JP2008010961A - Sound response device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体基板と一体的に形成されたエアギャップ構造を有するコンデンサを備えた音響感応装置に関する。 The present invention relates to an acoustic device including a capacitor having an air gap structure formed integrally with a semiconductor substrate.
従来の半導体基板上に形成されたエアギャップ構造を有するコンデンサ(例えばコンデンサマイクロホン)を備えた音響感応装置として、図10に示すような構造が知られている(例えば、特許文献1を参照)。 A structure as shown in FIG. 10 is known as an acoustic device including a capacitor (for example, a condenser microphone) having an air gap structure formed on a conventional semiconductor substrate (see, for example, Patent Document 1).
図10に示すように、シリコン基板101上に形成された多結晶シリコン膜の一部からなる振動電極膜102と、この振動電極膜102上に、シリコン酸化膜からなるスペーサ104を介して形成された多結晶シリコン膜からなる固定電極膜103とで、コンデンサを構成している。そして、音圧に応答して振動電極膜102が振動した際のコンデンサの静電容量の変化を、電気的に取り出すことによって、マイクロホンの機能を果たしている。
As shown in FIG. 10, a vibrating
なお、振動電極膜102と固定電極膜103との間に形成された中空部(エアギャップ)108は、振動電極膜102上に形成されたシリコン酸化膜104からなる犠牲層を、固定電極膜103に形成された複数の貫通孔105を介してエッチング液を供給してエッチングすることによって形成される。また、振動電極膜102の裏面は、シリコン基板101を裏面側から選択的にエッチングして開口部109を形成することによって露出されている。
Note that a hollow portion (air gap) 108 formed between the vibrating
しかしながら、図10に示した構造のコンデンサでは、開口部109を形成するために、シリコン基板101を裏面側からディープエッチングする必要があり、中空部108との位置合わせが難しく、また、振動電極膜102の膜減が生じないようなエッチング制御が要求される。加えて、裏面側からのディープエッチングを要するため、開口部109の幅が大きくなり、コンデンサの小型化に適しない。
However, in the capacitor having the structure shown in FIG. 10, it is necessary to deep-etch the
特許文献2には、裏面側からのディープエッチングを不要にしたエアギャップ構造を有するコンデンサ(静電容量センサ)が記載されている。 Patent Document 2 describes a capacitor (capacitance sensor) having an air gap structure that does not require deep etching from the back side.
図11(a)〜(d)は、特許文献2に記載されたコンデンサの製造方法を示した工程断面図である。なお、図面及び符号は、説明の便宜上、特許文献2に記載されたものに変更を加えている。 11A to 11D are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a capacitor described in Patent Document 2. FIG. Note that the drawings and reference numerals are modified from those described in Patent Document 2 for convenience of explanation.
まず、図11(a)に示すように、シリコン基板201の表面に不純物を拡散して、拡散層からなる固定電極202を形成する。
First, as shown in FIG. 11A, impurities are diffused on the surface of the
次に、図11(b)に示すように、固定電極202上にシリコン酸化膜を形成した後、パターニングを行って、中空部を画定する犠牲層203を形成する。続いて、シリコン基板201上に、犠牲層203を覆うようにシリコン窒化膜からなる第1の層間絶縁膜204を堆積する。
Next, as shown in FIG. 11B, after a silicon oxide film is formed on the
次に、図11(c)に示すように、第1の層間絶縁膜204上に多結晶シリコン膜を形成した後、パターニングを行って、多結晶シリコン膜からなる振動電極膜205を形成する。続いて、第1の層間絶縁膜204上に、振動電極膜205を覆うように、シリコン窒化膜からなる第2の層間絶縁膜206を堆積し、然る後、第2の層間絶縁膜206、振動電極膜205、及び第1の層間絶縁膜204の一部をエッチングして、犠牲層203に通ずる貫通孔207を形成する。
Next, as shown in FIG. 11C, after a polycrystalline silicon film is formed on the first interlayer
次に、図11(d)に示すように、貫通孔207から、犠牲層203を構成するシリコン酸化膜を選択的にエッチング可能なエッチング液を供給して、犠牲層203をエッチング除去し、中空部208を形成する。これにより、シリコン基板201の裏面側からのディープエッチングをすることなく、エアギャップ構造を有するコンデンサを得ることができる。
特許文献2に記載されたコンデンサは、シリコン基板の裏面側からのディープエッチングが不要であることから、より小型のコンデンサを安価に製造できるという点では有用であるが、その製造方法において、以下のような問題がある。 The capacitor described in Patent Document 2 is useful in that a smaller capacitor can be manufactured at a low cost because deep etching from the back side of the silicon substrate is not necessary. There is a problem like this.
