(57)【要約】      （修正有）【課題】固定電極と可動電極の接触防止用の突起部を、通常の半導体装置の製造方法によって安定して作製することができるＭＥＭＳ素子構造およびその製造方法を提供する。【解決手段】固定電極１４に形成された貫通孔１５内に露出する犠牲層１３をエッチングして段差部１６を形成し、その後全面に絶縁膜として窒化膜１７を形成する。段差部の中央部分の底部の窒化膜１７をエッチング除去した後、犠牲層１３を除去することで、エアーギャップ２０内に突出する窒化膜からなる突起部２１を形成する。【選択図】図２
2014180702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックチャンバーを備えた基板と、該基板上に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、
前記固定電極は、貫通孔を備え、
前記固定電極上に、少なくとも前記貫通孔の側壁部から連続して前記エアーギャップ方向に突出した突起部を構成する絶縁膜が積層形成されていることを特徴とするＭＥＭＳ素子。
【請求項２】
基板上に可動電極膜を形成し、該可動電極膜上に犠牲層を形成し、該犠牲層上に固定電極膜を形成した後、前記犠牲層を除去することにより、前記可動電極膜と前記固定電極膜との間にエアーギャップを形成する工程を含むＭＥＭＳ素子の製造方法において、
前記犠牲層上に貫通孔を備えた固定電極膜を形成する工程と、
前記貫通孔内に露出する前記犠牲層の一部をエッチングし、段差部を形成する工程と、
少なくとも前記固定電極膜および前記段差部を被覆するように絶縁膜を形成する工程と、
前記貫通孔の側壁部から連続して前記段差部内に前記絶縁膜が残るように前記段差部の底面部分の前記絶縁膜をエッチング除去する工程と、
前記犠牲層をエッチング除去し、前記可動電極膜と前記固定電極膜との間にエアギャップを形成するとともに、前記貫通孔の側壁から前記エアーギャップ方向に突出する前記絶縁膜からなる突起部を形成する工程と、
前記基板の一部をエッチング除去してバックチャンバ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、半導体基板上に固定電極と、この固定電極に中空構造（エアーギャップ）を介して対向するように可動電極とを備えた構造の容量型ＭＥＭＳ素子が広く知られている。このような構造のＭＥＭＳ素子は、犠牲層と呼ばれる中間膜を介して固定電極と可動電極を形成した後、犠牲層をエッチング除去することによって、中空構造を形成している。
【０００３】
一般的に、犠牲層を除去する方法は、犠牲層を選択エッチングする溶液を用いたウエットエッチング法か、ガスを用いたドライエッチング法が用いられる。これらの方法の内、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採用するのが好ましい。
【０００４】
しかしウエットエッチング法では、犠牲層のエッチングの際に、固定電極と可動電極が固着してしまうという問題が発生することが知られている。そこでこの問題を解決するため、固定電極と可動電極とが対向する面に、小さな突起を形成する方法が採用されている。図３は、この種の突起を形成する製造方法の説明図である。まず図３（ａ）に示すように、半導体基板１上に犠牲層２を堆積させる。次に、フォトレジスト３を突起を形成する部分を開口するようにパターニングし、フォトレジスト３をエッチングマスクとして使用して犠牲層２の一部をエッチング除去し、段差部４を形成する（図３ｂ）。フォトレジスト３を除去した後、犠牲層２上に可動電極５を形成する。この可動電極は、図３（ｃ）に示すように、先に形成した段差部４内を充填するように形成される。また可動電極５には、複数の貫通穴５ｂが形成されているため、この貫通穴５ｂを通して、犠牲層２をエッチング除去する。
【０００５】
このように形成することにより、半導体基板１上の犠牲層２からなるスぺーサ部２ａに支持され、半導体基板１とエアーギャップＧを介して、突起部５ａを備えた可動電極を形成することができる。なお図３では、固定電極やバックチャンバーの図示は省略している。このような突起部の形成方法は、例えば特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許３５００７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、固定電極と可動電極が固着しないように形成する突起は、仮に両者が触れた場合でも容易に離れるようにするため、その先端面の接触面積を小さくすることが好ましい。このため従来は、露光装置の解像限界を超えたフォトリソグラフィー技術を用い、図３（ｂ）に示すようにフォトレジスト２の開口幅を狭くし、エッチング条件を制御することで、段差部４の形状が開口部の開口幅に比べて底部の開口幅が狭くなるように形成し、先端の尖った突起５ａを形成していた。
【０００８】
しかしながら、このような解像限界を超えたフォトリソグラフィー技術を用いる方法では、フォトレジスト３の開口寸法がばらついたり、その結果段差４の深さがばらついてしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解消するため、通常の半導体装置の製造方法によって、突起部を安定して作製することができる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】
【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基板と、該基板上に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、前記固定電極は、貫通孔を備え、前記固定電極上に、少なくとも前記貫通孔の側壁部から連続して前記エアーギャップ方向に突出した突起部を構成する絶縁膜が積層形成されていることを特徴とする。
