(57)【要約】【課題】バイメタルを用いた焦電気スイッチトランジスタを含む半導体素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】この半導体素子は、半導体基板と一定間隔離隔され、複数のエッチングホールが形成された金属膜と、半導体基板と金属膜間の離隔空間に配置された下部金属パターン及び下部金属パターン上に形成された上部金属パターンと、半導体基板上に形成され、下部金属パターンの底面一側を支持する柱と、下部金属パターンと対応して空気層を介在して半導体基板上に形成されたパッドと、を含む。これにより、相互に異なる熱膨脹率を有するバイメタルを用いた焦電気（ｐｙｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｉｃ）スイッチトランジスタを提供し、このようなトランジスタを簡単な工程で容易に製作でき、収率を向上させる効果を奏する。また、新しい構造のトランジスタを開発し、工程を短縮させることによってコスト節減が図られる。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と一定間隔離隔され、複数のエッチングホールが形成された金属膜と、
前記半導体基板と前記金属膜間の離隔空間に配置された下部金属パターン及び前記下部金属パターン上に形成された上部金属パターンと、
前記半導体基板上に形成され、前記下部金属パターンの底面一側を支持する柱と、
前記下部金属パターンと対応して空気層を介在して前記半導体基板上に形成されたパッドと、
を含む半導体素子。
【請求項２】
前記下部金属パターンと前記上部金属パターンが、相互に異なる熱膨張係数を有する金属からなり、前記上部金属パターンの熱膨張係数が前記下部金属パターンの熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
前記金属膜の上部に形成された金属配線をさらに含み、
前記上部金属パターンが、前記金属配線と電気的に連結されることを特徴とする、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項４】
前記上部金属パターンと前記金属配線との間に、前記柱と対応する位置に少なくとも一つの接触電極が形成されたことを特徴とする、請求項３に記載の半導体素子。
【請求項５】
前記金属膜上に、前記エッチングホールを覆う絶縁膜が形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項６】
前記パッドが、前記下部金属パターンが曲がると接触できる位置に形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項７】
前記上部金属パターンがアルミニウムからなり、前記下部金属パターンがニッケルからなることを特徴とする、請求項２に記載の半導体素子。
【請求項８】
前記金属配線が、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ及びこれらの合金からなる群より選ばれる少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項３に記載の半導体素子。
【請求項９】
半導体基板上にパッドを形成する段階と、
前記パッドを覆うホールを持つ第１絶縁膜を形成する段階と、
前記ホールをギャップフィルしながら前記第１絶縁膜上に相互に異なる熱膨張係数を持つ下部金属膜及び上部金属膜を順次に形成しパターニングすることによって、前記ホール内に柱、該柱と一側が連結された下部金属パターン及び上部金属パターンを形成する段階と、
前記下部金属パターン及び前記金属パターンを覆うように前記第１絶縁膜上に第２絶縁膜を形成する段階と、
前記第２絶縁膜上に、エッチングホールが形成された金属膜を形成する段階と、
前記エッチングホールを通じてエッチング液が侵入し、前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜を除去する段階と、
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第１及び第２絶縁膜を除去する段階以降に、
前記金属膜上に前記エッチングホールを覆うように第３絶縁膜を形成する段階と、
前記第３絶縁膜上に前記上部金属パターンと電気的に連結される金属配線を形成する段階と、
をさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第２絶縁膜を形成する段階が、
前記第２絶縁膜にコンタクトホールを形成する段階と、
前記コンタクトホールを通じて前記柱の配置された位置の前記上部金属パターンと接触する接触電極を形成する段階と、
を含むことを特徴とする、請求項９に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜を除去すると、
前記下部金属パターンの底面一側が前記柱によって支持され、前記上部金属パターンの上面一側が前記接触電極によって支持され、前記金属膜と前記半導体基板間に空気層が形成されたことを特徴とする、請求項１１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１３】