すなわち、中空部208は、貫通孔207を通じて供給されるエッチング液により、犠牲層203をエッチング除去することによって形成されるが、その際、貫通孔207に接する第1の層間絶縁膜204、振動電極膜205、及び第2の層間絶縁膜206はエッチングされないことが必要である。すなわち、これらの膜204、205、206は、犠牲層203に対して、エッチング選択比の大きな材料を選ばなければならない。
That is, the
特許文献2に記載された製造方法においては、犠牲層203はシリコン酸化膜からなり、振動電極膜205、及び第1、第2の層間絶縁膜204、206は、多結晶シリコン膜及びシリコン窒化膜からなるので、フッ酸等のエッチング液を用いた場合、エッチング選択比を十分大きくとれるため、問題はない。
In the manufacturing method described in Patent Document 2, the
しかしながら、犠牲層203のエッチング除去に、ウエットエッチングを用いた場合、エッチング液の表面張力により、エッチング液がその表面をできるだけ小さくしようと内側に応力がかかる。そのため、微小ギャップ間にエッチング液がまたがっている状態になると、中空部208のギャップが狭くなるという問題が生じる。
However, when wet etching is used for etching removal of the
一方、シリコン基板201上にコンデンサを形成する場合、コンデンサの出力信号を検出する検出回路をシリコン基板201上に同時に形成することができれば、小型の音響感応装置を実現する上で、非常に有用である。この場合、コンデンサの製造工程は、検出回路の製造工程、すなわち、半導体装置の製造プロセスと整合性の良いことが好ましい。そのためには、犠牲層203のエッチング除去を、ドライエッチングで行う技術が要請される。また、シリコン窒化膜は内部応力が大きいことから、半導体装置において層間絶縁膜として用いることは不向きのため、コンデンサにおける層間絶縁膜には、シリコン酸化膜を用いることが要請される。
On the other hand, when a capacitor is formed on the
このような観点で、半導体装置の製造プロセスとの整合性を得るために、犠牲層203にシリコン酸化膜を用いた場合、第1に、層間絶縁膜としてシリコン酸化膜が使えなくなり、第2のに、犠牲層203であるシリコン酸化膜と、多結晶シリコン膜(振動電極膜205)及びシリコン窒化膜(層間絶縁膜204、206)とのエッチング選択比を十分に大きくすることができない、という問題が生じる。
From this point of view, when a silicon oxide film is used as the
本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その主な目的は、半導体装置の製造プロセスと整合性のよい、安定した性能を有する小型なコンデンサを備えた音響感応装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and a main object of the present invention is to provide an acoustic response device including a small capacitor having a stable performance, which is consistent with a manufacturing process of a semiconductor device. .
上記の目的を達成するため、本発明者等は、犠牲層に多結晶シリコン膜を用いることを検討した。この場合、振動電極膜にも多結晶シリコン膜を使用しているため、図11(c)に示すような振動電極膜に貫通孔を形成して、犠牲層をエッチング除去する方法は採用できない。犠牲層をエッチングする際、貫通孔に接する振動電極膜もエッチングされてしまうからである。 In order to achieve the above object, the present inventors have examined the use of a polycrystalline silicon film as a sacrificial layer. In this case, since a polycrystalline silicon film is also used for the vibrating electrode film, a method of forming a through hole in the vibrating electrode film and removing the sacrificial layer by etching as shown in FIG. This is because when the sacrificial layer is etched, the vibrating electrode film in contact with the through hole is also etched.
そこで、振動電極膜に貫通孔を設けず、振動電極膜から離れた位置に、犠牲層に通じる貫通孔を形成する方法を検討した。以下、図1(a)及び(b)を参照しながら、その方法を説明する。 Therefore, a method was considered in which a through-hole leading to the sacrificial layer was formed at a position away from the vibrating electrode film without providing a through-hole in the vibrating electrode film. The method will be described below with reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b).
