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【発明の名称】 音響感応装置
【発明者】 【氏名】森 三佳

【氏名】沖野 徹
【要約】 【課題】安定した特性を有する小型かつ高感度なコンデンサを備えた音響感応装置を提供することにある。

【構成】半導体基板１１上に形成された固定電極膜１２と、固定電極膜１２上に堆積されたシリコン酸化膜１３を介して形成された多結晶シリコン膜からなる振動電極膜１４ａと、固定電極膜１２と振動電極膜１４ａとの間に位置するシリコン酸化膜１３内に形成された中空部１５とで構成されたエアギャップ型のコンデンサを備え、振動電極膜１４ａの上面に、振動電極膜１４ａに対して引張り応力を与えるシリコン窒化１４ｂが堆積されている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された固定電極膜と、
前記固定電極膜上に堆積された第１の絶縁膜を介して形成された振動電極膜と、
前記第１の絶縁膜の前記固定電極膜と前記振動電極膜との間に位置する部位に形成された中空部とで構成されたコンデンサを備えた音響感応装置であって、
前記振動電極膜の上面に、該振動電極膜に対して引張り応力を有する第２の絶縁膜が形成されていることを特徴とする、音響感応装置。
【請求項２】
半導体基板上に形成された固定電極膜と、
前記固定電極膜上に堆積された第１の絶縁膜を介して形成された振動電極膜と、
前記第１の絶縁膜の前記固定電極膜と前記振動電極膜との間に位置する部位に形成された中空部とで構成されたコンデンサを備えた音響感応装置であって、
前記振動電極膜の下面に、該振動電極膜に対して圧縮応力を有する第３の絶縁膜が形成されていることを特徴とする、音響感応装置。
【請求項３】
前記振動電極膜は多結晶シリコン膜で構成され、
前記第２の絶縁膜は、シリコン窒化膜で構成されている、請求項１に記載の音響感応装置。
【請求項４】
前記振動電極膜は多結晶シリコン膜で構成され、
前記第３の絶縁膜は、シリコン酸化膜で構成されている、請求項２に記載の音響感応装置。
【請求項５】
前記振動電極膜の下面に第４の絶縁膜がさらに形成されており、
前記第２の絶縁膜は、前記第４の絶縁膜よりも引張り応力が大きい、請求項１に記載の音響感応装置。
【請求項６】
前記第２の絶縁膜及び前記第４の絶縁膜は、シリコン窒化膜で構成されており、前記第２の絶縁膜の膜厚は、前記第４の絶縁膜の膜厚よりも厚い、請求項５に記載の音響感応装置。
【請求項７】
前記第２の絶縁膜の膜厚と前記第４の絶縁膜の膜厚との差は、１０ｎｍ〜２００ｎｍである、請求項６に記載の音響感応装置。
【請求項８】
前記第４の絶縁膜は、ストライプ状、または格子状に形成されている、請求項５に記載の音響感応装置。
【請求項９】
前記第４の絶縁膜、前記振動電極膜、及び前記第２の絶縁膜で構成される積層膜の側面に、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜からなる側壁膜がさらに形成されている、請求項５に記載の音響感応装置。
【請求項１０】
前記固定電極膜と前記振動電極膜との間であって、前記第１の絶縁膜中にエレクトレット膜が埋設されている、請求項１または２に記載の音響感応装置。
【請求項１１】
前記半導体基板には、前記振動電極膜の振動によって変動した前記コンデンサの出力信号を検出する検出回路がさらに形成されており、
前記コンデンサ及び前記検出回路の上に第４の絶縁膜がさらに形成されている、請求項１または２に記載の音響感応装置。
【請求項１２】
前記音響感応装置は、コンデンサマイクロホンである、請求項１または２に記載の音響感応装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板と一体的に形成されたエアギャップ構造を有するコンデンサを備えた音響感応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体基板上に形成されたエアギャップ構造を有するコンデンサ（例えばコンデンサマイクロホン）を備えた音響感応装置として、図１５に示すような構造が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
図１５に示すように、シリコン基板１０１上に形成された多結晶シリコン膜の一部からなる振動電極膜１０２と、この振動電極膜１０２上に、シリコン酸化膜からなるスペーサ１０４を介して形成された多結晶シリコン膜からなる固定電極膜１０３とで、コンデンサを構成している。そして、音圧に応答して振動電極膜１０２が振動した際のコンデンサの静電容量の変化を、電気的に取り出すことによって、マイクロホンの機能を果たしている。
【０００４】
なお、振動電極膜１０２と固定電極膜１０３との間に形成された中空部（エアギャップ）１０８は、振動電極膜１０２上に形成されたシリコン酸化膜１０４からなる犠牲層を、固定電極膜１０３に形成された複数の貫通孔１０５を介してエッチング液を供給してエッチングすることによって形成される。また、振動電極膜１０２の裏面は、シリコン基板１０１を裏面側から選択的にエッチングして開口部１０９を形成することによって露出されている。
【０００５】
ここで、振動電極膜１０２は、シリコン基板１０１上に形成されたシリコン窒化膜からなる応力緩和層１０７を介して形成されている。これにより、シリコン基板１０１から振動電極膜１０２に作用する応力が緩和され、振動電極膜１０２の歪みを抑制することができる。
【０００６】
しかしながら、図１５に示した構造のコンデンサでは、開口部１０９を形成するために、シリコン基板１０１を裏面側からディープエッチングする必要があり、中空部１０８との位置合わせが難しく、また、振動電極膜１０２の膜減が生じないようなエッチング制御が要求される。
