(57)【要約】【課題】クラックの発生を抑制する電極構造を提供する。【解決手段】犠牲膜５１、窒化膜４７で覆われた配線４５の表面を開口するアンカーホール５２を形成する。アンカーホール５２は窒化膜４７の有する孔部４７ｃと犠牲膜５１の開口５１ａとで構成される。孔部４７ｃは配線４５の表面の縁部４５ａよりも第１の所定距離ｄ１だけ配線４５の内方へと入り込んで開口する。開口５１ａは孔部４７ｃよりも第２の所定距離ｄ２だけ退いて開口する。第１の所定距離ｄ１の存在により、剥離の発生を抑制することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１絶縁膜（３３）上に選択的に配置された配線（４５）と、
前記第１絶縁膜を覆い、前記配線の表面の縁部（４５ａ）から第１の所定距離（ｄ１）だけ前記配線の内方に入り込んで前記配線の表面を選択的に露出させる孔部（４７ｃ）を有して前記配線を選択的に覆い、前記第１絶縁膜とは残留応力の方向が異なる第２絶縁膜（４７）と、
前記孔部を介して選択的に露出した前記配線の表面に接続された支持部（２３ｂ）と、前記支持部によって支持されて前記第２絶縁膜と所定間隔離れた浮遊部（２３ａ）とを有し、導電性の薄膜構造体と
を備える、電極構造。
【請求項２】
前記支持部（２３ｂ）は前記孔部（４７ｃ）を覆う、請求項１記載の電極構造。
【請求項３】
前記第１絶縁膜（３３）の残留応力は圧縮応力であり、前記第２絶縁膜の残留応力は引っ張り応力である、請求項１記載の電極構造。
【請求項４】
前記第１絶縁膜（３３）は酸化膜であり、前記第２絶縁膜は窒化膜である、請求項３記載の電極構造。
【請求項５】
前記第１絶縁膜の表面と前記配線の表面とは同一平面上にある、請求項１記載の電極構造。
【請求項６】
前記孔部（４７ｃ）は、平面視上、角（４７ｒ）が丸められた多角形若しくは楕円を呈する、請求項１記載の電極構造。
【請求項７】
前記開口（５１ａ）は、平面視上、角（５１ｒ）が丸められた多角形若しくは楕円を呈する、請求項１記載の電極構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体加工技術を用いて形成される電極構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１７は、従来の電極構造を示す断面図であり、電極構造に含まれる薄膜構造体１０１が示されている。薄膜構造体１０１は、支持部１０３と、支持部１０３によって支持される浮遊部１０５とを備え、導電材料を用いて基板１０７上に形成されている。浮遊部１０５は、基板１０７と所定間隔をあけて配置され、支持部１０３の上部から外方に張り出している。
【０００３】
基板１０７は、基板本体１１１と、第１絶縁膜１１３と、配線１１５と、第２絶縁膜１１７とを備えている。第１絶縁膜１１３は基板本体１１１上に形成される。第１絶縁膜１１３の表面には配線１１５が設けられ、第１絶縁膜１１３の表面と配線１１５の表面はほぼ段差無く平坦化されている。第２絶縁膜１１７は配線１１５及び第１絶縁膜１１３の表面及び側面を覆う。但し第２絶縁膜１１７は配線１１５の表面において開口する孔部１１７ａを有しており、ここにおいて配線１１５の表面を選択的に露出させている。配線１１５上には、孔部１１７ａを介して支持部１０３が形成されている。
【０００４】
図１４乃至図１６は、従来の薄膜構造体の製造工程を順に示す断面図である。まず図１４に示すように基板１０７上の全面に犠牲膜１２１が形成される。但し、この段階では基板１０７において第２絶縁膜１１７は孔部１１７ａを有していない。
【０００５】
次に犠牲膜１２１の表面側からドライエッチングを行い、犠牲膜１２１に開口１２１ａを、第２絶縁膜１１７に孔部１１７ａを、それぞれ開けてアンカーホール１２２を形成し、配線１１５の表面を選択的に露出させる。これにより図１５に示される構造が得られる。