図1(a)は、図1(b)に示したコンデンサの平面図のIa−Iaに沿った断面図である。シリコン基板11の表面に、拡散層からなる固定電極12が形成され、その上に、多結晶シリコン膜からなる犠牲層19が形成されている。犠牲層19は、第1の層間絶縁膜13で覆われ、その上に、多結晶シリコン膜からなる振動電極膜14が形成されている。振動電極膜14は、第2の層間絶縁膜16で覆われ、振動電極膜14から離れた位置に、犠牲層19に通ずる貫通孔17が、第1及び第2の層間絶縁膜13、16内に形成されている。犠牲層19が多結晶シリコン膜で構成されているため、第1及び第2の層間絶縁膜13、16にはシリコン酸化膜を使用することができる。そして、貫通孔17からエッチングガスを供給して、犠牲層19をドライエッチングすることによって、中空部が形成される。
FIG. 1A is a cross-sectional view taken along a line Ia-Ia in the plan view of the capacitor shown in FIG. A
この方法では、貫通孔17を、振動電極膜14から離れた位置に形成するため、犠牲層19は、振動電極膜14よりも大きく形成しなければならない。しかし、実際には、中空部として必要な領域は、振動電極膜14の下方に位置する領域のみであることから、犠牲層19の平面形状は、図1(b)に示すように、中空部となる領域15と、領域15に通じる連通孔となる領域20とで構成することが好ましい。ここで、連通孔となる領域20は、中空部となる領域15の各辺から十字状に延びており、その終端部において、貫通孔17と接続している。
In this method, since the
図2は、犠牲層19をエッチング除去した後のコンデンサの断面図を示したものである。第1及び第2の層間絶縁膜13、16内に形成された貫通孔17は、連通孔領域20を介して、中空部15に通じている。
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the capacitor after the
ここで、中空部のギャップが狭くなると、以下のような問題が発生する。すなわち、犠牲層19の連通孔となる領域20がエッチングされるに従い、領域20の上方の第1の層間絶縁膜13が弛んでくると、連通孔20の一部が塞がってしまうおそれがある。
Here, when the gap of the hollow portion becomes narrow, the following problem occurs. That is, if the first
また、振動電極膜14の張力を調整するために、振動電極膜14にシリコン窒化膜等を積層することが行われるが(例えば、特許文献3を参照)、かかるシリコン窒化膜は引張応力を有するため、第1の層間絶縁膜13の弛みを防ぐ効果も奏する。しかしながら、図2に示すように、貫通孔17は、振動電極膜14から離間した位置に形成されるため、連通孔20の上に位置する第1の層間絶縁膜13の弛みまでは有効に防ぐことはできない。
Further, in order to adjust the tension of the vibrating
そのため、犠牲層19をエッチング除去する工程において、第1の層間絶縁膜13が弛むことによって、連通孔20の一部が塞がる事態が生じると、エッチングガスが導入されにくくなり、その結果、犠牲層19のエッチング時間が長くなったり、中空部15のエッチングが不完全になったりするという問題を招く。
Therefore, in the step of removing the
本発明は、上記問題を解決するために、第2の層間絶縁膜16内に、中空部15上方にあって、周縁が貫通孔17の近傍まで延在した引張応力膜を埋設した構成を採用した。すなわち、引張応力膜を、中空部15のみならず、連通孔20も含む領域上にある第1の層間絶縁膜13の上方まで形成することによって、中空部15及び連通孔20の上方に位置する第1の層間絶縁膜13に対して、引張り応力を及ぼすことができ、これにより、第1の層間絶縁膜13の弛みを防止することができる。
In order to solve the above problem, the present invention employs a configuration in which a tensile stress film having a peripheral edge extending to the vicinity of the through
本発明に係わる音響感応装置は、半導体基板上に形成された固定電極膜と、固定電極膜上に堆積された第1の層間絶縁膜を介して形成された振動電極膜と、第1の層間絶縁膜の固定電極膜と振動電極膜との間に位置する部位に形成された中空部とで構成されたコンデンサを備えた、第1の層間絶縁膜上に振動電極膜を覆う第2の層間絶縁膜が形成されており、中空部は第1の層間絶縁膜内に埋設された犠牲層がエッチング除去されて形成されたものである。そして、第1の層間絶縁膜及び第2の層間絶縁膜内には犠牲層の周縁部に通じるエッチング材導入孔が形成されており、第2の層間絶縁膜内に中空部の上方にあって周縁がエッチング材導入孔の近傍まで延在して形成された引張応力膜が配設されていることを特徴とする。 An acoustic device according to the present invention includes a fixed electrode film formed on a semiconductor substrate, a vibration electrode film formed via a first interlayer insulating film deposited on the fixed electrode film, and a first interlayer A second interlayer that covers a vibrating electrode film on a first interlayer insulating film, comprising a capacitor comprising a hollow portion formed in a portion located between the fixed electrode film and the vibrating electrode film of the insulating film An insulating film is formed, and the hollow portion is formed by etching away a sacrificial layer embedded in the first interlayer insulating film. An etching material introduction hole leading to the peripheral portion of the sacrificial layer is formed in the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film, and is located above the hollow portion in the second interlayer insulating film. A tensile stress film having a peripheral edge extending to the vicinity of the etching material introduction hole is provided.
