JP2007067893A - Acoustical sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、音響センサに関し、特に半導体基板上に形成された音響センサに関する。 The present invention relates to an acoustic sensor, and more particularly to an acoustic sensor formed on a semiconductor substrate.
従来、音響振動を検出する半導体センサとして、コンデンサ型シリコンマイクロフォンが提案されている(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。このマイクロフォンは、振動電極(ダイアフラム電極)と、振動電極に対向し、所定の間隔を隔てて配置された固定電極(バックプレート電極)とを備え、振動電極と固定電極とにより、キャパシタが形成される。
Conventionally, a capacitor-type silicon microphone has been proposed as a semiconductor sensor for detecting acoustic vibration (see, for example,
そして、マイクロフォンに音圧がかかると、振動電極が振動し、この振動による振動電極と固定電極との間隔の変化に起因して、静電容量が変化する。さらに、静電容量の変化に伴う2電極間の電圧の変化を電気的に読み取ることで、音響信号を得る。
上述したマイクロフォンでは、振動による静電容量の変化を測定するため、ノイズ対策が重要となる。特に、振動などにより固定電極が変位すると、正確な容量変化を測定することができず、得られた音響信号にノイズが加わるという課題があった。 In the microphone described above, noise countermeasures are important in order to measure changes in capacitance due to vibration. In particular, when the fixed electrode is displaced due to vibration or the like, there is a problem that an accurate capacitance change cannot be measured, and noise is added to the obtained acoustic signal.
そこで、本発明は、上記の課題に鑑み、音響信号に対するノイズ耐性を向上させた音響センサを提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an acoustic sensor with improved noise resistance against acoustic signals.
上記目的を達成するため、本発明のある態様の音響センサは、半導体基板の上に設けられた第1電極と、第1電極とキャパシタを構成するように第1電極に対向し、所定の間隔を隔てて配置された第2電極と、第2電極の上に設けられ、第2電極を半導体基板に固定する第1絶縁膜と、を備え、第1絶縁膜は、イオン注入によって絶縁膜に対して不純物が導入された膜であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an acoustic sensor according to an aspect of the present invention has a first electrode provided on a semiconductor substrate, a first electrode and a first electrode so as to constitute a capacitor, and a predetermined interval. And a first insulating film provided on the second electrode and fixing the second electrode to the semiconductor substrate. The first insulating film is formed into an insulating film by ion implantation. On the other hand, it is a film into which impurities are introduced.
イオン注入を用いた改質法では、不純物を注入中は、膜は実質的に800℃程度まで高温化され、膜が緻密化された状態に変化する。この際、膜は緻密化されるが、不純物の注入によって膜中の結合を切断しながら緻密化されるので、膜応力としては緩和された状態にある。そして不純物の注入後、800℃程度から室温の平衡状態に戻る際に膜が膨張しようとする力が生じ、膜応力として圧縮応力(下地に対して膨張する方向に働く応力)が引き起こされる。 In the reforming method using ion implantation, the temperature of the film is substantially increased to about 800 ° C. while the impurity is implanted, and the film changes to a dense state. At this time, the film is densified, but the film stress is relaxed because the film is densified while the bonds in the film are broken by the implantation of impurities. After the implantation of impurities, when the film returns from about 800 ° C. to an equilibrium state at room temperature, a force that causes the film to expand is generated, and a compressive stress (stress acting in the direction of expanding with respect to the base) is generated as the film stress.
