JP2007181190A - Semiconductor device and method for fabricating same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体回路部と一対の対向電極と前記対向電極の間にある中空部から構成される中空キャパシタ部を同一基板上に持つことを特徴とする半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device comprising a semiconductor circuit portion, a pair of counter electrodes, and a hollow capacitor portion formed of a hollow portion between the counter electrodes on the same substrate.
周波数が数十kHzから数十MHzの超音波は指向性が強いため、対象物が可視光域で透明であっても探知することができるなど、超音波センサは、対象物の色や表面状態に影響されにくいという特性を生かして、幅広い分野に応用されている。例えば、超音波センサとして、魚群探知機などの距離測定機、非破壊検査が可能な診断装置や探傷機などが実用化されている他、超音波を用いた機器としても、洗浄機や溶着機などが実用化されている(例えば、非特許文献1を参照)。なお、超音波センサは、通常、超音波を送信する送信部と、発信した超音波を受信する受信部とに分れている。 Ultrasonic sensors with a frequency of several tens of kHz to several tens of megahertz have strong directivity, so the ultrasonic sensor can detect even if the object is transparent in the visible light range. It is applied to a wide range of fields, taking advantage of its characteristic that it is not easily affected by For example, distance detectors such as fish detectors, diagnostic devices capable of non-destructive inspection, flaw detectors, etc. have been put to practical use as ultrasonic sensors, and washing machines and welders are also used as ultrasonic devices. Etc. have been put into practical use (see, for example, Non-Patent Document 1). Note that the ultrasonic sensor is usually divided into a transmission unit that transmits ultrasonic waves and a reception unit that receives the transmitted ultrasonic waves.
しかしながら、従来の超音波センサの受信部は、通常、圧電セラミック振動子を使用しているため装置の価格が高くなり、また、あまり小型にできないという問題がある。また、検出感度を良くするために、振動子の基板側をエッチングして薄くしなければならず、製造工程が複雑になるという問題もある。それ故、使用用途が限られていた。 However, since the receiving part of the conventional ultrasonic sensor usually uses a piezoelectric ceramic vibrator, there is a problem that the price of the apparatus becomes high and the size cannot be reduced so much. In addition, in order to improve the detection sensitivity, the substrate side of the vibrator must be etched and thinned, resulting in a complicated manufacturing process. Therefore, the use application was limited.
図10は、従来の超音波センサの受信部の構造を示した断面図である。 FIG. 10 is a cross-sectional view showing a structure of a receiving unit of a conventional ultrasonic sensor.
基板上に、圧電セラミック振動子100の材料として、強誘電体セラミックス材料であるチタン酸ジルコン鉛(PZT)を形成している。通常、PZTを形成するためには、酸素雰囲気中で550℃以上の高温で焼成することが必要とされるため、電極101の材料には、その焼成過程での酸化による絶縁物化を防ぐために、微細加工がしづらく、かつ高価な白金やイリジウムなどの白金族系材料が使用されている。また、感度確保のため、圧電セラミック振動子が形成された基板の裏面を薄くエッチングして開口部102を形成する必要があるが、例えば、8インチのSiウェハは750μm程度の厚さがあり、半導体素子の形成工程で通常行われる1〜2μm程度のエッチング技術は適用できず、開口部102の形成には、特殊なプロセスを用いなければならなかった。
On the substrate, lead zirconate titanate (PZT), which is a ferroelectric ceramic material, is formed as a material of the piezoelectric
一方、特許文献1〜3等には、半導体基板上に半導体回路部と中空キャパシタからなる超音波センサが開示されている。ここで、一対の電極間に設けられた中空部は、犠牲層を、弗酸などによるウェットエッチで除去することによって形成される。
しかしながら、超音波センサとして必要な、幅が数μm〜数mm程度、ギャップが数百nm〜数μm程度の微細な中空部を形成する際に、弗酸などの液体エッチャントを犠牲層に導入することは非常に困難である。また、仮に、導入できたとしても、液体エッチャントを中空部から除去する際に、液体エッチャントの表面張力で、形成した中空部がつぶれてしまうという問題も生じる。 However, a liquid etchant such as hydrofluoric acid is introduced into the sacrificial layer when forming a fine hollow portion necessary for an ultrasonic sensor and having a width of about several μm to several mm and a gap of about several hundred nm to several μm. It is very difficult. Even if it can be introduced, when the liquid etchant is removed from the hollow portion, there is a problem that the formed hollow portion is crushed by the surface tension of the liquid etchant.
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、その主な目的は、簡単な構成で、小型の中空キャパシタが形成可能な半導体装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and a main object thereof is to provide a semiconductor device capable of forming a small hollow capacitor with a simple configuration.
上記の目的を達成するために、本発明に係る半導体装置は、一対の対向電極と、対向電極の間にある中空部とで構成される中空キャパシタ部を備え、中空キャパシタ部の中空部は、絶縁膜で包まれていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention includes a hollow capacitor unit including a pair of counter electrodes and a hollow part between the counter electrodes. It is characterized by being wrapped with an insulating film.
このような構成により、簡単な構造で小型な中空キャパシタ(超音波センサ)を容易に実現することができる。また、超音波の入射により中空キャパシタ部の上部電極が振動し、これにより、上部電極と下部電極との距離が変化することで中空キャパシタ部の容量が変化する。この中空キャパシタ部の容量変化を、半導体回路部に搭載された信号処理回路で増幅、検波して超音波センサとして動作させることができる。 With such a configuration, a small hollow capacitor (ultrasonic sensor) with a simple structure can be easily realized. In addition, the upper electrode of the hollow capacitor portion vibrates due to the incidence of ultrasonic waves, and thereby the distance between the upper electrode and the lower electrode changes to change the capacitance of the hollow capacitor portion. The capacitance change of the hollow capacitor portion can be amplified and detected by a signal processing circuit mounted on the semiconductor circuit portion to operate as an ultrasonic sensor.
ある好適な実施形態において、上記絶縁膜は、中空キャパシタ部の下部電極を覆う第1の絶縁膜と、第1の絶縁膜の上に形成された中空キャパシタ部の中空部を覆う第2の絶縁膜と、第2の絶縁膜の上に形成された中空キャパシタ部の上部電極を覆う第3の絶縁膜から構成されている。 In a preferred embodiment, the insulating film includes a first insulating film that covers the lower electrode of the hollow capacitor portion, and a second insulating film that covers the hollow portion of the hollow capacitor portion formed on the first insulating film. And a third insulating film covering the upper electrode of the hollow capacitor portion formed on the film and the second insulating film.
このような構成により、中空部を形成するために、中空部を形成したい領域にあらかじめ設けられた犠牲層をエッチング除去する際、上部電極や下部電極などの犠牲層以外の部分までエッチングされることを防止するこができる。 With this configuration, in order to form the hollow portion, when the sacrificial layer previously provided in the region where the hollow portion is to be formed is removed by etching, portions other than the sacrificial layer such as the upper electrode and the lower electrode are etched. Can be prevented.
