(57)【要約】      （修正有）【課題】固定電極膜を形成する際、密着性の高い積層膜を形成することで膜応力を緩和することができるＭＥＭＳ素子とその製造方法を提供する。【解決手段】可動電極膜３とポリシリコン膜５の間を中空構造とするため、犠牲層をエッチング除去する。その結果、スペーサー４ａを介して固定電極膜と可動電極膜が対向配置することになる。犠牲層が除去されることで、引張応力を有するポリシリコン膜５、圧縮効力を有する酸化シリコン膜６および引張応力を有するシリコン窒化膜７が積層した固定電極膜が形成されることになる。特に連続した膜とすることで、貫通孔８の内側面にポリシリコン膜５と酸化シリコン膜６の界面が露出する構造であっても、露出する内側面から界面の剥離が生じるようなことがなく、膜応力の低減を図ることができる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックチャンバーを備えたハンドル基板と、該ハンドル基板上に、固定電極を含む固定電極膜と可動電極を含む可動電極膜とがスペーサーを介して対向配置したＭＥＭＳ素子において、
前記固定電極膜は、前記固定電極を構成するポリシリコン膜と、該ポリシリコン膜上に積層した絶縁膜とで構成され、
前記絶縁膜は、前記ポリシリコン膜と連続した圧縮応力の酸化シリコン膜と、該酸化シリコン膜上に積層形成された引張応力の窒化シリコン膜からなることを特徴とするＭＥＭＳ素子。
【請求項２】
バックチャンバーを備えたハンドル基板上に、固定電極を含む固定電極膜と可動電極を含む可動電極膜とをスペーサーを介して対向配置するように形成したＭＥＭＳ素子の製造方法において、
前記ハンドル基板上に前記可動電極膜を形成する工程と、
該可動電極膜上に犠牲層を形成する工程と、
該犠牲層上に前記固定電極となるポリシリコン膜を形成した後、該ポリシリコン膜表面を酸化し、該ポリシリコン膜に連続した圧縮応力の酸化シリコン膜を形成し、該酸化シリコン膜上に、引張応力の窒化シリコン膜を積層形成して、前記ポリシリコン膜、前記酸化シリコン膜および前記窒化シリコン膜からなる前記固定電極膜を形成する工程と、
前記固定電極膜に貫通孔を形成し、前記犠牲層の一部を露出させる工程と、
前記ハンドル基板の一部を除去し、バックチャンバーを形成する工程と、
前記貫通孔から前記犠牲層の一部をエッチング除去して前記スペーサーを形成する工程と、を含むことを特徴とするＭＥＭＳ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ素子に関し、特にマイクロフォン、各種センサ、スイッチ等として用いられる容量型のＭＥＭＳ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体プロセスを用いたＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)素子では、半導体基板上に固定電極、犠牲層および可動電極を形成した後、犠牲層の一部を除去することで、スペーサーを介して固定された固定電極と可動電極との間にエアーギャップ（中空）構造が形成されている。
【０００３】
例えば、容量型ＭＥＭＳ素子であるコンデンサマイクロフォンでは、音圧を通過させる複数の貫通孔を備えた固定電極と、音圧を受けて振動する可動電極とを対向して配置し、可動電極の変位を電極間の容量変化として検出する構成となっている。
【０００４】
従来のＭＥＭＳ素子の動作を図８に模式的に示す。シリコン基板からなるハンドル基板２１上に熱酸化膜からなる絶縁膜２２を介して、導電性の可動電極を含む可動電極膜２３と導電性の固定電極を含む固定電極膜２４とがスペーサー２５を介して配置されている。可動電極膜２３が音圧等を受けて矢印方向に振動することで、固定電極膜２４の固定電極と可動電極膜２３の可動電極との間で形成されているキャパシタの容量値Ｃ１が変化する。この容量値Ｃ１を引出電極２６ａ、２６ｂから取り出すことで、可動電極膜２３が受ける音圧等に応じた出力信号を得ることが可能となる。
【０００５】
コンデンサマイクロフォンの感度を上げるには、音圧による可動電極の変位を大きくする必要がある。
【０００６】
ところで固定電極膜は、ポリシリコンからなる固定電極とこの固定電極を支持する絶縁膜の多層構造となっている。その際、引張応力を有するポリシリコン膜と、引張応力を有する絶縁膜とを積層して固定電極膜を形成すると、図９に示すように、固定電極膜２４が撓み、固定電極膜２４と可動電極膜２３との間の寸法が狭くなってしまい、可動電極膜２３の可動領域が狭くなるという不具合が発生していた。
【０００７】
