JP2006228835A

JP2006228835A - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2006228835A
Application number: JP2005038376A
Authority: JP
Inventors: Shinji Yoshida; 真治吉田; Yoshito Ikeda; 義人池田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-02-15
Filing date: 2005-02-15
Publication date: 2006-08-31

Abstract

【課題】ドライエッチングを短期間で精確かつ安価に行うことができる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】シリコン基板１０１上にシリコン酸化膜１０２（図１（ａ））、ポリシリコン層１０３（図１（ｂ））、レジスト１０４を順に形成する（図１（ｃ））。ポリシリコン層１０３を整形する（図１（ｄ））。次に、シリコン酸化膜１０２及びポリシリコン層１０３上にシリコン酸化膜を積層し、平坦化し（図１（ｅ））。シリコン窒化膜１０５を成膜する（図１（ｅ））。更に、シリコン窒化膜１０５上に赤外線検出層を形成する（図示省略）。次に、フォトリソマスク１０６を用いてメンブレンのアーム構造をパターニングする（図１（ｇ））。フッ酸を用いて犠牲層１０３表面のシリコン酸化膜を除去したのち、エッチング温度が２００℃以下の条件でフッ化塩素を用いてポリシリコン層１０３をエッチングする（図１（ｈ））。
【選択図】図１

Description

本発明は、赤外線検出素子等の半導体装置の製造方法に関し、特に、ドライエッチングによって犠牲層を除去する技術に関する。

近年、セキュリティ分野その他において小型で安価な熱型赤外線検出素子の需要が高まっている。熱型赤外線検出素子は、赤外線吸収体を含むメンブレンが形成された断熱中空構造を採っている。図６は一般的な熱型赤外線検出素子の構造を示す断面図である。図６に示されるように、熱型赤外線検出素子６はシリコン基板６０１を備え、当該シリコン基板６０１上にシリコン酸化膜６０２、６０４、熱検出膜６０６及び赤外線吸収膜６０８を順次積層した構造となっている。

赤外線吸収膜６０８は赤外線が入射すると、これを熱に変換する。すると赤外線吸収膜６０８が昇温する。熱検出膜６０６はこの昇温に応じた電気信号を、金属配線６０５を介して出力する。また、シリコン酸化膜６０２にはキャビティ６０３が形成されており、シリコン酸化膜６０４はキャビティ６０３上に張り出すように配置されている。
さて、熱検出膜６０６はシリコン酸化膜６０４と赤外線吸収膜６０８とに挟まれた状態で絶縁体６０７に囲繞されている。このようにシリコン酸化膜６０４の直下にキャビティ６０３を設けて、赤外線吸収膜６０８から熱を逃さない構造が断熱中空構造である。

断熱中空構造は、例えば、シリコン酸化膜６０２のキャビティ６０３に相当する位置に犠牲層を形成し、当該犠牲層上にシリコン酸化膜６０４を形成した後、エッチングにより犠牲層を除去することによって形成される。
犠牲層の材料としてはポリシリコンやアモルファスシリコンが使われることが多く、犠牲層の除去には等方性エッチングが要求されるため、水酸化テトラメチルアンモニウム（TMAH: tetra-methyl ammonium hydroxide）や水酸化カリウム（KOH: potassium hydroxide）等のアルカリ溶液を用いたウェットエッチングによって行なわれる。
特開２００２−３０１６９５号公報特開２００２−２９９５９６号公報

しかしながら、固体撮像装置に対する高画素化及び小型化の要請が高まり続けており、赤外線撮像装置も例外ではない。このため、個々の画素を構成するメンブレンも小型化の一途を辿っている。
さて、メンブレンが小型化されると、犠牲層をウェットエッチングした後、エッチング液を乾燥させる際に、その表面張力に依ってメンブレンが変形するスティッキング現象が生じる。このため、ウェットエッチングを用いる限り赤外線撮像装置の高画素化及び小型化には限界がある。

これに対して、ドライエッチングによって犠牲層を除去すれば、スティッキング現象が生じるおそれがない。この場合、エッチングガスとしてはフッ化キセノン（ＸｅＦ_２）が用いられる（特許文献１、２）。
このフッ化キセノンは現在、南アフリカでしか生産されておらず、１００グラム当たり数十万円もする高価なエッチング剤であり、コスト上昇の原因となっている。