このような構成により、中空部に形状的な歪みのないコンデンサを形成することができ、半導体装置の製造プロセスと整合性のよい、安定した性能を有する小型なコンデンサを備えた音響感応装置を実現することができる。 With such a configuration, it is possible to form a capacitor with no geometric distortion in the hollow part, and realize an acoustic device with a small capacitor with stable performance that is consistent with the manufacturing process of the semiconductor device. can do.
上記構成において、引張応力膜は、第1の層間絶縁膜の上面に接して形成されていることが好ましい。これにより、第1の層間絶縁膜に対して直接的に引張り応力を付与することができ、第1の層間絶縁膜の弛みを効果的に防止することができる。 In the above configuration, the tensile stress film is preferably formed in contact with the upper surface of the first interlayer insulating film. Thereby, a tensile stress can be directly applied to the first interlayer insulating film, and loosening of the first interlayer insulating film can be effectively prevented.
また、引張応力膜は、振動電極膜の下面に接して形成されていることが好ましい。これにより、振動電極膜の張り強度も併せ大きくすることができる。 The tensile stress film is preferably formed in contact with the lower surface of the vibrating electrode film. Thereby, the tension strength of the vibrating electrode film can also be increased.
以下のような構成は、本発明の効果をより発揮する態様として好ましい。 The following configuration is preferable as an embodiment that further exhibits the effects of the present invention.
引張応力膜の面積は、振動電極膜の面積よりも大きく、また、引張応力膜はシリコン窒化膜からなる。 The area of the tensile stress film is larger than the area of the vibrating electrode film, and the tensile stress film is made of a silicon nitride film.
また、犠牲層は、振動電極膜と同じ材料で構成され、さらに、犠牲層及び振動電極膜は、多結晶シリコンで構成されている。 The sacrificial layer is made of the same material as the vibrating electrode film, and the sacrificial layer and the vibrating electrode film are made of polycrystalline silicon.
さらに、半導体基板には、振動電極膜の振動によって変動した前記コンデンサの出力信号を検出する検出回路がさらに形成されている。 The semiconductor substrate further includes a detection circuit that detects an output signal of the capacitor that has fluctuated due to vibration of the vibrating electrode film.
本発明に係わる音響感応装置によれば、犠牲層をエッチング除去することによって形成される中空部の形状的な歪みを防止することができ、半導体装置の製造プロセスと整合性のよい、安定した性能を有する小型なコンデンサを備えた音響感応装置を実現することができる。 According to the acoustic device according to the present invention, it is possible to prevent the geometric distortion of the hollow portion formed by etching away the sacrificial layer, and to have a stable performance that is consistent with the manufacturing process of the semiconductor device. It is possible to realize an acoustic sensing device including a small capacitor having
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、説明の簡略化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, components having substantially the same function are denoted by the same reference numerals for the sake of simplicity. In addition, this invention is not limited to the following embodiment.
