JP2008016919A

JP2008016919A - Sound sensitive device

Info

Publication number: JP2008016919A
Application number: JP2006183178A
Authority: JP
Inventors: Mitsuyoshi Mori; 三佳森; Toru Okino; 徹沖野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-07-03
Filing date: 2006-07-03
Publication date: 2008-01-24

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sound response device having a small high sensitivity capacitor exhibiting stabilized characteristics through a simple arrangement. <P>SOLUTION: The sound response device 10 has a capacitor consisting of a fixed electrode film 12 and an oscillatory electrode film 14 formed on a semiconductor substrate 11, wherein a hollow part 15 is provided between the fixed electrode film 12 and the oscillatory electrode film 14. The hollow part 15 is formed by removing a sacrificial layer 18 on the semiconductor substrate 11 by etching. The oscillatory electrode film 14 consists of a tungsten film or a titanium film. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

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。 The present invention relates to an acoustic device including a capacitor having an air gap structure formed integrally with a semiconductor substrate.

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６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）。 A structure as shown in FIG. 6 is known as an acoustic device including a capacitor (for example, a condenser microphone) having an air gap structure formed on a conventional semiconductor substrate (see, for example, Patent Document 1).

図６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。 As shown in FIG. 6, a vibrating electrode film 102 made of a part of a polycrystalline silicon film formed on a silicon substrate 101 and a spacer 104 made of a silicon oxide film are formed on the vibrating electrode film 102 via a spacer 104. The fixed electrode film 103 made of the polycrystalline silicon film constitutes a capacitor. The function of the microphone is achieved by electrically taking out the change in the capacitance of the capacitor when the vibrating electrode film 102 vibrates in response to the sound pressure.

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。 Note that a hollow portion (air gap) 108 formed between the vibrating electrode film 102 and the fixed electrode film 103 is a sacrificial layer made of the silicon oxide film 104 formed on the vibrating electrode film 102. It is formed by supplying an etching solution through a plurality of through holes 105 formed in the etching process and etching. The back surface of the vibrating electrode film 102 is exposed by selectively etching the silicon substrate 101 from the back surface side to form the opening 109.

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。 Here, the vibrating electrode film 102 is formed via a stress relaxation layer 107 made of a silicon nitride film formed on the silicon substrate 101. As a result, stress acting on the vibrating electrode film 102 from the silicon substrate 101 is relaxed, and distortion of the vibrating electrode film 102 can be suppressed.

しかしながら、振動電極膜１０２を構成する多結晶シリコン膜は、張り強度が非常に弱いため、振動電極膜１０２の中央付近が弛んでしまい、電極間のギャップを一定に保つことが難しい。 However, since the polycrystalline silicon film constituting the vibrating electrode film 102 has a very low tensile strength, the vicinity of the center of the vibrating electrode film 102 is loosened, and it is difficult to keep the gap between the electrodes constant.

このような張り強度の弱い振動電極膜に対して、一定の張り強度（張力）を付与する方法が、特許文献２に記載されている。すなわち、多結晶シリコン膜からなる振動電極膜の片面又は両面に、シリコン窒化膜等の引張り応力の大きな膜を積層することによって、振動電極膜全体に一定の張力を付与することができる。これにより、振動電極膜の弛みを防止することができる。
特開２００４−３５６７０８号公報特表２００２−５１８９１３号公報 Patent Document 2 discloses a method for imparting a certain tensile strength (tension) to such a vibrating electrode film having a low tensile strength. That is, by laminating a film having a large tensile stress such as a silicon nitride film on one surface or both surfaces of the vibration electrode film made of a polycrystalline silicon film, a constant tension can be applied to the entire vibration electrode film. Thereby, slackness of the vibrating electrode film can be prevented.
JP 2004-356708 A Special Table 2002-518913

特許文献２に記載された方法は、振動電極膜として、張り強度の弱い膜、例えば多結晶シリコン膜等を用いる場合に、振動電極膜に一定の張力を付与できる点では有用な方法であるが、シリコン窒化膜等の膜を別途積層する必要があることから、製造工程が増え、製品コストの上昇に繋がる。 The method described in Patent Document 2 is a useful method in that a constant tension can be applied to the vibrating electrode film when a film having low tensile strength, such as a polycrystalline silicon film, is used as the vibrating electrode film. Since a film such as a silicon nitride film needs to be separately laminated, the number of manufacturing processes increases, leading to an increase in product cost.