この態様によると、第1絶縁膜には、イオン注入によって圧縮応力(下地に対して膨張する方向に働く応力)が引き起こされるので、第2電極は外側方向(下地に対して膨張する方向)に引っ張られた状態で固定される。このため、第2電極に音圧がかかった場合に、第2電極の振動(変位)が抑制される。この結果、イオン注入していない絶縁膜を用いた場合に比べて、音響信号に加わるノイズが少なくなるので、正確な容量変化を測定できる低ノイズの音響センサを提供することができる。 According to this aspect, since the compressive stress (stress acting in the direction of expansion with respect to the base) is caused by ion implantation in the first insulating film, the second electrode is in the outer direction (direction of expansion with respect to the base). Fixed in the pulled state. For this reason, when sound pressure is applied to the second electrode, vibration (displacement) of the second electrode is suppressed. As a result, the noise added to the acoustic signal is reduced as compared with the case where an insulating film that is not ion-implanted is used, so that a low-noise acoustic sensor capable of measuring an accurate capacitance change can be provided.
また、本発明の別の態様の音響センサは、第1絶縁膜は、イオン注入によってSi,O,Cを含む絶縁膜に対して不純物が導入された膜であることを特徴とする。 In the acoustic sensor according to another aspect of the present invention, the first insulating film is a film in which impurities are introduced into an insulating film containing Si, O, and C by ion implantation.
この態様によると、第1絶縁膜がSi,O,Cを含む絶縁膜に対して不純物が導入された膜であるので、従来のシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁膜に比べて低誘電率である。この結果、第1電極と第2電極との間の静電容量に加わる寄生容量、具体的には、第2電極を固定する第1絶縁膜に起因する寄生容量(寄生容量≒材料の比誘電率×面積/厚さ)を低減することができるので、音響センサの感度(感度≒バイアス電圧×振動による静電容量変化/静電容量)を向上させることができる。 According to this aspect, since the first insulating film is a film in which impurities are introduced into the insulating film containing Si, O, and C, the dielectric constant is lower than that of a conventional insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film. Rate. As a result, the parasitic capacitance added to the electrostatic capacitance between the first electrode and the second electrode, specifically, the parasitic capacitance caused by the first insulating film fixing the second electrode (parasitic capacitance≈dielectric constant of the material) (Rate × area / thickness) can be reduced, so that the sensitivity of the acoustic sensor (sensitivity≈bias voltage × capacitance change due to vibration / capacitance) can be improved.
また、Si,O,Cを含む絶縁膜に対して不純物を導入しているため、イオン注入による膜の緻密化およびその後の膨張がより大きく変化するので、従来の絶縁膜に比べてより高い圧縮応力(下地に対して膨張する方向に働く応力)が引き起こされる。このため、第1絶縁膜によって第2電極は外側方向(下地に対して膨張する方向)に引っ張られた状態で固定され、第2電極に音圧がかかった場合に、第2電極の振動(変位)が抑制される。この結果、従来の絶縁膜を用いた場合に比べて、音響信号に加わるノイズが少なくなるので、正確な容量変化を測定できる低ノイズの音響センサを提供することができる。 Further, since impurities are introduced into the insulating film containing Si, O, and C, the densification of the film by ion implantation and the subsequent expansion change more greatly, and therefore higher compression compared to the conventional insulating film. Stress (stress acting in the direction of expansion with respect to the substrate) is caused. For this reason, the second electrode is fixed in a state of being pulled outward by the first insulating film (the direction in which the second electrode expands with respect to the base), and when sound pressure is applied to the second electrode, the vibration of the second electrode ( (Displacement) is suppressed. As a result, the noise added to the acoustic signal is reduced as compared with the case where the conventional insulating film is used, so that it is possible to provide a low noise acoustic sensor capable of measuring an accurate capacitance change.