(第1の実施形態)
図3は、本発明の第1の実施形態におけるコンデンサ(例えばコンデンサマイクロホン)を備えた音響感応装置10の構成を模式的に示した断面図である。
(First embodiment)
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of the
図3に示すように、本発明のおけるコンデンサは、半導体基板11上に形成された固定電極膜12と、固定電極膜12上に堆積された第1の層間絶縁膜13を介して形成された振動電極膜14と、第1の層間絶縁膜13の固定電極膜12と振動電極膜14との間に位置する部位に形成された中空部15とで構成されている。
As shown in FIG. 3, the capacitor according to the present invention is formed through a fixed
また、第1の層間絶縁膜13上に、振動電極膜14を覆う第2の層間絶縁膜16が形成されており、中空部15は、第1の層間絶縁膜13内に埋設された犠牲層(不図示)がエッチング除去されて形成されたものである。さらに、第1の層間絶縁膜13及び第2の層間絶縁膜16内には、犠牲層の周縁部に通じる貫通孔(エッチング材導入孔)17が形成されており、第2の層間絶縁膜16内に、中空部15の上方にあって周縁がエッチング材導入孔17の近傍まで延在して形成された引張応力膜18が配設されている。
A second
図3に示すように、犠牲層をエッチング除去する際に、振動電極膜14がエッチングされないように、振動電極膜14の周縁は、貫通孔17から十分に離れて形成されているのに対し、中空部15の上方に形成された引張応力膜18は、その周縁が貫通孔17の近傍まで延在して形成されている。
As shown in FIG. 3, the periphery of the vibrating
すなわち、引張応力膜18は、貫通孔17と中空部15とを連結する連通孔20上の第1の層間絶縁膜13の部位(図中の円で囲われた領域A)の上方にも延在して形成されている。これにより、中空部15のみならず連通孔20の上方に位置する第1の層間絶縁膜13に、引張応力膜18による引張り応力が及ぶことになるので、犠牲層のエッチング除去の際、連通孔20上の第1の層間絶縁膜13が弛むことによって、連通孔20の一部が塞がるような現象を防止することができる。その結果、中空部15の不完全なエッチング除去に伴う中空部15の形状的な歪みを防止することができる。
That is, the
以下、本実施形態の具体的な構成を、図3を参照しながら詳述する。 Hereinafter, a specific configuration of the present embodiment will be described in detail with reference to FIG.
図3は、本発明におけるコンデンサの基本的な構成を示した断面図である。半導体基板(例えば、シリコン基板)11上に、絶縁膜(例えばシリコン酸化膜)21が形成され、その上に、例えば、多結晶シリコン膜からなる固定電極膜12が形成されている。そして、固定電極膜12上には、絶縁膜(例えばシリコン酸化膜)22を介して、中空部15が形成されている。中空部15は、それに連結する連通孔20とともに、固定電極膜12上に形成された、例えば、シリコン酸化膜からなる第1の層間絶縁膜13内に埋設された犠牲層(不図示)がエッチング除去されて形成されたものである。ここで、中空部のギャップの高さは、500nm〜1000nm程度に設定されている。なお、連通孔20は、図1(b)に示すように、中空部15の各辺から十字状に延びて形成されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the basic configuration of the capacitor according to the present invention. An insulating film (for example, a silicon oxide film) 21 is formed on a semiconductor substrate (for example, a silicon substrate) 11, and a fixed
第1の層間絶縁膜13上には、例えば、多結晶シリコン膜からなる振動電極膜14が形成され、振動電極膜14は、例えば、シリコン酸化膜からなる第2の層間絶縁膜16で覆われている。そして、第1の層間絶縁膜13及び第2の層間絶縁膜16内には、連通孔20の終端部に通ずる貫通孔17が形成され、第2の層間絶縁膜16内には、例えば、シリコン窒化膜からなる引張応力膜18が形成されている。ここで、引張応力膜18の膜厚は、50nm〜100nm程度に形成する。
A vibrating
本実施形態においては、引張応力膜18は、第1の層間絶縁膜13の上面に接して形成されており、さらに、振動電極膜14の下面に接して形成されている。また、引張応力膜18は、その面積が振動電極膜14よりも大きく形成され、その周縁が貫通孔17の近傍まで延在している。
In the present embodiment, the
これにより、連通孔20の上方に位置する第1の層間絶縁膜13に対して、引張応力膜18による引張り応力が直接的に付与されるので、第1の層間絶縁膜13の弛みを効果的に防止することができる。また、振動電極膜14に対しても、引張応力膜18による引張り応力が付与されるので、振動電極膜14の張り強度も併せ大きくすることができる。
Thereby, since the tensile stress by the
ところで、引張応力膜18の配設は、図3に示したような場所に限らず、本発明の効果を奏する範囲内において、種々の場所に配設することができる。以下、それらの変形例を、図4〜図7を参照しながら説明する。
By the way, the arrangement of the