また、シリコン窒化膜を振動電極膜に積層した場合、シリコン窒化膜の剥がれ等の問題が生じるおそれがあり、コンデンサの特性変動や、不良の原因ともなる。さらに、シリコン窒化膜の形成に高温熱処理が必要となるため、例えば、半導体基板にコンデンサの出力信号を検出する検出回路（例えば、ＭＯＳＦＥＴで構成）が混載されている場合、ＭＯＳＦＥＴの特性が変動するおそれがある。加えて、振動電極膜を積層構造にすることによって、振動電極膜が厚膜になり、コンデンサの小型化の制約となる。 Further, when the silicon nitride film is laminated on the vibrating electrode film, there is a possibility that a problem such as peeling of the silicon nitride film may occur, which causes a variation in capacitor characteristics and a defect. Furthermore, since high-temperature heat treatment is required for forming the silicon nitride film, for example, when a detection circuit (for example, constituted of a MOSFET) for detecting the output signal of the capacitor is mounted on the semiconductor substrate, the characteristics of the MOSFET fluctuate. There is a fear. In addition, when the vibrating electrode film has a laminated structure, the vibrating electrode film becomes thicker, which is a limitation on downsizing of the capacitor.

本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その主な目的は、簡単な構成で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。 The present invention has been made in view of the above points, and a main object of the present invention is to provide an acoustic response device including a small and highly sensitive capacitor having a stable characteristic with a simple configuration.

上記の目的を達成するため、本発明の音響感応装置は、振動電極膜が、タングステン膜またはチタン膜からなる構成を採用した。すなわち、これらの膜は、ヤング率が大きいので、単層の膜でも十分な張り強度を有する振動電極膜を得ることができる。また、これらの膜は、抵抗率も小さいので、薄膜化しても十分に低抵抗な振動電極膜を得ることができる。さらに、これらの特性から、電極間のエアギャップの高さを小さくでき、かつ、振動電極膜の振幅を大きくすることができるので、小型で高感度（もしくは高出力）なコンデンサを実現することができる。加えて、これらの膜は、低温で形成することができるので、例えば、半導体基板にコンデンサの出力信号を検出する検出回路が混載されている場合でも、検出回路の特性変動に影響を与えることはない。 In order to achieve the above object, the acoustic sensing device of the present invention employs a configuration in which the vibrating electrode film is made of a tungsten film or a titanium film. That is, since these films have a large Young's modulus, a vibrating electrode film having a sufficient tensile strength can be obtained even with a single layer film. In addition, since these films have a low resistivity, a vibrating electrode film having a sufficiently low resistance can be obtained even if the film thickness is reduced. Furthermore, from these characteristics, the height of the air gap between the electrodes can be reduced and the amplitude of the vibrating electrode film can be increased, so that a small and highly sensitive (or high output) capacitor can be realized. it can. In addition, since these films can be formed at a low temperature, for example, even when a detection circuit for detecting the output signal of a capacitor is mixedly mounted on a semiconductor substrate, it does not affect fluctuations in the characteristics of the detection circuit. Absent.

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及び振動電極膜で構成されたコンデンサを備え、固定電極膜と振動電極膜との間に、中空部が設けられており、振動電極膜は、タングステン膜またはチタン膜で構成されていることを特徴とする。 The acoustic device according to the present invention includes a capacitor composed of a fixed electrode film and a vibrating electrode film formed on a semiconductor substrate, and a hollow portion is provided between the fixed electrode film and the vibrating electrode film. The vibrating electrode film is formed of a tungsten film or a titanium film.

