KR20230007679A - 진동판, 이를 갖는 멤스 마이크로폰 및 이의 제조 방법 - Google Patents

진동판, 이를 갖는 멤스 마이크로폰 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 진동판은 진동판은 멤스 마이크로폰에서 음압을 감지하여 변위를 발생시키고, 상기 진동판의 강성을 감소시키기 위해 상기 진동판의 상부면에 복수의 홈들이 구비될 수 있다.

Description

진동판, 이를 갖는 멤스 마이크로폰 및 이의 제조 방법{Diaphragm, MEMS microphone having the same and method of manufacturing the same}
본 발명의 실시예들은 진동판, 이를 갖는 멤스 마이크로폰 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 음압을 감지하여 변위를 발생키는 진동판, 이를 갖는 멤스 마이크로폰 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 콘덴서형 마이크로폰은 서로 마주하는 두 전극 사이에 형성된 정전용량을 이용하여 음성 신호를 출력한다. 상기 콘덴서형 마이크로폰은 반도체 멤스 공정을 통해 제조될 수 있다.
상기 마이크로폰은 진동 가능하게 구비되는 진동판 및 진동판과 마주하게 구비되는 백 플레이트를 구비할 수 있다.
상기 마이크로폰의 감도는 상기 진동판의 면적에 비례하고, 상기 진동판과 상기 백 플레이트 사이의 간격 및 상기 진동판의 강성에 반비례한다. 따라서, 상기 마이크로폰의 감도를 향상시키기 위해서는 상기 진동판의 강성을 감소시켜야 합니다.
상기 진동판의 열처리 온도를 높여 상기 진동판의 강성을 감소시킬 수 있다. 그러나, 상기 진동판이 휘어지거나 상기 진동판의 풀인 전압(pull in voltage)이 낮아져 상기 마이크로폰의 감도 및 특성이 오히려 나빠질 수 있다.
따라서, 상기 진동판의 열처리 온도를 높이지 않으면서 상기 진동판의 강성을 감소시키는 구성이 요구된다.
본 발명은 강성이 낮은 진동판 및 이를 갖는 멤스 마이크로폰 및 이의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 진동판은 멤스 마이크로폰에서 음압을 감지하여 변위를 발생시키고, 상기 진동판의 강성을 감소시키기 위해 상기 진동판의 상부면에 복수의 홈들이 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 홈들은 상기 진동판에서 상기 진동판의 둘레를 따라 구비되는 벤트홀들의 내측 부위에 위치할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 홈들은 상기 벤트홀들과 상기 진동판의 도핑된 부위 사이에 위치할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 홈들은 점 또는 선 모양을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 홈들의 모서리 부위에 응력이 집중되는 것을 방지하기 위해 상기 홈들의 모서리 부위가 곡면 형상 또는 경사진 형상을 가질 수 있다.
본 발명에 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 기판 상에서 상기 캐비티를 덮도록 구비되고 상기 기판으로부터 이격되어 위치하며 음압을 감지하여 변위를 발생시키며 복수의 벤트홀들을 구비하는 진동판 및 상기 진동 영역에서 상기 진동판의 상측에 위치하고, 상기 진동판과 이격되어 상기 진동판과의 사이에 에어갭이 형성되며 복수의 음향홀들을 구비하는 백 플레이트를 포함하고, 상기 진동판의 강성을 감소시키기 위해 상기 진동판의 상부면에 복수의 홈들이 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 홈들은 상기 진동판에서 상기 진동판의 둘레를 따라 구비되는 벤트홀들의 내측 부위에 위치할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 홈들은 상기 벤트홀들과 상기 진동판의 도핑된 부위 사이에 위치할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 홈들은 점 또는 선 모양을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 홈들의 모서리 부위에 응력이 집중되는 것을 방지하기 위해 상기 홈들의 모서리 부위가 곡면 형상 또는 경사진 형상을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 멤스 마이크로폰 제조 방법은, 기판을 진동 영역과 상기 진동 영역을 둘러싼 지지 영역 및 상기 지지 영역을 둘러싼 주변 영역으로 구획하고, 상기 진동 영역에서 상기 기판의 상부면에 요철 구조를 형성하는 단계와, 상기 기판 상에 하부 절연막을 형성하는 단계와, 상기 진동 영역의 상기 하부 절연막 상에 복수의 벤트홀들을 구비하는 진동판을 형성하는 단계와, 상기 진동판의 강성을 감소시키기 위해 상기 진동판의 상부면에 복수의 홈들을 형성하는 단계와, 상기 진동판이 형성된 상기 하부 절연막 상에 층간 절연막을 형성하는 단계와, 상기 진동 영역의 상기 층간 절연막 상에 상기 진동판과 마주하는 백 플레이트를 형성하는 단계 및 상기 백 플레이트가 형성된 상기 층간 절연막 상에 상기 백 플레이트를 홀드하여 상기 진동판으로부터 이격시키기 위한 상부 