JP3782095B2

JP3782095B2 - 赤外線センサの製造方法

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Publication number: JP3782095B2
Application number: JP2005162719A
Authority: JP
Inventors: 君弥生嶋; 寛仁菰淵; 幹也内田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2005-06-02
Publication date: 2006-06-07
Anticipated expiration: 2023-06-19
Also published as: JP2005303325A

Description

本発明は、赤外線センサなどを備えた電子デバイスの製造方法、及び当該方法で好適に作製される電子デバイスに関している。

半導体基板上に複数のボロメータを配置した赤外線センサが知られている。このような赤外線センサの検知感度は、赤外線照射によってボロメータに発生した熱が半導体基板に伝導すると、低下する。このため、ボロメータと半導体基板との間の熱的伝達性を低下させることが必要である。特許文献１は、ボロメータなどの赤外線検出体から熱容量の大きなシリコン基板を熱的に分離するため、シリコン基板の表面に空洞を形成することを開示している。

図３１（ａ）〜（ｇ）を参照しながら、上記公報に記載されている技術を説明する。文献に開示されている方法によれば、まず、図３１（ａ）に示すように、ＬＯＣＯＳ（ＬｏｃａｌＯｘｉｄａｔｉｏｎｏｆＳｉｌｉｃｏｎ）分離技術を用いて、半導体基板１００１の表面が局所的に酸化され、ＬＯＣＯＳ膜１００２が形成される。

次に、図３１（ｂ）に示すように、ＬＯＣＯＳ膜１００２及び半導体基板１００１を覆うようにシリコン窒化物層１００３及びポリシリコン膜１００４が積層される。

この後、図３１（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ及びドライエッチング技術により、ポリシリコン膜１００４、シリコン窒化物層１００３、及びＬＯＣＯＳ膜１００２を貫通して半導体基板１００１に到達するホール１００５が形成される。

次に、図３１（ｄ）に示すように、バッファードフッ酸を用いたウェットエッチングにより、ＬＯＣＯＳ膜１００２のうちホール１００５の壁面に露出している部分が横方向にエッチングされる。このとき、隣接するホール１００５同士の間には、ＬＯＣＯＳ膜１００２の残存部分である壁１００７が形成される。

次に、図３１（ｅ）に示すように、ポリシリコン膜１００４の表面やホール１００５の壁面上に薄いポリシリコン膜を堆積した後、この薄いポリシリコン膜及びポリシリコン膜１００４を酸化して、連続的なシリコン酸化物層１０１０を形成する。この処理により、各ホールは塞がれて閉鎖した空間である空洞部１０１１が形成される。

次に、図３１（ｆ）に示すように、赤外線検出体として機能するパターニングされた導体膜１０１２をシリコン酸化物層１０１０の上に堆積する。パターニングされた導体膜１０１２は、例えばつづら折り状の平面形状を有している。

このように、熱検出部である導体膜１０１２と半導体基板１００１との間に空洞部１０１１を設けることにより、赤外線検出体から半導体基板１００１への熱伝達が抑制されるため、赤外線の検知感度が向上する。

次に、空洞部を形成する他の方法を説明する。この方法で形成した空洞を有する赤外線センサは、例えば特許文献２に記載されている。

まず、図３２（ａ）及び（ｂ）に示すように、シリコン基板３００上にシリコン酸化物層３０１を堆積する。シリコン酸化物層３０１は、次の工程で堆積するポリシリコン膜をエッチングするとき、下層のエッチングストップ層として機能する。

図３３（ａ）及び（ｂ）に示すように、シリコン酸化物層３０１上にポリシリコン膜３０２を堆積した後、図３４（ａ）及び（ｂ）に示すように、ポリシリコン膜３０２をパターニングする。このようにしてパターニングされたポリシリコン膜３０２が空洞形成用犠牲層として機能する。

次に、図３５（ａ）及び（ｂ）に示すように、ポリシリコン膜３０２上にシリコン酸化物層３０３を堆積した後、図３６（ａ）及び（ｂ）に示すように、シリコン酸化物層３０３の上に赤外線検出体３０４を形成する。

図３７（ａ）及び（ｂ）に示すように、赤外線検出体３０４を覆うようにシリコン酸化物層３０５を堆積する。このシリコン酸化物層３０３、３０５は、上層のエッチングストップ層として機能する。

次に、図３８（ａ）及び（ｂ）に示すように、シリコン酸化物層３０３、３０５をパターニングして空洞形成用の開口３０６を形成する。この開口３０６によって、ポリシリコン膜３０２の一部が露出する。この後、シリコン酸化物層３０３。３０５に形成した開口３０６からヒドラジンを流入させ、ポリシリコン膜３０２をエッチングすることにより、図３９（ａ）及び（ｂ）に示すように、空洞３０８を形成する。
特開２００１−２１０８７７号公報特開平０５−１２６６４３号公報

