KR101112120B1 - Micro-Electro Mechanical System microphone and Manufacturing Method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 벌크 미세가공(bulk micromachining) 기술을 이용하더라도 제조가 용이하고 제조 시간을 단축시킬 수 있으며, 높은 수율을 확보할 수 있고, 표면실장기술(SMT) 공정적용이 가능하여, 초박형 구성에 의한 다량의 생산이 가능한 멤스(MEMS) 마이크로폰 및 그 제조방법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명에 따른 멤스(MEMS) 마이크로폰은 기판; 상기 기판의 상단에 형성된 음향 챔버; 상기 음향 챔버의 내부에 형성된 복수의 주지지대; 상기 음향 챔버의 바닥면에 형성된 전극판; 및 상기 복수의 주지지대에 의해 지지되고 상기 전극판의 상측에 형성된 진동판를 포함하여 이루어진다. The present invention is easy to manufacture even using the bulk micromachining (bulk micromachining) technology, it is possible to shorten the manufacturing time, to ensure a high yield, surface mount technology (SMT) process can be applied, by the ultra-thin configuration It relates to a MEMS microphone capable of producing a large amount and a method of manufacturing the same. To this end, the MEMS microphone according to the present invention comprises a substrate; An acoustic chamber formed on top of the substrate; A plurality of support zones formed inside the acoustic chamber; An electrode plate formed on the bottom surface of the acoustic chamber; And a diaphragm supported by the plurality of supporting zones and formed above the electrode plate.

일체형 진동판, 일체형 전극판, 멤스(MEMS) 마이크로폰 Integrated diaphragm, integrated electrode plate, MEMS microphone

Description

멤스 마이크로폰 및 그 제조방법{Micro-Electro Mechanical System microphone and Manufacturing Method thereof}MEMS microphone and its manufacturing method {Micro-Electro Mechanical System microphone and Manufacturing Method

본 발명은 멤스(Micro-Electro Mechanical System, MEMS) 마이크로폰에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면 미세가공(surface micromachining) 방법으로 제작되는 초박형 고감도 표면실장 기술 (Surface Mount Technology, SMT) 적용 가능한 실리콘 마이크로폰 및 그 제작 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a MEMS (Micro-Electro Mechanical System, MEMS) microphone, and more particularly, ultra-thin and highly sensitive surface mount technology (SMT) applicable silicon microphone manufactured by the surface micromachining method (surface micromachining) and It is about the manufacturing method.

지금까지의 MEMS(Micro-Electro Mechanical System) 마이크로폰에 관련한 연구는 주로 저항형(resistance type), 압전형(piezo type), 콘덴서형(condenser type)으로 나뉘어져 왔다.Until now, researches related to MEMS (Micro-Electro Mechanical System) microphones have been mainly divided into resistance type, piezo type, and condenser type.

저항형 MEMS 마이크로폰은 진동에 의해서 저항값이 변화하는 원리를 이용한 것이므로, 주변 환경변화(온도, 습기, 먼지 등)에 따라 저항값이 변화하여 일정한 음역 주파수를 유지하지 못하는 단점이 있다.Since the resistance type MEMS microphone uses the principle that the resistance value is changed by vibration, the resistance value is changed according to the change of the surrounding environment (temperature, humidity, dust, etc.), and thus there is a disadvantage in that it cannot maintain a constant frequency range.

압전형 MEMS 마이크로폰은 진동판 양단에 전위차가 발생되는 피에조 효과(piezo effect)를 이용하므로, 음성신호의 압력에 따른 전기적인 신호의 변화는 있지만 낮은 대역과 음성대역 주파수 특성이 불 균일하여 상용제품의 응용이 극히 제한적이다.Piezoelectric MEMS microphones use the piezo effect, which produces a potential difference across the diaphragm, so that the electrical signal changes depending on the pressure of the voice signal, but the low band and voice band frequency characteristics are uneven. This is extremely limited.

콘덴서형 MEMS 마이크로폰은 두 금속 평판 중 하나의 금속판을 고정전극(back plate)으로 하고 다른 한 개의 진동판을 음향신호에 반응하여 진동할 수 있도록 두 전극 사이의 수㎛ ~수십 ㎛ 대의 공극(air gap)을 가지는 구조이므로, 음원에 따라 진동판이 진동하게 되면 고정전극 사이에 정전용량이 변하게 되어, 축적전하가 변화하게 되고 이에 따라 전류가 흐르게 되는 방식으로 변환음역의 안정성과 주파수 특성이 우수한 장점이 있다.Condenser type MEMS microphones have air gaps between several micrometers and several tens of micrometers between two electrodes so that one metal plate of two metal plates can be used as a back plate and the other diaphragm can vibrate in response to an acoustic signal. Since the diaphragm vibrates according to the sound source, the capacitance changes between the fixed electrodes, the accumulated charge changes, and thus the current flows according to the stability and frequency characteristics of the converted sound range.

아울러 진동판의 재질이 폴리머(polymer) 계열의 필름이 사용되어 제조원가절감 및 부품의 정밀화에 따른 대량생산을 위한 고온조건의 표면실장기술(SMT:surface mount technology) 적용이 불가능하고, 벌크형 미세가공(bulk-type micromachining) 기술을 이용하여 긴 공정시간과 수율 저하 등의 단점이 있지만, 음성대역에서의 우수한 주파수 응답특성을 이유로 MEMS 마이크로폰은 콘덴서 형으로 주로 개발, 생산되어 왔다. In addition, the material of the diaphragm is a polymer-based film, so it is impossible to apply the surface mount technology (SMT) at high temperature for mass production by reducing manufacturing cost and precision of the parts, and bulk type bulk processing -type micromachining) has the disadvantages of long process time and yield reduction, but MEMS microphone has been developed and produced mainly as a condenser type because of its excellent frequency response in voice band.

그러나, 마이크로폰의 소형화 및 자동화, 제조원가절감 등의 수요증가에 따라 표면실장화가 가능한 MEMS 마이크로폰의 제작이 절실한 상황이다.However, there is an urgent need for the production of MEMS microphones that can be surface-mounted as demand for miniaturization and automation of microphones and increased manufacturing costs is increased.

도면 1은 종래의 멤스(MEMS) 마이크로폰의 구조를 도시한 것이다. Figure 1 shows the structure of a conventional MEMS microphone.

도 1을 참조하면, 임의의 기판(10)에 형성된 고정전극(20)과 하부전극(30)사이에 공극(40)을 형성시키기 위한 희생층(50)이 일정두께로 형성되며 희생층(50) 제거공정이 모두 완료되면 공극(40)이 완성된다.Referring to FIG. 1, a sacrificial layer 50 for forming a gap 40 between a fixed electrode 20 and a lower electrode 30 formed on an arbitrary substrate 10 is formed to have a predetermined thickness, and a sacrificial layer 50 is formed. ) Once all removal processes are completed, the voids 40 are completed.

여기서 고정전극(20)과 하부전극(30) 사이에는 각 전극간의 단선을 막기 위 해 절연막이 사용되며, 각 전극으로 사용되는 전극 패드들이 기판(10)에 일정간격으로 형성된다.Here, an insulating film is used between the fixed electrode 20 and the lower electrode 30 to prevent disconnection between the electrodes, and electrode pads used as the electrodes are formed on the substrate 10 at regular intervals.

일반적으로 콘덴서형 MEMS 마이크로폰은 기판상부에 고정된 고정전극(20)와 하부전극(30)을 제작하고, 기판하부에 후방음향 챔버(60)을 형성하기 위하여 상부를 절연체로 보호한 후 기판하부를 수백 ㎛이상을 가공하게 되며, 동 가공 후 상부 희생층을 제거하는 공정을 거치게 된다. 이러한 후방음향 챔버(60)의 가공 후, 고정전극(20)의 홀을 통하여 하부전극(30) 사이의 희생층(50)을 제거하는 방법으로 제작공정을 마무리하게 된다. In general, a condenser type MEMS microphone fabricates a fixed electrode 20 and a lower electrode 30 fixed to an upper portion of a substrate, and protects an upper portion with an insulator to form a rear acoustic chamber 60 under the substrate and then lowers the substrate. More than a few hundred μm is processed, and after the copper process goes through the process of removing the upper sacrificial layer. After the rear acoustic chamber 60 is processed, the fabrication process is completed by removing the sacrificial layer 50 between the lower electrodes 30 through the holes of the fixed electrode 20.

