(57)【要約】      （修正有）【課題】追加工程を少なくしながら固定電極と可動電極の固着を防止する突起を形成できるＭＥＭＳ素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】犠牲層４ａと、この犠牲層に接触するように積層した固定電極５と可動電極３のいずれか、あるいは両方とを加熱処理することで、犠牲層と接する固定電極と可動電極の表面に犠牲層を構成する物質と電極を構成する物質との化合物を成長させて突起とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペーサーによりエアーギャップを形成して配置された固定電極と可動電極とを備えたＭＥＭＳ素子において、
前記固定電極および前記可動電極の少なくともいずれか一方の前記エアーギャップ側の表面に、対向する前記可動電極あるいは前記固定電極側に突出する絶縁性の化合物からなる突起を備えてい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、
前記スペーサーが多結晶二酸化シリコンからなり、
前記固定電極および前記可動電極が多結晶シリコンからなり、
前記突起がシリコンリッチなシリコンと酸素の化合物からなることを特徴とするＭＥＭＳ素子。
【請求項３】
スペーサーによりエアーギャップを形成して配置された固定電極と可動電極とを備えたＭＥＭＳ素子の製造方法であって、
多孔質シリコンからなる前記固定電極、犠牲層および多孔質シリコンからなる前記可動電極の積層膜を形成する工程と、
前記積層膜を加熱し、前記固定電極および前記可動電極の前記犠牲層に接するそれぞれの表面に、対向する前記犠牲層側に突出する絶縁性の化合物からなる突起を成長させる工程と、
前記突起を残し前記固定電極と前記可動電極の間の前記犠牲層の一部をエッチング除去し、エッチングされずに残る前記犠牲層の一部からなるスペーサーによりエアーギャップを形成して前記固定電極と前記可動電極を対向配置させる工程と、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、
前記積層膜を形成する工程は、前記固定電極と前記犠牲層との間、あるいは前記可動電極と前記犠牲層との間のいずれか一方に窒化膜を形成する工程を含み、
前記突起を成長させる工程は、前記窒化膜のない前記固定電極と前記犠牲層との間、あるいは前記可動電極と前記犠牲層との間のいずれか一方に、前記突起を成長させ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３または４いずれか記載のＭＥＭＳ素子の製造方法において、
前記犠牲層として、テトラエトキシシランと酸素を含むガスを原料ガスとして使用する減圧プラズマＣＶＤ法により多結晶二酸化シリコンを形成する工程と、
前記絶縁性の突起としてシリコンリッチなシリコンと酸素の化合物からなる突起を成長させる工程と、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素子およびその製造方法に関し、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素子およびその製造方法に関する。
【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、固定電極と、この固定電極にエアーギャップを介して対向するように配置された可動電極とを備える構造の容量型ＭＥＭＳ素子が広く知られている。この種のＭＥＭＳ素子は、犠牲層と呼ばれる中間膜を挟んで固定電極と可動電極を形成した後、犠牲層の一部をエッチング除去することによって、エアーギャップを形成している。
【０００３】
一般的に、犠牲層を除去する方法は、犠牲層を選択的にエッチングする溶液を用いたウエットエッチング法か、エッチング種のガスを用いたドライエッチング法が用いられる。これらの方法のうち安価なＭＥＭＳ素子を形成するためには、製造コストの安いウエットエッチング法を選択するのが好ましい。
【０００４】
