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KR102311446B1 - 이중 백플레이트 및 다이어프램 마이크로폰 - Google Patents

이중 백플레이트 및 다이어프램 마이크로폰 Download PDF

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KR102311446B1
KR102311446B1 KR1020190117686A KR20190117686A KR102311446B1 KR 102311446 B1 KR102311446 B1 KR 102311446B1 KR 1020190117686 A KR1020190117686 A KR 1020190117686A KR 20190117686 A KR20190117686 A KR 20190117686A KR 102311446 B1 KR102311446 B1 KR 102311446B1
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microphone
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웬-투안 로
치아-후아 츄
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타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드
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Abstract

MEMS 마이크로폰은 개구부를 갖는 기판과, 제1 다이어프램과, 제1 백플레이트와, 제2 다이어프램과, 제2 백플레이트를 포함한다. 제1 다이어프램은 기판 내의 개구부와 대면한다. 제1 백플레이트는 복수의 수용 개구부를 포함하고 제1 다이어프램으로부터 이격되어 있다. 제2 다이어프램은 제1 백플레이트 내의 수용 개구부를 통과한 기둥부에 의해 다수의 위치에서 제1 다이어프램과 함께 접합된다. 제1 백플레이트는 제1 다이어프램와 제2 다이어프램 사이에 위치한다. 제2 백플레이트는 적어도 하나의 통기구(vent hole)를 포함하고 제2 다이어프램과 이격되어 있다. 제2 다이어프램은 제1 백플레이트와 제2 백플레이트 사이에 위치한다.

Description

이중 백플레이트 및 다이어프램 마이크로폰{DUAL BACK-PLATE AND DIAPHRAGM MICROPHONE}
<관련 출원의 참조>
본 출원은 2018년 9월 27일에 출원한 미국 가출원 번호 제62/737,245호에 대해 우선권을 주장하며, 이 우선권 출원의 내용은 그 전체가 본 명세서에 원용된다.
<배경>
MEMS 마이크로폰은 일반적으로 전도성 다이어프램(diaphragm)과, 전도성 다이어프램으로부터 이격된 전도성 백플레이트를 포함한다. 전도성 다이어프램이 음파 에너지에 의해 변형될 때에, 전도성 다이어프램과 전도성 백플레이트 사이에서 커패시턴스 변화가 검출될 수 있다. MEMS 마이크로폰에 의해, 이 커패시턴스 변화를 감지함으로써 음파가 전기 신호로 변환될 수 있다.
본 개시내용의 양태들은 첨부 도면을 참조한 이하의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 해당 산업계의 표준 관행에 따라, 다양한 피처를 비율에 따라 도시하지는 않는다. 사실상, 다양한 피처의 치수는 설명의 편의상 임의대로 확대 또는 축소될 수 있다.
도 1a는 MEMS 마이크로폰 내의 다이어프램의 평면도이다.
도 1b는 기판 상에 제조되는 MEMS 마이크로폰을 보여주는 단면도이다.
도 2은 일부 실시형태에 따른 이중 다이어프램을 구비한 MEMS 마이크로폰의 단면도이다.
도 3a는 일부 실시형태에 따른 평면 내에서 보여지는 제1 다이어프램의 개략도이다.
도 3b는 일부 실시형태에 따른 평면 내에서 보여지는 제1 백플레이트의 개략도이다.
도 3a는 일부 실시형태에 따른 평면 내에서 보여지는 제2 다이어프램의 개략도이다.
도 3d는 일부 실시형태에 따른 평면 내에서 보여지는 제2 백플레이트의 개략도이다.
도 3e는 일부 실시형태에 따른 평면 내에서 보여지는 통기구(vent hole)의 다른 레이아웃을 갖는 제2 백플레이트의 개략도이다.
도 4는 일부 실시형태에 따른 제조 공정 중에 생성되는 중간 제품인 디바이스 구조의 단면도이다.
도 5a 내지 도 5d는 일부 실시형태에 따른 MEMS 마이크로폰의 일 제조 방법을 보여주기 위한 디바이스 구조의 단면도이다.
도 6a 내지 도 6d는 일부 실시형태에 따른 MEMS 마이크로폰의 다른 제조 방법을 보여주기 위한 디바이스 구조의 단면도이다.
이하의 설명에서는 제공하는 청구 대상의 상이한 특징을 구현하기 위해 다수의 상이한 실시형태 또는 예를 제공한다. 본 개시내용을 단순화하기 위해 구성요소 및 구성의 특정 실시예에 대해 후술한다. 물론 이들은 예밀봉 뿐이며, 한정되는 것을 목적으로 하지 않는다. 예를 들어, 이어지는 설명에 있어서 제2 피처 위(over) 또는 상(on)의 제1 피처의 형성은 제1 및 제2 피처가 직접 접촉으로 형성되는 실시형태를 포함할 수도 있고, 제1 및 제2 피처가 직접 접촉하지 않도록 제1 및 제2 피처 사이에 추가 피처가 형성될 수 있는 실시형태도 또한 포함할 수 있다. 또한, 본 개시내용은 다양한 실시예에서 참조 번호 및/또는 문자를 반복할 수 있다. 이 반복은 단순화 및 명확화를 위한 것이며, 그 자체가 설명하는 다양한 실시형태 및/또는 구성 사이의 관계를 지시하지 않는다.
또한, "아래(beneath)", "밑(below)", "하위(lower)", "위(above)", "상위(upper)" 등의 공간 관련 용어는 도면에 나타내는 바와 같이 한 요소 또는 피처와 다른 요소(들) 또는 피처(들)와의 관계를 설명함에 있어서 설명의 용이성을 위해 본 명세서에 사용될 수 있다. 공간 관련 용어는 도면에 나타내는 방향 외에, 사용 또는 동작 시의 디바이스의 상이한 방향도 포함하는 것을 의도한다. 장치는 다른 식으로 지향(90도 또는 다른 방향으로 회전)될 수 있으며 본 명세서에 사용한 공간 관련 기술자(descriptor)는 그에 따라 마찬가지로 해석될 수 있다.
반도체 디바이스 제조 방법을 사용하여 수많은 MEMS(micro-electromechanical system) 디바이스가 제조될 수 있다. 이들 MEMS 디바이스의 예는 예컨대 도 1a 내지 도 1b에 도시하는 MEMS 마이크로폰(90)과 같은 MEMS 마이크로폰을 포함한다. 도 1b는 기판(40) 상에 제조되는 MEMS 마이크로폰(90)을 보여주는 단면도이다. MEMS 마이크로폰(90)은 백플레이트(60)와, 백플레이트(60)로부터 이격되어 있는 다이어프램(50)을 포함한다. 백플레이트(60)와 다이어프램(50) 둘 다는 전기 전도성일 수 있으며 용량성 엘리먼트를 형성한다. 백플레이트(60)에 전기 접속된 전기 컨택(82)이 용량성 엘리먼트의 제1 단자를 형성하고, 다이어프램(50)에 전기 접속된 전기 컨택(84)이 용량성 엘리먼트의 제2 단자를 형성한다.
도 1a는 도 1b의 MEMS 마이크로폰(90)의 다이어프램(50)의 평면도이다. 다이어프램(50)의 단면 A-A'이 도 1b에 도시된다. 다이어프램(50)은 다이어프램(50) 상에 분포된 다수의 통기구(vent hole)(55)(예컨대, 도시된 바와 같은 통기구)를 포함한다. 다이어프램(50)은 다이어프램(50)의 경계 근방에 위치한 하나 이상의 앵커 영역(58)도 포함한다. 앵커 영역(58)에 의해, 다이어프램(50)의 경계는 백플레이트(60)에 대해 고정되며, 다이어프램과 백플레이트 사이의 갭은 다이어프램(50)의 중심에서 그리고 앵커 영역(58)로부터 어느 정도 떨어져 있는 다이어프램 상의 다른 위치에서 변할 수 있다. 기판(40) 내의 개구부(45)를 통해 음파가 다이어프램(50)에 압력을 가할 때에, 음파의 에너지에 의해 다이어프램(50)이 변형되어 다이어프램(50)은 백플레이트(60) 쪽으로 또는 그 반대 쪽으로 휘어질 수 있다. 백플레이트(60)는 다수의 개방 영역(65)을 갖는다. 다이어프램(50)과 백플레이트(60) 사이에는 공기 체적 공간(air volume space)(75)이 존재한다. 다이어프램(50)이 백플레이트(60) 쪽으로 또는 그 반대 쪽으로 휘어질 때에, 백플레이트(60) 상의 개방 영역(65)에 의해 그리고/또는 다이어프램(50) 상의 통기구(55)에 의해 형성된 공기 통로를 통해 공기 체적 공간(75)으로 공기가 유입되거나 그 공간(75)으로부터 공기가 배출될 수 있다.
