JP2006170945A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、赤外線を検知することによって測定対象物の温度を検知する半導体装置およびその製造方法に関し、特に、10μm程度の波長の赤外線を複数の検知部で検知する赤外線イメージセンサとして構成された半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device that detects the temperature of an object to be measured by detecting infrared rays, and a manufacturing method thereof, and more particularly, a semiconductor configured as an infrared image sensor that detects infrared rays having a wavelength of about 10 μm by a plurality of detection units. The present invention relates to an apparatus and a manufacturing method thereof.
従来、測定対象物の熱を検知する赤外線イメージセンサ(単に「赤外線センサ」ともいう)としては量子型のものと熱型のものとが知られている。量子型の赤外線イメージセンサは、比較的感度が高く、応答速度も速いという利点を有しているが、その反面、熱雑音が大きく、そのためシステムを冷却しないと使用できないという課題がある。これは、システムに冷却手段を設ける必要があることを意味し、その結果、システムの製造コストの上昇を招くこととなる。 Conventionally, a quantum type and a thermal type are known as infrared image sensors (also simply referred to as “infrared sensors”) for detecting heat of a measurement object. Quantum infrared image sensors have the advantages of relatively high sensitivity and fast response speed, but on the other hand, they have a large thermal noise, and there is a problem that they cannot be used unless the system is cooled. This means that it is necessary to provide cooling means in the system, and as a result, the manufacturing cost of the system increases.
一方、熱型のイメージセンサは、さらに分類すると、代表的な物としてサーミスタタイプ、ボロメータタイプ、焦電タイプ、および熱起電力タイプがある。これらのうち、サーミスタタイプおよびボロメータタイプは、通常の半導体製造プロセス、特にシリコンプロセスを利用して製造しやすく、また、他のタイプと比較して、安価に製造することができると共に、検知回路、読出し回路などの電気的回路を含めて1チップ化するのに有利であることから、近年、その開発が進んでいる。 On the other hand, thermal image sensors can be further classified into a thermistor type, a bolometer type, a pyroelectric type, and a thermoelectromotive force type. Among these, the thermistor type and bolometer type are easy to manufacture using a normal semiconductor manufacturing process, particularly a silicon process, and can be manufactured at a lower cost than other types, and the detection circuit, In recent years, the development has been progressing because it is advantageous for forming a single chip including an electric circuit such as a readout circuit.
次に、赤外線センサによる温度検知原理等について簡単に説明する。通常、あらゆる物体は、絶対零度以上の条件において所定の波長の赤外線を放射しており、黒体(入射する放射熱を全部吸収して何も反射しない理想的物体)と熱放射との関係はプランクの放射則で決められる。黒体ではない物体においても、放射エネルギーに対して所定の放射率(例えば人間の皮膚の放射率は0.98程度)を乗じればよい。人間の場合、体温を36℃とすると放射される赤外線は3〜60μm程度の波長分布となり、そのうち8〜14μmの波長が約半分を占めている。 Next, the principle of temperature detection using an infrared sensor will be briefly described. Normally, every object emits infrared light of a predetermined wavelength under conditions of absolute zero or higher, and the relationship between a black body (an ideal object that absorbs all incident radiant heat and reflects nothing) and thermal radiation is Determined by Planck's radiation law. Even for an object that is not a black body, the radiant energy may be multiplied by a predetermined emissivity (for example, the emissivity of human skin is about 0.98). In the case of human beings, when the body temperature is set to 36 ° C., the emitted infrared light has a wavelength distribution of about 3 to 60 μm, of which about 8 to 14 μm occupies about half.
