KR100513424B1 - 음향 감지 소자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음향 감지 소자의 제조방법에 관한 것으로, 다층 기판에 음향 감지 소자의 하부전극을 형성하고; 전면을 감싸며 제 1 포토레지스트층을 형성하고 식각하여 상기 하부전극과 이격된 부분에 복수개의 요홈들을 형성하고; 상기 제 1 포토레지스트층과 복수개의 요홈들을 감싸며 금속으로 이루어진 종자층(Seed layer)을 형성하고, 상기 종자층 상부에 제 2 포토레지스트층을 형성하고; 상기 제 2 포토레지스트층의 일부를 제거하여 음향 감지 소자의 지지부를 형성하기 위한 상기 복수개의 요홈 영역을 형성하고, 상기 복수개의 요홈들과 이격된 상기 하부전극 상측에 음향 감지 소자의 공기유입구들을 형성하기 위한 복수개의 작은 요홈들을 형성하고; 상기 복수개의 요홈과 복수개의 작은 요홈들에 금속층을 증착하고; 상기 다층 기판의 하부를 제거하여 상기 하부전극의 하측에 멤브레인(Membrane)을 형성하고; 상기 제 1과 2 포토레지스트층과 종자층 일부를 제거하여 복수개의 공기유입구를 갖으며, 복수개의 지지부에 지지되어 부상되는 상부전극을 형성하여 제조함으로써, 금속층으로 두께가 얇은 상부전극을 형성할 수 있어 제조 비용을 줄일 수 있으며, MEMS(Micro Electro Mechanical System)공정기술로 제조하여 초소형 소자를 구현할 수 있다.

Description

음향 감지 소자의 제조방법{Method for manufacturing acoustic transducer}

본 발명은 음향 감지 소자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 두꺼운 상부전극을 형성하지 않고 도금 공정을 통해 금속층으로 형성하여 제조 비용을 줄일 수 있으며, MEMS(Micro Electro Mechanical System)공정기술로 제조함으로서 초소형의 소자를 구현할 수 있는 음향 감지 소자의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전기 통신의 급속한 발전으로 음성을 전기적인 신호로 변환하는 마이크로폰은 점점 소형화되어 가고 있다.

이러한 마이크로폰은 진동판에 전달되는 음향으로 인해 진동판과 고정 전극간의 거리가 변화하며 그로 인해 진동판 위에 형성된 하부 전극과 고정 전극 간의 정전용량의 변화로부터 전기적인 신호로 변화시키는 콘덴서형이 주로 사용되고 있다.

종래 기술에 따른 콘덴서 마이크로폰은 진동판, 상대전극, 신호처리용 인쇄회로기판 등 다양한 요소들은 각각 제조한 후, 조립하는 방법을 사용하고 있어 소형화가 어렵다.

이를 개선하기 위해서, 진동판과 전극 등의 음향 감지 소자 부분을 모두 반도체 공정을 이용하여 한 기판 상에 제조하였다.

이러한 반도체 공정으로 음향 감지 소자를 제조하는 것은 폴리이미드를 진동판과 상부전극을 고정시키는 구조체 역할을 하도록 하고, 알루미늄, 산화실리콘과 다공질 실리콘막을 희생층으로 사용하여 다결정 실리콘 또는 질화실리콘막을 부상시키고, 다결정 실리콘 또는 질화실리콘막으로 상부전극을 구성하며, 단결정 실리콘막을 진동판으로 사용하는 등 다양한 방법이 시도되었다.

그러나, 폴리이미드 등 유기물을 구조체로 사용하는 경우, 온도, 습도 등 외부 환경 변화로 인해 감도가 달라지는 단점이 있었고, 알루미늄, 산화실리콘, 다공질 실리콘 등을 희생층으로 사용하면, 식각액이 강한 부식성을 띠기 때문에 다른 부분의 부식 및 상하부 전극의 접합현상이 일어나 수율이 저하되는 문제점을 야기시킨다.

