JP2007103525A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体装置及びその製造方法において、簡易な電極構造によって平面化・小型化が容易であると共に、より簡便な構造で低コストなセンサ構造を得ること。
【解決手段】 半導体基板１と、半導体基板１の表面に形成され溝部２で少なくとも２つに分離された誘電体層３と、分離された各誘電体層３上に形成された電極４と、を備えている。この簡易な構成により、入射光の強度、ガス濃度、温度及び湿度のいずれの変動に対しても電極４間で電気的特性の変化を得ることができ、低コストなセンサとして対応することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、光センサ、温度センサ又はガスセンサ等に好適な半導体装置及びその製造方法に関する。

半導体技術を用いたセンサ装置としては、例えば光センサ（受光素子）、ガスセンサ及び温度センサ等が開発・利用されている。従来、光センサとしては、積層方式（特許文献１から３参照）、櫛形電極方式（特許文献４及び５参照）、ＦＥＴ方式（特許文献６及び７参照）、ｐｎ接合方式（特許文献８から１０参照）、複合方式（特許文献１１及び１２参照）等が用いられている。

上記積層方式では、光吸収層を下部電極と上部電極とが挟んだ構造であり、電極を透過或いは断面方向からの入射光に応答する光に応答する構造となっている。また、上記櫛形電極方式では、光吸収層の上部に櫛形に対になる形に作り込んだ電極を配する構造となっている。また、上記ＦＥＴ方式、ｐｎ接合方式及び複合方式等では、不純物層や絶縁層等を複雑に組み合わせた構造となっている。

また、ガスセンサとしては、半導体方式（特許文献１３参照）やＭＩＳＦＥＴ方式（特許文献１４参照）等がある。これらの構造は、いずれも半導体層上に電極をオーミック接合させて電気的特性を検出している。

特開平９−２３７９１３号公報 特開２００１−５７４４０号公報 特開２００１−２９８２１０号公報 特開平７−２３１１０６号公報 特開２００２−１００７９９号公報 特開平５−４８１４２号公報 特開平１０−２４２４８５号公報 特開平１１−７４４９８号公報 特開２００２−３１４１１７号公報 特開２００３−２３１７３号公報 特開平６−２１４２４号公報 特開２００２−２６３７２号公報 特開２００５−１６４５６６号公報 特開平９−３１８５６９号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
従来の光センサでは、積層方式においては構造的に比較的単純であるが、電極を透過する光に応答するため効率が悪く、電極の構造的な制約から平面化が難しいという不都合があった。また、櫛形電極方式では、電極形状が複雑であり密着性や寸法精度等の制約があると共に小型化が難しいという不都合がある。また、ＦＥＴ方式、ｐｎ接合方式及び複合方式等では、不純物濃度制御、フォトリソグラフィ技術等を用いた高精度な半導体製造技術及び設備等を用いるため、製造工程が難しくコストがかかるという不都合があった。また、製造工程上、加熱温度等の制約が少なからずあるという不都合もある。
また、従来のガスセンサでは、比較的単純な構造でも動作するが、より簡便で低コストなセンサ構造が要望されている。
さらに、従来の光センサ及びガスセンサ等では、その電極構造において、半導体層と電極とをオーミック接合させることで電気的特性を検出しているが、接合状態や接合形状の制御、製造工程上の制約等がある。例えば、不純物の拡散等を考慮する必要があり、バリア層等を設ける対策を施したり、密着性の改善等を考慮する必要があり、バッファ層等を設ける対策が施される。このため、より簡便な素子構造及び製造技術が求められている。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、簡易な電極構造によって平面化・小型化が容易であると共に、より簡便な構造で低コストなセンサ構造を有する半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、半導体素子の新規構造について研究を進めたところ、新規かつ簡易な構造で種々のセンサ機能を有する構造を見出した。すなわち、従来、基本的に絶縁層上の電極間は絶縁状態にあり、絶縁層上に分離された電極間から電気信号を取り出すことはできないが、誘電体層に溝部を設けて分離すると、誘電体層上の電極間で電荷の移動が可能になることを見出した。
したがって、本発明は、上記知見から得られたものであり、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。

すなわち、本発明の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の表面に形成され溝部で少なくとも２つに分離された誘電体層と、前記分離された各誘電体層上に形成された電極と、を備えていることを特徴とする。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面に誘電体層を形成する工程と、前記誘電体層に溝部を形成して少なくとも２つに分離する工程と、前記分離された各誘電体層上に電極を形成する工程と、を有することを特徴とする。