赤外線を検知するための赤外線センサは、一般に、赤外線を吸収することによって温度が上昇する赤外線吸収部と、その赤外線吸収部の温度変化を電気的信号に変換して出力する温度検知部とを有している。そして、赤外線の強度は微弱であるため、その赤外線を良好に検知するためには、上記赤外線吸収部および温度検知部(これらをまとめて「センサ部」ということもある)を、他の構造部(例えばシリコン基板)から熱的に分離すると共に、僅かな赤外線の入射によっても容易に温度が上昇するようにセンサ部の熱容量が小さいことがセンサの感度を向上させるうえで望ましい。さらには、赤外線吸収部および温度検知部の物理定数によって定まる、センサ部における熱流の均一性も重要である。 Infrared sensors for detecting infrared rays generally have an infrared absorbing portion that increases in temperature by absorbing infrared rays, and a temperature detecting portion that converts a temperature change of the infrared absorbing portion into an electrical signal and outputs the electrical signal. is doing. And since the intensity | strength of infrared rays is weak, in order to detect the infrared rays favorably, the said infrared absorption part and temperature detection part (these may be collectively called "sensor part") are other structure parts. In order to improve the sensitivity of the sensor, it is desirable that the heat capacity of the sensor unit be small so that the temperature rises easily even when a small amount of infrared light is incident, while being thermally separated from the silicon substrate (for example, a silicon substrate). Furthermore, the uniformity of heat flow in the sensor unit, which is determined by the physical constants of the infrared absorption unit and the temperature detection unit, is also important.
図4は、特許文献1に開示された赤外線センサの一例であり、1つの画素分の構成を示している。図4の赤外線センサは、シリコン基板1上に形成された温度検出部300と、接続柱140を介して温度検出部300に接続された赤外線吸収部130とを有している。赤外線吸収部130は入射した赤外線を吸収することによって温度が上昇するようになっており、その温度変化は、接続柱140を介して温度検出部300に伝わり、温度検出部300によりその温度変化は電気的信号に変換され出力される。図4の赤外線センサでは、また、温度検出部300の下にエッチングによって形成された空洞部200が形成されており、これにより、温度検出部300とシリコン基板1との間の熱的分離が実現されている。
FIG. 4 is an example of an infrared sensor disclosed in
図5は、特許文献2に開示された赤外線センサの一例を示しており、赤外線センサの空洞部200は、反応性ガスを用いてシリコン基板1を等方的にエッチングして形成されたものである。空洞部200の両端には、空洞部200の形状を制御するためのストッパー190が設けられている。
FIG. 5 shows an example of the infrared sensor disclosed in
図6は、特許文献3に開示された赤外線センサの一例を示しており、赤外線吸収部として金属黒136を有し、温度検知部として熱電素子304を有している。また、それらを熱的に分離するための構造部として、熱電素子304の下方には、シリコン基板1を部分的に多孔質化した多孔質部201が形成されている。
上述したような熱型の赤外線センサには、高感度化および感度の均一性の向上が求められ、また、製造コストを抑えることも求められている。図4に示した構成では、シリコンの面方位に対する異方性エッチング手法により空洞部200を中心部より対称的に形成するため、エッチング形状の制御性が比較的悪く、大きさあるいは形状が均一な空洞部を形成するのが困難である。また、構造的に、画素を小さく形成するのが難しいことからセンサの小型化に不利である。さらに、図4のような構成では熱流が不均一となりやすく、その結果、それぞれ画素における出力にばらつきが生じやすい。
The thermal infrared sensor as described above is required to have higher sensitivity and improved uniformity of sensitivity, and to reduce manufacturing costs. In the configuration shown in FIG. 4, since the
次に、図5の構成では、ストッパー190によって空洞部200の形状が規定される、すなわち、制御性の高いフォトリソグラフィー技術によって形状が規定されるため、空洞部形状を良好に制御できるものの、そのためには複雑な工程を必要とする。さらに、図5の構成では、シリコン基板1としてSOI(Silicon on Insulator)基板を使用しなければならず、これは製造コストの上昇につながる。
Next, in the configuration of FIG. 5, the shape of the
また、図4および図5の構成においてはいずれも、空洞部形状は中心部より対称的なエッチングにより決定されるため、画素の端部側までエッチングした場合、その中央部のエッチング深さが深くなる一方で画素の端部ではエッチング深さは浅くなる。このような形状では、熱が比較的逃げやすいため、感度の低下を招くこととなる。 In both the configurations of FIGS. 4 and 5, the shape of the cavity is determined by symmetric etching from the center, so that when etching is performed up to the pixel end, the etching depth at the center is deep. On the other hand, the etching depth is shallow at the end of the pixel. In such a shape, since heat is relatively easy to escape, the sensitivity is lowered.