前記空気層が、前記パッドと前記下部金属パターンの底面間に形成されることを特徴とする、請求項１２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１４】
前記柱が配置された位置の前記上部金属パターンの上部に接触電極を形成する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載の半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子及びその製造方法に係り、特に、スイッチ機能を有する半導体素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報通信分野の急速な発達と、コンピュータのような情報媒体の大衆化に伴って半導体装置も飛躍的に発展してきている。また、その機能的な面において、半導体装置の素子高集積化に伴って基板に形成される個別素子の大きさ（ｆｅａｔｕｒｅ  ｓｉｚｅ）を縮める一方で、素子性能を極大化させるために様々な方法が研究開発されてきている。
【０００３】
既存のトランジスタの製造方法は、トンネリング（ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ）効果を用いた電子の移動を通じてオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）機能を持つスイッチトランジスタを製作したが、これは多くの工程段階を必要とし、収率が低下するという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、バイメタルを用いた焦電気（ｐｙｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｉｃ）スイッチトランジスタを含む半導体素子及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するための本発明による半導体素子は、半導体基板と一定間隔離隔され、複数のエッチングホールが形成された金属膜と、前記半導体基板と前記金属膜間の離隔空間に配置された下部金属パターン及び前記下部金属パターン上に形成された上部金属パターンと、前記半導体基板上に形成され、前記下部金属パターンの底面一側を支持する柱と、前記下部金属パターンと対応して空気層を介在して前記半導体基板上に形成されたパッドと、を含む。
【０００６】
また、上記の目的を達成するための本発明による半導体素子の製造方法は、半導体基板上にパッドを形成する段階と、前記パッドを覆うホールを持つ第１絶縁膜を形成する段階と、前記ホールをギャップフィルしながら前記第１絶縁膜上に相互に異なる熱膨張係数を持つ下部金属膜及び上部金属膜を順次に形成しパターニングすることによって、前記ホール内に柱、該柱と一側が連結された下部金属パターン及び上部金属パターンを形成する段階と、前記下部金属パターン及び前記金属パターンを覆うように前記第１絶縁膜上に第２絶縁膜を形成する段階と、前記第２絶縁膜上に、エッチングホールが形成された金属膜を形成する段階と、前記エッチングホールを通じてエッチング液が侵入し、前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜を除去する段階と、を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明による半導体素子及びその製造方法は、異なる熱膨脹率を有するバイメタルを用いた焦電気（ｐｙｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｉｃ）スイッチトランジスタを提供し、このようなトランジスタを簡単な工程で容易に製作でき、収率を向上させるという効果を奏する。また、新しい構造のトランジスタを開発し、工程を短縮させることによって、コスト節減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施例に係る半導体素子及びその製造方法について具体的に説明する。
【０００９】
以下、“第１”、“第２”などの用語は、部材を限定するためのものではなく、部材を区分して示し、かつ、少なくとも２つを備えているということを示すためのものである。したがって、“第１”、“第２”などで言及される場合、部材が複数個備えられていることは明白であり、各部材が選択的にまたは交換的に使用されても良い。また、添付した図面の各構成要素の大きさ（寸法）は、発明の理解を助けるために拡大して示し、よって、示された各構成要素の寸法の比率は実際寸法の比率と異なることができる。また、図示された構成要素がいずれも本発明に必ずしも含まれたり限定されるわけはなく、本発明の核心的な特徴を除く構成要素は、付加または削除されても良い。本発明による実施例の説明において、各層（膜）、領域、パターンまたは構造物が基板、各層（膜）、領域、パッドまたはパターンの“上（ｏｎ／ａｂｏｖｅ／ｏｖｅｒ／ｕｐｐｅｒ）”または“下（ｄｏｗｎ／ｂｅｌｏｗ／ｕｎｄｅｒ／ｌｏｗｅｒ）”に形成されると記載される場合において、各層（膜）、領域、パッド、パターンまたは構造物が直接、基板、各層（膜）、領域、パッドまたはパターンに接触して形成される場合と解釈されても良く、他の層（膜）、他の領域、他のパッド、他のパターンまたは他の構造物がそれらの間にさらに形成される場合と解釈されても良い。したがって、その意味は、発明の技術的思想に基づいて判断すべきである。