また別の態様によると、第1絶縁膜は、不純物が導入された第1領域と、不純物が導入されていない第2領域を含むことを特徴とする。この態様によると、第2電極を固定する第1絶縁膜が不純物を導入した第1領域を含むことによって、第2電極が外側方向に引っ張られた状態に固定することができ、音波などの伝搬による第2電極の振動(変位)を抑制することができる。また、不純物を導入した絶縁膜は、イオン注入法によって膜が緻密化されるために、イオン注入前の絶縁膜に比べて比誘電率が高くなるので、第1絶縁膜が不純物を導入していない第2領域を含むことによって、第1絶縁膜を第1領域のみで構成した場合に比べて第1絶縁膜の比誘電率を低下させることができる。この結果、第1電極と第2電極との間の静電容量に加わる寄生容量、具体的には、第2電極を固定する第1絶縁膜に起因する寄生容量を低減することができるので、音響センサの感度を向上させることができる。 According to another aspect, the first insulating film includes a first region into which impurities are introduced and a second region into which impurities are not introduced. According to this aspect, since the first insulating film for fixing the second electrode includes the first region into which the impurity is introduced, the second electrode can be fixed in a state of being pulled outward, and propagation of sound waves or the like can be performed. The vibration (displacement) of the second electrode due to can be suppressed. In addition, since the insulating film into which the impurity is introduced is densified by the ion implantation method, the dielectric constant is higher than that of the insulating film before the ion implantation. Therefore, the first insulating film introduces the impurity. By including the second region which is not present, the relative dielectric constant of the first insulating film can be reduced as compared with the case where the first insulating film is configured only by the first region. As a result, the parasitic capacitance added to the electrostatic capacitance between the first electrode and the second electrode, specifically, the parasitic capacitance due to the first insulating film fixing the second electrode can be reduced. The sensitivity of the acoustic sensor can be improved.
さらに別の態様によると、不純物は、第1絶縁膜を介して第2電極に導入されていることを特徴とする。このようにすることにより、第2電極と第1絶縁膜との界面でのミキシング作用によって第2電極と第1絶縁膜との密着性が向上し、第2電極がより強固に第1絶縁膜で引っ張られた状態に固定されるため、音響信号に対するノイズ耐性をさらに向上させることができる。 According to still another aspect, the impurity is introduced into the second electrode through the first insulating film. By doing so, the adhesion between the second electrode and the first insulating film is improved by the mixing action at the interface between the second electrode and the first insulating film, and the second electrode is more firmly bonded to the first insulating film. Therefore, it is possible to further improve noise resistance against an acoustic signal.
本発明によると、音響信号に対するノイズ耐性を向上する音響センサを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the acoustic sensor which improves the noise tolerance with respect to an acoustic signal can be provided.