図6の構成は、SOI基板を使用する必要がないことから製造コストを抑えることができる点で有利であるが、多孔質部201は空洞部と比較すると熱抵抗が小さく、また、開口部上に単結晶領域が存在しないことから、開口率を高めたまま検知部を単結晶シリコン上に形成することができないという問題もある。
The configuration of FIG. 6 is advantageous in that the manufacturing cost can be reduced because it is not necessary to use an SOI substrate. However, the
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、赤外線を検知する半導体装置(赤外線検出装置)として、赤外線を高感度かつ均一的に検知することができ、しかも製造コストを抑えることができる半導体装置およびその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to detect infrared rays with high sensitivity and uniformity as a semiconductor device (infrared detection device) that detects infrared rays, and to manufacture the semiconductor device. An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same that can reduce costs.
上記目的を達成するため本発明の半導体装置は、測定対象物から放射された赤外線を吸収する赤外線吸収部材と、半導体基板上に形成され、前記赤外線吸収部材の温度変化を検知する温度検知部とを有する半導体装置において、前記半導体基板は前記温度検知部の下方に空洞部を有し、かつ、前記空洞部はほぼ均一な高さに形成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a semiconductor device of the present invention includes an infrared absorbing member that absorbs infrared rays emitted from an object to be measured, and a temperature detector that is formed on a semiconductor substrate and detects a temperature change of the infrared absorbing member. In the semiconductor device, the semiconductor substrate has a cavity below the temperature detection unit, and the cavity is formed to have a substantially uniform height.
また、このような本発明の半導体装置は、測定対象物から放射された赤外線を吸収する赤外線吸収部材と、半導体基板上に形成され、前記赤外線吸収部材の温度変化を検知する温度検知部と有する半導体装置を製造する方法であって、前記半導体基板の内部に、選択的に除去可能な犠牲層を部分的に形成する工程と、前記犠牲層の上方の領域に前記温度検知部を形成する工程と、前記温度検知部より上方に前記赤外線吸収部材を形成する工程と前記半導体基板の表面側から前記犠牲層まで達するコンタクトホールを形成すると共に、前記コンタクトホールを介して前記犠牲層を除去することで前記半導体基板内に空洞部を形成する工程とを有する、本発明による半導体装置の製造方法で製造することができる。 Moreover, such a semiconductor device of the present invention has an infrared absorbing member that absorbs infrared rays radiated from an object to be measured, and a temperature detector that is formed on a semiconductor substrate and detects a temperature change of the infrared absorbing member. A method of manufacturing a semiconductor device, the step of partially forming a selectively removable sacrificial layer inside the semiconductor substrate, and the step of forming the temperature detector in a region above the sacrificial layer And forming the infrared absorbing member above the temperature detection unit, forming a contact hole reaching the sacrificial layer from the surface side of the semiconductor substrate, and removing the sacrificial layer through the contact hole And a step of forming a cavity in the semiconductor substrate. The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention can be used.
また他にも、本発明による半導体装置の製造方法は、測定対象物から放射された赤外線を吸収する赤外線吸収部材と、半導体基板上に形成され、前記赤外線吸収部材の温度変化を検知する温度検知部と有する半導体装置を製造する方法であって、前記半導体基板の表面近傍を部分的に多孔質化して多孔質部を形成する工程と、前記多孔質部を覆うように前記半導体基板表面にエピタキシャル単結晶半導体層を形成する工程と、前記エピタキシャル単結晶半導体層上であって、前記多孔質部の上方の領域に前記温度検知部を形成する工程と、前記温度検知部より上方に前記赤外線吸収部材を形成する工程と、前記多孔質部を除去することで空洞部を形成する工程とを有するものであってもよい。 In addition, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes an infrared absorbing member that absorbs infrared rays emitted from a measurement object, and a temperature detection that is formed on the semiconductor substrate and detects a temperature change of the infrared absorbing member. A method of manufacturing a semiconductor device having a portion, wherein a step of forming a porous portion by partially making the vicinity of the surface of the semiconductor substrate porous and epitaxially forming the surface of the semiconductor substrate so as to cover the porous portion A step of forming a single crystal semiconductor layer; a step of forming the temperature detector on the epitaxial single crystal semiconductor layer above the porous portion; and the infrared absorption above the temperature detector. You may have the process of forming a member, and the process of forming a cavity part by removing the said porous part.