そこで、固定電極膜自体の残留応力を制御する方法が種々提案されている。一例として、圧縮応力の膜と引張応力の膜とを積層して、膜全体としての応力を制御する方法がある。また膜自体の応力を制御する方法も種々提案されており、例えば窒化膜の応力を制御する方法は特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第５９２２３５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところでＭＥＭＳ素子の固定電極膜２４には、図９に示すように貫通孔２７が複数形成されている。このように貫通孔２７が複数ある積層膜構造となると、積層される膜の端部が貫通孔２７に露出することになる。そのため、積層された膜間の密着性が悪くなり、膜全体として膜応力の低減が難しくなるという問題があった。本発明はこのような問題点を解消し、密着性の高い積層膜を形成することで膜応力を緩和することができるＭＥＭＳ素子とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため本願請求項１に係る発明は、バックチャンバーを備えたハンドル基板と、該ハンドル基板上に、固定電極を含む固定電極膜と可動電極を含む可動電極膜とがスペーサーを介して対向配置したＭＥＭＳ素子において、前記固定電極膜は、前記固定電極を構成するポリシリコン膜と、該ポリシリコン膜上に積層した絶縁膜とで構成され、前記絶縁膜は、前記ポリシリコン膜と連続した圧縮応力の酸化シリコン膜と、該酸化シリコン膜上に積層形成された引張応力の窒化シリコン膜からなることを特徴とする。
【００１１】
本願請求項２に係る発明は、バックチャンバーを備えたハンドル基板上に、固定電極を含む固定電極膜と可動電極を含む可動電極膜とをスペーサーを介して対向配置するように形成したＭＥＭＳ素子の製造方法において、前記ハンドル基板上に前記可動電極膜を形成する工程と、該可動電極膜上に犠牲層を形成する工程と、該犠牲層上に前記固定電極となるポリシリコン膜を形成した後、該ポリシリコン膜表面を酸化し、該ポリシリコン膜に連続した圧縮応力の酸化シリコン膜を形成し、該酸化シリコン膜上に、引張応力の窒化シリコン膜を積層形成して、前記ポリシリコン膜、前記酸化シリコン膜および前記窒化シリコン膜からなる前記固定電極膜を形成する工程と、前記固定電極膜に貫通孔を形成し、前記犠牲層の一部を露出させる工程と、前記ハンドル基板の一部を除去し、バックチャンバーを形成する工程と、前記貫通孔から前記犠牲層の一部をエッチング除去して前記スペーサーを形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のＭＥＭＳ素子は、引張応力を有する膜と圧縮応力を有する膜とを単に積層形成するのではなく、連続した組成の膜として形成することで、膜応力の低減が可能となっている。特に、引張応力を有する膜と圧縮応力を有する膜との界面は、別々に形成した積層膜の界面と異なり、貫通孔のような界面を露出する構造とした場合でも、その界面の密着性が低下することはなく、膜応力の低減効果が大きい。
【００１３】
また本発明のＭＥＭＳ素子の製造方法は、引張応力を有する膜と圧縮応力を有する膜とを形成する方法として、ポリシリコン膜を形成した後、その一部を酸化してポリシリコン膜と酸化シリコン膜との連続した組成の膜を形成するという非常に簡便な方法を採用しており、制御性良く膜応力を低減できる膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のＭＥＭＳ素子の製造方法を説明する図である。
【図２】本発明のＭＥＭＳ素子の製造方法を説明する図である。
【図３】本発明のＭＥＭＳ素子の製造方法を説明する図である。
【図４】本発明のＭＥＭＳ素子の製造方法を説明する図である。
【図５】本発明のＭＥＭＳ素子の製造方法を説明する図である。
【図６】本発明のＭＥＭＳ素子の製造方法を説明する図である。
【図７】本発明のＭＥＭＳ素子の製造方法を説明する図である。
【図８】従来のＭＥＭＳ素子を説明する図である。
【図９】従来のＭＥＭＳ素子を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明のＭＥＭＳ素子は、固定電極膜をポリシリコン膜と、このポリシリコン膜を酸化して形成した酸化シリコン膜との連続した積層構造を含む構造とすることで、貫通孔に密着性を低下させるような界面が露出せず、膜応力の低減を図ることができる。以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