위에서 기술한 바와 같이 종래의 콘덴서형 마이크로폰은 후방음향 챔버를 구성하기 위하여 기판의 상부 및 하부의 모두에 반도체 공정이 필수적으로 요구되므로 제조 공정이 많고, 복잡할 뿐만 아니라 공정시간도 길며 공정 수율이 현저히 낮다는 취약점이 있다.As described above, the conventional condenser-type microphones require a semiconductor process on both the upper and lower portions of the substrate in order to form a rear acoustic chamber. Therefore, the manufacturing process is large, complicated, and the processing time is long. There is a vulnerability that is low.

아울러 동 공정에 의한 공정재료의 선택이 제한적이므로 SMT 공정에 적합한 생산품을 제작하는데 한계가 있어 동 시장의 SMD 부품화 요구를 충족시킬 수 없다In addition, the selection of process materials by the same process is limited, so there is a limit in producing products suitable for the SMT process, which cannot meet the SMD component demand of the market.

본 발명의 목적은, 종래의 콘덴서 마이크로폰의 복잡한 공정성을 극복, 개선하고 통상적으로 하부 전극의 후방에 존재하던 음향 챔버를 상부기판에 일체화시켜 제조 공정 및 제조시간을 단출 시킬 수 있는 멤스(MEMS) 마이크로폰 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a MEMS microphone capable of shortening the manufacturing process and manufacturing time by overcoming and improving the complicated processability of the conventional condenser microphone and integrating the acoustic chamber, which is usually located behind the lower electrode, on the upper substrate. And to provide a method for producing the same.

본 발명의 다른 목적은, 음향 챔버의 바닥면에 열 산화막을 이용한 반구형 단차를 형성하고, 그 상측에 하부 전극판을 형성하여 외부음향에 의해 발생하는 진동판의 진동에 대한 공기흐름을 원활히 배출하도록 하며, 그 단차에 의해 상측의 진동판과 하측의 전극판과의 간격을 최소화함으로써 우수한 주파수 응답특성을 가지는 SMT용 초박형 멤스(MEMS) 마이크로폰 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to form a hemispherical step using a thermal oxide film on the bottom surface of the acoustic chamber, and to form a lower electrode plate on the upper side to smoothly discharge the air flow to the vibration of the diaphragm generated by external sound. To minimize the distance between the upper diaphragm and the lower electrode plate by the step to provide an ultra-thin MEMS microphone for SMT having excellent frequency response characteristics and a method of manufacturing the same.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 멤스(MEMS) 마이크로폰은 기판; 상기 기판의 상단에 형성된 음향 챔버; 상기 음향 챔버의 내부에 형성된 복수의 주지지대; 상기 음향 챔버의 바닥면에 형성된 전극판; 및 상기 복수의 주지지대에 의해 지지되고 상기 전극판의 상측에 형성된 진동판을 포함한다. MEMS microphone according to embodiments of the present invention for achieving the above object is a substrate; An acoustic chamber formed on top of the substrate; A plurality of support zones formed inside the acoustic chamber; An electrode plate formed on the bottom surface of the acoustic chamber; And a diaphragm supported by the plurality of supporting zones and formed above the electrode plate.

상기 진동판은 복수의 관통홀을 구비하는 것을 특징으로 한다.The diaphragm may include a plurality of through holes.

상기 마이크로폰은 상기 복수의 주지지대 사이에 형성되어 상기 진동판을 지지하는 복수의 보조지지대를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The microphone further comprises a plurality of auxiliary supports formed between the plurality of support zones to support the diaphragm.

상기 음향 챔버, 상기 복수의 지지대 및 상기 복수의 보조지지대는 상기 기판의 식각에 의해서 상기 기판과 일체형으로 형성된 것을 특징으로 한다. The acoustic chamber, the plurality of supports and the plurality of auxiliary supports are formed integrally with the substrate by etching the substrate.

상기 기판은 실리콘 재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The substrate is characterized in that made of a silicon material.

상기 음향 챔버, 상기 복수의 지지대 및 상기 복수의 보조지지대는 표면에 형성된 질화막을 포함하는 것을 특징으로 한다.The acoustic chamber, the plurality of supports and the plurality of auxiliary supports may include a nitride film formed on a surface thereof.

상기 복수의 지지대 및 상기 복수의 보조지지대는 상측에서 상기 질화막의 하부에 형성된 산화막을 포함하는 것을 특징으로 한다.The plurality of supports and the plurality of auxiliary supports may include an oxide film formed below the nitride film from above.

상기 음향 챔버는 상기 전극판과 상기 바닥면 사이에 형성된 돌출부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The acoustic chamber may further include a protrusion formed between the electrode plate and the bottom surface.

상기 돌출부는 상기 음향 챔버의 바닥면의 중심부에서 반구형으로 돌출되도록 형성된 산화막인 것을 특징으로 한다.The protrusion is an oxide film formed to protrude in a hemispherical shape from the center of the bottom surface of the acoustic chamber.

상기 진동판은 가장자리에서 돌출되어 일체형으로 형성된 복수의 제1 접촉단자를 구비하는 것을 특징으로 한다.The diaphragm has a plurality of first contact terminals protruding from the edge and formed integrally.

상기 전극판은 가장자리에서 연장된 일체형의 제2 접촉단자를 구비하는 것을 특징으로 한다.The electrode plate is characterized in that it has an integral second contact terminal extending from the edge.

상기 복수의 주지지대는 하측에서 상기 전극판과 인접하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.The plurality of supporting zones are formed to be adjacent to the electrode plate on the lower side.

상기 복수의 관통홀 가운데 하나는 상기 진동판의 중심부에 형성되며, 나머지는 상기 진동판의 가장자리에 형성되는 것을 특징으로 한다.One of the plurality of through holes is formed at the center of the diaphragm, and the other is formed at the edge of the diaphragm.

상기 진동판 및 상기 전극판은 Ti, Au, Cu, Al, Pt 및 TiN 중 어느 하나의 재질로 형성된 금속막인 것을 특징으로 한다.The diaphragm and the electrode plate may be a metal film formed of any one material of Ti, Au, Cu, Al, Pt, and TiN.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 멤스(MEMS) 마이크로폰 제조방법은 a) 기판 상면에 음향 챔버와 복수의 주지지대를 형성하는 단계; b) 상기 음향 챔버의 바닥면의 중심부에 전극판을 형성하는 단계; c) 상기 기판의 상면 및 상기 음향 챔버에 희생층을 형성하는 단계; d) 상기 희생층의 상측 일부를 제거한 후에 상기 전극판의 상측에서 상기 주지지대에 의하여 지지되는 진동판을 형성하는 단계; 및 e) 상기 희생층을 제거하는 단계을 포함한다.MEMS microphone manufacturing method according to embodiments of the present invention for achieving the above object comprises the steps of: a) forming an acoustic chamber and a plurality of support zones on the upper surface of the substrate; b) forming an electrode plate in the center of the bottom surface of the acoustic chamber; c) forming a sacrificial layer on an upper surface of the substrate and on the acoustic chamber; d) forming a diaphragm supported by the support zone above the electrode plate after removing the upper portion of the sacrificial layer; And e) removing the sacrificial layer.

상기 d) 단계에서는, 상기 진동판에 복수의 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 한다. In the step d), a plurality of through holes are formed in the diaphragm.

상기 d) 단계에서는, 상기 복수의 관통홀 중 하나는 중심부에 형성되고, 나머지 관통홀은 가장자리에 형성되는 것을 특징으로 한다.In step d), one of the plurality of through holes is formed in the central portion, the remaining through holes are characterized in that formed in the edge.

상기 a) 단계는, 상기 복수의 주지지대 사이에 복수의 보조지지대를 더 형성하는 것을 특징으로 한다.In the step a), a plurality of auxiliary supports are formed between the plurality of support zones.

상기 a) 단계는, 상기 기판의 표면에 산화막을 형성하는 단계; 상기 산화막을 패터닝한 후 식각으로 상기 음향 챔버, 상기 복수의 주지지대 및 상기 복수의 보조지지대를 형성하는 단계; 및 상기 음향 챔버, 상기 복수의 주지지대 및 상기 복수의 보조지지대의 표면에 질화막을 형성하는 단계을 포함하는 것을 특징으로 한다.The step a) may include forming an oxide film on the surface of the substrate; Forming the acoustic chamber, the plurality of support zones, and the plurality of auxiliary supports by etching after patterning the oxide film; And forming a nitride film on surfaces of the acoustic chamber, the plurality of support zones, and the plurality of auxiliary supports.