【０００６】
続いて図１６に示すように、犠牲膜１２１上、アンカーホール１２２を介して露出した基板１０７上に、導電材料を用いて薄膜層１２３を形成する。
【０００７】
その後、薄膜層１２３を選択的に除去し、これによってパターニングされた薄膜層１２３の残留部分が薄膜構造体１０１を形成する。続いて犠牲膜１２１が除去されて図１７に示す構造が得られる。薄膜層１２３の残留部分のうち、アンカーホール１２２内に嵌まり込んでいる部分が支持部１０３となり、犠牲膜１２１上に位置していた部分が浮遊部１０５となる。
【０００８】
このような従来の製造方法において、犠牲膜１２１はエッチングによって除去され易い材料で形成することが望ましく、例えばシリコン酸化膜が採用される。一方、基板本体１１１には、微細加工が容易な半導体加工技術を用いるべく、シリコン基板が採用される。そしてシリコン基板上に第１絶縁膜１１３を容易に形成するため、第１絶縁膜１１３にも犠牲膜１２１と同様にシリコン酸化膜が採用される。
【０００９】
犠牲膜１２１をエッチングによって除去する際に、第１絶縁膜１１３もエッチングされてしまわないように、第２絶縁膜１１７にはシリコン酸化膜のエッチングに対してエッチングされにくく、かつ加工が容易な材料、例えばシリコン窒化膜が採用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、第２絶縁膜１１７が配線１１５の表面を完全に露出させてしまうと、犠牲膜１２１のエッチングに採用されるエッチャントは、配線１１５の側面と第２絶縁膜１１７との間に滲入し、第１絶縁膜１１３に到達してしまう可能性が高くなる。
【００１１】
図１８は、図１５で示された構造を、アンカーホール１２２の開口側から見た平面図である。このようにアンカーホール１２２の平面視上の形状が矩形や正方形など、急峻な角を有する場合には、この角に応力が集中し易い。このため、この角から犠牲膜１２１や第１絶縁膜１１３、第２絶縁膜１１７にクラックが生じてしまい易い。特に第２絶縁膜１１７をシリコン窒化膜を用いて形成した場合には、その残留応力が引っ張り方向である一方、シリコン酸化膜である犠牲膜１２１、第１絶縁膜１１３の残留応力が圧縮方向であり、クラックがより発生し易いと考えられる。そしてかかるクラックの発生は、それ自体が強度上の問題となるばかりでなく、上述のような、犠牲膜１２１のエッチングに採用されるエッチャントが第１絶縁膜１１３へと到達する可能性を高める点でも問題となる。
【００１２】
本発明は、クラックの発生を抑制する電極構造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】
【００１３】
本発明にかかる電極構造の第１の態様は、第１絶縁膜（３３）上に選択的に配置された配線（４５）と、前記第１絶縁膜を覆い、前記配線の表面の縁部（４５ａ）から第１の所定距離（ｄ１）だけ前記配線の内方に入り込んで前記配線の表面を選択的に露出させる孔部（４７ｃ）を有して前記配線を選択的に覆い、前記第１絶縁膜とは残留応力の方向が異なる第２絶縁膜（４７）と、前記孔部を介して選択的に露出した前記配線の表面に接続された支持部（２３ｂ）と、前記支持部によって支持されて前記第２絶縁膜と所定間隔離れた浮遊部（２３ａ）とを有し、導電性の薄膜構造体とを備える。
【００１４】
本発明にかかる電極構造の第２の態様は、電極構造の第１の態様であって、前記支持部（２３ｂ）は前記孔部（４７ｃ）を覆う。
【００１５】
電極構造の第２の構造において、例えば前記第１絶縁膜（３３）の残留応力は圧縮応力であり、前記第２絶縁膜の残留応力は引っ張り応力である。更に、例えば前記第１絶縁膜（３３）は酸化膜であり、前記第２絶縁膜は窒化膜である。