ある好適な実施形態において、上記中空キャパシタ部の中空部に接続した第1のホールを備え、第1のホールは第3の絶縁膜及び第2の絶縁膜を貫通している。これにより、中空部を形成する際のエッチャントを、容易に犠牲層に導入することができる。 In a preferred embodiment, a first hole connected to the hollow portion of the hollow capacitor portion is provided, and the first hole penetrates the third insulating film and the second insulating film. Thereby, the etchant at the time of forming a hollow part can be easily introduce | transduced into a sacrificial layer.
ある好適な実施形態において、上記中空キャパシタ部の中空部に接続した第2のホールをさらに備え、第2のホールは少なくとも中空キャパシタ部の第3の絶縁膜及び上部電極を貫通している。これにより、より多くのエッチャントを犠牲層に導入でき、中空部を容易に形成することができる。 In a preferred embodiment, the semiconductor device further includes a second hole connected to the hollow portion of the hollow capacitor portion, and the second hole penetrates at least the third insulating film and the upper electrode of the hollow capacitor portion. Thereby, more etchants can be introduced into the sacrificial layer, and the hollow portion can be easily formed.
ここで、第2のホールの壁面は保護膜で覆われていることが好ましい。これにより、犠牲層をエッチング除去して中空部を形成する際に、上部電極などまでエッチングされてしまうことを防止することができる。 Here, the wall surface of the second hole is preferably covered with a protective film. Thereby, when the sacrificial layer is removed by etching to form the hollow portion, it is possible to prevent the upper electrode and the like from being etched.
また、上記絶縁膜及び保護膜は酸化シリコン膜からなり、中空キャパシタ部の上部電極及び下部電極は多結晶シリコンからなり、上部電極は窒化シリコン膜で上下に挟まれていることが好ましい。これにより、上部電極の種類や形状によらずに、中空部の天井部分を自立させることができる。 Preferably, the insulating film and the protective film are made of a silicon oxide film, the upper electrode and the lower electrode of the hollow capacitor portion are made of polycrystalline silicon, and the upper electrode is sandwiched between silicon nitride films. Thereby, the ceiling part of a hollow part can be made independent, irrespective of the kind and shape of an upper electrode.
さらに、上記中空キャパシタ部の上部電極と中空部の間に電荷保持層を備え、電荷保持層が上記絶縁膜で包まれていることが好ましい。これにより、超音波を受信した際、中空キャパシタの上部電極と下部電極間との電圧変化を大きくすることができ、受信感度を上げることができる。 Furthermore, it is preferable that a charge retention layer is provided between the upper electrode and the hollow portion of the hollow capacitor portion, and the charge retention layer is wrapped with the insulating film. Thereby, when an ultrasonic wave is received, a voltage change between the upper electrode and the lower electrode of the hollow capacitor can be increased, and reception sensitivity can be increased.
本発明に係わる他の半導体装置は、基板上に形成された固定電極と、基板上であって、固定電極を覆うように形成された第1の絶縁膜と、第1の絶縁膜上であって、固定電極の上方に形成された中空部と、第1の絶縁膜上であって、中空部を覆うように形成された第2の絶縁膜と、第2の絶縁膜上であって、中空部の上方に形成された可動電極とを備え、固定電極、中空部、及び可動電極で中空キャパシタを構成しており、第2の絶縁膜は、その表面が平坦化されていることを特徴とする。 Another semiconductor device according to the present invention includes a fixed electrode formed on a substrate, a first insulating film formed on the substrate so as to cover the fixed electrode, and the first insulating film. A hollow portion formed above the fixed electrode, a first insulating film, a second insulating film formed to cover the hollow portion, and a second insulating film, A movable electrode formed above the hollow portion, and the fixed electrode, the hollow portion, and the movable electrode constitute a hollow capacitor, and the surface of the second insulating film is flattened And
このような構成により、中空部の上方に位置する第2の絶縁膜及び可動電極を、中空部の側方に位置する膜厚の厚い第2の絶縁膜で保持することができ、これにより、中空部の上方に位置する第2の絶縁膜及び可動電極が撓んで、中空部を塞いでしまうことを防止することができる。 With such a configuration, the second insulating film and the movable electrode located above the hollow part can be held by the thick second insulating film located on the side of the hollow part. It is possible to prevent the second insulating film and the movable electrode located above the hollow portion from being bent and closing the hollow portion.
ある好適な実施形態において、上記第2の絶縁膜上に、可動電極を覆うように第3の絶縁膜がさらに形成されている。 In a preferred embodiment, a third insulating film is further formed on the second insulating film so as to cover the movable electrode.
ある好適な実施形態において、上記第2の絶縁膜及び第3の絶縁膜内に、中空部に接続する導入孔が形成されている。 In a preferred embodiment, an introduction hole connected to the hollow portion is formed in the second insulating film and the third insulating film.
ある好適な実施形態において、上記中空部は、該中空部の周縁から第2の絶縁膜側に延出する連通孔を有し、上記導入孔は連通孔に接続されている。このような構成により、中空部の側方に位置する膜厚の厚い第2の絶縁膜を増やすことができ、これにより、中空部の上方に位置する第2の絶縁膜及び可動電極をより強固に保持することができる。 In a preferred embodiment, the hollow portion has a communication hole extending from the periphery of the hollow portion toward the second insulating film, and the introduction hole is connected to the communication hole. With such a configuration, it is possible to increase the thickness of the second insulating film located on the side of the hollow portion, thereby strengthening the second insulating film and the movable electrode located above the hollow portion. Can be held in.
上記中空部は矩形形状をなし、連通孔は、中空部の周辺から十字状に第2の絶縁膜側に延出していることが好ましい。 Preferably, the hollow portion has a rectangular shape, and the communication hole extends from the periphery of the hollow portion to the second insulating film side in a cross shape.
本発明に係わる半導体装置の製造方法は、基板上に固定電極を形成する工程と、基板上に、固定電極を覆うように第1の絶縁膜を形成する工程と、第1の絶縁膜上であって、固定電極の上方に犠牲層を形成する工程と、第1の絶縁膜上であって、犠牲層を覆うように第2の絶縁膜を形成する工程と、第2の絶縁膜の表面を、犠牲層上に所定の膜厚の第2の絶縁膜が残存するように平坦化する工程と、第2の絶縁膜上であって、犠牲層の上方に可動電極を形成する工程と、第2の絶縁膜上に、可動電極を覆うように第3の絶縁膜を形成する工程と、第2の絶縁膜及び第3の絶縁膜内に、犠牲層に到達する導入孔を形成する工程と、導入孔を介して犠牲層をエッチング除去することにより、第2の絶縁膜内に中空部を形成する工程とを備え、固定電極、中空部、及び可動電極で中空キャパシタを構成している。 A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a fixed electrode on a substrate, a step of forming a first insulating film on the substrate so as to cover the fixed electrode, and a step of forming the first insulating film on the first insulating film. A step of forming a sacrificial layer above the fixed electrode; a step of forming a second insulating film on the first insulating film so as to cover the sacrificial layer; and a surface of the second insulating film Planarizing the second insulating film having a predetermined thickness on the sacrificial layer, forming a movable electrode on the second insulating film and above the sacrificial layer; Forming a third insulating film on the second insulating film so as to cover the movable electrode; and forming an introduction hole reaching the sacrificial layer in the second insulating film and the third insulating film. And a step of forming a hollow portion in the second insulating film by etching away the sacrificial layer through the introduction hole, and fixing. Poles constitute a hollow capacitor hollow portion, and the movable electrode.