상기 a) 단계는, 상기 복수의 주지지대 및 상기 복수의 보조지지대는 상기 음향 챔버의 내부에 형성되며, 양 지지대의 높이가 동일하도록 형성되는 것을 특징으로 한다. In the step a), the plurality of support zones and the plurality of auxiliary supporters are formed inside the acoustic chamber, and are characterized in that the heights of both the supporters are the same.

상기 b) 단계는, 상기 음향 챔버의 중심부의 질화막을 제거한 후 반구형상의 산화막을 형성하는 단계; 및 상기 반구형상의 산화막 위에 금속막인 상기 전극판을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The step b) may include forming a hemispherical oxide film after removing the nitride film in the center of the acoustic chamber; And forming the electrode plate, which is a metal film, on the hemispherical oxide film.

상기 진동판 및 상기 전극판은 메탈 스퍼터링 기법에 의하여 형성된 금속막이며, Ti, Au, Cu, Al, Pt 및 TiN 중 어느 하나의 재질인 것을 특징으로 한다.The diaphragm and the electrode plate are metal films formed by a metal sputtering technique, and are made of any one material of Ti, Au, Cu, Al, Pt, and TiN.

상기 진동판 및 상기 전극판은 가장자리에 전원 공급을 위한 일체형의 접촉 단자를 형성하는 것을 특징으로 한다.The diaphragm and the electrode plate are formed at an edge to form an integrated contact terminal for power supply.

상기 a) 단계에서는, 상기 복수의 주지지대가 하측에서 상기 전극판과 인접하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.In the step a), the plurality of support zones are formed to be adjacent to the electrode plate on the lower side.

상기 c) 단계에서는, 상기 희생층이 상기 음향 챔버 깊이의 1 배 초과 내지 1.5배 이하의 두께로 상기 복수의 주지지대, 상기 복수의 보조지지대 및 상기 음향 챔버를 커버하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.In the step c), the sacrificial layer is formed to cover the plurality of the support, the plurality of auxiliary support and the acoustic chamber to a thickness of more than 1 times to 1.5 times the depth of the acoustic chamber.

상기 d) 단계에서는, 상기 복수의 주지지대 및 상기 복수의 보조지지대의 상면의 질화막이 노출되도록 상기 희생층의 상측 일부가 제거되는 것을 특징으로 한다.In the step d), the upper portion of the sacrificial layer is removed so that the nitride film on the upper surface of the plurality of support and the plurality of auxiliary support is exposed.

상기 희생층은 적어도 폴리 실리콘(poly-silicon) 계열의 플라즈마를 포함한 등방성 에칭 가스에 의해 식각 처리가 용이한 재질인 것을 특징으로 한다.The sacrificial layer may be a material that is easily etched by an isotropic etching gas including at least poly-silicon-based plasma.

본 발명의 실시예들에 따른 멤스(MEMS) 마이크로폰 및 그 제조방법은 기판 상부 및 하부에 가해지는 복잡한 반도체 공정 및 멤스(MEMS) 마이크로폰의 구조를 단순화한 일면 구조의 마이크로폰을 형성함으로써 생산 수율향상과 안정성을 학보 할 수 있는 효과가 있다. MEMS microphones and a method of manufacturing the same according to embodiments of the present invention improve the production yield by forming a single-sided microphone that simplifies the structure of the MEMS microphone and the complicated semiconductor process applied to the upper and lower substrates. It has the effect of studying the stability.

또한, 본 발명의 실시예들에 따른 멤스(MEMS) 마이크로폰 및 그 제조방법은 공정의 용이성을 통한 동일 기판 내 근접배치가 가능하여 실리콘 기판 내 수 천개 내지 수만 개의 칩(chip) 배치가 가능하여 대량생산을 통한 적용 부품의 생산단가를 획기적으로 절감할 수 있는 효과가 있다.In addition, the MEMS microphone according to the embodiments of the present invention and a method of manufacturing the same can be arranged in the same substrate through the ease of the process, it is possible to place thousands of chips in the silicon substrate (chip) There is an effect that can dramatically reduce the production cost of the applied parts through production.

또한, 본 발명의 실시예들에 따른 멤스(MEMS) 마이크로폰 및 그 제조방법은 기전 제품대비 일렉트릿(electret) 소재를 폴리머가 아닌 실리콘으로 대체함으로써 내구성 강화 및 우수한 감도특성을 가지는 SMD 부품화를 가능하게 할 수 있는 효과가 있다. In addition, the MEMS microphone and its manufacturing method according to the embodiments of the present invention can replace the electret material with silicon rather than polymer, compared to the conventional products, it is possible to enhance the durability and SMD components having excellent sensitivity characteristics It can be effective.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되 는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하며, 단수로 기재된 용어도 복수의 개념을 포함할 수 있다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are assigned to the same components as much as possible, even if shown on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related well-known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted, and the singular terminology may include a plurality of concepts. have. In addition, the following will describe a preferred embodiment of the present invention, but the technical idea of the present invention is not limited thereto and may be variously modified and modified by those skilled in the art.

도 2(a)는 본 발명의 일실시예에 따른 상부의 진동판 및 하부의 구조를 투영한 멤스(MEMS) 마이크로폰의 정면도이고, 도 2(b) 및 (c)의 각각은 절단선 A1-A1' 및 B1-B1'를 따라 절취한 단면도를 도시한 것이다. Figure 2 (a) is a front view of the MEMS microphone projecting the structure of the upper diaphragm and the lower portion according to an embodiment of the present invention, each of Figures 2 (b) and (c) is a cutting line A1-A1 A cross-sectional view taken along 'and B1-B1' is shown.

도 2(a) 내지 (c)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 멤스(MEMS) 마이크로폰(200)은 기판(210); 상기 기판의 상단에 형성된 음향 챔버(220); 상기 음향 챔버의 내부에 형성된 복수의 주지지대(230); 상기 음향 챔버의 바닥면에 형성된 전극판(260); 및 상기 복수의 주지지대에 의해 지지되고 상기 전극판의 상측에 형성된 진동판(270)을 포함하여 이루어진다. Referring to Figures 2 (a) to (c), according to an embodiment of the present invention, the MEMS microphone 200 includes a substrate 210; An acoustic chamber 220 formed on the top of the substrate; A plurality of support zones 230 formed in the acoustic chamber; An electrode plate 260 formed on the bottom surface of the acoustic chamber; And a diaphragm 270 supported by the plurality of supporting zones and formed above the electrode plate.

상기 마이크로폰(200)은 상기 복수의 주지지대 사이에 형성되어 상기 진동판을 지지하는 복수의 보조지지대(240)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 진동판(270) 및 상기 전극판(260)은 Ti, Au, Cu, Al, Pt 및 TiN 중 어느 하나의 재질로 형성된 금속막이다. 상기 복수의 보조 지지대(240)는 상기 진동판이 상하 운동에 의하여 아래로의 처짐 또는 밀착현상(sticking)을 방지하는 기능을 한다. The microphone 200 may further include a plurality of auxiliary supports 240 formed between the plurality of support zones to support the diaphragm. The diaphragm 270 and the electrode plate 260 are metal films formed of any one of Ti, Au, Cu, Al, Pt, and TiN. The plurality of auxiliary supports 240 function to prevent the diaphragm from sagging or sticking down by vertical movement.

상기 음향 챔버(220), 상기 복수의 주지지대(230) 및 상기 복수의 보조지지대(240)는 상기 실리콘 재질의 기판을 식각하여 상기 기판과 일체형으로 형성되며, 상기 복수의 지지대 및 상기 복수의 보조지지대는 상기 음향 챔버(220) 내에서 높이가 동일하도록 형성된다. 상기의 식각은 TMAH 또는 KOH 또는 이에 이에 상응하는 실리콘(Si) 식각 수용액을 이용한 실리콘 습식 에칭에 의해 형성하고, 0.5㎛~수 ㎛ 의 미세 단차를 가지는 표면 미세가공(Surface Micromachining) 기술에 의하여 이루어진다. The acoustic chamber 220, the plurality of support supports 230, and the plurality of auxiliary supports 240 are integrally formed with the substrate by etching the substrate made of silicon material, and the plurality of supports and the plurality of auxiliary supports are formed. The support is formed to have the same height in the acoustic chamber 220. The etching is performed by silicon wet etching using TMAH or KOH or a silicon (Si) etching solution corresponding thereto, and is performed by a surface micromachining technique having a fine step of 0.5 μm to several μm.