これらの半導体装置及びその製造方法では、半導体基板表面に溝部で分離された誘電体層上に電極が形成されるので、後述するように、入射光の強度、ガス濃度、温度及び湿度のいずれの変動に対しても電極間で電気的特性（電極間の抵抗値、電圧値、電流値又は誘電率等）の変化を得ることができ、簡易な電極構造によって平面化・小型化が容易であると共に低コストに種々のセンサとして機能することができる。なお、この電気的特性の変化は、電荷が半導体内部若しくは半導体表面又は半導体基板と誘電体層との界面等に発生し、溝部の表面周辺等を移動することに起因すると思われる。このため、溝部の深さ及び幅、電極の形状・寸法、半導体や誘電体の材質及び厚さ等の特性によって電極間の電気的特性（整流性を含む）を調整することができる。
また、光センサとして採用する場合には、裏面からの入射光にも応答感度があり、この場合、電極透過による損失を受けずに高効率な受光感度を得ることができる。さらに、自然酸化膜を透過する形でも応答感度がある。

また、本発明の半導体装置は、前記半導体基板の表面が、シリコンで形成されており、前記誘電体層が、酸化シリコン膜であることを特徴とする。すなわち、この半導体装置では、半導体基板表面がシリコンであると共に誘電体層が酸化シリコン膜であるので、安価で安定した材料であるシリコン及び酸化シリコン膜で構成することができ、より低コストで安定性の高いセンサ装置を得ることができる。

また、本発明の半導体装置は、前記半導体基板が、絶縁性基板と、前記絶縁性基板上に形成された半導体層と、で構成されていることを特徴とする。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁性基板上に半導体層を形成して前記半導体基板を作製することを特徴とする。
すなわち、これらの半導体装置及びその製造方法では、半導体基板が、絶縁性基板と半導体層とからなる積層構造とされるので、絶縁性基板として安価なガラス基板等を採用し、半導体層としてアモルファスシリコン等の堆積可能な半導体材料を採用することができ、より低コストに作製することができる。また、積層技術を用いているので、集積化が容易である。

また、本発明の半導体装置は、前記溝部内に入射光の透過性制御を行う光機能性膜が形成されていることを特徴とする。すなわち、この半導体装置では、溝部内に入射光の透過性制御を行う光機能性膜が形成されているので、特定波長の入射光に対して透過率の高い光機能性膜を採用すれば、特定波長に対する高感度な光センサとして機能させることができる。

また、本発明の半導体装置は、前記溝部内に雰囲気ガスの透過性制御を行うガス機能性膜が形成されていることを特徴とする。すなわち、この半導体装置では、溝部内に雰囲気ガスの透過性制御を行うガス機能性膜が形成されているので、特定のガス種に対して透過性の高いガス機能性膜を採用すれば、特定ガスに対する高感度なガスセンサとして機能させることができる。

また、本発明の半導体装置は、互いに対向した前記電極が、前記溝部を挟んで非対称に形成されていることを特徴とする。すなわち、この半導体装置では、一対の電極が、溝部を挟んで非対称に形成されているので、両電極の形状に起因して電荷発生量に差が生じるため、電荷の印加方向に応じて方向性が表れる。したがって、電圧の印加方向に応じて測定値が異なり、電荷の動き易さに方向性が生じることから、これを利用した整流効果や起電力を有する素子として適用可能である。

また、本発明の半導体装置は、前記電極上に実装用のバンプが形成されていることを特徴とすることを特徴とする。すなわち、この半導体装置では、電極上に実装用のバンプが形成されているので、ワイヤーボンディングを用いずに実装することができると共に、半導体基板の表面側を実装面とすることができる。特に、誘電体層が溝部により多数に分離されている場合、ワイヤーボンディングでは電気的接続が困難となるが、本発明によればバンプによって容易に電気的接続及び実装固定が可能である。したがって、本発明の半導体装置を光センサに適用した場合、裏面からの入射光に対しても効率的に受光感度を得ることができると共に、集積化や複合化にも対応しやすい実装構造を得ることができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る半導体装置及びその製造方法によれば、溝部で分離された誘電体層上に電極が形成されるので、入射光の強度、ガス濃度、温度及び湿度のいずれの変動に対しても電極間で電気的特性の変化を得ることができ、簡易な電極構造によって平面化・小型化が容易であると共に低コストに種々のセンサとして機能することができる。したがって、高度なかつ高価な製造装置によらずとも、小規模な設備で容易にかつ低コストで作製することができると共に、個別用途に対応した多品種少量生産に有利であり、中小企業やベンチャー企業等でも容易に本発明の製品開発を導入することが可能である。