ある好適な実施形態において、犠牲層は、該犠牲層の周縁から前記第2の絶縁膜側に延出する部位を有し、導入孔は、犠牲層の延出する部位に接続されている。 In a preferred embodiment, the sacrificial layer has a part extending from the periphery of the sacrificial layer to the second insulating film side, and the introduction hole is connected to a part where the sacrificial layer extends.
本発明に係わる半導体装置によれば、簡単な構造で小型な中空キャパシタ(超音波センサ)を容易に実現することができる。また、本発明に係わる半導体装置の製造方法によれば、安定した形状の中空部を有する中空キャパシタ(超音波センサ)を簡単な製造方法により製造することができる。 According to the semiconductor device of the present invention, a small hollow capacitor (ultrasonic sensor) with a simple structure can be easily realized. Further, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a hollow capacitor (ultrasonic sensor) having a hollow portion having a stable shape can be manufactured by a simple manufacturing method.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明における構成およびその作用を分かりやすく説明するために用いる一例であって、本発明は以下の形態に限定を受けるものではない。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, embodiment described below is an example used in order to explain the structure in this invention and its effect | action easily, Comprising: This invention is not limited to the following forms.
(第1の実施形態)
第1の実施形態に係る半導体装置(超音波センサ)について、図1〜図5を用いて説明する。
(First embodiment)
The semiconductor device (ultrasonic sensor) according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
[超音波センサの構成]
図1(a)は、本実施形態に係る超音波センサの構成を模式的に示した断面図で、図1(b)は、本実施形態に係る超音波センサの中空キャパシタ部を示した平面図である。また、図5は、本実施形態の変形例に係る超音波センサの構成を示した断面図である。
[Configuration of ultrasonic sensor]
FIG. 1A is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the ultrasonic sensor according to this embodiment, and FIG. 1B is a plan view showing the hollow capacitor portion of the ultrasonic sensor according to this embodiment. FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of an ultrasonic sensor according to a modification of the present embodiment.
図1(a)に示すように、本実施形態に係る超音波センサは、上部電極(可動電極)24と下部電極(固定電極)14が対向した中空キャパシタ部と、電界効果型トランジスタ素子などで構成される増幅回路やノイズ除去回路や出力回路などからなる半導体回路部とが集積された構成を有する。なお、図1(a)では、1つの中空キャパシタ部と1つの半導体回路部の中の1つのトランジスタとを図示しているが、この中空キャパシタ部をアレイ状に複数配置してもよい。この場合、複数の中空キャパシタ部に、各中空キャパシタを任意に選択できる選択トランジスタを接続する構成にする。ここで、図1(a)は、図1(b)に図示した中空キャパシタ部の主要部(A−A’線)を通る断面図である。 As shown in FIG. 1A, the ultrasonic sensor according to this embodiment includes a hollow capacitor portion in which an upper electrode (movable electrode) 24 and a lower electrode (fixed electrode) 14 face each other, a field effect transistor element, and the like. It has a configuration in which a semiconductor circuit unit including an amplifier circuit, a noise removal circuit, an output circuit, and the like is integrated. In FIG. 1A, one hollow capacitor portion and one transistor in one semiconductor circuit portion are illustrated, but a plurality of hollow capacitor portions may be arranged in an array. In this case, a selection transistor that can arbitrarily select each hollow capacitor is connected to the plurality of hollow capacitor portions. Here, FIG. 1A is a cross-sectional view through the main part (A-A ′ line) of the hollow capacitor part illustrated in FIG.
図1(a)に示すように、p型シリコン基板10の表面に、n型不純物が拡散されたソース領域11aとドレイン領域11bとが形成されている。ソース領域11aおよびドレイン領域11bの両側には、厚膜酸化膜の素子分離領域13が形成されており、シリコン基板10の表面上には、第1層間絶縁層(第1の絶縁膜)16、第2層間絶縁層(第2の絶縁膜)17、第3層間絶縁層(第3の絶縁膜)18、および表面保護膜26が積層形成されている。なお、第2層間絶縁層17の表面は、中空部23上に所定の膜厚の第2層間絶縁層17aが残存するように平坦化されている。ここで、第1層間絶縁層16、第2層間絶縁層17および第3層間絶縁層18は、酸化シリコン膜で形成されている。
As shown in FIG. 1A, a
ソース領域11aとドレイン領域11bの間にゲート電極12が形成され、素子分離領域13上には下部電極14が形成されている。さらに、下部電極14上に第1層間絶縁層16を介して中空部23および中空部23とつながっている導入孔(第1のホール)22が形成されている。
A
図1(b)に示すように、中空部23は、中空部23の周縁から第2層間絶縁層17側に水平に延出する連通孔23aを有し、各導入孔22は、連通孔23aの端部にそれぞれ接続されている。例えば、図1(b)に示す例では、中空部23は矩形形状をなし、各連通孔23aは、中空部23の各辺から十字状に第2層間絶縁層17側に延出している。また、上部電極24の端部は、中空部23の各辺から延出した連通孔23aの上部に位置している。
As shown in FIG. 1B, the
このような構成により、中空部23の上方に位置する第2層間絶縁層17a及び上部電極24を、中空部23の側方に位置する膜厚の厚い第2層間絶縁層17bで保持することができ、これにより、中空部23の上方に位置する第2層間絶縁層17a及び上部電極24が撓んで、中空部23を塞いでしまうことを防ぐことができる。
With such a configuration, the second
なお、中空部23に、中空部23の各辺から延出する連通孔23aを設けることによって、連通孔23aの側方に位置する部位に、膜厚の厚い第2層間絶縁層17bからなる、上部電極24を支える柱を設けることができ、これにより、中空部23の上方に位置する第2層間絶縁層17a及び上部電極24を、より強固に保持することができる。
In addition, the
ここで、下部電極14の面積は上部電極24より大きい。また、中空部23は酸化シリコン膜で覆われている。ここで、中空部23は、高さが概ね300nm〜1μm程度であり、面積が概ね90nm×90nm〜1000μm×1000μm程度である。また、導入孔22は、表面部の開口面積が概ね長辺100nm×短辺70nm〜長辺800μm×短辺10μmである。
Here, the area of the
中空部23の上には、テンション膜24a、24cで上下を挟まれた上部電極膜24bがあり、テンション膜24a、24cと上部電極膜24bで上部電極24を形成している。ここでテンション膜24a、24cは例えば窒化シリコン膜からなり、膜厚は上部電極膜24bより薄く、概ね30nm〜250nm程度である。上部電極膜24bは例えばポリシリコン膜からなり、膜厚は概ね200nm〜450nm程度である。上部電極24の面積は概ね100nm×100nm〜1100μm×1100μm程度であり、下部電極14の面積は概ね110nm×110nm〜1200μm×1200μm程度である。