上記特許文献１に記載されている方法によれば、図３１（ｆ）に示される空洞部１０１１に壁１００７が残存している。この壁１００７は、熱伝導性を有するため、空洞を設けた効果を高めるには、壁１００７を除去することが好ましい。壁１００７を除去するには、図３１（ｄ）に示す工程で、エッチング時間を長くし、壁１００７を残さないようにすればよい。しかし、この段階で壁１００７を除去すると、図３１（ｆ）に示す構造を形成するまでに、シリコン窒化物層１００３及びポリシリコン膜１００４が破断されてしまうという現象がみられる。その原因は、シリコン窒化物層１００３と半導体基板１００１との熱膨張率の差に起因する熱応力によるものと推定される。すなわち、ポリシリコン膜である導体膜１０１２にドープされた不純物を活性するためのアニールや、ポリシリコン膜１００４及びその上の薄いポリシリコン膜を熱酸化する際に、シリコン窒化物層１００３やシリコン酸化物層１００４に大きな熱応力が印加されるからである。

このため、特許文献１に記載されている壁１００７を除去して大きな空洞を形成することは困難である。

一方、特許文献２に記載されている方法では、ヒドラジンなどの薬液でポリシリコン膜３０２が除去されるので、その後、空洞３０８内の薬液を除去するための乾燥工程が不可欠になる。このような乾燥工程により、空洞３０８の天井部を支持する部分（シリコン酸化物層３０３、３０５）に大きな応力が発生し、破損するという問題がある。

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、その主たる目的は、空洞の天井部を構成する部材の破断を抑制した電子デバイス及びその製造方法を提供することにある。

本発明の電子デバイスの製造方法は、少なくとも上面がエッチングストップ層によって覆われた空洞形成用犠牲層を用意する工程（ａ）と、前記エッチングストップ層に少なくとも１つの第１開口部を形成し、前記空洞形成用犠牲層の表面の一部を露出させる工程（ｂ）と、前記第１開口部を介して前記空洞形成用犠牲層をエッチングすることにより、前記エッチングストップ層の下方に位置する仮空洞と前記エッチングストップ層を支持する支持部とを形成する工程（ｃ）と、前記エッチングストップ層の一部をエッチングすることにより、前記仮空洞に達する少なくとも１つの第２開口部を前記エッチングストップ層に形成し、前記仮空洞を拡大した空洞を形成する工程（ｄ）とを含む。

好ましい実施形態において、前記工程（ｄ）は、前記第２開口部を介して、前記第２開口部の下方に位置する前記支持部の少なくとも一部をエッチングする工程を含む。

好ましい実施形態において、前記工程（ｄ）の前に、パターニングされた薄膜を含む構造体を前記エッチングストップ層上に形成する工程を行う、請求項１に記載の製造方法。

好ましい実施形態において、前記パターニングされた薄膜は、前記第２開口部が形成される領域以外の領域を覆うように形成される。

好ましい実施形態において、前記工程（ａ）は、前記空洞形成用犠牲層の材料となる膜を基板上に堆積する工程と、前記膜をパターニングすることによって、前記空洞形成用犠牲層を形成する工程とを含む。

好ましい実施形態において、前記空洞形成用犠牲層の上面から下面に達する貫通穴を有する空洞形成用犠牲層を形成する。

好ましい実施形態において、前記工程（ｃ）では、前記空洞形成用犠牲層が存在していない領域に前記支持部を形成する。

好ましい実施形態において、前記エッチングストップ層の一部を前記支持部として機能させる。

好ましい実施形態において、前記工程（ｃ）では、前記空洞形成用犠牲層の一部を前記支持部として残存させる。

好ましい実施形態において、前記工程（ｃ）は、ウェットエッチング技術によって前記空洞形成用犠牲層をエッチングする工程を含み、前記工程（ｄ）は、ドライエッチング技術によって前記支持部の少なくとも一部をエッチングする工程を含む。

好ましい実施形態において、前記工程（ａ）は、前記エッチングストップ層を前記空洞形成用犠牲層上に堆積する工程を含む。

好ましい実施形態において、前記工程（ａ）では、前記エッチングストップ層として機能するシリコン酸化物層と、前記空洞形成用犠牲層として機能する領域を含む単結晶シリコン基板とを備えたＳＯＩ基板を用意する。

好ましい実施形態において、前記工程（ｃ）を行う前に、前記第２開口部を規定するパターンを有するマスクであって、前記第１開口部の内部を露出させるマスクで前記エッチングストップ層を覆う工程を行い、前記工程（ｄ）を行った後に前記マスクを除去する工程を行う。

好ましい実施形態において、前記仮空洞を形成した後、前記仮空洞を拡大する前において、前記エッチングストップ層の前記第１開口部を薄膜で塞ぐ工程と、前記薄膜上にセンサ用膜を形成する工程と、前記センサ用膜をパターニングする工程と
を行う。