以下、本発明を具現化した実施形態について図面に基づいて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate. However, it should be noted that the drawings are schematic and ratios of dimensions and the like are different from actual ones. Therefore, specific dimensions and the like should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る音響センサ100の構成を示す上面図であり、図2は、図1の音響センサ100のA−A’断面図であり、図3は、図1の音響センサ100のB−B’断面図である。
(First embodiment)
1 is a top view showing the configuration of the
本発明の第1実施形態に係る音響センサ100は、図1から図3に示すように、シリコン基板1上に形成された振動電極4と、振動電極4に対向し、所定の間隔を隔てて配置された固定電極6とを備え、振動電極4と固定電極6によりキャパシタを構成する。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
音響センサ100は、エアギャップ層11、改質SiOC層8a、犠牲層5、固定電極6、振動電極4、基板開口部10a、音響ホール7a、振動電極用パッド電極9a、固定電極用パッド電極9b、エッチストッパ2a、シリコン基板1等を含む。尚、図2および図3から明らかなように、図1において、エアギャップ層11等は上面から直接見ることができない。しかしながら、ここでは構造の理解を容易にするために、直接見えない部分も適宜見えるように示してある。
The
シリコン基板1は、音響センサ100の基板となる。シリコン基板1には、図2および図3に示すように、シリコン基板1の上側から下側に音孔10が穿設されている。また、図1に示すように、シリコン基板1の上側の表面における音孔10の基板開口部10aは、四角形の形状を有している。また、シリコン基板1の上側の表面は、エッチストッパ2aを備える。
The
振動電極4は、図2および図3に示すように、シリコン基板1の断面における音孔10を覆うように形成されている。音孔10の下側から音圧が伝達され、音圧によって振動電極4は振動できるように構成されている。具体的には、振動電極4は、音孔10を覆う領域は浮動状態に形成し、音孔10の外周領域においてシリコン基板1(エッチストッパ2a)上に固定されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the vibrating
固定電極6は、図2および図3に示すように、振動電極4の上方に設けられて、振動電極4と共にキャパシタを形成する。当該キャパシタは、音圧によって振動電極4が振動すれば、静電容量の値が変化する特性を有する。また、固定電極6は、基板開口部10a、即ち音孔10の少なくとも一部分を占めるような大きさで設計されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
改質SiOC層8aは、図2および図3に示すように、固定電極6を覆うように形成され、固定電極6の外周部において固定電極6をシリコン基板1に固定している。ここで、改質SiOC層8aは、低誘電率絶縁膜の1つであるSiOC膜[組成:SiOx(CH3)y]に対してイオン注入法を用いてホウ素(B)などの不純物を導入した膜である。
As shown in FIGS. 2 and 3, the modified
犠牲層5は、図2および図3に示すように、振動電極4と固定電極6とを絶縁するように形成されている。ここで、改質SiOC層8aおよび固定電極6が、振動電極4との間に作ったスペースをエアギャップ層11と呼ぶ。また、改質SiOC層8aおよび固定電極14は、複数の音響ホール7aを形成している。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
振動電極用パッド電極9aと、固定電極用パッド電極9bは、振動電極4と固定電極6にそれぞれ接続して、所定の電圧を印加する。また、振動電極4と固定電極6によるキャパシタの静電容量が変化すれば、振動電極用パッド電極9aと固定電極用パッド電極9bとの間の電位差も変化するので、当該変化した電位差を音声信号として出力する。即ち、振動電極用パッド電極9aと固定電極用パッド電極9bは、キャパシタの静電容量の変化を間接的に検出する。出力した音声信号は、例えば、スピーカによって出力されたり、デジタル信号に変換して記憶されたりする。
The vibration
尚、シリコン基板1は本発明の「半導体基板」、振動電極4は本発明の「第1電極」、固定電極6は本発明の「第2電極」、及び改質SiOC層8aは本発明の「第1絶縁膜:Si,O,Cを含む絶縁膜に対して不純物が導入された膜」の一例である。
The
表1に、改質SiOC層8aの膜特性(残留応力、BHFエッチングレート、比誘電率)についてまとめる。尚、残留応力(内部応力)には、下地膜に対して収縮する方向に働く応力(引張応力)と、膨張する方向に働く応力(圧縮応力)があり、表中ではプラスの値が圧縮応力を示し、マイナスの値が引張応力を示している。
Table 1 summarizes the film characteristics (residual stress, BHF etching rate, relative dielectric constant) of the modified