以下、本発明に係る半導体装置及びその製造方法の第１実施形態を、図１から図８を参照しながら説明する。

本実施形態の半導体装置１０は、図１の（ａ）（ｂ）に示すように、光センサ、ガスセンサ、温度センサ又は湿度センサとして用いることができるセンサ装置であって、半導体基板１と、半導体基板１の表面に形成され溝部２で２つに分離された誘電体層３と、分離された各誘電体層３上に形成された電極４と、を備えている。
上記半導体基板１は、ｐ型又はｎ型のシリコン（Ｓｉ）で形成されている。また、上記誘電体層３は、シリコンである半導体基板１上に形成した酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２膜）であって絶縁層である。
また、上記電極４は、ワイヤーボンディング可能な白金（Ｐｔ）、アルミニウム又は銅等で形成されている。
なお、溝部２が酸化しても動作可能であり、高温耐性も高い白金電極を用いた場合、８００℃以上に加熱することができるため、後から不純物をドープして抵抗制御も行うことが可能である。

なお、上記溝部２の深さ及び幅によって電極４間の電気的特性を調整することができる。このため、溝部２は、検出対象及び検出環境等の諸条件に応じてその深さ及び幅が任意に設定される。また、半導体装置１０は、完全に誘電体層３を分断せずに誘電体層３を自然酸化膜程度残した状態の溝部２であっても動作可能である。

次に、本実施形態の半導体装置の製造方法について、図２から図４を参照して３つの例を説明する。

まず、第１の例として、シリコン基板である半導体基板１上に、図２の（ａ）に示すように、酸化シリコン膜の誘電体層３を形成する。なお、本例及び以下の例においても、酸化シリコン膜の誘電体層３は、熱酸化、ＣＶＤ又はゾルゲル法等によって形成される。次に、図２の（ｂ）に示すように、電極４に供される電極層４ａを形成する。なお、本例及び以下の例においても、電極層４ａ及び電極４は、白金、アルミニウム又は銅等によりスパッタリング、蒸着やメッキ等で形成される。

次に、図２の（ｃ）に示すように、電極層４ａ及び誘電体層３をグラインダ等でまとめて研削あるいはエッチング等して所定部分に溝部２を形成することで、誘電体層３を２つに分離すると共にその上に電極４を形成することで、本実施形態の半導体装置が作製される。

次に、第２の例として、半導体基板１上に、図３の（ａ）に示すように、誘電体層３を形成する。次に、図３の（ｂ）に示すように、メタルマスクによるスパッタリング等を行って電極４を所定領域上にパターン形成する。なお、この電極４の形成において、誘電体層３全面に電極層４ａを形成した後に、フォトリソグラフィ技術によるパターンエッチングで溝部２に供される領域を削除し、電極４をパターン形成しても構わない。

さらに、図３の（ｃ）に示すように、電極４をマスク又は目印として利用してエッチング又は研削等によって電極４間の誘電体層３を除去して溝部２を形成することで、本実施形態の半導体装置が作製される。

次に、第３の例として、半導体基板１上に、図４の（ａ）に示すように、誘電体層３を形成する。次に、図４の（ｂ）に示すように、誘電体層３に溝部２を研削又はエッチングにより形成し、誘電体層３を２つに分離する。
次に、溝部２で分離された一対の誘電体層３上に、図４の（ｃ）に示すように、メタルマスクによるスパッタリング等でそれぞれ電極４を形成することで、本実施形態の半導体装置が作製される。

なお、上記各例における溝部２形成の際、検出に支障のないレベルで誘電体層３を多少残した状態としても構わない。また、溝部２内に露出したシリコン基板である半導体基板１の表面に、自然酸化膜（ＳｉＯ_２薄膜）が形成されていても構わない。

次に、本実施形態の半導体装置１０により、実際に、光、ガス、温度及び湿度の変化に応じた電気的特性の変化を確認・検出した結果を、図５から図８を参照して示す。

半導体装置１０で検出を行うために、一対の電極４間における電気的特性を抵抗値、電圧値、電流値又は誘電率等で定量的に検出するが、本実施形態では、電圧値及び抵抗値の変化を用いて検出対象に対する応答を検出した。その際の等価回路を、図５に示す。この図において、符号５は直流電源、６は電圧計、７は電流計である。