好ましい実施形態において、前記薄膜は、化学的気相成長法によって堆積される。

好ましい実施形態において、前記薄膜の上に、熱吸収用絶縁膜を形成する工程を更に含み。

好ましい実施形態において、前記熱吸収用絶縁膜の上に保護用絶縁膜を形成する工程を更に含む。

好ましい実施形態において、前記工程（ａ）は、単結晶シリコン基板の表面を局所的に酸化することによって前記シリコン基板の表面において選択された領域に二酸化シリコンを形成する工程を含み、前記二酸化シリコンの少なくとも一部を前記空洞形成用犠牲層として用いる。

好ましい実施形態において、前記二酸化シリコンを、素子分離用絶縁膜として用いる。

好ましい実施形態において、前記空洞形成用犠牲層は、半導体基板の表面部分である。

好ましい実施形態において、前記工程（ｃ）は、ドライエッチング技術により、前記第１開口部から前記空洞形成用犠牲層に凹部を形成する工程と、前記凹部を等方的にエッチングする工程とを含む。

好ましい実施形態において、前記工程（ｃ）において、前記支持部を前記仮空洞の周囲のみに形成する。

好ましい実施形態において、前記工程（ｃ）において、前記支持部を前記仮空洞の内部に形成する。

好ましい実施形態において、総横断面積が１０００μｍ²以上の前記空洞を形成する場合、各々の横断面積が１０μｍ²以上の柱を３本以上１０本以下の本数で前記支持部として形成する。

好ましい実施形態において、前記エッチングストップ層として窒化物層を形成し、前記薄膜として二酸化シリコン膜を形成する。

好ましい実施形態において、前記パターニングされた薄膜を含む構造体を外部から遮断するキャップを形成する工程を更に含む。

本発明による電子デバイスは、少なくとも１つの空洞を有する基板と、前記空洞の上面部を形成している薄膜構造体と、パターニングされ、前記薄膜構造体によって支持された薄膜とを備えた電子デバイスであって、前記薄膜構造体のうち、前記パターニングされた薄膜が存在していない領域に形成された少なくとも１つのホールを更に備えており、前記ホールが前記空洞に達している。

好ましい実施形態において、前記空洞の内部において、前記ホールの真下には、前記薄膜構造体に向かって突出する凸部が形成されている。

好ましい実施形態において、前記空洞の内部において、前記ホールの真下には、前記薄膜構造体から遠ざかる向きに凹部が形成されている。

好ましい実施形態において、前記パターニングされた薄膜はボロメータであり、赤外線センサとして機能する。

本発明によれば、製造工程中において、空洞の天井部を支える支持部を利用し、最終的には、その支持部の少なくとも一部を除去して空洞を拡大する。このため、製造工程途上で空洞の天井部が破壊することがなく、また、最終的に容積の大きな空洞を形成することができる。こうして赤外線センサなどの空洞を有する電子デバイスを歩留まり良く製造することが可能となる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
本実施形態の電子デバイスは、赤外線検出部（ボロメータ）を有する赤外線センサである。

まず、図１（ａ）及び（ｂ）を参照する。図１（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、空洞形成用犠牲層を形成する工程を示す断面図及び平面図である。これらの図に示す工程では、公知のＬＯＣＯＳ分離技術を用いて、半導体基板１０の表面の選択された領域を局所的に酸化する。本実施形態で用いる半導体基板１０は、単結晶シリコンウェハであるため、この酸化によってシリコン酸化物（熱酸化物）からなる空洞用絶縁膜１１が形成される。

なお、添付の図面では、単一の空洞用絶縁膜１１だけが記載されているが、１つの半導体基板１０上に複数の空洞用絶縁膜１１が同時に形成されてもよい。本明細書では、簡単化のため、１つの空洞を半導体基板１０に形成する例を説明するが、当業者であれば、本明細書の開示から、複数の空洞を同時に形成する方法が容易に理解される。

好ましい実施形態において、半導体基板１０の図示されていない他の領域には、例えばセンサの動作に必要な種々の回路（制御回路など）が形成される。このような回路は、半導体集積回路技術を用いて半導体基板１０上に形成することができる。半導体基板１０上にトランジスタなどを回路要素として含む集積回路を形成する場合、集積回路を構成する個々のＭＩＳＦＥＴを電気的に分離する必要がある。このような電気的分離は、素子分離絶縁膜を半導体基板１０に形成することによって行われる。製造工程数を低減するためには、素子分離絶縁膜を形成する工程が空洞用絶縁膜１１を形成する工程を兼ねることが好ましい。

本実施形態における空洞用絶縁膜１１の厚さは、約０．４〜約１μｍの範囲から設定される。空洞用絶縁膜１１のサイズは、３０μｍ×３０μｍの矩形形状から１００μｍ×１００μｍ程度の矩形形状までの範囲で選択されえる。ただし、空洞用絶縁膜１１の平面レイアウトは、矩形に限定されず、他の形状であってもよい。