절연막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 진동판의 상부면에 복수의 홈들을 형성하는 단계는, 상기 진동판에서 상기 벤트홀들의 내측 부위를 부분적으로 식각하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 홈들은 상기 벤트홀들과 상기 진동판의 도핑된 부위 사이에 위치할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 홈들은 점 또는 선 모양을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 홈들의 모서리 부위에 응력이 집중되는 것을 방지하기 위해 상기 홈들의 모서리 부위가 곡면 형상 또는 경사진 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 멤스 마이크로폰 제조 방법은, 상기 상부 절연막을 형성하는 단계 이후에, 상기 백 플레이트와 상기 상부 절연막을 패터닝하여 상기 백 플레이트와 상기 상부 절연막을 관통하는 상기 음향홀들을 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 절연막 및 상기 층간 절연막을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 진동 영역과 상기 지지 영역에서 상기 하부 절연막 및 상기 층간 절연막을 제거하는 단계에서, 상기 벤트홀들은 상기 하부 절연막과 상기 층간 절연막을 제거하기 위한 식각 유체의 이동 통로로 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 진동판의 상부면에 상기 홈들을 구비하므로, 상기 진동판의 강성을 감소시킬 수 있다. 상기 진동판의 강성이 감소하므로, 상기 멤스 마이크로폰의 감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 홈들에 인해 상기 진동판의 탄성력을 향상시킬 수 있다. 따라서, 상기 멤스 마이크로폰의 전고조파 왜곡(total harmonic distortion) 특성을 향상시킬 수 있다.
그리고, 상기 홈들은 상기 경계부분이 곡면 형상 또는 경사진 형상을 가지므로, 상기 모서리 부위에서 응력이 집중되는 것을 방지할 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 홈을 설명하기 위한 진동판의 확대도이다.
도 4는 도 2에 도시된 홈을 설명하기 위한 진동판의 평면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 홈의 다른 예를 설명하기 위한 진동판의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 마이크로폰 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 흐름도이다.
도 7 내지 도 21은 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 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 홈을 설명하기 위한 진동판의 확대도이고, 도 4는 도 2에 도시된 홈을 설명하기 위한 진동판의 평면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 홈의 다른 예를 설명하기 위한 진동판의 평면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 상기 멤스 마이크로폰(100)은 음압에 따라 변위를 발생시켜 음을 전기 신호로 변환하여 출력한다. 상기 멤스 마이크로폰(100)은 기판(110), 진동판(120) 및 백 플레이트(130)를 포함할 수 있다.
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(PA)으로 분리 구획될 수 있다. 상기 기판(110)은 상기 진동 영역(VA)에 캐비티(112)를 구비할 수 있다.
예를 들면, 상기 캐비티(112)는 대체로 원 형상으로 형성될 수 있으며, 상기 진동 영역(VA)에 대응하는 크기를 가질 수 있다.
상기 진동판(120)은 상기 기판(110) 상에 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 진동 가능하도록 상기 기판(110)으로부터 이격되어 위치한다.
상기 진동판(120)은 이온 주입 공정을 통해 불순물 도핑이 이루어질 수 있다. 상기 진동판(120)에서 불순물이 도핑된 부분은 상기 백 플레이트(130)와 대응하는 부분이다. 예를 들면, 상기 진동판(120)은 대체로 원 형상을 가질 수 있고, 상기 도핑된 부분은 상기 진동판(120)의 중앙 부분일 수 있다.
상기 진동판(120)의 단부에는 앵커(124)가 구비될 수 있다. 상기 앵커(124)는 상기 진동판(120)의 둘레를 따라 연장될 수 있다. 따라서, 상기 앵커(124)는 링 형상을 가질 수 있으며, 상기 캐비티(112)를 둘러쌀 수 있다.
상기 앵커(124)는 상기 지지 영역(SA)에 배치될 수 있으며, 상기 진동판(120)을 지지한다. 상기 앵커(124)는 상기 진동판(120)의 가장자리로부터 상기 기판(110) 측으로 연장되며, 상기 진동판(120)을 상기 기판(112)으로부터 이격시킨다.
상기 앵커(124)는 상기 진동판(120)과 일체로 구비될 수 있다. 이때, 상기 앵커(124)의 하부면은 상기 기판(110)의 상부면과 접하면서 고정될 수 있다.