また、フッ化キセノンは常温で固体状態をとるため、減圧、昇華させなければエッチングガスとして使用することができない。従って、フッ化キセノンの流量を増やしてエッチングレートを上げるのには限界があり、赤外線検出素子の工期延長の一因となっている。
さらに、犠牲層の表面には熱やプロセスに起因する酸化膜が形成されていることがあり、犠牲層をエッチングする際、この酸化膜のエッチングにかなりの時間を要するため、この間にメンブレンもエッチングされメンブレン形状に異常を来たす原因となっている。

このような問題は赤外線検出素子以外の半導体素子、特にＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子を製造する際にも共通して存在し得る。
本発明は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、ドライエッチングを短期間で精確かつ安価に行うことができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上にシリコン膜を形成するシリコン膜形成工程と、三フッ化塩素を含むエッチングガスにて、シリコン膜をエッチングするエッチング工程と、を含み、エッチング温度が三フッ化塩素の沸点以上で、かつ、２００℃以下であることを特徴とする。

このように、三フッ化塩素（ＣｌＦ_３。以下、単に「フッ化塩素」という。）を適切な条件でドライエッチングに用いれば、高いエッチングレートを実現して工期を短縮することができる。また、フッ化塩素は常温で気体であるので、エッチング時にフッ化塩素の流量を増やしてエッチングレートを向上させることができる。従って、これによっても工期を短縮することができる。

また、フッ化塩素を用いれば高いエッチング選択比を得ることができるので高い加工精度を実現することができる。更に、フッ化塩素は１００ｇ当たり数千円とフッ化キセノンの１００分の１ほどで入手することができるので半導体装置のコストを低減することができる。例えば、犠牲層としてシリコン膜を用いてＭＥＭＳ素子等の半導体装置を製造する際に本発明は有効である。

この場合において、半導体基板上に支持される絶縁膜であって、かつ、シリコン膜の一部を露出させる絶縁膜をシリコン膜上に形成する絶縁膜形成工程を含み、シリコン膜はポリシリコン又はアモルファスシリコンからなり、絶縁膜はシリコン酸化物又はシリコン窒化物からなるとすれば、特に有効である。何故ならば、エッチング温度が２００℃を超えると、フッ化塩素によるシリコン窒化物のエッチングレートが高くなるので、絶縁膜の形状が変化して加工精度を確保することができない。これに対して、本発明においては、エッチングレートを２００℃以下とするので、絶縁膜の材料にシリコン窒化物を用いても絶縁膜の加工精度を確保することができる。

また、エッチング時における三フッ化塩素の分圧が０．０１Ｔｏｒｒであるとしても良い。
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上にシリコン膜を形成するシリコン膜形成工程と、三フッ化塩素を含むエッチングガスにて、シリコン膜をエッチングするエッチング工程と、を含み、エッチング時における三フッ化塩素の分圧は０．０１Ｔｏｒｒ以上で、かつ、三フッ化塩素の飽和蒸気圧を超えない範囲内であることを特徴とする。

このような条件で、フッ化塩素をドライエッチングに用いれば、上述のように、半導体装置の工期を短縮し、高い加工精度を実現し、かつ、製造コストを低減することができる。
この場合において、半導体基板上に支持される絶縁膜であって、かつ、シリコン膜の一部を露出させる絶縁膜をシリコン膜上に形成する絶縁膜形成工程を含み、シリコン膜はポリシリコン又はアモルファスシリコンからなり、絶縁膜はシリコン酸化物又はシリコン窒化物からなるとしても良い。また、エッチング温度が２５℃であるとすれば好適である。

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上にシリコン膜を形成するシリコン膜形成工程と、半導体基板上に支持される絶縁膜であって、かつ、シリコン膜の一部を露出させる絶縁膜をシリコン膜上に形成する絶縁膜形成工程と、パターニング工程によって露出したシリコン膜の表面に形成された酸化膜を除去する酸化膜除去工程と、三フッ化塩素を含むエッチングガスにて、シリコン膜をエッチングするエッチング工程とを含むことを特徴とする。

シリコン膜と酸化膜とではフッ化塩素によるエッチングレートが著しく異なるため、シリコン膜の表面に酸化膜が形成されているとシリコン膜を除去するために要するエッチング時間を特定するのが難しい。これに起因して、エッチング時間が短すぎるとシリコン膜が除去されずに残ったり、エッチング時間が長すぎると絶縁膜等、半導体装置のエッチングされるべきでない部分までもがエッチングされてしまったりすると、十分な加工精度を確保することができない。