空洞用絶縁膜１１は、ＬＯＣＯＳ分離技術以外の技術によって作製されてもよい。例えば、予め半導体基板１０の表面に凹部を形成しておき、ＣＶＤ法などの薄膜堆積技術によって堆積した絶縁膜で、この凹部を埋め込んでも良い（トレンチ分離形成技術）。

次に、図２（ａ）及び（ｂ）を参照する。図２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、半導体基板１０にエッチストッパー層として機能するシリコン窒化物層を形成する工程を示す断面図及び平面図である。

図２（ａ）及び（ｂ）に示す工程では、半導体基板１０及び空洞用絶縁膜１１の上に、ＣＶＤ法により、厚さ２００〜４００ｎｍのシリコン窒化物層１２を堆積する。この工程は、基板温度を７６０℃に保持して行う。

図３（ｂ）は、空洞形成用開口（第１開口部）を形成する工程を示す平面図であり、図３（ａ）は、そのＩＩＩａ−ＩＩＩａ線断面図である。

図３（ａ）及び（ｂ）に示す工程では、まず、フォトリソグラフィによって形成されたレジストマスク（図示せず）がシリコン窒化物層１２上に形成される。このレジストマスクは、シリコン窒化物層１２及び空洞用絶縁膜１１を貫通する空洞形成用開口１５を規定するパターンを有している。空洞形成用開口１５は、図３（ｂ）に示される配列パターンを有しており、半導体基板１０に到達する。このような空洞形成用開口１５は、まず、シリコン窒化物層１２のうち、上記レジストマスクによって覆われていない部分をエッチングした後、続いて、空洞形成用開口１５のうち、上記レジストマスクによって覆われていない部分をエッチングすることによって形成される。これらのエッチングは、好ましくは、異方性の高いドライエッチングによって実行される。開口１５の直径は、例えば約０．３μｍに設定される。

図３（ｂ）からわかるように、開口１５の間隔は、４つの場所で他の場所によりも相対的に大きい。これらの４つの場所では、次に行う仮空洞を形成する工程で空洞用絶縁膜１１が完全にはエッチングされずに残存することになる。

図４（ｂ）は、仮空洞を形成する工程を示す平面図であり、図４（ａ）は、そのＩＶａ−ＩＶａ線断面図である。この工程では、バッファードフッ酸を用いたウェットエッチングを行うことにより、空洞用絶縁膜１１をエッチングして仮空洞１６ｘを形成するとともに、空洞用絶縁膜１１のエッチング残部によって支持部を形成する。この支持部は、仮空洞１６ｘの周囲を取り囲む壁１１ａと、仮空洞１６ｘの内部に位置する４本の柱１１ｂとによって構成されている。壁１１ａ及び柱１１ｂにより、仮空洞１６ｘの天井部（エッチストッパー層）が支持され、シリコン窒化物層の落下などの不具合が防止される。

この仮空洞を形成する工程では、空洞用絶縁膜１１を等方的にエッチングするためのエッチチャントが、図３（ｂ）に示すように配列された複数の開口１５を介して空洞用絶縁膜１１に供給される。エッチングが等方的に進行するため、空洞用絶縁膜１１のうち、開口１５の真下の部分だけではなく、隣接する開口１５の間の領域の真下の部分もエッチングされる。開口１５の間隔が相対的に大きく設定されている４つの場所では、開口１５の真下部分からの横方向エッチングが不充分に進行し、その結果、エッチング残部が形成される。このエッチング残部によって柱１１ｂが構成される。本実施形態では、仮空洞を形成するためのエッチングの時間か長すぎると、柱１１ｂが細り、最終的には消失する。このため、開口１５の配列間隔と、エッチング時間を適切に調節する必要がある。

なお、柱１１ｂの数や位置は、本実施形態における柱の数や位置に限定されはしない。開口１５の形状、大きさなどの平面レイアウトを工夫することにより、任意の位置に任意に大きさ及び形状を有する支持部材を形成することができる。

次に、仮空洞を形成するため設けた開口１５をいったん塞ぐ工程を行う。図５（ｂ）は、この工程を示す平面図であり、図５（ａ）は、そのＶａ−Ｖａ線断面図である。この工程では、ＣＶＤ法により、半導体基板１０上に厚さ３５０ｎｍのシリコン酸化物層２０を堆積する。このシリコン酸化物層２０は、好ましくは、ＴＥＯＳからなる形成する。

仮空洞１６ｘの天井部であるシリコン窒化物層１２に存在する空洞形成用開口１５は、堆積したシリコン酸化物層２０によって塞がれる。シリコン酸化物層２０の堆積は、基板温度を約６８０℃にして実行される。この温度は、ポリシリコン膜を熱酸化する工程を行うときの基板温度（約９００℃）に比べてかなり低い。