＜光に対する応答＞
半導体装置１０の光に対する応答について確認した結果を、図６に示す。
この際、半導体装置１０は暗所に設置した状態で、検出開始時から４分後に懐中電灯による光を半導体装置１０に３０秒間照射し、また検出開始時から６分後に赤外灯による光を半導体装置１０に４０秒間照射し、また検出開始時から８分後に赤色ＬＥＤ灯による光を３０秒間照射し、さらに検出開始時から１０分後に白色ＬＥＤ灯による点滅光を５分間照射した。なお、温度、湿度及び雰囲気ガスは一定の条件で検出を行った。

図６からわかるように、半導体装置１０は、懐中電灯、赤外灯、赤色ＬＥＤ灯及び白色ＬＥＤ灯のいずれからの光にも電圧値が変動し、定量的に安定して応答している。すなわち、半導体装置１０は、赤や白色灯の可視光、赤外光等にも応答する光センサとして機能している。

＜ガスに対する応答＞
半導体装置１０の雰囲気ガスに対する応答について確認した結果を、図７に示す。
この際、検出開始時から５分後にＨ_２（水素）ガスを半導体装置１０に吹きつけ、また検出開始時から１０分後にＣ_２Ｈ_２（エチレン）ガスを半導体装置１０に吹きつけ、また検出開始時から１５分後にトルエンガスを半導体装置１０に吹きつけ、また検出開始時から２０分後にエタノールガスを半導体装置１０に吹きつけ、さらに検出開始時から２５分後にホルムアルデヒドガスを半導体装置１０に吹きつけた。なお、温度、湿度、入射光量は一定の条件で検出を行った。

図７からわかるように、半導体装置１０は、Ｈ_２ガス、Ｃ_２Ｈ_２ガス、トルエンガス、エタノールガス、ホルムアルデヒドガスのいずれにも抵抗値が変動し、定量的に安定して応答している。すなわち、半導体装置１０は、水素や有機系ガス等の複数のガス種に応答するガスセンサとして機能している。特に、Ｈ_２ガスやＣ_２Ｈ_２ガス等の軽元素ガスにも反応するセンサ装置を得ることができる。

また、半導体装置１０の周囲に、ホルムアルデヒド（ＦＡ）２５ｐｐｍのガスを単独で導入した場合（曲線Ｇ１）、Ｃ_２Ｈ_２ガスを単独で導入した場合（曲線Ｇ２）、Ｈ_２ガスを単独で導入した場合（曲線Ｇ３）、真空引きを行った場合（曲線Ｇ４）、のそれぞれについて抵抗値の変化を、図８にまとめて示す。
これらの結果から、ホルムアルデヒド、Ｃ_２Ｈ_２ガス、Ｈ_２ガスの各ガス導入に応じて抵抗値が上昇して応答していることがわかる。また、真空引きにより低下したガス濃度にも応答していることがわかる。

なお、ガスとして湿度の異なる空気（水蒸気）を半導体装置１０に吹き付けることでも、同様に応答することも確認している。したがって、半導体装置１０は、湿度センサとしても機能する。

＜温度に対する応答＞
半導体装置１０の温度に対する応答については、半導体装置１０に熱くなった半田ゴテの先端を近づけたり、ドライヤーにより熱風を吹き付けたりすることで、電圧値及び抵抗値が大きく変動することを確認している。

上記のような半導体装置１０における電気的特性の変化は、電荷が半導体基板１内部若しくは半導体基板１表面又は半導体基板１と誘電体層３との界面等に発生し、溝部２の表面周辺等を移動することに起因すると思われる。なお、溝部２の深さ、幅及び形状、電極の形状・寸法によって電極間の電気的特性を調整することができる。例えば、溝部２が深くなると、抵抗値が下がる傾向にあるが、一定の深さ以上では、抵抗値はほぼ一定となる。なお、溝部２に誘電体層３が多少残っていても動作可能であり、研削後の酸化等により誘電体層３が多少付与されても動作することも確認している。

このように本実施形態の半導体装置１０によれば、溝部２で分離された誘電体層３上に電極４が形成されるので、入射光の強度、ガス濃度、温度及び湿度のいずれの変動に対しても電極４間で電気的特性の変化を得ることができ、簡易な電極構造によって低コストに種々のセンサとして機能可能である。