상기 음향 챔버, 상기 복수의 지지대 및 상기 복수의 보조지지대는 표면에 질화막(221)이 형성되어 있으며, 상기 복수의 지지대 및 상기 복수의 보조지지대는 상측의 진동판(270)을 지지하는 부분의 상기 질화막(221)의 하측에 산화막(211)을 더 구비하고 있다. 즉, 상기 복수의 지지대 및 상기 복수의 보조지지대는 상부 및 외주면에 Si02 및 Si3N4로 형성된 이중의 절연막을 구비한다. A nitride film 221 is formed on a surface of the acoustic chamber, the plurality of supports, and the plurality of auxiliary supports, and the plurality of supports and the plurality of auxiliary supports are formed of the nitride film of a portion supporting the upper diaphragm 270. An oxide film 211 is further provided below 221. That is, the plurality of supports and the plurality of auxiliary supports have a double insulating film formed of Si02 and Si3N4 on the upper and outer peripheral surfaces.

상기 진동판(270)이 음원에 의하여 구동함에 따라 발생하는 공기 흐름이 원활히 배출 및 분산될 수 있도록 상기 복수의 주지지대가 설계 및 배치되며, 상기 기판(210)의 상부가 습식 식각되어 상기 기판의 내부에 음향 챔버(220)가 형성되며, 그 음향 챔버의 내부 바닥면에 상기 전극판(260)이 형성된다. 이 경우에 상기 전극판(260)은 우수한 주파수 응답 특성을 확보하기 위하여 상기 진동판(270)과의 간격을 조정함에 있어 상기 전극판의 하부인 상기 음향 챔버의 중앙 바닥면에 선택적인 두께로 반구 형태의 산화막(250)을 성장시킨다. The plurality of support zones are designed and arranged so that the air flow generated as the diaphragm 270 is driven by the sound source can be smoothly discharged and dispersed, and the upper portion of the substrate 210 is wet etched to allow the inside of the substrate to be wet-etched. An acoustic chamber 220 is formed in the electrode plate, and the electrode plate 260 is formed on an inner bottom surface of the acoustic chamber. In this case, the electrode plate 260 has a hemispherical shape with an optional thickness on the center bottom surface of the acoustic chamber, which is the lower part of the electrode plate, in adjusting the distance from the diaphragm 270 to secure excellent frequency response characteristics. The oxide film 250 is grown.

또한, 도 5(d) 및 (e)를 참조하면, 상기 진동판(270)을 형성을 위하여 상기 복수의 지지대의 높이보다 상향된 실리콘 희생층(410,420)을 형성한 후 상기 복수의 주지지대의 상부에 형성된 질화막층과 동일한 면(411)까지 표면가공기술을 통하여 상기 희생층(420)을 제거한다. 여기서, 상기 도 5(d)에서 실선에 의하여 구분되 는 두개의 희생층(410,420)은 한번의 공정에 의하여 형성되는 것이며, 물리적으로 구분되어 있지는 않다. 상기 도 5(d)에서 실선은 상기 진동판의 형성을 위하여 희생층이 제거되어야하는 위치에 대한 이해를 돕기위한 가상의 선이다. Also, referring to FIGS. 5D and 5E, after forming the silicon sacrificial layers 410 and 420 that are higher than the heights of the plurality of supports for forming the diaphragm 270, the upper portions of the plurality of support zones are formed. The sacrificial layer 420 is removed through a surface processing technique to the same surface 411 as the nitride film layer formed on the surface. Here, the two sacrificial layers 410 and 420 separated by the solid lines in FIG. 5 (d) are formed by one process and are not physically divided. The solid line in FIG. 5 (d) is an imaginary line to help understand where the sacrificial layer should be removed to form the diaphragm.

상기 진동판(270)은 음원에 의해 구동하며, 천Å~ 수 ㎛ 두께의 금속 재질로 형성되며, Ti, Au, Cu, Al, Pt, TiN 및 이에 상응하는 금속 재질로 구성될 수 있고, 노출 음원의 성격에 따라 그 크기를 ㎛ 단위로 설계될 수 있다. The diaphragm 270 is driven by a sound source, and is formed of a metal material having a thickness of 1000 μm to several μm, and may be made of Ti, Au, Cu, Al, Pt, TiN, and a corresponding metal material, and an exposed sound source. Depending on the nature of the size may be designed in units of μm.

상기 음향 챔버(220)는 상기 실리콘 기판(210)을 기점으로 수 ㎛ ~ 수십 ㎛의 습식식각에 의해 형성되며, 상기 식각에는 식각율 및 식각표면 상태를 개선하기 위하여 솔벤트(solvent) 혼합 식각 용액이 사용되며, 상기 실리콘 기판 간의 절연 및 상기 전극판의 형성 및 누설전류 차단을 위한 Si02 혹은 Si3N4의 절연막을 형성한다. The acoustic chamber 220 is formed by wet etching of several micrometers to several tens of micrometers based on the silicon substrate 210, and in the etching, a solvent mixed etching solution is used to improve an etching rate and an etching surface state. And an insulating film of Si02 or Si3N4 for insulation between the silicon substrates, formation of the electrode plate, and blocking leakage current.

상기 음향 챔버(220)에는 바닥면의 중심부에서 반구형으로 돌출된 산화막의 돌출부(250)가 형성되어 있고, 상기 돌출부의 상측에 상기 금속 전극판(260)이 형성되어 있다. The acoustic chamber 220 has a protrusion 250 of an oxide film protruding in a hemispherical shape from the center of the bottom surface, the metal electrode plate 260 is formed on the upper side of the protrusion.

즉, 상기 돌출부(250)는 상기 진동판과 상기 전극판의 간격을 조정하기 위하여 상기 음향 챔버 내부의 중앙에 1㎛ 내지 3 ㎛ 이상으로 성장된 열 산화막이다. 상기 돌출부(250)는 음향 챔버(220)가 상측의 진동판(270)의 상하 운동에 의해 발생하는 음압에 의한 공기흐름을 원활히 배출하는 역할을 할 수 있도록 반구형 구조로 제작형성된다. 또한, 하측의 전극판(260)도 천Å~ 수 ㎛ 두께의 금속막이며, Ti, Au, Cu, Al, Pt, TiN 및 이외 이에 상응하는 금속 재질로 형성되는 것이 가능 하다.That is, the protrusion 250 is a thermal oxide film grown to 1 μm to 3 μm or more in the center of the acoustic chamber in order to adjust the gap between the diaphragm and the electrode plate. The protrusion 250 is manufactured in a hemispherical structure so that the acoustic chamber 220 can smoothly discharge the air flow due to the sound pressure generated by the vertical movement of the upper diaphragm 270. In addition, the lower electrode plate 260 is also a metal film having a thickness of several thousand to several μm, and may be formed of Ti, Au, Cu, Al, Pt, TiN, and other metal materials corresponding thereto.

상기 진동판(270)은 가장자리에서 돌출되어 일체형으로 형성된 복수의 제1 접촉단자(271)를 구비하고, 상기 전극판(260)은 가장자리에서 전원 연결을 위하여 연장된 일체형 제2 접촉단자(261)를 구비하여 외부 음원(음압)을 감지(구동)한다. The diaphragm 270 has a plurality of first contact terminals 271 protruding from the edge and formed integrally, and the electrode plate 260 has an integral second contact terminal 261 extending from the edge for power connection. It detects (drives) an external sound source (sound pressure).

상기 복수의 주지지대(230)는 하측에서 상기 전극판과 인접하도록 형성되는 것이 가능하다. The plurality of support zones 230 may be formed to be adjacent to the electrode plate at a lower side thereof.

도 3(a)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상부의 진동판 및 하부의 구조를 투영한 멤스(MEMS) 마이크로폰의 정면도이고, 도 3(b) 및 (c)의 각각은 절단선 A2-A2' 및 B2-B2'를 따라 절취한 단면도를 도시한 것이다. Figure 3 (a) is a front view of the MEMS microphone projecting the upper vibration plate and the structure of the lower according to another embodiment of the present invention, each of Figures 3 (b) and (c) is a cut line A2-A2 A cross-sectional view taken along 'and B2-B2' is shown.

도 3(a) 내지 (c)를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 멤스(MEMS) 마이크로폰(300)은 상기 일실시예에 따른 멤스(MEMS) 마이크로폰(200)의 상부의 진동판(270)을 복수의 관통홀(320)을 구비하는 진동판(310)으로 대체하여 구성된다. Referring to Figure 3 (a) to (c), the MEMS microphone 300 according to another embodiment of the present invention is a diaphragm 270 of the upper portion of the MEMS microphone 200 according to the embodiment ) Is configured by replacing the diaphragm 310 having a plurality of through holes 320.