このような問題に対して、本発明のようにシリコン膜のエッチングに先立って、シリコン膜の表面に形成された酸化膜を除去すれば、シリコン膜のエッチングに要する時間を精度良く特定することができるので、半導体装置の加工精度を確保することができる。
この場合において、酸化膜除去工程は、フッ酸を用いてシリコン酸化膜を除去しても良い。また、シリコン膜はポリシリコン又はアモルファスシリコンからなり、絶縁膜はシリコン酸化物又はシリコン窒化物からなるとしても良い。

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、エッチングガスは、シリコン膜の材料と絶縁膜の材料との双方に対して化学的に不活性な気体が混合されてなることを特徴とする。このようにすれば、エッチングガスの流量を増やすことができるので、エッチングレートを向上させて半導体装置の工期を短縮することができる。
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上にシリコンからなるシリコン膜を形成するシリコン膜形成工程と、三フッ化窒素を含むエッチングガスにて、シリコン膜をエッチングするエッチング工程とを含むことを特徴とする。このようにしても、シリコン膜のドライエッチングを短期間で精確かつ安価に行うことができる。

この場合において、エッチング温度が３００℃以上であるとすれば、なお好適である。エッチングレートを向上させて、シリコン膜の除去に要する時間を短縮することができるからである。
また、エッチングガスはフッ素が混合されてなるとしても良い。このようにすれば、等方性エッチングと垂直方向のエッチングとの両方を同時に行うことができるからである。この場合において、エッチング温度を調節することによって等方性エッチングのエッチングレートを調整することもできるので、シリコン膜の形状に応じて加工精度の高いエッチングを実現することができる。

また、半導体基板上に支持される絶縁膜であって、かつ、シリコン膜の一部を露出させる絶縁膜をシリコン膜上に形成する絶縁膜形成工程を含み、シリコン膜はポリシリコン又はアモルファスシリコンからなり、絶縁膜はシリコン酸化物又はシリコン窒化物からなるとすれば、犠牲層を用いて製造されるＭＥＭＳ素子のような半導体装置の製造方法として好適である。

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上にメンブレンが架空された中空構造を有する半導体装置の製造方法であって、半導体基板上にシリコン酸化膜を形成する第１のシリコン酸化膜形成工程と、シリコン酸化膜上に第１のシリコン膜を形成するシリコン膜形成工程と、シリコン膜を整形する第１の整形工程と、シリコン酸化膜とシリコン膜との上に第２のシリコン酸化膜を形成する第２のシリコン酸化膜形成工程と、第２のシリコン酸化膜の上面を平坦化する平坦化工程と、第２のシリコン酸化膜上にメンブレンを形成するメンブレン形成工程と、メンブレンと第２のシリコン酸化膜とを整形して、シリコン膜を露出させる第２の整形工程と、三フッ化塩素又は三フッ化窒素を含むエッチングガスにて、シリコン膜をエッチングするエッチング工程とを含むことを特徴とする。このようにすれば、例えば、断熱中空構造を有する熱型赤外線検出素子や熱方赤外線検出素子を用いた赤外線撮像装置のような半導体装置を短期間に高い加工精度で、かつ低コストで製造することができる。

以下、本発明に係る半導体装置の製造方法の実施の形態について、赤外線検出素子の製造方法を例にとり、図面を参照しながら説明する。
［１］第１の実施の形態
本発明の第１の実施の形態に係る赤外線検出素子の製造方法はエッチングガスとしてフッ化キセノンに代えて三フッ化塩素（ＣｌＦ_３。以下、単に「フッ化塩素」という。）。を用いることを特徴とする。

（１）赤外線検出素子の製造工程
図１は、本実施の形態に係る赤外線検出素子の製造方法の諸工程を示す図である。当該工程は図１（ａ）から（ｈ）へ向かう順に進む。本実施の形態に係る赤外線検出素子は図６に示した従来技術に係る赤外線検出素子と同様の構造を有している。
先ず、シリコン基板１０１上にシリコン酸化膜１０２、ポリシリコン層１０３、レジスト１０４を順次成膜し（図１（ａ））、ドライエッチング又はウェットエッチングによってポリシリコン層１０３が犠牲層の形状となるように整形する（図１（ｂ））。