한편, 도시되지는 않았지만, 상기 앵커(124)는 상기 진동판(120)의 둘레를 따라 복수로 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 앵커들(130)은 서로 이격된 기둥 형상을 가질 수 있다. 상기 앵커(124)는 종단면이 ‘U’자 형상을 가질 수 있다. 특히, 상기 앵커들(130) 중 서로 인접한 두 개의 앵커들 사이에는 빈 공간이 형성되어 상기 공간은 상기 음파가 이동하는 통로로 작용할 수 있다.
상기 진동판(120)은 복수의 벤트홀들(122)을 구비할 수 있다. 상기 벤트홀들(122)은 상기 앵커(124)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 상기 음파의 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. 이와 달리, 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 진동판(120)은 상부면에 홈들(123)이 구비될 수 있다.
상기 홈들(123)은 상기 진동판(120)에서 상기 벤트홀들(122)의 내측 부위에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 홈들(123)은 상기 진동판(120)에서 상기 벤트홀들(122)과 상기 도핑된 부분 사이에 위치할 수 있다.
일 예로, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 홈들(123)은 선 모양을 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 홈들(123)은 상기 진동판(120)의 둘레를 따라 원 모양이나 동심원 모양을 이루도록 배치되는 곡선들일 수 있다.
도시되지는 않았지만, 상기 홈들(123)은 상기 진동판(120)의 중심을 향하도록 방사상으로 배치되는 직선들일 수 있다.
도시되지는 않았지만, 상기 홈들(123)은 상기 곡선들과 상기 직선들이 조합된 형태일 수 있다.
다른 예로, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 홈들(123)은 점(dot) 모양을 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 점 모양의 상기 홈들(123)은 상기 진동판(120)의 둘레를 따라 원 모양이나 동심원 모양을 이루도록 배치될 수 있다.
상기 진동판(120)에 상기 홈들(123)이 구비되므로, 상기 진동판(120)의 강성이 감소될 수 있다. 상기 진동판(120)의 강성이 감소하므로, 상기 멤스 마이크로폰(100)의 감도를 향상시킬 수 있다.
상기 진동판(120)에 상기 홈들(123)이 구비되므로 상기 진동판(120)이 상하로 보다 잘 휘어질 수 있다. 상기 홈들(123)로 인해 상기 진동판(120)의 탄성력을 향상시킬 수 있으므로, 상기 멤스 마이크로폰(100)의 전고조파 왜곡(total harmonic distortion) 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 홈들(122)은 모서리 부위가 곡면 형상 또는 경사진 형상을 갖는다. 상기 홈들(122)의 상기 모서리 부위의 형상으로 인해 상기 홈들(122)의 모서리 부위에 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 진동판(120)이 상기 홈들(122)에서 파손되는 것을 방지할 수 있다.
상기 진동판(120)의 상측에는 상기 백 플레이트(130)가 배치될 수 있다. 상기 백 플레이트(130)는 상기 진동 영역(VA)에 위치하며, 상기 진동판(120)과 마주하게 배치될 수 있다. 상기 백 플레이트(130)는 이온 주입을 통해 불순물 도핑이 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 백 플레이트(130)는 대체로 원 형상을 가질 수 있다.
상기 멤스 마이크로폰(100)은 상기 백 플레이트(130)를 지지하기 위한 상부 절연막(140)과 챔버(142)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 상부 절연막(140)은 상기 백 플레이트(130)가 형성된 상기 기판(110)의 상측에 구비될 수 있다. 상기 상부 절연막(140)은 상기 백 플레이트(130)를 커버하며, 상기 백 플레이트(130)를 홀드하여 상기 진동판(120)으로부터 상기 백 플레이트(130)를 이격시킨다.
또한, 상기 백 플레이트(130)와 상기 진동판(120)이 이격되므로, 상기 진동판(120)이 음압에 의해 자유롭게 진동할 수 있다. 따라서, 상기 백 플레이트(130)와 상기 진동판(120) 사이에 에어갭(AG)이 형성된다.
상기 백 플레이트(130)는 음파가 통과하는 복수의 음향홀(132)을 구비할 수 있다. 상기 음향홀들(132)은 상기 상부 절연막(140)과 상기 백 플레이트(130)를 관통하여 형성될 수 있으며, 상기 에어갭(AG)과 연통될 수 있다.
또한, 상기 백 플레이트(130)는 복수의 딤플홀(134)을 구비할 수 있으며, 상기 상부 절연막(140)은 상기 딤플홀들(134)에 대응하여 복수의 딤플(144)을 구비할 수 있다. 상기 딤플홀들(134)은 상기 백 플레이트(130)를 관통하여 형성되며, 상기 딤플들(144)은 상기 딤플홀들(134)이 형성된 부분에 구비된다.