図4は、本実施形態の第1の変形例を示した断面図で、引張応力膜18の周縁を、貫通孔17を越えてさらに延在させて形成した点が異なる。引張応力膜18をこのように形成することによって、連通孔20の上方に位置する第1の層間絶縁膜13の全領域に対して、引張応力膜18による引張り応力を付与することができ、第1の層間絶縁膜13の弛みをより効果的に防止することができる。なお、この場合、貫通孔17は、引張応力膜18も貫通して形成する必要があるが、引張応力膜18の膜厚は、第1の層間絶縁膜13及び第2の層間絶縁膜16の膜厚に比して十分に薄いので、貫通孔17の形成に支障が生じることない。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a first modification of the present embodiment, which is different in that the peripheral edge of the
なお、本変形例においては、引張応力膜18は、貫通孔17と接するため、後述する犠牲層をエッチング除去する工程において、引張応力膜18と犠牲層とのエッチング選択比が大きいエッチング条件で行うことが好ましい。
In this modification, since the
図5は、本実施形態の第2の変形例を示した断面図で、振動電極膜14を、引張応力膜18と離した位置に形成している点が異なる。上述のように、引張応力膜18は、振動電極膜14の張り強度を高める作用も及ぼすが、引張応力膜18の最適な膜厚や面積は、振動電極膜14とは関係なく決められることから、必ずしも、振動電極膜14に対して所望の張り強度を与えることにはならない。そこで、振動電極膜14を引張応力膜18と離して形成し、振動電極膜14には別途、振動電極膜14に所望の張り高度を与える引張応力膜(不図示)を形成するようにしたものである。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a second modification of the present embodiment, which differs in that the vibrating
図6は、本実施形態の第3の変形例を示した断面図で、引張応力膜18を振動電極膜14の上面に接して形成した点が異なる。本発明において、引張応力膜18は、必ずしも第1の層間絶縁膜13の上面に接して形成される必要はなく、引張応力膜18の引張り応力は、第2の層間絶縁膜16を介しても、第1の層間絶縁膜13に及ぼすことができる。その一方、コンデンサの容量を高めるためには、固定電極膜12と振動電極膜14との距離を出来るだけ狭くしたいという要請があり、本変形例は、その要請を満たすものである。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a third modification of the present embodiment, which differs in that a
図7は、本実施形態の第4の変形例を示した断面図で、振動電極膜14の上面及び側面にも引張応力膜(例えばシリコン窒化膜)23、24をさらに形成した点が異なる。このような構成にすることによって、振動電極膜14の張り強度を高めることができると共に、振動電極膜14の全ての面が引張応力膜18、23、24で被覆されるので、犠牲層をエッチング除去する際に、振動電極膜14を保護する第2の層間絶縁膜16の一部がエッチングされて、それにより、振動電極膜14もエッチングされるのを防止することができる。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a fourth modification of the present embodiment, which differs in that tensile stress films (for example, silicon nitride films) 23 and 24 are further formed on the upper surface and side surfaces of the vibrating
(第2の実施形態)
本発明におけるコンデンサを備えた音響感応装置の製造方法について、図8(a)〜図9(b)に示した工程断面図を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、本発明に係わるコンデンサに加え、半導体基板に、振動電極膜の振動によって変動したコンデンサの出力信号を検出する検出回路(MOSFETで構成)が集積された音響感応装置を例に説明する。
(Second Embodiment)
A method for manufacturing an acoustic device having a capacitor according to the present invention will be described with reference to process cross-sectional views shown in FIGS. 8 (a) to 9 (b). In this embodiment, in addition to the capacitor according to the present invention, an acoustic sensing device in which a detection circuit (configured by a MOSFET) for detecting the output signal of the capacitor that has fluctuated due to vibration of the vibrating electrode film is integrated on a semiconductor substrate is taken as an example. Explained.