次に、シリコン酸化膜１０２及びポリシリコン層１０３上にシリコン酸化膜を積層した後、化学・機械的研磨法（CMP: Chemical Mechanical Polishing）によってシリコン酸化膜を平坦化する（図１（ｃ））。そして、シリコン酸化膜１０２上に窒化シリコンを積層して、シリコン窒化膜１０５を成膜する（図１（ｄ））。更に、シリコン窒化膜１０５上に赤外線検出層を形成する（図示省略）。赤外線検出層は、前述したような赤外線吸収膜や熱検出膜、絶縁膜、金属配線からなっている。

次に、フォトリソマスク１０６を用いたフォトリソグラフィ法によってメンブレンのアーム構造をパターニングする（図１（ｅ））。シリコン窒化膜等によって覆われていたポリシリコン層１０３が、このパターニングによって一部露出する（図１（ｆ））。
さて、酸素アッシング（Oxygen Ashing）によってレジスト１０４を除去したり、シリコン窒化膜１０５をパターニングしたりすると、ポリシリコン層１０３の表面にシリコン酸化膜１０７が形成される。このシリコン酸化膜１０７はポリシリコン層１０３の露出部分にも形成され得る。従って、ポリシリコン層１０３を除去する際には、先ず、その表面に形成されたシリコン酸化膜１０７を除去しなければならない。なぜならば、シリコン酸化物とポリシリコンとではフッ化塩素によるエッチングレートが著しく異なるため、シリコン酸化膜１０７が残っているとポリシリコン層１０３を除去するのに必要なエッチング時間を正確に見積もることが困難となるからである。

その結果、エッチング時間が不適切だと、ポリシリコン層１０３をエッチングした後にシリコン酸化膜１０７が残留して不良の原因になったり、エッチングレートがばらついてポリシリコン層１０３のエッチング残りが発生したりする。このため、本実施の形態においては、フッ酸（ＨＦ）を用いたウェットエッチングによって、ポリシリコン層１０３の表面に形成されたシリコン酸化膜１０７を除去する。

なお、ポリシリコン層１０３表面にできるシリコン酸化膜１０７が自然酸化膜ならばその厚さは１ｎｍから３ｎｍ程度であるが、酸素アッシング等のプロセスに起因してできる場合には厚さが３０ｎｍ程度にもなることを考慮して、本実施の形態では厚さ３０ｎｍ程度を目途にシリコン酸化膜１０７を除去する。
そして、フッ化塩素をエッチングガスとするドライエッチングによってポリシリコン層１０３を除去して、キャビティ１０８を形成する（図１（ｈ））。上述のようにポリシリコン層１０３の表面に形成されたシリコン酸化膜が除去されているので、ポリシリコン層１０３を除去するためのエッチング時間を正確に見積もることができる。従って、ポリシリコン層１０３を余すところ無く除去することができ、また、メンブレンがエッチングされるのを最小限に留めることができる。

（２）フッ化塩素の使用条件
次に、本実施の形態に係る赤外線検出素子の製造方法におけるフッ化塩素の使用条件について説明する。
（ａ）エッチング温度
先ず、フッ化塩素を使用する際のエッチング温度について説明する。ここで、エッチング温度とはエッチング時のエッチングチャンバ内の温度及び基板温度をいう。図２は、ポリシリコン、窒化シリコン（ＳｉＮ）及び二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）に関するフッ化塩素のエッチングレートの温度による変化を示すグラフである。図２において、グラフ２０１はポリシリコンのエッチングレートを示し、また、グラフ２０２、２０３はそれぞれ窒化シリコン、二酸化シリコンのエッチングレートを示す。エッチングチャンバ内におけるフッ化塩素の分圧は１０Ｔｏｒｒである。

図２に示されるように、ポリシリコンのエッチングレートは、エッチング温度が３０℃から約２５０℃までの間は８μｍ／分から１０μｍ／分とエッチング温度が高いほど高くなる。また、エッチング温度が約２５０℃を超えるとポリシリコンのエッチングレートの伸びは鈍化する（グラフ２０１）。
窒化シリコンのエッチングレートはエッチング温度が約２００℃以下では数ｎｍ／分とほぼ無視できる水準に留まっているが、約２００℃を超えるとエッチングレートが１０ｎｍ／分を超え無視できない水準に達し、更に高くなり続ける（グラフ２０２）。二酸化シリコンのエッチングレートはエッチング温度の高低に関わらず無視できる水準に留まり続ける（グラフ２０３）。すなわち、二酸化シリコンはエッチング温度に依らずフッ化塩素にはほとんどエッチングされない。