改質SiOC膜は、表1から明らかなように、改質していないSiOC膜の引張応力とは反対の圧縮応力を有しており、さらにシリコン窒化膜(SiN)やシリコン酸化膜(SiO2)に比べても2倍近く大きな圧縮応力を有している。これは、改質SiOC膜(イオン注入によって不純物を導入したSiOC膜)は、イオン注入による膜の緻密化およびその後の膨張によって、イオン注入前のSiOC膜と比べて圧縮応力(下地に対して膨張する方向に働く応力)が引き起こされているためである。 As is apparent from Table 1, the modified SiOC film has a compressive stress opposite to the tensile stress of the unmodified SiOC film, and further, a silicon nitride film (SiN) or a silicon oxide film (SiO 2). ) Has a compressive stress that is nearly twice as large as that of. This is because a modified SiOC film (a SiOC film into which impurities are introduced by ion implantation) is compressed by compressing stress (expanded with respect to the base) due to densification of the film by ion implantation and subsequent expansion. This is because the stress acting in the direction of
第1実施形態では、高い圧縮応力を有する改質SiOC膜からなる改質SiOC層8aが固定電極6を固定しているので、固定電極6は外側方向(下地に対して膨張する方向)に引っ張られた状態で固定される。このため、固定電極6に音圧がかかった場合に、固定電極6の振動(変位)が抑制される。この結果、不純物を導入していないSiOC膜を用いた場合に比べて、音響信号に加わるノイズが少なくなるので、正確な容量変化を測定できる低ノイズの音響センサ100を提供することができる。
In the first embodiment, since the modified
次に、本発明の第1実施形態に係る音響センサ100の製造方法について、図4〜図7を用いて説明する。尚、図4〜図7は、図2と同様に、図1の音響センサ100でのA−A’断面に対応する。
Next, a method for manufacturing the
まず、図4(A)に示す工程1において、両面研磨シリコン基板1上に、減圧CVD法を用いて、エッチストッパ2a、2bを約200nm成膜する。エッチストッパ2bは、シリコン基板1を裏面からエッチングする際のマスクとなり、エッチストッパ2aは、後にシリコン基板1を裏面からエッチングする際のストッパとなる。エッチストッパ2a、2bには、シリコン窒化膜を用いることが一般的である。シリコン窒化膜を形成する際に用いるガスは、モノシランとアンモニア、ジクロロシランとアンモニアなどであり、成膜温度は、300〜600℃である。
First, in
図4(B)に示す工程2において、エッチストッパ2aの全面上に、プラズマCVD法または常圧CVD法を用いて、約500nmの厚みを有する犠牲層3を形成する。犠牲層3には、リン(P)を含むシリコン酸化膜を用いることが一般的であるが、フッ酸(HF)に可溶であればどの膜を用いてもよい。この犠牲層3は、後にHFによるエッチングで除去するため、最終的な構造体には残らない膜である。その後、犠牲層3に対して、通常のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて不要な部分を除去する。
In
図4(C)に示す工程3において、エッチストッパ2aおよび犠牲層3の全面上に、振動電極4を約1μm成膜する。振動電極4には、ポリシリコンを用いることが一般的であるが、その他の導電性のある材料を用いてもよい。そして、振動電極4に対して、通常のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて不要な部分を除去する。
In
図5(D)に示す工程4において、振動電極4の上に3μm程度の犠牲層5を成膜する。犠牲層5には、犠牲層3と同様、リン(P)を含むシリコン酸化膜を用いることが一般的であるが、フッ酸(HF)に可溶であればどの膜を用いてもよい。後工程でエアギャップ層11(図2参照)となる部分の犠牲層5は、後にHFによるエッチングで除去するため、最終的な構造体には残らない。尚、最終的な構造体には残る部分の犠牲層5については、振動電極4と固定電極6とを絶縁する絶縁層として機能する。そして、犠牲層5に対して、通常のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて周辺部を除去し、開口部を有する犠牲層5を形成する。ここで、犠牲層5の膜厚は、最終的な電極間のエアギャップ距離となることから、容量(C=e*S/t、e:誘電率、S:電極面積、t:エアギャップ距離)、つまり感度に反映されるとともに、音響センサ100の構造の強固性にも大きな影響を及ぼす。例えば、エアギャップ層11が狭すぎると振動電極4と固定電極6が接触してしまい、センシング出来なくなる。
In
図5(E)に示す工程5において、犠牲層5の上に、固定電極6を形成する導電膜を成膜する。機械強度の観点から、本導電膜は、ポリシリコンが望ましい。そして、通常のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて不要な部分を除去する。このパターニングの際、エアギャップ層内の空気が振動電極4の変位に応じて移動するための音響ホール7を同時にパターニングしておく。
In