本発明の半導体装置によれば、温度検知部の下方に、その高さがほぼ均一に形成された空洞部が形成されているため、温度検知部が熱的に分離される効果として赤外線を高感度に検知でき、また、空洞部の高さがほぼ均一となっている効果として赤外線を均一的に検知することができる。しかも、本発明の半導体装置はSOI基板を利用せずに製造可能であるため、製造コストを抑えることができる。本発明の半導最撮像装置の製造方法によれば、比較的簡便な工程で、上記本発明の半導体装置を良好に製造することができ、また、SOI基板を利用するものでないことから製造コストを抑えることができる。 According to the semiconductor device of the present invention, since the cavity having a substantially uniform height is formed below the temperature detection unit, infrared rays are increased as an effect of thermally separating the temperature detection unit. Sensitivity can be detected, and infrared rays can be detected uniformly as an effect that the height of the cavity is substantially uniform. Moreover, since the semiconductor device of the present invention can be manufactured without using an SOI substrate, the manufacturing cost can be reduced. According to the method for manufacturing a semiconductor image pickup device of the present invention, the semiconductor device of the present invention can be satisfactorily manufactured by a relatively simple process, and the manufacturing cost is not required because the SOI substrate is not used. Can be suppressed.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態の半導体装置の構成を示す図であり、半導体装置のうち1つの画素に対応する領域を示している。なお、以下の説明で用いる「半導体撮像装置」という用語は、本発明の半導体装置を特に限定するものではない。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of the semiconductor device according to the first embodiment, and illustrates a region corresponding to one pixel in the semiconductor device. Note that the term “semiconductor imaging device” used in the following description does not particularly limit the semiconductor device of the present invention.
図1に示すように、半導体撮像装置50は、シリコン基板2と、シリコン基板2上に形成された温度検知部6と、シリコン基板2の最表面側に形成された赤外線吸収層5とを有しており、測定対象物から放射された赤外線を赤外線吸収層5で吸収することで、赤外線吸収層5の温度が上昇し、その温度変化を温度検知部6で検知して電気的信号として出力するイメージセンサである。
As shown in FIG. 1, the
シリコン基板2は、例えばP型(高密度のP+型)の単結晶シリコンからなる基板であって、本実施形態においてはその表面付近の一部が単結晶層4となっている。シリコン基板2はその内部に空洞部3を有している。空洞部3は、少なくとも温度検知部6の下方の領域を含むような大きさで形成されており、またその高さはほぼ均一となっている。具体的には、空洞部3の天面および底面は、互いに平行であって、かつ、基板表面に対しても平行に形成されている。空洞部3の高さは、半導体撮像装置50によって検知される波長8〜14μmの1/4程度(例えば3μm)とすることが好ましく、これにより、温度検知部6による検知効率が向上する。空洞部3の片側には、空洞部3を形成するために利用されたコンタクトホール11が設けられており、これにより、空洞部3はコンタクトホール11を介して外気と連通した状態となっている。
The
なお、本明細書において空洞部3の「高さ」とは、空洞部3における底面から天面までの距離を意味する。また、その高さが「ほぼ均一」とは、ある高さ寸法(例えば3μm)に対して±5%程度(この場合は0.15μm程度)の誤差を含むことを意味する。
In the present specification, the “height” of the
温度検知部6は、空洞部3によって熱的に分離された熱的分離領域1に形成され、より具体的には単結晶層4上に形成されている。温度検知部6は、例えば、PNダイオードおよび抵抗体などで構成され、温度変化を電気的信号として出力する機能を有している。このような温度検知部6としては、特に限定されるものではないが、サーミスタタイプ、ボロメータタイプ、焦電タイプ、または熱電対タイプ等を利用することができる。温度検知部6から出力された電気的信号は、基板表面に形成された信号処理回路9を介して外部に出力されるようになっている。また、温度検知部6および信号処理回路9はいずれも、フィールド酸化膜10同士の間の素子形成領域に形成されており、温度検知部6と信号処理回路9のそれぞれの上には、絶縁層7が形成されている。なお、検知用の回路は、より具体的には、順方向電流が一定となるような定電流原を用いた電圧読み出し方式のものであってもよい。