더불어, 다결정 실리콘, 질화실리콘막 등으로 상부전극을 구성하는 경우, 상부전극은 진동판의 두께에 비해 훨씬 두꺼워야 음향효율이 높아지나 이러한 공정은 공정 시간이 매우 길고 가격이 비싸기 때문에 마이크로폰 제조 비용을 높이게 된다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 두꺼운 상부전극을 형성할 때 도금에 의한 금속층으로 제작하여 제조 비용을 줄일 수 있으며, MEMS(Micro Electro Mechanical System)공정기술을 이용하여 제조함으로서 초소형의 소자를 구현할 수 있는 음향 감지 소자의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 실리콘 기판의 표면에 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 순차적으로 형성하는 제 1 단계와;

상기 실리콘 기판 상부에 있는 실리콘 질화막 상부의 일부 영역에 음향 감지 소자의 하부전극을 형성하는 제 2 단계와;

상기 실리콘 질화막과 하부전극을 감싸며 제 1 포토레지스트층을 형성하고, 상기 제 1 포토레지스트층을 식각하여 상기 하부전극과 이격된 부분에 복수개의 요홈들을 형성하는 제 3 단계와;

상기 제 1 포토레지스트층과 복수개의 요홈들을 감싸며 금속으로 이루어진 종자층(Seed layer)을 형성하는 제 4 단계와;

상기 종자층 상부에 제 2 포토레지스트층을 형성하고 그 일부를 제거하여 상부전극의 지지부 및 전극 패드를 형성하기 위한 상기 복수개의 요홈 영역을 형성하고, 상기 복수개의 요홈들과 이격된 상기 하부전극 상측에 음향 감지 소자의 공기유입구들을 형성하기 위한 복수개의 작은 요홈들을 형성하는 제 5 단계와;

상기 복수개의 요홈과 복수개의 작은 요홈들에 금속층을 도금하는 제 6 단계와;

상기 실리콘 기판의 하부에 있는 실리콘 질화막, 실리콘 산화막과 실리콘 기판의 일부를 순차적으로 제거하여 식각하여 그 일부를 상기 하부전극의 하측에 있는 상기 실리콘 산화막과 실리콘 질화막이 부상된 멤브레인(Membrane)을 형성하는 제 7 단계와;

상기 제 1과 2 포토레지스트층과 종자층의 일부를 제거하여 복수개의 공기유입구를 갖으며, 복수개의 지지부에 지지되어 부상되는 상부전극을 형성하는 제 8 단계로 구성된 음향 감지 소자의 제조방법이 제공된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1a 내지 1j는 본 발명에 따른 음향 감지 소자의 제조 공정도로써, 먼저, 실리콘 기판(100)의 표면에 실리콘 산화막(110,111)과 실리콘 질화막(120,121)을 순차적으로 형성한다.(도 1a)

그 후에, 상기 실리콘 기판(100) 상부에 있는 실리콘 질화막(120)의 상부에 금속층(130)을 형성하고(도 1b), 상기 금속층(130)을 식각하여 음향 감지 소자의 하부전극(131)을 형성하거나 혹은 리프트 오프나 새도우 마스크 등으로 미리 선택적인 영역에만 금속층이 형성하도록 하여 하부 전극을 형성한다.(도 1c)

연이어, 상기 금속층(130)이 식각되어 노출된 실리콘 질화막(120)과 상기 하부전극(131)을 감싸며 제 1 포토레지스트층(140)을 형성하고(도 1d), 상기 제 1 포토레지스트층(140)을 식각하여 상기 하부전극(131)과 이격된 부분에 복수개의 요홈(150)들을 형성한다.(도 1e)

그 다음, 상기 제 1 포토레지스트층(140)과 복수개의 요홈(150)들을 감싸며 금속으로 이루어진 종자층(Seed layer)(160)을 형성하고(도 1f), 상기 종자층(160) 상부에 제 2 포토레지스트층(170)을 형성한 후, 상기 제 2 포토레지스트층(170)의 일부를 제거하여 음향 감지 소자의 지지부를 형성하기 위한 상기 복수개의 요홈(176) 영역을 형성하고, 상기 복수개의 요홈(150)들과 이격된 상기 하부전극(131) 상측에 음향 감지 소자의 공기유입구들을 형성하기 위한 복수개의 작은 요홈들(175)을 형성한다.(도 1g)

이어서, 상기 복수개의 요홈(176)과 복수개의 작은 요홈(175)들에 금속층(180)을 도금한다.(도 1h)

계속하여, 상기 실리콘 기판(100)의 하부에 있는 실리콘 질화막(121), 실리콘 산화막(111)과 실리콘 기판(100)의 일부를 순차적으로 제거한다.(도 1i)

이 때, 상기 하부전극(131)의 하측에 있는 상기 실리콘 산화막(110)과 실리콘 질화막(121)이 부상되어 멤브레인(Membrane)이 형성된다.