상기 딤플들(144)은 상기 백 플레이트(130)의 하부면보다 상기 진동판(120) 측으로 돌출될 수 있다. 따라서, 상기 딤플들(144)은 상기 진동판(120)이 상기 백 플레이트(130)의 하면에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로, 상기 진동판(120)은 음압에 따라 상하로 휘어질 수 있다. 이때, 상기 진동판(120)의 휨 정도는 상기 음압의 크기에 따라 달라진다. 상기 진동판(120)이 상기 백 플레이트(130)에 접촉될 정도로 많이 휘어지더라도, 상기 딤플들(144)이 상기 진동판(120)과 상기 백 플레이트(130)의 접촉을 최소화한다. 따라서, 상기 진동판(120)이 상기 백 플레이트(130)의 하면에 부착되지 못하고 다시 원위치로 복귀할 수 있다.
한편, 상기 챔버(142)는 상기 지지 영역(SA)에서 상기 주변 영역(PA)과의 경계부에 위치할 수 있으며, 상기 상부 절연막(140)을 지지하여 상기 상부 절연막(140)과 상기 백 플레이트(130)를 상기 진동판(120)으로부터 이격시킨다. 상기 챔버(142)는 상기 상부 절연막(140)이 상기 기판(110) 측으로 절곡되어 형성된다. 도 2에 도시된 바와 같이 상기 챔버(142)의 하부면이 상기 기판(110)의 상부면에 접하게 배치될 수 있다.
상기 챔버(142)는 상기 진동판(120)으로부터 이격되어 상기 앵커(124)의 외측에 위치할 수 있다. 상기 챔버(142)는 대체로 링 형상을 가질 수 있으며, 상기 진동판(120)을 둘러싸게 배치될 수 있다.
예를 들면, 상기 챔버(142)는 상기 상부 절연막(140)과 일체로 구비될 수 있으며, 종단면이 ‘U’자 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 멤스 마이크로폰(100)은 하부 절연막(150), 진동판 패드(126), 층간 절연막(160), 백 플레이트 패드(136), 제1 패드 전극(172) 및 제2 패드 전극(174)을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 하부 절연막(150)은 상기 기판(110)의 상부면에 구비되며, 상기 상부 절연막(140)의 아래에 위치할 수 있다. 상기 하부 절연막(150)은 상기 주변 영역(PA)에 위치하며, 상기 챔버(142)의 외측에 구비될 수 있다.
상기 진동판 패드(126)는 상기 하부 절연막(150)의 상부면에 구비될 수 있으며, 상기 주변 영역(PA)에 위치한다. 상기 진동판 패드(126)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 진동판 패드(126)가 연결되는 부분에도 불순물이 도핑될 수 있다.
상기 진동판 패드(126)가 형성된 상기 하부 절연막(150) 상에는 상기 층간 절연막(160)이 구비될 수 있다. 상기 층간 절연막(160)은 상기 하부 절연막(150)과 상부 절연막(140) 사이에 위치한다. 상기 층간 절연막(160)은 상기 주변 영역(PA)에 위치하며, 상기 챔버(142)의 외측에 구비될 수 있다.
또한, 상기 하부 절연막(150)과 상기 층간 절연막(160)은 상기 상부 절연막(140)과 서로 다른 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 상부 절연막(140)은 실리콘 질화물질과 같은 질화물로 이루어질 수 있고, 상기 하부 절연막(150)과 상기 층간 절연막(160)은 상기 산화물로 이루어질 수 있다.
상기 백 플레이트 패드(136)는 상기 주변 영역(PA)에 위치하며, 상기 층간 절연막(160)의 상부면에 구비될 수 있다. 상기 백 플레이트 패드(136)는 상기 백 플레이트(130)와 연결되며, 이온 주입을 통해 불순물이 도핑될 수 있다. 도면에는 구체적으로 도시하지 않았으나, 상기 백 플레이트 패드(136)와 상기 백 플레이트(130)가 연결되는 부분에도 불순물이 도핑될 수 있다.
제1 콘택홀(CH1)은 상기 주변 영역(PA)에 위치하고, 상기 상부 절연막(140)과 층간 절연막(160)을 관통하며, 상기 진동판 패드(126)를 노출시킨다.
또한, 제2 콘택홀(CH2)은 상기 주변 영역(PA)에 위치하고, 상기 상부 절연막(140)을 관통하며, 상기 백 플레이트 패드(136)를 노출시킨다.
상기 제1 패드 전극(172)은 상기 주변 영역(PA)에서 상기 진동판 패드(138) 상에 구비될 수 있다. 따라서, 상기 제1 패드 전극(172)은 상기 진동판 패드(126)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제2 패드 전극(174)은 상기 주변 영역(PA)에서 상기 백 플레이트 패드(136)의 상측에 위치하며, 상기 백 플레이트 패드(136)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 진동판(120)의 상기 상부면에 상기 홈들(123)이 구비되므로, 상기 진동판(120)의 강성을 감소시킬 수 있다. 상기 진동판(120)의 강성이 감소되므로 상기 멤스 마이크로폰(100)의 감도를 향상시킬 수 있다.