ある好適な実施形態において、上記中空部は、半導体基板上に形成された犠牲層がエッチング除去されて形成されたものである。 In a preferred embodiment, the hollow portion is formed by etching away a sacrificial layer formed on a semiconductor substrate.

また、上記振動電極膜に、中空部に通ずる貫通孔が形成されていてもよい。 In addition, a through-hole that communicates with the hollow portion may be formed in the vibrating electrode film.

また、固定電極膜と振動電極膜との間に、エレクトレット膜がさらに形成されていてもよい。 In addition, an electret film may be further formed between the fixed electrode film and the vibrating electrode film.

また、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いてもよい。 The semiconductor substrate may further include a detection circuit that detects an output signal of the capacitor that has fluctuated due to vibration of the vibrating electrode film.

本発明によれば、振動電極膜を、ヤング率の大きなタングステン膜またはチタン膜で構成することによって、簡単な構成で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。 According to the present invention, by configuring the vibrating electrode film with a tungsten film or a titanium film having a large Young's modulus, an acoustically sensitive device including a small and highly sensitive capacitor having a stable characteristic with a simple configuration is realized. be able to.

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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, components having substantially the same function are denoted by the same reference numerals for the sake of simplicity. In addition, this invention is not limited to the following embodiment.

（第１の実施形態）
図１（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１０の断面図、図２（ｂ）は、音響感応装置１０におけるコンデンサ部分の平面図である。なお、図２（ａ）は、図２（ｂ）のＩa−Ｉaに沿った断面図を示す。 (First embodiment)
FIGS. 1A and 1B are diagrams schematically showing a configuration of an acoustic sensing device 10 including a capacitor (for example, a condenser microphone) according to the first embodiment of the present invention. FIG. FIG. 2B is a cross-sectional view of the acoustic sensing device 10 and FIG. 2B is a plan view of a capacitor portion in the acoustic sensing device 10. FIG. 2A shows a cross-sectional view taken along line Ia-Ia in FIG.

図１（ａ）に示すように、本発明における音響感応装置１０は、半導体基板１１上に形成された固定電極膜１２及び振動電極膜１４で構成されたコンデンサを備えており、固定電極膜１２と振動電極膜１４との間には、中空部１５が設けられている。ここで、中空部１５は、後述する半導体基板１１上に形成された犠牲層がエッチング除去されて形成されたものである。そして、振動電極膜１４は、タングステン膜またはチタン膜で構成されている。 As shown in FIG. 1A, the acoustic sensing device 10 according to the present invention includes a capacitor including a fixed electrode film 12 and a vibrating electrode film 14 formed on a semiconductor substrate 11, and the fixed electrode film 12. A hollow portion 15 is provided between the vibrating electrode film 14 and the vibrating electrode film 14. Here, the hollow portion 15 is formed by etching away a sacrificial layer formed on the semiconductor substrate 11 described later. The vibrating electrode film 14 is made of a tungsten film or a titanium film.

振動電極膜１４を構成するタングステン膜またはチタン膜は、そのヤング率が１１０〜４００ＧＰａで、従来用いられていた多結晶シリコン膜のヤング率（１００ＧＰａ程度）よりも大きいため、単層の膜で、振動電極膜１４に必要な十分な張り強度を得ることができる。また、これらの膜は、抵抗率が８〜７０μΩ・ｃｍで、多結晶シリコン膜の抵抗率（４５０〜１０００μΩ・ｃｍ程度）よりも小さいため、薄膜化しても十分に低抵抗な振動電極膜１４を得ることができる。加えて、これらの特性から、中空部（エアギャップ）１５の高さを小さくでき、かつ、振動電極膜１４の振幅を大きくすることができるので、小型で高感度（もしくは高出力）なコンデンサを実現することができる。 The tungsten film or titanium film constituting the vibrating electrode film 14 has a Young's modulus of 110 to 400 GPa, which is larger than the Young's modulus (about 100 GPa) of a conventionally used polycrystalline silicon film. Sufficient tensile strength required for the vibrating electrode film 14 can be obtained. Further, since these films have a resistivity of 8 to 70 μΩ · cm and smaller than the resistivity of the polycrystalline silicon film (about 450 to 1000 μΩ · cm), the vibrating electrode film 14 having a sufficiently low resistance even when it is thinned. Can be obtained. In addition, from these characteristics, since the height of the hollow portion (air gap) 15 can be reduced and the amplitude of the vibrating electrode film 14 can be increased, a small and highly sensitive (or high output) capacitor can be obtained. Can be realized.