음파로 인해 야기되는 백플레이트(60)에 대한 다이어프램(50)의 휘어짐 운동이 다이어프램(50)과 백플레이트(60) 사이에서 용량성 엘리먼트의 커패시턴스를 변화시킨다. 이러한 커패시턴스의 변화는 전기 컨택(82)과 전기 컨택(84)에 의해 측정될 수 있다. 음파에 의해 다이어프램(50) 상에 가해지는 동일한 양의 공기압에 대해, 다이어프램(50)의 강성(rigidity)이 감소하면, 음파로 인한 다이어프램(50)의 휘어짐량이 증가하고 커패시턴스의 유도된 변화도 상승한다. 즉, 다이어프램(50)의 강성의 저하는 MEMS 마이크로폰(90)의 감도를 개선시킨다. 다이어프램(50)의 강성은 다이어프램을 제조하는 재료를 선택함으로써 또는 다이어프램의 두께(도 1b에 표시하는 "t")를 줄임으로써 저하될 수 있다.
MEMS 마이크로폰(90) 내의 다이어프램(50)은 일반적으로 에어 블로우 테스트를 견뎌내야 한다. 예를 들어, 에어 블로우 테스트에서 다이어프램(50)에 가해지는 공기압이 약 0.2 Mpa일 경우, 다이어프램(50)이 파손될 가능성은 허용되는 통계 기준 하에서 통계적으로 무시될 것이다. 다이어프램(50)의 강성이 상승하면 다이어프램(50)의 파손 가능성을 줄일 수 있겠지만, 이러한 강성의 상승은 또한 MEMS 마이크로폰(90)의 감도도 저하시킨다. 대안의 방법에서는, 전체 개방율(open ratio)을 증가시키기 위해 통기구(55)의 크기를 늘리고 그리고/또는 통기구(55)의 총 수를 늘리는 것도 다이어프램(50)의 파손 가능성을 줄일 수 있다. 그러나 이러한 개방율 증가라는 척도도 MEMS 마이크로폰(90)의 감도를 저하시키는데, 이 척도가 감지 영역을 줄이기 때문이다. 뿐만 아니라, 개방율을 증가시키면 MEMS 마이크로폰(90)의 낮은 코너 주파수를 상승시켜 저주파수 음파에 대해 덜 민감하게 한다. MEMS 마이크로폰의 감도 손실 없이 다이어프램이 에어 블로우 테스트를 통과할 수 있는 가능성을 높이는 것이 바람직하다.
또한, 입자 및/또는 증기가 다이어프램(50)과 백플레이트(60) 사이의 공기 체적 공간(75)에 유입될 때에, 백플레이트(60)에 대한 다이어프램(50)의 물리적 운동이 스틱션 효과(stiction effect)로 인해 저지될 수 있으며, 이것은 MEMS 마이크로폰의 감도 저하를 야기한다. 스틱션 효과는 MEMS 마이크로폰이 불안정 및/또는 비일관성으로 보이게 할 수도 있다. 스틱션 효과의 영향을 줄이기 위해 다이어프램(50) 및/또는 플레이트(60)에 딤플 구조(dimple structure) 및 표면 처리를 사용하는 방법이 있지만, 이들 방법마저도 효과가 없을 수도 있다. MEMS 마이크로폰의 성능에 미치는 스틱션 효과의 영향을 줄이기 위한 더 많은 기술이 필요하다.
도 2는 일부 실시형태에 따른 이중 다이어프램을 구비한 MEMS 마이크로폰의 단면도이다. 도 2에서, MEMS 마이크로폰(100)은 기판(40), 제1 다이어프램(101), 제2 다이어프램(102), 제1 백플레이트(111), 및 제2 백플레이트(112)를 포함한다. 일부 실시형태에서, 제1 다이어프램(101)과 제1 백플레이트(111)는 둘 다 전도성이며 제1 용량성 엘리먼트의 2개의 전도성 단자를 형성하고, 제2 다이어프램(102)과 제2 백플레이트(112)는 둘 다 전도성이며 제2 용량성 엘리먼트의 2개의 전도성 단자를 형성한다.
도 3a는 일부 실시형태에 따른 평면(A-A') 내에서 보여지는 제1 다이어프램(101)의 개략도이다. 도 3b는 일부 실시형태에 따른 평면(B-B') 내에서 보여지는 제1 백플레이트(111)의 개략도이다. 도 3c는 일부 실시형태에 따른 평면(C-C') 내에서 보여지는 제2 다이어프램(102)의 개략도이다. 도 3d는 일부 실시형태에 따른 평면(D-D') 내에서 보여지는 제2 백플레이트(112)의 개략도이다. V-V' 평면에 따른 제1 다이어프램(101), 제1 백플레이트(111), 제2 다이어프램(102), 및 제2 백플레이트(112)의 단면이 도 2에 도시된다. 기판(40) 및 다른 재료층의 단면도 도 2에 도시되고 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 기판(40)은 개구부(45)를 포함한다. 일부 실시형태에서, 기판(40)은 단결정 실리콘 기판 또는 SOI(semiconductor-on-insulator) 기판(예컨대, 실리콘-온-절연체 기판)일 수 있다. 예를 들어, 기판(40)은 실리콘, 유리, 실리콘 이산화물, 알루미늄 산화물, 또는 이들의 조합일 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, CMOS 회로가 실리콘 기판 상에 제조될 수 있다.
제1 다이어프램(101)은 기판(40)의 개구부(45)에 대면해 있다. 일부 실시형태에서, 기판(40) 및 제1 다이어프램(101)의 전도성층 사이에 베이스 산화물층(70)이 형성된다. 제1 백플레이트(111)로부터 이격되어 있는 제1 다이어프램(101)은 제1 다이어프램(101)과 제1 백플레이트(111) 사이의 제1 빈공간(161)을 둘러싸는 제1 경계에서 제1 밀봉 구조(141)에 의해 제1 백플레이트(101)와 접합된다. 제1 백플레이트(111)는 기둥부(120)가 통과할 수 있는 다수의 수용 개구부(accommodating-opening)(115)를 갖는다. 제2 다이어프램(102)은 제1 백플레이트(111) 내의 수용 개구부(115)를 통과한 기둥부(120)에 의해 다수의 위치에서 제1 다이어프램과 함께 접합된다. 제1 백플레이트(111)는 제1 다이어프램(101)과 제2 다이어프램(102) 사이에 위치한다. 본원에 사용하는 용어인 "빈공간(empty space)"은 그 공간에 원자가 모두 없는 것을 의미하는 것이 아니라 그 공간이 진공, 유체 또는 가스(예를 들어, 공기 또는 질소)에 상응함을 시사하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
제2 다이어프램(102)은 제2 다이어프램(102)과 제1 백플레이트(111) 사이의 제2 빈공간(162)을 둘러싸는 제2 경계에서 제2 밀봉 구조(142)에 의해 제1 백플레이트(111)와 접합된다. 제1 백플레이트(111)와 제2 백플레이트(112) 사이에 위치한 제2 다이어프램(102)은 제2 다이어프램(102)과 제2 백플레이트(112) 사이의 제3 빈공간(163)을 둘러싸는 제3 경계에서 제3 밀봉 구조(143)에 의해 제2 백플레이트(112)와 접합된다. 제2 다이어프램(102)은 제2 빈공간(162)과 제3 빈공간(163) 사이에 공기 접속부를 형성하는 다수의 개구부(105)를 갖는다.
도 2에 도시한 실시형태에서는, 제2 백플레이트(112)의 일측에 다수의 챔버(130)가 위치한다. 일부 실시형태에서, 제2 백플레이트(112)는 다수의 챔버(130) 중 하나의 챔버의 내부 공간(138)과 제3 빈공간(163) 사이에 공기 접속부를 형성하는 통기구(125)를 갖는다. 일부 실시형태에서, 제2 백플레이트는 제3 빈공간(163)과 내부 공간(138) 사이에 공기 접속부를 형성하는 복수의 통기구(125)을 가질 수도 있다. 챔버(130)는 제2 백플레이트(112)으로부터 이격된 측벽(132)을 포함한다. 측벽(132)은 2개의 밀봉 가능 개구부(135)를 가지며, 2개의 밀봉 가능 개구부(135) 각각은 통기구(125)으로부터 횡방향으로 시프트된다. 일부 실시형태에서, 측벽(132)은 통기구(125)로부터 횡방향으로 시프트되는 단 하나의 밀봉 가능 개구부를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 측벽(132)은 통기구(125)로부터 횡방향으로 시프트되는 2개보다 더 많은 밀봉 가능 개구부를 포함할 수도 있다. 도 2에 도시하는 바와 같이 밀봉 가능 개구부(135)는 측벽(132) 상에 퇴적된 기밀 밀봉층(136)으로 밀봉될 수 있다. 제조에 사용된 밀봉 공정에 따라, 밀봉 가능 개구부(135)를 밀봉하기 위한 기밀 밀봉층(hermetic sealing-layer)(136)은 금속층 또는 산화물층일 수 있다.