シリコン酸化物層２０の堆積工程の初期においては、開口１５の全体が塞がれていないため、仮空洞１６ｘの底面上にも酸化物層（底部酸化物層２０ａ）が堆積される。

次に、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、ボロメータ用抵抗体をシリコン酸化物層２０上に堆積する工程を行う。図６（ｂ）は、パターニングされたボロメータ用抵抗体のレイアウトを示す平面図であり、図６（ａ）は、そのＶＩａ−ＶＩａ線断面図である。

この工程では、半導体基板１０上に、厚さ５００ｎｍのポリシリコン膜を堆積した後、フォトリソグラフィ及びエッチング技術により、ポリシリコン膜をパターニングする。ポリシリコン膜のパターニングにより、例えば略Ｓ字状のボロメータ用抵抗体２１が形成される。このボロメータ用抵抗体２１が赤外線センサの赤外線検出部として機能することになる。ボロメータ用抵抗体２１は、仮空洞１６ｘ中の柱１１ｂの直上に位置する領域を回避して形成される。言い換えると、ボロメータ用抵抗体２１の直下に柱１１ｂは存在していない。

次に、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように層間絶縁膜を形成する工程を行う。図７（ｂ）は、平面図であり、図７（ａ）は、そのＶＩＩａ−ＶＩＩａ線断面図である。この工程では、シリコン酸化物層２１及びボロメータ用抵抗体２１を覆うように、厚さ約７００ｎｍ〜１μｍのＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏ−Ｐｈｏｓｐｈｏ−ＳｉｌｉｃａｔｅＧｌａｓｓ：リンボロンガラス）からなる層間絶縁膜２４を堆積する。この層間絶縁膜２４は、赤外線吸収膜として機能する。

次に、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、ボロメータ用配線を形成する工程を行う。図８（ｂ）は、配線のレイアウトを示す平面図であり、図８（ａ）は、そのＶＩＩＩａ−ＶＩＩＩａ線断面図である。

この工程では、まず、フォトリソグラフィ及びドライエッチング技術により、層間絶縁膜２４を貫通して、ボロメータ用抵抗体２１の両端部に到達する２つのホールを形成する。その後、ホールをＷ（タングステン）で埋めて、ボロメータ用抵抗体２１の両端にそれぞれ接続される２つのプラグ２６を形成する。更に、層間絶縁膜２４の上にＡｌ合金膜を堆積した後、Ａｌ合金膜をパターニングして、各プラグ２６にそれぞれ接続される配線２５を形成する。この配線２５は、ボロメータが配置される画素部と周辺回路とを電気的に接続する。後に説明するように、抵抗体２１が赤外線に照射された時と、赤外線に照射されない時とで、抵抗体２１の抵抗が変化するため、配線２５を流れる電流に基づいて抵抗変化を検知すれば、赤外線照射量を検出することが可能である。

次に、パッシベーション膜を形成する工程を行う。図９（ｂ）は、パッシベーション膜を形成した状態の平面図であり、図９（ａ）は、そのＩＸａ−ＩＸａ線における断面図である。この工程では、層間絶縁膜２４及び配線２５を覆ように、シリコン窒化物層からなるパッシベーション膜２７を堆積する。パッシベーション膜２７は、保護用絶縁膜であるとともに、赤外線吸収層としての役割も果たす。パッシベーション膜２７の成長温度は例えば約４００℃である。

次に、最終的な空洞を形成する工程を行う。図１０（ｂ）は、空洞が形成された状態を示す平面図であり、図１０（ａ）は、そのＸａ−Ｘａ線断面図である。この工程では、パッシベーション膜２７、層間絶縁膜２４、シリコン酸化物層２０、シリコン窒化物層１２のうち、柱１１ｂの上方に位置する部分を、フォトリソグラフィ及びドライエッチング技術によってエッチングして、ホール（第２開口部）２８を形成する。このホール２８は、仮空洞１６ｘ内の柱１１ｂをも上方からエッチングする。この工程により、柱１１ｂの少なくともなく上部が除去されるたることにより、仮空洞よりも容積が拡大した最終空洞１６Ａが形成される。図１０（ａ）に示す例では、柱１１ｂの全体が除去され、更に、底部酸化物層２０ａの一部も除去される。

本実施形態では、図４（ａ）及び（ｂ）に示す工程では、柱１１ｂを形成しているが、柱１１ｂに代えて、ボロメータ用抵抗体２１がオーバーラップしないようレイアウトを有する壁（支持部）を形成してもよい。そのような壁を形成した場合は、図１０（ａ）及び（ｂ）に示す工程で、壁の上方にホール２８を形成し、エッチングによって壁の少なくとも一部（好ましくは全部）を除去することになる。

本実施形態の製造方法にれば、最終空洞１６Ａの内部には、柱や壁などの支持部の少なくとも一部が除去される。このため、支持部の全体が除去されるか、あるいは、支持部とエッチングストップ層との連結がカットされるため、ボロメータ用抵抗体２１とシリコン基板との間の熱コンダクタンスを低減することができ、赤外線の検知感度や検知精度の向上を図ることができる。