상기 복수의 관통홀(320)을 구비하는 진동판(310)을 제외하고는 본 발명의 일실시예에 따른 멤스(MEMS) 마이크로폰(200)의 구성과 동일하므로, 이하에서는 중복되는 부분은 생략하고, 차이부분만을 설명한다. Except for the diaphragm 310 having the plurality of through holes 320 is the same as the configuration of the MEMS microphone 200 according to an embodiment of the present invention, the overlapping portion is omitted below, Only the differences are explained.

상기 멤스(MEMS) 마이크로폰(300)은 관통홀(320)이 형성된 진동판(310)을 구비함으로써, 일체화된 음향 챔버(220)로부터 상기 희생층(410)을 보다 원활하게 제거할 수 있다. The MEMS microphone 300 includes the diaphragm 310 having the through-hole 320 formed therein, so that the sacrificial layer 410 can be more smoothly removed from the integrated acoustic chamber 220.

상기 멤스(MEMS) 마이크로폰(300)은 상기 복수의 관통홀(320) 가운데 하나는 상기 진동판의 중심부에 형성하고, 나머지는 상기 진동판의 가장자리에 형성하는 것이 가능하다. 이 경우에 상기 복수의 주지지대(230)는 하측에서 상기 전극판(260)과 인접하도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 관통홀의 위치는 일실시예에 불과한 것이며, 상기 진동판(270)에 형성되는 관통홀(320)의 위치는 상기 실시예에 한정되지 않으며, 필요 또는 요구성능에 따라 한개 또는 복수개로 상기 진동판의 임의의 위치에 형성될 수 있다. The MEMS microphone 300 may have one of the plurality of through holes 320 formed at the center of the diaphragm and the other formed at the edge of the diaphragm. In this case, the plurality of support zones 230 may be formed to be adjacent to the electrode plate 260 at a lower side thereof. The position of the through-hole is only one embodiment, the position of the through-hole 320 formed in the diaphragm 270 is not limited to the embodiment, any one or a plurality of the diaphragm depending on the required or required performance It can be formed at the position of.

도 4는 본 발명의 일시예에 따른 멤스(MEMS) 마이크로폰 제조방법의 순서도이고, 도 5는 도 4의 제조방법의 공정에 따른 멤스(MEMS) 마이크로폰의 형성 과정도이다. 도 5(a)는 하부의 전극판의 형성될 위치의 질화막이 제거되는 과정을 도시한 것이고, 도 5(b)는 도 5(a)에서 질화막이 제거된 위치에 타원체형의 단차 구조물을 열 산화막으로 형성하는 과정을 도시한 것이고, 도 5(c)는 도 5(b)의 열산화막 위에 하부 전극판 및 일체형 전극 접촉부를 형성하는 과정을 도시한 것이다. 도 5(d)는 상부의 진동판을 형성하기 위하여 음향 챔버의 내부 및 복수의 지지대를 덮도록 희생층을 형성하는 과정을 도시한 것이고, 도 5(e)는 상부의 진동판을 형성하기 위하여 희생층을 표면가공기술을 이용하여 상부의 진동판 및 복수의 지지대가 동일하게 단차지도록 희생층의 상부를 제거하는 과정을 도시한 것이다. 4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a MEMS microphone according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a process chart of forming a MEMS microphone according to the process of the manufacturing method of FIG. 4. FIG. 5 (a) illustrates a process of removing a nitride film at a position where a lower electrode plate is to be formed, and FIG. 5 (b) opens an ellipsoidal stepped structure at a position where the nitride film is removed in FIG. 5 (a). FIG. 5C illustrates a process of forming an oxide film, and FIG. 5C illustrates a process of forming a lower electrode plate and an integrated electrode contact part on the thermal oxide film of FIG. 5B. FIG. 5 (d) illustrates a process of forming a sacrificial layer to cover the interior of the acoustic chamber and a plurality of supports to form an upper diaphragm, and FIG. 5 (e) illustrates a sacrificial layer to form an upper diaphragm. This shows a process of removing the upper portion of the sacrificial layer such that the upper diaphragm and the plurality of supports are equally stepped by using a surface processing technique.

도 4 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 멤스(MEMS) 마이크로폰 제조 방법은 제조방법은 a) 기판 상면에 음향 챔버와 복수의 주지지대를 형성하는 단계(S10); b) 상기 음향 챔버의 바닥면의 중심부에 전극판을 형성하는 단계(S30); c) 상기 기판의 상면 및 상기 음향 챔버에 희생층을 형성하는 단계(S40); d) 상기 희생층의 상측 일부를 제거한 후에 상기 전극판의 상측에서 상기 주지지대에 의하여 지지되는 진동판을 형성하는 단계(S50); 및 e) 상기 희생층을 제거하는 단계(S60)을 포함하여 수행된다.4 to 5, the MEMS microphone manufacturing method according to an embodiment of the present invention includes a) forming an acoustic chamber and a plurality of support zones on an upper surface of a substrate (S10); b) forming an electrode plate in the center of the bottom surface of the acoustic chamber (S30); c) forming a sacrificial layer on the upper surface of the substrate and the acoustic chamber (S40); d) forming a diaphragm supported by the support zone above the electrode plate after removing a portion of the upper side of the sacrificial layer (S50); And e) removing the sacrificial layer (S60).

상기 a) 단계(S10)에서는, 상기 복수의 주지지대 사이에 복수의 보조지지대를 더 형성하고, 상기 기판의 표면에 산화막을 형성하고, 상기 산화막을 패터닝한 후 식각으로 상기 음향 챔버, 상기 복수의 주지지대 및 상기 복수의 보조지지대를 형성하고, 상기 음향 챔버, 상기 복수의 주지지대 및 상기 복수의 보조지지대의 표면에 질화막을 형성한다(S20). In the a) step S10, a plurality of auxiliary supports are further formed between the plurality of supporting zones, an oxide film is formed on a surface of the substrate, and the patterned oxide film is etched to form the acoustic chamber and the plurality of substrates. A support zone and the plurality of auxiliary supports are formed, and a nitride film is formed on surfaces of the acoustic chamber, the plurality of support zones, and the plurality of auxiliary supports (S20).

상기 a) 단계(S10)에서는, 상기 복수의 주지지대 및 상기 복수의 보조지지대는 상기 음향 챔버의 내부에 형성되며, 양 지지대의 높이가 동일하도록 형성된다. In the step a) (S10), the plurality of support zones and the plurality of auxiliary supports are formed inside the acoustic chamber, and the heights of both supports are the same.

상기 b) 단계(S30)에서는, 상기 음향 챔버의 중심부의 질화막을 제거한 후 반구형상의 산화막(250)을 형성하고, 그리고 나서 상기 반구형상의 산화막 위에 금속막인 상기 전극판(260)을 형성한다. In step b), after removing the nitride film in the center of the acoustic chamber, a hemispherical oxide film 250 is formed, and then the electrode plate 260 is formed as a metal film on the hemispherical oxide film.

상기 c) 단계(S40)에서는, 상기 희생층(410,420)이 상기 음향 챔버(220) 깊이의 1 배 초과 내지 1.5배 이하의 두께로 상기 복수의 주지지대, 상기 복수의 보조지지대 및 상기 음향 챔버를 커버하도록 형성된다. In the step S40, the sacrificial layers 410 and 420 may be formed to have the thickness of the plurality of support zones, the plurality of auxiliary supports, and the acoustic chambers having a thickness greater than 1 to 1.5 times the depth of the acoustic chamber 220. It is formed to cover.

상기 d) 단계(S50)에서는, 상기 복수의 주지지대 및 상기 복수의 보조지지대의 상면의 질화막이 노출되도록 상기 희생층의 상측 일부가 제거되며, 상기 희생층은 적어도 폴리 실리콘(poly-silicon) 계열의 플라즈마를 포함한 등방성 에칭 가스 에 의해 식각 처리가 용이한 재질로 형성된다. In step d), the upper portion of the sacrificial layer is removed to expose the nitride films on the upper surfaces of the plurality of support zones and the plurality of auxiliary supports, and the sacrificial layer is at least poly-silicon-based. The isotropic etching gas containing the plasma is formed of a material which is easily etched.