【０００７】
特許文献２には、裏面側からのディープエッチングを不要にしたエアギャップ構造を有するコンデンサ（静電容量センサ）が記載されている。
【０００８】
図１６は、特許文献２に記載されたコンデンサの構成を示した断面図である。図１６に示すように、シリコン基板２０１の表面に形成された拡散層からなる固定電極２０２と、この固定電極２０２上に、支持部材２０４を介して形成された振動電極２０３とで、静電容量センサを構成している。
【０００９】
なお、固定電極２０２と振動電極２０３との間に形成された中空部２０８は、特許文献１に記載された方法と同様に、固定電極２０２上に形成された犠牲層をエッチング除去することによって形成される。
【００１０】
図１６に示したコンデンサは、振動電極２０３を固定電極２０２に対してシリコン基板２０１側と反対側に設けた点で、図１５に示したコンデンサと異なる。このような構成にすることによって、振動電極２０３の表面は開放面になり、それ故、シリコン基板２１０の裏面側からのディープエッチングを不要にすることができる。また、ディープエッチングによってシリコン基板２１０の裏面に形成される開口部がなくなるため、コンデンサの微細化も容易になる。
【特許文献１】特開２００４−３５６７０８公報
【特許文献２】特開２００２−２５０６６５公報
【特許文献３】特表２００２−５１８９１３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献２に記載されたコンデンサは、シリコン基板の裏面側からのディープエッチングが不要であることから、より微細なコンデンサを安価に製造できるという点では有用であるが、例えば、半導体基板にコンデンサとコンデンサからの主力信号を検出する検出回路とを集積して形成する場合、以下のような問題が生じる。
【００１２】
通常、半導体基板に形成された検出回路の電気信号は、半導体基板上に形成された配線層、及び層間絶縁膜中に形成されたビアを介して、最上層の絶縁膜上に形成された電極から入出力される。この場合、検出回路と同時に形成されたコンデンサの一対の電極も、層間絶縁膜中に形成されたビアを介して、最上層の絶縁膜上に取り出されることになる。すなわち、コンデンサの振動電極の表面は、開放面とならない。
【００１３】
一方、電極面積を縮小してコンデンサの微細化を図る上で、感度を一定に保つためには、コンデンサのエアギャップを縮小する必要があるが、その場合、振動電極を構成する振動膜が撓んで固定電極に接触しないようにしなければならない。
【００１４】
しかしながら、上述のように、振動膜上に絶縁膜や電極配線等が形成された場合、振動膜には、絶縁膜や電極配線等から一定の応力（以下、「内部応力」という）が加わることになる。振動膜が開放面になっている場合には、平衡状態の振動膜の張力を調整することによって（例えば、特許文献３を参照）、振動膜の撓みが生じないように予め調整することができるが、振動膜上に絶縁膜等が形成されている場合は、そのような調整を行うことはできない。
【００１５】
加えて、振動膜上に形成される絶縁膜の膜厚や材質、電極配線のレイアウト等によって振動膜に加わる内部応力が異なるため、振動膜の振る舞いを予測することも困難である。
【００１６】
すなわち、コンデンサを微細化してエアギャップを微小にした場合、振動膜に加わる内部応力の影響を受けて、振動膜が撓んで固定電極に接触したり、あるいは十分な振動膜の振幅を確保できない事態を招くおそれがある。然るに、従来のエアギャップ構造を有するコンデンサを備えた音響感応装置において、かかる内部応力の影響については考慮されていなかった。
【００１７】
本発明は、かかる知見に基づきされたもので、その主な目的は、振動膜に加わる内部応力の影響を排除し、安定した特性を有する小型かつ高感度なコンデンサを備えた音響感応装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の目的を達成するため、本発明の音響感応装置は、振動電極膜の上面に、振動電極膜に対して引張り応力を有する絶縁膜を堆積した構成を採用した。すなわち、振動電極膜は、対向する固定電極膜に対して凸状になるような応力が与えられている。
【００１９】
このような状態の振動電極膜に内部応力が加わった場合の振動電極膜の振る舞いを、図１を参照しながら説明する。
【００２０】
図１（ａ）は、振動電極膜１の下面に、振動電極膜１に対して引張り応力を与える絶縁膜（不図示）を堆積した場合を示し、このとき、振動電極膜１は、対向する固定電極膜２に対して凹状になるような応力が与えられる。この状態で、振動電極膜１に一定の内部応力Ｆが加わった場合、振動電極膜１に対して、力ｆ１が集中的に働く。それ故、振動電極膜１が内部応力Ｆによって局所的に撓み、固定電極膜２と接触するおそれが生じる。
【００２１】
それに対し、図１（ｂ）は、振動電極膜１の上面に、振動電極膜１に対して引張り応力を与える絶縁膜（不図示）を堆積した場合を示し、このとき、振動電極膜１は、対向する固定電極膜２に対して凸状になるような応力が与えられる。この状態で、振動電極膜１に一定の内部応力Ｆが加わった場合、内部応力Ｆは振動電極膜１全体に分散され、図１（ｂ）に示すように、振動電極膜１に対して、分散された力ｆ２、ｆ３、ｆ４が働く。それ故、振動電極膜１に内部応力Ｆが加わっても、図１（ａ）に示すような振動電極膜１が局所的に撓むことはなく、その結果、振動電極膜１が固定電極膜２と接触するのを防ぐことができる。
【００２２】