まず、本発明のＭＥＭＳ素子について、その製造工程に従い説明する。通常のＭＥＭＳ素子同様、シリコン基板からなるハンドル基板１を用意し、ハンドル基板１表面に絶縁膜２を形成する。その後、絶縁膜２上に導電性のポリシリコン膜からなる可動電極膜３を積層形成する。さらに可動電極膜３上に、ＵＳＧ（Undoped Silicate Glass）膜からなる犠牲層４を積層する。この犠牲層４は、後述するように一部を除去することでスペーサーを構成する膜となる。犠牲層４上には、固定電極となる導電性のポリシリコン膜５を形成する（図１）。ここで、ポリシリコン膜５は、通常の固定電極を形成する場合より厚く形成する。このポリシリコン膜５は、引張応力を有する膜となっている。
【００１７】
その後、ポリシリコン膜５の表面を熱酸化し、表面に酸化シリコン膜６を形成する。酸化されずに残るポリシリコン膜５が固定電極となる（図２）。このとき、酸化シリコン膜６は、ポリシリコン膜５とは逆方向の応力である圧縮応力を有する膜となる。この圧縮応力を有する膜の形成により、先に形成したポリシリコン膜５の引張効力は低減される。ポリシリコン膜５の厚さや形成される酸化シリコン膜６の厚さ、それらの厚さの割合等は、固定電極膜が所望の膜応力となるように適宜設定すればよい。
【００１８】
ここで、本発明のポリシリコン膜５と酸化シリコン膜６との界面は、組成が徐々に変化する膜となる。そのため、ポリシリコン膜５と酸化シリコン膜６との界面で剥離が発生して膜応力の緩和効果が低下するようなことはない。
【００１９】
以下、通常のＭＥＭＳ素子の製造工程に従い、可動電極膜３に接続する配線部を形成するために犠牲層４の一部を凹状に除去し、可動電極膜３の一部を露出させた後、表面にシリコン窒化膜７を積層形成する（図３）。このシリコン窒化膜７は、引張応力を有する膜であり、先に形成した酸化シリコン膜６上にも積層形成されて固定電極膜の一部を構成する。ここで形成されるシリコン窒化膜の厚さや膜応力についても、固定電極膜が所望の膜応力となるように適宜設定すればよい。
【００２０】
その後、通常のフォトリソグラフ法により、シリコン窒化膜７、酸化シリコン膜６、ポリシリコン膜５の一部をエッチング除去し、音圧等を可動電極膜３に伝えるための貫通孔８を形成し、貫通孔８内に犠牲層４を露出させる（図４）。この貫通孔８は、例えばＭＥＭＳマイクロフォンとして使用した場合、音を可動電極膜３に伝えるための音孔の機能を果たすことになり、所望の特性となるように、径の大きさ、数、配置を設定する必要がある。
【００２１】
また、可動電極膜３あるいは固定電極膜となるポリシリコン膜５にそれぞれ接続する引出電極を形成するため、可動電極膜３上のシリコン窒化膜７、ポリシリコン膜５上の酸化シリコン膜６およびシリコン窒化膜７の一部をエッチング除去する（図５）。
【００２２】
可動電極膜３および固定電極膜を構成するポリシリコン膜５にそれぞれ接続する引出電極９ａ、９ｂを形成した後、ハンドル基板１の裏面側から熱酸化膜２が露出するまでハンドル基板１を除去し、バックチャンバー１０を形成する(図６)。
【００２３】
その後、可動電極膜３とポリシリコン膜５の間を中空構造とするため、犠牲層４をエッチング除去する。その結果図７に示すように、スペーサー４ａを介して固定電極膜と可動電極膜が対向配置することになる。
【００２４】
犠牲層４が除去されることで、引張応力を有するポリシリコン膜５、圧縮効力を有する酸化シリコン膜６および引張応力を有するシリコン窒化膜７が積層した固定電極膜が形成されることになる。本発明では、ポリシリコン膜５と酸化シリコン膜６とを連続した組成の膜で形成することで、膜応力の緩和効果が大きくなる。
【００２５】
特に連続した膜とすることで、図７に示すように、貫通孔８の内側面にポリシリコン膜５と酸化シリコン膜６の界面が露出する構造であっても、露出する内側面から界面の剥離が生じるようなことがなく、膜応力の低減を図ることができる。
【００２６】
以上本発明の実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものでなく、引張応力を有する膜と圧縮応力有する膜が、連続した組成の膜として形成されているという本発明の要件を満たす範囲で種々変更可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１、２１： ハンドル基板、２、２２：絶縁膜、３、２３：可動電極膜、４：犠牲層、４ａ、２５：スペーサー、５：ポリシリコン膜、６：酸化シリコン膜、７：シリコン窒化膜、８、２７：貫通孔、９ａ、９ｂ、２６ａ、２６ｂ：引出電極、１０：バックチャンバー、２４：固定電極膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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