【００１６】
本発明にかかる電極構造の第３の態様は、電極構造の第１の態様であって、前記孔部（４７ｃ）は、平面視上、角（４７ｒ）が丸められた多角形若しくは楕円を呈する。
【００１７】
本発明にかかる電極構造の第４の態様は、電極構造の第１の態様であって、前記開口（５１ａ）は、平面視上、角（５１ｒ）が丸められた多角形若しくは楕円を呈する。
【００１８】
本発明の電極構造において、望ましくは前記第１絶縁膜の表面と前記配線の表面とは同一平面上にある。
【発明の効果】
【００１９】
電極構造の第１の態様によれば、残留応力の方向が第１絶縁膜と異なる第２絶縁膜の孔部（４７ｃ）が、配線の表面の縁部４５ａと第１の所定距離だけ離れているので、両者の間に働く剪断応力を低減する。
【００２０】
電極構造の第２の態様によれば、支持部が第２絶縁膜と、第１絶縁膜上に形成された配線との双方に接続するので、第１絶縁膜と第２絶縁膜との両者の剥離の可能性を低下する。
【００２１】
電極構造の第３の態様によれば、孔部における平面形状に角がないので、残留応力の集中を避けることができ、クラックの発生を抑制する。
【００２２】
電極構造の第４の態様によれば、開口における平面形状に角がないので、残留応力の集中を避けることができ、クラックの発生を抑制する。
【００２３】
この発明の目的、特徴、局面、及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明にかかる電極構造、薄膜構造体の製造方法が適用可能な、半導体加速度センサの要部の構成を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図２に示す構造の製造工程を示す断面図である。
【図４】図２に示す構造の製造工程を示す断面図である。
【図５】図２に示す構造の製造工程を示す断面図である。
【図６】図２に示す構造の製造工程を示す断面図である。
【図７】図２に示す構造の製造工程を示す断面図である。
【図８】図２に示す構造の製造工程を示す断面図である。
【図９】図２に示す構造の製造工程を示す断面図である。
【図１０】アンカーホール近傍の平面図である。
【図１１】アンカーホール近傍の平面図である。
【図１２】アンカーホール近傍の平面図である。
【図１３】アンカーホール近傍の平面図である。
【図１４】従来の薄膜構造体の製造工程を順に示す断面図である。
【図１５】従来の薄膜構造体の製造工程を順に示す断面図である。
【図１６】従来の薄膜構造体の製造工程を順に示す断面図である。
【図１７】従来の電極構造を示す断面図である。
【図１８】従来の電極構造を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
Ａ．実施の形態１．
図１は、本発明にかかる薄膜構造体の製造方法が適用可能な、半導体加速度センサ１００の要部の構成を示す平面図である。また図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。半導体加速度センサ１００は、センサ基板である基板１と、その基板１の上方（図１において紙面手前側）に形成され、加速度を検出する機能を有するセンサ部３とを備えている。
【００２６】
センサ部３は可動の質量体２１と、複数の固定構造２３と、複数の梁２５とを備えており、薄膜構造体として形成されている。当該薄膜構造体は、導電材料、例えばポリシリコンに不純物、例えばリンがドープされてなるドープドポリシリコンを用いて形成されている。
【００２７】