従って、メンブレン材料として窒化シリコンを用いる場合にはエッチング温度を２００℃以下とするのが望ましい。また、エッチングガスとして使用するためにはフッ化塩素が気体状態である必要があるので、エッチング温度はフッ化塩素の沸点（約１２℃）以上であるのが望ましい。
なお、フッ化塩素によるアモルファスシリコンのエッチングレートはポリシリコンのエッチングレートとほぼ同等である。また、フッ化塩素による単結晶シリコンのエッチングレートはポリシリコンのエッチングレートの半分から１０分の１程度と低い。このため、犠牲層の材料としてはポリシリコン又はアモルファスシリコンを用いるのが望ましい。

また、エッチング選択比についても、図２から明らかなように、２００℃以下の範囲内であれば、フッ化塩素によるポリシリコンに対する二酸化シリコンや窒化シリコンのエッチング選択比は、犠牲層の除去に供するエッチングガスとして十分高い。また、エッチング温度が高いほどエッチング選択比も高くなる。
（ｂ）エッチング時のフッ化塩素の分圧
次に、フッ化塩素を使用する際のエッチングチャンバ内のフッ化塩素の分圧について説明する。図３はエッチングチャンバ内におけるフッ化塩素の分圧とエッチングレートとの関係を示すグラフである。図３において、縦軸はエッチングレートを示し、横軸はフッ化塩素の分圧を示す。また、グラフ３０１はポリシリコンのエッチングレートを示し、グラフ３０２は二酸化シリコンのエッチングレートを示す。温度条件は２５℃である。また、エッチングガスとして、フッ化塩素とアルゴン（Ａｒ）を１：９の割合で混合したガスを用いた。

図３に示されるように、ポリシリコンのエッチングレートはフッ化塩素の分圧が０．０１Ｔｏｒｒから１００Ｔｏｒｒへと高まるに従って、２μｍ／分から１０μｍ／分へと上昇する（グラフ３０１）。また、二酸化シリコンのエッチングレートはフッ化塩素の分圧に関わらず、無視できる水準に留まるので、フッ化塩素の分圧が０．０１Ｔｏｒｒ以上であれば十分なエッチング選択比を得ることができる。一方、フッ化塩素の分圧が０．０１Ｔｏｒｒを下回ると犠牲層表面に付着した水素（Ｈ_２）や酸化膜に阻害されて、犠牲層をエッチングすることができない。

また、犠牲層を除去する際には、シリコン基板の主面に平行な方向についてもエッチングが必要となるところ、かかるエッチングを行なう際には、フッ化塩素の分圧を一定値以上にしなければ、化学種が不足してエッチングレートが低下する。
以上の点を考慮すれば、フッ化塩素の分圧が０．０１Ｔｏｒｒ以上であるのが望ましいと結論される。ただし、フッ化塩素の分圧が飽和蒸気圧を超えるとフッ化塩素が液化するため、飽和蒸気圧を超えないようにしなければならない。

（３）フッ化キセノンとの比較
前述のようにフッ化キセノンは高価であるので、フッ化キセノンを用いてエッチングを行う際にはパルス方式エッチングが採用される。すなわち、通常のドライエッチングにおいては、エッチングガスを導入口から導入し、かつ排気口から廃棄し続けながらエッチングが行なわれる。一方、パルス方式エッチングにおいては、導入口と排気口との双方を閉鎖してエッチングチャンバ内を密閉状態としてエッチングガスを封入することによりエッチングが行なわれる。パルス方式エッチングはエッチングチャンバ内に封入したエッチングガスが消費され尽くすまで行なわれるので、エッチング時間が著しく長くなるという欠点がある。

また、フッ化キセノンはエッチングチャンバ内を減圧しなければエッチングガスとして用いることができないので、エッチングチャンバ内の圧力を高めてエッチングレートを向上させることもできない。このため、犠牲層の除去にフッ化キセノンを用いるとエッチング時間を短縮することができない。
更に、フッ化キセノンはポリシリコンについて常温において約０．５μｍから３μｍ程度のエッチングレートを示し、また、ポリシリコンに対する窒化シリコンや二酸化シリコンのエッチング選択比は約１０００：１である。従って、ポリシリコンからなる犠牲層を５０μｍエッチングすると、窒化シリコンや二酸化シリコンからなるメンブレンは５００ｎｍも侵食されてしまう。一般的に、赤外線検出素子を構成するメンブレンは１０μｍから１００μｍ角程度の大きさを有するので、５００ｎｍもの侵食は無視できない大きさでありメンブレンの寸法精度を著しく損なう。

