KR20190049572A - 통합형 마이크로폰 디바이스 및 그 제조 방법 - Google Patents

통합형 마이크로폰 디바이스 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

통합형 마이크로폰 디바이스가 제공된다. 통합형 마이크로폰 디바이스는 기판, 플레이트, 및 멤브레인을 포함한다. 기판은 음압을 통과할 수 있게 하는 애퍼처를 포함한다. 플레이트는 기판의 측부에 배치된다. 멤브레인은 기판과 플레이트 사이에 배치되고, 음압이 멤브레인에 부딪칠 때 플레이트에 대해 이동 가능하다. 멤브레인은 음압의 변화에 응답하여 가변되는 개방 영역을 갖는 벤트 밸브를 포함한다.

Description

통합형 마이크로폰 디바이스 및 그 제조 방법{INTEGRATED MICROPHONE DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 통합형 마이크로폰 디바이스 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
현재의 경향은 마이크로폰을 포함하여 슬림형, 소형, 경량 및 고성능 전자 디바이스를 제조하는 것이다. 마이크로폰은 음파를 수신하고 음향 신호를 전기 신호로 변환하는데 사용된다. 마이크로폰은 일상 생활에서 널리 사용되며, 전화기, 휴대폰 및 리코딩 펜과 같은 전자 제품에 설치된다. 용량성 마이크로폰에서, 음압(acoustic pressure)의 변화(즉, 음파에 의해 야기된 주변 대기압으로부터의 국부 압력 편차)는 다이어프램을 그에 상응하여 변형시키며, 다이어프램의 변형은 커패시턴스 변화를 유도한다. 따라서, 음압의 변화는 커패시턴스 변화에 의해 야기된 전압 차를 검출함으로써 얻어질 수 있다.
이는 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS) 마이크로폰의 기계 및 전자 엘리먼트(element)가 집적 회로(IC) 기술을 사용하여 반도체 재료에 집적되어 소형 마이크로폰을 제조할 수 있는 종래의 일렉트릿 콘덴서 마이크로폰(eletret condenser microphone; ECM)과는 구별된다. MEMS 마이크로폰은 소형이고 경량이며 전력 소비가 적다는 것과 같은 이점을 가지기 때문에 소형 마이크로폰의 주류가 되었다. 또한, MEMS 마이크로폰은 CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor) 프로세스 및 기타 오디오 전자 장치와 쉽게 통합될 수 있다.
기존 마이크로폰 디바이스는 일반적으로 의도된 목적에 적합하지만 모든 점에 있어서 완전히 만족스럽지는 않았다.
본 개시 내용 그리고 본 개시 내용의 이점의 더욱 완전한 이해를 위하여, 이제 첨부 도면과 함께 취해진 이하의 설명이 참조된다.
도 1은 일부 실시예에 따른 통합형(integrated) 마이크로폰 디바이스의 개략도이다.
도 2는 일부 실시예에 따른 도 1의 멤브레인에 형성된 벤트 밸브(vent valve)의 평면도이다.
도 3은 벤트 밸브가 개구 영역을 변경 또는 증가시켜 큰 음압을 통과시키도록 허용하는 것을 개략적으로 도시한다.
도 4는 일부 실시예에 따른 벤트 밸브가 플레이트의 벤트 구멍과 정렬되어 있지 않은 것을 개략적으로 도시한다.
도 5a는 일부 실시예에 따른 벤트 밸브의 평면도이다.
도 5b는 일부 실시예에 따른 벤트 밸브의 평면도이다.
도 5c는 일부 실시예에 따른 벤트 밸브의 평면도이다.
도 5d는 일부 실시예에 따른 벤트 밸브의 평면도이다.
도 5e는 일부 실시예에 따른 벤트 밸브의 평면도이다.
도 5f는 일부 실시예에 따른 벤트 밸브의 평면도이다.
도 5g는 일부 실시예에 따른 벤트 밸브의 평면도이다.
도 5h는 일부 실시예에 따른 벤트 밸브의 평면도이다.
도 5i는 일부 실시예에 따른 벤트 밸브의 평면도이다.
도 6은 일부 실시예에 따른 멤브레인의 평면도이다.
도 7은 일부 실시예에 따른 통합형 마이크로폰 디바이스의 제조 방법의 단순화된 흐름도이다.
도 8a는 일부 실시예에 따른 통합형 마이크로폰 디바이스의 제조 방법의 중간 단계를 개략적으로 도시한다.
도 8b는 일부 실시예에 따른 통합형 마이크로폰 디바이스의 제조 방법의 중간 단계를 개략적으로 도시한다.
도 8c는 일부 실시예에 따른 통합형 마이크로폰 디바이스의 제조 방법의 중간 단계를 개략적으로 도시한다.
도 8d는 일부 실시예에 따른 통합형 마이크로폰 디바이스의 제조 방법의 중간 단계를 개략적으로 도시한다.
도 8e는 일부 실시예에 따른 통합형 마이크로폰 디바이스의 제조 방법의 중간 단계를 개략적으로 도시한다.
도 8f는 일부 실시예에 따른 통합형 마이크로폰 디바이스의 제조 방법의 중간 단계를 개략적으로 도시한다.
도 8g는 일부 실시예에 따른 통합형 마이크로폰 디바이스의 제조 방법의 중간 단계를 개략적으로 도시한다.
도 8h는 일부 실시예에 따른 통합형 마이크로폰 디바이스의 제조 방법의 중간 단계를 개략적으로 도시한다.
다음의 개시 내용은 본 발명의 상이한 피쳐(feature)를 구현하기 위한 많은 다른 실시예들 또는 예들을 제공한다. 본 개시 내용을 간소화하기 위해 구성요소 및 배열의 특정예가 이하에서 설명된다. 물론, 이들은 단지 예일 뿐이며, 제한적인 것으로 의도되지는 않는다. 예를 들어, 후속하는 설명에서 제2 피쳐 상에 또는 그 위에 제1 피쳐를 형성하는 것은, 제1 피쳐와 제2 피쳐가 직접 접촉하여 형성되는 실시예들을 포함할 수도 있으며, 제1 피쳐와 제2 피쳐가 직접 접촉하지 않도록 제1 피쳐와 제2 피쳐 사이에 추가의 피쳐가 형성될 수도 있는 실시예들을 또한 포함할 수도 있다. 또한, 본 개시 내용은 다양한 예들에서 참조 번호들 및/또는 문자들을 반복할 수도 있다. 이러한 반복은 간소화와 명료화를 위한 것이며, 그 자체로 논의되는 다양한 실시예 및/또는 구성 사이의 관계에 영향을 주지는 않는다. 다양한 피쳐들은 간소화 및 명료화를 위해 다른 스케일로 임의로 그려질 수도 있다.
또한,“아래(beneath)”,“아래쪽(below)”,“하부(lower)”,“위(above)”,“상부(upper)”등과 같은 공간적으로 상대적인 용어는, 도면에 예시된 하나의 엘리먼트 또는 피쳐에 대한 또 다른 엘리먼트(들) 또는 피쳐(들)의 관계를 논의하기 위해 설명의 편의상 본 명세서에 사용될 수도 있다. 공간적으로 상대적인 용어들은 도면들에 도시된 배향 외에도 사용 중이거나 동작 중인 디바이스의 상이한 배향들을 포괄하도록 의도된다. 장치는 다른 방식으로 배향될 수도 있고(90도 회전되거나 기타의 배향을 가짐), 본 명세서에서 사용된 공간적으로 상대적인 기술어(descrtiptor)는 그에 따라 유사하게 해석될 수도 있다.