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 21은 도 6의 멤스 마이크로폰 제조 과정을 설명하기 위한 개략적인 공정도들이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 멤스 마이크로폰 제조 방법은, 먼저, 기판(110) 상에 하부 절연막(150)을 형성한다(단계 S110).
상기 하부 절연막(150)은 증착 공정에 의해 형성되며, 상기 하부 절연막(150)은 실리콘산화물, TEOS 등의 산화물로 이루어질 수 있다.
이때, 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(PA)으로 구획할 수 있다.
도 6 및 도 8 내지 도 10을 참조하면, 상기 하부 절연막(150) 상에 진동판(120), 벤트홀들(122), 앵커(124) 및 진동판 패드(126)를 형성한다(단계 S130).
상기 진동판(120), 상기 벤트홀들(122), 상기 앵커(124) 및 상기 진동판 패드(126)를 형성하는 단계(S130)를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 식각 공정을 통해 상기 하부 절연막(150)을 패터닝하여 상기 앵커(124)를 형성하기 위한 앵커 채널(152)을 형성한다. 이때, 상기 기판(110)은 상기 앵커 채널(152)을 통해 일부분이 노출될 수 있다. 상기 앵커 채널(152)은 상기 기판(110) 상에서 상기 지지 영역(SA)에 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 앵커 채널(152)은 상기 진동 영역(VA)을 둘러싸도록 링 형상으로 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 앵커 채널(152)이 형성된 상기 하부 절연막(150) 상에 제1 실리콘막(10)을 증착한다. 예를 들면, 상기 제1 실리콘막(10)은 폴리실리콘으로 이루어질 수 있다.
이어서, 이온 주입 공정을 통해 상기 제1 실리콘막(10)에서 상기 진동 영역(VA)에 위치하는 부분과 진동판 패드(126)가 형성될 영역에 불순물을 도핑한다.
식각 공정을 통해 상기 제1 실리콘막(10)을 패터닝하여, 상기 진동판(120)과 앵커(124)를 형성하고 상기 주변 영역(PA)에 상기 진동판 패드(126)를 형성한다.
일 실시예에 따르면, 상기 앵커(124)는 하나가 상기 진동판(120)의 둘레를 따라 링 형상으로 구비될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 앵커(124)는 복수로 구비되어 복수의 앵커(124)는 상기 진동판(120)의 둘레를 따라 서로 이격될 수 있다. 특히, 상기 앵커들(130) 중 서로 인접한 두 개의 앵커들 사이에는 슬릿들이 각각 형성되고, 상기 슬릿들은 상기 음압이 이동하는 통로로 제공될 수 있다. 또한, 상기 슬릿들은 상기 멤스 마이크로폰(100) 제조 과정에서 상기 진동판(120)과 백 플레이트(130) 사이의 층간 절연막(160) 제거시 상기 층간 절연막(160)을 제거하기 위한 식각 유체의 이동 통로로 제공될 수 있다.
상기 진동판(120), 상기 앵커(124) 및 상기 진동판 패드(126)를 형성할 때, 상기 진동판(120)에 복수의 벤트홀들(122)도 함께 형성될 수 있다. 상기 벤트홀들(122)은 상기 진동 영역(VA)에 위치한다. 상기 벤트홀들(122)은 상기 진동판(120)의 가장자리를 따라 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 일 예로, 상기 벤트홀들(122)들은 링 형상으로 배치될 수 있다.
도 6 및 도 11을 참조하면, 상기 진동판(120)의 강성을 감소시키기 위해 상기 진동판(120)의 상부면에 복수의 홈들(123)을 형성한다(단계 130).
구체적으로 상기 진동판(120)의 상부면을 부분적으로 식각하여 상기 홈들(123)을 형성할 수 있다.
상기 홈들(123)은 상기 진동판(120)에서 상기 벤트홀들(122)의 내측 부위에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 홈들(123)은 상기 진동판(120)에서 상기 벤트홀들(122)과 상기 도핑된 부분 사이에 위치할 수 있다.
일 예로, 상기 홈들(123)은 선 모양을 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 홈들(123)은 상기 진동판(120)의 둘레를 따라 원 모양이나 동심원 모양을 이루도록 배치되는 곡선들일 수 있다.
도시되지는 않았지만, 상기 홈들(123)은 상기 진동판(120)의 중심을 향하도록 방사상으로 배치되는 직선들일 수 있다.
도시되지는 않았지만, 상기 홈들(123)은 상기 곡선들과 상기 직선들이 조합된 형태일 수 있다.
