(57)【要約】      （修正有）【課題】ハンドル基板と対向する電極との間で発生する寄生容量を減らすことができるＭＥＭＳ素子とその製造方法を提供する。【解決手段】バックチャンバー１０を備えたハンドル基板１と、該ハンドル基板１上に、固定電極を含む固定電極膜４と可動電極を含む可動電極膜３とがスペーサー５を介して対向配置し、前記固定電極膜４あるいは前記可動電極膜３のいずれかに接続し前記ハンドル基板１に対向配置する引出電極６（６ａ、６ｂ）を備えたＭＥＭＳ素子において、前記引出電極６（６ａ、６ｂ）と対向する前記ハンドル基板１の一部は、誘電体物質が充填された絶縁領域７であることを特徴とする。【選択図】図１
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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、前記固定電極膜あるいは前記可動電極膜のいずれかに接続し前記ハンドル基板に対向配置する引出電極を備えたＭＥＭＳ素子において、
前記引出電極と対向する前記ハンドル基板の一部は、誘電体物質が充填された絶縁領域であることを特徴とするＭＥＭＳ素子。
【請求項２】
請求項１記載のＭＥＭＳ素子において、前記絶縁領域と前記バックチャンバーとの間に前記ハンドル基板の一部が配置していることを特徴とするＭＥＭＳ素子。
【請求項３】
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、前記固定電極膜あるいは前記可動電極膜のいずれかに接続し前記ハンドル基板に対向配置する引出電極を備えたＭＥＭＳ素子の製造方法において、
前記引出電極と対向する前記ハンドル基板の一部を誘電体物質に置き換えた絶縁領域を形成する工程と、
前記絶縁領域上に前記引出電極を形成する工程と、を含むことを特徴とするＭＥＭＳ素子の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載のＭＥＭＳ素子の製造方法において、
前記ハンドル基板としてシリコン基板を用意し、
前記絶縁領域を形成する工程は、前記シリコン基板の一部を酸化し酸化シリコンからなる絶縁領域を形成する工程であることを特徴とするＭＥＭＳ素子の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載のＭＥＭＳ素子の製造方法において、
前記絶縁領域を形成する工程は、前記シリコン基板の一部に複数の溝部を形成し、前記溝部間に残る前記シリコン基板を酸化することで前記酸化シリコンからなる絶縁領域を形成する工程であることを特徴とする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、トランスデューサ等の各種センサとして用いることができるＭＥＭＳ素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置の製造プロセスを用いたＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)素子では、半導体基板上に可動電極、犠牲層及び固定電極を形成した後、犠牲層の一部を除去することで、スペーサーを介して可動電極と固定電極が固定された構造となっている。
【０００３】
例えば、容量型のＭＥＭＳ素子では、複数の貫通孔を備えた固定電極と、音圧等を受けて振動する可動電極とを対向して配置し、振動による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。この種のＭＥＭＳ素子は、例えば特許文献１に記載されている。
【０００４】
従来のＭＥＭＳ素子の動作を図６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は、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。固定電極膜２４と引出電極２６ｂは、例えば図７に示すようにスペーサー２５上に引出電極２６ｂが配置された構造となっている。
【０００５】
一方、このような構造のＭＥＭＳ素子を小型化が要求されるマイクロフォンとして使用する場合、スペーサー２５の厚さを薄くして小型化の要求に応えていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−５５０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のＭＥＭＳ素子は、固定電極膜２４とそれに接続する引出電極２６ｂは、薄いスペーサー２５を介してハンドル基板２１と対向配置されている。一般的に固定電極膜２４は外部電源に接続されており、固定電極膜２４とハンドル基板２１との間に寄生容量Ｃ２が発生してしまう。このような寄生容量Ｃ２は、ＭＥＭＳ素子をマイクロフォンとして用いた場合、マイク特性に無視できない影響を与えてしまう。本発明はこのような問題点を解消し、ハンドル基板と対向する電極との間で発生する寄生容量を減らすことができる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】
【０００８】