すなわち、半導体装置１０では、従来のセンサと異なり、ｐｎ接合やゲート酸化膜を必要とせず、櫛形電極も用いない。また、半導体装置１０では、不純物層や複雑形状等も不要であり、従来よりも単純な素子構造で工程上の制約が少なく簡易な製造工程で作製することができる。したがって、高度なかつ高価な製造装置によらずとも、小規模な設備で容易にかつ低コストで作製することができると共に、個別用途に対応した多品種少量生産に有利であり、中小企業やベンチャー企業等でも容易に製品開発を導入することが可能である。

また、上部に２つの電極４が配置され、電気信号を取り出すことができ、光センサに適用した場合には裏面入射にも対応可能である簡易な平面型にすることができることから、応用範囲が広く小型化や集積化（二次元若しくは三次元の複合化も含む）にも適している。さらに、誘電体層３の欠陥（リーク電流等）等の影響も受け難いため、製造歩留まりの向上を図ることができる。
また、半導体基板１表面がシリコンであると共に誘電体層３が酸化シリコン膜であるので、安価で安定した材料であるシリコン及び酸化シリコン膜で構成することができ、より低コストで安定性の高いセンサ装置を得ることができる。

次に、本発明に係る半導体装置及びその製造方法の第２実施形態について、図９を参照して説明する。なお、以下の各実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、半導体基板１がバルクのシリコン基板であるのに対し、第２実施形態の半導体装置２０では、図９に示すように、半導体基板２１が、絶縁性基板２１ａと、絶縁性基板２１ａ上に形成された半導体層２１ｂと、で構成されている点である。

すなわち、第２実施形態の半導体装置２０は、絶縁性基板２１ａと半導体層２１ｂとからなる積層構造とされるので、絶縁性基板２１ａとして安価なガラス基板等を採用し、この上にＣＶＤ法等により半導体層２１ｂとしてアモルファスシリコン等を成膜することで、より低コストに作製することができる。また、積層技術を用いているので、集積化が容易である。

次に、本発明の第３及び第４実施形態について、図１０を参照して説明する。

第３実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、溝部２が直接露出しているのに対し、第３実施形態の半導体装置３０では、図１０に示すように、溝部２内に入射光の透過性制御を行う光機能性膜３１が形成されている点である。
すなわち、第３実施形態の半導体装置３０では、例えば赤外光や可視光等の特定波長の光に対して透過率の高い光透過膜（ＳｉＯ_２やＳｉ_３Ｎ_４等の多層薄膜、キトサン等の有機膜等）を光機能性膜３１として溝部２内にパターン成膜することで、特定波長に対する高感度な光センサを得ることができる。なお、本実施形態の上記透過性制御は、光機能性膜３１による光の散乱性に基づいた透過性制御も含むものである。

第４実施形態と第３実施形態との異なる点は、第３実施形態では、溝部２内に光機能性膜３１が形成されているのに対し、第４実施形態の半導体装置４０では、図１０に示すように、溝部２内に雰囲気ガスの透過性制御を行うガス機能性膜４１が形成されている点である。
すなわち、第３実施形態の半導体装置４０では、例えば特定のガス種（有機系ガス等）に対して透過性の高いガス機能性膜４１を溝部２内にパターン成膜することで、特定ガスに対する高感度なガスセンサを得ることができる。なお、本実施形態の上記透過性制御は、ガス機能性膜４１によるガスの吸着性、吸収性及び拡散性に基づいた透過性制御も含むものである。

次に、本発明の第５実施形態について、図１１を参照して説明する。

第５実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、一本の溝部２で誘電体層３が２つに分離されているのに対し、第５実施形態の半導体装置５０では、図１１の（ａ）（ｂ）に示すように、格子状に形成された複数本の溝部２によって誘電体層３が９つに分離されたＰＳＤ(光位置センサ：Position Sensitive Detector)である点である。また、第５実施形態の半導体装置５０では、各電極４に半田等のバンプ５１が形成され、電極４側を実装面としてプリント基板等にバンプ５１によって接着固定される点で第１実施形態と異なっている。