本実施形態では、エッチングストッパーとして機能するシリコン窒化物層１２の空洞形成用開口１５をＣＶＤ酸化物層によって塞いでいる。開口１５をポリシリコンの酸化によって塞ぐと、高温の処理が必要となり、天井部の各部材に歪みを与え天井部の破壊が生じるおそれがあるが、本実施形態によれば、そのような高温処理が不要となるため、好ましい。特に、半導体基板１０上に、赤外線検出部とは別にトランジスタなどを形成する場合、高温熱処理は、トランジスタ特性に悪影響を与えるおそれがある。

なお、本実施形態では、空洞形成のための下地層として、ＬＯＣＯＳ膜を用いたが、ＬＯＣＯＳ膜に代えて、ＳＴＩ（ＳｈａｌｌｏｗＴｒｅｎｃｈＩｓｏｌａｔｉｏｎ）などのトレンチ分離技術を用いて形成される素子分離用絶縁膜を用いてもよい。

また、ボロメータ用抵抗体２１としては、ポリシリコンだけでなく、Ｔｉ、ＴｉＯ、Ｐｔ、ＶＯ_xなどを用いることができる。これらの材料は、赤外線を受光したときの温度上昇にともなって抵抗が変化し、抵抗変化型赤外線検出部（ボロメータ）として利用できる。

本実施形態の赤外線センサの場合、パッシベーション膜２７及び層間絶縁膜２４との厚さは１μｍ以上２μｍ以下の範囲（例えば１．６μｍ前後）であることが好ましい。これらの膜の厚さが１μｍ以上であると、赤外線吸収率を高く維持することができ、膜の厚さが２μｍ以下であると、熱容量が過大になるのを防止することができる。

赤外線検出部であるボロメータを形成するためにシリコンプロセスを利用する場合、複数の工程において高温処理を行うので、ボロメータの各部を構成する材料の膨張率差（収縮率差）に応じた内部応力が発生する。このために、従来技術では、以下のような問題がある。

（１）空洞の天井部を支持するための柱の本数もしくは横断面積を小さくすれば、空洞の天井部の強度が低下して製造過程で空洞が破損するおそれがある。

（２）空洞の天井部を支持するための柱の本数もしくは横断面積を大きくすれば、赤外線検出部（ボロメータ）と、その下方の基板との間の断熱が不十分であり、センサ感度が悪くなる。

以下、上記の問題を、シリコン窒化物層の成長後における引張り応力による破損を例にとって詳しく説明する。図１１（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態に対する比較例の製造方法による赤外線センサの製造工程の不具合を説明するための斜視図である。図１２（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の赤外線センサの製造工程の利点を説明するための斜視図である。

図１１（ａ）に示すように、ＣＶＤにより空洞用絶縁膜の上にシリコン窒化物層を堆積した後、基板温度を常温に戻すと、基板が上方に反り、シリコン窒化物層に引張り歪みが生じる。図１１（ａ）は、図２（ａ）及び（ｂ）に示す工程における状態を示している。この応力の原因は、シリコン窒化物層とシリコン基板との熱膨張率（熱収縮率）の差や、成長条件に依存して生じる構造欠陥などである。このときのシリコン窒化物層の引張り応力の大きさは、ある文献（丸善株式会社応用物理データブックｐ．５２８）によると、例えばシリコン基板上にシリコン窒化物層を堆積した場合には１０^-10（ｄｙｎ／ｃｍ²）であり、一般的に非常に大きな値である。

次に、図１１（ｂ）に示すように、ドライエッチングにより、シリコン窒化物層及び空洞用絶縁膜にホールを形成すると、シリコン窒化物層が更に引っ張られる状態になる。図１１（ｂ）は、図３（ａ）及び（ｂ）に示す工程における状態を示している。

次に、図１１（ｃ）に示すように、赤外線センサの感度を向上させるために、ウェットエッチングにより、柱や壁を残存させないで最終空洞を形成したとする。このとき、シリコン酸化物層からなる空洞用絶縁膜を完全に除去して、最終空洞を形成すると、シリコン窒化物層に応力が集中するためシリコン窒化物層が部分的に破断する。その結果、図１１（ｄ）に示すように、シリコン窒化物層が最終空洞内に落下するおそれがある。

それに対し、本実施形態の製造方法によれば、図１２（ａ）に示すように、図１１（ｃ）に示す工程とは異なり、図１１（ｂ）に示す状態から、ウェットエッチングにより、柱が残存している仮空洞をまず形成する（図４（ａ）及び（ｂ）参照）。この状態では、柱によってシリコン窒化物層が支持されているので、図１１（ｃ）及び（ｄ）に示すようなシリコン窒化物層の破断や落下を効果的に抑制することができる。

