 모멘트의 안정성을 향상시키고, 고음압 및 고주파수 진동의 경우에 진동막에 발생하는 각 방향 상의 지지 모멘트의 차이를 제거하며, 진동막에 불규칙적인 응력이 발생하여 진동막의 민감도가 저감되는 것을 방지한다.
도 14는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 초소형 실리콘 마이크로폰의 진동막층의 상면 구성 예시도이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 동일한 평면 내에 위치하는 원형의 진동막(33)과 4개의 진동빔(32)가 포함되며, 진동빔(32)은 90도로 이격되어 진동막(33)의 테두리를 둘러싸고 고정한다.
진동빔(32)은 바형 지지 부재로서, 일단이 진동막(33)의 가장자리에 수직(즉 반경 방향 또는 법선 방향)으로 연결되고, 진동막(33) 가장자리에 삽입되어 진동막(33) 표면에 평활하게 연결되며, 타단이 지지 구조물 상에 고정된다.
본 실시예의 진동막층은 진동막(33)에 대한 진동빔(32)의 지지 연결 구조를 최적화하여, 진동빔(32)과 진동막(33)의 지지 연결 위치에 연결 응력이 발생하는 것을 방지하는 동시에, 비교적 큰 음압 하의 특정 주파수 범위에 대한 적응성을 보장한다.
도 15는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 초소형 실리콘 마이크로폰의 진동막층의 구성 예시도이다. 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 실시예를 바탕으로, 6개의 진동빔(32)을 포함하되, 진동빔(32)이 60도로 이격되게 진동막(33)의 테두리를 둘러싸고 고정한다.
본 실시예의 진동막층은 진동막(33)에 대한 진동빔(32)의 지지 연결 구조를 최적화하여, 진동빔(32)과 진동막(33)의 지지 연결 위치에 연결 응력이 발생하는 것을 방지하는 동시에, 비교적 큰 음압 하의 특정 주파수 범위에 대한 적응성을 보장한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 초소형 실리콘 마이크로폰은 상기 실시예를 바탕으로 진동막층의 윤곽은 맞춤화 형상의 제한을 받으며, 원형, 정사각형 또는 기타 다각형일 수 있다.
상기 언급된 바는 본 발명의 바람직한 실시예일뿐이고 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니며, 본 발명의 사상과 원칙 범위 내의 임의의 변경, 균등한 것에 의한 치환 등은 응당 모두 본 발명의 보호 범위 내에 포함되어야 한다.

Claims (15)