以下、本実施形態の具体的な構成を、図１（ａ）、（ｂ）を参照しながら、さらに詳しく説明する。なお、本実施形態では、本発明に係わるコンデンサに加え、半導体基板に、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集積された音響感応装置を例に説明する。 Hereinafter, the specific configuration of the present embodiment will be described in more detail with reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b). In the present embodiment, an acoustic sensing device will be described as an example in which a detection circuit for detecting an output signal of a capacitor that has fluctuated due to vibration of a vibrating electrode film is integrated on a semiconductor substrate in addition to the capacitor according to the present invention.

図１（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。 As shown in FIG. 1A, a MOSFET gate electrode 20 and source / drain diffusion layers 21a and 21b constituting a detection circuit are formed on the surface of a silicon substrate (semiconductor substrate) 11. A fixed electrode film 12 constituting a capacitor is formed on the element isolation region 23 made of a silicon oxide film formed on the surface of the silicon substrate 11. The fixed electrode film 12 is made of, for example, a polycrystalline silicon film. In this case, the fixed electrode film 12 can be formed simultaneously with the gate electrode 20.

固定電極膜１２及びゲート電極２０上には第１の層間絶縁膜（例えばシリコン酸化膜）１３が形成され、さらに、固定電極膜１２上には、シリコン酸化膜２４を介して、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をエッチング除去することによって形成される。 A first interlayer insulating film (for example, a silicon oxide film) 13 is formed on the fixed electrode film 12 and the gate electrode 20, and the hollow portion 15 is further formed on the fixed electrode film 12 via a silicon oxide film 24. Is formed. The hollow portion 15 is formed by etching away a sacrificial layer formed on a silicon oxide film 24 described later.

ここで、中空部１５の高さは、０．１μｍ〜３μｍ程度であり、面積は０．１×０．１ｍｍ^２〜３×３ｍｍ^２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。 Here, the height of the hollow portion 15 is about 0.1 μm to 3 μm, and the area is about 0.1 × 0.1 mm ^{2 to} 3 × 3 mm ² . This area is determined by the frequency of the sound pressure to be detected. The higher the frequency (the shorter the wavelength), the smaller the area needs to be.

中空部１５の上方には、タングステン膜またはチタン膜からなる振動電極膜１４が形成されている。ここで、振動電極膜１４は、１００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度の薄膜で構成されている。 A vibrating electrode film 14 made of a tungsten film or a titanium film is formed above the hollow portion 15. Here, the vibrating electrode film 14 is formed of a thin film of about 100 nm to 1000 nm.

なお、振動電極膜１４にチタン膜を用いた場合、チタンはタングステンに比べてヤング率が小さいため、振動電極膜１４の振幅を大きくすることができ、高出力のコンデンサを得ることができる。 In the case where a titanium film is used for the vibrating electrode film 14, since titanium has a lower Young's modulus than tungsten, the amplitude of the vibrating electrode film 14 can be increased, and a high output capacitor can be obtained.