Above the
ここでは、中空部23が四角形で導入孔22が中空部23に十字形に接続するものを示したが、中空部23の形状が円形や歯車形状などで、導入孔22が中空部23の任意の箇所と接続するものでも良い。
Here, the
ソース領域11a、ドレイン領域11bおよびゲート電極12の上方には、配線25に接続するタングステン(W)あるいはポリシリコン膜が埋め込まれたコンタクトホール19が形成されている。なお、ゲート電極12と下部電極14の側面にはサイドウォール15が形成されている。
Above the
下部電極14とゲート電極12は、同一の材料で構成され、かつ膜厚が同一であることが好ましい。これにより、下部電極14とゲート電極12を同時に成膜ならびに加工して同時形成することができ、より簡便な構造でかつ小型な半導体装置を実現することができる。ここで、ゲート電極12と下部電極14は例えばポリシリコン膜からなり、膜厚は概ね200nm〜450nm程度である。
The
下部電極14にも、中空部23で上方を覆われていない箇所に配線25に接続する、例えばタングステン(W)あるいはポリシリコン膜が埋め込まれたコンタクトホール20が形成されている。なお、コンタクトホール19と20のホール径は異なっていてもよい。
The
上部電極24にも、下方に中空部23がない箇所に配線25に接続する、例えばタングステン(W)あるいはポリシリコン膜が埋め込まれたコンタクトホール21が形成されている。なお、コンタクトホール21のホール径は、コンタクトホール19や20のホール径とは異なっていてもよい。例えば、コンタクトホール19のホール径は概ね0.6μm〜2.5μm程度であり、コンタクトホール20のホール径は概ね0.6μm〜2.0μm程度であり、コンタクトホール21のホール径は概ね0.4μm〜1.0μm程度である。
The
また、図5に示すように、上部電極24を貫通し、中空部23まで達する別の導入孔27(第2のホール)を形成しても良い。この場合、導入孔27が上部電極24を貫通する箇所は、上部電極24が露出しないように、例えば酸化シリコン膜からなり膜厚が概ね50nm〜150nm程度の壁面保護膜28を設置する必要がある。ここで、導入孔27のホール径は概ね1μm〜10μm程度であり、1つの導入孔27の開口面積は上部電極24の面積の1%以下の大きさである。
Further, as shown in FIG. 5, another introduction hole 27 (second hole) that penetrates the
[超音波センサの製造方法]
次に、本実施形態に係る超音波センサの製造方法について説明する。図2〜図4は本実施形態に係る超音波センサの製造工程を示す断面図であり、図4(b)は、図2(b)における中空キャパシタ部を示す平面図である。
[Method of manufacturing ultrasonic sensor]
Next, a method for manufacturing the ultrasonic sensor according to the present embodiment will be described. 2 to 4 are cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the ultrasonic sensor according to the present embodiment, and FIG. 4B is a plan view illustrating the hollow capacitor portion in FIG.
先ず、図2(a)に示すように、p型シリコン基板10の表面上に、厚膜酸化膜13を素子分離として選択形成させる。続いて、ゲート絶縁膜およびポリシリコン膜を堆積させ、リソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、ポリシリコン膜からゲート電極12および厚膜酸化膜13上に下部電極14を形成する。
First, as shown in FIG. 2A, a
続いて、ゲート電極12をマスクとして、p型シリコン基板10の表面に不純物注入を行なうことにより、n型不純物拡散層からなる、ソース領域11aおよびドレイン領域11bを形成する。その後、ゲート電極12および下部電極14にサイドウォール15を形成した後、CVD法を用いて、p型シリコン基板10の全面に、電界効果型トランジスタ素子部および下部電極14を覆うように、第1層間絶縁層16になる酸化シリコン膜および犠牲層29となるポリシリコン膜を堆積する。なお、より微細なトランジスタ素子を製造するため、半導体回路部のトランジスタにサリサイドを形成しても良い。
Subsequently, using the
続いて、図2(b)のように、犠牲層29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23に相当する所定の形状に加工する。例えば図4(b)に示すように、ポリシリコン膜から十字形、あるいは四角形や円形や歯車形状などのパターン領域を形成する。次に、CVD法を用いて、上記の中空部23の形状に形成した犠牲層29と第1層間絶縁層16の表面に、CVD法を用いて、第2層間絶縁層17になる酸化シリコン膜を堆積させる。続いて、堆積した第2層間絶縁層17の表面を、エッチバック又は化学機械的研磨(CMP)法等を用いて平坦化する。なお、第2層間絶縁層17は平坦化した後で犠牲層29上に所定の厚みが残存するようにその堆積膜厚を設定する。
Subsequently, as shown in FIG. 2B, the
次に、CVD法を用いて、窒化シリコン膜、ポリシリコン膜、窒化シリコン膜を順次堆積し、リソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、テンション膜24a、上部電極膜24b、テンション膜24cからなる上部電極24を形成する。
Next, a silicon nitride film, a polysilicon film, and a silicon nitride film are sequentially deposited by using a CVD method, and an upper portion composed of a tension film 24a, an upper electrode film 24b, and a tension film 24c by using a lithography method and a dry etching method. The
続いて、図2(c)に示すように、CVD法により、上部電極24と第2層間絶縁層17の上に第3層間絶縁層18を堆積させる。続いて、第3層間絶縁層18の上面をエッチバック又は化学機械的研磨(CMP)法等を用いて平坦化した後、リソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、上部電極膜24bと接続したコンタクトホール21を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 2C, a third
さらに、リソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、トランジスタのソース領域11a、ドレイン領域11bおよびゲート電極12、下部電極14と接続したコンタクトホール19、20を形成する。その後、CVD法により、タングステン又はポリシリコン膜からなる導電体膜を各コンタクトホール19、20、21に充填されるように堆積する。続いて、堆積した導電体膜に対してエッチバック又は化学機械的研磨を行なって、第3層間絶縁層18の表面上の導電体膜を除去することにより、複数のコンタクトプラグを形成する。
Further, contact holes 19 and 20 connected to the
次に、図3(a)に示すように、例えば、スパッタリング法を用いて、例えばチタン、窒化チタン、アルミニウム、窒化チタンを堆積させ、リソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、配線25を形成する。
Next, as shown in FIG. 3A, for example, titanium, titanium nitride, aluminum, and titanium nitride are deposited using, for example, a sputtering method, and a
さらに、CVD法により窒化シリコン膜を堆積させた後、リソグラフィ法およびドライエッチング法を用いて、外部機器との電気接続用のパッド(不図示)の上面の窒化シリコン膜を除去し、表面保護膜26を形成する。
Further, after depositing a silicon nitride film by a CVD method, the silicon nitride film on the upper surface of a pad (not shown) for electrical connection with an external device is removed using a lithography method and a dry etching method, and a surface
続いて、図3(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、表面保護膜26、第3層間絶縁層18および第2層間絶縁層17を貫通し、中空部23の形状に形成した犠牲層29に接続する導入孔22を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 3B, the