측벽(132) 내의 밀봉 가능 개구부(135) 각각이 기밀 밀봉층(136)으로 밀봉될 때, 기밀하게 밀봉된 빈공간은 각 챔버(130)의 내부 공간(138)과 다른 3개의 빈공간(예컨대, 제1 빈공간(161), 제2 빈공간(162), 제3 빈공간(163))의 조합으로 형성될 수 있다. 이 기밀하게 밀봉된 빈공간은 기밀 밀봉층(136), 제1 밀봉 구조(141), 제2 밀봉 구조(142), 및 제3 밀봉 구조(143)의 조합에 의해 기밀 밀봉된다. 일부 실시형태에서, 각각의 챔버(130)의 내부 공간(138)과 다른 3개의 빈공간(예컨대, 제1 빈공간(161), 제2 빈공간(162), 제3 빈공간(163))의 조합으로 형성된 조합된 빈공간은 먼저 진공 공간에서 미리 정해진 공기압과 평형이 이루어진 다음, 일부 진공(예를 들어, 10-9 내지 10-3 torr 범위의 압력을 가짐)이 그 환경에서 유지되는 동안에 측벽(132) 내의 각각의 밀봉 가능 개구부(135)는 기밀 밀봉층(136)으로 밀봉된다. 각각의 밀봉 가능 개구부(135)가 진공 유지된 상태에서 밀봉된 후, 제1 빈공간(161), 제2 빈공간(162), 및 제3 빈공간(163) 각각은 미리 정해진 값보다 낮은 압력을 가진 진공 공간이 된다. 일부 실시형태에서, 이 진공 공간의 잔류 압력은 10-9 내지 10-3 torr의 범위일 수 있다. 밀봉 가능 개구부(135)의 기밀 밀봉 후에, 입자 및 증기는 밀봉된 빈공간에 유입될 수 없고, 그 결과로, MEMS 마이크로폰(100)의 성능에 미치는 스틱션 효과의 영향이 감소된다.
도 2에서, 제1 다이어프램(101)과 제2 다이어프램(102) 둘 다는 음파가 기판(40) 내의 개구부(45)를 통해 제1 다이어프램(104)에 압력을 가할 때에 변형 가능하다. 음파로 인한 압력 하에서, 제1 디어어프램(101)은 제1 백플레이트(101) 쪽으로 또는 그 반대 쪽으로 휘어질 수 있다. 제2 다이어프램(102)이 기둥부(120)에 의해 다수의 위치에서 제1 다이어프램(101)과 접합되어 있기 때문에, 제1 다이어프램(101)이 제1 백플레이트(111) 쪽으로 또는 그 반대 쪽으로 휘어질 때에, 그와 동시에 제2 다이어프램(105)도 제2 백플레이트(112) 쪽으로 또는 그 반대 쪽으로 휘어진다. 이러한 동기화 때문에, 음파에서 기인한 커패시턴스 값의 전체 변화는, 제1 용량성 엘리먼트(제1 다이어프램(101)과 제1 백플레이트(111) 사이에 형성됨)를 제2 용량성 엘리먼트(제2 다이어프램(102)과 제2 백플레이트(112) 사이에 형성됨)와 병렬로 접속함으로써, 강화될 수 있다.
예를 들어, 도 2에서, 전기 컨택(82 및 84)이 각각 제1 다이어프램(101) 및 제1 백플레이트(111)에 접속되어 제1 용량성 엘리먼트의 2개의 단자를 형성하고, 전기 컨택(86 및 88)이 각각 제2 다이어프램(102) 및 제2 백플레이트(112)에 접속되어 제2 용량성 엘리먼트의 2개의 단자를 형성한다. 제1 용량성 엘리먼트와 제2 용량성 엘리먼트는, 제1 조합 단자를 형성하도록 전기 컨택(82)을 전기 컨택(86)과 접속시키고 또 제2 조합 단자를 형성하도록 전기 컨택(84)을 전기 컨택(88)과 접속시킴으로써, 병렬로 접속될 수 있다. 제1 조합 단자와 제2 조합 단자 간의 커패시턴스 변화는 제1 용량성 엘리먼트의 커패시턴스 변화와 제2 용량성 엘리먼트의 커패시턴스 변화의 합일 것이다.
도 2에는, 제1 빈공간(161), 제2 빈공간(162), 및 제3 빈공간(162)을 규정하는 경계 외부의 위치에 다수의 에어홀(155)이 있다. 다수의 에어홀(155)은 마이크로폰(100)의 일측(예컨대, 개구부(45)에 가까운 측)에서의 제1 압력과 마이크로폰(100)의 타측(예컨대, 제2 백플레이트(112)에 가까운 측)에서의 제2 압력의 균형을 맞추도록 구현된다. 이 양쪽 압력의 균형을 맞추면, 마이크로폰(100)의 개구부(45) 근방의 위치에 큰 공기압이 존재할 때, 다이어프램(101 및 102)의 파손 가능성을 감소시킬 수 있다. 각각의 에어홀(155)은 개방 홀(155A), 개방 홀(155B), 개방 홀(155C) 및 개방 홀(155D)을 통해 제1 다이어프램(101), 제1 백플레이트(111), 제2 다이어프램(102) 및 제2 백플레이트(112)를 각각 통과한다. 일부 실시형태에서, 각각 도 3a, 도 3b, 도 3c, 및 도 3d에 도시되는 개방 홀(155A), 개방 홀(155B), 개방 홀(155C) 및 개방 홀(155D)은 원의 원주 근처에 균일하게 분포된다.
일부 실시형태에 따라, 도 3a에는, 개방 홀(155A) 외에, 기둥부(120) 중 하나의 기둥부의 단부가 제1 다이어프램(101)과 접합되는 곳을 나타내는 위치(120A)가 도시되어 있다. 일부 실시형태에 따라, 도 3b에는, 개방 홀(155B) 외에, 기둥부(120)가 제1 백플레이트(111)을 통과할 수 있게 하는 수용 개구부(115)가 도시되어 있다. 일부 실시형태에 따라, 도 3c에는, 개방 홀(155C) 외에, 기둥부(120) 중 하나의 기둥부의 단부가 제2 다이어프램(102)과 접합되는 곳을 나타내는 위치(120C)가 도시되어 있다. 제2 다이어프램(102) 내의 다수의 개구부(105)의 위치는 도 3c에 도시되지 않는다. 일부 실시형태에 따라, 도 3d에는, 개방 홀(155D) 외에, 제2 백플레이트(112) 내의 통기구(125)의 레이아웃도 도시되어 있다. 각각의 통기구(125)는 제3 빈공간(163)과 챔버(130) 중 하나의 챔버의 내부 공간(138) 사이에서 제2 백플레이트(112)를 통해 공기 접속부를 형성한다. 일부 실시형태에 따라, 도 3e에는, 제2 백플레이트(112) 내의 통기구(125)의 대안적인 레이아웃이 도시되어 있다.
도 3a 내지 도 3d에 도시한 실시형태에서, 개방 홀(예컨대, 155A, 155B, 155C, 및 155D), 기둥부를 관통시키기 위한 수용 개구부(115), 및 기둥부의 단부(예컨대, 120A 및 120D) 모두 원 형상이며, 다른 실시형태에서는, 이들이 다른 기하학적 형태일 수 있다. 기둥부(120)가 실린더 형태인 경우, 수용 개구부(115)를 둘러싸는 원의 직경은 이 기둥부(120)의 단면을 둘러싸는 원의 직경보다 더 크다.
도 4, 도 5a 내지 도 5d, 및 도 6a 내지 도 6d는 일부 실시형태에 따른 이중 다이어프램을 구비한 MEMS 마이크로폰(100)의 제조 방법을 보여주기 위한 디바이스 구조의 단면도이다.
도 4는 일부 실시형태에 따른 MEMS 마이크로폰(100)의 제조 공정 중에 생성되는 중간 제품인 디바이스 구조(190)의 단면도이다. 디바이스 구조(190)는 기판(40), 제1 다이어프램(101), 제2 다이어프램(102), 제1 백플레이트(111), 및 제2 백플레이트(112)를 포함한다. 제1 다이어프램(101)은 기판(40)에 의해 지지된다. 도 4에 도시하는 실시형태에서, 제1 다이어프램(101)은 기판에 의해 지지되는 베이스 산화물층(70) 상에 퇴적된 제1 전도성층에 형성된다. 일부 실시형태에서, 제1 다이어프램(101)은 베이스 산화물층(70) 없이 기판 상에 퇴적된 제1 전도성층에 형성될 수도 있다. 다수의 수용 개구부(115)를 가진 제1 백플레이트(111)는 제1 산화물 재료층(71)에 의해 제1 다이어프램(101)과 분리된다.