The
赤外線吸層5は、温度検知部6および信号処理回路9を覆うようにして絶縁層7上に形成されている。接続部8、すなわち絶縁層7が形成されていない領域では、赤外線吸収層5は直接シリコン基板2の表面に接しており、赤外線吸収層5の熱が、この接続部8を介してシリコン基板2に伝わり、シリコン基板2から温度検知部6に伝わるようになっている。接続部8は比較的大きく形成されていることが好ましく、これにより、赤外線吸収層5とシリコン基板2との接触面積が大きくなり、赤外線吸収層5の熱がシリコン基板2に効率よく伝わるようになる。
The infrared
なお、赤外線吸収層5は、半導体撮像素子50を上面側から平面的に見たときに、各画素ごとに分離されていることが好ましい。これにより、温度検知部6は、画素ごとの温度を、隣接する他の画素からの影響を受けることなく良好に検知できるものとなる。また、赤外線吸収層5の材質は、赤外線を吸収した際に部材の温度が上昇するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、金黒膜、Ti、VO、TiN、酸化バナジウム、アモルファスシリコン(無定形)、ポリシリコン(多結晶)、単結晶シリコン等であってもよい。また、上述のように、接続部8は赤外線吸収層5からの熱が通る部分であり、この熱がシリコン基板2の内部に逃げるのを抑えるためには、空洞部3が、接続部8の下方にも存在していることが好ましい。
The
次に、図1の半導体撮像装置50の製造方法について図2を参照して説明する。図2は、本実施形態の半導体装置を製造する工程を示す工程図である。
Next, a method for manufacturing the
まず、図2(a)に示すように、P型のシリコン基板2を用意して、犠牲層として機能するBOX酸化膜(Berried Oxide層)13を部分的に形成する。このBOX酸化膜13はSIMOX法を用いて形成することができる。すなわち、酸素のイオンをシリコン基板2の表面側から基板内に注入し、これを熱処理することによって、酸化シリコンからなるBOX酸化膜13が形成される。SIMOX法による処理においては、シリコン基板2のうち、BOX酸化膜13の上方の領域は酸化されることはなく、単結晶のシリコンのままの状態となっている。なお、本製造工程において必須の工程ではないが、BOX酸化膜13を形成した後にエピタキシャル処理を行うことによって、シリコン基板2の表面に単結晶層4を形成することも可能である。
First, as shown in FIG. 2A, a P-
次いで、図2(b)に示すように、フィールド酸化処理によりシリコン基板2の表面にフィールド酸化膜10を形成する。これにより、フィールド酸化膜10同士の間が素子形成領域となる。なお、このフィールド酸化膜10は、BOX酸化膜13にまで達するような厚さで形成されていてもよい。
Next, as shown in FIG. 2B, a
次いで、図2(c)に示すように、まず、素子形成領域に温度検知部6と信号処理回路9を形成する。これらの構造部は従来公知の方法を用いて形成することができ、例えば、温度検知部6のPNダイオードはN型の不純物をイオン注入することによって形成可能である。その後、温度検知部6と信号処理回路9とを覆うようにして絶縁層7を形成すると共に、絶縁層7のうち接続部8となる部分を除去しておく。
Next, as shown in FIG. 2C, first, the
次いで、図2(d)に示すように、まず、基板最表面側に赤外線吸収層5を形成し、その後、赤外線吸収層5、絶縁層7、およびフィールド酸化膜10等を部分的に除去することによって、BOX酸化膜13まで達するコンタクトホール11を形成する。なお、必要に応じて、例えば赤外線吸収層5上に配線層(不図示)を形成してもよく、配線層の材質にはTiなどを使用することができ、Tiは、導電体の中でも比較的熱伝導率が小さく(0.157W/cmk)、熱を逃がしにくい点で好ましい。
Next, as shown in FIG. 2D, first, the
次いで、図2(e)に示すように、例えば希フッ酸を用い、コンタクトホール11を介してエッチングを行いBOX酸化膜13を除去する。これにより、BOX酸化膜13が除去されたところが空洞部3となり、最終的に半導撮像装置50が完成する。
Next, as shown in FIG. 2E, the
ここで、BOX酸化膜13の除去は、より詳細には次のようにして実施可能である。まず、希フッ酸エッチングに対するエッチングマスクとして、シリコン窒化膜(不図示)を成膜およびパターニングし、その後、BOX酸化膜13に達するまで、BOX酸化膜13上の構造部を部分的にエッチングする。続いて、このエッチングにより露出したフィールド酸化膜10の側面を保護するためのエッチングマスクとして、シリコン窒化膜(不図示)を再度成膜し、BOX酸化膜13を除去するためのエッチングを再度実施する。これにより、基板内部のBOX酸化膜13が除去される。
Here, the removal of the
なお、前述したように、半導体撮像装置50において温度検知部6による検知が、隣接する他の画素からの熱の影響を受けることなく良好に行われるように、隣接する画素同士は熱的に分離されていることが望ましい。この点に関し、コンタクトホール11のような構造部は画素同士の熱的分離に有利である。したがって、そのような構造部、すなわち基板の表面から空洞部3まで達する程度の深さの溝状構造部を、画素同士の間に形成し、熱的な分離を行うようにすることが望ましい。この溝状構造部の形成の一例としては、まず配線層(不図示)等を保護するための層を所定のパターニング形状に形成し、その後、絶縁層7および基板表面の単結晶シリコンをエッチングすればよい。