다른 예로, 상기 홈들(123)은 점(dot) 모양을 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 점 모양의 상기 홈들(123)은 상기 진동판(120)의 둘레를 따라 원 모양이나 동심원 모양을 이루도록 배치될 수 있다.
상기 진동판(120)에 상기 홈들(123)이 구비되므로, 상기 진동판(120)의 강성이 감소될 수 있다. 상기 진동판(120)의 강성이 감소하므로, 상기 멤스 마이크로폰(100)의 감도를 향상시킬 수 있다.
상기 진동판(120)에 상기 홈들(123)이 구비되므로 상기 진동판(120)이 상하로 보다 잘 휘어질 수 있다. 상기 홈들(123)로 인해 상기 진동판(120)의 탄성력을 향상시킬 수 있으므로, 상기 멤스 마이크로폰(100)의 전고조파 왜곡(total harmonic distortion) 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 홈들(123)을 형성하기 위해 상기 진동판(120)을 이방성 식각함으로써 상기 홈들(122)은 모서리 부위가 곡면 형상 또는 경사진 형상을 가질 수 있다. 상기 홈들(122)의 상기 모서리 부위의 형상으로 인해 상기 홈들(122)의 모서리 부위에 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 진동판(120)이 상기 홈들(122)에서 파손되는 것을 방지할 수 있다.
도 6 및 도 12를 참조하면, 상기 진동판(120), 상기 벤트홀들(122), 상기 앵커(124) 및 상기 진동판 패드(126)가 형성된 상기 하부 절연막(150) 상에 층간 절연막(160)을 형성한다(단계 S140).
상기 층간 절연막(160)은 증착 공정에 의해 형성될 수 있다. 상기 층간 절연막(160)은 상기 하부 절연막(150) 및 상기 매립 절연막 패턴(123)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 상기 층간 절연막(160)은 실리콘산화물, TEOS 등의 산화물로 이루어질 수 있다.
상기 증간 절연막(160)은 상기 벤트홀들(122)의 상기 상부홀들(122c)을 매립할 수 있다. 따라서, 상기 벤트홀들(122)은 상기 산화물에 의해 매립될 수 있다.
도 6, 도 13 및 도 14를 참조하면, 상기 층간 절연막(160) 상에 상기 백 플레이트(130) 및 백 플레이트 패드(136)를 형성한다(단계 S150).
구체적으로, 먼저, 상기 층간 절연막(160)의 상부면에 제2 실리콘막(20)을 증착한 후에, 이온 주입 공정을 통해 상기 제2 실리콘막(20)에 불순물을 도핑한다. 예를 들면, 상기 제2 실리콘막(20)은 폴리실리콘으로 이루어질 수 있다.
상기 제2 실리콘막(20)을 패터닝하여 딤플들(144; 도 2 참조)을 형성하기 위한 딤플홀들(134)을 형성한다. 상기 딤플홀들(134)은 상기 진동 영역(VA)에 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 딤플홀들(114)은 상기 백 플레이트(130)가 형성될 영역에 구비될 수 있다. 상기 딤플들(144)이 상기 백 플레이트(130)의 하면보다 아래로 돌출되도록 상기 층간 절연막(160)은 상기 딤플홀(134)에 대응하는 부분이 일부분 식각될 수 있다.
이어, 상기 제2 실리콘막(20)을 패터닝하여 상기 백 플레이트(130), 상기 백 플레이트 패드(136)를 형성한다. 상기 백 플레이트(130)는 상기 진동 영역(VA)에 형성되고, 상기 백 플레이트 패드(136)는 주변 영역(PA)에 형성될 수 있다.
도 6, 도 15 및 도 16을 참조하면, 상기 백 플레이트(130) 및 백 플레이트 패드(136)가 형성된 상기 층간 절연막(160) 상에 상부 절연막(140)과 챔버(142)를 형성한다(단계 S160).
구체적으로, 식각 공정을 통해 상기 층간 절연막(160)과 상기 하부 절연막(150)을 패터닝하여 상기 지지 영역(SA)에 챔버(142)를 형성하기 위한 챔버 채널(30)을 형성한다. 이때, 상기 기판(110)은 상기 챔버 채널(30)을 통해 일부분 노출될 수 있다. 도면에는 구체적으로 도시하지 않았으나, 상기 챔버 채널(30)은 링 형상으로 형성되어 상기 진동판(120)을 둘러쌀 수 있다.
상기 챔버 채널(30)이 형성된 상기 층간 절연막(160) 상에 절연층(40)을 증착한 다음에, 상기 절연층(40)을 패터닝하여 상기 상부 절연막(140)과 상기 챔버(142)를 형성한다.
상기 절연층(40)을 증착함으로써 상기 딤플홀들(134)에는 상기 딤플들(144)이 형성된다.