質量体２１は、検出すべき加速度の方向Ｂに対して垂直な方向Ｃに沿って延びる複数の可動電極部２１ａを有している。固定構造２３は方向Ｃに沿って延設される固定電極部２３ａと、固定電極部２３ａを支持する支持部２３ｂとを備えている。固定電極部２３ａは方向Ｂに沿って互いに所定間隔をあけて設けられている。複数の固定構造２３はその支持部２３ｂによって配線４３，４５のいずれかに接続される。しかし本発明の適用は、固定構造２３が配線４３，４５のいずれに接続されるかに依存しない。
【００２８】
図２に示されるように、固定電極部２３ａは基板１から所定間隔をあけて配置されて浮遊する。支持部２３ｂは基板１に、より具体的には位置Ａ−Ａでは配線４５に接続されている。可動電極部２１ａも固定電極部２３ａと同様にして、基板１と所定間隔をあけて配置される。
【００２９】
梁２５は質量体２１と一体に形成され、基板１の上方に質量体２１を懸架する。各梁２５は、基板１から上方へ突出する支持部２５ａと、質量体２１の方向Ｂに関する端縁に設けられたバネ部２５ｃと、支持部２５ａとバネ部２５ｃとを結合する結合部２５ｂとを備えている。バネ部２５ｃは少なくとも方向Ｂに沿って弾性的に撓み変形する。これにより、質量体２１は方向Ｂに沿って復元力を有しつつ移動することができる。支持部２５ａの一方は、その下方において配線４１と接続されている。
【００３０】
固定電極部２３ａと可動電極部２１ａとは、方向Ｂに関して間隔をあけて交互に配置される。加速度センサ１００に方向Ｂに沿った加速度が印加されると、質量体２１が移動し、可動電極部２１ａと固定電極部２３ａとの距離が変化する。従って可動電極部２１ａと固定電極部２３ａとが作る静電容量を、配線４１，４３，４５を用いて外部から測定することにより、印加された加速度を検出することができる。
【００３１】
基板１は、図２に示されるように、基板本体３１と、酸化膜３３と、配線４３，４５と、窒化膜４７とを備えている。また図１に示されるように配線４１をも備えている。酸化膜３３は基板本体３１上に設けられる。酸化膜３３の表面は平坦であり、配線４１，４３，４５は酸化膜３３上に形成される。例えば酸化膜３３の表面と配線４１，４３，４５の表面とは同一平面上に設定される。
【００３２】
窒化膜４７は配線４１，４３，４５及び酸化膜３３のそれぞれの表面及び側面を覆う。但し窒化膜４７は孔部４７ａ，４７ｂ，４７ｃを有しており、それぞれにおいて配線４１，４３，４５の表面を選択的に露出させている。図２には孔部４７ｃを介して支持部２３ｂが配線４５に接続されている様子が図示されている。
【００３３】
配線４５の表面の縁部４５ａは、配線４５が延設される方向（図２では紙面に垂直な方向）の表面での幅を規定する。孔部４７ｃは、縁部４５ａから所定距離ｄ２だけ配線４５の内方に入り込んでいる。同様にして孔部４７ａ，４７ｂを介して支持部２５ａ、支持部２３ｂが配線４１，４５にそれぞれ接続されている。なお、配線４１はセンサ部３の下方においては広く露出して形成されている。
【００３４】
上述のように、酸化膜３３と窒化膜４７とはその残留応力の方向が異なるため、両者の間には剪断応力が働く。しかしながら窒化膜４７の端部は孔部４７ｃを形成しており、所定距離ｄ１で配線４５と隣接している。よって剥離の発生を抑制することができる。
【００３５】
また、図２に示されるように、支持部２３ｂは孔部４７ｃを覆う事が望ましい。より具体的には支持部２３ｂは孔部４７ｃよりも所定距離ｄ２だけ広がって設けられている。支持部２３ｂを窒化膜４７と、配線４５との双方に接続させることにより、配線４５が設けられた酸化膜３３と、窒化膜４７との剥離の可能性が低下する。また支持部２３ｂが太いことは、固定構造２３の強度を高めることにもなる。
【００３６】
図３乃至図９は半導体加速度センサ１０１を製造する方法を工程順に示す断面図であり、図１の位置Ａ−Ａに相当する位置の断面を示している。
【００３７】