しかしウエットエッチング法では、犠牲層をエッチングする際、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が固着するという問題が発生してしまう。そこでこの問題を解決するため、固定電極膜と可動電極膜とが対向する面に、小さな突起を形成する方法が採用されている。
【０００５】
図３は、本願出願人が先に提案した突起を形成する製造方法の説明図である（特許文献１）。まず図３（ａ）に示すように、シリコン基板からなる基板１上に熱酸化膜２を形成し、熱酸化膜２上に導電性の多結晶シリコン（ポリシリコン）からなる可動電極３を形成する。さらに可動電極３上にＵＳＧ(Undoped Silicate Glass)膜からなる犠牲層４を積層形成し、この犠牲層４上に、導電性の多結晶シリコンから固定電極５を積層形成する。
【０００６】
固定電極５に貫通孔６を形成し、この貫通孔６内に露出する犠牲層４の表面をエッチングする。その後、全面に窒化膜７を形成する。この窒化膜７は、後述する突起となるため、犠牲層４の表面をエッチングした深さだけ固定電極５の裏面側より突出する構造とする（図３ｂ）。
【０００７】
突起を形成するため、少なくとも固定電極５の貫通孔６の側壁部につながる窒化膜７の一部を突起８として残し、貫通孔６の底部の窒化膜７をエッチングする（図３ｃ）。
【０００８】
以下、一般的な容量型ＭＥＭＳ素子の製造工程に従い、可動電極３、固定電極５にそれぞれ接続する引出電極９を形成する。その後、基板１の裏面側から熱酸化膜２が露出するまで基板１の一部を除去し、バックチャンバー１０を形成する。さらに固定電極５に形成された貫通孔６を通して犠牲層４の一部を除去することで、可動電極３と固定電極５の間にエアーギャップ１１を形成する。犠牲層４を除去する際、窒化膜７はエッチングされずに残るため図３（ｄ）に示すように、固定電極５のエアーギャップ１１側の表面に可動電極３側に突出する突起８を形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許登録６１５１５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本願出願人が先に提案した突起８は、貫通孔６内の窒化膜７を加工して形成する。そのため従来のＭＥＭＳ素子の製造方法と比較し、窒化膜７を加工する工程、即ち、通常のフォトリソグラフ法に従い、窒化膜７上にフォトレジストを塗布、パターニングする工程、窒化膜をエッチング除去する工程、その後フォトレジストを除去する工程を追加する必要があり、製造コストの増加を招いてしまう。本発明は、このような追加工程を少なくしながら固定電極と可動電極の固着を防止する突起を形成できるＭＥＭＳ素子および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】
【００１１】
上記目的を達成するため本願請求項１に係る発明は、スペーサーによりエアーギャップを形成して配置された固定電極と可動電極とを備えたＭＥＭＳ素子において、前記固定電極および前記可動電極の少なくともいずれか一方の前記エアーギャップ側の表面に、対向する前記可動電極あるいは前記固定電極側に突出する絶縁性の化合物からなる突起を備えていることを特徴とする。
【００１２】
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、前記スペーサーが多結晶二酸化シリコンからなり、前記固定電極および前記可動電極が多結晶シリコンからなり、前記突起がシリコンリッチなシリコンと酸素の化合物からなることを特徴とする。
【００１３】
本願請求項３に係る発明は、スペーサーによりエアーギャップを形成して配置された固定電極と可動電極とを備えたＭＥＭＳ素子の製造方法であって、多孔質シリコンからなる前記固定電極、犠牲層および多孔質シリコンからなる前記可動電極の積層膜を形成する工程と、前記積層膜を加熱し、前記固定電極および前記可動電極の前記犠牲層に接するそれぞれの表面に、対向する前記犠牲層側に突出する絶縁性の化合物からなる突起を成長させる工程と、前記突起を残し前記固定電極と前記可動電極の間の前記犠牲層の一部をエッチング除去し、エッチングされずに残る前記犠牲層の一部からなるスペーサーによりエアーギャップを形成して前記固定電極と前記可動電極を対向配置させる工程と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