제2 백플레이트(102)는 제2 산화물 재료층(72)에 의해 제1 다이어프램(111)과 분리된다. 제1 백플레이트(111)는 제1 다이어프램(101)와 제2 다이어프램(102) 사이에 위치한다. 제2 다이어프램(102)은 제1 백플레이트(111) 내의 수용 개구부(115)를 통과한 기둥부(120)에 의해 다수의 위치에서 제1 다이어프램과 함께 접합된다. 통기구(125)를 가진 제2 백플레이트(112)는 제3 산화물 재료층(73)에 의해 제2 다이어프램(102)과 분리된다. 제2 백플레이트(102)는 제1 백플레이트(111)와 제2 백플레이트(112) 사이에 위치한다. 일반적으로, 수용 개구부(115)가 기둥부(120)의 단면보다 충분히 크므로, 수용 개구부(115) 및 기둥부(120)를 분리시키는 산화물이 이후의 공정 단계에서 제거된 후에, 기둥부(120)는 제1 백플레이트(111)의 평면에 수직인 방향을 따라 제1 백플레이트(111)에 대해 자유롭게 움직일 수 있다.
도 4에서, 다수의 챔버 전구체 구조(130')가 제2 백플레이트(112)의 일측에 위치한다. 도 4에서 각각의 챔버 전구체 구조(130')는 산화물 재료로 충전되며, 제2 백플레이트(112) 상의 통기구(125)와 정렬되는 일측과, 측벽(132)에 의해 형성되는 타측을 갖는다. 2개의 밀봉 가능 개구부(135)를 가진 측벽(132)은 제4 산화물 재료층(74)에 의해 제2 백플레이트(112)와 분리된다.
디바이스 구조(190)를 제조하는 공정 동안, 제1 다이어프램(101), 제1 백플레이트(111), 제2 다이어프램(102), 및 제2 백플레이트(112)는 층별로 순차적으로 제조된 후, 다수의 챔버 전구체 구조(130')의 제조가 이어진다. 다른 다이어프램 및 백플레이트의 제조 이전에 제조되는 제1 다이어프램(101)은 기판(40)에 의해 지지되는 베이스 산화물층(70) 상에 퇴적된 제1 전도성층에 형성된다. 다음 단계에서, 다수의 수용 개구부(115)를 가진 제1 백플레이트(111)가, 제1 다이어프램(110)을 갖는 제1 전도성층 상에 퇴적된 제1 산화물층(71) 상에 형성된다. 일부 실시형태에서, 제1 백플레이트(111)가 형성되기 전에, 제1 밀봉 구조(141)가, 제1 다이어프램(101)과 제1 백플레이트(111) 사이에서 제1 빈공간(161)을 둘러싸는 제2 경계에 형성될 수 있다. 일례로, 제1 밀봉 구조(141)는 제1 빈공간(161)을 생성하기 위한 산화물 충전된 체적 공간을 둘러싸는 제1 경계를 따라, 제1 산화물층(71) 내에 형성된 개구 트렌치에 필요한 재료를 퇴적함으로써, 형성될 수 있다.
다음 단계에서, 제1 백플레이트(111) 상에 퇴적된 제2 산화물층(72) 상의 제2 전도성층에 제2 다이어프램(102)이 형성되며, 제2 다이어프램(102)은 제1 백플레이트(111) 내의 수용 개구부(115)를 통과한 기둥부(120)에 의해 다수의 위치에서 제1 다이어프램(101)과 접합된다. 일부 실시형태에서, 제2 다이어프램(102)이 형성되기 전에, 제2 밀봉 구조(142)가, 제2 다이어프램(102)과 제1 백플레이트(111) 사이에서 제2 빈공간(162)을 생성하기 위한 산화물 충전된 체적 공간을 둘러싸는 제2 경계에 형성될 수 있다. 일례로, 제2 밀봉 구조(142)는 제2 빈공간(162)을 생성하기 위한 산화물 충전된 체적 공간을 둘러싸는 제2 경계를 따라, 제2 산화물층(72) 내에 형성된 개구 트렌치에 필요한 재료를 퇴적함으로써, 형성될 수 있다.
다음 단계에서, 통기구(125)를 가진 제2 백플레이트(112)가, 제2 다이어프램(102)을 갖는 제2 전도성층 상에 퇴적된 제3 산화물층(73) 상에 형성된다. 일부 실시형태에서, 제2 백플레이트(112)가 형성되기 전에, 제3 밀봉 구조(143)가, 제2 다이어프램(102)과 제2 백플레이트(112) 사이에서 제3 빈공간(163)을 생성하기 위한 산화물 충전된 체적 공간을 둘러싸는 제3 경계에 형성될 수 있다. 일례로, 제3 밀봉 구조(143)는 제3 빈공간(163)을 생성하기 위한 산화물 충전된 체적 공간을 둘러싸는 제3 경계를 따라, 제3 산화물층(73) 내에 형성된 개구 트렌치에 필요한 재료를 퇴적함으로써 형성될 수 있다.
다음 단계에서, 다수의 챔버 전구체 구조(130')가 형성된다. 다수의 챔버 전구체 구조(130') 각각은 제2 백플레이트(112) 내의 통기구(125)와 정렬되는 일측을 갖는다. 다수의 챔버 전구체 구조(130')를 형성하는 공정에서, 각 챔버 전구체 구조(130')의 측벽이 제2 백플레이트(112) 상에 퇴적된 제4 산화물층(74) 상에 형성된다. 도 4에 도시하는 일 실시형태에서는, 측벽(132)이 2개의 밀봉 가능 개구부(135)를 갖는다. 일부 실시형태에서, 챔버 전구체 구조(130')에 대한 측벽(132)이 형성되기 전에, (측벽(132)을 제2 백플레이트(112)와 연결함으로써 챔버 전구체 구조(130')를 둘러싸는) 챔버 전구체 구조(130')에 대한 다른 벽이, 제4 산화물층(74)에 형성된 개구 트렌치에 필요한 재료를 퇴적함으로써 형성될 수 있다.
디바이스 구조(190)를 제조하는 공정 동안, 다양한 미세 제조 기술(micro-fabrication technique)이 사용된다. 일부 실시형태에 있어서, 디바이스 구조(190)를 제조하기 위한 재료층들은 퇴적 공정, 예컨대 CVD(chemical vapor deposition), PVD(physical vapor deposition), 또는 ALD(atomic layer deposition)에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 다이어프램(예컨대, 101 및 102)를 형성하기 위한 재료층, 백플레이트(예컨대, 111 또는 112)를 형성하기 위한 재료층, 챔버 전구체 구조의 다양한 벽(예컨대, 132)을 제조하기 위한 재료층, 또는 산화물층(예컨대, 70, 71, 72, 73, 또는 74)을 형성하는 데에 퇴적 공정이 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 산화물층은 열 공정에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 4에서, 베이스 산화물층(70)은 승온된 온도에서 산소 풍부 가스(예컨대, 아르곤 가스와 혼합된 산소 가스)에 실리콘 기판(40)을 배치함으로써 형성될 수 있으며, 다른 산화물층(예컨대, 71, 72, 73 또는 74)은 미리 퇴적된 폴리실리콘층을 열산화함으로써 형성될 수 있다.
도 4에서, 제1 다이어프램(101), 제1 백플레이트(111), 제2 다이어프램(102), 및 제2 백플레이트(112) 각각은 마스크층의 설계 패턴에 따라 에칭 공정에서 형성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 마스크층은 포토리소그래피 공정을 사용하여 패터닝된 포토레지스트 또는 질화물(예를 들어, Si3N4)일 수 있다. 일부 실시형태에서, 에칭 공정은 예컨대 불소종(예컨대, CF4, CHF3, C4F8)을 포함하는 에칭 화학물질을 갖는 건식 에칭제를 사용하는 건식 에칭 공정일 수 있다. 디바이스 구조(190)를 제조하는 공정 동안, 다양한 패터닝된 산화물층이 산화물층(70, 71, 72, 73 또는 74)에 형성되어야 하며, 이들 패터닝된 산화물층은 습식 에칭제를 사용하는 에칭 공정에서 형성될 수도 있다.