また、本発明における振動電極膜１４は、基本的には単層膜で構成することができるが、例えば、タングステン膜とチタン膜との積層膜で振動電極膜１４を構成してもよい。この場合、チタン膜に対してタングステン膜の引張り応力が付加されるため、振動電極膜１４の弛みを防止できるとともに、振動電極膜１４の振幅を大きくすることができるので、コンデンサの高出力化を図ることができる。また、チタン膜にタングステン膜またはシリコン窒化膜を積層することによって、チタン膜の酸化を防いで、振動電極膜１４の高抵抗化を防止することができる。 In addition, the vibrating electrode film 14 in the present invention can basically be formed of a single layer film, but for example, the vibrating electrode film 14 may be formed of a laminated film of a tungsten film and a titanium film. In this case, since the tensile stress of the tungsten film is applied to the titanium film, the vibration electrode film 14 can be prevented from being loosened and the amplitude of the vibration electrode film 14 can be increased, so that the output of the capacitor can be increased. Can be planned. Further, by stacking a tungsten film or a silicon nitride film on the titanium film, the oxidation of the titanium film can be prevented and the resistance of the vibrating electrode film 14 can be prevented from being increased.

第１の層間絶縁膜１３上には、振動電極膜１４を覆うように、第２の層間絶縁膜（例えばシリコン酸化膜）１７が形成され、コンデンサの固定電極膜１２、振動電極膜１４、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、層間絶縁膜１３、１７内に形成されたビア２６、２７、２８を介して、第２の層間絶縁膜１７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。 A second interlayer insulating film (for example, a silicon oxide film) 17 is formed on the first interlayer insulating film 13 so as to cover the vibrating electrode film 14, and the capacitor fixed electrode film 12, the vibrating electrode film 14, and The potentials of the gate electrode 20 and the source / drain diffusion layers 21a and 21b of the MOSFET are formed on the second interlayer insulating film 17 via vias 26, 27 and 28 formed in the interlayer insulating films 13 and 17. The electrode 29 is taken out from the surface of the semiconductor substrate 11.

なお、図１（ｂ）に示すように、中空部１５は、その各辺から十字状に延びる連通孔１５ａを備えており、第２の層間絶縁膜１７内に形成された貫通孔１６は、連通孔１５ａの終端部に通じている。中空部１５及び連通孔１５ａは、これらの領域を画定すべく形成された犠牲層（不図示）を、貫通孔１６から導入されるエッチングガスで除去することによって形成される。そして、中空部１５上に配設された振動電極膜１４は、各連通孔１５ａに隣接する第２の層間絶縁膜１７によって支持されている。 As shown in FIG. 1B, the hollow portion 15 includes a communication hole 15a extending in a cross shape from each side, and the through hole 16 formed in the second interlayer insulating film 17 has It communicates with the end of the communication hole 15a. The hollow portion 15 and the communication hole 15 a are formed by removing a sacrificial layer (not shown) formed to define these regions with an etching gas introduced from the through hole 16. The vibrating electrode film 14 disposed on the hollow portion 15 is supported by a second interlayer insulating film 17 adjacent to each communication hole 15a.

（第２の実施形態）
次に、第１の実施形態における音響感応装置１０の製造方法を、図２（ａ）〜図３（ｂ）に示した工程断面図を参照しながら説明する。 (Second Embodiment)
Next, a method for manufacturing the acoustic sensing device 10 according to the first embodiment will be described with reference to process cross-sectional views shown in FIGS. 2 (a) to 3 (b).

先ず、図２（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１８（例えば多結晶シリコン膜）３１を形成する。 First, as shown in FIG. 2A, an element isolation region 23 is formed by selectively forming a silicon oxide film on the surface of the silicon substrate 11. Subsequently, after forming a gate insulating film (not shown) on the silicon substrate 11, a polycrystalline silicon film is deposited, and the gate electrode film 20 and element isolation are formed on the gate insulating film by using a lithography method and a dry etching method. The fixed electrode film 12 is formed on the region 23. Subsequently, ion implantation is performed on the surface of the silicon substrate 11 using the gate electrode film 20 as a mask to form source / drain diffusion layers 21a and 21b. Thereafter, a silicon oxide film 22 is deposited on the silicon substrate 11 using a plasma CVD method, and a sacrificial layer 18 (for example, a polycrystalline silicon film) for forming the hollow portion 15 is further formed thereon using the CVD method. ) 31 is formed.