본 개시 내용에서, 음압(acoustic pressure)을 감지하기 위한 통합형 마이크로폰 디바이스가 다양한 예시적인 실시예에 따라 제공된다. 일부 실시예들의 변형이 논의된다. 다양한 도면 및 예시적인 실시예에 걸쳐, 동일한 참조 번호는 동일한 엘리먼트를 지정하는데 사용된다.
도 1은 일부 실시예에 따른 통합형 마이크로폰 디바이스(1)의 개략도이다. 통합형 마이크로폰 디바이스(1)는 용량성 마이크로폰을 포함하는 MEMS 구조물(20)을 포함한다. 통합형 마이크로폰 디바이스(1)는 (도 1에 표시된 화살표들과 같이) 음압을 감지하도록 구성된다. 음압은 MEMS 구조물(20)에 의해 수신된 후, 음향 신호로부터 전기 신호로 변환된다. 통합형 마이크로폰 디바이스(1)는 MEMS 구조물(20)을 둘러싸는 점선으로 도시된 하우징을 포함할 수도 있다. 하우징은 하우징 외부의 주위 환경과 소통하는 MEMS 구조물(20)을 위한 채널을 제공하기 위해 일부 애퍼처(aperture)를 가질 수도 있다. 도시되지는 않았지만, 실제 사용시, 통합형 마이크로폰 디바이스(1)는 표면 실장(surface-mount; SMT) 방법을 통해 전자 제품의 회로 기판 상에 더 탑재될 수 있다.
MEMS 구조물(20)은 기판(21), 유전체 층(22), 플레이트(23), 멤브레인(24), 및 도전 층(25)을 포함한다. 도 1의 MEMS 구조물(20)은 본 개시 내용의 발명의 개념을 더 잘 이해하기 위하여 명료성을 위해 단순화되어 있다. 부가적인 피쳐들은 MEMS 구조물(20)에 추가될 수 있으며, 이하에 설명되는 피쳐들 중 일부는 MEMS 구조물(20)의 다른 실시예에서 대체되거나 제거될 수 있다.
기판(21)은 유전체 층(22), 플레이트(23), 멤브레인(24) 및 도전 층(25)을 그 측부에서 지지하도록 구성된다. 기판(21)은 MEMS 구조물(20)에 의해 수신된 음압이 MEMS 구조물(20)를 통과하여 MEMS 구조물(20)로 들어갈 수있게 하는 애퍼처(21A)를 포함한다. 일부 실시예에서, 기판(21)은 실리콘 등으로 제조된다.
유전체 층(22)은 기판(21), 멤브레인(24), 플레이트(23), 및 도전 층(25) 사이에서 서로에 대하여 부분적인 격리를 제공하기 위하여, 기판(21)과 멤브레인(24) 사이에, 멤브레인(24)과 플레이트(23) 사이에, 그리고 플레이트(23)와 도전 층(25) 사이에 배치된다. 일부 실시예에서, 유전체 층(22)은 플레이트(23) 및 멤브레인(24)이 이들의 에지에서 유전체 층(22)에 의해 클램핑되도록, 플레이트(23) 및 멤브레인(24) 둘레에 배치된다. 일부 실시예에서, 유전체 층(22)은 기판(21)의 애퍼처(21A)에 대응하는 애퍼처(22A)를 포함하여, 음압이 플레이트(23) 및 멤브레인(24)을 통과하여 MEMS 구조물(20)을 떠날 수 있게 한다. 일부 실시예에서, 유전체 층(22)은 실리콘 산화물 등으로 제조된다.
플레이트(23) 및 멤브레인(24)은 MEMS 구조물(20)의 용량성 마이크로폰을 형성한다. 플레이트(23)는 고정 엘리먼트이며, MEMS 구조물(20)의 후방 플레이트로 기능한다(즉, 도 1의 MEMS 구조물(20)은 실제 사용시 뒤집어지고 플레이트(23)는 후면에 위치됨). 일부 실시예에서, 플레이트(23)는 원형, 직사각형, 사변형, 삼각형, 육각형, 또는 임의의 다른 적합한 형상을 가진다. 일부 실시예에서, 플레이트(23)는 음압이 플레이트(23)를 통과할 때 구부러지거나 움직이지 않을 정도로 충분한 강성을 갖는다. 일부 실시예에서, 플레이트(23)는 약 0.5㎛ 내지 약 2㎛의 두께를 갖는다. 일부 실시예에서, 플레이트(23)는 그 강성을 향상시키기 위해 질화물/폴리 실리콘/질화물 스택의 형태를 갖는다.
일부 실시예에서, 플레이트(23)는 양호한 도전성을 갖기 위해 적절한 도펀트로 도핑된다. 예를 들어, 플레이트(23)는 붕소와 같은 p형 도펀트 또는 인과 같은 n형 도펀트로 도핑된다.
플레이트(23)는 강성의(stiff) 천공(perforated) 엘리먼트이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 플레이트(23)는 각각 플레이트(23)를 통과하는 수 개의 벤트 구멍(23A)을 포함한다. 벤트 구멍(23A)은 음압에 의해 야기된 플레이트(23) 상의 응력을 견딜 수 있고 음압에 의해 플레이트(23)가 구부러지지 않도록, 음압을 통과시키도록 구성된다. 일부 실시예에서, 벤트 구멍(23A)은 플레이트(23) 위에 규칙적인 어레이 또는 불규칙적인 어레이로 배열된다. 일부 실시예에서, 각 벤트 구멍(23A)은 원형, 사변형, 타원형, 삼각형, 육각형, 또는 임의의 다른 적합한 형상을 갖는다. 일부 실시예에서, 벤트 구멍(23A)의 총 개수, 인접한 벤트 구멍(23A) 사이의 피치, 및/또는 각 벤트 구멍(23A)의 폭은, 플레이트(23)가 이 플레이트에 부딪치는 음압에 견딜 수 있는 충분한 강성을 갖도록, 미리 결정되고 설계된다. 일부 실시예에서, 플레이트(23) 위의 벤트 구멍(23A)의 개방 영역은, 플레이트(23)의 원하지 않는 휨 또는 디바이스 SNR(신호 대 잡음비) 손실을 방지하기 위하여 충분한 강성을 가지도록, 예를 들어 플레이트의 (표면) 영역의 약 40% 내지 약 60%로 선택된다.
멤브레인(24)은 플레이트(23)에 대향하여 배치되고 플레이트(23)에 전기적으로 연결된다. 일부 실시예에서, 멤브레인(24)은 플레이트(23)와 기판(21)의 애퍼처(21A) 사이에 배치된다. 일부 실시예에서, 멤브레인(24)은 약 1 ㎛ 내지 약 5 ㎛의 거리로 플레이트(23)로부터 떨어져 배치된다. 일부 실시예에서, 멤브레인(24)은 원형, 직사각형, 사변형, 삼각형, 육각형, 또는 임의의 다른 적합한 형상을 갖는다. 일부 실시예에서, 멤브레인(24)은 약 0.1㎛ 내지 약 5㎛의 두께를 갖는다.
멤브레인(24)은 도전성이고 용량성이다. 일부 실시예에서, 멤브레인(24)은 폴리 실리콘 등으로 제조된다. 일부 실시예에서, 멤브레인(24)은 양호한 도전성을 갖기 위해, 붕소 또는 인과 같은 적절한 도펀트로 도핑된다. 일부 실시예에서, 멤브레인(24)에는 플레이트(23) 상에 배치된 도전 층(25)을 통해 미리 결정된 전하가 공급된다. 일부 실시예에서, MEMS 구조물(20)은 도전 층(25)의 몇몇 도전성 패드를 통해 전자 제품의 회로 기판에 전기적으로 연결된다. 일부 실시예에서, 도전 층(25)은 구리, 은, 금, 알루미늄, 또는 이들의 합금을 포함한다.
멤브레인(24)은 이동가능하거나 진동가능한 엘리먼트이다. 멤브레인(24)은 플레이트(23)에 대해 변위 가능하며, MEMS 구조물(20)의 다이어프램으로서 기능한다. 멤브레인(24)은 MEMS 구조물(20)에 의해 수신된 음압을 감지하도록 구성된다. 음압이 멤브레인(24)에 부딪칠 때, 멤브레인(24)은 멤브레인에 충돌한 음력에 응답하여 변위되거나 진동된다. 일부 실시예에서, 멤브레인(24)의 변위의 크기 및/또는 주파수는 멤브레인(24)에 부딪치는 음압의 볼륨 및/또는 피치에 대응한다.
일부 실시예에서, 플레이트(23)에 대한 멤브레인(24)의 변위는 멤브레인(24)과 플레이트(23) 사이의 커패시턴스 변화를 야기한다. 그 후, 커패시턴스 변화는 플레이트(23) 및 멤브레인(24)과 연결된 회로에 의해 전기 신호로 변환된다. 전기 신호는 멤브레인(24)에 부딪치는 음압을 나타낸다. 일부 실시예에서, 생성된 전기 신호는 도전 층(25)을 통해 추가적인 프로세싱을 위한 또 다른 디바이스, 또 다른 기판, 또는 또 다른 회로로 송신된다. 일부 실시예에서, 기판(21)은 멤브레인(24), 플레이트(23) 및 도전 층(25)에 의해 형성된 도전 경로를 통해 전기적으로 접지된다.
일부 실시예에서, 멤브레인(24)은 멤브레인(24) 위에 수 개의 벤트 구멍(24A)을 포함하여, 음압에 의해 야기된 멤브레인(24) 상의 응력을 완화시킨다. 일부 실시예에서, 벤트 구멍(24A)은 플레이트(23)의 벤트 구멍(23A)과 실질적으로 정렬되어, 음압이 멤브레인(24) 및 플레이트(23)를 통과할 수 있게 한다. 일부 실시예에서, 각 벤트 구멍(24A)은 원형, 사변형, 타원형, 삼각형, 육각형, 또는 임의의 다른 적합한 형상을 가진다. 일부 실시예에서, 벤트 구멍(24A)의 총 개수, 인접한 벤트 구멍(24A) 사이의 피치, 및/또는 각 벤트 구멍(24A)의 폭은, 미리 결정되고 설계되어, 멤브레인(24)은 원하지 않는 굽힘(bending) 또는 디바이스 SNR 손실을 갖지 않는다. 일부 실시예에서, 멤브레인(24) 위의 벤트 구멍(24A)의 총 개수는, 플레이트(23) 위의 벤트 구멍(23A)의 총 개수보다 적다. 일부 실시예에서, 멤브레인(24) 위의 벤트 구멍(24A)의 개방 영역은, 멤브레인(24)의 직진성 및 감도를 최적화하기 위해, 예를 들어 멤브레인(24)의 (표면) 영역의 20% 미만으로 선택된다. 멤브레인(24)은 음압을 정확하고 신속하게 감지할 수 있으며, 음압을 감지한 후에 초기의 직선 구성으로 되돌아 갈 수 있다.
멤브레인(24)은 큰 음압(예를 들어, 약 0.2 MPa 초과)이 가해질 때 쉽게 손상될 수도 있음을 주목하여야 한다. 멤브레인의 손상을 방지하기 위해, 멤브레인(24)의 강성이 증가될 수 있거나(예를 들어, 멤브레인(24)의 두께를 증가시킴), 멤브레인(24) 위의 벤트 구멍(24A)의 개방 영역이 증가될 수 있다(구멍 크기 및/또는 벤트 구멍(24A)의 양을 증가시킴). 그러나, 멤브레인의 증가된 두께 또는 개방 비율은 마이크로폰 디바이스의 감도에 악영향을 줄 수도 있다.
통합형 마이크로폰 디바이스(1)의 성능을 유지하면서 멤브레인(24)이 쉽게 파손되는 것을 방지하기 위해, 도 1에 도시된 MEMS 구조물(20)은 벤트 밸브(24B)를 사용하여 멤브레인(24)의 일부 벤트 구멍(24A)을 대체한다. 일부 대안의 예시적인 실시예에서, 멤브레인(24)의 모든 벤트 구멍(24A)은 벤트 밸브(24B)로 대체된다. 벤트 밸브(24B)는 음압을 완화시키기 위한 음압이 큰 경우에 멤브레인(24)의 높은 개방 영역/비율을 달성할 수 있고, 멤브레인(24)의 높은 감도를 유지하기 위한 음압이 낮은 경우에 멤브레인(24)의 낮은 개방 영역/비율을 유지할 수 있다.
각 벤트 밸브(24B)는 음압의 변화에?응답하여 가변되는 개방 영역을 갖고, 이는 후술될 것이다. 일부 실시예에서, 멤브레인의 직진성 및 감도를 최적화하기 위하여, 멤브레인 위의 벤트 밸브(24B)의 초기 개방 영역과 벤트 구멍(24A)의 개방 영역의 합, 또는 멤브레인 위의 벤트 벨브(24B)의 초기 개방 영역[벤트 구멍(24A)이 멤브레인(24)에 형성되지 않은 경우]은, 멤브레인(24)의 (표면) 영역의 20% 미만이다. 일부 실시예에서, 음압이 커질수록, 벤트 밸브(24B)의 개방 영역이 더 커지므로(즉, 벤트 밸브(24B)는 제1 음압에 응답하여 제1 개방 영역을 가질 수 있고, 제2 음압에 응답하여 제2 개방 영역을 가질 수도 있으며, 제2 음압은 제1 음압보다 크고 제2 개방 영역은 제1 개방 영역보다 큼), 음압이 멤브레인(24)을 통과할 수 있게 한다.
도 2는 일부 실시예에 따른, 도 1의 멤브레인(24)에 형성된 벤트 밸브(24B)의 평면도이다. 벤트 밸브(24B)의 형상/패턴은 벤트 구멍(24A)의 형상/패턴과 상이하다. 각각의 벤트 밸브(24B)는 개구(241) 및 개구(241)의 일부를 덮는 적어도 하나의 편향부(242)를 갖는다[벤트 구멍(24A)는 개구부를 가지지만 편향부가 형성되어 있지 않음에 유의한다]. 일부 실시예에서, 적어도 하나의 편향부(242)는 멤브레인(24)의 본체(240)로부터 연장되고 개구(241)에 인접해 있다. 일부 실시예에서, 적어도 하나의 편향부(242)는 일 단부가 멤브레인(24)의 본체(240)에 연결된 빔 엘리먼트이다.
도 2의 실시예에서, 각각의 벤트 밸브(24B)는 서로 대향하여 배치된(즉, 직선 A를 따라 배열된) 2개의 편향부(242)(빔 엘리먼트)를 포함한다. 개구(241)는 편향부(242) 사이에 그리고 편향부(242)와 본체(240) 사이에 배치된다(즉, 개구(241)는 편향부(242) 둘레에 배치됨). 일부 실시예에서, 편향부(242)의 길이(L)는 약 1㎛ 내지 약 100㎛이고, 편향부(242)의 폭(W)은 약 1㎛ 내지 약 100㎛이며, 개구(241)의 (초기) 폭(G)은 약 1㎛ 내지 약 5㎛ 이다.
일부 실시예에서, 벤트 밸브(24B)의 편향부 또는 메커니즘(242)은, 개구(241)의 개방 영역(즉, 벤트 벨브(24B)의 개방 영역)을 변경시키기 위해, 멤브레인(24)에 부딪치는 음압의 변화에 응답하여, 멤브레인(241)의 본체(240)에 대해 편향될 수도 있다. 일부 실시예에서, 편향부 또는 메커니즘(242)의 편향이 커질수록, 개구(241)의 개방 면적은 더 커지므로(즉, 개구(241)는 편향부(242)의 제1 편향에 응답하여 제1 개방 영역을 가질 수도 있고, 편향부(242)의 제2 편향에 응답하여 제2 개방 영역을 가질 수도 있고, 제2 편향은 제1 편향보다 크고 제2 개방 영역은 제1 개방 영역보다 큼), 큰 음압이 멤브레인(24)을 통과할 수 있다. 예를 들어, 낮은 음압(예를 들어, 약 0.2MPa 미만)이 멤브레인(24)에 부딪칠 때, 벤트 밸브(24B)의 메커니즘(242)은 멤브레인(24)의 본체(240)에 대해 약 0.1㎛ 이하로 편향될 수 있으므로(이 상태에서, 개구(241)의 초기 개방 영역/비율은 대체로 유지됨), (낮은) 음압이 멤브레인(24)을 통과할 수 있게 한다. 큰 음압(예를 들어, 약 0.2 MPa보다 큼)이 멤브레인(24)에 부딪칠 때, 벤트 밸브(24B)의 메카니즘(242)은 도 3에 도시된 바와 같이, 개구(241)의 개방 영역/비율을 증가시키고 (큰) 음압이 멤브레인(24)을 통과할 수 있게 하도록, 약 0.5 ㎛ 이상으로 본체(240)에 대해 편향될 수도 있다. 그 후, 벤트 밸브(24B)는 음압이 멤브레인(24)을 통과한 후에 초기의 직선 구성으로 되돌아 갈 수 있다(도 1에 도시됨).
따라서, 멤브레인(24)의 파손 문제는 해결되고, 멤브레인(24)의 감도도 또한 유지된다. 그 결과, 통합형 마이크로폰 디바이스(1)의 신뢰성 및 가용성이 증가된다.
일부 실시예에서, 멤브레인(24)의 벤트 밸브(24B)는 플레이트(23)의 벤트 구멍(23A)과 실질적으로 정렬되거나 또는 정렬되어 있지 않다. 도 4에 도시된 바와 같이, 벤트 밸브(24B)는 벤트 구멍(23A)과 정렬되지 않을 수 있고, 플레이트(23)의 솔리드 부분으로부터 반사된 음압은, 음압에 대한 자동 조절 능력을 가지는 벤트 밸브(24B)의 활동과 여전히 간섭되지 않는다.
많은 변형 및 수정이 본 개시 내용의 실시예에 대해 행해질 수 있음을 인식하여야 한다. 예를 들어, 멤브레인(24)의 벤트 밸브(24B)는 또한 후술하는 바와 같이 다양한 다른 형상/패턴을 가질 수도 있다.
도 5a는 일부 실시예에 따른 벤트 밸브(24B)의 평면도이다. 벤트 밸브(24B)는 개구(241)와, 일단부가 멤브레인(24)의 본체(240)에 연결되어 있는 편향부(242)(빔 엘리먼트)를 갖는다. 개구(241)는 U자 형상을 가지도록 편향부(242) 둘레에 배치된다. 도 5b는 일부 실시예에 따른 벤트 밸브(24B)의 평면도이다. 벤트 밸브(24B)는 개구(241) 및 각각에 대하여 일단부가 멤브레인(24)의 본체(240)에 연결되어 있는 3개의 편향부(242)(빔 엘리먼트)를 포함한다. 편향부(242)는 엇갈리는 방식으로 배열된다. 상기 개구(241)는 지그재그 형상을 가지도록 편향부(242) 둘레에 배치된다. 일부 실시예에서, 도 5a 및 도 5b의 편향부(242) 및 개구(241)의 크기는 전술한 도 2의 크기와 유사하다. 일부 실시예에서, 벤트 밸브(24B)의 편향부(242)의 수는 2개 또는 3개 이상일 수 있다.
도 5c는 일부 실시예에 따른 벤트 밸브(24B)의 평면도이다. 벤트 밸브(24B)는 개구(241)와, 일단부가 멤브레인(24)의 본체(240)에 연결되어 있는 편향부(242)(빔 엘리먼트)를 갖는다. 편향부(242)의 자유 단부(P1)는 빔 엘리먼트의 다른 부분보다 큰 폭(W’)(예를 들어, 약 1㎛ 내지 약 100㎛)을 갖는다. 일부 실시예에서, 편향부(242)의 자유 단부(P1)는 직사각형, 사변형, 원형, 육각형, 또는 임의의 다른 적합한 형상을 갖는다. 일부 실시예에서, 개구(241)는 편향부(242) 둘레에 배치되어, 개구(241)의 형상은 편향부(242)의 형상과 일치한다. 도 5d는 일부 실시예에 따른 벤트 밸브(24B)의 평면도이다. 벤트 밸브(24B)는 2개의 개구(241)와, 양단부가 멤브레인(24)의 본체(240)에 연결되어 있는 편향부(242)(빔 엘리먼트)를 갖는다. 빔 엘리먼트의 중간 부분(P2)은 빔 엘리먼트의 다른 부분보다 큰 폭(W’)(예를 들어, 약 1㎛ 내지 약 100㎛)을 갖는다. 일부 실시예에서, 편향부(242)의 중간 부분(P1)은 직사각형, 사변형, 원형, 육각형, 또는 임의의 다른 적합한 형상을 갖는다. 개구(241)는 편향부(242)의 대향하는 2개의 측부 둘레에 배치된다.
도 5e 내지 도 5g는 각각 일부 실시예에 따른 벤트 밸브(24B)의 평면도이다. 도 5e, 도 5f 또는 도 5g의 각 벤트 밸브(24B)는 삼각형 형상의 수 개의 편향부(242)를 갖는다. 각각의 삼각형의 편향부(242)는 멤브레인(24)의 본체(240)에 연결된 측부를 가지며, 벤트 밸브(24B)의 개구(241)는 각각의 편향부(242)의 다른 2개의 측부 둘레에 배치된다. 일부 실시예에서, 본체(240)에 연결된 측부와 대향하는 각각의 삼각형의 편향부(242)의 코너(α)는 둔각, 직각, 또는 예각이다. 개구(241)의 형상은 편향부(242)의 형상과 일치한다.
도 5h는 일부 실시예에 따른 벤트 밸브(24B)의 평면도이다. 벤트 밸브(24B)는 사다리꼴 형상의 수 개의 편향부(242)를 포함한다. 각각의 사다리꼴의 편향부(242)는, 멤브레인(24)의 본체(240)에 연결된 측부를 가지며, 벤트 밸브(24B)의 개구(241)는 각각의 편향부(242)의 다른 3개의 측부 둘레에 배치된다. 일부 실시예에 있어서, 상기 본체(240)에 연결되는 측부와 대향하는 각각의 편향부(242)의 측부(X)는 오목한 곡선(도 5h에 도시됨), 볼록한 곡선, 또는 직선일 수도 있다. 개구(241)의 형상은 편향부(242)의 형상과 일치한다.
도 5i는 일부 실시예에 따른 벤트 밸브(24B)의 평면도이다. 벤트 밸브(24B)는 샤프-콘(sharp-cone) 형상의 수 개의 편향부(242)를 포함한다. 각 편향부(242)는 멤브레인(24)의 본체(240)에 연결된 측부를 가지며, 벤트 밸브(24B)의 개구(241)는 각각의 편향부(242)의 다른 측부 둘레에 배치된다. 일부 실시예에서, 편향부(242)는, 상이한 크기 및/또는 형상(도 5i에 도시됨)을 갖는 수 개의 제1 편향부(242A) 및 수 개의 제2 편향부(242B)를 더 포함한다. 개구(241)의 형상은 편향부(242)의 형상과 일치한다. 작동시, 낮은 음압이 멤브레인(24)에 부딪칠 때, 제1 편향부(242A)(보다 작은 크기를 가짐)는 제2 편향부(242B)가 편향되지 않는 동안에 본체(240)에 대해 편향될 수도 있다. 큰 음압이 멤브레인(24)에 부딪칠 때, 제1 편향부(242A)와 제2 편향부(242B)(보다 큰 크기를 가짐) 모두가 본체(240)에 대해 편향될 수도 있다.
일부 실시예에서, 상이한 형상/패턴을 갖는 벤트 밸브(24B) 및 상이한 형상/패턴을 갖는 벤트 구멍(24A)이 도 6에 도시된 바와 같이 멤브레인(24) 내에 형성될 수도 있다. 일부 실시예에서, 벤트 밸브(24B)는 벤트 구멍(24A)보다 멤브레인(24)의 중심에 더 가깝게 배열되어, 음압에 의해 야기된 멤브레인(24) 상의 원하지 않는 응력을 더 잘 완화시킨다. 벤트 밸브(24B)는 음압의 변화에 응답하여 개방 영역을 자기 조절할 수 있어서, 큰 음압이 멤브레인(24)을 빠르게 통과할 수 있게 한다. 그 결과, 멤브레인(24)이 (큰) 음압에 의해 쉽게 파손되는 것을 방지할 수 있다.
본 개시 내용에서는, 도 1의 디바이스(1)와 같은 통합형 마이크로폰 디바이스의 제조 방법을 또한 개시한다. 이 방법은 복수의 동작을 포함하며, 설명 및 예시는 동작의 시퀀스로서 제한적인 것으로 간주되지 않는다. 도 7은 일부 실시예에 따른 통합형 마이크로폰 디바이스(1)의 일부를 제조하는 방법(70)의 단순화된 흐름도이다. 방법(70)은 복수의 동작(71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78)을 포함한다.
동작 71에서, 도 8a에 도시된 바와 같이 기판(21)을 제공한다. 일부 실시예에서, 기판(21)은 실리콘(예를 들어, 실리콘 웨이퍼)을 포함한다. 일부 실시예에서, 기판(21)은 약 400㎛ 내지 약 1000㎛의 두께를 갖는다.
동작 72에서, 제1 유전체 층(221)은 도 8b에 도시된 바와 같이 기판(21) 위에 배치된다. 일부 실시예에서, 제1 유전체 층(221)은 화학 기상 증착(deposition)(CVD) 등과 같은 임의의 적합한 증착 기술에 의해 배치된다. 일부 실시예에서, 제1 유전체 층(221)은 실리콘 산화물과 같은 유전체 재료를 포함한다. 일부 실시예에서, 제1 유전체 층(221)은 약 5㎛ 내지 약 25㎛의 두께를 갖는다. 그 후, 제1 유전체 층(221)의 일부분을 제거하여 수 개의 개구(221A)를 형성한다(즉, 제1 유전체 층(221)을 패터닝함). 개구(221A)는 제1 유전체 층(221) 아래의 기판(21)의 일부를 노출시키는 관통 구멍이다. 일부 실시예에서, 개구(221A)는 포토 리소그래피 및 습식 또는 건식 에칭 프로세스에 의해 형성된다.
동작 73에서, 멤브레인(24)은 도 8c에 도시된 바와 같이 제1 유전체 층(221) 위에 배치된다. 멤브레인(24)은 또한 기판(21)을 연결하기 위해 제1 유전체 층(221)의 개구(221A)(도 8B)에 채워진다. 일부 실시예에서, 멤브레인(24)은 도전성으로 도핑된 폴리 실리콘을 포함한다. 일부 실시예에서, 멤브레인(24)은 CVD등과 같은 임의의 적합한 증착 기술에 의해 배치된다. 일부 실시예에서, 멤브레인(24)은 약 0.1㎛ 내지 약 5㎛의 두께를 갖는다. 그 후, 멤브레인(24)의 일부분을 제거하여, 전술한 벤트 구멍(24A) 및 벤트 밸브(24B)(즉, 멤브레인(24)이 패터닝됨)를 형성한다. 특히, 각각의 벤트 밸브(24B)는 도 2 및 도 5a 내지 도 5i에 도시된 바와 같이, 개구(241) 및 개구(241)에 형성된 적어도 하나의 편향부(242)를 포함한다. 벤트 구멍(24A) 및 벤트 밸브(24B)는, 멤브레인(24) 아래의 제1 유전체 층(221)의 일부를 노출시킨다. 일부 실시예에서, 벤트 구멍(24A) 및 벤트 밸브(24B)는 포토 리소그래피 및 습식 또는 건식 에칭 프로세스에 의해 형성된다.
동작 74에서, 제2 유전체 층(222)은 도 8d에 도시된 바와 같이 제1 유전체 층(221) 및 멤브레인(24) 위에 배치된다. 일부 실시예에서, 제2 유전체 층(222)은 CVD 등과 같은 임의의 적합한 증착 기술에 의해 배치된다. 일부 실시예에서, 제2 유전체 층(222)은 제1 유전체 층(221)과 동일하거나 상이한 재료를 포함한다. 일부 실시예에서, 제2 유전체 층(222)은 실리콘 산화물과 같은 유전체 재료를 포함한다. 일부 실시예에서, 제2 유전체 층(222)은 약 1㎛ 내지 약 5㎛의 두께를 갖는다. 그 후, 제2 유전체 층(222)의 일부분이 제거되어, 수 개의 개구(222A)를 형성한다(즉, 제2 유전체 층(222)이 패터닝됨). 개구(221A)는 제2 유전체 층(222) 아래의 멤브레인(24)의 일부를 노출시키는 관통 구멍이다. 일부 실시예에서, 개구(222A)는 포토리소그래피 및 습식 또는 건식 에칭 프로세스에 의해 형성된다.
동작 75에서, 플레이트 또는 재료 층(23)은 도 8e에 도시된 바와 같이 제2 유전체 층(222) 위에 배치된다. 플레이트(23)는 또한 멤브레인(24)을 연결하기 위해 제2 유전체 층(222)의 개구부(222A)(도 8D)에 채워진다. 일부 실시예에서, 플레이트(23)는 도전성으로 도핑된 폴리 실리콘을 포함한다. 일부 실시예에서, 플레이트(23)는 질화물/폴리 실리콘/질화물 스택에 의해 형성된 적층(layered) 구조를 갖는다. 일부 실시예에서, 플레이트(23)는 CVD 등과 같은 임의의 적합한 증착 기술에 의해 배치된다. 일부 실시예에서, 플레이트(23)는 약 0.5㎛ 내지 약 2㎛의 두께를 갖는다. 그 후, 플레이트(23)의 일부분을 제거하여, 전술한 벤트 구멍(23A)을 형성한다(즉, 플레이트(23)가 패터닝됨). 상기 벤트 구멍(23A)은 플레이트(23) 아래의 제2 유전체 층(222)의 일부를 노출시킨다. 일부 실시예에서, 벤트 구멍(23A)은 포토리소그래피 및 습식 또는 건식 에칭 프로세스에 의해 형성된다.
동작 76에서, 도 8f에 도시된 바와 같이 제3 유전체 층(223)은 제2 유전체 층(222) 및 플레이트(23) 위에 배치된다. 일부 실시예에서, 제3 유전체 층(223)은 CVD 등과 같은 임의의 적합한 증착 기술에 의해 배치된다. 일부 실시예에서, 제3 유전체 층(223)은 제2 유전체 층(222)과 동일하거나 상이한 재료를 포함한다. 일부 실시예에서, 제3 유전체 층(223)은 실리콘 산화물과 같은 유전체 재료를 포함한다. 일부 실시예에서, 제3 유전체 층(223)은 약 0.3㎛ 내지 약 5㎛의 두께를 갖는다. 제3 유전체 층(223)의 일부분이 제거되어, 수 개의 개구(223A)를 형성한다(즉, 제3 유전체 층(223)이 패터닝됨). 개구(223A)는 제3 유전체 층(223) 아래의 플레이트(23)의 일부를 노출시키는 관통 구멍이다. 일부 실시예에서, 개구(223A)는 포토리소그래피 및 습식 또는 건식 에칭 프로세스에 의해 형성된다. 제1 유전체 층(221), 제2 유전체 층(222), 및 제3 유전체 층(223)은 MEMS 구조물(20)(도 1 참조)의 유전체 층(22)을 형성한다.
동작 77에서, 도 8g에 도시된 바와 같이 제3 유전체 층(223) 위에 도전 층(25)이 배치된다. 도전 층(25)은 또한 플레이트(23)를 연결하기 위해 제3 유전체 층(223)의 개구(223A)(도 8f)에 충전된다. 일부 실시예에서, 도전 층(25)은 구리, 은, 금, 알루미늄 또는 이들의 합금을 포함한다. 일부 실시예에서, 플레이트(23)는 CVD 등과 같은 임의의 적합한 증착 기술에 의해 배치된다. 일부 실시예에서, 도전 층(25)은 약 0.5㎛ 내지 약 20㎛의 두께를 갖는다. 그 후, 도전 층(25)의 일부분은 제거되어 제3 유전체 층(223) 상에 수 개의 도전성 패드를 형성한다. 도전성 패드는 포토 리소그래피 및 습식 또는 건식 에칭 프로세스에 의해 형성된다.
동작 78에서, 도 8h(도 1을 또한 참조)에 도시된 바와 같이 유전체 층(22)은 애퍼처(22A)를 형성하도록 부분적으로 제거되어, 플레이트(23) 및 멤브레인(24)을 릴리즈(release)시킨다. 일부 실시예에서, 플루오르화 수소산(HF) 또는 완충 산화물 에칭(BOE) 습식 벤치는, 애퍼처(22A)를 가지도록 유전체 층(22)을 선택적으로 에칭하는데 사용된다. 도시되지는 않았지만, 에칭 프로세스 동안에 도전 층(25)을 보호하기 위해 보호 층이 사용될 수도 있다. 동작 78에서, 기판(21)은 또한 부분적으로 제거되어 도 8h(도 1을 또한 참조)에 도시된 바와 같이 애퍼처(21A)를 형성한다. 애퍼처(21A)는, 음압이 MEMS 구조물(20)을 통과할 수 있도록 애퍼처(22A)와 정렬될 수도 있다. 일부 실시예에서, 애퍼처(21A)는 포토리소그래피 및 습식 또는 건식 에칭(예를 들어, 깊은 반응성 이온 에칭(RIE)) 프로세스에 의해 형성된다. 결과적으로, 도 1에 도시된 통합형 마이크폰 디바이스(1)가 완성된다.
일부 실시예에서, 통합형 마이크로폰 디바이스가 제공된다. 통합형 마이크로폰 디바이스는 기판, 플레이트, 및 멤브레인을 포함한다. 기판은 음압을 통과할 수 있게 하는 애퍼처를 포함한다. 플레이트는 기판의 측부에 배치된다. 멤브레인은 기판과 플레이트 사이에 배치되고, 음압이 멤브레인에 부딪칠 때 플레이트에 대해 이동 가능하다. 멤브레인은 음압의 변화에 응답하여 가변되는 개방 영역을 갖는 벤트 밸브를 포함한다.
일부 실시예에서, 통합형 마이크로폰 디바이스가 제공된다. 통합형 마이크로폰 디바이스는 플레이트, 멤브레인, 및 벤트 밸브를 포함한다. 멤브레인은 플레이트에 대향하여 배치되고, 음압이 멤브레인에 부딪칠 때 플레이트에 대해 이동 가능하다. 멤브레인은 음압에 의해 야기된 멤브레인 상의 응력을 완화시키도록 구성된 벤트 구멍을 갖는다. 벤트 밸브는 멤브레인 내에 형성되고, 음압의 변화에 응답하여 가변되는 개방 영역을 갖는다.
일부 실시예에서, 통합형 마이크로폰 디바이스가 제공된다. 통합형 마이크로폰 디바이스는 플레이트, 멤브레인, 및 벤트 밸브를 포함한다. 멤브레인은 플레이트에 대향하여 배치되고, 음압이 멤브레인에 부딪칠 때 플레이트에 대해 이동 가능하다. 벤트 밸브는 멤브레인 내에 형성되고, 개구부와 편향부를 갖는다. 편향부는 개구부의 일부를 덮고, 개구의 개방 영역을 변경시키기 위해 멤브레인의 본체에 대해 편향될 수 있다.
본 개시 내용의 실시예 및 그 이점이 상세히 설명되었지만, 첨부된 청구 범위에 의해 정의된 바와 같은 개시 내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변경, 대체 및 변형이 본 명세서에서 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 많은 피쳐, 기능, 프로세스, 및 재료가 본 개시 내용의 범위 내에서 남아 있으면서 변경될 수 있음이 당업자는 쉽게 이해할 것이다. 또한, 본 출원의 범위는 본 명세서에 기술된 프로세스, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법 및 단계의 특정 실시예에 한정되는 것으로 의도되지 않는다. 당업자는, 본 명세서에 설명된 대응하는 실시예가 본 개시 내용에 따라 이용됨에 따라, 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 또는 실질적으로 동일한 결과를 달성하는 현재 존재하거나 추후에 개발될 프로세스, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법 또는 단계를 본 개시 내용의 개시물로부터 쉽게 인식할 것이다. 따라서, 첨부된 청구 범위는 그러한 프로세스, 기계, 제조, 물질의 조성물, 수단, 방법, 또는 단계를 그들의 범위 내에 포함하도록 의도된다. 또한, 각각의 청구항은 개별의 실시예를 구성하고, 다양한 청구항 및 실시예들의 조합은 본 개시 내용의 범위 내에 있다.
<부 기>
1. 통합형 마이크로폰 디바이스에 있어서,
음압(acoustic pressure)이 통과되도록 허용하는 애퍼처(aperture)를 포함하는 기판과,
상기 기판의 측부에 배치된 플레이트와,
멤브레인으로서, 상기 기판과 상기 플레이트 사이에 배치되며, 음압이 상기 멤브레인과 부딪칠 때 상기 플레이트에 대해 이동 가능한 것인, 상기 멤브레인
을 포함하며,
상기 멤브레인은 음압의 변화에 응답하여 가변되는 개방 영역(open area)을 갖는 벤트 밸브를 포함하는 것인, 통합형 마이크로폰 디바이스.
2. 제1항에 있어서,
상기 벤트 밸브는 제1 음압에 응답하는 제1 개방 영역 및 제2 음압에 응답하는 제2 개방 영역을 가지며,
상기 제2 음압은 상기 제1 음압보다 크고, 상기 제2 개방 영역은 상기 제1 개방 영역보다 큰 것인 통합형 마이크로폰 디바이스.
3. 제1항에 있어서, 상기 벤트 밸브의 초기 개방 영역은 상기 멤브레인의 영역의 20% 미만인 것인 통합형 마이크로폰 디바이스.
4. 제1항에 있어서, 상기 벤트 밸브는 상기 멤브레인의 본체에 연결된 편향부(deflection part)에 인접한 개구를 규정하고,
상기 편향부는 상기 개구의 개방 영역을 변경시키도록 상기 본체에 대해 편향될 수 있는 것인 통합형 마이크로폰 디바이스.
5. 제4항에 있어서, 상기 편향부는 상기 개구의 일부를 덮는 것인 통합형 마이크로폰 디바이스.
6. 제4항에 있어서, 상기 개구는 상기 편향부의 제1 편향에 응답하여 제1 개방 영역을 규정하고 상기 편향부의 제2 편향에 응답하여 제2 개방 영역을 규정하고,
상기 제2 편향은 상기 제1 편향보다 크고. 상기 제2 개방 영역은 상기 제1 개방 영역보다 큰 것인 통합형 마이크로폰 디바이스.
7. 제4항에 있어서, 상기 편향부는 일단부(one end)가 상기 멤브레인의 본체에 연결되어 있는 빔 엘리먼트인 것인 통합형 마이크로폰 디바이스.
8. 제7항에 있어서, 상기 빔 엘리먼트의 자유 단부는 상기 빔 엘리먼트의 다른 부분보다 큰 폭을 갖는 것인 통합형 마이크로폰 디바이스.
9. 제4항에 있어서, 상기 편향부는 양단부가 상기 멤브레인의 본체에 연결되어 있는 빔 엘리먼트이고, 상기 빔 엘리먼트의 중간 부분은 상기 빔 엘리먼트의 다른 부분보다 큰 폭을 갖는 것인 통합형 마이크로폰 디바이스.
10. 제4항에 있어서, 상기 벤트 밸브는 복수의 편향부를 더 포함하고, 상기 개구는 상기 편향부 둘레에 배치되는 것인 통합형 마이크로폰 디바이스.
11. 제10항에 있어서, 상기 개구의 형상은 상기 편향부의 형상과 일치하는 것인 통합형 마이크로폰 디바이스.
12. 제10항에 있어서, 상기 편향부 각각은 직사각형, 사변형, 삼각형, 사다리꼴, 또는 샤프-콘(sharp-cone) 형상을 포함하는 것인 통합형 마이크로폰 디바이스.
13. 제10항에 있어서, 상기 편향부는 서로 다른 크기, 형상, 또는 양자 모두를 갖는, 제1 편향부 및 제2 편향부를 포함하는 것인 통합형 마이크로폰 디바이스.
14. 제1항에 있어서, 상기 멤브레인 내의 벤트 밸브는 상기 플레이트의 벤트 구멍과 정렬되지 않는 것인 통합형 마이크로폰 디바이스.
15. 제1항에 있어서, 상기 플레이트 및 상기 멤브레인 둘레에 배치되고, 상기 플레이트 상에 배치된 도전 층을 포함하는 유전체 층을 더 포함하는 통합형 마이크로폰 디바이스.
16. 통합형 마이크로폰 디바이스에 있어서.
플레이트와,
멤브레인으로서, 상기 플레이트에 대향하여 배치되고, 음압이 상기 멤브레인에 부딪칠 때 상기 플레이트에 대해 이동 가능한 것인 상기 멤브레인 - 상기 멤브레인은 음압에 의해 야기되는 상기 멤브레인 상의 응력을 완화시키도록 구성된 벤트 구멍을 가짐 - 과,
음압의 변화에 응답하여 가변되는 개방 영역을 갖는, 상기 멤브레인 내에 형성된 벤트 밸브
를 포함하는 통합형 마이크로폰 디바이스.
17. 제15항에 있어서, 상기 벤트 밸브의 형상은 상기 벤트 구멍의 형상과 상이한 것인 통합형 마이크로폰 디바이스.
18. 제15항에 있어서, 상기 벤트 밸브는 상기 벤트 구멍보다 상기 멤브레인의 중심에 더 가까운 것인 통합형 마이크로폰 디바이스.
19. 제15항에 있어서, 상기 벤트 밸브의 초기 개방 면적과 상기 벤트 구멍의 개방 면적의 합은 상기 멤브레인의 영역의 20% 미만인 것인 통합형 마이크로폰 장치.
20. 통합형 마이크로폰 디바이스에 있어서,
플레이트와,
멤브레인으로서, 상기 플레이트에 대향하여 배치되고, 음압이 상기 멤브레인에 부딪칠 때 상기 플레이트에 대해 이동 가능한 것인, 상기 멤브레인과,
상기 멤브레인 내에 형성되고, 개구(opening) 및 편향부를 갖는 벤트 밸브
를 포함하며,
상기 편향부는 상기 개구의 일부을 덮고, 상기 개구의 개방 영역을 변경시키기 위해 상기 멤브레인의 본체에 대해 편향될 수 있는 것인 통합형 마이크로폰 디바이스.

Claims (10)

  1. 통합형 마이크로폰 디바이스에 있어서,
    음압(acoustic pressure)이 통과되도록 허용하는 애퍼처(aperture)를 포함하는 기판과,
    상기 기판의 측부에 배치된 플레이트와,
    멤브레인으로서, 상기 기판과 상기 플레이트 사이에 배치되며, 음압이 상기 멤브레인과 부딪칠 때 상기 플레이트에 대해 이동 가능한 것인, 상기 멤브레인
    을 포함하며,
    상기 멤브레인은 음압의 변화에 응답하여 가변되는 개방 영역(open area)을 갖는 벤트 밸브를 포함하는 것인, 통합형 마이크로폰 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 밸브는 제1 음압에 응답하는 제1 개방 영역 및 제2 음압에 응답하는 제2 개방 영역을 가지며,
    상기 제2 음압은 상기 제1 음압보다 크고, 상기 제2 개방 영역은 상기 제1 개방 영역보다 큰 것인 통합형 마이크로폰 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 벤트 밸브는 상기 멤브레인의 본체에 연결된 편향부(deflection part)에 인접한 개구를 규정하고,
    상기 편향부는 상기 개구의 개방 영역을 변경시키도록 상기 본체에 대해 편향될 수 있는 것인 통합형 마이크로폰 디바이스.
  4. 제3항에 있어서, 상기 편향부는 상기 개구의 일부를 덮는 것인 통합형 마이크로폰 디바이스.
  5. 제3항에 있어서, 상기 개구는 상기 편향부의 제1 편향에 응답하여 제1 개방 영역을 규정하고 상기 편향부의 제2 편향에 응답하여 제2 개방 영역을 규정하고,
    상기 제2 편향은 상기 제1 편향보다 크고. 상기 제2 개방 영역은 상기 제1 개방 영역보다 큰 것인 통합형 마이크로폰 디바이스.
  6. 제3항에 있어서, 상기 편향부는 일단부(one end)가 상기 멤브레인의 본체에 연결되어 있는 빔 엘리먼트인 것인 통합형 마이크로폰 디바이스.
  7. 제3항에 있어서, 상기 편향부는 양단부가 상기 멤브레인의 본체에 연결되어 있는 빔 엘리먼트이고, 상기 빔 엘리먼트의 중간 부분은 상기 빔 엘리먼트의 다른 부분보다 큰 폭을 갖는 것인 통합형 마이크로폰 디바이스.
  8. 제3항에 있어서, 상기 벤트 밸브는 복수의 편향부를 더 포함하고, 상기 개구는 상기 편향부 둘레에 배치되는 것인 통합형 마이크로폰 디바이스.
  9. 통합형 마이크로폰 디바이스에 있어서.
    플레이트와,
    멤브레인으로서, 상기 플레이트에 대향하여 배치되고, 음압이 상기 멤브레인에 부딪칠 때 상기 플레이트에 대해 이동 가능한 것인 상기 멤브레인 - 상기 멤브레인은 음압에 의해 야기되는 상기 멤브레인 상의 응력을 완화시키도록 구성된 벤트 구멍을 가짐 - 과,
    음압의 변화에 응답하여 가변되는 개방 영역을 갖는, 상기 멤브레인 내에 형성된 벤트 밸브
    를 포함하는 통합형 마이크로폰 디바이스.
  10. 통합형 마이크로폰 디바이스에 있어서,
    플레이트와,
    멤브레인으로서, 상기 플레이트에 대향하여 배치되고, 음압이 상기 멤브레인에 부딪칠 때 상기 플레이트에 대해 이동 가능한 것인, 상기 멤브레인과,
    상기 멤브레인 내에 형성되고, 개구(opening) 및 편향부를 갖는 벤트 밸브
    를 포함하며,
    상기 편향부는 상기 개구의 일부을 덮고, 상기 개구의 개방 영역을 변경시키기 위해 상기 멤브레인의 본체에 대해 편향될 수 있는 것인 통합형 마이크로폰 디바이스.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102486584B1 (ko) * 2018-05-03 2023-01-10 주식회사 디비하이텍 멤스 마이크로폰, 이를 포함하는 멤스 마이크로폰 패키지 및 이의 제조 방법
CN112055293B (zh) * 2019-06-07 2022-05-17 美商楼氏电子有限公司 声换能器和麦克风组件
US11352252B2 (en) 2019-06-21 2022-06-07 Amkor Technology Singapore Holding Pte. Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
US10968097B2 (en) 2019-08-16 2021-04-06 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Support structure for MEMS device with particle filter
US10941034B1 (en) 2019-08-16 2021-03-09 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Particle filter for MEMS device
US10820099B1 (en) 2019-09-25 2020-10-27 Motorola Solutions, Inc. Device and method to control a speaker to emit a sound to protect a microphone
CN112752209B (zh) * 2019-10-31 2022-03-25 华为技术有限公司 一种压电式mems传感器以及相关设备
US11498830B2 (en) * 2020-03-09 2022-11-15 Solid State System Co., Ltd. Structure of micro-electro-mechanical-system microphone and method for fabricating the same
CN112188373B (zh) * 2020-09-23 2022-04-29 瑞声新能源发展(常州)有限公司科教城分公司 扬声器及电子设备
CN112188372B (zh) * 2020-09-23 2022-04-29 瑞声新能源发展(常州)有限公司科教城分公司 扬声器及电子设备
US11716578B2 (en) * 2021-02-11 2023-08-01 Knowles Electronics, Llc MEMS die with a diaphragm having a stepped or tapered passage for ingress protection

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120135068A (ko) * 2011-06-01 2012-12-12 인피니언 테크놀로지스 아게 플레이트, 트랜스듀서 및 트랜스듀서를 제조하고 동작시키는 방법들
KR20150060900A (ko) * 2012-09-24 2015-06-03 울프손 마이크로일렉트로닉스 피엘씨 Mems 장치 및 공정
KR20150140582A (ko) * 2014-06-06 2015-12-16 인피니언 테크놀로지스 아게 마이크로폰용 시스템 및 방법

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8072010B2 (en) * 2005-05-17 2011-12-06 Knowles Electronics Asia PTE, Ltd. Membrane for a MEMS condenser microphone
DE102005031601B4 (de) * 2005-07-06 2016-03-03 Robert Bosch Gmbh Kapazitives, mikromechanisches Mikrofon
JP2007081614A (ja) * 2005-09-13 2007-03-29 Star Micronics Co Ltd コンデンサマイクロホン
US20090175477A1 (en) * 2007-08-20 2009-07-09 Yamaha Corporation Vibration transducer
US8193596B2 (en) * 2008-09-03 2012-06-05 Solid State System Co., Ltd. Micro-electro-mechanical systems (MEMS) package
KR102096086B1 (ko) * 2011-03-31 2020-04-02 베스퍼 테크놀로지스 인코포레이티드 간극 제어 구조를 구비한 음향 변환기 및 음향 변환기를 제조하는 방법
US9002037B2 (en) * 2012-02-29 2015-04-07 Infineon Technologies Ag MEMS structure with adjustable ventilation openings
US8983097B2 (en) * 2012-02-29 2015-03-17 Infineon Technologies Ag Adjustable ventilation openings in MEMS structures
CN103517169B (zh) 2012-06-22 2017-06-09 英飞凌科技股份有限公司 具有可调节通风开口的mems结构及mems装置
DE102012107457B4 (de) 2012-08-14 2017-05-24 Tdk Corporation MEMS-Bauelement mit Membran und Verfahren zur Herstellung
US8724841B2 (en) * 2012-08-30 2014-05-13 Apple Inc. Microphone with acoustic mesh to protect against sudden acoustic shock
US8987842B2 (en) * 2012-09-14 2015-03-24 Solid State System Co., Ltd. Microelectromechanical system (MEMS) device and fabrication method thereof
US9006015B2 (en) * 2013-01-24 2015-04-14 Taiwan Semiconductor Manfacturing Company, Ltd. Dual layer microelectromechanical systems device and method of manufacturing same
US9301075B2 (en) * 2013-04-24 2016-03-29 Knowles Electronics, Llc MEMS microphone with out-gassing openings and method of manufacturing the same
CN103338427A (zh) * 2013-07-18 2013-10-02 山东共达电声股份有限公司 Mems芯片以及mems麦克风
CN103686570B (zh) * 2013-12-31 2017-01-18 瑞声声学科技(深圳)有限公司 Mems麦克风
JP6252767B2 (ja) * 2014-03-14 2017-12-27 オムロン株式会社 静電容量型トランスデューサ
US10212501B2 (en) * 2014-08-27 2019-02-19 Goertek.Inc MEMS device with a valve mechanism
JP6467837B2 (ja) * 2014-09-25 2019-02-13 オムロン株式会社 音響トランスデューサ及びマイクロフォン
US9359188B1 (en) * 2014-11-17 2016-06-07 Invensense, Inc. MEMS microphone with tensioned membrane
GB2533410B (en) * 2014-12-19 2017-03-01 Cirrus Logic Int Semiconductor Ltd MEMS devices and processes
WO2016120213A1 (en) 2015-01-26 2016-08-04 Cirrus Logic International Semiconductor Limited Mems devices and processes
US10045126B2 (en) * 2015-07-07 2018-08-07 Invensense, Inc. Microelectromechanical microphone having a stationary inner region
US10003889B2 (en) * 2015-08-04 2018-06-19 Infineon Technologies Ag System and method for a multi-electrode MEMS device
GB2546827B (en) 2016-01-28 2020-01-29 Cirrus Logic Int Semiconductor Ltd MEMS device and process
US10131541B2 (en) * 2016-07-21 2018-11-20 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. MEMS devices having tethering structures
US10250998B2 (en) * 2016-10-26 2019-04-02 Solid State Systems Co., Ltd. Micro-electro-mechanical systems (MEMS) device and method for fabricating the MEMS
US10405105B2 (en) * 2017-01-19 2019-09-03 Intel Corporation MEMS microphone maximum sound pressure level extension
GB2560774B (en) * 2017-03-24 2019-11-13 Cirrus Logic Int Semiconductor Ltd MEMS devices and processes

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120135068A (ko) * 2011-06-01 2012-12-12 인피니언 테크놀로지스 아게 플레이트, 트랜스듀서 및 트랜스듀서를 제조하고 동작시키는 방법들
KR20150060900A (ko) * 2012-09-24 2015-06-03 울프손 마이크로일렉트로닉스 피엘씨 Mems 장치 및 공정
KR20150140582A (ko) * 2014-06-06 2015-12-16 인피니언 테크놀로지스 아게 마이크로폰용 시스템 및 방법

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