また、エッチング温度を高くすることによってポリシリコンのエッチングレートを向上させることはできるが、メンブレンのエッチングレートも上昇して、エッチング選択比が悪化するため実用に耐えない。
一方、フッ化塩素は安価であり、常温常圧で気体であるので、通常通り導入口から導入し排気口から排出し続けながらエッチングを進めることができる。また、エッチングチャンバ内の圧力を１００Ｔｏｒｒまで上げてもフッ化塩素は気体状態を保ち続けるので、エッチングチャンバ内の圧力を上げてエッチングレートを向上させることもできる。

フッ化塩素は、二酸化シリコンとは反応せず、ポリシリコンと二酸化シリコンとのエッチング選択比が事実上無限大であるという意味においては、犠牲層のエッチングに極めて適していると言える。
一方、フッ化塩素は窒化シリコンや金属については極めて小さいながらエッチングレートを有するので、窒化シリコン層や金属配線等を有する半導体装置のエッチングガスとして有用視されていない。

しかしながら、本発明者らが確認したところに依れば、フッ化塩素はモリブデン（Ｍｏ）についてはエッチングレートが高く、モリブデンを用いた半導体装置のエッチングには適用できないが、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）については、エッチング条件を選択することによってフッ化塩素による侵食を回避することができる。すなわち、上述のようなエッチング条件を採用することによって赤外線検出素子の犠牲層のエッチングに適用すれば、高いエッチングレートとエッチング選択比とを実現して、赤外線検出素子を短期間で精確かつ安価に製造することができる。

［２］第２の実施の形態
本実施の形態に係る赤外線検出素子の製造方法は、上記第１の実施の形態に係る赤外線検出素子の製造方法と概ね同様の製造工程をとる一方、エッチングガスとして三フッ化窒素（ＮＦ_３。以下、単に「フッ化窒素」という。）を用いる点において相違する。従って、以下では専らフッ化窒素の使用条件について説明する。

フッ化窒素は、３００℃以上でなければシリコンと反応しないので、エッチング温度を３００℃以上とするかプラズマ化する必要がある。この条件の下では、フッ化窒素はポリシリコンについて１μｍ／分から５μｍ／分程度と高いエッチングレートを示す。
また、フッ化窒素は、高温プラズマ状態においてバイアス電圧を印加すると、電界方向について１０μｍ以上と更に高いエッチングレートを示す。

更に、フッ化窒素は、フッ素（Ｆ_２）と混合して用いれば、エッチング温度が３００℃以下であってもフッ素分子がシリコン表面において不均一反応を起こすので、ポリシリコンをエッチングすることができる。
図４はフッ化塩素のエッチングレートの温度による変化を示すグラフである。図４において、縦軸はエッチングレートを示し、横軸はエッチング温度を示す。また、グラフ４０１はフッ化塩素にフッ素を５％添加した混合ガスのエッチングレートを示し、グラフ４０２はフッ化塩素のみを用いた場合のエッチングレートを示す。エッチングチャンバ内のフッ化塩素の分圧は３０Ｔｏｒｒである。

図４に示されるように、エッチング温度が概ね３００℃を境として低温側、すなわち、エッチング温度が約３０℃から約３００℃までの範囲内ではフッ素が主体となった等方エッチングのみが行われ（グラフ４０１）、概ね同程度のエッチングレートが保たれる。一方、エッチング温度が３００℃以下ではフッ化窒素はエッチングに実質上寄与しない（グラフ４０２）。

エッチング温度が３００℃を超えると、フッ素が添加されているか否かに関わらず、エッチング温度が高いほどフッ化窒素のエッチングレートが高くなる。従って、エッチング温度が３００℃以上では、電界を印加することによって高速の異方性エッチングを前記等方エッチングと併せて行うことができる。
この場合において、異方性エッチングのエッチングレートはエッチング温度を変えることによって調整することができる。従って、かかる混合ガスを用いれば、メンブレンの構造が複雑な場合であっても、何れの方向へも均一にエッチングすることができ、かつ高いエッチングレートを実現することができる。

［３］変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
（１）上記実施の形態においては、断熱中空構造としてシリコン基板６０１にキャビティ６０４を設けた赤外線検出素子を製造する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。