次に、図２（ｂ）に示すように、犠牲層１８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及び連通孔１５ａの領域を画定する形状に加工する。続いて、ＣＶＤ法を用いて、犠牲層１８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、犠牲層１８の表面が露出するまで、シリコン酸化膜１３の表面を平坦化する。その後、ＣＶＤ法またはスパッタリング法を用いて、１００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度の膜厚のタングステン膜またはチタン膜を堆積し、リソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて、犠牲層１８上に振動電極膜１４を形成する。なお、シリコン酸化膜１３は、犠牲層１８の表面が露出しないように平坦化してもよい。その場合、振動電極膜１４は、シリコン酸化膜１３を介して、犠牲層１８上に形成される。 Next, as shown in FIG. 2B, the sacrificial layer 18 is processed into a shape that defines the regions of the hollow portion 15 and the communication hole 15a by using a lithography method and a dry etching method. Subsequently, after the silicon oxide film 13 is formed so as to completely cover the sacrificial layer 18 using the CVD method, the surface of the sacrificial layer 18 is exposed using the etch back method or the chemical mechanical polishing (CMP) method. Until this is done, the surface of the silicon oxide film 13 is planarized. Thereafter, a tungsten film or a titanium film with a thickness of about 100 nm to 1000 nm is deposited using a CVD method or a sputtering method, and the vibrating electrode film 14 is formed on the sacrificial layer 18 using a lithography method and a dry etching method. . The silicon oxide film 13 may be planarized so that the surface of the sacrificial layer 18 is not exposed. In that case, the vibrating electrode film 14 is formed on the sacrificial layer 18 via the silicon oxide film 13.

次に、図２（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１７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１７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、１７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。 Next, as shown in FIG. 2C, a CVD method is used to further form a silicon oxide film 17 on the silicon oxide film 13 so as to cover the vibrating electrode film 14, and then an etch back method or CMP. The surface of the silicon oxide film 17 is planarized using a method. Subsequently, contact holes are formed in the silicon oxide films 13 and 17 by using a lithography method and a dry etching method. Then, after depositing a conductor film made of titanium and tungsten including the inside of the contact hole using a sputtering method or a CVD method, the conductor film is embedded in the contact hole using an etch back method or a CMP method, Vias 26, 27, and 28 connected to the fixed electrode film 12, the vibrating electrode film 14, the gate electrode 20 of the MOSFET, and the like are formed.

次に、図３（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１７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。 Next, as shown in FIG. 3A, after depositing a laminated film made of titanium, titanium nitride, and aluminum on the silicon oxide film 17 by using a sputtering method, using a lithography method and a dry etching method, Electrode wiring 29 is formed. Subsequently, after depositing a protective film 30 made of a silicon nitride film on the electrode wiring 29 using the CVD method, the surface of the predetermined electrode pad is exposed using the lithography method and the dry etching method. A part of the film 30 is removed.

次に、図３（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、１７、及び保護膜３０内に、犠牲層１８に通ずる１μｍ〜２００μｍ程度の幅の貫通孔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１８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１（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。 Next, as shown in FIG. 3B, the silicon oxide films 13 and 17 and the protective film 30 are penetrated into the sacrificial layer 18 with a width of about 1 μm to 200 μm using a lithography method and a dry etching method. Hole 16 is formed. Subsequently, fluorine trichloride or xenon fluoride gas is introduced from the through-hole 16 to remove the polycrystalline silicon film constituting the sacrificial layer 18, thereby forming the hollow portion 15. The acoustic sensing device 10 including the capacitor shown in FIG.