In addition, as described above, adjacent pixels are thermally separated so that the detection by the
以上説明したような本実施形態の半導体撮像装置50によれば、空洞部3によって温度検知部6を含む領域(熱的分離領域1)がシリコン基板2の内側部と熱的に分離されているため、赤外線吸収層5から接続部8を介して伝わってくる温度変化が僅かであっても、その熱はシリコン基板2の内側に逃げにくいため、温度検知部6に効率的に伝わり、結果的に、温度検知部6での温度検知を効率よく行うことができるものとなる。これは、半導体撮像装置50全体として、赤外線を高感度に検知できることを意味する。
According to the
また、本実施形態の半導体撮像装置50では、空洞部3の高さがほぼ均一となっており、図4、図5に示したような従来の構成と比較して熱流が均一化することから、赤外線を均一的に検知することができる。さらに、半導体撮像装置50はSOI基板を利用せずに製造可能であり、また、本実施形態の製造方法は従来のものと比較して比較的簡便であるため、製造コストを抑えるのに有利である。
Further, in the
また、本実施形態の構成においては温度検知部6は効率的に温度を検知することができるものであり、温度検知部6の温度分解能は0.2K程度とすることが可能である。また、温度検知部6等の回路が単結晶シリコン上に形成されている場合、回路のTCR(Temperature Coefficient of Resistance)を向上させることができる。さらに、温度検知部6が形成された単結晶の半導体層と、空洞部3より略下方(空洞部3より下方に限らず空洞部3の図示側方の部位も含む)のシリコン基板2とが電気的に接続されていることが好ましい。すなわち、P型の単結晶の半導体層とP型のシリコン基板2とが、PN分離または絶縁層による分離されることなしに、互いに接続されている場合、温度検知部6の層とシリコン基板2とが同電位となり、これにより、回路の電源を例えば下地基板から安定してとることができ、回路の安定性が確保される。また、温度検知部6の面積を小さくするのにも有利であり、したがって、熱容量が小さく高感度の赤外線イメージセンサが構成される。
In the configuration of the present embodiment, the
なお、発明は上述したような構成に限らず種々変更可能である。例えば図1の接続部8は、赤外線吸収層5とシリコン基板2の表面が直接接触したものであったが、隣接する他の部材と比べて熱伝導性がよく、熱が接続部8を介して優先的に伝わるような構成であれば、赤外線吸収層5とシリコン基板2の表面との間に他の層を介在させることも可能である。また、シリコン基板2はP+型のものに限られるものではなく、SIMOX法を用いる場合の基板のPNタイプおよび不純物濃度は任意に設定可能である。
The invention is not limited to the configuration described above, and various modifications can be made. For example, the
(第2の実施形態)
図1に示したような半導体撮像装置は、上述した工程の他にも、図3に示すような工程によっても製造することができる。以下、この製造工程について、図3を参照しつつ、具体的な製造条件を例示しながら説明する。なお、この製造工程によって製造される半導体撮像装置51(図3(e)参照)は、空洞部3上にエピタキシャルシリコン層4aが形成されていることを除き、他の構造部は図1の半導体撮像装置50と同様に構成されている。
(Second Embodiment)
The semiconductor imaging device as shown in FIG. 1 can be manufactured by a process as shown in FIG. 3 in addition to the process described above. Hereinafter, this manufacturing process will be described with reference to FIG. 3 while illustrating specific manufacturing conditions. The semiconductor imaging device 51 (see FIG. 3E) manufactured by this manufacturing process has the same structure as that of the semiconductor of FIG. 1 except that the
まず、図3(a)に示すように、シリコン基板2を用意し、イオン注入法によって基板表面にボロンを注入し、陽極化成法により基板表面の一部に、例えば厚さが10μm程度の多孔質部23を形成する。このような多孔質部23の利点としては、その多孔質部23の上に単結晶シリコンを形成できること、および、シリコン基板2に対するエッチング選択比が大きいため、後述するように多孔質部23のみを選択的に除去することができること等が挙げられる。また、多孔質部23は、除去されることによって最終的に空洞部3の輪郭形状を規定するものであるため、その上面と下面とが互いに平行になっていること、言い換えれば、多孔質部23の下面がシリコン基板2の表面と平行になっていることが好ましい。多孔質部23がこのような形状に形成されていることにより、形成される空洞部3はその高さが均一なものとなる。
First, as shown in FIG. 3A, a
なお、多孔質部23の形成条件としては次のようなものであってもよい。