디바이스 구조(190)를 제조하기 위한 일부 실시형태에서, 제1 다이어프램(101) 및 제2 다이어프램(102) 각각은 폴리실리콘층으로 형성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 제1 다이어프램(101)이 형성될 때, 개방 홀(155A) 및 전기 컨택(예컨대, 81 및 82)을 위한 구조는 동일한 폴리실리콘층에 형성된다. 일부 실시형태에서, 개구부(105)를 갖는 제2 다이어프램(102)이 형성될 때, 개방 홀(155C) 및 전기 컨택(예컨대, 81, 82, 84, 및 86)을 위한 구조는 동일한 폴리실리콘층에 형성된다.
일부 실시형태에서, 제1 백플레이트(111) 및 제2 백플레이트(112) 각각은 폴리실리콘층에 형성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 제1 백플레이트(111) 및 제2 백플레이트(112) 각각은 2개의 실리콘 질화물층 사이에 있는 폴리실리콘층에 형성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 수용 개구부(115)를 갖는 제1 백플레이트(111)가 형성될 때, 개방 홀(155B) 및 전기 컨택(예컨대, 81, 82, 및 84)을 위한 구조는 동일한 폴리실리콘층에 형성된다. 일부 실시형태에서, 통기구(125)를 갖는 제2 백플레이트(112)가 형성될 때, 개방 홀(155D) 및 전기 컨택(예컨대, 81, 82, 84, 86, 및 88)을 위한 구조는 동일한 폴리실리콘층에 형성된다.
일부 실시형태에서, 각 산화물층(예컨대, 70, 71, 72, 73, 또는 74)은 실리콘 산화물층일 수 있다. 일부 실시형태에서, 베이스 산화물층(70)이 패터닝될 때에, 전기 컨택(예컨대, 81)을 위한 비아홀이 동일한 층에 형성된다. 일부 실시형태에서, 제1 산화물층(71)이 패터닝될 때에, 기둥부(120)를 제조하는데 필요한 개구부, 제1 밀봉 구조(141)를 제조하는데 필요한 개구 트렌치, 및 전기 컨택(예컨대, 81 및 82)을 위한 비아홀이 동일한 층에 형성된다. 일부 실시형태에서, 제2 산화물층(72)이 패터닝될 때에, 기둥부(120)를 제조하는데 필요한 개구부, 제2 밀봉 구조(142)를 제조하는데 필요한 개구 트렌치, 및 전기 컨택(예컨대, 81, 82, 및 84)을 위한 비아홀이 동일한 층에 형성된다. 일부 실시형태에서, 제3 산화물층(73)이 패터닝될 때에, 제3 밀봉 구조(143)를 제조하는데 필요한 개구부 및 전기 컨택(예컨대, 81, 82, 84, 및 86)을 위한 비아홀이 동일한 실리콘 산화물층에 형성된다.
일부 실시형태에서, 제4 산화물층(74)이 패터닝될 때에, 챔버 전구체 구조(130')를 둘러싸는 벽을 제조하는데 필요한 개구 트렌치가 제4 산화물층(74)에 형성된 다음에, 챔버(130)를 둘러싸는 벽이 제4 산화물층(74) 내의 이들 개구 트렌치에 제조되고, 밀봉 가능 개구부(135)를 갖는 측벽(132)이 제4 산화물층(74) 상의 재료층에 제조된다. 일부 실시형태에서, 챔버 전구체 구조(130')를 둘러싸는 벽은 제4 산화물층(74) 내의 개구 트렌치에 폴리실리콘을 퇴적함으로써 형성될 수 있고, 측벽(132)은 제4 산화물층(74) 상에 폴리실리콘을 퇴적하고 이어서 패터닝 공정이 행해짐으로써 형성될 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 일부 실시형태에 따른 이중 다이어프램을 구비한 MEMS 마이크로폰(100)의 일 제조 방법을 보여주기 위한 디바이스 구조의 단면도이다. 이 제조 방법으로, 도 4에 도시한 바와 같은 챔버(130)의 측벽(132) 내의 밀봉 가능 개구부가 산화물층으로 기밀하게 밀봉된다.
도 5a에 도시하는 바와 같이, 도 4에 도시한 디바이스 구조(190)가 제조된 후에, 제4 산화물층(74)의 다른 부분은 보호하면서 밀봉 가능 개구부(135)를 에칭 공정에 노출시키는 제1 보호 마스크(171)가 형성된다. 일 실시형태에서, 제1 보호 마스크(171)는 포토레지스트층에 미리 결정된 패턴을 생성함으로써 형성된다. 다음으로, 디바이스 구조(190)는 일부 산화물층(예컨대, 74, 73, 72, 및 71)의 부분에서 산화물 재료를 제거하여 내부 공간(138, 도 5b 참조) 및 빈공간(예컨대, 163, 162, 161)을 형성하도록 습식 에칭제에 침지된다. 습식 에칭은 또한 챔버(130)를 제공하기 위해 챔버 전구체 구조(130')로부터 산화물 재료를 제거한다. 이들 산화물 재료를 제거하는데 사용될 수 있는 습식 에칭제의 예는 불화수소산(HF), 완충 산화물 에칭(BOE) 용액(6 파트 40% NH4F 및 1 파트 49 % HF), 또는 테트라메틸암모늄 수산화물(TMAH)을 포함한다.
다음 단계에서, 도 5b에 도시하는 바와 같이, 제1 보호 마스크(171)가 제거된 후(예컨대, 포토레지스트를 박리함으로써), 측벽(132) 내의 밀봉 가능 개구부(135)를 기밀하게 밀봉하기 위해 제5 산화물층(75)이 제4 산화물층(74) 상에 그리고 및 측벽(132) 상에 기밀하게 퇴적된다. 그리고, 전기 컨택(82, 84, 86, 88, 및 81) 각각에 대한 비아홀(182, 184, 186, 188, 및 181)은 이들 전기 컨택이 형성되기 전에, 제5 산화물층(75) 상에 하나 이상의 금속층을 퇴적하여 패터닝함으로써, 제5 산화물층(75) 및 제4 산화물층(74)에 제조된다. 일부 실시형태에서, 밀봉 가능 개구부(135)를 기밀하게 밀봉하는 공정 시에, 디바이스 구조(190)가 진공 공간(예컨대, 10-9 내지 10-3 torr 범위의 압력을 가짐)에서 유지되는 동안 제5 산화물층(75)이 제4 산화물층(74) 상에 그리고 측벽(132) 상에 퇴적될 수 있다.
다음 단계에서, 도 5c에 도시한 바와 같이, 에칭 공정에서 에어홀(155)을 형성하기 위해 제5 산화물층(75)의 일부를 개방시키는 제2 보호 마스크(172)(예컨대, 포토레지스트층)이 제5 산화물층(75) 상에 형성된다. 이 에칭 공정에서, 디바이스 구조(190)는 산화물층(75, 74, 73, 72, 71, 및 70)의 선택된 부분에 있는 일부 산화물 재료를 제거하기 위해 습식 에칭제에 침지된다. 이들 제거된 산화물 재료는, 도 6c에 도시한 바와 같이, 개방 홀(155D)을 덮는 제5 산화물층(75), 개방 홀(155D)을 덮는 제4 산화물층(74), 개방 홀(155D)과 개방 홀(155C) 사이의 제3 산화물층(73), 개방 홀(155C)과 개방 홀(155B) 사이의 제2 산화물층(72), 개방 홀(155B)과 개방 홀(155A) 사이의 제1 산화물층(71), 및 개방 홀(155A)을 덮는 베이스 산화물층(70)의 재료를 포함한다.
도 5c에서, 에칭 공정을 위해 기판(40)의 선택된 부분들을 개방시키는 제3 보호 마스크(173)(예컨대, 포토레지스트층)가 기판(40) 상에 형성된다. 그런 다음, 기판(40)이 이 제3 보호 마스크(173)에 따라 에칭되어 기판(40)에 개구부(45)를 생성한다. 일부 실시형태에서, 기판(40) 내의 개구부(45)는 이방성 플라즈마 에칭에 의해 생성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 제3 보호 마스크(173)가 기판(40) 상에 형성되기 전에, 기판(40)은 미리 결정된 두께로 연마될 수 있다. 일부 실시형태에서, 미리 결정된 두께는 20 ㎛ 내지 400 ㎛의 범위일 수 있다.
다음 단계에서, 도 5d에 도시한 바와 같이, 제2 보호 마스크(172) 및 제3 보호 마스크(173)를 제거한 후, 이중 다이어프램을 구비한 MEMS 마이크로폰(100)이 제조된다.
도 6a 내지 도 6d는 일부 실시형태에 따라 이중 다이어프램을 구비한 MEMS 마이크로폰(100)의 다른 제조 방법을 보여주기 위한 디바이스 구조의 단면도이다. 이 제조 방법으로, 도 4에 도시한 바와 같은 챔버 전구체 구조(130')의 측벽(132) 내의 밀봉 가능 개구부가 금속층으로 기밀하게 밀봉된다.