【００１０】
図１〜図９は、本発明の実施例による半導体素子の製造方法を示す工程断面図である。
【００１１】
図１に示すように、半導体基板１００上に金属膜を蒸着しパターニングすることによってパッド１１０を形成する。
【００１２】
パッド１１０は、焦電気(ｐｙｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｉｃ)トランジスタのバイメタル（ｂｉ−ｍｅｔａｌ）構造の振動型駆動体と接触する時の摩擦によるロス（ｌｏｓｓ）を考慮してその厚さを決定することができる。
【００１３】
上記金属膜は、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ及びこれらの合金からなる群より選ばれる少なくとも一つを含むことができる。
【００１４】
図２に示すように、パッド１１０の形成された半導体基板１００上に、第１絶縁膜１１５を形成する。
【００１５】
第１絶縁膜１１５は、ＬＴＯ（ｌｏｗ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｏｘｉｄｅ）膜で、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって形成されるうる。
【００１６】
第１絶縁膜１１５に振動型駆動体の柱が形成されるホール１１５ａを形成する。
【００１７】
図３に示すように、ホール１１５ａ内に埋め立てられるようにして第１絶縁膜１１５上に下部金属膜を形成し、この下部金属膜上に上部金属膜を形成する。
【００１８】
第１絶縁膜１１５上に下部金属膜を充分の厚さで形成し、該金属膜を化学的機械的研磨（ＣＭＰ：ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程で研磨したのち平坦化し、この下部金属膜上に上部金属膜を形成することができる。
【００１９】
下部金属膜と上部金属膜は熱膨張係数の異なる金属膜からなり、上部金属膜の熱膨張係数が下部金属膜の熱膨張係数よりも大きい。
【００２０】
例えば、上部金属膜をアルミニウムにすると、下部金属膜はニッケルとすればよい。
【００２１】
下部金属膜と上部金属膜をパターニングし、第１絶縁膜１１５上に下部金属パターン１２１及び上部金属パターン１２２を形成する。
【００２２】
下部金属パターン１２１は、ホール１１５ａ内に柱１２１ａと連結されており、柱１２１ａによって下部金属パターン１２１及び上部金属パターン１２２が支持される。
【００２３】
上記のような下部金属パターン１２１及び上部金属パターン１２２からなる振動型駆動体は、カンチレバー（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ）構造でありうる。
【００２４】
図４に示すように、上部金属パターン１２２上の一部に、第１接触電極１３１を形成する。
【００２５】
第１接触電極１３１は、振動型駆動体に電流を印加し、該振動型駆動体が熱膨張係数の差によって曲がることによってパッド１１０に接触するようにする機能を果たす。
【００２６】
第１接触電極１３１は、ホール１１５ａ内に形成された柱１２１ａと対応する位置に形成されることが好ましい。これは、柱１２１ａと連結されつつ突出した下部金属パターン１２１及び上部金属パターン１２２は電流が印加されると曲がらなければならないが、曲がる位置に第１接触電極１３１を形成すると曲がりが発生しないためである。
【００２７】
第１接触電極１３１は、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ及びこれらの合金からなる群より選ばれる少なくとも一つを含むことができる。
【００２８】
図５に示すように、上記振動型駆動体及び第１接触電極１３１が形成された第１絶縁膜１１５上に第２絶縁膜１２５を形成する。
【００２９】
この第２絶縁膜１２５は、ＬＴＯ（ｌｏｗ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｏｘｉｄｅ）膜で、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で形成されることができる。
【００３０】
その後、第２絶縁膜１２５に第１接触電極１３１の一部を露出させるビアホール１２５ａを形成することができる。
【００３１】
ビアホール１２５ａを形成する工程で、半導体基板１００上に形成されたパッド１１０と電気的に連結されるべく、第１絶縁膜１１５及び第２絶縁膜１２５を貫通する深いビアホール（図示せず）が形成されても良い。
【００３２】
深いビアホールが形成される間に、ビアホール１２５ａにより露出され第１接触電極１３１がエッチング停止膜の役割を果たしても良い。このため、露出された第１接触電極１３１の一部がエッチングされることもできる。