まず、基板本体３１を準備し、その上に酸化膜３３を形成する。例えば基板本体３１は半導体たるシリコンを用いて形成され、酸化膜３３は基板本体３１の熱酸化によって形成される。配線４１，４３，４５は、例えば以下の工程によって形成することができる。まず配線４１，４３，４５を形成すべき領域において酸化膜３３に凹部を設ける。当該凹部の深さ程度の厚さの導電材料、例えばドープドポリシリコンを成膜し、凹部の幅よりも狭くパターニングする。これらの処理により、残置するドープドポリシリコンが配線４１，４３，４５となり、これらが選択的に酸化膜３３上に形成される。次に酸化膜３３及び配線４１，４３，４５上に窒化膜４７を形成し、図３に示された構造を得る。但し位置Ａ−Ａには配線４１が存在しないので、配線４１は図３乃至図８には現れていない。犠牲膜５１は、例えば酸化膜、ＰＳＧ（phospho silicate glass）膜またはＢＰＳＧ（boro-phospho silicate glass）膜を用いて形成される。
【００３８】
次に窒化膜４７をエッチングにて選択的に除去し、窒化膜４７に孔部４７ｃを形成し、図４に示された構造を得る。孔部４７ｃは配線４５の表面の縁部４５ａを所定距離ｄ１で覆う。孔部４７ａ，４７ｂも同様にして形成することができる。
【００３９】
続いて、孔部４７ｃを介して露出する配線４５の表面上、及び窒化膜４７上に犠牲膜５１を形成し、図５に示された構造を得る。犠牲膜５１は、例えば酸化膜、ＰＳＧ（phospho silicate glass）膜またはＢＰＳＧ（boro-phospho silicate glass）膜を用いて形成される。
【００４０】
続いて、支持部２５ａ，２３ｂを形成すべき位置において、犠牲膜５１に対してエッチングを施し、これを選択的に除去して配線４１，４３，４５の表面を露出させる開口５１ａを形成する（図６）。位置Ａ−Ａでは配線４５に接続されるべき支持部２３ｂが形成されるので、図６においては配線４３の上方ではなく、配線４５の上方において開口５１ａが形成される。開口５１ａは、孔部４７ｃよりも所定距離ｄ２だけ退いて開口する。開口５１ａは孔部４７ｃと共に、配線４５が露出するアンカーホール５２を形成する。孔部４７ａ，４７ｂにおいても同様にしてアンカーホールが形成される。
【００４１】
犠牲膜５１のエッチングにはドライエッチングを採用することができる。その場合、等方性エッチングをも併用することが望ましい。図７に示されるように、開口５１ａの開口側の角張りをなくすことができるからである。この処理による利点は後述する。
【００４２】
図１０は図７に示されたアンカーホール５２の近傍を、アンカーホール５２の開口側から見た平面図である。
【００４３】
続いて、図８に示すように、残存する犠牲膜５１上、アンカーホール５２を介して露出した基板１上に薄膜層５３を形成する。例えば薄膜層５３の膜厚は、犠牲膜５１の膜厚よりも厚い。この場合、アンカーホール５２は薄膜層５３で充填されている。
【００４４】
続いて、図９に示されるように薄膜層５３が選択的に除去されてパターニングされる。この工程によって、薄膜層５３の残留している部分が質量体２１、梁２５及び固定電極２３を形成する。かかる目的のため、薄膜層５３は導電材料、例えばドープドポリシリコンを用いて形成される。図８に則して言えば、アンカーホール５２内に嵌まり込んでいる部分の薄膜層５３が支持部２３ｂとなり、犠牲膜５１上に位置している部分の薄膜層５３が固定電極部２３ａとなる。支持部２５ａ、質量体２１、バネ部２５ｃ、結合部２５ｂも同様にして薄膜層５３から形成される。
【００４５】