【００１１】
また本願請求項２に係る発明は、基板上に可動電極膜を形成し、該可動電極膜上に犠牲層を形成し、該犠牲層上に固定電極膜を形成した後、前記犠牲層を除去することにより、前記可動電極膜と前記固定電極膜との間にエアーギャップを形成する工程を含むＭＥＭＳ素子の製造方法において、前記犠牲層上に貫通孔を備えた固定電極膜を形成する工程と、前記貫通孔内に露出する前記犠牲層の一部をエッチングし、段差部を形成する工程と、少なくとも前記固定電極膜および前記段差部を被覆するように絶縁膜を形成する工程と、前記貫通孔の側壁部から連続して前記段差部内に前記絶縁膜が残るように前記段差部の底面部分の前記絶縁膜をエッチング除去する工程と、前記犠牲層をエッチング除去し、前記可動電極膜と前記固定電極膜との間にエアギャップを形成するとともに、前記貫通孔の側壁から前記エアーギャップ方向に突出する前記絶縁膜からなる突起部を形成する工程と、前記基板の一部をエッチング除去してバックチャンバ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、エアーギャップ方向に突出する突起部を備えるため、犠牲層をウエットエッチング法により形成した場合であっても、電極の固着を効果的に防止することができる。
【００１３】
また本発明のＭＥＭＳ素子の製造方法によれば、通常の半導体装置の製造工程のみで、固着を防止する突起部を安定して形成することができ、ＭＥＭＳ素子の製造において歩留まりが向上し、製造コストの低いＭＥＭＳ素子の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のＭＥＭＳ素子の製造工程の説明図である。
【図２】本発明のＭＥＭＳ素子の製造工程の説明図である。
【図３】従来のＭＥＭＳ素子の突起を形成する製造方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係るＭＥＭＳ素子およびその製造方法は、固定電極の貫通孔内に露出する犠牲層をオーバーエッチングして段差部を形成し、この段差部に絶縁膜を充填した後、段差部の中央部分の絶縁膜をエッチング除去することによって、接触面積の小さい突起を形成する。以下、容量型ＭＥＭＳ素子の一例として、小型マイクロフォン用トランスデューサーの製造工程に従い、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１６】
まず、結晶方位（１００）面の厚さ４２０μｍのシリコン基板１０上に、厚さ１μｍ程度の熱酸化膜１１を形成し、熱酸化膜１１上に、厚さ０．４μｍの導電性ポリシリコンからなる可動電極膜１２を積層形成する（図１ａ）。更に可動電極膜１２上に、厚さ２．０〜４．０μｍ程度のＵＳＧ(Undoped Silicate Glass)膜からなる犠牲層１３を積層形成する。犠牲層１３上に、厚さ０．１〜１．０μｍ程度の導電性ポリシリコンから固定電極膜１４を積層形成する（図１ｂ）。
【００１７】
固定電極膜１４を通常のフォトリソグラフィーにより貫通孔１５を備えた所定の形状にパターニングする。その後、固定電極膜１４に形成した貫通孔１５部分を露出するようにフォトレジストをパターニングし、固定電極膜１４をエッチングマスクとして使用して、貫通孔１５内に露出する犠牲層１３の表面をエッチングし、段差部１６を形成する。このエッチングは、例えばＣＦ4、ＣＨＥＦ3、Ａｒの混合ガスをエッチングガスとして使用し、圧力２６７Ｐａ、印加電力５００Ｗの条件でドライエッチングを行い、エッチング深さが０．２５μｍ程度となるように制御する（図１ｃ）。
【００１８】
その後、絶縁膜として厚さ０．２μｍの窒化膜１７を全面に形成する（図２ｅ）。窒化膜１７は、固定電極膜１４上の他に、犠牲層１３上に形成された段差部１６表面にも堆積することになる。この窒化膜１７は、後述するように段差部１６の底部の一部をエッチング除去するため、必要な強度が得られる範囲で薄く形成するのが好ましい。
【００１９】
次に突起部を形成するため、少なくとも固定電極膜１４の貫通孔１５の側壁部から段差部１６内につながる窒化膜１７が残るようにエッチングする。具体的には、段差部１６の底部を露出するように図示しないフォトレジストをパターニングし、このフォトレジストをエッチングマスクとして使用し、窒化膜１７をエッチングする（図２ｆ）。
【００２０】
以下、一般的な容量型ＭＥＭＳ素子の製造工程に従い、可動電極膜１２、固定電極膜１４にそれぞれ接続する配線部１８ａ、１８ｂを形成するため、厚さ１．２μｍのＡｌＣｕ膜を形成し、所望のパターンを形成する。その後、シリコン基板１０の裏面側から可動電極膜１２が露出するまでシリコン基板１０および熱酸化膜１１の一部を除去し、バックチャンバー１９を形成する。さらに固定電極膜１４に形成された貫通孔１５を介して犠牲層１３の一部を除去し、可動電極膜１２と固定電極膜１４の間にエアーギャップ２０が形成される（図２ｇ）。
【００２１】
以上のように形成されたＭＥＭＳ素子は、図２（ｇ）に示すように、可動電極膜１４の貫通孔１５からエアーギャップ２０方向に突出するように、窒化膜１７で形成された突起部２１が形成される。このような突起部２１を備えることで、本発明によるＭＥＭＳ素子は可動電極膜１２と固定電極膜１４が固着するのを防止することができる構造となる。
【００２２】
本発明の製造方法は、通常の半導体装置の製造方法のみで形成することができ、安価なＭＥＭＳ素子を提供することができる。
【符号の説明】
【００２３】
１０：シリコン基板、１１：熱酸化膜、１２：可動電極膜、１３：犠牲層、１４：固定電極膜、１５：貫通孔、１６：段差部、１７：窒化膜、１８：配線部、１９：バックチャンバー、２０：エアーギャップ、２１：突起部
【図１】
2014180702.tif 000003
【図２】
2014180702.tif 000004
【図３】
2014180702.tif 000005