（第１の実施形態の変形例）
本発明は、振動電極膜１４を、タングステン膜またはチタン膜で構成した点に特徴を有するが、振動電極膜１４以外の特徴的な構成を備えた音響感応装置の変形例について、図４及び図５を参照しながら説明する。 (Modification of the first embodiment)
The present invention is characterized in that the vibrating electrode film 14 is formed of a tungsten film or a titanium film, but a modification of the acoustic device having a characteristic configuration other than the vibrating electrode film 14 is shown in FIGS. This will be described with reference to FIG.

図４は、本発明における音響感応装置において、固定電極膜１２上に、エレクトレット膜３１を配設した変形例１の構成を示した断面図である。エレクトレット膜３１は、例えばＣＶＤ法で形成されたシリコン酸化膜で構成され、その膜厚は、１００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度である。このような構成にすれば、コンデンサへの給電を不要にすることができ、音響感応装置をより小型にすることができる。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of Modification 1 in which an electret film 31 is disposed on the fixed electrode film 12 in the acoustic sensing device according to the present invention. The electret film 31 is composed of, for example, a silicon oxide film formed by a CVD method, and the film thickness is about 100 nm to 1000 nm. With such a configuration, it is possible to eliminate the need to supply power to the capacitor, and to further reduce the size of the acoustic device.

また、エレクトレット膜３１は、中空部１５と振動電極膜１４との間に配設してもよい。この場合、振動電極膜（タングステン膜またはチタン膜）１４は低温で形成されるので、エレクトレット膜３１の材料として、着電保持時間の長い有機系材料、例えば、ＣＹＴＯＰ（フルオロカーボンポリマ）や、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等を用いることができる。さらに、この場合、振動電極膜１４は０．１〜３μｍ程度の薄膜で構成されているので、振動電極膜１４を介して電子ビーム等の照射により、エレクトレット膜３１を容易に着電することができる。 Further, the electret film 31 may be disposed between the hollow portion 15 and the vibrating electrode film 14. In this case, since the vibrating electrode film (tungsten film or titanium film) 14 is formed at a low temperature, the material of the electret film 31 is an organic material having a long charge retention time, such as CYTOP (fluorocarbon polymer), BCB ( Benzocyclobutene) and the like can be used. Further, in this case, since the vibrating electrode film 14 is composed of a thin film of about 0.1 to 3 μm, the electret film 31 can be easily charged by irradiation with an electron beam or the like through the vibrating electrode film 14. it can.

図５は、本発明の音響感応装置において、振動電極膜１４内にも、中空部１５（または連通孔１５ａ）に通じる貫通孔３２をさらに形成した変形例２の構成を示した断面図である。犠牲層１８に多結晶シリコン膜を用いた場合、多結晶シリコン膜をエッチングガス（例えば三塩化フッ素）でエッチングする際、多結晶シリコン膜とタングステン膜（またはチタン膜）のエッチング選択比は２桁以上あるので、貫通孔３２からエッチングガスを導入しても、振動電極膜１４はほとんどエッチングされることはない。このような構成にすることによって、犠牲層１８のエッチング除去を短時間で行うことができ、音響感応装置の製造工程の短縮することができる。 FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of Modification 2 in which a through hole 32 communicating with the hollow portion 15 (or the communication hole 15a) is further formed in the vibrating electrode film 14 in the acoustic sensing device of the present invention. . When a polycrystalline silicon film is used for the sacrificial layer 18, when the polycrystalline silicon film is etched with an etching gas (eg, fluorine trichloride), the etching selectivity between the polycrystalline silicon film and the tungsten film (or titanium film) is two digits. Therefore, even if the etching gas is introduced from the through hole 32, the vibrating electrode film 14 is hardly etched. With such a configuration, the sacrificial layer 18 can be removed by etching in a short time, and the manufacturing process of the acoustic device can be shortened.