상기 절연층(40)을 패터닝함으로써 제2 콘택홀(CH2)이 상기 주변 영역(PA)에 형성되어 상기 백 플레이트 패드(136)를 노출한다. 그리고, 상기 진동판 패드(126) 상측의 상기 절연층(40)과 상기 층간 절연막(160)이 제거되어 상기 제1 콘택홀(CH1)이 형성된다. 상기 제1 콘택홀(CH1)에 의해 상기 진동판 패드(126)가 노출된다.
상기 상부 절연막(140)은 상기 하부 절연막(150) 및 상기 층간 절연막(160)과 서로 다른 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 상부 절연막(140)은 실리콘 질화물질과 같은 질화물로 이루어질 수 있고, 상기 하부 절연막(150)과 상기 층간 절연막(160)은 상기 산화물로 이루어질 수 있다.
도 6, 도 17 및 도 18을 참조하면, 상기 제1 콘택홀(CH1) 및 상기 제2 콘택홀들(CH2)에 제1 패드 전극(172) 및 제2 패드 전극(174)을 상기 주변 영역(PA)에 형성한다(단계 S170).
구체적으로, 상기 제1 콘택홀(CH1) 및 상기 제2 콘택홀들(CH2)이 형성된 상기 상부 절연막(140) 상에 박막(50)을 증착한다. 여기서, 상기 박막(50)은 도전성 금속 재질로 이루어질 수 있다.
상기 박막(50)을 패터닝하여 상기 제1 패드 전극(172) 및 상기 제2 패드 전극(174)을 형성한다. 이때, 상기 제1 패드 전극(172)은 상기 진동판 패드(126) 상에 형성되며, 상기 제2 패드 전극(174)은 상기 백 플레이트 패드(136) 상에 형성될 수 있다.
도 6 및 도 19를 참조하면, 상기 상부 절연막(140)과 상기 백 플레이트(130)를 패터닝하여 상기 진동 영역(VA)에 상기 음향홀들(132)을 형성한다(단계 S180).
도 6 및 도 20을 참조하면, 상기 음향홀들(132)을 형성한 다음에, 상기 기판(110)을 패터닝하여 상기 진동 영역(VA)에 캐비티(112)를 형성한다(단계 S190).
이때, 상기 캐비티(112)를 통해 상기 하부 절연막(150)이 일부분 노출된다.
도 6 및 도 21을 참조하면, 상기 캐비티(112)와 상기 음향홀들(132) 및 상기 벤트홀들(122)을 이용한 식각 공정을 통해 상기 진동 영역(VA)과 상기 지지 영역(SA)에서 상기 층간 절연막(160), 상기 하부 절연막(150) 및 상기 매립 절연막 패턴(123)을 제거한다(단계 S200).
그 결과, 상기 캐비티(112)를 통해 상기 진동판(120)이 노출되며, 에어갭(AG)이 형성된다. 이때, 상기 캐비티(112)와 상기 음향홀들(132) 및 상기 벤트홀들(122)은 상기 하부 절연막(150)과 상기 층간 절연막(160)을 제거하기 위한 식각 유체의 이동 통로로 제공될 수 있다.
특히, 상기 진동 영역(VA)과 상기 지지 영역(SA)에서 상기 층간 절연막(160)과 상기 하부 절연막(150)을 제거하는 단계(S200)에서, 상기 앵커(124)와 상기 챔버(142)는 상기 식각 유체의 이동 영역을 제한하는 역할을 한다. 이에 따라, 상기 층간 절연막(160)과 상기 하부 절연막(150)의 식각량 조절이 용이하다.
예를 들면, 상기 층간 절연막(160)과 상기 하부 절연막(150)을 제거하기 위한 식각 유체로는 불화수소 증기(HF vapor)가 이용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 멤스 마이크로폰 제조 방법에 따르면, 상기 진동판(120)의 상부면에 상기 홈들(123)이 형성되므로, 상기 진동판(120)의 강성을 감소시킬 수 있다. 상기 진동판(120)의 강성이 감소하므로, 상기 멤스 마이크로폰(100)의 감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 진동 영역(VA)과 상기 지지 영역(SA)에서 상기 층간 절연막(160)과 상기 하부 절연막(150)을 제거할 때 상기 챔버(142)는 상기 식각 유체의 이동 영역을 제한하는 역할을 한다. 이에 따라, 상기 층간 절연막(160)과 상기 하부 절연막(150)의 식각량 조절이 용이하다.