その後、図4(a)に示すように、ポリシリコン膜をエッチング可能なガス材料、例えば三塩化フッ素を用いて、犠牲層29のポリシリコン膜を完全に除去し、中空部23を形成する。ここで、中空エッチングのエッチャントとして、ガス材料の弗化キセノンなどを用いてもよい。また、液体材料の弗硝酸などにエタノールなどの界面活性剤を添加し、表面張力を少なくしたエッチャントを用いても良い。
Thereafter, as shown in FIG. 4A, the polysilicon film of the
ここで、中空エッチングの前に、以下の工程を追加し、別の導入孔27を形成してから中空エッチングを行っても良い。
Here, before hollow etching, the following steps may be added to form another
図5に示すように、上部電極24を貫通し、犠牲層29に達する導入孔を、リソグラフィ法およびドライエッチング法を用いて形成し、続いて全面にCVD法により壁面保護膜28となる酸化シリコン膜を堆積させる。次に、前記リソグラフィ法およびドライエッチング法を用いて、導入孔22の形成と同時に、導入孔27を形成する。このとき、導入孔27の側面には、壁面保護膜28が残存する。この時、外部機器との電気接続用のパッド(不図示)の上面の前記酸化シリコン膜も除去される。
As shown in FIG. 5, an introduction hole that penetrates the
なお、上部電極24を形成する際に、上部電極24に開口部を形成しておいてもよい。そうすれば、この開口部にも第3層間絶縁層18が埋め込まれるので、工程を追加せずに、導入孔22の形成と同時に、開口部の部位に、導入孔27を形成することができる。
Note that when the
[超音波センサの優位性]
上記構造を有する本実施形態に係る超音波センサは、半導体回路部と一対の対向電極と前記対向電極の間にある中空部から構成される中空キャパシタ部とを同一基板上に持つので、簡便な構造と小型な超音波センサが実現できる。
[Advantages of ultrasonic sensors]
The ultrasonic sensor according to the present embodiment having the above structure has a semiconductor circuit part, a pair of counter electrodes, and a hollow capacitor part composed of a hollow part between the counter electrodes on the same substrate. A structure and a small ultrasonic sensor can be realized.
超音波が入射すると、中空キャパシタ部の上部電極が振動して上部電極と下部電極の距離が変化することで中空キャパシタの容量が変化する。この中空キャパシタ部の容量変化を半導体回路部に搭載された信号処理回路で増幅、検波して超音波センサとして動作する。 When the ultrasonic wave is incident, the upper electrode of the hollow capacitor portion vibrates and the distance between the upper electrode and the lower electrode changes to change the capacitance of the hollow capacitor. The capacitance change of the hollow capacitor portion is amplified and detected by a signal processing circuit mounted on the semiconductor circuit portion, and operates as an ultrasonic sensor.
また、中空キャパシタ部の犠牲層29に接続した導入孔22、さらには、中空キャパシタ部の上部電極24を貫通して犠牲層29に接続した導入孔27を形成することで、中空エッチング時のエッチャントを犠牲層29に導入することができ、容易に中空部23を形成することができる。
Further, the
また、中空部23の周りを酸化シリコン膜で覆うことで、犠牲層29の中空エッチング時に上部電極24や下部電極14までエッチングされてしまうことを防ぐことができる。
Further, by covering the periphery of the
また、上部電極24が、上部電極膜24bをテンサイルストレスの強い、例えば窒化シリコン膜からなるテンション膜24a、24cで基板方向に上下に挟まむ構成にすることにより、上部電極の種類や形状によらず、自立的に中空部の天井部分を形成することができる。さらに、中空部23の上に上部電極24へのコンタクトホール21を形成しないことにより、上部電極24の振動を容易にして感度を向上させることができる。
Further, the
また、中空キャパシタ部の対向電極の大きさを、上部電極24より下部電極14のほうを大きくすることで、下部電極14と配線25を接続するコンタクトホール20を容易に形成することができる。
Further, by making the size of the counter electrode of the hollow capacitor portion larger in the
また、下部電極14がゲート電極12と同一の材料で構成され、かつ膜厚が同一であることにより、下部電極14とゲート電極12を同時に成膜ならびに加工して同時形成することができ、より簡便な構造でかつ小型な半導体装置を実現することができる。
In addition, since the
また、厚膜酸化膜13の上に下部電極14を形成することにより素子分離を容易にすることができる。
In addition, element isolation can be facilitated by forming the
また、コンタクトホールの深さがそれぞれ異なる、半導体回路部へのコンタクトホール19、中空キャパシタ部の下部電極14へのコンタクトホール20、及び中空キャパシタ部の上部電極膜24bへのコンタクトホール21の直径を変えることにより、それぞれコンタクトを取るのに最適なアスペクト比にすることができる。
Further, the
(第2の実施形態)
第2の実施形態に係る半導体装置(超音波センサ)について、図6〜図9を用いて説明する。
(Second Embodiment)
A semiconductor device (ultrasonic sensor) according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
[超音波センサの構成]
超音波センサの構成について、図6、図9を用いて説明する。図6は、本実施形態に係る超音波センサの構成を示す断面図であり、図9は本実施形態の変形例に係る超音波センサの構成を示す断面図である。
[Configuration of ultrasonic sensor]
The configuration of the ultrasonic sensor will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of the ultrasonic sensor according to the present embodiment, and FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of the ultrasonic sensor according to a modification of the present embodiment.
図6に示すように、本実施形態に係る超音波センサは、上部電極と下部電極が対向した中空キャパシタ部に電荷保持材料を有し、さらに電界効果型トランジスタ素子などで構成される半導体回路部とが集積された構成をなす。なお、図6では、1つの中空キャパシタ部と1つの半導体回路部の中の1つのトランジスタとを図示しているが、この中空キャパシタ部をアレイ状に複数配置し、複数の中空キャパシタ部に各中空キャパシタを任意に選択できるよう選択トランジスタと接続し、複数の中空キャパシタを集積した構成としてもよい。 As shown in FIG. 6, the ultrasonic sensor according to the present embodiment includes a semiconductor circuit unit including a charge holding material in a hollow capacitor unit in which an upper electrode and a lower electrode are opposed to each other, and further configured by a field effect transistor element or the like. Are integrated. In FIG. 6, one hollow capacitor portion and one transistor in one semiconductor circuit portion are illustrated, but a plurality of the hollow capacitor portions are arranged in an array, and each of the hollow capacitor portions is arranged in each of the plurality of hollow capacitor portions. A configuration may be adopted in which a plurality of hollow capacitors are integrated by connecting to a selection transistor so that a hollow capacitor can be arbitrarily selected.