先ず、図8(a)に示すように、シリコン基板11の表面上に、シリコン酸化膜を選択的に形成して素子分離領域21を形成する。続いて、シリコン基板11上にゲート絶縁膜を形成した後、多結晶シリコン膜を堆積し、リソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、ゲート絶縁膜上にゲート電極膜30、素子分離領域21上に固定電極膜12を形成する。続いて、ゲート電極膜30をマスクに、シリコン基板11の表面にイオン注入を行って、ソース、ドレイン拡散層31a、31bを形成する。その後、プラズマCVD法を用いてシリコン基板11上に、シリコン酸化膜22を堆積させ、さらにその上に、CVD法を用いて、中空部15を形成するための犠牲層、例えば多結晶シリコン膜19を形成する。
First, as shown in FIG. 8A, a silicon oxide film is selectively formed on the surface of the
次に、図8(b)に示すように、犠牲層19を、リソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、中空部15及び連通孔20に相当する形状に加工する。続いて、CVD法を用いて、犠牲層19を完全に覆うようにシリコン酸化膜(第1の層間絶縁膜)13を形成した後、エッチバック法又は化学機械的研磨(CMP)法を用いて、シリコン酸化膜13の表面を平坦化する。その後、CVD法を用いて、シリコン酸化膜13上に、シリコン窒化膜からなる引張応力膜18を形成する。引き続き、CVD法を用いて、引張応力膜18上に、多結晶シリコン膜からなる振動電極膜14及びシリコン窒化膜23を積層する。このとき、引張応力膜18の面積は、振動電極膜14の面積よりも大きく形成される。
Next, as shown in FIG. 8B, the
次に、図8(c)に示すように、CVD法を用いて、振動電極膜14を覆うように、シリコン酸化膜13上に、シリコン酸化膜16(第2の層間絶縁膜)を形成した後、エッチバック法又はCMP法を用いて、シリコン酸化膜16の表面を平坦化する。続いて、リソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、シリコン酸化膜13、16にコンタクトホールを形成する。その後、スパッタリング法又はCVD法を用いて、コンタクトホール内を含めてチタンおよびタングステンからなる導電体膜を堆積した後、エッチバック法又はCMP法を用いて、コンタクトホール内に導電体膜を埋め込み、固定電極膜12、振動電極膜14、及びMOSFETのゲート電極30等に接続するビア40、41、42を形成する。
Next, as shown in FIG. 8C, a silicon oxide film 16 (second interlayer insulating film) is formed on the
次に、図9(a)に示すように、スパッタリング法を用いて、シリコン酸化膜16上にチタン、窒化チタン、アルミニウムからなる積層膜を堆積した後、リソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、電極配線43を形成する。続いて、CVD法を用いて、電極配線43上にシリコン窒化膜からなる保護膜44を堆積させた後、リソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、所定の電極パッドの表面を露出するように保護膜44の一部を除去する。
Next, as shown in FIG. 9A, after depositing a laminated film made of titanium, titanium nitride, and aluminum on the
次に、図9(b)に示すように、リソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、シリコン酸化膜13、16、及び保護膜44内に、犠牲層19に通ずる貫通孔17を形成する。続いて、貫通孔17から、三塩化フッ素またはフッ化キセノンガスを導入して、犠牲層19を構成する多結晶シリコン膜を除去することによって中空部15及び連通孔20を形成して、コンデンサを備えた音響感応装置10を完成する。
Next, as shown in FIG. 9B, a through
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated by suitable embodiment, such description is not a limitation matter and of course various modifications are possible.
例えば、本発明においては、犠牲層と振動電極膜とが同じ材料(例えば、多結晶シリコン膜)で構成されている場合、犠牲層に通ずる貫通孔は、必然的に振動電極膜から離れた位置に形成されることを前提に説明したが、必ずしも、そうような場合に限定されるものでない。犠牲層と振動電極膜の材料が異なり、振動電極膜に貫通孔を形成することに制約がない場合であっても、振動電極膜に貫通孔を設けることによって、振動電極膜の振動特性が劣化する等の問題を回避するために、振動電極膜には貫通孔を設けず、動電極膜から離れた位置に貫通孔を形成する場合にも、本発明を適用することができる。 For example, in the present invention, when the sacrificial layer and the vibrating electrode film are made of the same material (for example, a polycrystalline silicon film), the through-hole leading to the sacrificial layer is necessarily positioned away from the vibrating electrode film. However, the present invention is not necessarily limited to such a case. Even if the sacrificial layer and the vibrating electrode film are made of different materials and there are no restrictions on forming a through hole in the vibrating electrode film, the vibration characteristics of the vibrating electrode film are degraded by providing the through hole in the vibrating electrode film. In order to avoid such a problem as described above, the present invention can also be applied to the case where the through hole is not provided in the vibrating electrode film and the through hole is formed at a position away from the moving electrode film.