図５は、本変形例に係る赤外線検出素子の構造を示す外観斜視図である。図５に示されるように、赤外線検出素子５はシリコン基板５０３上に支持脚５０２ａ、５０２ｂを介してメンブレン５０１を搭載した構造となっている。メンブレン５０１は、上記実施の形態と同様に、赤外線を熱に変換した後、熱量に応じた電気信号を生成する。支持脚５０２ａ、５０２ｂは電気配線を兼ねており、メンブレン５０１が生成した電気信号は支持脚５０２ａ、５０２ｂを介して取り出される。

このような赤外線検出素子を形成するには、先ず、シリコン基板５０３上に犠牲層を形成し、当該犠牲層の上部にメンブレンを形成する。そして、上述のように、フッ化塩素又はフッ化窒素をエッチングガスとするドライエッチングによって犠牲層を除去する。
図６に示される断熱中空構造ではシリコン基板６０１のメンブレンの直ぐ下にキャビティ６０４を設けるので、キャビティ６０４たるべき位置にトランジスタ等の回路素子を配設することができない。

一方、本変形例によれば、シリコン基板にキャビティを設ける必要がないので、メンブレンを配設する位置に関わらず回路素子を配置することができる。その意味において設計の自由度が高い。
（２）上記実施の形態においては、特に詳述しなかったが、赤外線検出素子を構成する各層の材料としては、例えば、以下が挙げられる。

すなわち、赤外線吸収膜６０８としては、ニクロム合金、窒化チタン、窒化バナジウム、多孔質クロム薄膜、或いは金黒膜を用いれば良い。また、熱検出膜６０６には、酸化バナジウム、ポリシリコン、アモルファスシリコン等のボロメータ薄膜材料を用いれば良い。また、熱検出膜６０６を支持する部材としては、シリコン酸化膜６０４に代えてシリコン窒化膜等の絶縁体材料を用いても良い。更に、犠牲層の材料としては、上述のように、ポリシリコンやアモルファスシリコンを用いれば良い。

このような材料を用いれば、フッ化塩素やフッ化窒素を用いてドライエッチングを行う際の犠牲層とメンブレンとの間のエッチング選択比を高めることができ、かつ、高いエッチングレートを実現することができるので、メンブレンの加工精度を確保しながら、エッチングに要する時間を短縮することができる。
（３）上記実施の形態においては、専ら赤外線検出素子を例にとって説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、赤外線検出素子以外の半導体装置に本発明を適用しても良い。

特に、製造工程において犠牲層を形成し、当該犠牲層をエッチングして形成されるＭＥＭＳ素子を製造する際に本発明を適用すれば同様の効果を得ることができる。この場合において、各部材には変形例（２）に述べた材料を用いるのが好ましい。
（４）上記実施の形態においては、メンブレンの材料として二酸化シリコンと窒化シリコンとを挙げたが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、他のシリコン酸化物（Ｓｉ_ｘＯ_ｙ）やシリコン窒化物（ＳｉＮ_ｘ）をメンブレンの材料に用いても良い。

（５）上記実施の形態においては、専ら赤外線検出素子を例にとって説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、赤外線検出素子が複数配列された赤外線撮像装置に本発明を適用しても良い。本発明によれば、メンブレンの加工精度を向上させることができるので、赤外線撮像装置の画素間でメンブレンの寸法をより均一にすることができるので、赤外線撮像装置の画質を向上させることができる。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、赤外線検出素子等の半導体装置の製造方法、特に、ドライエッチングによって犠牲層を除去する技術として有用である。

本発明の実施の形態に係る赤外線検出素子の製造方法の諸工程を示す図である。ポリシリコン、窒化シリコン及び二酸化シリコンに関するフッ化塩素のエッチングレートに温度による変化を示すグラフである。エッチングチャンバ内におけるフッ化塩素の分圧とエッチングレートとの関係を示すグラフである。フッ化塩素のエッチングレートの温度による変化を示すグラフである。本発明の変形例（１）に係る赤外線検出素子の構造を示す外観斜視図である。一般的な赤外線検出素子の構造を示す断面図である。