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、前記積層膜を形成する工程は、前記固定電極と前記犠牲層との間、あるいは前記可動電極と前記犠牲層との間のいずれか一方に窒化膜を形成する工程を含み、前記突起を成長させる工程は、前記窒化膜のない前記固定電極と前記犠牲層との間、あるいは前記可動電極と前記犠牲層との間のいずれか一方に、前記突起を成長させる工程であることを特徴とする。
【００１５】
本願請求項５に係る発明は、請求項３または４いずれか記載のＭＥＭＳ素子の製造方法において、前記犠牲層として、テトラエトキシシランと酸素を含むガスを原料ガスとして使用する減圧プラズマＣＶＤ法により多結晶二酸化シリコンを形成する工程と、前記絶縁性の突起としてシリコンリッチなシリコンと酸素の化合物からなる突起を成長させる工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の製造方法に従い突起を形成する工程は、固定電極、犠牲層および可動電極の積層膜を形成した後に、これらの積層膜を加熱する工程を付加するだけで良いので、突起を形成するための追加の工程を大幅に少なくすることができ、製造コストの低減を図ることができる。
【００１７】
本発明の製造方法に従い突起を形成するため、従来例の製造方法とは異なる材料からなる犠牲層を用いることになるが、使用する材料は半導体装置の製造工程において通常使用されている材料で、制御性良く簡便に形成することができる。
【００１８】
本発明の製造方法により形成されるＭＥＭＳ素子は、加熱条件を適宜変更することで、制御性良く所望の大きさの絶縁性の化合物からなる突起を備える構成とすることができ、その製造工程で犠牲層のエッチングを行う際に固定電極と可動電極が固着することを確実に防止することができるほか、使用時における固着も確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施例のＭＥＭＳ素子の製造方法を説明する図である。
【図２】本発明の第２の実施例のＭＥＭＳ素子の製造方法を説明する図である。
【図３】従来のＭＥＭＳ素子の製造方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、犠牲層と、この犠牲層に接触するように積層した固定電極と可動電極を加熱処理することで、犠牲層と接する固定電極と可動電極の表面に犠牲層を構成する物質と電極を構成する物質との化合物を成長させて突起とする構成としている。以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
以下、第１の実施例に係る本発明のＭＥＭＳ素子について、その製造工程に従い説明する。まず、シリコン基板からなる基板１を用意し、基板１表面に熱酸化膜２を形成する。その後、熱酸化膜２上に導電性の多結晶シリコンからなる可動電極３を積層形成する。
【００２２】
次に可動電極３上に犠牲層４ａを形成する。ここで犠牲層４ａとして、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）と酸素、オゾン、亜酸化窒素等の酸素を含むガスをを原料ガスとして減圧プラズマＣＶＤ法により多結晶二酸化シリコンを形成する。さらに犠牲層４ａ上に導電性の多結晶シリコンからなる固定電極５を積層形成する。固定電極膜５上には全面に窒化膜７が形成される。
【００２３】
このように可動電極３上に犠牲層４ａが積層し、犠牲層４ａ上に固定電極５が積層した状態、換言すれば、可動電極３と固定電極５が犠牲層４ａに接触した状態で、加熱処理を行う。この加熱処理は、例えば、窒素雰囲気で８００℃以上の条件とする。この加熱処理により、多結晶シリコンからなる可動電極３と固定電極５の犠牲層４ａと接触している表面にそれぞれ、多結晶シリコン中のシリコンと、多結晶二酸化シリコン中の酸素が結合したシリコンリッチな化合物（シリコンと酸素の化合物）が形成される（図１ａ）。この化合物は、多結晶シリコンの結晶粒界で成長し、後述するスペーサーを形成する工程で固定電極５と可動電極３が固着することを防止する突起１２を構成する。ここで突起１２の形成は、熱処理温度と時間を制御することでその大きさを制御することができる。また多結晶シリコンの膜質を制御することで突起の発生場所（結晶粒界）も制御することができる。そのため、通常の半導体装置の製造方法を採用すれば、制御性の良い製造方法となる。