図5(F)に示す工程6において、固定電極6および犠牲層5の上に、プラズマCVD法を用いて、Si,O,Cを含む絶縁膜であるSiOC膜8を約2μm成膜する。具体的には、トリメチルシランおよび酸素からなる混合ガスを用いて、約350℃の成膜温度、約4.0Torrの成膜圧力および約600Wの高周波電力の条件で行う。これにより、組成がSiOx(CH3)yからなる低誘電率SiOC膜8が形成される。
In
図6(G)に示す工程7において、SiOC膜8を改質するために、イオン注入を行う。具体的には、ボロンイオン(B+)を、約140keVの注入エネルギおよび約2×1015cm−2の注入量の条件下で注入する。これにより、膜中にボロンが導入された改質SiOC層8aが形成される。
In
イオン注入を用いた改質法では、不純物を注入中は、膜は実質的に800℃程度まで高温化され、膜が緻密化された状態に変化する。この際、膜は緻密化されるが、不純物の注入によって膜中の結合を切断しながら緻密化されるので、膜応力としては緩和された状態にある。そして不純物の注入後、800℃程度から室温の平衡状態に戻る際に膜が膨張しようとする力が生じ、膜応力として圧縮応力(下地に対して膨張する方向に働く応力)が引き起こされる。この結果、高い圧縮応力を有する改質SiOC層8aが得られる。
In the reforming method using ion implantation, the temperature of the film is substantially increased to about 800 ° C. while the impurity is implanted, and the film changes to a dense state. At this time, the film is densified, but the film stress is relaxed because the film is densified while the bonds in the film are broken by the implantation of impurities. After the implantation of impurities, when the film returns from about 800 ° C. to an equilibrium state at room temperature, a force that causes the film to expand is generated, and a compressive stress (stress acting in the direction of expanding with respect to the base) is generated as the film stress. As a result, a modified
また、イオン注入法を用いて、SiOC膜8にボロンイオンを導入することで、固定電極6とSiOC膜8との界面でのミキシング作用によって、固定電極6と改質SiOC層8aとの密着性が向上し、固定電極6がより強固に改質SiOC層8aで引っ張られた状態で固定されるため、音響信号に対するノイズ耐性をさらに向上させることができることになる。
Further, by introducing boron ions into the SiOC film 8 using an ion implantation method, the adhesion between the fixed
図6(H)に示す工程8において、改質SiOC層8aに対して、通常のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて不要な部分を除去する。ここでの不要な部分とは、周辺部だけでなく、パッド部分20と音響ホール7aを含む。この改質SiOC層8aのパターニングの際、先に加工した音響ホール7に位置を整合し、導電膜により形成したものより径が小さい音響ホール7aを同時に形成している。これにより、固定電極6の側壁にも、改質SiOC層8aが設けられるため、改質SiOC層8aと固定電極6とがより強固に固定される。
In step 8 shown in FIG. 6H, unnecessary portions of the modified
図6(I)に示す工程9において、パッド部分20に、振動電極用パッド電極9aや固定電極用パッド電極9b(図示せず)のパッド電極を形成する。パッド電極には、アルミニウム、銅、金などの低抵抗金属膜が特に適している。形成方法としては、通常のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いる方法もあるが、いわゆるメッキレジスト法やレジストエッチオフ方などの技術を適用してもよい。
In step 9 shown in FIG. 6 (I), pad electrodes such as a vibration
図7(J)に示す工程10において、シリコン基板1の裏面側のエッチストップ2bに対して、通常のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて不要な部分を除去する。
In
図7(K)に示す工程11において、パターニングされたエッチストップ2aをマスクとして用いて、水酸化カリウム水溶液(KOH)や水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液(TMAH)などのアルカリエッチング液で等方性エッチングを行う。この等方性エッチングは、工程1において成膜したエッチストッパ2aで自動的にエッチングストップされる。これにより、シリコン基板1に基板開口部10が形成される。
In
図7(L)に示す工程12において、シリコン基板1の裏面側からこの開口した部分のエッチストッパ2aをエッチング液(例えば、リン酸)やドライエッチにより除去する。その後に、シリコン基板1の裏面側から、HFを用いて犠牲膜3を除去するとともに、音響ホール7a側から犠牲膜5を選択的にエッチング除去して、エアギャップ層11を最終的に形成する。