なお、図１（ｂ）に示した振動電極膜１の凸状の形状は、振動電極膜１に加わった内部応力Ｆの分散を説明するために模式的に描いたもので、必ずしも、振動電極膜１上に絶縁膜等が形成されたときの状態を表したものではない。すなわち、絶縁膜等による内部応力と、振動電極膜１に対して付与された引張り応力とが均衡しているときは、振動電極膜１は、ほぼ水平の状態を保っている。
【００２３】
本発明に係わる音響感応装置は、半導体基板上に形成された固定電極膜と、固定電極膜上に堆積された第１の絶縁膜を介して形成された振動電極膜と、第１の絶縁膜の固定電極膜と振動電極膜との間に位置する部位に形成された中空部とで構成されたコンデンサを備えた音響感応装置であって、振動電極膜の上面に、該振動電極膜に対して引張り応力を有する第２の絶縁膜が形成されていることを特徴とする。
【００２４】
このような構成によれば、半導体基板上に形成された固定電極膜と、固定電極膜上に中空部を介して配置された振動電極膜とで構成されたコンデンサにおいて、振動電極膜に内部応力が加わっても、振動電極膜の撓みを抑制することができるので、中空部の微小な高さを維持することができる。これにより、安定した特性を有する小型かつ高感度なコンデンサを備えた音響感応装置を実現することができる。
【００２５】
また、振動電極膜の下面に、該振動電極膜に対して圧縮応力を有する第３の絶縁膜を形成した場合でも、振動電極膜の上面に引張り応力を有する第２の絶縁膜を形成した場合と、実質的に同一の作用効果を奏することができる。
【００２６】
ある好適な実施形態において、上記振動電極膜は多結晶シリコン膜で構成され、第２の絶縁膜は、シリコン窒化膜で構成されている。また、第３の絶縁膜は、シリコン酸化膜で構成されている。
【００２７】
ある好適な実施形態において、上記振動電極膜の下面に第４の絶縁膜がさらに形成されており、第２の絶縁膜は、第４の絶縁膜よりも引張り応力が大きい。
【００２８】
このような構成により、振動電極膜に対して引張り応力を与えつつ、振動電極膜自身を固定電極膜に対して凸状にすることができる。
【００２９】
ある好適な実施形態において、第２の絶縁膜及び第４の絶縁膜は、シリコン窒化膜で構成されており、第２の絶縁膜の膜厚は、第４の絶縁膜の膜厚よりも厚いことが好ましい。
【００３０】
また、第２の絶縁膜の膜厚と第４の絶縁膜の膜厚との差は、１０ｎｍ〜２００ｎｍであることが好ましい。
【００３１】
また、第４の絶縁膜は、ストライプ状、または格子状に形成されていてもよい。
【００３２】
また、第４の絶縁膜、振動電極膜、及び第２の絶縁膜で構成される積層膜の側面に、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜からなる側壁膜がさらに形成されていてもよい。
【００３３】
ある好適な実施形態において、上記半導体基板には、振動電極膜の振動によって変動したコンデンサの出力信号を検出する検出回路がさらに形成されており、コンデンサ及び検出回路上に第４の絶縁膜がさらに形成されている。
【００３４】
このような構成によれば、振動電極膜上に形成された第４の絶縁膜から振動電極膜に内部応力が加わっても、振動電極膜の撓みを抑制することができ、中空部の微小な高さを維持することができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明に係わる音響感応装置によると、半導体基板上に形成された固定電極膜と、固定電極膜上に中空部を介して配置された振動電極膜とで構成されたコンデンサにおいて、振動電極膜に一定の内部応力が加わっても、振動電極膜の撓みを抑制することができるので、中空部の微小な高さを維持することができる。これにより、安定した特性を有する小型かつ高感度なコンデンサを備えた音響感応装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、説明の簡略化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００３７】
（第１の実施形態）
図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態におけるコンデンサ（例えばコンデンサマイクロホン）を備えた音響感応装置１０の構成を模式的に示した図で、図２（ａ）は音響感応装置の断面図、図２（ｂ）は、音響感応装置におけるコンデンサ部分を示した部分平面図である。
【００３８】
図２（ａ）に示すように、本実施形態の音響感応装置１０は、半導体基板１１上に形成された固定電極膜１２と、固定電極膜１２上に堆積された第１の絶縁膜１３を介して形成された振動電極膜１４と、固定電極膜１２と振動電極膜１４ａとの間に位置する第１の絶縁膜１３内に形成された中空部１５とで構成されたコンデンサを備え、振動電極膜１４ａの上面に、振動電極膜１４ａに対して引張り応力を有する第２の絶縁膜１４ｂが堆積されていることを特徴とする。
【００３９】
コンデンサ上には第４の絶縁膜２５が形成され、第１の絶縁膜１３及び第４の絶縁膜２５内に形成されたビア２６、２７を介して、固定電極膜１２及び振動電極膜１４の電位が、第４の絶縁膜２５上に形成された電極２９によって、半導体基板１１の表面から取り出されるようになっている。
【００４０】
従って、振動電極膜１４ａには、その上に形成された第４の絶縁膜２５や電極２９から内部応力が加わることになるが、振動電極膜１４ａの上面に、振動電極膜１４ａに対して引張り応力を与える第２の絶縁膜１４ｂが堆積されているので、振動電極膜１４ａには、対向する固定電極膜１２に対して凸状になるような応力が与えられている（図１（ｂ）を参照）。それ故、振動電極膜１４ａに第４の絶縁膜２５や電極２９から内部応力が加わっても、内部応力は振動電極膜１４ａ全体に分散されるので、振動電極膜１４ａが局所的に撓むようなことはなく、中空部１５の高さを一定に保つことができる。