【００３３】
または、第１接触電極１３１上に別のエッチング停止膜（図示せず）を形成しても良い。
【００３４】
図６に示すように、第２絶縁膜１２５上にビアホール１２５ａを埋め立てるようにして金属膜１３２ａを形成しパターニングすることによって第２接触電極１３２を形成し、第２接触電極１３２と隔たっている金属膜１３２ａに、第２絶縁膜１２５を露出させる複数のエッチングホール１３２ｂを形成する。
【００３５】
以降、図７に示すように、湿式エッチング工程を施すが、エッチング液が金属膜１３２ａに形成されたエッチングホール１３２ｂに侵入して内部の第１絶縁膜１１５及び第２絶縁膜１２５を除去する。
【００３６】
これによって、半導体基板１００上に柱１２１ａと連結されつつ側面に突出した振動型駆動体が形成され、この振動型駆動体の周辺には空気層が形成され、振動型駆動体が曲がることによってパッド１１０と接触可能になる。
【００３７】
図８に示すように、エッチングホール１３２ｂの形成された金属膜１３２ａ上に第３絶縁膜１４０を形成する。
【００３８】
第３絶縁膜１４０は、金属膜１３２ａに形成された複数のエッチングホール１３２ｂを覆う。第３絶縁膜１４０をパターニングし、第２接触電極１３２を露出させるコンタクトホール１４０ａを形成する。
【００３９】
続いて、図９に示すように、コンタクトホール１４０ａの形成された第３絶縁膜１４０上に金属膜（図示せず）を形成しパターニングすることによって、第２接触電極１３２と接続する金属配線１３３を形成する。
【００４０】
金属配線１３３は、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ及びこれらの合金からなる群より選ばれる少なくとも一つを含むことができる。
【００４１】
コンタクトホール１４０ａ内には別の金属パターン１３３が形成され、第３絶縁膜１４０上に形成された金属配線１３３と連結された構造にしても良く、コンタクトホール１４０ａ内に埋め立てられて一体に形成された金属配線１３３としても良い。
【００４２】
金属配線１３３、第２接触電極１３２及び第１接触電極１３１を通じて振動型駆動体の焦電気トランジスタに電流が印加されると、それぞれ異なる熱膨張係数を有する下部金属パターン１２１及び上部金属パターン１２２が曲がり、パッド１１０に下部金属パターン１２１が接触することによって導通され、以降、電流が印加されないと、曲がった下部金属パターン１２１が再び本来の位置に戻り、パッド１１０から離れる動作を通じてスイッチトランジスタのオン／オフ（ｏｎ／ｏｆｆ）を調節することとなる。
【００４３】
以上では具体的な実施例に挙げて本発明を説明してきたが、これらの実施例は例示的なもので、本発明を限定するためのものではない。したがって、本発明の属する分野における通常の知識を持つ者にとっては、本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲で、上に例示されていない様々な変形と応用が可能であるということは明らかである。例えば、本発明の実施例に具体的に開示した各構成要素は変形して実施することができる。もちろん、このような変形及び応用も添付の特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものとして解析すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施例による半導体素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図２】本発明の実施例による半導体素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図３】本発明の実施例による半導体素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図４】本発明の実施例による半導体素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図５】本発明の実施例による半導体素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図６】本発明の実施例による半導体素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図７】本発明の実施例による半導体素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図８】本発明の実施例による半導体素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図９】本発明の実施例による半導体素子の製造方法を示す工程断面図である。
【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】
2009141348.tif 000009
【図８】
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【図９】
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