  1. 진동막층이 포함되며,
    상기 진동막층에는 진동빔과 진동막이 포함되고, 상기 진동빔이 상기 진동막의 가장자리를 둘러싸고 균일하게 형성되어 있고, 상기 진동빔의 제1 단부가 상기 진동막의 가장자리에 고정되고, 상기 진동빔의 제2 단부가 지지 구조물 상에 고정되는 것을 특징으로 하는 초소형 실리콘 마이크로폰.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 진동빔이 상기 진동막의 가장자리에 수직되고, 상기 제1 단부가 상기 진동막의 가장자리에 삽입된 후 상기 진동막의 표면에 평활하게 연결되는 것을 특징으로 하는 초소형 실리콘 마이크로폰.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 진동빔에는 제1 진동빔 및 대칭되게 구비된 제2 진동빔이 포함되는 것을 특징으로 하는 초소형 실리콘 마이크로폰.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 진동빔은 L형 굴곡의 형상을 갖고, 상기 L형 굴곡은 상호 교차하는 두 개의 바형 지지부에 의해 구성되고, 그 중 하나의 바형 지지부가 상기 진동막 가장자리에 수직으로 연결되고, 다른 하나의 바형 지지부가 지지 구조물 상에 고정되는 것을 특징으로 하는 초소형 실리콘 마이크로폰.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 진동빔에는 굴곡부가 포함되는 것을 특징으로 하는 초소형 실리콘 마이크로폰.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 진동빔은 L형 굴곡의 형상을 갖고, 상기 L형 굴곡은 상호 교차하는 두 개의 바형 지지부에 의해 구성되고, 그 중 하나의 바형 지지부가 상기 진동막 가장자리에 수직으로 연결되고, 다른 하나의 바형 지지부가 지지 구조물 상에 고정되는 것을 특징으로 하는 초소형 실리콘 마이크로폰.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 진동막과 이격되게 구비된 정전 용량층이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 초소형 실리콘 마이크로폰.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 진동막층과 인접한, 상기 정전 용량층의 표면에 이격 돌기가 형성되어 있고, 상기 진동막층의 반대편인, 상기 정전 용량층의 표면에는 배면 구조층이 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 초소형 실리콘 마이크로폰.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 정전 용량층과 상기 배면 구조층 상에는 관통홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초소형 실리콘 마이크로폰.
  10. 실리콘 기판을 마련하는 단계; 및
    상기 실리콘 기판의 상면에 절연층과 진동막층을 순차적으로 형성시키는 단계를 포함하되,
    상기 진동막층을 형성함에 있어서, 진동막 및 상기 진동막의 가장자리를 둘러싸고 균일하게 분포되는 진동빔을 형성시키며, 상기 진동빔의 제1 단부를 상기 진동막의 가장자리에 고정시키고, 상기 진동빔의 제2 단부를 지지 구조물 상에 고정시키는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 초소형 실리콘 마이크로폰 제조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 진동막층 상에 희생층, 정전 용량층 및 배면 구조층을 순차적으로 형성시키는 단계;
    상기 절연층을 노출시키는 배면공동을 상기 실리콘 기판의 하면에 형성시키는 단계;
    상기 정전 용량층과 상기 배면 구조층 상에 관통홀을 형성시키는 단계; 및
    상기 관통홀을 통해 상기 희생층의 일부를 제거하고 상기 배면공동을 통해 상기 절연층의 일부를 제거하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 초소형 실리콘 마이크로폰 제조 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 희생층의 소재는 산화 규소이고, 상기 정전 용량층의 소재는 다결정 규소이고, 상기 배면 구조층의 소재는 질화 규소인 것을 특징으로 하는 초소형 실리콘 마이크로폰 제조 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 희생층을 형성함에 있어서, 상기 희생층의 표면에 중앙의 공정 블라인드홀과 가장자리의 공정 관통홀을 형성시키는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 초소형 실리콘 마이크로폰 제조 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 정전 용량층을 형성함에 있어서, 상기 정전 용량층이 상기 희생층과 결합되는 바닥면에, 상기 공정 블라인드홀을 이용하여 이격 돌기를 형성시키고, 상기 공정 관통홀을 이용하여 상기 정전 용량층과 상기 진동막층의 연결체를 형성시키는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 초소형 실리콘 마이크로폰 제조 방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 배면 구조층에 관통홀을 형성함에 있어서, 상기 배면 구조층의 가장자리에 관통홀을 형성시키는 단계가 포함되며,
    상기 배면 구조층의 가장자리의 상기 관통홀은 상기 정전 용량층의 가장자리 부분을 노출시켜 압접 위치를 형성하고,
    상기 초소형 실리콘 마이크로폰 제조 방법에는 상기 압접 위치에 금속 압접점을 형성하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 초소형 실리콘 마이크로폰 제조 방법.
KR1020177016526A 2016-11-22 2017-04-21 초소형 실리콘 마이크로폰 KR101966355B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611032043.3 2016-11-22
CN201611032043.3A CN106412782A (zh) 2016-11-22 2016-11-22 一种微硅麦克风及其制造方法
PCT/CN2017/081397 WO2018094963A1 (zh) 2016-11-22 2017-04-21 一种微硅麦克风及其制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180078178A true KR20180078178A (ko) 2018-07-09
KR101966355B1 KR101966355B1 (ko) 2019-04-08

Family

ID=58083406

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177016526A KR101966355B1 (ko) 2016-11-22 2017-04-21 초소형 실리콘 마이크로폰

Country Status (3)