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、前記固定電極膜あるいは前記可動電極膜のいずれかに接続し前記ハンドル基板に対向配置する引出電極を備えたＭＥＭＳ素子において、前記引出電極と対向する前記ハンドル基板の一部は、誘電体物質が充填された絶縁領域であることを特徴とする。
【０００９】
本願請求項２に係る発明は、請求項１記載のＭＥＭＳ素子において、前記絶縁領域と前記バックチャンバーとの間に前記ハンドル基板の一部が配置していることを特徴とする。
【００１０】
本願請求項３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、前記固定電極膜あるいは前記可動電極膜のいずれかに接続し前記ハンドル基板に対向配置する引出電極を備えたＭＥＭＳ素子の製造方法において、前記引出電極と対向する前記ハンドル基板の一部を誘電体物質に置き換えた絶縁領域を形成する工程と、前記絶縁領域上に前記引出電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
本願請求項４に係る発明は、請求項３記載のＭＥＭＳ素子の製造方法において、前記ハンドル基板としてシリコン基板を用意し、前記絶縁領域を形成する工程は、前記シリコン基板の一部を酸化し酸化シリコンからなる絶縁領域を形成する工程であることを特徴とする。
【００１２】
本願請求項５に係る発明は、請求項４記載のＭＥＭＳ素子の製造方法において、前記絶縁領域を形成する工程は、前記シリコン基板の一部に複数の溝部を形成し、前記溝部間に残る前記シリコン基板を酸化することで前記酸化シリコンからなる絶縁領域を形成する工程であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のＭＥＭＳ素子は、ハンドル基板の一部に絶縁領域を配置することで、ハンドル基板と対向する電極との間に生じる寄生容量を低減することができる。特に小型化の要請に伴いスペーサーの厚さを薄くし、寄生容量が素子特性に無視できない影響を与えるようになったＭＥＭＳ素子においてその効果は大きい。
【００１４】
また絶縁領域をバックチャンバーから離れた位置に配置することで、ＭＥＭＳ素子の製造工程においてＭＥＭＳ素子の特性変動の要因となるバックチャンバーの容積のばらつきが生じないように構成でき、特性の揃ったＭＥＭＳ素子を提供することができる。
【００１５】
本発明のＭＥＭＳ素子の製造方法は、一般的な半導体装置の製造プロセスのみで構成でき、制御性が良くＭＥＭＳ素子を製造することができる。特に絶縁領域をシリコン基板を熱酸化してシリコン酸化膜で構成すると、簡便にハンドル基板の一部を誘電体物質に置き換えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のＭＥＭＳ素子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】従来のＭＥＭＳ素子を説明する図である。
【図７】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】
【００１７】
本発明のＭＥＭＳ素子は、ハンドル基板と引出電極等の電極との間で形成される寄生容量を小さくするため、ハンドル基板の一部に誘電体物質を充填した絶縁領域を形成している。この絶縁領域は、ハンドル基板をシリコン基板で構成し、シリコン基板を熱酸化することで、簡便に形成することができる。以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
まず、本発明のＭＥＭＳ素子について説明する。図１は、本発明のＭＥＭＳ素子の説明図である。例えばシリコン基板からなるハンドル基板１上に絶縁膜２を介して、可動電極膜３と固定電極膜４が、スペーサー５を挟んで対向配置している。可動電極膜３と固定電極膜４には、それぞれ可動電極あるいは固定電極に接続する引出電極６ａ、６ｂが形成されている。
【００１９】
このようなＭＥＭＳ素子をマイクロフォンとして使用する場合、可動電極膜３と固定電極膜４との間にバイアス電圧が印加される。このバイアス電圧の印加により、図１に示す例では、ハンドル基板１と引出電極６ｂとの間に寄生容量が生じてしまう。そこで、本発明では、引出電極６ｂが対向する位置のハンドル基板１表面に絶縁領域７を配置している。
【００２０】
ここでハンドル基板１はシリコン基板で構成しているため、シリコンに比べて比誘電率が小さい誘電体物質により絶縁領域を形成すれば、引出電極６ｂとハンドル基板１間に生じる寄生容量の値を小さくすることができる。具体的には、シリコンの比誘電率１２．０に対して、二酸化シリコンの比誘電率は３．９であるから、ハンドル基板の一部をシリコン酸化膜に置き換えることで寄生容量を小さくできることになる。
【００２１】
次に、本発明のＭＥＭＳ素子の製造方法について説明する。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、引出電極の形成予定領域に対向する領域に、誘電体物質として酸化シリコンを充填した絶縁領域７を形成する（図２）。ここで、絶縁領域７を形成する領域は、引出電極６ｂのパターンと完全に一致しない場合でも、寄生容量の低減効果は期待できる。また、後述するように、絶縁領域７に充填された誘電体物資が、ＭＥＭＳ素子の製造工程でエッチング除去されてしまうと、バックチャンバーの容積のばらつきの要因となるため、バックチャンバーの形成予定領域から離れた位置に配置するのが好ましい。