In step 12 shown in FIG. 7 (L), the
(第2実施形態)
図8は、本発明の第2実施形態に係る音響センサ100aを示した断面図である。第1実施形態と異なる箇所は、固定電極6を固定する絶縁膜がSiOC膜8cと改質SiOC層8bとが積層膜になっていることである。それ以外については第1実施形態と同様である。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a cross-sectional view showing an
積層膜の形成は、第1実施形態における工程7において、SiOC膜8への注入エネルギを小さくすることによって、改質深さを制御することで容易に実現できる。第2実施形態では、例えば、注入エネルギを100keVとしている。
Formation of the laminated film can be easily realized by controlling the modification depth by reducing the energy injected into the SiOC film 8 in
なお、改質SiOC層8bは本発明の「第1領域」の一例であり、SiOC膜8cは本発明の「第2領域」の一例である。
The modified
表1に示したように、SiOC膜の残留応力は引張応力であり、固定電極6を引っ張った状態で固定できないものの、膜の比誘電率が3.0であり、シリコン酸化膜(比誘電率4.2)やシリコン窒化膜(比誘電率7)に比べて低い誘電率ある。第2実施形態では、固定電極6を固定する絶縁膜が、不純物を導入した改質SiOC層8bを含むことによって、固定電極6が外側方向に引っ張られた状態に固定することができ、音波などの伝搬による固定電極6の振動(変位)を抑制することができる。また、改質SiOC層8bは、イオン注入法によって膜が緻密化されるためにイオン注入前のSiOC膜に比べて比誘電率が高くなるので、固定電極6を固定する絶縁膜が不純物を導入していないSiOC膜8cを含むことによって、固定電極6を固定する絶縁膜を改質SiOC層8aのみで構成した場合に比べて膜の比誘電率を低下させることができる。この結果、振動電極4と固定電極6との間の静電容量に加わる寄生容量、具体的には、固定電極6を固定する絶縁膜(改質SiOC層8b、SiOC膜8c)に起因する寄生容量(寄生容量≒材料の比誘電率×面積/厚さ)を低減することができるので、音響センサ100aの感度(感度≒バイアス電圧×振動による静電容量変化/静電容量)を向上させることができる。
As shown in Table 1, the residual stress of the SiOC film is a tensile stress and cannot be fixed in a state where the fixed
さらに、表1に示したように、SiOC膜8cおよび改質SiOC層8bは、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜に比べて、いずれもBHF(バッファードフッ酸)のエッチングレートが小さい。このため、犠牲層3および犠牲層5を除去する際のHF処理による膜減りが抑制されるので、固定電極6を固定する絶縁膜が実質的に厚膜化したのと同じ効果が得られる。この結果、固定電極6をより強固に引っ張った状態で固定することができる。さらに、BHFのエッチングレートが小さいため、実際の製造プロセス(工程12)の犠牲層除去のプロセスマージンが拡大し、高性能、且つ、高歩留まりの音響センサを実現することができる。
Further, as shown in Table 1, the
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
1 シリコン基板
2a、2b エッチストップ
3 犠牲層
4 振動電極
5 犠牲層
6 固定電極
7a 音響ホール
8a 改質SiOC層
9a 振動電極用パッド電極
10a 基板開口部
11 エアギャップ層
100 音響センサ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記第1電極とキャパシタを構成するように前記第1電極に対向し、所定の間隔を隔てて配置された第2電極と、
前記第2電極の上に設けられ、前記第2電極を前記半導体基板に固定する第1絶縁膜と、を備え、
前記第1絶縁膜は、イオン注入によって絶縁膜に対して不純物が導入された膜であることを特徴とした音響センサ。 A first electrode provided on a semiconductor substrate;
A second electrode opposed to the first electrode so as to form a capacitor with the first electrode, and disposed at a predetermined interval;
A first insulating film provided on the second electrode and fixing the second electrode to the semiconductor substrate;
The acoustic sensor according to claim 1, wherein the first insulating film is a film in which impurities are introduced into the insulating film by ion implantation.
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