そして、図１２（ｂ）に示すように、ＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）膜によって仮空洞の天井部を塞いだ後、層間絶縁膜及びパッシベーション膜を堆積する（図５（ａ）及び（ｂ）及び図６（ａ）及び（ｂ）参照）。この時点で、シリコン窒化物層がＴＥＯＳ膜、層間絶縁膜及びパッシベーション膜によって強化された状態になる。なお、ＴＥＯＳ膜と層間絶縁膜との間には、ボロメータ用抵抗体が形成されているが、図１２（ｂ）においては、ボロメータ用抵抗体の図示が省略されている。

その後、図１２（ｃ）に示すように、仮空洞の柱の除去により最終空洞を形成する（図１０（ａ）及び（ｂ）参照）。なお、層間絶縁膜の上には、配線及びパッシベーション膜が形成されているが、図１２（ｃ）では、配線の図示が省略されている。

よって、本実施形態の製造方法により、エッチングストッパーであり空洞の天井部の骨格でもあるシリコン窒化物層の破断や落下を防止しつつ、検出感度及び検出精度の高い赤外線センサを形成することができる。

（第２の実施形態）
本実施形態においても、最終空洞を形成するまでの工程は、第１の実施形態における図１（ａ）〜図１０（ｂ）を参照して説明した通りである。

図１３（ｂ）は、本実施形態における最終空洞を形成する工程を行った直後における平面図であり、図１３（ａ）は、そのＸＩＩＩａ−ＸＩＩＩａ線断面図である。

本実施形態では、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、パッシベーション膜２７、層間絶縁膜２４、シリコン窒化物層１２に形成する第２開口部の位置及び形状が、第１の実施形態における第２開口の位置及び形状から異なっている。より具体的には、本実施形態では、第２開口部として、仮空洞１６ｘを取り囲む側壁部１１ａの上にホール３０を形成する。そして、このホール３０を介して、側壁部１１ａの少なくとも一部をエッチングし、仮空洞を拡大した最終空洞を形成する。

この工程により、柱１１ｂはエッチングされずに残存するが、側壁部１１ａの一部が上方からエッチングされ、より幅の狭い側壁部１１ｃに変化する。その結果、仮空洞よりも横断面積が大きい最終空洞１６Ｂが形成されることになる。なお、上記のエッチング工程により、最終空洞１６Ｂの底面上の底部酸化物層２０ａの一部も除去される。

第１の実施形態においては、最終空洞１６Ａ内の柱がすべて除去されている。しかし、最終空洞１６Ａの面積が比較的に大きい場合、最終空洞１６Ａの天井部を構成する部材が破断や落下するおそれが生じる。本実施形態では、柱１１ｂを残しつつ、側壁部１１ａの一部を除去することにより、赤外線検出の感度及び精度の向上を図っている。

本実施形態においても、ＣＶＤ法により、シリコン窒化物層１２の空洞形成用開口を塞ぐシリコン酸化物層２０を形成しているので、第１の実施形態と同様に、空洞の天井部に大きな熱歪みを与えることなく、工程を進めることができ、第１の実施形態と同じ効果を発揮することができる。

最終空洞の横断面積が１０００μｍ²以上の場合には、内部に横断面積が１０μｍ²以上の柱を２本以上１０本以下の本数で残すことにより、空洞の天井部の破断等を確実に防止することができる。

逆に、柱１１ｂを除去しても、天井部の破壊が問題にならないような場合には、第１の実施形態で形成したホール２８を上記のホール３０とともに形成した後、壁１１ａだけではなく、柱１１ｂの一部または全部をエッチングしてもよい。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。本実施形態では、空洞を形成するための下地層（空洞形成用犠牲層）としてシリコン基板を用いる。

まず、図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、基板４０上にシリコン窒化物層４２を形成する工程を行う。図１４（ｂ）は、シリコン窒化物層４２が形成された状態の基板４０を示す平面図であり、図１４（ａ）は、その断面図である。

この工程では、７６０℃に保持したシリコン基板４０の上に、ＣＶＤ法により、厚さ２００〜４００ｎｍのシリコン窒化物層４２を堆積する。シリコン窒化物層４２は、エッチングストップ層として機能する。

次に、図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、シリコン窒化物層４２に開口４５を形成する工程を行う。図１５（ｂ）は、開口４５の配置を示す平面図であり、図１５（ａ）は、そのＸＶａ−ＸＶａ線断面図である。

この工程では、フォトリソグラフィ技術によって形成されたレジストマスク（図示せず）を用いたドライエッチングを行うことにより、シリコン窒化物層４２に空洞形成用開口４５を形成する。図１５（ｂ）に示す例では、３行×３列の９個の開口４５が形成されている。縦に並んだ３個の開口４５の列における開口４５の間隔に比べると、横方向に並んだ３個の開口４５の行における開口４５の間隔は広い。