더불어, 상기 멤스 마이크로폰 제조 과정에서 상기 진동판(120)의 상기 벤트홀들(122)을 통해 상기 식각 유체가 이동될 수 있으므로, 공정 효율을 향상시킬 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 123 : 홈
124 : 앵커 126 : 진동판 패드
130 : 백 플레이트 132 : 음향홀
134 : 딤플홀 136 : 백 플레이트 패드
140 : 상부 절연막 142 : 챔버
144 : 딤플 150 : 하부 절연막
160 : 층간 절연막 172, 174 : 패드 전극

Claims (17)

  1. 멤스 마이크로폰에서 음압을 감지하여 변위를 발생시키는 진동판에 있어서,
    상기 진동판의 강성을 감소시키기 위해 상기 진동판의 상부면에 복수의 홈들이 구비되는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰의 진동판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 홈들은 상기 진동판에서 상기 진동판의 둘레를 따라 구비되는 벤트홀들의 내측 부위에 위치하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰의 진동판.
  3. 제2항에 있어서, 상기 홈들은 상기 벤트홀들과 상기 진동판의 도핑된 부위 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰의 진동판.
  4. 제1항에 있어서, 상기 홈들은 점 또는 선 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰의 진동판.
  5. 제1항에 있어서, 상기 홈들의 모서리 부위에 응력이 집중되는 것을 방지하기 위해 상기 홈들의 모서리 부위가 곡면 형상 또는 경사진 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰의 진동판.
  6. 진동 영역과 상기 진동 영역을 둘러싼 지지 영역 및 상기 지지 영역을 둘러싼 주변 영역으로 구획되고 상기 진동 영역에 캐비티를 구비하는 기판;
    상기 기판 상에서 상기 캐비티를 덮도록 구비되고 상기 기판으로부터 이격되어 위치하며 음압을 감지하여 변위를 발생시키며 복수의 벤트홀들을 구비하는 진동판; 및
    상기 진동 영역에서 상기 진동판의 상측에 위치하고, 상기 진동판과 이격되어 상기 진동판과의 사이에 에어갭이 형성되며 복수의 음향홀들을 구비하는 백 플레이트를 포함하고,
    상기 진동판의 강성을 감소시키기 위해 상기 진동판의 상부면에 복수의 홈들이 구비되는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
  7. 제6항에 있어서, 상기 홈들은 상기 진동판에서 상기 진동판의 둘레를 따라 구비되는 벤트홀들의 내측 부위에 위치하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
  8. 제7항에 있어서, 상기 홈들은 상기 벤트홀들과 상기 진동판의 도핑된 부위 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
  9. 제6항에 있어서, 상기 홈들은 점 또는 선 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
  10. 제6항에 있어서, 상기 홈들의 모서리 부위에 응력이 집중되는 것을 방지하기 위해 상기 홈들의 모서리 부위가 곡면 형상 또는 경사진 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰.
  11. 기판을 진동 영역과 상기 진동 영역을 둘러싼 지지 영역 및 상기 지지 영역을 둘러싼 주변 영역으로 구획하고, 상기 진동 영역에서 상기 기판의 상부면에 요철 구조를 형성하는 단계;
    상기 기판 상에 하부 절연막을 형성하는 단계;
    상기 진동 영역의 상기 하부 절연막 상에 복수의 벤트홀들을 구비하는 진동판을 형성하는 단계;
    상기 진동판의 강성을 감소시키기 위해 상기 진동판의 상부면에 복수의 홈들을 형성하는 단계;
    상기 진동판이 형성된 상기 하부 절연막 상에 층간 절연막을 형성하는 단계;
    상기 진동 영역의 상기 층간 절연막 상에 상기 진동판과 마주하는 백 플레이트를 형성하는 단계; 및
    상기 백 플레이트가 형성된 상기 층간 절연막 상에 상기 백 플레이트를 홀드하여 상기 진동판으로부터 이격시키기 위한 상부 절연막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 진동판의 상부면에 복수의 홈들을 형성하는 단계는, 상기 진동판에서 상기 벤트홀들의 내측 부위를 부분적으로 식각하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 홈들은 상기 벤트홀들과 상기 진동판의 도핑된 부위 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 홈들은 점 또는 선 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰 제조 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 홈들의 모서리 부위에 응력이 집중되는 것을 방지하기 위해 상기 홈들의 모서리 부위가 곡면 형상 또는 경사진 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰 제조 방법.
  16. 제11항에 있어서, 상기 상부 절연막을 형성하는 단계 이후에,
    상기 백 플레이트와 상기 상부 절연막을 패터닝하여 상기 백 플레이트와 상기 상부 절연막을 관통하는 상기 음향홀들을 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 절연막 및 상기 층간 절연막을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 진동 영역과 상기 지지 영역에서 상기 하부 절연막 및 상기 층간 절연막을 제거하는 단계에서, 상기 벤트홀들은 상기 하부 절연막과 상기 층간 절연막을 제거하기 위한 식각 유체의 이동 통로로 제공되는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰 제조 방법.
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