図6に示すように、p型シリコン基板10の表面に、n型不純物が拡散されたソース領域11aとドレイン領域11bとが形成されている。そして、ソース領域11aおよびドレイン領域11bの両側には、厚膜酸化膜の素子分離領域13が形成されており、基板10の表面上には、第1層間絶縁層31、第2層間絶縁層32、第3層間絶縁層33および表面保護膜26が積層されている。ここで、第1層間絶縁層31、第2層間絶縁層32および第3層間絶縁層33は、酸化シリコン膜で形成されている。
As shown in FIG. 6, a
素子分離領域13は、半導体回路部と中空キャパシタ部の間に形成されており、素子分離領域13で囲まれたシリコン基板10の上には、テンション膜14a、14cで上下を挟まれた下部電極膜14bがあり、各膜14a、14b、14cから下部電極14が構成されている。
The
また、下部電極14下のシリコン基板10に貫通孔34が形成されている。そして、第1層間絶縁層31を介して中空部23および中空部23とつながっている導入孔22が形成されている。ここで、四角形の中空部23の各辺に導入孔22が十字形に接続されている。ここで、テンション膜14a、14cは例えば窒化シリコン膜からなり、膜厚は下部電極膜14bより薄く、概ね30nm〜250nm程度である。下部電極膜14bは例えばポリシリコン膜からなり、膜厚は概ね200nm〜450nm程度である。上部電極24の面積は概ね100nm×100nm〜1100μm×1100μm程度であり、下部電極14の面積は概ね110nm×110nm〜1200μm×1200μm程度である。また、導入孔22の半導体素子表面部の開口部面積は概ね長辺100nm×短辺70nm〜長辺800μm×短辺10μmである。
A through
ここで、下部電極14の面積は上部電極24より大きい。中空部23は酸化シリコン膜で覆われている。電荷保持材料35は、中空部23と上部電極24の間に形成され、第2層間絶縁層32および第3層間絶縁層で覆われている。ここで、中空部は高さ概ね300nm〜1μm程度であり、面積が概ね90nm×90nm〜1000μm×1000μm程度である。
Here, the area of the
ここでは、中空部23が四角形で導入孔22が中空部23に十字形に接続するものを示したが、中空部23の形状が円形や歯車形状などで、導入孔22が中空部23の任意の箇所と接続するものでも良い。
Here, the
ソース領域11a、ドレイン領域11bおよびゲート電極12の上方には、配線25に接続するタングステン(W)あるいはポリシリコン膜が埋め込まれたコンタクトホール19が形成されている。なお、ゲート電極12と下部電極14の側面にはサイドウォール15が形成されている。
Above the
下部電極14とゲート電極12は、同一の材料で構成され、かつ膜厚が概ね同一であることにより、より簡便な構造でかつ小型な半導体装置を実現することができる。ここで、ゲート電極12と下部電極膜14bは例えばポリシリコン膜からなり、膜厚は概ね200nm〜450nm程度である。
Since the
下部電極14にも、中空部23で上方を覆われていない箇所に配線25に接続する、例えばタングステン(W)あるいはポリシリコン膜が埋め込まれたコンタクトホール20が形成されている。なお、コンタクトホール19と20のホール径は異なっていてもよい。
The
また、図9に示すように、上部電極24を貫通し、中空部23まで達する別の導入孔27を形成しても良い。この場合、導入孔27が上部電極24を貫通する箇所は、上部電極24が露出しないように、例えば酸化シリコン膜からなり膜厚が概ね50nm〜150nm程度の壁面保護膜28を設置する必要がある。ここで、導入孔27のホール径は概ね1μm〜10μm程度であり、1つの導入孔27の開口面積は上部電極24の面積の1%以下の大きさである。
As shown in FIG. 9, another
[超音波センサの製造方法]
次に、本実施形態に係る超音波センサの製造方法について説明する。図7〜図8は、本実施形態に係る超音波センサの製造工程を示す断面図である。
[Method of manufacturing ultrasonic sensor]
Next, a method for manufacturing the ultrasonic sensor according to the present embodiment will be described. 7-8 is sectional drawing which shows the manufacturing process of the ultrasonic sensor which concerns on this embodiment.
先ず、図7(a)に示すように、p型シリコン基板10の表面上に、厚膜酸化膜13を素子分離として選択形成させる。続いて、ゲート絶縁膜およびポリシリコン膜を堆積させ、リソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、ポリシリコン膜からゲート電極12を形成する。続いて、ゲート電極12をマスクとして、p型シリコン基板10の表面に不純物注入を行なうことによりn型不純物拡散層からなる、ソース領域11aおよびドレイン領域11bを形成する。
First, as shown in FIG. 7A, a
続いて、CVD法により、テンション膜14aのシリコン窒化膜を堆積させる。次いでポリシリコン膜を堆積させ、リソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて下部電極のポリシリコン膜14bを形成する。続いて、テンション膜14cのシリコン窒化膜および第1層間絶縁層31のシリコン酸化膜を堆積する。
Subsequently, a silicon nitride film of the
次に、図7(b)に示すように、CVD法により、第1層間絶縁層31の表面上に犠牲層29となるポリシリコン膜を堆積する。続いて、犠牲層29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23に相当する所定の形状に加工する。ここでは第1の実施形態と同様に、ポリシリコン膜を十字形などのパターン形状に加工する。次に、CVD法を用いて、中空部23の形状に形成した犠牲層29と第1層間絶縁層31の表面に、CVD法を用いて、第2層間絶縁層32の酸化シリコン膜を堆積させる。続いて、堆積した第2層間絶縁層32の上面を、エッチバック又は化学機械的研磨(CMP)法等を用いて平坦化する。なお、第2層間絶縁層32は平坦化した後で犠牲層29上に所定の厚みが残存するようにその堆積膜厚を設定する。
Next, as shown in FIG. 7B, a polysilicon film to be the
次に、図8(a)に示すように、電荷保持材料35を、CVD法及びリソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて形成する。電荷保持材料35は、例えばテフロン(登録商標)膜などを用いている。その後、コロナ放電を用いて電荷を電荷保持材料35に着電した後、第3層間絶縁層33のシリコン酸化膜を堆積して電荷保持材料35を覆う。続いて、第3層間絶縁層33の上面を、エッチバック又は化学機械的研磨(CMP)法等を用いて平坦化する。なお、第3層間絶縁層33は平坦化した後で電荷保持材料35上に所定の厚みが残存するようにその堆積膜厚を設定する。
Next, as shown in FIG. 8A, the
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、トランジスタのソース領域11a、ドレイン領域11bおよびゲート電極12、下部電極膜14bと接続するコンタクトホール19、20を形成する。その後、CVD法により、タングステン又はポリシリコン膜からなる導電体膜を各コンタクトホール19、20に充填されるように堆積する。続いて、堆積した導電体膜に対してエッチバック又は化学機械的研磨を行なって、第3層間絶縁層33の表面上の導電体膜を除去することにより、複数のコンタクトプラグを形成する。
Subsequently, contact holes 19 and 20 connected to the
続いて、例えば、スパッタリング法を用いて、例えばチタン、窒化チタン、アルミニウム、窒化チタンを堆積させ、リソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、上部電極24および配線25を形成する。
Subsequently, for example, titanium, titanium nitride, aluminum, and titanium nitride are deposited using a sputtering method, for example, and the
さらに、CVD法により窒化シリコン膜を堆積させた後、リソグラフィ法およびドライエッチング法を用いて、外部機器との電気接続用のパッド(不図示)の上面の窒化シリコン膜を除去し、表面保護膜26を形成する。
Further, after depositing a silicon nitride film by a CVD method, the silicon nitride film on the upper surface of a pad (not shown) for electrical connection with an external device is removed using a lithography method and a dry etching method, and a surface