상기 a) 단계(S10)에서는 실리콘 기판(210)의 상면에 수 천Å~ 수 ㎛ 대의 산화막(211)이 형성되고, 그리고 나서 음향 챔버(220)를 형성하기 위하여 일정간격 한 간격을 가지고 포토 레지스터 패터닝하여, 산화막(211)을 식각한 후에, 실리콘 기판(210)을 습식 식각하여 수 ㎛ 깊이의 음향 챔버(220)와 복수의 주지지대(230) 및 복수의 보조지지대(203)를 형성한다. 여기서 복수의 보조지지대(20)는 진동판(270,310)의 구동 중 발생할 수 있는 스트레스에 의한 처짐 및 밀착현상(sticking) 현상을 방지하기 위하여 형성된다. In the step S10, the oxide film 211 in the range of several thousand micrometers to several micrometers is formed on the upper surface of the silicon substrate 210, and then the photoresist is spaced at regular intervals to form the acoustic chamber 220. After patterning and etching the oxide film 211, the silicon substrate 210 is wet etched to form an acoustic chamber 220, a plurality of support zones 230, and a plurality of auxiliary supports 203 having a depth of several μm. Here, the plurality of auxiliary supports 20 are formed to prevent sagging and sticking due to stress that may occur during driving of the diaphragms 270 and 310.

이때 음향 챔버(220) 내의 표면은 상기 진동판(270,310)의 진동에 의하여 발생되는 음압의 원활한 흐름을 위하여 식각된 표면의 거칠기를 기존 기판의 거칠기와 동일한 상태로 유지하기 위하여 소정의 솔벤트(solvent wt %)를 혼합한 식각 용액에 의하여 식각되는 것이 바람직하다.At this time, the surface of the acoustic chamber 220 is a solvent (wt% solvent) to maintain the roughness of the etched surface in the same state as the roughness of the existing substrate for the smooth flow of sound pressure generated by the vibration of the diaphragm (270,310) It is preferable to etch by the etching solution which mixed).

이후 식각된 실리콘 표면을 추가 보호하기 위하여 질화막(221)을 추가로 형성하며, 상기 질화막은 최종적으로 음향 챔버(220)의 공극(air gap) 확보를 위한 희생층(210) 제거 시 식각 정지층으로도 활용되고, 또한 상기 진동판 및 상기 전극판 간의 누설전류를 차단한다.Thereafter, a nitride layer 221 is further formed to further protect the etched silicon surface, and the nitride layer is finally used as an etch stop layer when the sacrificial layer 210 is removed to secure an air gap of the acoustic chamber 220. It is also utilized, and also blocks the leakage current between the diaphragm and the electrode plate.

수 ㎛ 지름의 원형 전극판(260)을 구성하기 위하여 식각된 음향 챔버(220)의 중앙부에 반구형으로 돌출된 산화막 단차(250)을 형성하기 위하여 포토 레지스터 패터닝 후에 질화막(221)를 제거한다The nitride film 221 is removed after the photoresist patterning to form the hemispherical projecting oxide step 250 in the center of the etched acoustic chamber 220 in order to form the circular electrode plate 260 having a diameter of several μm.

상기 산화막 단차(250) 형성시에 음향 챔버(220)의 깊이는 음향감도 향상을 위하여 상부의 금속 진동판(270,310))과 하부의 금속 전극판(260) 간의 최 근접한 간격을 형성하기 위하여 1차로 수 ㎛ 대의 적정한 음향 챔버(220)의 깊이를 요구하며,하부 전극판(260)의 하측에 형성된 산화막 단차(250)를 2차로 조정하여 최대 근접한 공극을 구성하여 우수한 음향감도 향상시킬 수 있다When forming the oxide film step 250, the depth of the acoustic chamber 220 may be primarily set to form the closest gap between the upper metal diaphragms 270 and 310 and the lower metal electrode plate 260 to improve acoustic sensitivity. It requires a proper depth of the acoustic chamber 220 in the μm range, and can adjust the oxide film step 250 formed at the lower side of the lower electrode plate 260 to the second to form the closest air gap, thereby improving the excellent acoustical feeling.

상기 반호 산화막 단차(250)는 산화막(thermal oxide)으로 형성되며, 하부 전극판(260)의 단차를 정확하게 확보하기 위해서는 실리콘 기판(210)의 소실양(약45%)을 고려하여 산화막 단차(250)의 성장 두께를 설정하는 것이 바람직하다. 상기 산화막 단차의 두께는 상기 진동판(270,310)의 진동에 의한 음압을 원활히 배출하기 위한 중요한 변수이기도 하다The half-array oxide step 250 is formed of an oxide film, and in order to accurately secure the step difference of the lower electrode plate 260, the oxide step 250 is considered in consideration of a loss amount (about 45%) of the silicon substrate 210. It is preferable to set the growth thickness of the s). The thickness of the oxide step is also an important parameter for smoothly discharging the sound pressure due to the vibration of the diaphragm 270 and 310.

상기 전극판(260)은 산화막 단차(250)의 형성 후 금속막으로 형성되는데, 절연막(thermal oxide)으로 형성된 수 천Å~ 수 ㎛ 두께의 금속막을 스퍼터링(sputtering) 한 후 포토 레지스터 공정을 통하여 생성된다. 이 과정에서의 전류인가를 위한 전극 접촉부(261)는 일체화되어 있으며, 그 재료로 Ti, Au, Cu, Al, Pt, TiN 외 이에 상응하는 재질을 적용 할 수 있고, 원활한 전극패드 운영을 위하여 보조 전극 접촉부를 추가로 형성할 수 있다. The electrode plate 260 is formed of a metal film after the formation of the oxide film step 250. The electrode plate 260 is formed through a photoresist process after sputtering a metal film having a thickness of several thousand micrometers to several micrometers formed of an insulating film. do. The electrode contact portion 261 for applying current in this process is integrated, and as a material thereof, Ti, Au, Cu, Al, Pt, TiN, and other equivalent materials can be applied. Electrode contacts can be further formed.

상기 산화막 단차(250)는 상기 진동판(270,310)의 진동에 의한 음압이 선형구조를 가지는 것을 알 수 있으며, 이 구조에 의해 음향에 의해 진동하는 음압이 선형구조를 따라 원활히 배출될 수 있다.The oxide film step 250 can be seen that the sound pressure due to the vibration of the diaphragm (270,310) has a linear structure, by which the sound pressure vibrating by the sound can be smoothly discharged along the linear structure.

상기 진동판을 형성하기 위하여, 상기 음향 챔버(220)의 내부, 상기 주지지대(230) 및 상기 보조지지대(240)의 내부에 희생층(410,420)을 형성한다. 이때 상 기 희생층의 소재는 폴리머(polymer) 계열 및 산화물(oxide) 계열의 소재가 사용되어 이후의 제거 과정을 원활하게 수행하게 한다. In order to form the diaphragm, sacrificial layers 410 and 420 are formed in the acoustic chamber 220, the support zone 230, and the auxiliary support 240. At this time, the material of the sacrificial layer is a polymer-based and oxide-based material is used to facilitate the subsequent removal process.

또한, 상기 복수의 주지지대 및 상기 복수의 보조지지대의 단차가 동일 높이에 위치하게 하기 위하여 표면 가공기술을(polishing, CMP)를 적용하며, 이때 동공정의 원활한 공정성 확보를 위하여 음향 챔버(220)의 단차의 약 1배~1.5배 범위의 추가 희생층(702)를 적용하는 것이 바람직하다In addition, the surface processing technology (polishing, CMP) is applied in order to ensure that the steps of the plurality of support zones and the plurality of auxiliary supports are positioned at the same height, and at this time, the acoustic chamber 220 to ensure smooth processability of the same process. It is desirable to apply an additional sacrificial layer 702 in the range of about 1 to 1.5 times the step of

상기 희생층의 표면(411)의 거칠기는 상기 기판(210)의 기존 표면과 동일한 수준이여야 하며, 그 이유는 최종 결과물에 의하여 진동판(270,310)의 하단 면이 희생층과 집적되어 거칠기 정도가 그대로 유지될 경우 상기 진동판의 진동유형이 변화할 수 있으며, 이는 진동변이 변화에 의해 우수한 음향감도 확보에 영향을 미칠 수 있다.Roughness of the surface 411 of the sacrificial layer should be the same level as the existing surface of the substrate 210, because the bottom surface of the diaphragm (270, 310) is integrated with the sacrificial layer by the final result as the roughness is intact When maintained, the vibration type of the diaphragm may change, which may affect the securing of excellent acoustic sensitivity by changing the vibration variation.