도 6a에 도시하는 바와 같이, 도 4에 도시한 디바이스 구조(190)가 제조된 후에, 제4 산화물층(74)의 다른 부분은 보호하면서 밀봉 가능 개구부(135)를 에칭 공정에 노출시키는 제1 보호 마스크(171)(예컨대, 포토레지스트층)가 형성된다. 다음으로, 디바이스 구조(190)는 일부 산화물층(예컨대, 74, 73, 72, 및 71)의 부분에서 산화물 재료를 제거하여 내부 공간(138, 도 6b 참조) 및 빈공간(예컨대, 163, 162, 161)을 형성하도록 습식 에칭제에 침지된다. 습식 에칭은 또한 챔버(130)를 제공하기 위해 챔버 전구체 구조(130')로부터 산화물 재료를 제거한다. 일 실시형태에서, 도 6a에 도시하는 바와 같이 제1 보호 마스크(171)가 형성된 후에, 전기 컨택(82, 84, 86, 88, 및 81)을 위한 비아홀(182, 184, 186, 188, 및 181)이 각각 제4 산화물층(74)에 제조된다.
다음 단계에서, 도 6b에 도시하는 바와 같이, 제1 보호 마스크(171)가 제거된 후에(예컨대, 포토레지스트를 박리함으로써), 디바이스 구조(190)가 진공 공간(예컨대, 10-9 내지 10-3 torr 범위의 압력을 가짐) 내에 유지되는 동안, 금속층(175)이 측벽(132)에 퇴적되어 측벽(132) 내의 밀봉 가능 개구부(135)를 기밀하게 밀봉한다. 일부 실시형태에서, 금속층(175)이 측벽(132) 상에 퇴적될 때에, 동일한 단계에서 금속층(175)도 제4 산화물층(74) 상에 퇴적되어 비아홀(182, 184, 186, 188, 및 181)을 통해 전기 컨택(82, 84, 86, 88, 및 81)을 각각 형성한다. 일부 다른 실시형태에서는, 전기 컨택(82, 84, 86, 88, 및 81)이 별도의 단계에서, 제4 산화물층(74) 상에, 금속층(175)과는 상이한 금속층을 퇴적하여 패터닝함으로써, 제조될 수 있다.
다음 단계에서, 도 6c에 도시한 바와 같이, 에칭 공정에서 에어홀(155)을 형성하기 위해 제4 산화물층(74)의 일부를 개방시키는 제2 보호 마스크(172)(예컨대, 포토레지스트층)이 제4 산화물층(74) 상에 형성된다. 이 에칭 공정에서, 도 6c에 도시하는 바와 같이, 디바이스 구조(190)는 산화물층(74, 73, 72, 71, 70, 및 70)의 선택된 부분에 있는 일부 산화물 재료를 제거하기 위해 습식 에칭제에 침지된다.
도 6c에서, 에칭 공정을 위해 기판(40)의 선택된 부분들을 개방시키는 제3 보호 마스크(173)(예컨대, 포토레지스트층)가 기판(40) 상에 형성된다. 그런 다음, 기판(40)이 이 제3 보호 마스크(173)에 따라 에칭되어 기판(40)에 개구부(45)를 생성한다. 일부 실시형태에서, 제3 보호 마스크(173)가 기판(40) 상에 형성되기 전에, 기판(40)은 미리 결정된 두께로 연마될 수 있다.
다음 단계에서, 도 6d에 도시한 바와 같이, 제2 보호 마스크(172) 및 제3 보호 마스크(173)를 제거한 후, 이중 다이어프램을 구비한 MEMS 마이크로폰(100)이 제조된다.
본 개시내용의 일부 양태는 마이크로폰에 관한 것이다. 마이크로폰은 개구부를 갖는 기판과, 제1 다이어프램과, 제1 백플레이트와, 제2 다이어프램과, 제2 백플레이트를 포함한다. 제1 다이어프램은 기판 내의 개구부와 대면한다. 제1 백플레이트는 복수의 수용 개구부를 포함하고 제1 다이어프램으로부터 이격되어 있다. 제2 다이어프램은 제1 백플레이트 내의 수용 개구부를 통과한 기둥부에 의해 다수의 위치에서 제1 다이어프램과 함께 접합된다. 제1 백플레이트는 제1 다이어프램와 제2 다이어프램 사이에 위치한다. 제2 백플레이트는 적어도 하나의 통기구(vent hole)를 포함하고 제2 다이어프램으로부터 이격되어 있다. 제2 다이어프램은 제1 백플레이트와 제2 백플레이트 사이에 위치한다.
본 개시내용의 다른 양태는 마이크로폰의 제조 방법에 관한 것이다. 중간 디바이스 구조가 제조된다. 중간 디바이스 구조는 기판에 의해 지지되는 제1 다이어프램과, 제1 백플레이트와, 제2 다이어프램과, 제2 백플레이트와, 복수의 챔버를 포함한다. 제1 백플레이트는 복수의 수용 개구부를 포함하고, 제1 산화물 재료층에 의해 제1 다이어프램과, 그리고 제2 백플레이트와 분리된다. 제2 다이어프램은 제2 산화물 재료층에 의해 제1 백플레이트와 분리되고, 제1 백플레이트 내의 수용 개구부를 통과한 기둥부에 의해 복수의 위치에서 제1 다이어프램과 함께 접합된다. 제1 백플레이트는 제1 다이어프램와 제2 다이어프램 사이에 위치한다. 제2 백플레이트는 적어도 하나의 통기구(vent hole)를 포함하고, 제3 산화물 재료층에 의해 제2 다이어프램과 분리된다. 제2 다이어프램은 제1 백플레이트와 제2 백플레이트 사이에 위치한다. 복수의 챔버 각각은 제2 백플레이트 내의 적어도 하나의 통기구와 정렬되는 일측을 갖고, 2개의 밀봉 가능 개구부를 갖는 측벽에 의해 형성되는 타측을 갖는다. 상기 측벽은 제4 산화물 재료층에 의해 제2 백플레이트와 분리된다. 상기 방법에 있어서, 중간 디바이스 구조가 제조된 후에, 제1 보호 마스크가 제4 산화물 재료층 상에 생성된다. 제1 보호 마스크는 복수의 챔버 전구체 구조 각각의 측벽 내의 2개의 밀봉 가능 개구부를 노출시킨다. 복수의 산화물 재료층의 일부는 제1 다이어프램과 제1 백플레이트 사이에 제1 빈공간을, 제2 다이어프램과 제1 백플레이트 사이에 제2 빈공간을, 제2 다이어프램과 제2 백플레이트 사이에 제3 빈공간을, 그리고 복수의 챔버 전구체 구조 각각으로부터 생성된 각 챔버 내에 내부 공간을 형성하기 위해 에칭된다. 복수의 산화물 재료층은 제4 산화물 재료층, 제3 산화물 재료층, 제2 산화물 재료층, 및 제1 산화물 재료층을 포함한다.
본 개시내용의 다른 양태는 마이크로폰의 제조 방법에 관한 것이다. 기판에 의해 지지되는 베이스 산화물층 상에 퇴적된 제1 전도성층에 제1 다이어프램이 형성된다. 내부에 복수의 수용 개구부를 갖는 제1 백플레이트가 형성되고, 제1 백플레이트는 제1 전도성층 상에 퇴적된 제1 산화물층 상에 있다. 제1 백플레이트 상에 퇴적된 제2 산화물층 상의 제2 전도성층에 제2 다이어프램이 형성되며, 제2 다이어프램은 제1 백플레이트 내의 수용 개구부를 통과한 기둥부에 의해 복수의 위치에서 제1 다이어프램과 접합된다. 내부에 적어도 하나의 통기구를 가진 제2 백플레이트가 형성되고, 제2 백플레이트는 제2 전도성층 상에 퇴적된 제3 산화물층 상에 있다. 2개의 밀봉 가능 개구부를 갖는 측벽이 복수의 챔버의 각 챔버마다 형성되고, 측벽은 제2 백플레이트 상에 퇴적된 제4 산화물층 상에 있다. 복수의 챔버의 각 챔버는 제2 백플레이트 내의 통기구와 정렬되는 일측을 갖는다.
이상은 당업자가 본 개시내용의 양태를 더 잘 이해할 수 있도록 여러 실시형태의 특징을 개관한 것이다. 당업자라면 동일한 목적을 달성하기 위한 다른 공정 및 구조를 설계 또는 변형하고/하거나 본 명세서에 소개하는 실시형태들의 동일한 효과를 달성하기 위한 기본으로서 본 개시내용을 용이하게 이용할 수 있다고 생각할 것이다. 또한 당업자라면 그러한 등가의 구조가 본 개시내용의 사상 및 범주에서 벗어나지 않는다는 것과, 본 개시내용의 사상 및 범주에서 일탈하는 일없이 다양한 변화, 대체 및 변형이 이루어질 수 있다는 것을 인식할 것이다.