Country Link
KR (1) KR101966355B1 (ko)
CN (1) CN106412782A (ko)
WO (1) WO2018094963A1 (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106412782A (zh) * 2016-11-22 2017-02-15 苏州敏芯微电子技术股份有限公司 一种微硅麦克风及其制造方法
CN108810773A (zh) * 2017-04-26 2018-11-13 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 麦克风及其制造方法
DE112018005251T5 (de) * 2017-09-18 2020-06-18 Knowles Electronics, Llc System und verfahren zur optimierung von akustischen löchern
CN110366090B (zh) * 2018-04-11 2021-02-23 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Mems器件及其制备方法
CN111609915B (zh) * 2020-05-25 2022-06-10 中国电子科技集团公司第十三研究所 基于弹性梁结构的mems压电声压传感芯片
CN112383869B (zh) * 2020-11-09 2021-11-12 瑞声新能源发展(常州)有限公司科教城分公司 一种压电mems换能器及电子设备
CN117835132A (zh) * 2022-09-29 2024-04-05 歌尔微电子股份有限公司 一种微机电芯片

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160088402A1 (en) * 2014-08-11 2016-03-24 Memsensing Microsystems (Suzhou, China) Co., Ltd. Capacitive micro-electro-mechanical system microphone and method for manufacturing the same

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1968547B (zh) * 2005-11-18 2011-12-28 歌尔声学股份有限公司 硅传声器
CN103974181B (zh) * 2013-01-28 2017-08-01 苏州敏芯微电子技术有限公司 电容式微硅麦克风的制造方法
US9462402B2 (en) * 2015-02-12 2016-10-04 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Monolithic complementary metal-oxide semiconductor (CMOS)-integrated silicon microphone
CN106412782A (zh) * 2016-11-22 2017-02-15 苏州敏芯微电子技术股份有限公司 一种微硅麦克风及其制造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160088402A1 (en) * 2014-08-11 2016-03-24 Memsensing Microsystems (Suzhou, China) Co., Ltd. Capacitive micro-electro-mechanical system microphone and method for manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018094963A1 (zh) 2018-05-31
CN106412782A (zh) 2017-02-15
KR101966355B1 (ko) 2019-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101966355B1 (ko) 초소형 실리콘 마이크로폰
US11053117B2 (en) MEMS component and production method for a MEMS component
CN107986225B (zh) 微机电系统装置以及制作微机电系统的方法
US9078068B2 (en) Microphone with aligned apertures
KR101065292B1 (ko) 멤스 마이크로폰 및 그 제조 방법
EP2244490A1 (en) Silicon condenser microphone with corrugated backplate and membrane
US8590136B2 (en) Method of fabricating a dual single-crystal backplate microphone
KR101578542B1 (ko) 마이크로폰 제조 방법
CN110351641B (zh) 微机电系统麦克风
US20160088402A1 (en) Capacitive micro-electro-mechanical system microphone and method for manufacturing the same
WO2019033854A1 (zh) 具有双振膜的差分电容式麦克风
CN110022519B (zh) 微机电系统麦克风
CN108464017A (zh) 麦克风及麦克风制造方法
KR100737405B1 (ko) 초소형 실리콘 용량형 마이크로폰의 제조방법
JP5097603B2 (ja) マイクロホンユニット
US20230234837A1 (en) Mems microphone with an anchor
EP3177038B1 (en) Mems microphone
CN112788510B (zh) 微机电系统麦克风的结构
KR101893486B1 (ko) 강성 백플레이트 구조의 마이크로폰 및 그 마이크로폰 제조 방법
KR20220003978A (ko) 패키지 구조체 및 사운드 생성 칩 제조 방법, 패키지 구조체 형성 방법 및 사운드 생성 장치 형성 방법
KR101300749B1 (ko) 음향 센서 및 이의 제조 방법
US20180146300A1 (en) Micro-silicon microphone and fabrication method thereof
JP2008022501A (ja) コンデンサマイクロホン及びその製造方法
KR101760628B1 (ko) 수평 인장 구조의 마이크로폰 및 그 마이크로폰 제조 방법
JP6885828B2 (ja) Ｍｅｍｓ素子及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant