KR20200005954A

KR20200005954A - 멤스 마이크로폰 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR20200005954A
Application number: KR1020180079598A
Authority: KR
Inventors: 선종원
Original assignee: 주식회사 디비하이텍
Priority date: 2018-07-09
Filing date: 2018-07-09
Publication date: 2020-01-17
Also published as: US11259105B2; CN210168227U; US20200014994A1

Abstract

본 발명에 따른 멤스 마이크로폰은, 캐비티를 구비하는 기판과, 상기 기판 상에서 상기 캐비티를 덮도록 구비되고 상기 기판으로부터 이격되어 위치하며 음압을 감지하여 변위를 발생시키는 진동판과, 상기 진동판의 단부에 구비되고 하부면들이 상기 기판의 상부면과 접하게 구비되어 상기 진동판을 지지하는 앵커와, 상기 진동판의 상측에 위치하고, 상기 진동판과 이격되어 상기 진동판과의 사이에 에어갭이 형성되며 복수의 음향홀을 구비하는 백 플레이트 및 상기 백 플레이트가 형성된 상기 기판 상에 구비되어 상기 백 플레이트를 커버하고 상기 백 플레이트를 홀드하여 상기 진동판으로부터 이격시키며, 상기 백 플레이트의 처짐을 방지하기 위해 평판 형태를 갖는 상부 절연막을 포함할 수 있다.

Description

멤스 마이크로폰 및 이의 제조 방법{MEMS microphone and method of manufacturing the same}

본 발명의 실시예들은 음을 전기 신호로 변환하는 멤스 마이크로폰 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 음압을 감지하여 변위를 발생시킴으로써 음성 신호를 멀리 보낼 수 있는 콘덴서형 멤스 마이크로폰 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 콘덴서형 마이크로폰은 서로 마주하는 두 전극 사이에 형성된 정전용량을 이용하여 음성 신호를 출력한다. 상기 콘텐서형 마이크로폰은 반도체 멤스 공정을 통해 초소형으로 제조될 수 있다.

멤스 마이크로폰은 밴딩 가능하게 구비되는 진동판 및 진동판과 마주하게 구비되는 백 플레이트를 구비할 수 있다. 상기 진동판은 음에 의해 자유롭게 상하로 휘어질 수 있도록 기판과 백 플레이트로부터 이격되어 구비된다. 상기 진동판은 멤브레인으로 이루어질 수 있으며, 음압을 인지하여 변위를 발생시킬 수 있다. 즉, 상기 음압이 상기 진동판에 도달하면, 상기 진동판은 상기 음압에 의해 위 또는 아래로 휘어진다. 상기 진동판의 변위는 상기 진동판과 상기 백 플레이트 간에 형성된 캐패시턴스의 변화를 통해 인지될 수 있으며, 이에 따라 음이 전기 신호로 변환되어 출력될 수 있다.

상기 멤스 마이크로폰은 상기 백 플레이트를 홀드하여 상기 진동판으로부터 이격시키는 상부 절연막을 갖는다. 상기 상부 절연막은 상기 진동판과 상기 백 플레이트 사이에 에어 갭을 형성하기 위한 챔버를 갖는다.

바이어스 전압은 상기 멤스 마이크로폰의 감도를 결정하는 인자 중 하나이다. 상기 바이어스 전압을 증가시켜 상기 멤스 마이크로폰의 감도를 높일 수 있다. 상기 바이어스 전압을 높이기 위해서는 상기 진동판과 상기 백 플레이트 사이의 에어 갭을 증가시켜야 한다.

그러나, 상기 백 플레이트가 아래로 처지는 현상으로 인해 상기 에어 갭을 증가시키기 어렵다. 특히, 상기 챔버에서 꺽이는 부분에 응력이 집중되므로, 상기 백 플레이트가 아래로 더욱 처지게 된다. 그러므로, 상기 멤스 마이크로폰의 감도가 저하될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 백 플레이트가 아래로 처지는 것을 방지할 수 있는 멤스 마이크로폰 및 이의 제조 방법을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 멤스 마이크로폰은, 캐비티를 구비하는 기판과, 상기 기판 상에서 상기 캐비티를 덮도록 구비되고 상기 기판으로부터 이격되어 위치하며 음압을 감지하여 변위를 발생시키는 진동판과, 상기 진동판의 단부에 구비되고 하부면들이 상기 기판의 상부면과 접하게 구비되어 상기 진동판을 지지하는 앵커와, 상기 진동판의 상측에 위치하고, 상기 진동판과 이격되어 상기 진동판과의 사이에 에어갭이 형성되며 복수의 음향홀을 구비하는 백 플레이트 및 상기 백 플레이트가 형성된 상기 기판 상에 구비되어 상기 백 플레이트를 커버하고 상기 백 플레이트를 홀드하여 상기 진동판으로부터 이격시키며, 상기 백 플레이트의 처짐을 방지하기 위해 평판 형태를 갖는 상부 절연막을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 멤스 마이크로폰은, 상기 기판과 상기 상부 절연막 사이에 구비되고, 상기 진동판을 노출시키기 위해 상기 진동판의 외측에 위치하는 하부 절연막 및 상기 상부 절연막과 상기 하부 절연막 사이에 구비되고, 상기 진동판의 외측에 위치하며, 상기 상부 절연막을 지지하여 상기 백 플레이트를 상기 진동판으로부터 이격시키는 층간 절연막을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 하부 절연막과 상기 층간 절연막은 상기 앵커의 외측에 각각 위치할 수 있다.

본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 멤스 마이크로폰은, 상기 하부 절연막의 상면에 구비되고, 상기 진동판과 연결된 진동 패드와, 상기 층간 절연막의 상면에 구비되고, 상기 백 플레이트와 연결된 백 플레이트 패드와, 상기 상부 절연막 상에서 상기 진동 패드의 상측에 위치하고, 상기 진동 패드와 전기적으로 연결된 제1 패드 전극 및 상기 상부 절연막 상에서 상기 백 플레이트 패드의 상측에 위치하고, 상기 백 플레이트 패드와 전기적으로 연결된 제2 패드 전극을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 앵커는 링 형상으로 구비되어 상기 진동판을 둘러쌀 수 있다.

본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 진동판은 상기 진동판을 관통하여 형성되며 상기 캐비티와 연결되는 복수의 벤트홀을 구비할 수 있다.

본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 앵커들은 상기 진동판의 둘레를 따라 서로 이격되어 배치되며, 상기 앵커들 중 서로 인접한 두 개의 앵커들 사이에는 슬릿이 형성되며 상기 슬릿은 상기 음압이 이동하는 이동 통로로 제공될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 멤스 마이크로폰은, 진동 영역과 상기 진동 영역을 둘러싼 지지 영역 및 상기 지지 영역을 둘러싼 주변 영역으로 구획되고 상기 진동 영역에 캐비티를 구비하는 기판과, 상기 진동 영역에 위치하며, 상기 기판 상에서 상기 캐비티를 덮도록 구비되고 상기 기판으로부터 이격되며 음압을 감지하여 변위를 발생시키는 진동판과, 상기 진동판의 단부에 구비되고 상기 지지 영역에 위치하며 하부면들이 상기 기판의 상부면과 접하게 구비되어 상기 진동판을 지지하는 앵커와, 상기 진동판의 상측에 위치하고, 상기 진동판과 이격되어 상기 진동판과의 사이에 에어갭이 형성되며 복수의 음향홀을 구비하는 백 플레이트 및 상기 백 플레이트가 형성된 상기 기판 상에 구비되어 상기 백 플레이트를 커버하고 상기 백 플레이트를 홀드하여 상기 진동판으로부터 이격시키며, 상기 백 플레이트의 처짐을 방지하기 위해 평판 형태를 갖는 상부 절연막을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예들에 따른 상기 멤스 마이크로폰은, 상기 기판과 상기 상부 절연막 사이에 구비되고, 상기 진동판을 노출시키기 위해 상기 주변 영역에 위치하는 하부 절연막 및 상기 상부 절연막과 상기 하부 절연막 사이에 구비되고, 상기 주변 영역에 위치하며, 상기 상부 절연막을 지지하여 상기 백 플레이트를 상기 진동판으로부터 이격시키는 층간 절연막을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예들에 따른 상기 멤스 마이크로폰은, 상기 하부 절연막의 상면에 구비되고, 상기 진동판과 연결된 진동 패드와, 상기 층간 절연막의 상면에 구비되고, 상기 백 플레이트와 연결된 백 플레이트 패드와, 상기 상부 절연막 상에서 상기 진동 패드의 상측에 위치하고, 상기 진동 패드와 전기적으로 연결된 제1 패드 전극 및 상기 상부 절연막 상에서 상기 백 플레이트 패드의 상측에 위치하고, 상기 백 플레이트 패드와 전기적으로 연결된 제2 패드 전극을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 멤스 마이크로폰 제조 방법은, 진동 영역과 상기 진동 영역을 둘러싼 지지 영역 및 상기 지지 영역을 둘러싼 주변 영역으로 구획된 기판 상에 하부 절연막을 형성하는 단계와, 상기 하부 절연막 상에 진동판과 상기 진동판을 지지하는 앵커를 형성하는 단계와, 상기 진동판이 형성된 상기 하부 절연막 상에 층간 절연막을 형성하는 단계와, 상기 층간 절연막 상의 상기 진동 영역에 상기 진동판과 마주하여 백 플레이트를 형성하는 단계와, 상기 백 플레이트가 형성된 상기 층간 절연막 상에 상기 백 플레이트를 홀드하여 상기 진동판으로부터 이격시키며, 상기 백 플레이트의 처짐을 방지하기 위해 평판 형태를 갖는 상부 절연막을 형성하는 단계와, 상기 상부 절연막과 상기 백 플레이트를 패터닝하여 상기 상부 절연막 및 상기 백 플레이트를 관통하는 복수의 음향홀을 형성하는 단계와, 상기 기판을 패터닝하여 상기 진동 영역에 상기 하부 절연막을 노출시키는 캐비티를 형성하는 단계 및 음압에 의해 상기 진동판이 유동될 수 있도록 상기 캐비티와 상기 음향홀들을 이용한 식각 공정을 통해 상기 진동 영역과 상기 지지 영역에서 상기 하부 절연막과 상기 층간 절연막을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 하부 절연막과 상기 층간 절연막은 상기 주변 영역에 위치하고, 상기 앵커는 상기 지지 영역에 위치할 수 있다.

본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 앵커는 상기 진동 영역을 둘러싸도록 링 형상으로 형성되며, 상기 진동판과 상기 앵커를 형성하는 단계에서 상기 진동판을 패터닝하여 상기 진동 영역에 복수의 벤트홀을 형성하고, 상기 벤트홀들은 상기 층간 절연막을 제거하는 단계에서 상기 층간 절연막을 제거하기 위한 식각 유체의 이동 통로로 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 앵커를 복수로 형성하며, 상기 복수의 앵커홀은 상기 지지 영역을 따라 서로 이격되어 형성되고, 상기 진동판과 상기 앵커를 형성하는 단계는 상기 진동판을 패터닝하여 상기 앵커들 중 서로 인접한 두 개의 앵커들 사이에 슬릿들을 형성하고, 상기 슬릿들은 상기 층간 절연막을 제거하는 단계에서 상기 층간 절연막을 제거하기 위한 식각 유체의 이동 통로로 제공될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 멤스 마이크로폰은 챔버 없이 상기 상부 절연막을 평판 형태로 구비한다. 따라서, 상기 상부 절연막이 상기 백 플레이트를 안정적으로 홀드하여 상기 백 플레이트의 처짐을 방지할 수 있다. 그러므로, 상기 백 플레이트와 상기 진동판 사이의 에어 갭을 일정하게 유지할 수 있다. 나아가, 상기 멤스 마이크로폰에서 바이어스 전압이 낮아져 상기 멤스 마이크로폰의 감도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 챔버가 없으므로, 상기 멤스 마이크로폰은 상기 하부 절연막과 상기 층간 절연막의 폭을 크게 할 수 있다. 상기 하부 절연막과 상기 층간 절연막이 상기 상부 절연막을 안정적으로 지지하므로, 상기 백 플레이트의 처짐을 효과적으로 방지할 수 있다.

그리고, 상기 멤스 마이크로폰의 제조시 상기 챔버를 형성하기 위한 마스크 및 상기 챔버 형성 공정들이 생략될 수 있으므로, 공정 단계를 단순화하고 제조 원가를 절감하며 공정 시간을 단축시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1의 절단선 I - I'에 따른 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 기판을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 4는 도 1의 절단선 II - II'에 따른 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 앵커의 다른 예를 설명하기 위한 절단선 II - II'에 따른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 흐름도이다.
도 7 내지 도 18은 도 6의 멤스 마이크로폰 제조 과정을 설명하기 위한 개략적인 공정도들이다.

이하, 본 발명의 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 상세하게 설명된다. 그러나, 본 발명은 하기에서 설명되는 실시예들에 한정된 바와 같이 구성되어야만 하는 것은 아니며 이와 다른 여러 가지 형태로 구체화될 수 있을 것이다. 하기의 실시예들은 본 발명이 온전히 완성될 수 있도록 하기 위하여 제공된다기보다는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 당업자들에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공된다.

본 발명의 실시예들에서 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 배치되는 또는 연결되는 것으로 설명되는 경우 상기 요소는 상기 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결될 수도 있으며, 다른 요소들이 이들 사이에 개재될 수도 있다. 이와 다르게, 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결되는 것으로 설명되는 경우 그들 사이에는 또 다른 요소가 있을 수 없다. 다양한 요소들, 조성들, 영역들, 층들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목들을 설명하기 위하여 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 사용될 수 있으나, 상기 항목들은 이들 용어들에 의하여 한정되지는 않을 것이다.

본 발명의 실시예들에서 사용된 전문 용어는 단지 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 또한, 달리 한정되지 않는 이상, 기술 및 과학 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상적인 지식을 갖는 당업자에게 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 통상적인 사전들에서 한정되는 것들과 같은 상기 용어들은 관련 기술과 본 발명의 설명의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석될 것이며, 명확히 한정되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 외형적인 직감으로 해석되지는 않을 것이다.

본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들의 개략적인 도해들을 참조하여 설명된다. 이에 따라, 상기 도해들의 형상들로부터의 변화들, 예를 들면, 제조 방법들 및/또는 허용 오차들의 변화는 충분히 예상될 수 있는 것들이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도해로서 설명된 영역들의 특정 형상들에 한정된 바대로 설명되어지는 것은 아니라 형상들에서의 편차를 포함하는 것이며, 도면들에 설명된 요소들은 전적으로 개략적인 것이며 이들의 형상은 요소들의 정확한 형상을 설명하기 위한 것이 아니며 또한 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것도 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰을 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 2는 도 1의 절단선 I - I'에 따른 단면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 기판을 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 4는 도 1의 절단선 II - II'에 따른 단면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰(100)은 음압에 따라 변위를 발생시켜서 음을 전기 신호로 변환하여 출력한다. 상기 멤스 마이크로폰(100)은 기판(110), 진동판(120), 앵커(130) 및 백 플레이트(140)를 포함할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 기판(110)은 진동 영역(VA)과 상기 진동 영역(VA)을 둘러싼 지지 영역(SA) 및 상기 지지 영역(SA)을 둘러싼 주변 영역(OA)으로 분리 구획될 수 있다. 상기 기판(110)은 상기 진동판(120)이 음압에 의해 밴딩될 수 있는 공간을 제공하기 위해 상기 진동 영역(VA)에 캐비티(112)를 구비할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 캐비티(112)는 대체로 원 형상으로 형성될 수 있으며, 상기 진동 영역(VA)에 대응하는 크기를 가질 수 있다.

상기 기판(110) 상에는 상기 진동판(120)이 배치될 수 있다. 상기 진동판(120)은 멤브레인으로 구성될 수 있으며, 음압을 감지하여 변위를 발생시킨다. 상기 진동판(120)은 상기 캐비티(112)를 덮도록 구비될 수 있으며, 상기 캐비티(112)를 통해 노출될 수 있다. 상기 진동판(120)은 음압에 의해 밴딩 가능하도록 상기 기판(110)으로부터 이격되어 위치한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 진동판(120)은 이온 주입 공정을 통해 불순물 도핑이 이루어질 수 있다. 상기 진동판(120)에서 불순물이 도핑된 부분은 상기 백 플레이트(140)와 대응하는 부분이다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 진동판(120)은 도 1에 도시된 바와 같이 대체로 원 형상을 가질 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 진동판(120)의 단부에는 상기 앵커(130)가 구비될 수 있다. 상기 앵커(130)는 상기 지지 영역(SA)에 배치될 수 있으며, 상기 진동판(120)을 지지한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 앵커(130)는 상기 진동판(120)의 둘레를 따라 연장될 수 있다. 상기 앵커(130)는 상기 진동판(120)의 상부면으로부터 상기 기판(110) 측으로 연장되며, 상기 진동판(120)을 상기 기판(112)으로부터 이격시킨다.

본 발명의 일 실시에에 있어서, 상기 앵커(130)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 진동판(120)과 일체로 구비될 수 있다. 상기 앵커(130)의 하면은 상기 기판(10)의 상부면과 접할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 앵커(130)는 도 1에 도시된 바와 같이 링 형상을 가질 수 있으며, 상기 캐비티(112)를 둘러싸도록 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 앵커(130)는 도 1에 도시된 바와 같이 링 형상으로 구비될 수 있으며, 댐 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 앵커(130)는 상기 진동판(120)과 마찬가지로 원 형상으로 구비될 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 종단면이 ‘U’자 형상을 가질 수도 있다.

도 5는 도 1에 도시된 앵커의 다른 예를 설명하기 위한 절단선 II - II'에 따른 단면도이다.

도 5를 참조하면, 상기 앵커(130)는 복수로 구비될 수 있으며, 복수의 앵커(130)는 상기 진동판(120)의 둘레를 따라 서로 이격되어 위치할 수 있다.

상기 앵커들(130)은 도트 형태, 호 형태로 구비될 수 있다. 상기 앵커(130)는 기둥 형상으로 형성될 수 있으며, 종단면이 'U'자 형상을 가질 수 있다. 특히, 상기 앵커들(130) 중 서로 인접한 두 개의 앵커들 사이에는 슬릿(132)들이 각각 형성되어 상기 음압이 이동하는 통로로 제공될 수 있다. 또한, 상기 슬릿(132)들은 상기 멤스 마이크로폰(100) 제조 과정에서 상기 진동판(120)과 백 플레이트(140) 사이의 층간 절연막 제거시 상기 층간 절연막을 제거하기 위한 식각 유체의 이동 통로로 제공될 수 있다.

상기 진동판(120)의 상측에는 상기 백 플레이트(140)가 구비될 수 있다. 상기 백 플레이트(140)는 상기 진동 영역(VA)에 위치하며, 상기 진동판(120)과 마주하게 구비될 수 있다. 상기 백 플레이트(140)는 원 형상으로 구비될 수 있으며, 상기 진동판(120)과 마찬가지로 제조 과정에서 이온 주입을 통해 불순물 도핑이 이루어질 수 있다.

상기 백 플레이트(140)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 진동판(120)이 자유롭게 밴딩될 수 있도록 상기 진동판(120)으로부터 이격되어 위치한다. 따라서, 상기 진동판(120)과 상기 백 플레이트(140) 사이에 에어 갭(AG)이 형성된다. 여기서, 상기 에어 갭(AG)은 상기 진동판(120)과 상기 백 플레이트(140)를 이격시키기 위해 상기 진동판(120)과 상기 백 플레이트(140) 사이에 위치하는 층간 절연막이 제거되어 형성된다.

상기 진동판(120)은 상기 에어 갭(AG)을 형성하기 위해 상기 진동판(120)과 상기 백 플레이트(140) 사이의 층간 절연막을 제거하기 위한 복수의 벤트홀(122)을 구비할 수 있다.

상기 벤트홀들(122)은 상기 앵커(130)를 따라 서로 이격되어 위치하며, 링 형상으로 배치될 수 있다. 상기 벤트홀들(122)은 상기 진동판(120)을 관통하여 형성되며, 상기 캐비티(112)와 연통할 수 있다. 특히, 상기 벤트홀들(122)은 음압의 이동 통로로 이용될 수 있으며, 상기 멤스 마이크로폰(100)의 제조 공정에서 식각 유체의 이동 통로로도 제공될 수 있다.

상기 벤트홀들(122)은 상기 진동 영역(VA)에 위치할 수 있다. 한편, 상기 벤트홀들(122)은 상기 진동 영역(VA)과 상기 지지 영역(SA)의 경계 영역 부위 또는 상기 진동 영역(VA)과 인접한 상기 지지 영역(SA)에 위치할 수도 있다.

상기 멤스 마이크로폰(100)은 상부 절연막(150), 하부 절연막(160), 층간 절연막(170), 진동 패드(124), 백 플레이트 패드(146), 제1 패드 전극(1822) 및 제2 패드 전극(184)을 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 상부 절연막(150)은 상기 백 플레이트(140)가 형성된 상기 기판(110)의 상측에 구비될 수 있다. 상기 상부 절연막(150)은 상기 백 플레이트(140)를 커버하며, 상기 백 플레이트(140)를 홀드하여 상기 진동판(120)으로부터 상기 백 플레이트(140)를 이격시킨다.

상기 상부 절연막(150)은 대략 평판 형태를 가지며, 상기 백 플레이트(140)의 외측에서 절곡되는 챔버를 구비하지 않는다. 상기 상부 절연막(150)에 절곡되는 부분이 없으므로, 상기 상부 절연막(150)에서 특정 부위에 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 응력 집중으로 인해 상기 상부 절연막이 아래로 휘는 것을 방지할 수 있다. 그러므로, 상기 상부 절연막(150)에 홀딩된 상기 백 플레이트(140)의 처짐을 방지할 수 있다.

상기 백 플레이트(140)의 처짐이 방지되므로, 상기 백 플레이트(140)와 상기 진동판(120) 사이의 상기 에어 갭(AG)을 일정하게 유지할 수 있다. 나아가, 상기 멤스 마이크로폰(100)에서 바이어스 전압이 낮아져 상기 멤스 마이크로폰(100)의 감도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.

상기 백 플레이트(140)는 음파가 통과하는 복수의 음향홀(142)을 구비할 수 있다. 상기 음향홀들(142)은 상기 상부 절연막(150)과 상기 백 플레이트(140)를 관통하여 형성될 수 있으며, 상기 에어갭(AG)과 연통될 수 있다.

또한, 상기 백 플레이트(140)는 복수의 딤플홀(144)을 구비할 수 있으며, 상기 상부 절연막(150)은 상기 딤플홀들(144)에 대응하여 복수의 딤플(154)을 구비할 수 있다. 상기 딤플홀들(154)은 상기 백 플레이트(140)를 관통하여 형성되며, 상기 딤플들(154)은 상기 딤플홀들(144)이 형성된 부분에 구비된다.

특히, 상기 딤플들(154)은 상기 진동판(120)이 상기 백 플레이트(140)의 하면에 접착되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 상기 진동판(120)은 음이 도달할 경우, 하측 방향 또는 상기 백 플레이트(140)가 위치하는 상측 방향으로 반원 형태로 휘어진 후 다시 원위치 된다. 이때, 상기 진동판(120)의 휨 정도는 음압에 따라 달라지며, 상기 진동판(120)의 상면이 상기 백 플레이트(140)의 하면에 접촉될 정도로 많이 휘어질 수도 있다. 상기 진동판(120)이 상기 백 플레이트(140)에 접촉될 정도로 많이 휘어질 경우, 상기 진동판(120)이 상기 백 플레이트(140)에 부착되어 원위치로 돌아오지 못할 수도 있다. 이를 방지하기 위해, 상기 딤플들(154)이 상기 백 플레이트(140)의 하부면 보다 상기 진동판(120) 측으로 돌출되어 구비된다. 상기 진동판(120)이 상기 백 플레이트(140)에 접촉될 정도로 많이 휘어질 경우, 상기 딤플들(154)은 상기 진동판(120)을 하측 방향으로 밀어내어 상기 진동판(120)이 다시 원위치로 돌아가도록 한다.

상기 하부 절연막(160)은 상기 기판(110)의 상면에 배치되며, 상기 상부 절연막(150)의 아래에 위치할 수 있다. 상기 하부 절연막(160)은 상기 앵커(130)의 외측, 구체적으로, 상기 주변 영역(OA)에 위치할 수 있다.

상기 진동 패드(124)는 상기 하부 절연막(160)의 상부면에 구비될 수 있으며, 상기 주변 영역(OA)에 위치한다. 상기 진동 패드(124)는 상기 진동판(120)과 연결되며, 이온 주입을 통해 불순물이 도핑될 수 있다. 도면에는 구체적으로 도시하지 않았으나, 상기 진동판(120)에서 불순물이 도핑된 부분과 상기 진동 패드(124)가 연결되는 부분에도 불순물이 도핑될 수 있다.

상기 진동 패드(124) 형성된 상기 하부 절연막(160) 상에는 상기 층간 절연막(170)이 구비될 수 있으며, 상기 층간 절연막(170)은 상기 상부 절연막(150)의 아래에 위치한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 하부 절연막(160)과 상기 층간 절연막(170)은 상기 주변 영역(OA)에 위치할 수 있다. 또한, 상기 하부 절연막(160)과 상기 층간 절연막(170)은 상기 상부 절연막(150)과 서로 다른 재질로 이루어질 수 있다.

상기 챔버가 구비되지 않으므로, 상기 멤스 마이크로폰(100)은 종래에 비해 상기 하부 절연막(160)과 상기 층간 절연막(170)의 폭을 상대적으로 크게 할 수 있다. 따라서, 상기 하부 절연막(160)과 상기 층간 절연막(170)이 상기 상부 절연막(150)을 견고하게 지지할 수 있다. 그러므로, 상기 상부 절연막(150)에 의해 홀딩된 상기 백 플레이트(140)의 처짐을 효과적으로 방지할 수 있다.

상기 백 플레이트 패드(146)는 상기 층간 절연막(170)의 상부면에 구비될 수 있으며, 상기 주변 영역(OA)에 위치한다. 상기 백 플레이트 패드(146)는 상기 백 플레이트(140)와 연결되며, 이온 주입을 통해 불순물이 도핑될 수 있다. 도면에는 구체적으로 도시하지 않았으나, 상기 백 플레이트 패드(146)와 상기 백 플레이트(140)가 연결되는 부분에도 불순물이 도핑될 수 있다.

상기 제1 및 제2 패드 전극들(182, 184)은 상기 상부 절연막(150) 상에 구비될 수 있으며, 상기 주변 영역(OA)에 위치한다. 상기 제1 패드 전극(182)은 상기 진동 패드(124)의 상측에 위치하며, 상기 진동 패드(124)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 패드 전극(184)은 상기 백 플레이트 패드(146)의 상측에 위치하며, 상기 백 플레이트 패드(146)와 전기적으로 연결될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 상부 절연막(150)과 층간 절연막(170)은 상기 진동 패드(124)를 노출시키기 위한 제1 콘택홀(CH1)이 형성되며, 상기 제1 패드 전극(182)은 상기 제1 콘택홀(CH1)을 통해 상기 진동 패드(124)와 접촉된다. 또한, 상기 상부 절연막(150)은 상기 백 플레이트 패드(146)를 노출시키기 위한 제2 콘택홀(CH2)이 형성되며, 상기 제2 패드 전극(184)은 상기 제2 콘택홀(CH2)을 통해 상기 백 플레이트 패드(146)와 접촉된다.

이하, 도면을 참조하여 상기 멤스 마이크로폰(100)의 제조 과정에 대해 구체적으로 설명한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 흐름도이고, 도 7 내지 도 18은 도 6의 멤스 마이크로폰 제조 과정을 설명하기 위한 개략적인 공정도들이다.

도 6 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 멤스 마이크로폰 제조 방법은, 먼저, 기판(110) 상에 하부 절연막(160)을 증착한다(단계 S110).

이어, 상기 하부 절연막(160) 상에 진동판(120)과 앵커(130)를 형성한다(단계 S120).

상기 진동판(120)과 상기 앵커(130)를 형성하는 단계(S120)를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 하부 절연막(160)을 패터닝하여 상기 앵커(130)를 형성하기 위한 앵커 채널(162)을 형성한다. 이때, 상기 기판(110)은 상기 앵커 채널(162)을 통해 일부분이 노출될 수 있다. 상기 앵커 채널(162)은 상기 기판(110) 상에서 지지 영역(SA)에 형성될 수 있으며, 진동 영역(VA)을 둘러싸도록 링 형상으로 형성될 수 있다.

이어, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 앵커 채널(162)이 형성된 상기 하부 절연막(160) 상에 제1 실리콘층(10)을 증착한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 실리콘층(10)은 폴리 실리콘으로 이루어질 수 있다.

이어, 이온 주입 공정을 통해 상기 제1 실리콘층(10)에서 상기 진동 영역(VA)에 위치하는 부분과 진동 패드(124)가 형성될 부분에 불순물을 도핑한다.

그 다음, 상기 제1 실리콘층(10)을 패터닝하여, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 진동판(120)과 앵커(130)를 형성하고 상기 주변 영역(OA)에 상기 진동 패드(124)를 형성한다. 이때, 상기 진동판(120)에 복수의 벤트홀(122)도 함께 형성될 수 있다. 상기 벤트홀(122)들은 상기 진동 영역(VA)에 위치한다.

일 실시예에 따르면, 상기 앵커(130)는 하나가 상기 진동판(120)의 둘레를 따라 링 형상으로 구비될 수 있다(도 1 참조).

다른 실시예에 따르면, 상기 앵커(130)는 복수로 구비되어 복수의 앵커(130)는 상기 진동판(120)의 둘레를 따라 서로 이격될 수 있다(도 5 참조). 특히, 상기 앵커들(130) 중 서로 인접한 두 개의 앵커들 사이에는 슬릿(132)들이 각각 형성되어 상기 음압이 이동하는 통로로 제공될 수 있다. 또한, 상기 슬릿(132)들은 상기 멤스 마이크로폰(100) 제조 과정에서 상기 진동판(120)과 백 플레이트(140) 사이의 층간 절연막(160) 제거시 상기 층간 절연막(160)을 제거하기 위한 식각 유체의 이동 통로로 제공될 수 있다.

도 6 및 도 10을 참조하면, 상기 진동판(120)이 형성된 상기 하부 절연막(160) 상에 층간 절연막(170)을 증착한다(단계 S130).

도 6 및 도 11을 참조하면, 상기 층간 절연막(170) 상에 상기 백 플레이트(140)를 형성한다(단계 S140).

구체적으로, 먼저, 상기 층간 절연막(170)의 상부면에 제2 실리콘층(20)을 증착한 후에, 이온 주입 공정을 통해 불순물을 상기 제2 실리콘층(20)에 도핑한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 실리콘층(20)은 폴리 실리콘으로 이루어질 수 있다.

이어, 상기 제2 실리콘층(20)을 패터닝하여 백 플레이트(140)와 함께 백 플레이트 패드(146)를 형성한다. 이때, 딤플들(154; 도 2 참조)을 형성하기 위한 딤플홀들(144)이 상기 백 플레이트(140)에 형성될 수 있으며, 음향홀들(142; 도 2 참조)은 형성되지 않는다. 또한, 상기 층간 절연막(170)은 상기 딤플들(154)이 상기 백 플레이트(140)의 하면보다 아래로 돌출되도록 상기 딤플홀(144)에 대응하는 부분이 일부분 식각될 수 있다.

도 6, 도 12, 및 도 13을 참조하면, 상기 백 플레이트(140)가 형성된 상기 층간 절연막(170) 상에 상부 절연막(150)을 형성한다(단계 S150).

구체적으로, 도 12에 도시된 바와 같이 상기 백 플레이트(140)가 형성된 상기 층간 절연막(170) 상에 절연층(40)을 증착한 다음에, 도 13에 도시된 바와 같이 상기 절연층(40)을 패터닝하여 상기 상부 절연막(150)을 형성한다. 이때, 상기 딤플홀들(144)에는 상기 딤플들(154)이 형성되며, 상기 백 플레이트 패드(146)를 노출하기 위한 제2 콘택홀(CH2)이 상기 주변 영역(OA)에 형성된다. 더불어, 상기 진동 패드(124) 상측의 절연막(40)과 층간 절연막(170)이 제거되어 상기 주변 영역(OA)에 제1 콘택홀(CH1)이 형성된다.

본 발명의 제2 실시예에 있어서, 상기 절연층(40)은 상기 하부 절연막(160) 및 상기 층간 절연막(170)과 서로 다른 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 절연층(40)은 실리콘 질화물질로 이루어질 수 있고, 상기 하부 절연막(160)과 상기 층간 절연막(170)은 실리콘 산화물질로 이루어질 수 있다.

도 6, 도 14 및 도 15를 참조하면, 상기 제1 및 제2 콘택홀들(CH1, CH2)이 형성한 다음에 제1 및 제2 패드 전극들(182, 184)을 상기 주변 영역(OA)에 형성한다(단계 S160).

구체적으로, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 콘택홀들(CH1, CH2)이 형성된 상기 상부 절연막(150) 상에 박막(50)을 증착한다. 여기서, 상기 박막(50)은 도전성 금속 재질로 이루어질 수 있다.

이어, 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 박막(50)을 패터닝하여 상기 제1 및 제2 패드 전극들(182, 184)을 형성한다.

도 6 및 도 16을 참조하면, 상기 상부 절연막(150)과 상기 백 플레이트(140)를 패터닝하여 상기 진동 영역(VA)에 상기 음향홀들(142)을 형성한다(단계 S170).

도 6, 도 17 및 도 18을 참조하면, 상기 음향홀들(142)을 형성한 다음에, 도 17에 도시된 바와 같이 상기 기판(110)을 패터닝하여 상기 진동 영역(VA)에 캐비티(112)를 형성한다(단계 S180). 이때, 상기 캐비티(112)를 통해 상기 하부 절연막(160)이 일부분 노출된다.

이어, 상기 캐비티(112)와 상기 음향홀들(142) 및 상기 벤트홀들(122)을 이용한 식각 공정을 통해 상기 진동 영역(VA)과 상기 지지 영역(SA)에서 상기 층간 절연막(170)과 상기 하부 절연막(160)을 제거한다(단계 S190). 그 결과, 상기 캐비티(112)를 통해 상기 진동판(120)이 노출되며, 상기 진동판(120)과 상기 백 플레이트(140) 사이에 에어갭(AG)이 형성된다. 이때, 상기 캐비티(112)와 상기 음향홀들(132) 및 상기 벤트홀들(122)은 상기 하부 절연막(160)과 상기 층간 절연막(170)을 제거하기 위한 식각 유체의 이동 통로로 제공될 수 있다.

특히, 상기 진동 영역(VA)과 상기 지지 영역(SA)에서 상기 층간 절연막(170)과 상기 하부 절연막(160)을 제거하는 단계(S190)에서, 상기 앵커(130)는 상기 식각 유체의 이동 영역을 제한하는 역할을 한다. 이에 따라, 상기 층간 절연막(170)과 상기 하부 절연막(160)의 식각량 조절이 용이하며, 상기 앵커(130)의 내측에 상기 하부 절연막(160)이 잔류하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 층간 절연막(170)과 상기 하부 절연막(160)을 제거하기 위한 식각 유체로는 불화수소 증기(HF vapor)가 이용될 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 멤스 마이크로폰 제조 방법은 별도의 챔버를 형성할 필요없이 상기 층간 절연막(160)에 의해 상기 백 플레이트(140)가 상기 진동판(120)으로부터 이격될 수 있다. 이에 따라, 상기 멤스 마이크로폰 제조 방법은 챔버를 형성하기 위해 상기 층간 절연막(20)과 상기 하부 절연막(160)을 패터닝하기 위한 마스크와 상기 챔버를 형성하는 공정이 필요가 없으므로, 상기 멤스 마이크로폰(110)의 제조 공정 시간을 단축시키고 제조 원가를 절감할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 멤스 마이크로폰 110 : 기판
112 : 캐비티 120 : 진동판
122 : 벤트홀 124 : 진동 패드
130 : 앵커 140 : 백 플레이트
142 : 음향홀 144 : 딤플홀
146 : 백 플레이트 패드 150 : 상부 절연막
154 : 딤플 160 : 하부 절연막
170 : 층간 절연막 182, 184 : 패드 전극

Claims

캐비티를 구비하는 기판;
상기 기판 상에서 상기 캐비티를 덮도록 구비되고 상기 기판으로부터 이격되어 위치하며 음압을 감지하여 변위를 발생시키는 진동판;
상기 진동판의 단부에 구비되고 하부면들이 상기 기판의 상부면과 접하게 구비되어 상기 진동판을 지지하는 앵커;
상기 진동판의 상측에 위치하고, 상기 진동판과 이격되어 상기 진동판과의 사이에 에어갭이 형성되며 복수의 음향홀을 구비하는 백 플레이트; 및
상기 백 플레이트가 형성된 상기 기판 상에 구비되어 상기 백 플레이트를 커버하고 상기 백 플레이트를 홀드하여 상기 진동판으로부터 이격시키며, 상기 백 플레이트의 처짐을 방지하기 위해 평판 형태를 갖는 상부 절연막을 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
제1항에 있어서, 상기 기판과 상기 상부 절연막 사이에 구비되고, 상기 진동판을 노출시키기 위해 상기 진동판의 외측에 위치하는 하부 절연막; 및
상기 상부 절연막과 상기 하부 절연막 사이에 구비되고, 상기 진동판의 외측에 위치하며, 상기 상부 절연막을 지지하여 상기 백 플레이트를 상기 진동판으로부터 이격시키는 층간 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
제2항에 있어서, 상기 하부 절연막과 상기 층간 절연막은 상기 앵커의 외측에 각각 위치하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
제2항에 있어서, 상기 하부 절연막의 상면에 구비되고, 상기 진동판과 연결된 진동 패드;
상기 층간 절연막의 상면에 구비되고, 상기 백 플레이트와 연결된 백 플레이트 패드;
상기 상부 절연막 상에서 상기 진동 패드의 상측에 위치하고, 상기 진동 패드와 전기적으로 연결된 제1 패드 전극; 및
상기 상부 절연막 상에서 상기 백 플레이트 패드의 상측에 위치하고, 상기 백 플레이트 패드와 전기적으로 연결된 제2 패드 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
제1항에 있어서, 상기 앵커는 링 형상으로 구비되어 상기 진동판을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
제5항에 있어서, 상기 진동판은 상기 진동판을 관통하여 형성되며 상기 캐비티와 연결되는 복수의 벤트홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
제6항에 있어서, 상기 앵커들은 상기 진동판의 둘레를 따라 서로 이격되어 배치되며,
상기 앵커들 중 서로 인접한 두 개의 앵커들 사이에는 슬릿이 형성되며 상기 슬릿은 상기 음압이 이동하는 이동 통로로 제공되는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
진동 영역과 상기 진동 영역을 둘러싼 지지 영역 및 상기 지지 영역을 둘러싼 주변 영역으로 구획되고 상기 진동 영역에 캐비티를 구비하는 기판;
상기 진동 영역에 위치하며, 상기 기판 상에서 상기 캐비티를 덮도록 구비되고 상기 기판으로부터 이격되며 음압을 감지하여 변위를 발생시키는 진동판;
상기 진동판의 단부에 구비되고 상기 지지 영역에 위치하며 하부면들이 상기 기판의 상부면과 접하게 구비되어 상기 진동판을 지지하는 앵커;
상기 진동판의 상측에 위치하고, 상기 진동판과 이격되어 상기 진동판과의 사이에 에어갭이 형성되며 복수의 음향홀을 구비하는 백 플레이트; 및
상기 백 플레이트가 형성된 상기 기판 상에 구비되어 상기 백 플레이트를 커버하고 상기 백 플레이트를 홀드하여 상기 진동판으로부터 이격시키며, 상기 백 플레이트의 처짐을 방지하기 위해 평판 형태를 갖는 상부 절연막을 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
제8항에 있어서, 상기 기판과 상기 상부 절연막 사이에 구비되고, 상기 진동판을 노출시키기 위해 상기 주변 영역에 위치하는 하부 절연막; 및
상기 상부 절연막과 상기 하부 절연막 사이에 구비되고, 상기 주변 영역에 위치하며, 상기 상부 절연막을 지지하여 상기 백 플레이트를 상기 진동판으로부터 이격시키는 층간 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
제9항에 있어서, 상기 하부 절연막의 상면에 구비되고, 상기 진동판과 연결된 진동 패드;
상기 층간 절연막의 상면에 구비되고, 상기 백 플레이트와 연결된 백 플레이트 패드;
상기 상부 절연막 상에서 상기 진동 패드의 상측에 위치하고, 상기 진동 패드와 전기적으로 연결된 제1 패드 전극; 및
상기 상부 절연막 상에서 상기 백 플레이트 패드의 상측에 위치하고, 상기 백 플레이트 패드와 전기적으로 연결된 제2 패드 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
진동 영역과 상기 진동 영역을 둘러싼 지지 영역 및 상기 지지 영역을 둘러싼 주변 영역으로 구획된 기판 상에 하부 절연막을 형성하는 단계;
상기 하부 절연막 상에 진동판과 상기 진동판을 지지하는 앵커를 형성하는 단계;
상기 진동판이 형성된 상기 하부 절연막 상에 층간 절연막을 형성하는 단계;
상기 층간 절연막 상의 상기 진동 영역에 상기 진동판과 마주하여 백 플레이트를 형성하는 단계;
상기 백 플레이트가 형성된 상기 층간 절연막 상에 상기 백 플레이트를 홀드하여 상기 진동판으로부터 이격시키며, 상기 백 플레이트의 처짐을 방지하기 위해 평판 형태를 갖는 상부 절연막을 형성하는 단계;
상기 상부 절연막과 상기 백 플레이트를 패터닝하여 상기 상부 절연막 및 상기 백 플레이트를 관통하는 복수의 음향홀을 형성하는 단계;
상기 기판을 패터닝하여 상기 진동 영역에 상기 하부 절연막을 노출시키는 캐비티를 형성하는 단계; 및
음압에 의해 상기 진동판이 유동될 수 있도록 상기 캐비티와 상기 음향홀들을 이용한 식각 공정을 통해 상기 진동 영역과 상기 지지 영역에서 상기 하부 절연막과 상기 층간 절연막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰 제조 방법.
제11항에 있어서, 상기 하부 절연막과 상기 층간 절연막은 상기 주변 영역에 위치하고, 상기 앵커는 상기 지지 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰 제조 방법.
제11항에 있어서, 상기 앵커는 상기 진동 영역을 둘러싸도록 링 형상으로 형성되며,
상기 진동판과 상기 앵커를 형성하는 단계에서 상기 진동판을 패터닝하여 상기 진동 영역에 복수의 벤트홀을 형성하고,
상기 벤트홀들은 상기 층간 절연막을 제거하는 단계에서 상기 층간 절연막을 제거하기 위한 식각 유체의 이동 통로로 제공될 수 있는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰 제조 방법.
제11항에 있어서, 상기 앵커를 복수로 형성하며, 상기 복수의 앵커홀은 상기 지지 영역을 따라 서로 이격되어 형성되고,
상기 진동판과 상기 앵커를 형성하는 단계는 상기 진동판을 패터닝하여 상기 앵커들 중 서로 인접한 두 개의 앵커들 사이에 슬릿들을 형성하고,
상기 슬릿들은 상기 층간 절연막을 제거하는 단계에서 상기 층간 절연막을 제거하기 위한 식각 유체의 이동 통로로 제공될 수 있는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰 제조 방법.