<부기>
1. 마이크로폰에 있어서,
개구부를 갖는 기판과,
상기 기판 내의 개구부와 대면하는 제1 다이어프램(diaphragm)과,
복수의 수용 개구부(accommodating-opening)를 포함하고 상기 제1 다이어프램으로부터 이격되어 있는 제1 백플레이트와,
상기 제1 백플레이트 내의 수용 개구부를 통과한 기둥부(pillar)에 의해 복수의 위치에서 상기 제1 다이어프램과 함께 접합되는 제2 다이어프램으로서, 상기 제1 백플레이트가 상기 제1 다이어프램과 상기 제2 다이어프램 사이에 위치하는, 상기 제2 다이어프램과,
적어도 하나의 통기구(vent hole)를 포함하고 상기 제2 다이어프램으로부터 이격되어 있는 제2 백플레이트를 포함하고, 상기 제2 다이어프램은 상기 제1 백플레이트와 상기 제2 백플레이트 사이에 위치하는, 마이크로폰.
2. 제1항에 있어서,
상기 제1 다이어프램과 상기 제1 백플레이트 사이의 제1 빈공간을 둘러싸는 제1 경계에서 상기 제1 다이어프램과 상기 제1 백플레이트를 접합시키는 제1 밀봉 구조와,
상기 제2 다이어프램과 상기 제1 백플레이트 사이의 제2 빈공간을 둘러싸는 제2 경계에서 상기 제2 다이어프램과 상기 제1 백플레이트를 접합시키는 제2 밀봉 구조와,
상기 제2 다이어프램과 상기 제2 백플레이트 사이의 제3 빈공간을 둘러싸는 제3 경계에서 상기 제2 다이어프램과 상기 제2 백플레이트를 접합시키는 제3 밀봉 구조를 더 포함하는, 마이크로폰.
3. 제1항에 있어서,
상기 제2 백플레이트의 일측에 위치한 복수의 챔버를 더 포함하고, 상기 복수의 챔버 중 적어도 하나는, 상기 제2 백플레이트 내의 적어도 하나의 통기구를 통해 상기 제2 백플레이트의 타측에 있는 빈공간에 접속되는 내부 공간을 갖는, 마이크로폰.
4. 제3항에 있어서, 상기 복수의 챔버 중 적어도 하나는,
상기 제2 백플레이트로부터 이격되어 있는 측벽과,
상기 측벽 내의 밀봉 가능 개구부를 더 포함하는, 마이크로폰.
5. 제3항에 있어서, 상기 복수의 챔버 중 적어도 하나는,
상기 제2 백플레이트로부터 이격되어 있는 측벽과,
상기 측벽 내의 적어도 2개의 밀봉 가능 개구부를 더 포함하는, 마이크로폰.
6. 제5항에 있어서, 상기 적어도 2개의 밀봉 가능 개구부 각각은 상기 측벽 상에 퇴적된 기밀 밀봉층(hermetic sealing-layer)에 의해 밀봉되는, 마이크로폰.
7. 제6항에 있어서, 상기 기밀 밀봉층은 금속층인, 마이크로폰.
8. 제6항에 있어서, 상기 기밀 밀봉층은 산화물층인, 마이크로폰.
9. 마이크로폰을 제조하는 방법에 있어서,
중간 디바이스 구조를 제조하는 단계로서,
기판에 의해 지지되는 베이스 산화물층 상에 퇴적된 제1 전도성층에 제1 다이어프램을 형성하는 단계와,
상기 제1 전도성층 상에 퇴적된 제1 산화물층 상에, 내부에 복수의 수용 개구부를 갖는 제1 백플레이트를 형성하는 단계와,
상기 제1 백플레이트 상에 퇴적된 제2 산화물층 상의 제2 전도성층에 제2 다이어프램을 형성하는 단계로서, 상기 제2 다이어프램은 상기 제1 백플레이트 내의 수용 개구부를 통과한 기둥부에 의해 복수의 위치에서 상기 제1 다이어프램과 함께 접합되는, 상기 제2 다이어프램 형성 단계와,
상기 제2 전도성층 상에 퇴적된 제3 산화물층 상에, 내부에 적어도 하나의 통기구를 가진 제2 백플레이트를 형성하는 단계와,
상기 제2 백플레이트 내의 통기구와 정렬되는 일측을 갖는 복수의 챔버의 각 챔버마다 상기 제2 백플레이트 상에 퇴적된 제4 산화물층 상에 2개의 밀봉 가능 개구부를 갖는 측벽을 형성하는 단계를 포함하는,
상기 중간 디바이스 구조 제조 단계와,
상기 중간 디바이스 구조 내의 상기 복수의 챔버의 각 챔버마다 상기 측벽에서 상기 2개의 밀봉 가능 개구부를 노출시키는 제1 보호 마스크를 상기 제4 산화물층 상에 생성하는 단계와,
상기 제4 산화물층, 상기 제3 산화물층, 상기 제2 산화물층, 및 상기 제1 산화물층의 일부를 에칭하여, 상기 제1 다이어프램과 상기 제1 백플레이트 사이에 제1 빈공간을, 상기 제2 다이어프램과 상기 제1 백플레이트 사이에 제2 빈공간을, 상기 제2 다이어프램과 상기 제2 백플레이트 사이에 제3 빈공간을, 그리고 복수의 챔버의 전구체 구조 각각으로부터 생성된 각 챔버 내에 내부 공간을 형성하는 단계와,
상기 측벽 상에 퇴적된 기밀 밀봉층으로 상기 중간 디바이스 구조 내의 상기 복수의 챔버 전구체 구조 각각의 측벽 내의 상기 2개의 밀봉 가능 개구부를 밀봉하는 단계를 포함하는, 마이크로폰 제조 방법.
10. 제9항에 있어서,
상기 중간 디바이스 구조를 진공 상태에 유지하면서 상기 측벽 상에 퇴적된 기밀 밀봉층으로 상기 복수의 챔버 전구체 구조 각각의 측벽 내의 상기 2개의 밀봉 가능 개구부를 밀봉하는 단계를 더 포함하는, 마이크로폰 제조 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 기밀 밀봉층은 금속층인, 마이크로폰 제조 방법.
12. 제10항에 있어서, 상기 기밀 밀봉층은 산화물층인, 마이크로폰 제조 방법.
13. 제9항에 있어서,
상기 중간 디바이스 구조의 타측 상에 제2 보호 마스크를 유지하면서 상기 제2 백플레이트와 상기 제1 다이어프램 사이에서 적어도 산화물 재료층을 에칭함으로써 복수의 에어홀을 형성하는 단계를 더 포함하는, 마이크로폰 제조 방법.
14. 제9항에 있어서,
상기 기판 상에 형성된 제3 보호 마스크에 따라 상기 기판을 에칭하여 상기 기판에 개구부를 생성하는 단계를 더 포함하는, 마이크로폰 제조 방법.
15. 제14항에 있어서,
상기 제3 보호 마스크에 따라 상기 기판을 에칭하기 전에 상기 기판을 미리 결정된 두께만큼 연마하는 단계를 더 포함하는, 마이크로폰 제조 방법.
16. 제9항에 있어서, 상기 제1 다이어프램은 상기 기판에 의해 지지되는 베이스 산화물층 상에 퇴적된 제1 전도성층에 형성되는, 마이크로폰 제조 방법.
17. 제9항에 있어서, 상기 제1 다이어프램은 상기 기판 상에 퇴적된 제1 전도성층에 형성되는, 마이크로폰 제조 방법.
18. 마이크로폰을 제조하는 방법에 있어서,
기판에 의해 지지되는 베이스 산화물층 상에 퇴적된 제1 전도성층에 제1 다이어프램을 형성하는 단계와,
상기 제1 전도성층 상에 퇴적된 제1 산화물층 상에, 내부에 복수의 수용 개구부를 갖는 제1 백플레이트를 형성하는 단계와,
상기 제1 백플레이트 상에 퇴적된 제2 산화물층 상의 제2 전도성층에 제2 다이어프램을 형성하는 단계로서, 상기 제2 다이어프램은 상기 제1 백플레이트 내의 수용 개구부를 통과한 기둥부에 의해 복수의 위치에서 상기 제1 다이어프램과 함께 접합되는, 상기 제2 다이어프램 형성 단계와,
상기 제2 전도성층 상에 퇴적된 제3 산화물층 상에, 내부에 적어도 하나의 통기구를 가진 제2 백플레이트를 형성하는 단계와,
상기 제2 백플레이트 내의 통기구와 정렬되는 일측을 갖는 복수의 챔버의 각 챔버마다 상기 제2 백플레이트 상에 퇴적된 제4 산화물층 상에 2개의 밀봉 가능 개구부를 갖는 측벽을 형성하는 단계를 포함하는, 마이크로폰 제조 방법.