その後、犠牲膜５１が除去されて、図１及び図２に示される構造が得られる。犠牲膜５１が図６に示された形状のまま、薄膜層５３が形成されると、薄膜層５３の膜厚は開口５１ａ近傍で薄い個所が生じる。かかる薄い個所は固定構造２３の強度不足を招来する可能性があるので、望ましくない。そこで、図７に示されるように、開口５１ａの開口側の角張りをなくし、薄膜層５３を形成しても、その膜厚が薄い個所が生じないようにすることが望ましい。
【００４６】
図９に示された電極構造では、孔部４７ｃが縁部４５ａから所定距離ｄ１で配線４５を覆っているので、この後に行われる犠牲膜５１のエッチングに用いられるエッチャントが、酸化膜３３へと滲入する経路を長く採ることができる。よって当該エッチャントが酸化膜３３に到達する可能性が低くなる。つまり酸化膜３３と犠牲膜５１とが同じシリコン酸化膜から構成されていても、犠牲膜５１のエッチングにおいて酸化膜３３がエッチングされる可能性が低い。
【００４７】
薄膜層５３は孔部４７ｃを充填する。よって犠牲膜５１のエッチングに用いられるエッチャントが酸化膜３３へと滲入することは、より効果的に阻まれる。
【００４８】
開口５１ａは孔部４７ｃから所定距離ｄ２だけ退いて開口し、薄膜層５３は開口５１ａをも充填する。このようにアンカーホール５２を薄膜層５３が充填することにより、犠牲膜５１のエッチングに用いられるエッチャントが酸化膜３３へと滲入する経路がより長く採られる。また支持部２３ｂが太くなり、固定構造２３の強度が高められる。
【００４９】
Ｂ．実施の形態２．
本実施の形態では孔部４７ｃや開口５１ａの平面視上の望ましい形状について説明する。図１１はその一例を示す平面図である。実施の形態１の図１０で示された構造と同様にして、所定距離ｄ１だけ縁部４５ａから入り込んで孔部４７ｃが設けられ、孔部４７ｃよりも所定距離ｄ２だけ後退して開口５１ａが設けられている。
【００５０】
本実施の形態において特徴的なことには、孔部４７ｃは平面視上、ほぼ正方形を呈するものの、その角４７ｒが丸められている。酸化膜３３の残留応力と窒化膜４７の残留応力とが形成する剪断応力は、窒化膜４７において開口した孔部４７ｃの角において集中し易い。しかし本実施の形態のように、孔部４７ｃの平面視上の形状が、角が丸められた多角形を呈することにより、応力の集中を緩和することができる。
【００５１】
孔部４７ｃの平面視上の形状は、角が丸められた正方形のみならず、角が丸められた多角形でもよい。丸められた角の数が多いほど、応力の集中は緩和され易い。あるいは図１２に示されるように孔部４７ｃの平面視上の形状は楕円（円を含む）であってもよい。この場合、縁部４５ａと最も近い孔部４７ｃの輪郭が所定距離ｄ１だけ離れていればよい。
【００５２】
図１３は他の例を示す平面図である。実施の形態１の図１０で示された構造と同様にして、所定距離ｄ１だけ縁部４５ａから入り込んで孔部４７ｃが設けられ、孔部４７ｃよりも所定距離ｄ２だけ後退して開口５１ａが設けられている。
【００５３】
しかし図１３で示された構成では、開口５１ａは平面視上、ほぼ正方形を呈するものの、その角５１ｒが丸められている。よってこの場合も応力の集中を緩和することができる。図１３では開口５１ａのみならず、孔部４７ｃの角４７ｒも丸められている様子が示されているが、開口５１ａの角５１ｒのみが丸められていてもよい。また開口５１ａも孔部４７ｃと同様に、その平面視上の形状は、角が丸められた正方形のみならず、角が丸められた多角形でもよいし、楕円（円を含む）であってもよい。
【００５４】
上記第１及び第２の実施の形態において、所定距離ｄ２は所定距離ｄ１よりも大きい場合が図示されているが、０＜ｄ２＜ｄ１の関係があっても本発明の効果が得られることは明白である。
【００５５】
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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