また、本実施形態においては、固定電極膜を、半導体基板上に形成された多結晶ポリシリコン膜で構成するようにしたが、これに限らず、例えば、半導体基板の表面に形成された拡散層で構成するようにしてもよい。 In the present embodiment, the fixed electrode film is formed of a polycrystalline polysilicon film formed on the semiconductor substrate. However, the present invention is not limited to this, for example, a diffusion layer formed on the surface of the semiconductor substrate. You may make it comprise.
また、本実施形態においては、中空部は、犠牲層をドライエッチングで除去することによって形成したが、犠牲層をウエットエッチングで除去して形成されたものであってもよい。 In this embodiment, the hollow portion is formed by removing the sacrificial layer by dry etching. However, the hollow portion may be formed by removing the sacrificial layer by wet etching.
さらに、本実施形態において、コンデンサとして、コンデンサマイクロホンを例示したが、それに限らず、圧力センサ、加速度センサ等のデバイスにも適用することができる。 Furthermore, in the present embodiment, the condenser microphone is exemplified as the condenser. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to devices such as a pressure sensor and an acceleration sensor.
本発明に係わる音響感応装置によれば、半導体装置の製造プロセスと整合性のよい、安定した性能を有する小型なコンデンサを備えた音響感応装置を提供することができる。 According to the sound sensitive device according to the present invention, it is possible to provide a sound sensitive device including a small capacitor having a stable performance that is consistent with the manufacturing process of the semiconductor device.
10 音響感応装置
11 半導体基板
12 固定電極膜
13 第1の層間絶縁膜
14 振動電極膜
15 中空部
16 第2の層間絶縁膜
17 貫通孔(エッチング材導入孔)
18 引張応力膜(シリコン窒化膜)
19 犠牲層(多結晶シリコン膜)
20 連通孔
21 素子分離領域
23、24 引張応力膜(シリコン窒化膜)
31a、31b ドレイン拡散層
40、41、42 ビア
43 電極配線
44 保護膜
DESCRIPTION OF
18 Tensile stress film (silicon nitride film)
19 Sacrificial layer (polycrystalline silicon film)
20
31a, 31b
Claims (9)
前記固定電極膜上に堆積された第1の層間絶縁膜を介して形成された振動電極膜と、
前記第1の層間絶縁膜内の前記固定電極膜と前記振動電極膜との間に位置する部位に形成された中空部とで構成されたコンデンサを備えた音響感応装置であって、
前記第1の層間絶縁膜上に、前記振動電極膜を覆う第2の層間絶縁膜が形成されており、
前記中空部は、前記第1の層間絶縁膜内に埋設された犠牲層がエッチング除去されて形成されたものであって、
前記第1の層間絶縁膜及び前記第2の層間絶縁膜内には、前記犠牲層の周縁部に通じるエッチング材導入孔が形成されており、
前記第2の層間絶縁膜内に、前記中空部の上方にあって、周縁が前記エッチング材導入孔の近傍まで延在して形成された引張応力膜が配設されていることを特徴とする、音響感応装置。 A fixed electrode film formed on a semiconductor substrate;
A vibrating electrode film formed through a first interlayer insulating film deposited on the fixed electrode film;
An acoustic sensing device including a capacitor including a hollow portion formed in a portion located between the fixed electrode film and the vibrating electrode film in the first interlayer insulating film,
A second interlayer insulating film covering the vibrating electrode film is formed on the first interlayer insulating film;
The hollow portion is formed by etching away a sacrificial layer embedded in the first interlayer insulating film,
In the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film, an etching material introduction hole leading to a peripheral portion of the sacrificial layer is formed,
The second interlayer insulating film is provided with a tensile stress film formed above the hollow portion and having a peripheral edge extending to the vicinity of the etching material introduction hole. , Sound sensitive device.
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JP2010045430A (en) * | 2008-08-08 | 2010-02-25 | Panasonic Electric Works Co Ltd | Electrostatic transducer |
JP2010263444A (en) * | 2009-05-08 | 2010-11-18 | Canon Inc | Capacitive electro-mechanical transducer and method of fabricating the same |
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- 2006-06-27 JP JP2006176818A patent/JP2008010961A/en active Pending
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