【００４１】
なお、振動電極膜１４ａに対して引張り応力を与える方法は、振動電極膜１４ａ上に第２の絶縁膜１４ｂを堆積する方法に限らず、種々の方法を採用することができる。例えば、図２（ａ）に示すように、振動電極膜１４ａの下面に第４の絶縁膜１４ｃをさらに形成してもよい。この場合、第２の絶縁膜１４ｂは、第４の絶縁膜１４ｃよりも引張り応力が大きいことを要する。これにより、全体として、振動電極膜１４ａに対して引張り応力を与えつつ、振動電極膜１４ａ自身を固定電極膜１２に対して凸状にすることができる。
【００４２】
また、振動電極膜１４ａの上面に、振動電極膜１４ａに対して引張り応力を有する第２の絶縁膜１４ｂを形成する代わりに、振動電極膜１４ａの下面に、振動電極膜１４ａに対して圧縮応力を有する第３の絶縁膜（例えばシリコン酸化膜）を形成しても、実質的に同様の作用効果を得ることができる。
【００４３】
以下、本実施形態の具体的な構成を、図２（ａ）、（ｂ）を参照しながら詳述する。なお、本実施形態では、本発明に係わるコンデンサに加え、半導体基板１１に、振動電極膜１４ａの振動によって変動したコンデンサの出力信号を検出する検出回路が集積された音響感応装置を例に説明する。
【００４４】
図２（ａ）に示すように、シリコン基板（半導体基板）１１の表面に、検出回路を構成するＭＯＳＦＥＴのゲート電極２０、及びソース、ドレイン拡散層２１ａ、２１ｂが形成されている。また、シリコン基板１１の表面に形成されたシリコン酸化膜からなる素子分離領域２３上には、コンデンサを構成する固定電極膜１２が形成されている。固定電極膜１２は、例えば、多結晶シリコン膜からなり、この場合、ゲート電極２０と同時に形成することができる。
【００４５】
固定電極膜１２及びゲート電極２０上には、例えばシリコン酸化膜（第１の絶縁膜）１３）が形成されているとともに、固定電極膜１２上には、シリコン酸化膜２４を介して、第１の絶縁膜１３内に中空部１５が形成されている。この中空部１５は、後述するシリコン酸化膜２４上に形成された犠牲層（不図示）を、第１の絶縁膜１３及び第４の絶縁膜２５内に形成された複数の貫通孔１６を介してエッチング除去することによって形成される。
【００４６】
ここで、中空部１５の高さは、０．１ｕｍ〜３ｕｍ程度であり、面積は０．１×０．１ｍｍ２〜３×３ｍｍ２程度である。この面積は、検出する音圧の周波数によって決まり、周波数が高い（波長が短い）ほど、面積を小さくする必要がある。
【００４７】
中空部１５の上方には、シリコン酸化膜１３を介して、振動電極膜１４ａが形成されている。振動電極膜１４ａは、例えば、膜厚が１００〜１５００ｎｍの多結晶シリコン膜からなり、その上面及び下面には、引張り応力の強いテンション膜（第２の絶縁膜、及び第４の絶縁膜）１４ｂ、１４ｃが形成されている。
【００４８】
ここで、テンション膜１４ｂ、１４ｃとして、例えば、シリコン窒化膜を用いた場合、テンション膜１４ｂは、テンション膜１４ｃに対して、１０ｎｍ〜２００ｎｍ程度、その膜厚を厚く形成しておくことが好ましい。これは、膜厚の差が１０ｎｍ以下では振動電極膜１４ａの撓みの抑制効果が得られず、また、テンション膜１４ｂ、１４ｃ自身の膜厚が２００ｎｍ以上になると、膜の剥離が生じることによる。
【００４９】
また、テンション膜１４ｂ、１４ｃを異質の膜で構成してもよい。例えば、テンション膜１４ｂをシリコン窒化膜で、テンション膜１４ｃをシリコン酸化膜で構成した場合、シリコン窒化膜は引張り応力を、シリコン酸化膜は圧縮応力を有しているので、積層膜１４全体としては、振動電極膜１４ａに、対向する固定電極膜１２に対して凸状になるような応力を与えることができる。なお、この場合、シリコン窒化膜の厚みは１０ｎｍ〜２００ｎｍ程度が好ましく、シリコン酸化膜の厚みは、シリコン窒化膜と同程度の膜厚でよい。
【００５０】
このように、振動電極膜１４ａの両面に形成される同種の、または異種の膜を適宜組み合わせることによって、振動電極膜１４ａに所望の引張り応力を与えることができる。例えば、同じ膜厚で同種の膜を用いた場合、膜の面積または体積に差を設けることによって、振動電極膜１４ａに所望の引張り応力を与えることができる。
【００５１】
なお、これらの膜は、半導体装置の製造プロセスで通常使用する方法、例えば、ＣＶＤ法等によって容易に形成することができるので、検出回路を構成するＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子を製造する工程と整合性よく形成することができる。
【００５２】
図２（ａ）に示すように、シリコン基板１１上に形成されたコンデンサ及び検出回路（ＭＯＳＦＥＴ）上には、例えば、シリコン酸化膜（第４の絶縁膜）２５が形成されており、コンデンサの固定電極膜１２、振動電極膜１４ａ、及びＭＯＳＦＥＴのゲート電極２０、ソース、ドレイン拡散層２１ａ、２１ｂの電位は、シリコン酸化膜１３、２５内に形成されたビア２６、２７、２８を介して、シリコン酸化膜２５上に形成された電極２９によって、半導体基板１１の表面から取り出される。
【００５３】
次に、本実施形態における音響感応装置１０の製造方法を、図３（ａ）〜図４（ｂ）に示した工程断面図を参照しながら説明する。
【００５４】