【００２２】
絶縁領域７は、ハンドル基板１の一部を凹状に切欠き、この凹部内に二酸化シリコン等の誘電体物質を充填することで形成できる。また、ハンドル基板１をシリコン基板とした場合には、シリコン基板の一部を酸化することで酸化シリコンが充填された絶縁領域７を形成することもできる。具体的には、絶縁領域形成予定領域内に深く狭い溝部８を複数形成し、その後熱酸化することで、溝部８間に残るシリコンが酸化して酸化シリコンとなる。図３は、ハンドル基板の絶縁領域形成予定領域の一部拡大図である。シリコンから酸化シリコンが形成されるとき、体積が増し溝部８が埋まり表面が平坦で、シリコン基板の一部が酸化シリコンに置き換わった絶縁領域が形成できる。
【００２３】
溝部８は、通常の半導体装置のトレンチ構造を形成する方法により形成することができ、その深さ、間隔を適宜設定することで、所望の形状の絶縁領域７を形成することができる。また、リセス構造のＬＯＣＯＳ酸化膜を形成する方法を採用することもできる。この酸化工程により、ハンドル基板１表面も酸化され、絶縁膜２も同時に形成される。
【００２４】
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５ａを積層する。この犠牲層５ａ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５ａ上には、導電性のポリシリコンからなる固定電極を形成し、さらにシリコン窒化膜を積層した固定電極膜４を形成する。固定電極膜４には通常のフォトリソグラフ法により、音圧を可動電極膜３に伝えるための貫通孔９を形成し、貫通孔９内に犠牲層５ａを露出させる（図４）。
【００２５】
可動電極膜３および固定電極膜４それぞれに接続する引出電極６ａ、６ｂを形成した後、ハンドル基板１の裏面側からハンドル基板１の一部を除去して絶縁膜２を露出させ、バックチャンバー１０を形成する（図５）。このときバックチャンバー１０と絶縁領域７との間にハンドル基板１が残るようにする。ハンドル基板１を残す構造とすると、絶縁領域７に連続する絶縁膜２も残ることになる。このように構成することで、次工程で絶縁膜２を除去する際に、バックチャンバー１０と絶縁領域７との間に絶縁膜２が残り、絶縁膜２を除去すると同時に絶縁領域７の誘電体物質が除去されることを防止することができる。
【００２６】
最後にバックチャンバー１０内に露出する絶縁膜２（酸化膜）を除去するとともに、貫通孔９内に露出する犠牲層５ａ（酸化膜）の一部を除去する。その結果、犠牲層５ａからなるスペーサー５を有するＭＥＭＳ素子が形成される（図１）。
【００２７】
以上のように形成されたＭＥＭＳ素子は、固定電極膜４に接続する引出電極６ｂは、スペーサー５と絶縁領域７を介してハンドル基板１と対向配置される。このようにハンドル基板１の一部をハンドル基板１より比誘電率の小さい誘電体物質で置き換えることで固定電極膜４に接続する引出電極６ｂとハンドル基板１との間に発生する寄生容量の値を小さくすることができる。このように寄生容量を低減できれば、ＭＥＭＳ素子をマイクロフォンとして使用した場合、寄生容量によるマイク特性の劣化を防止することが可能となる。
【００２８】
またＭＥＭＳ素子では、バックチャンバー１０の容積がばらつくと感度にばらつきが生じるため好ましくない。本発明のＭＥＭＳ素子は、図１に示すように絶縁領域７とバックチャンバー１０との間に絶縁膜２を残す構成としている。その結果、スペーサー５を形成する工程で、絶縁膜２の一部をエッチング除去する際、絶縁領域７までエッチングが進行することがなく、バックチャンバー１０の容積のばらつきを小さく抑えることが可能となる。
【００２９】
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いことは言うまでもない。例えば、絶縁領域７を固定電極膜４の引出電極６ｂに対向する領域に配置する場合に限らず、ハンドル基板１と対向する領域に導電性膜が配置している場合に、ハンドル基板１とこの導電性膜との寄生容量を低減するため、ハンドル基板１に絶縁領域を７形成するように構成することができる。ハンドル基板としてシリコン基板を用いない場合には、ハンドル基板に凹部を形成し、その凹部内に誘電体物質を積層させ、必要に応じて平坦化することで、凹部内に誘電体物質を充填することも可能である。誘電体物質は、二酸化シリコンに限らず、ハンドル基板を構成する物質の比誘電率より小さい誘電率を有する物質を適宜選択すればよい。
【符号の説明】
【００３０】
１、２１： ハンドル基板、２、２２：絶縁膜、３、２３：可動電極膜、４、２４：固定電極膜、５、２５：スペーサー、５ａ：犠牲層、６、２６：引出電極、７：絶縁領域、８：溝部、９：貫通孔、１０：バックチャンバー
【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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