이후 메탈 스퍼터링(metal sputtering) 기법에 의한 금속막 형성 후 포토 레지스터 패터닝에 의하여 상기 진동판이 형성되며, 상기 진동판의 외부에 노출된 희생층은 등방성 식각을 통하여 제거된다. 이 경우에 상기 진동판(310)은 진동판 내 관통홀(320)을 구비함으로써 식각율을 증가시켜 보다 신속한 식각을 유도할 수 있다Subsequently, the diaphragm is formed by photoresist patterning after forming a metal film by a metal sputtering technique, and the sacrificial layer exposed to the outside of the diaphragm is removed through isotropic etching. In this case, the diaphragm 310 may include a through hole 320 in the diaphragm to increase the etching rate, thereby inducing faster etching.

도 6(a) 및 (b)의 각각은 도 2의 멤스(MEMS) 마이크로폰의 현미경 정면 사진 및 상부의 진동판을 제거한 상태의 현미경 정면 사진이고, 도 7(a) 및 (b)의 각각은 도 3의 멤스(MEMS) 마이크로폰의 현미경 정면 사진 및 상부의 진동판을 제거한 상태의 현미경 정면 사진이고, 도 8은 도 1 및 도 2의 멤스(MEMS) 마이크로폰이 희생층을 형성한 상태의 수직 단면의 현미경 사진이다. 6 (a) and 6 (b) are microscopic front photographs of the MEMS microphone of FIG. 2 and microscopic front photographs with the upper diaphragm removed, respectively. A microscope front view photograph of a MEMS microphone of 3 and a microscope front view photograph of a state where an upper vibrating plate is removed, and FIG. 8 is a microscope of a vertical cross section in which a MEMS microphone of FIGS. 1 and 2 forms a sacrificial layer. It is a photograph.

도 6(b) 및 7(b)에서 보여지는 바와 같이, 복수의 주지지대 및 복수의 보조지지대의 상부에는 이중 절연막(SiO2 산화막 및 Si3N4 질화막)이 형성되어 있음을 알 수 있다. 또한, 실리콘 면은 습식 에칭에 의해 수 um의 음향챔버가 형성되어 있고, 복수의 주지지대 및 복수의 보조지지대는 기둥의 형태로 형성되어 있음을 알 수 있다. 또한, 상기 전극판은 하부 단차에 수 um 두께의 반구형 SiO2 산화막 위에 금속으로 형성되어 있는 일체형 전극 접촉부를 구비하고 있다. As shown in FIGS. 6 (b) and 7 (b), it can be seen that double insulating films (SiO 2 oxide film and Si 3 N 4 nitride film) are formed on the plurality of support zones and the plurality of auxiliary supports. In addition, it can be seen that the silicon surface is formed by acoustic etching of several um by wet etching, and the plurality of supporting zones and the plurality of auxiliary supporting supports are formed in the form of pillars. In addition, the electrode plate has an integral electrode contact portion formed of a metal on a hemispherical SiO 2 oxide film having a thickness of several um at a lower step.

도 8에서 보여지는 이중 절연막(SiO2산화막 + Si3N4질화막) 중 Si3N4 질화막의 경우 격층이 발생하지 않은 것으로 보이며, 이는 매우 얇은 두께로 성장되어 있기 때문이다. 상기 음향 챔버에는 희생층이 포함되어 있으며, 상기 사진을 기준으로 상부 진동판이 형성된 후에 상기 희생층을 제거하게 되면 사진의 실선을 기준으로 음향챔버가 형성된다. In the double insulating film (SiO 2 oxide film + Si 3 N 4 nitride film) shown in FIG. 8, it is seen that no gap is generated in the Si 3 N 4 nitride film because it is grown to a very thin thickness. The acoustic chamber includes a sacrificial layer, and when the sacrificial layer is removed after the upper diaphragm is formed based on the photograph, an acoustic chamber is formed based on the solid line of the photograph.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 멤스(MEMS) 마이크로폰(200,300)은 음향 챔버(220)의 기능적인 역할을 상부의 금속 진동판(270,310)을 지지하는 지지대의 구조와 형태에 따라 단지 기판의 상부에만 반도체 공정을 수행하여 멤스(MEMS) 마이크로폰을 제작할 수 있는 우수한 장점이 있다. As described above, the MEMS microphones 200 and 300 according to the embodiments of the present invention merely play a functional role of the acoustic chamber 220 according to the structure and shape of the support for supporting the upper metal diaphragm 270 and 310. There is an excellent advantage in that the MEMS microphone can be manufactured by performing a semiconductor process only on the upper portion of the substrate.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으 로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various modifications, changes and substitutions may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. It will be possible. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are not intended to limit the technical spirit of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by the embodiments and the accompanying drawings. . The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

도 1은 종래 기술에 따른 멤스(MEMS) 마이크로폰의 단면도를 도시한 것이다. 1 illustrates a cross-sectional view of a MEMS microphone according to the prior art.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 멤스(MEMS) 마이크로폰의 정면도 및 단면도를 도시한 것이다. 2 is a front view and a cross-sectional view of a MEMS microphone according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멤스(MEMS) 마이크로폰의 정면도 및 단면도를 도시한 것이다. 3 is a front view and a cross-sectional view of a MEMS microphone according to another embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 멤스(MEMS) 마이크로폰 제조방법의 순서도이다. 4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a MEMS microphone according to an embodiment of the present invention.

도 5는 도 4의 제조방법의 공정에 따른 멤스(MEMS) 마이크로폰의 형성도이다. FIG. 5 is a view illustrating a MEMS microphone according to the process of the manufacturing method of FIG. 4.

도 6(a) 및 (b)의 각각은 도 2의 멤스(MEMS) 마이크로폰의 현미경 정면 사진 및 상부의 진동판을 제거한 상태의 현미경 정면 사진이다. 6 (a) and 6 (b) are microscopic front photographs of the MEMS microphone of FIG. 2 and a front micrograph of the upper diaphragm.

도 7(a) 및 (b)의 각각은 도 3의 멤스(MEMS) 마이크로폰의 현미경 정면 사진 및 상부의 진동판을 제거한 상태의 현미경 정면 사진이다. 7 (a) and 7 (b) are microscopic front photographs of the MEMS microphone of FIG. 3 and the front diaphragm of the upper diaphragm.

도 8은 도 1 및 도 2의 멤스(MEMS) 마이크로폰이 희생층을 형성한 상태의 수직 단면의 현미경 사진이다. FIG. 8 is a micrograph of a vertical cross section of a MEMS microphone of FIGS. 1 and 2 in which a sacrificial layer is formed.

Claims (26)