先ず、図３（ａ）に示すように、シリコン基板１１の表面上に、シリコン酸化膜を選択的に形成して素子分離領域２３を形成する。続いて、シリコン基板１１上にゲート絶縁膜（不図示）を形成した後、多結晶シリコン膜を堆積し、リソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、ゲート絶縁膜上にゲート電極膜２０、素子分離領域２３上に固定電極膜１２を形成する。続いて、ゲート電極膜２０をマスクに、シリコン基板１１の表面にイオン注入を行って、ソース、ドレイン拡散層２１ａ、２１ｂを形成する。その後、プラズマＣＶＤ法を用いてシリコン基板１１上に、シリコン酸化膜２２を堆積させ、さらにその上に、ＣＶＤ法を用いて、中空部１５を形成するための犠牲層、例えば多結晶シリコン膜３１を形成する。
【００５５】
次に、図３（ｂ）に示すように、犠牲層３１を、リソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、中空部１５に相当する形状に加工する。続いて、ＣＶＤ法を用いて、犠牲層３１を完全に覆うようにシリコン酸化膜１３を形成した後、エッチバック法又は化学機械的研磨（ＣＭＰ）法を用いて、シリコン酸化膜１３の表面を平坦化する。その後、ＣＶＤ法を用いて、シリコン窒化膜１４ｃ、多結晶シリコン膜１４ａ、及びシリコン窒化膜１４ｂを積層した後、リソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、テンション膜１４ｂ、１４ｃで挟まれた振動電極膜１４ａ（以下、振動電極膜１４と称する）を形成する。このとき、テンション膜１４ｂの膜厚を、テンション膜１４ｃの膜厚より厚く形成する。
【００５６】
次に、図３（ｃ）に示すように、ＣＶＤ法を用いて、振動電極膜１４を覆うように、シリコン酸化膜１３上に、シリコン酸化膜２５をさらに形成した後、エッチバック法又はＣＭＰ法を用いて、シリコン酸化膜２５の表面を平坦化する。続いて、リソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、シリコン酸化膜１３、２５にコンタクトホールを形成する。その後、スパッタリング法又はＣＶＤ法を用いて、コンタクトホール内を含めてチタンおよびタングステンからなる導電体膜を堆積した後、エッチバック法又はＣＭＰ法を用いて、コンタクトホール内に導電体膜を埋め込み、固定電極膜１２、振動電極膜１４、及びＭＯＳＦＥＴのゲート電極２０等に接続するビア２６、２７、２８を形成する。
【００５７】
次に、図４（ａ）に示すように、スパッタリング法を用いて、シリコン酸化膜２５上にチタン、窒化チタン、アルミニウムからなる積層膜を堆積した後、リソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、電極配線２９を形成する。続いて、ＣＶＤ法を用いて、電極配線２９上にシリコン窒化膜からなる保護膜３０を堆積させた後、リソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、所定の電極パッドの表面を露出するように保護膜３０の一部を除去する。
【００５８】
次に、図４（ｂ）に示すように、リソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、シリコン酸化膜１３、２５、及び保護膜３０内に、犠牲層３１に通ずる貫通孔１６を形成する。続いて、貫通孔１６から、三塩化フッ素またはフッ化キセノンガスを導入して、犠牲層３１を構成する多結晶シリコン膜を除去することによって中空部１５を形成し、これにより、図２（ａ）に示したコンデンサを備えた音響感応装置１０を完成する。
【００５９】
本実施形態によれば、半導体基板１１上に形成された固定電極膜１２と、固定電極膜１２上に中空部１５を介して配置された振動電極膜１４ａとで構成されたコンデンサにおいて、振動電極膜１４ａに一定の内部応力が加わっても、振動電極膜１４ａの撓みを抑制することができるので、中空部１５の微小な高さを維持することができる。これにより、安定した特性を有する小型かつ高感度なコンデンサを備えた音響感応装置を実現することができる。
【００６０】
（第２の実施形態）
本発明は、振動電極膜１４ａの片面又は両面に絶縁膜１４ｂ、１４ｃを形成し、かかる絶縁膜１４ｂ、１４ｃによって、振動電極膜１４ａに所定の引張り応力を付与するところに特徴を有する。本実施形態において、振動電極膜１４ａに所定の引張り応力を付与する他の構成を説明する。なお、本実施形態における振動電極膜１４ａ以外の構成は、第１の実施形態と基本的に同じであるので、説明は省略する。
【００６１】
図５は、本実施形態における音響感応装置の断面図である。図５に示すように、中空部１５上に、シリコン酸化膜（第１の絶縁膜）１３を介して、ストライプ状のシリコン窒化膜１４ｃが形成されている。そして、多結晶シリコン膜からなる振動電極膜１４ａは、ストライプ状のシリコン窒化膜１４ｃ上に、シリコン酸化膜（第４の絶縁膜）２５を介して形成され、さらに、振動電極膜１４ａの上面には、シリコン窒化膜１４ｂが形成されている。
【００６２】
ここで、ストライプ状のシリコン窒化膜１４ｃの幅は０．５μｍ〜１０μｍ程度、ストライプの間隔は０．５μｍ〜１０μｍ程度である。また、ストライプ状のシリコン窒化膜１４ｃの間には、図６に示すように、シリコン酸化膜２５の一部が埋め込まれている。
【００６３】
ところで、多結晶シリコン膜を振動電極膜１４ａとして用いた場合、多結晶シリコン膜の張り強度が弱いために、振動電極膜１４ａの両面にシリコン窒化膜等のテンション膜１４ｂ、１４ｃを積層することによって、振動電極膜１４ａの張り強度を高めることが行われる。しかしながら、シリコン窒化膜の厚みが２００ｎｍ以上になると剥離しやすくなるため、テンション膜１４ｂと１４ｃとの膜厚の差を十分に確保することが難しい。そのため、振動電極膜１４ａの張り強度を高めながら、振動電極膜１４ａに一定の引張り応力を付与することとに限界がある。