次に、図8(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、表面保護膜26、第3層間絶縁層33および第2層間絶縁層32を貫通し、中空部23の形状に形成した犠牲層29に接続する導入孔22を形成する。続いて、ウェハ裏面にリソグラフィ法により、下部電極14の下部に開口部を有するレジスト膜(不図示)を形成し、前記開口部以外の裏面をマスクする。
Next, as shown in FIG. 8B, the
続いて、中空エッチングのエッチャントとしてのガス材料、例えば三塩化フッ素や弗化キセノンなどを用いて、犠牲層29のポリシリコン膜を完全に除去し、中空部23を形成する。この時、前記開口部のシリコン基板10も同時にエッチングし、下部電極14の下部のシリコン基板10に貫通孔34を形成する。
Subsequently, the polysilicon film of the
ここで、中空エッチングの前に、以下の工程を追加し、別の導入孔27を形成してから中空エッチングを行っても良い。
Here, before hollow etching, the following steps may be added to form another
図9に示すように、上部電極24および電荷保持材料35を貫通し、犠牲層29に達する導入孔を、リソグラフィ法およびドライエッチング法を用いて形成し、続いて全面にCVD法により壁面保護膜28となる酸化シリコン膜を堆積させる。次に、前記リソグラフィ法およびドライエッチング法を用いて、貫通孔内に導入孔27を導入孔22と同時に形成すると、導入孔27の側面に壁面保護膜28が残存する。この時、合わせて外部機器との電気接続用のパッド(不図示)の上面の酸化シリコン膜も除去する。
As shown in FIG. 9, an introduction hole that penetrates the
[超音波センサの優位性]
上記構造を有する本実施形態に係る超音波センサは、半導体回路部と一対の対向電極と前記対向電極の間にある中空部から構成される中空キャパシタ部とを同一半導体基板上に持つので、簡便な構造と小型な超音波センサが実現できる。
[Advantages of ultrasonic sensors]
The ultrasonic sensor according to the present embodiment having the above structure has a semiconductor circuit part, a pair of counter electrodes, and a hollow capacitor part composed of a hollow part between the counter electrodes on the same semiconductor substrate. Structure and a small ultrasonic sensor can be realized.
超音波が入射すると、中空キャパシタ部の上部電極が振動して上部電極と下部電極の距離が変化することで中空キャパシタの容量が変化する。この中空キャパシタ部の容量変化を半導体回路部に搭載された信号処理回路で増幅、検波して超音波センサとして動作する。 When the ultrasonic wave is incident, the upper electrode of the hollow capacitor portion vibrates and the distance between the upper electrode and the lower electrode changes to change the capacitance of the hollow capacitor. The capacitance change of the hollow capacitor portion is amplified and detected by a signal processing circuit mounted on the semiconductor circuit portion, and operates as an ultrasonic sensor.
また、中空キャパシタ部の犠牲層29に接続した導入孔22を形成し、さらに、中空キャパシタ部の上部電極24及び電荷保持材料35を貫通して犠牲層29に接続した導入孔27を形成することで、中空エッチング時のエッチャントをさらに犠牲層29に導入することができ、容易に中空部23を形成することができる。
Also, the
また、中空部23および電荷保持材料35の周りを酸化シリコン膜で覆うことで、犠牲層29の中空エッチング時に電荷保持材料35や下部電極14までエッチングされてしまうことを防ぐことができる。
In addition, by covering the
また、中空キャパシタ部の上部電極24と中空部23の間の絶縁膜で包まれた電荷保持材料35を設けることにより、超音波受信時の電極間距離の変化による中空キャパシタの上部電極24と下部電極14間の電圧変化を大きくすることができ、受信感度を上げることができる。また、中空部23と上部電極24の間に電荷保持材料35を形成することにより、超音波センサ素子形成時のアニールなどの熱処理による電荷保持材料35へのプロセスダメージを大幅に低減することができる。
Further, by providing the
また、電荷保持材料35を対向電極間に配置することで、コンデンサ部へチャージ供給回路が不要となり、回路面積が減少して小型化ができる。
Further, by disposing the
また、貫通孔34により中空キャパシタ部の下部電極14の下側のシリコン基板10が開口されていることで、感度良く超音波を受信することができる。
In addition, since the
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。例えば、本実施形態において、中空キャパシタを備えた半導体装置として、超音波センサを例に説明したが、例えば、コンデンサマイクロホン等の他の音響感応装置にも適用することができる。 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. For example, in the present embodiment, an ultrasonic sensor has been described as an example of a semiconductor device including a hollow capacitor, but the present invention can also be applied to other acoustic devices such as a condenser microphone.
以上説明したように、本発明は、半導体回路を一体化した超音波センサ等に有用であり、単体のみならず様々な電子機器への搭載に適し、産業上の利用価値は高い。 As described above, the present invention is useful for an ultrasonic sensor or the like in which a semiconductor circuit is integrated, is suitable for mounting on various electronic devices as well as a single unit, and has high industrial utility value.
10 シリコン基板
11a ソース領域
11b ドレイン領域
12 ゲート電極
13 厚膜酸化膜(素子分離領域)
14 下部電極
14a、14c テンション膜
14b ポリシリコン膜
15 サイドウォール
16、31 第1層間絶縁層
17、17a、17b、32 第2層間絶縁層
18、33 第3層間絶縁層
19、20、21 コンタクトホール
22、27 導入孔
23 中空部
23a 連通孔
24、24b 上部電極
24a、24c テンション膜
25 配線
26 表面保護膜
28 壁面保護膜
29 犠牲層
34 貫通孔
35 電荷保持材料
DESCRIPTION OF
14
Claims (17)
前記中空キャパシタ部の中空部は、絶縁膜で包まれていることを特徴とする、半導体装置。 A semiconductor device having a semiconductor circuit portion, a pair of counter electrodes, and a hollow capacitor portion formed of a hollow portion between the counter electrodes on the same substrate,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the hollow portion of the hollow capacitor portion is wrapped with an insulating film.