なお、貫通孔３２は、本発明の第２の実施形態で説明した音響感応装置の製造方法において、図３（ｂ）に示した貫通孔１６の形成工程と同時に形成することができる。 In addition, the through-hole 32 can be formed simultaneously with the formation process of the through-hole 16 shown in FIG.3 (b) in the manufacturing method of the acoustic response apparatus demonstrated in the 2nd Embodiment of this invention.

また、エレクトレット膜３１を中空部１５と振動電極膜１４との間に配設した場合、貫通孔３２を介してコロナ放電を行うことによって、容易にエレクトレット膜の着電を行うことができる。なお、貫通孔３２は、０．５μｍ〜５０μｍ程度の径を有することが好ましい。 In addition, when the electret film 31 is disposed between the hollow portion 15 and the vibrating electrode film 14, the electret film can be easily charged by performing corona discharge through the through hole 32. The through hole 32 preferably has a diameter of about 0.5 μm to 50 μm.

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、本実施形態では、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、これに限らず、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。 As mentioned above, although this invention was demonstrated by suitable embodiment, such description is not a limitation matter and of course various modifications are possible. For example, in this embodiment, an example of a capacitor microphone has been described as the capacitor. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to devices such as a pressure sensor and an acceleration sensor.

本発明によれば、簡単な構成で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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the acoustic sensitive apparatus provided with the small and highly sensitive capacitor | condenser which has a stable characteristic by simple structure can be provided.

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平面図である。It is the figure which showed typically the structure of the acoustic sensing apparatus in the 1st Embodiment of this invention, (a) is the sectional drawing, (b) is the top view which showed the capacitor | condenser part in an acoustic sensing apparatus. （ａ）〜（ｃ）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。(A)-(c) is process sectional drawing which showed the manufacturing method of the acoustic response apparatus in the 2nd Embodiment of this invention. （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。(A)-(b) is process sectional drawing which showed the manufacturing method of the acoustic response apparatus in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態における音響感応装置の変形例を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the modification of the acoustic response apparatus in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態における音響感応装置の他の変形例を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the other modification of the acoustic sensing apparatus in the 1st Embodiment of this invention. 従来の音響感応装置の構成を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the structure of the conventional acoustic response apparatus.

Explanation of symbols

１０音響感応装置
１１半導体基板
１２固定電極膜
１３第１の層間絶縁膜
１４振動電極膜
１５中空部
１５ａ連通孔
１６貫通孔
１７第２の層間絶縁膜
１８犠牲層
２０ゲート電極
２１ａ、２１ｂドレイン拡散層
２３素子分離領域
２６、２７、２８ビア
２９電極配線
３０保護膜
３１エレクトレット膜
３２貫通孔 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Sound sensitive apparatus 11 Semiconductor substrate 12 Fixed electrode film 13 1st interlayer insulation film 14 Vibrating electrode film 15 Hollow part 15a Communication hole 16 Through-hole 17 2nd interlayer insulation film 18 Sacrificial layer 20 Gate electrode 21a, 21b Drain diffusion layer 23 Element isolation region 26, 27, 28 Via 29 Electrode wiring 30 Protective film 31 Electret film 32 Through-hole

Claims

An acoustic device comprising a capacitor formed of a fixed electrode film and a vibrating electrode film formed on a semiconductor substrate,
A hollow portion is provided between the fixed electrode membrane and the vibrating electrode membrane,
The vibration-sensitive electrode film is an acoustic device, which is made of a tungsten film or a titanium film.

The acoustic device according to claim 1, wherein the hollow portion is formed by etching and removing a sacrificial layer formed on the semiconductor substrate.

The acoustic device according to claim 1, wherein a through-hole that communicates with the hollow portion is formed in the vibration electrode film.

The acoustic device according to claim 1, wherein an electret film is further formed between the fixed electrode film and the vibrating electrode film.

The acoustic sensing apparatus according to claim 1, wherein a detection circuit that detects an output signal of the capacitor that is fluctuated due to vibration of the vibrating electrode film is further formed on the semiconductor substrate.

The acoustic device according to claim 1, wherein the acoustic device is a condenser microphone.