【００２４】
以下、一般的な容量型ＭＥＭＳ素子の製造工程に従い、窒化膜７および固定電極５に貫通孔６を形成し、貫通孔６内に犠牲層４ａを露出させる（図１ｂ）。
【００２５】
可動電極３、固定電極５にそれぞれ接続する引出電極９を形成した後、基板１の裏面側から熱酸化膜２が露出するまで基板１の一部を除去し、バックチャンバー１０を形成する。さらに固定電極５に形成された貫通孔６を通して犠牲層４ａの一部を除去することで、可動電極３と固定電極５の間にエアーギャップ１１を形成する。犠牲層４ａを除去する際、突起１２はシリコンリッチな化合物のため通常の多結晶二酸化シリコンよりエッチングレートが遅くなり、突起１２を残して犠牲層４ａを選択除去することが可能となる。その結果図１（ｃ）に示すように、可動電極３のエアーギャップ１１側の表面と、固定電極５のエアーギャップ１１側の表面に、それぞれエアーギャップ１１側に突出する突起１２を形成することができる。
【００２６】
以上説明したように本実施例の製造方法によれば、突起１２の形成は、多結晶シリコンからなる可動電極３あるいは固定電極５を多結晶二酸化シリコンからなる犠牲層４ａに接するように形成し加熱処理するのみとなる。この加熱処理は、従来方法で説明したフォトリソグラフ法のような枚様式の処理を必要とせず、しかも例えば加熱炉内に載置しておけばよいので、非常に簡便な方法となる。
【実施例２】
【００２７】
次に第２の実施例に係るＭＥＭＳ素子について、その製造工程に従い説明する。上記第１の実施例では、可動電極３と固定電極５の両方に突起１２を形成する方法について説明した。しかしながら本願発明は、可動電極３上、あるいは固定電極５上のいずれか一方のみに突起１２を形成することが可能である。以下、可動電極３上に突起１２を形成する方法について説明する。
【００２８】
上記実施例同様、まず、シリコン基板からなる基板１を用意し、基板１表面に熱酸化膜２を形成する。その後、熱酸化膜２上に導電性の多結晶シリコンからなる可動電極３を積層形成する。
【００２９】
次に可動電極３上に犠牲層４ａを形成する。ここで犠牲層４ａとして、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）と酸素、オゾン、亜酸化窒素等の酸素を含むガスを原料ガスとして減圧プラズマＣＶＤ法により多結晶二酸化シリコンを形成する。
【００３０】
次に本実施例では、犠牲層４ａ上に薄い窒化膜７ａを形成し、この窒化膜７ａ上に導電性の多結晶シリコンからなる固定電極５を形成し、全面に窒化膜７を形成する。
【００３１】
このように可動電極３上に犠牲層４ａが積層し、犠牲層４ａ上に窒化膜７ａを挟んで固定電極５が積層した状態、換言すれば、可動電極３が犠牲層４ａに接触し、固定電極５は犠牲層４ａに接触しない状態で、加熱処理を行う。この加熱処理は、例えば、窒素雰囲気で８００℃以上の条件とする。この加熱処理により、多結晶シリコンからなる可動電極３の犠牲層４ａと接触している表面に、多結晶シリコン中のシリコンと、二酸化シリコン中の酸素が結合したシリコンリッチな化合物（シリコンと酸素の化合物）が形成される（図２ａ）。この化合物は、多結晶シリコンの結晶粒界で成長し、後述するスペーサーを形成する工程で固定電極５と可動電極３が固着することを防止する突起１２を構成する。ここで突起１２の形成は、熱処理温度と時間を制御することでその大きさを制御することができる。また多結晶シリコンの膜質を制御することで突起の発生場所（結晶粒界）も制御することができる。そのため、通常の半導体装置の製造工程を採用すれば、制御性の良い製造方法となる。本実施例では、固定電極５は犠牲層４ａと接触していないため、固定電極５には突起１２は形成されていない。
【００３２】
以下、一般的な容量型ＭＥＭＳ素子の製造工程に従い、窒化膜７、固定電極５および窒化膜７ａに貫通孔６を形成し、貫通孔６内に犠牲層４ａを露出させる（図２ｂ）。
【００３３】