前記中空キャパシタ部の下部電極を覆う第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜の上に形成された前記中空キャパシタ部の中空部を覆う第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜の上に形成された前記中空キャパシタ部の上部電極を覆う第3の絶縁膜とから構成されていることを特徴とする、請求項1に記載の半導体装置。 The insulating film is
A first insulating film covering a lower electrode of the hollow capacitor portion;
A second insulating film covering a hollow portion of the hollow capacitor portion formed on the first insulating film;
2. The semiconductor device according to claim 1, comprising: a third insulating film that covers the upper electrode of the hollow capacitor portion formed on the second insulating film. 3.
前記第1のホールは、前記第3の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜を貫通していることを特徴とする、請求項2に記載の半導体装置。 A first hole connected to the hollow portion of the hollow capacitor portion;
The semiconductor device according to claim 2, wherein the first hole penetrates the third insulating film and the second insulating film.
前記第2のホールは、少なくとも前記中空キャパシタ部の前記第3の絶縁膜及び前記上部電極を貫通していることを特徴とする、請求項2に記載の半導体装置。 A second hole connected to the hollow portion of the hollow capacitor portion;
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the second hole penetrates at least the third insulating film and the upper electrode of the hollow capacitor portion.
前記中空キャパシタ部の上部電極及び下部電極は多結晶シリコンからなり、
前記上部電極は窒化シリコン膜で上下に挟まれていることを特徴とする、請求項5に記載の半導体装置。 The insulating film and the protective film are made of silicon oxide,
The upper electrode and the lower electrode of the hollow capacitor portion are made of polycrystalline silicon,
6. The semiconductor device according to claim 5, wherein the upper electrode is sandwiched between upper and lower silicon nitride films.
前記電荷保持層が前記絶縁膜で包まれていることを特徴とする、請求項1に記載の半導体装置。 A charge retention layer is provided between the upper electrode of the hollow capacitor portion and the hollow portion,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the charge retention layer is enclosed by the insulating film.
前記中空キャパシタ部の下部電極を覆う第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜の上に形成された前記中空キャパシタ部の中空部を覆う第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜の上に形成された前記中空キャパシタ部の電荷保持層を覆う第4の絶縁膜とから構成され、
前記中空キャパシタ部の上部電極は、前記第4の絶縁膜の上に形成されていることを特徴とする、請求項7に記載の半導体装置。 The insulating film is
A first insulating film covering a lower electrode of the hollow capacitor portion;
A second insulating film covering a hollow portion of the hollow capacitor portion formed on the first insulating film;
A fourth insulating film covering the charge retention layer of the hollow capacitor portion formed on the second insulating film,
The semiconductor device according to claim 7, wherein an upper electrode of the hollow capacitor portion is formed on the fourth insulating film.
前記第1のホールが少なくとも前記第2の絶縁膜を貫通していることを特徴とする、請求項8に記載の半導体装置。 A first hole connected to the hollow portion of the hollow capacitor portion;
The semiconductor device according to claim 8, wherein the first hole penetrates at least the second insulating film.
前記基板上であって、前記固定電極を覆うように形成された第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜上であって、前記固定電極の上方に形成された中空部と、
前記第1の絶縁膜上であって、前記中空部を覆うように形成された第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜上であって、前記中空部の上方に形成された可動電極と
を備えた半導体装置であって、
前記固定電極、前記中空部、及び前記可動電極で中空キャパシタを構成しており、
前記第2の絶縁膜は、その表面が平坦化されていることを特徴とする、半導体装置。 A fixed electrode formed on the substrate;
A first insulating film formed on the substrate so as to cover the fixed electrode;
A hollow portion formed on the first insulating film and above the fixed electrode;
A second insulating film formed on the first insulating film so as to cover the hollow portion;
A semiconductor device comprising: a movable electrode formed on the second insulating film and above the hollow portion;
The fixed electrode, the hollow portion, and the movable electrode constitute a hollow capacitor,
The semiconductor device, wherein the second insulating film has a flat surface.
前記導入孔は、前記連通孔に接続されていることを特徴とする、請求項12に記載の半導体装置。 The hollow portion has a communication hole extending from the periphery of the hollow portion toward the second insulating film,
The semiconductor device according to claim 12, wherein the introduction hole is connected to the communication hole.
前記連通孔は、前記中空部の周辺から、十字状に前記第2の絶縁膜側に延出していることを特徴とする、請求項13に記載の半導体装置。 The hollow portion has a rectangular shape,
The semiconductor device according to claim 13, wherein the communication hole extends from the periphery of the hollow portion to the second insulating film side in a cross shape.
前記第1の絶縁膜上であって、前記固定電極の上方に犠牲層を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜上であって、前記犠牲層を覆うように第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜の表面を、前記犠牲層上に所定の膜厚の第2の絶縁膜が残存するように、平坦化する工程と、
前記第2の絶縁膜上であって、前記犠牲層の上方に可動電極を形成する工程と
前記第2の絶縁膜上に、前記可動電極を覆うように第3の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜及び前記第3の絶縁膜内に、前記犠牲層に到達する導入孔を形成する工程と、
前記導入孔を介して前記犠牲層をエッチング除去することにより、前記第2の絶縁膜内に中空部を形成する工程と
を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記固定電極、前記中空部、及び前記可動電極で中空キャパシタを構成していることを特徴とする、半導体装置の製造方法。 Forming a first insulating film on the substrate so as to cover the fixed electrode;
Forming a sacrificial layer on the first insulating film and above the fixed electrode;
Forming a second insulating film on the first insulating film so as to cover the sacrificial layer;
Planarizing the surface of the second insulating film such that a second insulating film having a predetermined thickness remains on the sacrificial layer;
Forming a movable electrode on the second insulating film and above the sacrificial layer; forming a third insulating film on the second insulating film so as to cover the movable electrode; ,
Forming an introduction hole reaching the sacrificial layer in the second insulating film and the third insulating film;
A step of forming a hollow portion in the second insulating film by etching away the sacrificial layer through the introduction hole, and a method of manufacturing a semiconductor device,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the fixed electrode, the hollow portion, and the movable electrode constitute a hollow capacitor.
前記導入孔は、前記犠牲層の延出する部位に接続されていることを特徴とする、請求項16に記載の半導体装置の製造方法。 The sacrificial layer has a portion extending from the periphery of the sacrificial layer to the second insulating film side,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16, wherein the introduction hole is connected to a portion where the sacrificial layer extends.
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