符号の説明

５………………………赤外線検出素子
６………………………熱型赤外線検出素子
１０１…………………シリコン基板
１０２…………………シリコン酸化膜
１０３…………………ポリシリコン層
１０４…………………レジスト
１０５…………………シリコン窒化膜
１０６…………………フォトリソマスク
２０１…………………ポリシリコンのエッチングレートを示すグラフ
２０２…………………窒化シリコンのエッチングレートを示すグラフ
２０３…………………二酸化シリコンのエッチングレートを示すグラフ
３０１…………………ポリシリコンのエッチングレートを示すグラフ
３０２…………………二酸化シリコンのエッチングレートを示すグラフ
４０１…………………混合ガスのエッチングレートを示すグラフ
４０２…………………フッ化塩素のみのエッチングレートを示すグラフ
５０１…………………メンブレン
５０２ａ、５０２ｂ…支持脚
５０３…………………シリコン基板
６０１…………………シリコン基板
６０２、６０４………シリコン酸化膜
６０３…………………キャビティ
６０５…………………金属配線
６０６…………………熱検出膜
６０７…………………絶縁体
６０８…………………赤外線吸収膜

Claims

半導体基板上にシリコン膜を形成するシリコン膜形成工程と、
三フッ化塩素を含むエッチングガスにて、シリコン膜をエッチングするエッチング工程と、を含み、
エッチング温度が三フッ化塩素の沸点以上で、かつ、２００℃以下である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
半導体基板上に支持される絶縁膜であって、かつ、シリコン膜の一部を露出させる絶縁膜をシリコン膜上に形成する絶縁膜形成工程を含み、
シリコン膜はポリシリコン又はアモルファスシリコンからなり、絶縁膜はシリコン酸化物又はシリコン窒化物からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
エッチング時における三フッ化塩素の分圧が０．０１Ｔｏｒｒである
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
半導体基板上にシリコン膜を形成するシリコン膜形成工程と、
三フッ化塩素を含むエッチングガスにて、シリコン膜をエッチングするエッチング工程と、を含み、
エッチング時における三フッ化塩素の分圧は０．０１Ｔｏｒｒ以上で、かつ、三フッ化塩素の飽和蒸気圧を超えない範囲内である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
半導体基板上に支持される絶縁膜であって、かつ、シリコン膜の一部を露出させる絶縁膜をシリコン膜上に形成する絶縁膜形成工程を含み、
シリコン膜はポリシリコン又はアモルファスシリコンからなり、絶縁膜はシリコン酸化物又はシリコン窒化物からなる
ことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
エッチング温度が２５℃である
ことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
半導体基板上にシリコン膜を形成するシリコン膜形成工程と、
半導体基板上に支持される絶縁膜であって、かつ、シリコン膜の一部を露出させる絶縁膜をシリコン膜上に形成する絶縁膜形成工程と、
パターニング工程によって露出したシリコン膜の表面に形成された酸化膜を除去する酸化膜除去工程と、
三フッ化塩素を含むエッチングガスにて、シリコン膜をエッチングするエッチング工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
酸化膜除去工程は、フッ酸を用いてシリコン酸化膜を除去する
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
シリコン膜はポリシリコン又はアモルファスシリコンからなり、絶縁膜はシリコン酸化物又はシリコン窒化物からなる
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
エッチングガスは、シリコン膜の材料と絶縁膜の材料との双方に対して化学的に不活性な気体が混合されてなる
ことを特徴とする請求項１、４、７の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
半導体基板上にシリコンからなるシリコン膜を形成するシリコン膜形成工程と、
三フッ化窒素を含むエッチングガスにて、シリコン膜をエッチングするエッチング工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
エッチング温度が３００℃以上である
ことを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
エッチングガスはフッ素が混合されてなる
ことを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
半導体基板上に支持される絶縁膜であって、かつ、シリコン膜の一部を露出させる絶縁膜をシリコン膜上に形成する絶縁膜形成工程を含み、
シリコン膜はポリシリコン又はアモルファスシリコンからなり、絶縁膜はシリコン酸化物又はシリコン窒化物からなる
ことを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
半導体基板上にメンブレンが架空された中空構造を有する半導体装置の製造方法であって、
半導体基板上にシリコン酸化膜を形成する第１のシリコン酸化膜形成工程と、
シリコン酸化膜上に第１のシリコン膜を形成するシリコン膜形成工程と、
シリコン膜を整形する第１の整形工程と、
シリコン酸化膜とシリコン膜との上に第２のシリコン酸化膜を形成する第２のシリコン酸化膜形成工程と、
第２のシリコン酸化膜の上面を平坦化する平坦化工程と、
第２のシリコン酸化膜上にメンブレンを形成するメンブレン形成工程と、
メンブレンと第２のシリコン酸化膜とを整形して、シリコン膜を露出させる第２の整形工程と、
三フッ化塩素又は三フッ化窒素を含むエッチングガスにて、シリコン膜をエッチングするエッチング工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。