すなわち、第５実施形態の半導体装置５０は、電極４上に実装用のバンプ５１が形成されているので、ワイヤーボンディングを用いずに実装することができると共に、半導体基板１の表面側を実装面とすることができる。特に、誘電体層３が溝部２により多数に分離されているＰＳＤとした場合、ワイヤーボンディングでは電気的接続が困難となるが、本実施形態によればバンプ５１によって容易に電気的接続及び実装固定が可能である。また、半導体基板１の平坦な裏面側が上面になるため、半導体基板１の裏面に光透過膜等を成膜しやすいメリットがある。

次に、本発明の第６実施形態について、図１２を参照して説明する。

第６実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、電極４が左右対称に形成され、溝部２が中央に形成されているのに対し、第６実施形態の半導体装置６０では、図１２の（ａ）（ｂ）に示すように、互いに対向する２つの電極４ａ及び電極４ｂが溝部２を挟んで非対称に形成され、溝部２が中央からずれて形成されている点である。
すなわち、第６実施形態の半導体装置６０では、電極４ａが電極４ｂよりも小さく形成されており、溝部２が中央から電極４ａ側に寄って形成されている。

この半導体装置６０では、非対称の電極４ａ、４ｂの形状に起因して電荷発生量に差が生じるため、接続方法（＋、−）に応じて方向性が表れる。例えば、半導体装置６０を光センサとして採用し、実際に一定の光量で光を入射させた場合、電極４ａを（＋）、電極４ｂを（−）として接続すると、抵抗値で１７．５ｋΩの値が得られたが、逆に電極４ａを（−）、電極４ｂを（＋）として接続すると、抵抗値で１１．６ｋΩの値が得られた。このように、半導体装置６０によれば、電圧の印加方向に応じて測定値が異なり、電荷の動き易さに方向性が生じることから、これを利用した整流効果を有する素子として適用可能である。

次に、本発明の第７から第９実施形態について、図１３から図１５を参照して説明する。

第７実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、溝部２の幅が電極４よりも狭いが、図１３に示すように、第７実施形態の半導体装置７０では、溝部２の研削面積を広げて溝部２が電極４よりも幅広とされている点である。すなわち、第７実施形態の半導体装置７０では、幅広の溝部２を有しているので、応答感度や応答・回復速度等が向上する利点がある。特に、本実施形態は、ガスセンサに適用することが好ましい。

第８実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、溝部２が直線状に形成されているのに対し、第８実施形態の半導体装置８０では、図１４に示すように、溝部８２がジグザグ状に形成されている点である。すなわち、第８実施形態の半導体装置８０では、ジグザグ状に屈曲した溝部８２を有するので、直線状の場合に比べて、長い溝部８２を得ることができ、この場合も応答感度や応答・回復速度等が向上する。

第９実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、表面側のみに一段の溝部２が形成されているのに対し、第９実施形態の半導体装置９０では、図１５に示すように、２段形状の溝部９２が半導体基板１の表裏面に形成されている点である。すなわち、第９実施形態の半導体装置９０では、半導体装置１の表裏面に誘電体層９３が形成されていると共に、表裏面の誘電体層９３を分離させた溝部９２が表裏面の両方に形成され、分離された誘電体層９３上に電極９４がそれぞれ形成されている。この溝部９２は、その中央部がさらに研削されて２段形状となっている。この半導体装置９０では、表裏面の両面で応答可能であると共に、１段形状に比べて表面積が増大した２段形状の溝部９２により高い応答特性を得ることが可能である。

次に、本発明の第１０及び第１１実施形態について、図１６及び図１７を参照して説明する。

第１０実施形態の半導体装置１００は、図１６に示すように、第１実施形態に比べて溝部２の幅が広く、全体として細長い長方形状とされた１次元ＰＳＤである。すなわち、第１０実施形態の半導体装置１００では、電極４間方向に細長い溝部２への光の入射位置に応じて発生した電荷によって、１次元的に入射位置を検出することが可能である。

また、第１１実施形態と第１０実施形態との異なる点は、第１０実施形態の半導体装置１００が、一対の電極４で１次元ＰＳＤを構成しているのに対し、第１１実施形態の半導体装置１１０では、図１７に示すように、全体として正方形状とされ、その４辺にそれぞれ電極４が形成されていると共に４つの電極４に囲まれて溝部１１２が形成された２次元ＰＳＤとされている点である。すなわち、第１１実施形態の半導体装置１１０は、４方向の電極４に囲まれた溝部１１２における光の入射位置に応じて発生した電荷によって、２次元的に入射位置を検出することが可能である。

なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記各実施形態では、センサ機能のみを有する半導体装置としているが、増幅回路等の回路を一体に作り込んだセンサ部と回路部との複合型半導体装置としても構わない。また、抵抗発熱を利用したヒータ機能を備えた複合化も容易である。
また、上記各実施形態では、誘電体層として酸化シリコン膜を採用しているが、他の誘電体層を用いても構わない。例えば、他の酸化物、窒化物等の無機誘電体膜やポリイミド膜等の有機誘電体膜等を採用してもよい。

また、上記各実施形態では、半導体基板１又は半導体層２１ｂの材料として上述したように量産性に優れ製造技術が確立しているシリコンを採用することが好ましいが、その他の半導体材料を用いても構わない。例えば、Ｇｅ（ゲルマニウム）等の半導体単結晶、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）、ＧａＰ（ガリウムリン）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＩｎＰ（インジウムリン）等の化合物半導体、ペンタセンやオリゴチオペン等の有機物半導体、アモルファスシリコン等のアモルファス半導体等を採用してもよい。

本発明に係る第１実施形態の半導体装置及びその製造方法において、半導体装置を示す断面図及び正面図である。 第１実施形態において、半導体装置の製造方法における第１の例を工程順に示した断面図である。 第１実施形態において、半導体装置の製造方法における第２の例を工程順に示した断面図である。 第１実施形態において、半導体装置の製造方法における第３の例を工程順に示した断面図である。 第１実施形態において、半導体装置において抵抗変化測定を行う際の等価回路図である。 第１実施形態において、半導体装置において光に対する応答を電圧値の変化として示すグラフである。 第１実施形態において、半導体装置において時間間隔を空けて導入したガスに対する応答を抵抗値の変化として示すグラフである。 第１実施形態において、半導体装置において単独で導入した複数のガスに対する応答を抵抗値の変化として示すグラフである。 本発明に係る第２実施形態の半導体装置及びその製造方法において、半導体装置を示す断面図である。 本発明に係る第３及び第４実施形態の半導体装置及びその製造方法において、半導体装置を示す断面図である。 本発明に係る第５実施形態の半導体装置及びその製造方法において、半導体装置を示す正面図及び側面図である。 本発明に係る第６実施形態の半導体装置及びその製造方法において、半導体装置を示す断面図及び正面図である。 本発明に係る第７実施形態の半導体装置及びその製造方法において、半導体装置を示す正面図である。 本発明に係る第８実施形態の半導体装置及びその製造方法において、半導体装置を示す正面図である。 本発明に係る第９実施形態の半導体装置及びその製造方法において、半導体装置を示す斜視図である。 本発明に係る第１０実施形態の半導体装置及びその製造方法において、半導体装置を示す正面図である。 本発明に係る第１１実施形態の半導体装置及びその製造方法において、半導体装置を示す正面図である。

符号の説明

１…半導体基板、２、８２、９２，１１２…溝部、３、９３…誘電体層、４、８４、９４…電極、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０…半導体装置、２１ａ…絶縁性基板、２１ｂ…半導体層、３１…光機能性膜、４１…ガス機能性膜、５１…バンプ

Claims (9)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板の表面に形成され溝部で少なくとも２つに分離された誘電体層と、
   前記分離された各誘電体層上に形成された電極と、を備えていることを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記半導体基板の表面が、シリコンで形成されており、
   前記誘電体層が、酸化シリコン膜であることを特徴とする半導体装置。
3. 請求項１又は２に記載の半導体装置において、
   前記半導体基板が、絶縁性基板と、
   前記絶縁性基板上に形成された半導体層と、で構成されていることを特徴とする半導体装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置において、
   前記溝部内に入射光の透過性制御を行う光機能性膜が形成されていることを特徴とする半導体装置。
5. 請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置において、
   前記溝部内に雰囲気ガスの透過性制御を行うガス機能性膜が形成されていることを特徴とする半導体装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体装置において、
   互いに対向した前記電極が、前記溝部を挟んで非対称に形成されていることを特徴とすることを特徴とする半導体装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置において、
   前記電極上に実装用のバンプが形成されていることを特徴とすることを特徴とする半導体装置。
8. 半導体基板の表面に誘電体層を形成する工程と、
   前記誘電体層に溝部を形成して少なくとも２つに分離する工程と、
   前記分離された各誘電体層上に電極を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. 請求項８に記載の半導体装置の製造方法において、
   絶縁性基板上に半導体層を形成して前記半導体基板を作製することを特徴とする半導体装置の製造方法。
   

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