8インチP型(0.013−0.017Ωcm)
化成溶液:50%HF:IPA=2:1(体積比)
電流密度:8mA/cm
電流印加時間:11min
熱処理:400℃−1h、酸素雰囲気中で低温酸化
また、シリコン基板2としては、多孔質化される部分およびその近傍のみが部分的にP型(0.013−0.017Ωcm)となっており、その他のところがP型(1−2Ωcm)またはN型(1−2Ωcm)となっているものであってもよい。
The formation conditions of the
8-inch P-type (0.013-0.017 Ωcm)
Chemical conversion solution: 50% HF: IPA = 2: 1 (volume ratio)
Current density: 8 mA / cm
Current application time: 11 min
Heat treatment: 400 ° C.-1 h, low temperature oxidation in oxygen atmosphere Further, as the
次いで、図3(b)に示すように、多孔質部23を形成したシリコン基板2に対してエピタキシャル処理を行い、多孔質部23を覆うようにして基板表面にエピタキシャルシリコン層4aを形成する。エピタキシャルシリコン層4aは、単結晶のシリコンであって、その厚さは例えば十nm〜数十μm程度に形成可能である。シリコン基板2がP+型の場合、多孔質部23上のエピタキシャルシリコン層4aを高品質に形成することができる。
Next, as shown in FIG. 3B, an epitaxial process is performed on the
なお、エピタキシャル処理は、より詳細には、次のような事前処理を行って多孔質部23の表面孔(不図示)を埋めてから実施される。まず、例えばDHF(希フッ酸)等を用いて多孔質部23表面の酸化膜(表面酸化膜、不図示)を除去する。その後、例えば水素雰囲気中で950℃−10sの表面処理を施すことで、多孔質部23の表面孔の穴埋めを行う。さらに、少量のシリコン系ガスを導入して残りの表面孔の穴埋めを行う。
In more detail, the epitaxial process is performed after filling the surface hole (not shown) of the
シリコン基板2上にエピタキシャルシリコン層4aを形成してからの工程は、図2(c)〜図2(d)で説明したものとほぼ同様に行うことができる。すなわち、図3(c)に示す工程では、温度検知部6および信号処理回路9を形成し、その後、これらの構造部を覆うようにして絶縁層7を形成する。次いで、図3(d)に示す工程では、基板最表面側に赤外線吸収層5を形成し、その後、多孔質部23まで達するコンタクトホール11を形成する。
The steps after the
次いで、図3(e)に示す工程では、コンタクトホール11を介してエッチングを行い多孔質部23を除去する。これにより、多孔質部23が除去されたところが空洞部3となり、最終的に半導体撮像素子51が完成する。多孔質部23の除去は、例えばKOHなどのアルカリエッチング溶液を用いたエッチングにより実施可能である。多孔質部23とシリコン基板2との間にはエッチングレートの差があるため、多孔質部23はシリコン基板2に比べて優先的にエッチングされる。最終的な空洞部3は、高さがほぼ均一なものとなる。また、空洞部3の天面には微小な凹凸が形成されており、このような凹凸の作用効果として、温度検知部6での赤外線の吸収効率が向上する。
Next, in the step shown in FIG. 3E, the
以上、第2の実施形態として半導体撮像装置51の製造方法の一例を説明したが、本発明は上述した工程に限られるものではなく種々変更可能である。例えば、エピタキシャルシリコン層4aは、SiGeをエピタキシャル成長させることで形成した、厚さが十nm〜数十μmのエピタキシャルSiGe層であってもよい。または、このようなエピタキシャルSiGe層を、前述したエピタキシャルシリコン層上の全体または一部分上に成膜することもできる。SiGe層の他にも、GaAs等のエピタキシャル層を形成することもできる。
As mentioned above, although an example of the manufacturing method of the semiconductor imaging device 51 was demonstrated as 2nd Embodiment, this invention is not restricted to the process mentioned above, A various change is possible. For example, the
1 熱的分離領域
2 シリコン基板
3 空洞部
4 単結晶層
5 赤外線吸収層
6 温度検知部
7 絶縁層
8 接続部
9 信号処理回路
10 フィールド酸化膜
11 コンタクトホール
13 BOX酸化膜
23 多孔質部
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記半導体基板は前記温度検知部の下方に空洞部を有し、かつ、前記空洞部はほぼ均一な高さに形成されていることを特徴とする半導体装置。 In a semiconductor device having an infrared absorbing member that absorbs infrared rays radiated from a measurement object, and a temperature detection unit that is formed on a semiconductor substrate and detects a temperature change of the infrared absorbing member,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate has a cavity below the temperature detector, and the cavity is formed at a substantially uniform height.