19. 제18항에 있어서,
상기 복수의 챔버의 각 챔버마다 상기 측벽에서 상기 2개의 밀봉 가능 개구부를 노출시키는 제1 보호 마스크를 상기 제4 산화물층 상에 생성하는 단계와,
상기 제4 산화물층, 상기 제3 산화물층, 상기 제2 산화물층, 및 상기 제1 산화물층의 일부를 에칭하여, 상기 제1 다이어프램과 상기 제1 백플레이트 사이에 제1 빈공간을, 상기 제2 다이어프램과 상기 제1 백플레이트 사이에 제2 빈공간을, 상기 제2 다이어프램과 상기 제2 백플레이트 사이에 제3 빈공간을, 그리고 상기 복수의 챔버 각각에 내부 공간을 형성하는 단계를 더 포함하는, 마이크로폰 제조 방법.
20. 제19항에 있어서,
상기 측벽 상에 퇴적된 기밀 밀봉층으로 상기 복수의 챔버 각각의 측벽 내의 상기 2개의 밀봉 가능 개구부를 밀봉하는 단계를 포함하는, 마이크로폰 제조 방법.

Claims (10)

  1. 마이크로폰에 있어서,
    개구부를 갖는 기판과,
    상기 기판 내의 개구부와 대면하는 제1 다이어프램(diaphragm)과,
    복수의 수용 개구부(accommodating-opening)를 포함하고 상기 제1 다이어프램로부터 이격되어 있는 제1 백플레이트와,
    상기 제1 백플레이트 내의 수용 개구부를 통과한 기둥부(pillar)에 의해 복수의 위치에서 상기 제1 다이어프램과 함께 접합되는 제2 다이어프램으로서, 상기 제1 백플레이트가 상기 제1 다이어프램과 상기 제2 다이어프램 사이에 위치하는, 상기 제2 다이어프램과,
    적어도 하나의 통기구(vent hole)를 포함하고 상기 제2 다이어프램으로부터 이격되어 있는 제2 백플레이트로서, 상기 제2 다이어프램이 상기 제1 백플레이트와 상기 제2 백플레이트 사이에 위치하는, 상기 제2 백플레이트
    를 포함하고,
    상기 제1 다이어프램은 제1 전도성층에 배치되고, 상기 기판에 의해 지지되는 베이스 산화물층 상에 배치되는, 마이크로폰.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 다이어프램과 상기 제1 백플레이트 사이의 제1 빈공간을 둘러싸는 제1 경계에서 상기 제1 다이어프램과 상기 제1 백플레이트를 접합시키는 제1 밀봉 구조와,
    상기 제2 다이어프램과 상기 제1 백플레이트 사이의 제2 빈공간을 둘러싸는 제2 경계에서 상기 제2 다이어프램과 상기 제1 백플레이트를 접합시키는 제2 밀봉 구조와,
    상기 제2 다이어프램과 상기 제2 백플레이트 사이의 제3 빈공간을 둘러싸는 제3 경계에서 상기 제2 다이어프램과 상기 제2 백플레이트를 접합시키는 제3 밀봉 구조
    를 더 포함하는, 마이크로폰.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 백플레이트의 일측에 위치한 복수의 챔버를 더 포함하고, 상기 복수의 챔버 중 적어도 하나는, 상기 제2 백플레이트 내의 적어도 하나의 통기구를 통해 상기 제2 백플레이트의 타측에 있는 빈공간에 접속되는 내부 공간을 갖는, 마이크로폰.
  4. 제3항에 있어서, 상기 복수의 챔버 중 적어도 하나는,
    상기 제2 백플레이트로부터 이격되어 있는 측벽과,
    상기 측벽 내의 밀봉 가능 개구부를 더 포함하는, 마이크로폰.
  5. 제3항에 있어서, 상기 복수의 챔버 중 적어도 하나는,
    상기 제2 백플레이트로부터 이격되어 있는 측벽과,
    상기 측벽 내의 적어도 2개의 밀봉 가능 개구부를 더 포함하는, 마이크로폰.
  6. 제5항에 있어서, 상기 적어도 2개의 밀봉 가능 개구부 각각은 상기 측벽 상에 퇴적된 기밀 밀봉층(hermetic sealing-layer)에 의해 밀봉되는, 마이크로폰.
  7. 제6항에 있어서, 상기 기밀 밀봉층은 금속층인, 마이크로폰.
  8. 제6항에 있어서, 상기 기밀 밀봉층은 산화물층인, 마이크로폰.
  9. 마이크로폰을 제조하는 방법에 있어서,
    중간 디바이스 구조를 제조하는 단계로서,
    기판에 의해 지지되는 베이스 산화물층 상에 퇴적된 제1 전도성층에 제1 다이어프램을 형성하는 단계와,
    상기 제1 전도성층 상에 퇴적된 제1 산화물층 상에, 내부에 복수의 수용 개구부를 갖는 제1 백플레이트를 형성하는 단계와,
    상기 제1 백플레이트 상에 퇴적된 제2 산화물층 상의 제2 전도성층에 제2 다이어프램을 형성하는 단계로서, 상기 제2 다이어프램은 상기 제1 백플레이트 내의 수용 개구부를 통과한 기둥부에 의해 복수의 위치에서 상기 제1 다이어프램과 함께 접합되는, 상기 제2 다이어프램 형성 단계와,
    상기 제2 전도성층 상에 퇴적된 제3 산화물층 상에, 내부에 적어도 하나의 통기구를 가진 제2 백플레이트를 형성하는 단계와,
    상기 제2 백플레이트 내의 통기구와 정렬되는 일측을 갖는 복수의 챔버의 각 챔버마다 상기 제2 백플레이트 상에 퇴적된 제4 산화물층 상에 2개의 밀봉 가능 개구부를 갖는 측벽을 형성하는 단계
    를 포함하는, 상기 중간 디바이스 구조 제조 단계와,
    상기 중간 디바이스 구조 내의 상기 복수의 챔버의 각 챔버마다 상기 측벽에서 상기 2개의 밀봉 가능 개구부를 노출시키는 제1 보호 마스크를 상기 제4 산화물층 상에 생성하는 단계와,
    상기 제4 산화물층, 상기 제3 산화물층, 상기 제2 산화물층, 및 상기 제1 산화물층의 일부를 에칭하여, 상기 제1 다이어프램과 상기 제1 백플레이트 사이에 제1 빈공간을, 상기 제2 다이어프램과 상기 제1 백플레이트 사이에 제2 빈공간을, 상기 제2 다이어프램과 상기 제2 백플레이트 사이에 제3 빈공간을, 그리고 복수의 챔버의 전구체 구조 각각으로부터 생성된 각 챔버 내에 내부 공간을 형성하는 단계와,
    상기 측벽 상에 퇴적된 기밀 밀봉층으로 상기 중간 디바이스 구조 내의 상기 복수의 챔버 전구체 구조 각각의 측벽 내의 상기 2개의 밀봉 가능 개구부를 밀봉하는 단계
    를 포함하는, 마이크로폰 제조 방법.
  10. 마이크로폰을 제조하는 방법에 있어서,
    기판에 의해 지지되는 베이스 산화물층 상에 퇴적된 제1 전도성층에 제1 다이어프램을 형성하는 단계와,
    상기 제1 전도성층 상에 퇴적된 제1 산화물층 상에, 내부에 복수의 수용 개구부를 갖는 제1 백플레이트를 형성하는 단계와,
    상기 제1 백플레이트 상에 퇴적된 제2 산화물층 상의 제2 전도성층에 제2 다이어프램을 형성하는 단계로서, 상기 제2 다이어프램은 상기 제1 백플레이트 내의 수용 개구부를 통과한 기둥부에 의해 복수의 위치에서 상기 제1 다이어프램과 함께 접합되는, 상기 제2 다이어프램 형성 단계와,
    상기 제2 전도성층 상에 퇴적된 제3 산화물층 상에, 내부에 적어도 하나의 통기구를 가진 제2 백플레이트를 형성하는 단계와,
    상기 제2 백플레이트 내의 통기구와 정렬되는 일측을 갖는 복수의 챔버의 각 챔버마다 상기 제2 백플레이트 상에 퇴적된 제4 산화물층 상에 2개의 밀봉 가능 개구부를 갖는 측벽을 형성하는 단계
    를 포함하는, 마이크로폰 제조 방법.
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