기판;Board; 상기 기판의 상단에 형성된 음향 챔버;An acoustic chamber formed on top of the substrate; 상기 음향 챔버의 내부에 형성된 복수의 주지지대;A plurality of support zones formed inside the acoustic chamber; 상기 음향 챔버의 바닥면에 형성된 전극판; An electrode plate formed on the bottom surface of the acoustic chamber; 상기 복수의 주지지대에 의해 지지되고 상기 전극판의 상측에 형성된 진동판; 및 A diaphragm supported by the plurality of supporting zones and formed above the electrode plate; And 상기 복수의 주지지대 사이에 형성되어 상기 진동판을 지지하는 복수의 보조지지대를 포함하는 멤스(MEMS) 마이크로폰.MEMS microphones, which are formed between the plurality of support zones and include a plurality of auxiliary supports that support the diaphragm. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 진동판은 복수의 관통 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 멤스(MEMS) 마이크로폰.MEMS microphone, characterized in that the diaphragm is provided with a plurality of through holes. 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 음향 챔버, 상기 복수의 지지대 및 상기 복수의 보조지지대는 상기 기판의 식각에 의해서 상기 기판과 일체형으로 형성된 것을 특징으로 하는 멤스(MEMS) 마이크로폰.And the acoustic chamber, the plurality of supports and the plurality of auxiliary supports are integrally formed with the substrate by etching the substrate. 제4항에 있어서,5. The method of claim 4, 상기 기판은 실리콘 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 멤스(MEMS) 마이크로폰.The MEMS microphone, characterized in that the substrate is made of a silicon material. 제4항에 있어서,5. The method of claim 4, 상기 음향 챔버, 상기 복수의 지지대 및 상기 복수의 보조지지대는 표면에 형성된 질화막을 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스(MEMS) 마이크로폰. MEMS microphone, characterized in that the acoustic chamber, the plurality of support and the plurality of auxiliary support comprises a nitride film formed on the surface. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 복수의 지지대 및 상기 복수의 보조지지대는 상측에서 상기 질화막의 하부에 형성된 산화막을 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스(MEMS) 마이크로폰. MEMS microphone, characterized in that the plurality of support and the plurality of auxiliary support comprises an oxide film formed on the lower portion of the nitride film from the upper side. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 음향 챔버는 상기 전극판과 상기 바닥면 사이에 형성된 돌출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스(MEMS) 마이크로폰.The acoustic chamber further comprises a protrusion formed between the electrode plate and the bottom surface (MEMS) microphone. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 돌출부는 상기 음향 챔버의 바닥면의 중심부에서 반구형으로 돌출되도록 형성된 산화막인 것을 특징으로 하는 멤스(MEMS) 마이크로폰.The protrusion is a MEMS microphone, characterized in that the oxide film formed to protrude in a hemispherical shape in the center of the bottom surface of the acoustic chamber. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 진동판은 가장자리에서 돌출되어 일체형으로 형성된 복수의 제1 접촉단자를 구비하는 것을 특징으로 하는 포함하는 멤스(MEMS) 마이크로폰. The MEMS microphone includes a plurality of first contact terminals protruding from the edge and formed integrally with each other. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 전극판은 가장자리에서 연장된 일체형의 제2 접촉단자를 구비하는 것을 특징으로 하는 포함하는 멤스(MEMS) 마이크로폰. And said electrode plate has an integral second contact terminal extending from an edge thereof. 제2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 복수의 주지지대는 하측에서 상기 전극판과 인접하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 멤스(MEMS) 마이크로폰.MEMS microphones, characterized in that the plurality of supporting zones are formed adjacent to the electrode plate on the lower side. 제2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 복수의 관통홀 가운데 하나는 상기 진동판의 중심부에 형성되며, 나머지는 상기 진동판의 가장자리에 형성되는 것을 특징으로 하는 멤스(MEMS) 마이크로폰.One of the plurality of through holes is formed in the center of the diaphragm, the other is a MEMS microphone, characterized in that formed on the edge of the diaphragm. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 진동판 및 상기 전극판은 Ti, Au, Cu, Al, Pt 및 TiN 중 어느 하나의 재질로 형성된 금속막인 것을 특징으로 하는 멤스(MEMS) 마이크로폰.MEMS microphone, characterized in that the diaphragm and the electrode plate is a metal film formed of any one material of Ti, Au, Cu, Al, Pt and TiN. a) 기판 상면에 음향 챔버와 복수의 주지지대를 형성하는 단계;a) forming an acoustic chamber and a plurality of support zones on the substrate; b) 상기 음향 챔버의 바닥면의 중심부에 전극판을 형성하는 단계;b) forming an electrode plate in the center of the bottom surface of the acoustic chamber; c) 상기 기판의 상면 및 상기 음향 챔버에 희생층을 형성하는 단계;c) forming a sacrificial layer on an upper surface of the substrate and on the acoustic chamber; d) 상기 희생층의 상측 일부를 제거한 후에 상기 전극판의 상측에서 상기 주지지대에 의하여 지지되는 진동판을 형성하는 단계; 및d) forming a diaphragm supported by the support zone above the electrode plate after removing the upper portion of the sacrificial layer; And e) 상기 희생층을 제거하는 단계e) removing the sacrificial layer 을 포함하는 멤스(MEMS) 마이크로폰 제조방법.MEMS (MEMS) microphone manufacturing method comprising a. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 d) 단계에서는, In step d), 상기 진동판 상에 복수의 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 멤스(MEMS) 마이크로폰 제조방법.MEMS microphone manufacturing method characterized in that a plurality of through-holes are formed on the diaphragm. 제15항 또는 제16항에 있어서,The method according to claim 15 or 16, 상기 a) 단계는,Step a) is 상기 복수의 주지지대 사이에 복수의 보조지지대를 더 형성하는 것을 특징으 로 하는 멤스(MEMS) 마이크로폰 제조방법.MEMS microphone manufacturing method, characterized in that further forming a plurality of auxiliary support between the plurality of support. 제17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 a) 단계는,Step a) is 상기 기판의 표면에 산화막을 형성하는 단계;Forming an oxide film on the surface of the substrate; 상기 산화막을 패터닝한 후 식각으로 상기 음향 챔버, 상기 복수의 주지지대 및 상기 복수의 보조지지대를 형성하는 단계; 및Forming the acoustic chamber, the plurality of support zones, and the plurality of auxiliary supports by etching after patterning the oxide film; And 상기 음향 챔버, 상기 복수의 주지지대 및 상기 복수의 보조지지대의 표면에 질화막을 형성하는 단계Forming a nitride film on surfaces of the acoustic chamber, the plurality of support zones, and the plurality of auxiliary supports; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스(MEMS) 마이크로폰 제조방법.MEMS microphone manufacturing method comprising a. 제18항에 있어서,The method of claim 18, 상기 a) 단계는,Step a) is 상기 복수의 주지지대 및 상기 복수의 보조지지대는 상기 음향 챔버의 내부에 형성되며, 양 지지대의 높이가 동일하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 멤스(MEMS) 마이크로폰 제조방법.The plurality of support and the plurality of auxiliary support is formed in the interior of the acoustic chamber, characterized in that the height of both supports are formed (MEMS) microphone, characterized in that. 제18항에 있어서,The method of claim 18, b) 단계는,b) step, 상기 음향 챔버의 중심부의 질화막을 제거한 후 반구형상의 산화막을 형성하 는 단계; 및Removing the nitride film in the center of the acoustic chamber and forming a hemispherical oxide film; And 상기 반구형상의 산화막 위에 금속막인 상기 전극판을 형성하는 단계 Forming the electrode plate, which is a metal film, on the hemispherical oxide film 를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스(MEMS) 마이크로폰 제조방법.MEMS (MEMS) microphone manufacturing method comprising a. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 진동판 및 상기 전극판은 메탈 스퍼터링 기법에 의하여 형성된 금속막이며, Ti, Au, Cu, Al, Pt 및 TiN 중 어느 하나의 재질인 것을 특징으로 하는 멤스(MEMS) 마이크로폰 제조방법.The diaphragm and the electrode plate is a metal film formed by a metal sputtering technique, MEMS microphone manufacturing method characterized in that the material of any one of Ti, Au, Cu, Al, Pt and TiN. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 진동판 및 상기 전극판은 가장자리에 전원 공급을 위한 일체형의 접촉 단자를 형성하는 것을 특징으로 하는 멤스(MEMS) 마이크로폰 제조방법.The diaphragm and the electrode plate is a MEMS microphone manufacturing method characterized in that to form an integral contact terminal for power supply at the edge. 제16항에 있어서,The method of claim 16, 상기 a) 단계에서는, In step a), 상기 복수의 주지지대가 하측에서 상기 전극판과 인접하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 멤스(MEMS) 마이크로폰 제조방법.MEMS microphone manufacturing method, characterized in that the plurality of supporting zones are formed adjacent to the electrode plate on the lower side. 제18항에 있어서,The method of claim 18, 상기 c) 단계에서는, In step c), 상기 희생층이 상기 음향 챔버 깊이의 1 배 보다 크고 1.5배 이하의 두께로 상기 복수의 주지지대, 상기 복수의 보조지지대 및 상기 음향 챔버를 커버하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 멤스(MEMS) 마이크로폰 제조방법.And the sacrificial layer is formed to cover the plurality of support zones, the plurality of auxiliary supports, and the acoustic chamber with a thickness greater than 1 times and 1.5 times the depth of the acoustic chamber. . 제23항에 있어서,24. The method of claim 23, 상기 d) 단계에서는,In step d), 상기 복수의 주지지대 및 상기 복수의 보조지지대의 상면의 질화막이 노출되도록 상기 희생층의 상측 일부가 제거되는 것을 특징으로 하는 멤스(MEMS) 마이크로폰 제조방법.And a portion of an upper side of the sacrificial layer is removed so that the nitride films on the upper surfaces of the plurality of support zones and the plurality of auxiliary support blocks are exposed. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 희생층은 폴리 실리콘(poly-silicon) 계열의 플라즈마를 포함한 등방성 에칭 가스에 의해 식각 처리가 용이한 재질인 것을 특징으로 하는 멤스(MEMS) 마이크로폰 제조방법.The sacrificial layer is a MEMS microphone manufacturing method, characterized in that the material is easily etched by an isotropic etching gas containing a poly-silicon-based plasma.
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