前記半導体基板の内部に、選択的に除去可能な犠牲層を部分的に形成する工程と、
前記犠牲層の上方の領域に前記温度検知部を形成する工程と、
前記温度検知部より上方に前記赤外線吸収部材を形成する工程と
前記半導体基板の表面側から前記犠牲層まで達するコンタクトホールを形成すると共に、前記コンタクトホールを介してエッチングを行い前記犠牲層を除去することで前記半導体基板内に空洞部を形成する工程とを有する、半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device having an infrared absorbing member that absorbs infrared rays radiated from a measurement object, and a temperature detection unit that is formed on a semiconductor substrate and detects a temperature change of the infrared absorbing member,
Partially forming a selectively removable sacrificial layer inside the semiconductor substrate;
Forming the temperature detector in a region above the sacrificial layer;
Forming the infrared absorbing member above the temperature detector; forming a contact hole reaching the sacrificial layer from the surface side of the semiconductor substrate; and removing the sacrificial layer by etching through the contact hole And a step of forming a cavity in the semiconductor substrate.
前記半導体基板の表面近傍を部分的に多孔質化して多孔質部を形成する工程と、
前記多孔質部を覆うように前記半導体基板表面にエピタキシャル単結晶半導体層を形成する工程と、
前記エピタキシャル単結晶半導体層上であって、前記多孔質部の上方の領域に前記温度検知部を形成する工程と、
前記温度検知部より上方に前記赤外線吸収部材を形成する工程と、
前記多孔質部を除去することで空洞部を形成する工程とを有する、半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device having an infrared absorbing member that absorbs infrared rays radiated from a measurement object, and a temperature detection unit that is formed on a semiconductor substrate and detects a temperature change of the infrared absorbing member,
Forming a porous portion by partially making the vicinity of the surface of the semiconductor substrate porous;
Forming an epitaxial single crystal semiconductor layer on the surface of the semiconductor substrate so as to cover the porous portion;
Forming the temperature detection part on the epitaxial single crystal semiconductor layer and in a region above the porous part;
Forming the infrared absorbing member above the temperature detection unit;
Forming the cavity by removing the porous portion.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004367611A JP2006170945A (en) | 2004-12-20 | 2004-12-20 | Semiconductor device and its manufacturing method |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2010507085A (en) * | 2006-10-20 | 2010-03-04 | アナログ・デバイシズ・インコーポレーテッド | Die temperature sensor |
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2004
- 2004-12-20 JP JP2004367611A patent/JP2006170945A/en active Pending
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