【００６４】
本実施形態は、このような場合に特に有効である。すなわち、ストライプ状のシリコン窒化膜１４ｃの膜厚を、シリコン窒化膜１４ｂと同程度の膜厚にして、振動電極膜１４ａの張り強度を一定以上に維持しつつ、テンション膜の一方をストライプ状にすることによって、引張り応力の差を一定以上に維持することができる。これにより、振動電極膜１４ａの撓みを抑制するという本発明の効果を発揮することができる。
【００６５】
次に、本実施形態における音響反応装置の製造方法について、図７（ａ）、（ｂ）に示した工程断面図を参照しながら説明する。
【００６６】
図７（ａ）は、シリコン基板１１上に固定電極膜１２を形成した後、犠牲層３１を堆積した状態を示した図で、第１の実施形態における図３（ａ）に示した工程と同じである。
【００６７】
その後、図７（ｂ）に示すように、犠牲層３１を、中空部１５に相当する形状に加工した後、犠牲層３１を覆うようにシリコン酸化膜１３を形成し、さらに、その表面を平坦化する。続いて、ＣＶＤ法を用いて、シリコン窒化膜からなるテンション膜１４ｃを堆積した後、リソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、シリコン窒化膜１４ｃをストライプ状に形成する。
【００６８】
次に、ＣＶＤ法を用いてシリコン酸化膜２５ａを形成して、ストライプ状のシリコン窒化膜１４ｃの間をシリコン酸化膜２５ａで埋めるとともに、その表面をＣＭＰ法等で平坦化する。続いて、ＣＶＤ法を用いて、シリコン酸化膜２５ａ上に多結晶シリコン膜からなる振動電極膜１４ａ、及びシリコン窒化膜からなるテンション膜１４ｂを形成する。このとき、振動電極膜１４ａは、平坦化されたシリコン酸化膜２５ａ上に形成されるので、ストライプ状のシリコン窒化膜の段差に影響を受けることなく、凹凸のない平坦な膜となる。これにより、振動電極膜１４ａのパターニングが容易になる。
【００６９】
その後、図３（ｃ）〜図４（ｂ）に示した工程と同様の工程を経て、音響感応装置を完成する。
【００７０】
なお、本実施形態では、シリコン窒化膜１４ｃをストライプ状に加工したが、図８に示すように、シリコン窒化膜１４ｃを格子状に加工してもよい。格子状に加工すると、シリコン窒化膜１４ｃの引張り応力はストライプ状に較べて大きくなるので、振動電極膜１４ａの張り強度を高めたい場合に、特に有効である。
【００７１】
（第３の実施形態）
図９（ａ）〜（ｂ）は、本実施形態における、振動電極膜１４ａに所定の引張り応力を付与する他の構成を示した工程断面図である。なお、本実施形態における振動電極膜１４ａ以外の構成は、第１の実施形態と基本的に同じであるので、説明は省略する。
【００７２】
図９（ａ）は、シリコン基板１１上に固定電極膜１２を形成した後、犠牲層３１を堆積した状態を示した図で、第１の実施形態における図３（ａ）に示した工程と同じである。
【００７３】
その後、図９（ｂ）に示すように、犠牲層３１を、中空部１５に相当する形状に加工した後、犠牲層３１を覆うようにシリコン酸化膜１３を形成し、さらに、その表面を平坦化する。続いて、ＣＶＤ法を用いて、シリコン窒化膜１４ｃ、多結晶シリコン膜１４ａ、及びシリコン窒化膜１４ｂを積層した後、リソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、テンション膜１４ｂ、１４ｃで挟まれた振動電極膜１４ａを形成する。ここまでは、第１の実施形態における図３（ｂ）に示した工程と同じである。
【００７４】
この状態で、テンション膜１４ｂ、１４ｃ、及び振動電極膜１４ａで構成される積層膜の側面に、シリコン酸化膜４０及びシリコン窒化膜４１からなる側壁膜を形成する。具体的には、ＣＶＤ法を用いて、積層膜を覆うようにシリコン酸化膜４０及びシリコン窒化膜４１を堆積した後、異方性エッチングを用いて、シリコン酸化膜４０及びシリコン窒化膜４１をエッチングすることによって、積層膜の側面に、シリコン酸化膜４０及びシリコン窒化膜４１からなる側壁膜を自己整合的に形成する。
【００７５】
その後、図３（ｃ）〜図４（ｂ）に示した工程と同様の工程を経て、音響感応装置を完成する。
【００７６】
本実施形態において採用した側壁膜は、第２の実施形態の場合と同様に、振動電極膜１４ａの張り強度を高めつつ、振動電極膜１４ａに一定の引張り応力を付与するという効果を発揮する。すなわち、圧縮応力を有するシリコン酸化膜４０と、引張り応力を有するシリコン窒化膜４１との積層構造からなる側壁膜は、振動電極膜１４ａに、対向する固定電極膜２に対して凸状になるような応力を与える。それ故、振動電極膜１４ａに内部応力が加わっても、振動電極膜１４ａが局所的に撓むことを抑制することができる。
【００７７】
（第３の実施形態の変形例）
振動電極膜１４ａの側方からも振動電極膜１４ａに対して引張り応力を与える手段の変形例を、図１０〜図１２を参照しながら説明する。
【００７８】
この変形例は、犠牲層３１をエッチング除去する際に設けられる貫通孔１６の形成工程を利用して、振動電極膜１４ａの側面方向に、振動電極膜１４ａに対して引張り応力を与える手段を付加するものである。
【００７９】
図１０（ａ）〜図１１（ｂ）は、本変形例における音響感応装置の製造方法を示した工程断面図である。
【００８０】
図１０（ａ）は、シリコン基板１１上に固定電極膜１２を形成した後、犠牲層３１を堆積した状態を示した図で、第１の実施形態における図３（ａ）に示した工程と同じである。
【００８１】