可動電極３、固定電極５にそれぞれ接続する引出電極９を形成した後、基板１の裏面側から熱酸化膜２が露出するまで基板１の一部を除去し、バックチャンバー１０を形成する。さらに固定電極５に形成された貫通孔６を通して犠牲層４ａの一部を除去することで、可動電極３と固定電極５の間にエアーギャップ１１を形成する。犠牲層４ａを除去する際、突起１２はシリコンリッチな化合物のため通常の多結晶二酸化シリコンよりエッチングレートが遅くなり、突起１２を残して犠牲層４ａを選択除去することが可能となる。その結果図２（ｃ）に示すように、可動電極３のエアーギャップ１１側の表面に、エアーギャップ１１側に突出する突起１２を形成することができる。
【００３４】
以上説明したように本実施例の製造方法によれば、突起１２の形成は、多結晶シリコンからなる可動電極３を多結晶二酸化シリコンからなる犠牲層４ａに接するように形成し、加熱処理するのみとなる。この加熱処理は、従来方法で説明したフォトリソグラフ法のような枚様式の処理を必要とせず、しかも例えば加熱炉内に載置しておけばよいので、非常に簡便な方法となる。また突起１２の形成が不要の場合は、多結晶シリコンと多結晶二酸化シリコンが直接接しないように窒化膜を形成すれば良く、非常に簡便な方法となる。
【実施例３】
【００３５】
次に第３の実施例に係るＭＥＭＳ素子について説明する。上記第２の実施例では、可動電極３表面に突起１２を形成する方法について説明した。しかしながら本願発明は、可動電極３上の代わりに固定電極５上に突起１２を形成することも可能である。
【００３６】
上記第２の実施例と相違し、可動電極３上に窒化膜７ａを挟んで犠牲層４ａが積層し、犠牲層４ａ上に固定電極５が積層した状態、換言すれば、可動電極３は犠牲層４ａに接触せず、固定電極５が犠牲層４ａに接触する状態で、加熱処理を行う。この加熱処理は、上記実施例同様例えば、窒素雰囲気で８００℃以上の条件とする。この加熱処理により、多結晶シリコンからなる固定電極５の犠牲層４ａと接触している表面に、多結晶シリコン中のシリコンと、二酸化シリコン中の酸素が結合したシリコンリッチな化合物（シリコンと酸素の化合物）が形成される。この化合物は、多結晶シリコンの結晶粒界で成長し、スペーサーを形成する工程で固定電極５と可動電極３が固着することを防止する突起１２を構成する。ここで突起１２の形成は、熱処理温度と時間を制御することでその大きさを制御することができる。また多結晶シリコンの膜質を制御することで突起の発生場所（結晶粒界）も制御することができる。そのため、通常の半導体装置の製造工程を採用すれば、制御性の良い製造方法となる。本実施例では、可動電極３は犠牲層４ａと接触していないため、可動電極３には突起１２は形成されていない。
【００３７】
上記製造工程を除けば、上記第１の実施例と同様の製造方法により本実施例のＭＥＭＳ素子を形成することができる。
【００３８】
以上説明したように本実施例の製造方法によれば、突起１２の形成は、可動電極３上に多結晶二酸化シリコンを形成し、さらに固定電極５を形成し、加熱処理するのみとなる。この加熱処理は、従来方法で説明したフォトリソグラフ法のような枚様式の処理を必要とせず、しかも例えば加熱炉内に載置しておけばよいので、非常に簡便な方法となる。
【００３９】
なお、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、可動電極３および固定電極５上に形成される突起は、所望の材料の組み合わせて可動電極３および固定電極５上に犠牲層と選択エッチング可能な絶縁性の物質を析出、成長等させることができれば、シリコンリッチなシリコンと酸素の化合物に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４０】
１： 基板、２：熱酸化膜、３：可動電極、４、４ａ：犠牲層、５：固定電極、６：貫通孔、７、７ａ：窒化膜、８：突起、９：引出電極、１０：バックチャンバー、１１：エアーギャップ、１２：突起
【図１】
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【図２】
2020093347.tif 000004
【図３】
2020093347.tif 000005