마지막으로, 상기 제 1과 2 포토레지스트층(140,170)과 종자층의 일부를 제거하면 복수개의 공기유입구(191)를 갖으며, 복수개의 지지부에 지지되어 부상되는 상부전극(190)이 형성된다.(도 1j)

여기서, 상기 공기유입구(191)는 부상된 상부전극(190) 영역에 형성되며, 상기 상부전극(190) 내측으로 이격된 상기 멤브레인 상부에는 하부전극(131)이 형성된다.

전술된 공정으로 제조된 본 발명의 음향 감지 소자는 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(400)에 지지되어 부상된 상부전극(310)과, 상기 기판(400) 면에 형성되며 상기 상부전극(310)과 이격되어 상기 기판(400) 면에 형성된 하부전극(320)으로 구성된다.

상기 상부전극(310)의 부상된 영역에는 복수개의 공기유입구(311)들이 형성되어 있고, 상기 상부전극(310)은 전극패드(312)와 연결되어 있다.

그리고, 상기 하부전극(320)도 전극패드(322)와 연결되어 있다.

본 발명은 전술된 바와 같은 제조 공정을 수행하여 콘덴서 마이크로폰의 음향 감지 구조부가 제조되며, 음향 감지 소자를 메탈캔 혹은 전자기 차폐처리된 세라믹 혹은 플라스틱 패키지에 삽입, 고정시킨 후, 필요할 경우 회로 소자를 추가하여 전극을 연결하고 음향이 들어갈 수 있는 부분을 제외하고는 밀봉하여 패키징함으로써 콘덴서 마이크로폰을 제작한다.

그리고, 음향 감지 소자의 제조 공정이 진행되기 전에 부가적인 회로의 집적화를 위해 CMOS, bipolar, biCMOS 공정 등이 선행할 수 있다.

본 발명은 종래 기술과 같이 다결정 실리콘 및 질화산화막 등으로 이루어진 두꺼운 상부전극을 형성하지 않고 도금 공정으로 금속 상부전극을 형성함으로써 제조 비용을 줄일 수 있으며, MEMS(Micro Electro Mechanical System)공정기술을 이용하여 제조함으로써 초소형의 소자를 구현할 수 있는 효과가 발생한다.

본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

도 1a 내지 1j는 본 발명에 따른 음향 감지 소자의 제조 공정도이다.

도 2는 도 1j의 평면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 실리콘 기판 110,111 : 실리콘 산화막

120,121 : 실리콘 질화막 130,180 : 금속층

131,320 : 하부전극 140,170 : 포토레지스트층

150,175,176 : 요홈 160 : 종자층(Seed layer)

190,310 : 상부전극 191,311 : 공기유입구

140,170 : 포토레지스트층 400 : 기판

Claims (2)

1. 실리콘 기판의 상, 하부 각각에 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 순차적으로 형성하는 제 1 단계와;

   상기 실리콘 기판 상부에 있는 실리콘 질화막 상부의 일부 영역에 음향 감지 소자의 하부전극을 형성하는 제 2 단계와;

   상기 실리콘 질화막과 하부전극을 감싸며 제 1 포토레지스트층을 형성하고, 상기 제 1 포토레지스트층을 식각하여 상기 하부전극과 이격된 부분에 복수개의 요홈들을 형성하는 제 3 단계와;

   상기 제 1 포토레지스트층과 복수개의 요홈들을 감싸며 금속으로 이루어진 종자층(Seed layer)을 형성하는 제 4 단계와;

   상기 종자층 상부에 제 2 포토레지스트층을 형성하고 그 일부를 제거하여 음향 감지 소자의 지지부 및 전극패드를 형성하기 위한 상기 복수개의 요홈 영역을 형성하고, 상기 복수개의 요홈들과 이격된 상기 하부전극 상측에 음향 감지 소자의 공기유입구들을 형성하기 위한 복수개의 작은 요홈들을 형성하는 제 5 단계와;

   상기 복수개의 요홈과 복수개의 작은 요홈들에 금속층을 도금하는 제 6 단계와;

   상기 실리콘 기판의 하부에 있는 실리콘 질화막, 실리콘 산화막과 실리콘 기판을 순차적으로 식각하여 그 일부를 제거하여 상기 하부전극의 하측에 있는 상기 실리콘 산화막과 실리콘 질화막이 부상된 멤브레인(Membrane)을 형성하는 제 7 단계와;

   상기 제 1과 2 포토레지스트층과 종자층 일부를 제거하여 복수개의 공기유입구를 갖으며, 복수개의 지지부에 지지되어 부상되는 상부전극을 형성하는 제 8 단계로 구성된 음향 감지 소자의 제조방법.
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