その後、図１０（ｂ）に示すように、犠牲層３１を中空部１５に相当する形状に加工した後、犠牲層２１９を覆うようにシリコン酸化膜１３を形成し、さらに、その表面を平坦化する。続いて、ＣＶＤ法を用いて、シリコン窒化膜１４ｃ及び多結晶シリコン膜１４ａを堆積した後、リソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、テンション膜１４ｃが下面に積層された振動電極膜１４ａを形成する。その後、リソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、シリコン酸化膜１３内に溝部５０を形成する。この溝部５０は、その後形成される中空部１５と接していないように形成される。また、溝部５０の深さは特に制限はないが、中空部１５の底面と同じ位置になるまで深く形成することが好ましい。続いて、ＣＶＤ法を用いて、溝部５０の側面及び振動電極膜１４ａの表面を覆うように、シリコン窒化膜１４ｂを堆積する。
【００８２】
次に、図１１（ａ）に示すように、ＣＶＤ法を用いて、シリコン酸化膜２５を全面に堆積した後、エッチバック法又はＣＭＰ法を用いて、シリコン酸化膜２５の表面を平坦化する。続いて、シリコン酸化膜１３、２５内に、固定電極膜１２、振動電極膜１４、及びＭＯＳＦＥＴのゲート電極２０等に接続するビア２６、２７、２８を形成した後、シリコン酸化膜２５上に、電極配線２９を形成する。
【００８３】
最後に、図１１（ｂ）に示すように、リソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、シリコン酸化膜１３、２５、及び保護膜３０内に、犠牲層３１に通ずる貫通孔１６を形成する。続いて、貫通孔１６から、三塩化フッ素またはフッ化キセノンガスを導入して、犠牲層３１を構成する多結晶シリコン膜を除去することによって中空部１５を形成し、これにより、音響感応装置を完成する。
【００８４】
図１２は、コンデンサ部分の平面図を示す。貫通孔１６と中空部１５で取り囲まれる柱Ａ（図中の点線で囲った領域）は、貫通孔１６に接する側にシリコン酸化膜２５が形成され、中空部１５に接する側にシリコン窒化膜１４ｂが形成された構成になっている。これにより、柱Ａは貫通孔１６側に反る応力が働き、この応力が、さらに、振動電極膜１４ａに対して引張り応力を付加することになる。その結果、振動電極膜１４ａに内部応力が加わっても、振動電極膜１４ａが局所的に撓むことを抑制することができる。
【００８５】
本変形例においては、振動電極膜１４ａの両面に形成するテンション膜１４ｂ、１４ｃの膜厚が５〜５０ｎｍ以下でも、振動電極膜１４ａの撓みを効果的に抑制することができる。また、柱Ａを構成するシリコン酸化膜２５とシリコン窒化膜１４ｂとの膜厚の比は、３：１〜１：１であることが好ましい。
【００８６】
（製造方法の変形例）
図３（ａ）〜図４（ｂ）に示した音響感応装置１０の製造方法の変形例を、図１３（ａ）〜図１４（ｂ）を参照しながら説明する。本変形例は、犠牲層３１のエッチング除去の工程時間を短縮することを目的とする。
【００８７】
図１３（ａ）は、シリコン基板１１上に固定電極膜１２を形成した後、犠牲層３１を堆積した状態を示した図で、第１の実施形態における図３（ａ）に示した工程と同じである。
【００８８】
その後、図１３（ｂ）に示すように、多結晶シリコン膜からなる犠牲層３１を、中空部１５に相当する形状に加工した後、犠牲層３１を覆うようにシリコン酸化膜１３を形成し、さらに、その表面を平坦化する。続いて、ＣＶＤ法を用いて、シリコン窒化膜１４ｃ、多結晶シリコン膜１４ａ、及びシリコン窒化膜１４ｂを積層した後、リソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、テンション膜１４ｂ、１４ｃで挟まれた振動電極膜１４ａ（以下、振動電極膜１４と称す）を形成する。ここまでは、第１の実施形態における図３（ｂ）に示した工程と同じである。
【００８９】
この状態から、リソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、振動電極膜１４及びシリコン酸化膜１３に、犠牲層３１に達する貫通孔６０を形成する。
【００９０】
次に、図１４（ａ）に示すように、ＣＶＤ法を用いて、シリコン酸化膜２５を全面に堆積した後、エッチバック法又はＣＭＰ法を用いて、シリコン酸化膜２５の表面を平坦化する。このとき、貫通孔６０には、シリコン酸化膜２５が埋め込まれている。続いて、シリコン酸化膜１３、２５内に、固定電極膜１２、振動電極膜１４、及びＭＯＳＦＥＴのゲート電極２０等に接続するビア２６、２７、２８を形成した後、シリコン酸化膜２５上に、電極配線２９を形成する。
【００９１】
次に、図１４（ｂ）に示すように、リソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、シリコン酸化膜１３、２５、及び保護膜３０内に、犠牲層３１に通ずる貫通孔１６を形成する。また、それと同時に、シリコン酸化膜２５が埋め込まれた貫通孔６０の位置に、この貫通孔６０の径よりも小さい径で、犠牲層３１に通ずる貫通孔６１を形成する。この貫通孔６１のアスペクト比は、２．５〜４程度である。
【００９２】
その後、貫通孔１６、６１から、三塩化フッ素またはフッ化キセノンガスを導入して、犠牲層３１をエッチング除去することによって中空部１５を形成する。このとき、貫通孔６１からもエッチングガスが導入されるので、犠牲層３１をエッチング除去する時間を短縮することができる。なお、貫通孔６１の側面はシリコン酸化膜２５が残存しているので、犠牲層３１をエッチングする際、多結晶シリコン膜からなる振動電極膜１４ａがエッチングされることはない。
【００９３】
また、例えば、固定電極膜１２上に電荷保持膜（例えばシリコン酸化膜）を形成している場合には、貫通孔６１を介してコロナ放電を行うことによって、電荷保持膜を着電させることもできる。
【００９４】
なお、中空部１５を形成した後、貫通孔６１に絶縁膜、例えばシリコン酸化膜を充填することが好ましい。この場合、振動電極膜１４ａに形成された貫通孔６１内にシリコン酸化膜が充填されていれば、貫通孔６１の一部に空洞が生じてもよい。これにより、振動電極膜１４ａの張り強度の低下を抑制することができる。
【００９５】
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、本実施形態において、コンデンサとして、コンデンサマイクロホンの例を説明したが、圧力センサ、加速度センサ等のデバイスにも適用することができる。また、コンデンサを、例えば、固定電極膜１２の上面に電荷保持膜を備えた構成にしてもよい。このような構成にすれば、コンデンサへの給電を不要にでき、より小型の音響感応装置を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明によれば、安定した特性を有する小型かつ高感度なコンデンサを備えた音響感応装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、振動電極膜に内部応力が加わった場合の振動電極膜の振る舞いを説明した図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における音響感応装置の構成を模式的に示した図で、（ａ）はその断面図、、（ｂ）は音響感応装置におけるコンデンサ部分を示した部分平面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態における音響感応装置の製造方法を示した工程断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｂ）は、本発明の第１の実施形態における音響感応装置の製造方法を示した工程断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における音響感応装置の構成を模式的に示した断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態におけるテンション膜の構成を示した平面図である。
【図７】（ａ）〜（ｂ）は、本発明の第２の実施形態における音響感応装置の製造方法を示した工程断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態におけるテンション膜の他の構成を示した平面図である。
【図９】（ａ）〜（ｂ）は、本発明の第３の実施形態における音響感応装置の製造方法を示した工程断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｂ）は、本発明の第３の実施形態の変形例における音響感応装置の製造方法を示した工程断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｂ）は、本発明の第３の実施形態の変形例における音響感応装置の製造方法を示した工程断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態におけるコンデンサ部の構成を示した平面図である。
【図１３】（ａ）〜（ｂ）は、本発明における音響感応装置の製造方法の変形例を示した工程断面図である。
【図１４】（ａ）〜（ｂ）は、本発明における音響感応装置の製造方法の変形例を示した工程断面図である。
【図１５】従来のエアギャップ構造を有したコンデンサの構成を示した断面図である。
【図１６】従来のエアギャップ構造を有したコンデンサの構成を示した断面図である。
【符号の説明】
【００９８】
１、１４ａ 振動電極膜
２、１２ 固定電極膜
１０ 音響感応装置
１１ 半導体基板
１３ シリコン酸化膜（第１の絶縁膜）
１４ｂ シリコン窒化膜（第２の絶縁膜）
１４ｃ シリコン窒化膜（第４の絶縁膜）
１５ 中空部
１６、６０、６１ 貫通孔
２０ ゲート電極膜
２１ａ、２１ｂ ソース、ドレイン拡散層
２３ 素子分離領域
２５ シリコン酸化膜（第４の絶縁膜）
２６、２７、２８ ビア
２９ 電極配線
３０ 保護膜
３１ 犠牲層
５０ 溝部
【出願人】 【識別番号】０００００５８２１
【氏名又は名称】松下電器産業株式会社
【出願日】 平成１８年６月２６日（２００６．６．２６）
【代理人】 【識別番号】１０００７７９３１
【弁理士】
【氏名又は名称】前田 弘

【識別番号】１００１１０９３９
【弁理士】
【氏名又は名称】竹内 宏

【識別番号】１００１１０９４０
【弁理士】
【氏名又は名称】嶋田 高久

【識別番号】１００１１３２６２
【弁理士】
【氏名又は名称】竹内 祐二

【識別番号】１００１１５０５９
【弁理士】
【氏名又は名称】今江 克実

【識別番号】１００１１５６９１
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 篤史

【識別番号】１００１１７５８１
【弁理士】
【氏名又は名称】二宮 克也

【識別番号】１００１１７７１０
【弁理士】
【氏名又は名称】原田 智雄

【識別番号】１００１２１７２８
【弁理士】
【氏名又は名称】井関 勝守

【識別番号】１００１２４６７１
【弁理士】
【氏名又は名称】関 啓

【識別番号】１００１３１０６０
【弁理士】
【氏名又は名称】杉浦 靖也
【公開番号】 特開２００８−５４４１（Ｐ２００８−５４４１Ａ）
【公開日】 平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【出願番号】 特願２００６−１７５８０７（Ｐ２００６−１７５８０７）