次に、図１６（ａ）及び（ｂ）に示すように、仮空洞を形成する工程を行う。図１６（ｂ）は、仮空洞が形成された段階の平面図であり、図１６（ａ）は、そのＸＶＩａ−ＸＶＩａ線断面図である。

この工程では、ＫＯＨやヒドラジンなどのアルカリ系エッチング液を用いたウェットエッチングを行うことにより、シリコン基板４０の一部が除去される。このエッチングは、シリコン基板４０の表面のうち、開口４６を介して露出する領域から等方的に進行する。等方性のウェットエッチングは、深さ方向のみならず横方向にも進行するため、隣接する空洞形成用開口４５の間に位置する領域では、両側の開口４５からエッチングされる。そのため、図１６（ｂ）に示すように、間隔の狭い部分では、エッチングによって形成された凹部が連結するが、間隔の広い部分では、エッチングされない部分が残る。

こうして、図１６（ａ）及び（ｂ）に示されるように、複数の仮空洞４６ｘが形成されるとともに、各仮空洞４６ｘの間に、シリコン基板４０の残部である壁４０ａが形成される。

図１６（ｂ）の例では、同図の縦方向に並ぶ仮空洞４６ｘ同士が互いにつながり、同図の横方向に並ぶ仮空洞４６ｘ同士が連通していないが、仮空洞４６ｘの形態は、このような例に限定されない。複数の仮空洞４６ｘは、互いに孤立していてもよいし、一部で互い連通していてもよい。また、すべての仮空洞４６ｘ連通していてもよい。仮空洞４６ｘの形態は、空洞形成用開口４５の形状、大きさ、配置などから自由に設計することができるし、また、ウェットエッチングの条件によっても変更し得る。

本実施形態では、エッチングストップ層の支持部として機能し、仮空洞の崩壊を防止する壁４０ａを残存させることが重要である。このため、仮空洞４６ｘを形成するためのエッチングを行うとき、柱又は壁のない連続した１つの大きな空洞が形成されることがないように、エッチング条件を調節する必要がある。

次に、開口４５を塞ぐ工程を行う。図１７（ｂ）は、シリコン酸化物層５０を堆積した段階の平面図であり、図１７（ａ）は、ＸＶＩＩａ−ＸＶＩＩａ線断面図である。この工程では、ＣＶＤ法により、基板４０上に厚さ３５０ｎｍのＴＥＯＳからなるシリコン酸化物層５０を堆積して、仮空洞４６ｘの天井部であるシリコン窒化物層４２の空洞形成用開口４５を塞ぐ。このとき、仮空洞４６ｘの底面上にも底部酸化物層５０ａが堆積される。

図１８（ｂ）は、シリコン酸化物層５０に第２開口部を形成した段階の平面図であり、図１８（ａ）は、そのＸＶＩＩＩａ−ＸＶＩＩＩａ線断面図である。この工程では、フォトリソグラフィ及びドライエッチング技術により、シリコン酸化物層５０のうち、仮空洞４６ｘ間の壁４０ａの上方に位置するホール５８を形成する。そして、このホール５８から下方の壁４０ａをエッチングする。このエッチングにより、最終空洞４６が形成される。このように、本実施形態によれば、ＬＯＣＯＳ膜などの絶縁膜を利用することなく、直接シリコン基板４０に空洞を形成することができる。

なお、最終空洞４６の形成に先立って、第１、第２の実施形態と同様に、ボロメータ用抵抗体を形成しておくことができる。この場合、図１８（ｂ）において破線で示すＳ字状の領域に、パターニングされたボロメータ用抵抗体が配置される。ボロメータ用抵抗体を形成した後、ボロメータ用抵抗体を覆うように層間絶縁膜及びパッシベーション膜を積層し、その後、これらの積層膜を貫通するようにホール５８を形成することになる。

（第４の実施形態）
次に、上記各実施形態の製造方法で作製したボロメータ用抵抗体を備えた赤外線センサの実施形態を説明する。

図１９（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の赤外線センサの断面図及び電気回路図である。ここでは、図１９（ａ）及び（ｂ）に示す赤外線検出部を備えた赤外線センサを説明するが、この赤外線検出部の変わりに、前述した他の赤外線検出部の構造を有する赤外線センサでも同様である。

本実施形態の赤外線センサは、図１９（ａ）に示すように、厚さが約７００μｍのシリコン基板１１０と、シリコン基板１１０の上に設けられた抵抗素子（ボロメータ）１２０と、シリコン基板１１０の上に形成され、抵抗素子１２０への電流をオン・オフするためのスイッチングトランジスタ１３０と、抵抗素子１２０が搭載されている領域を減圧雰囲気に保持するためのキャップ体１４０とを備えている。この赤外線センサ全体の大きさは、数ｍｍ程度である。シリコン基板１１０の上には、蛇行パターンを有する抵抗体１１１と、抵抗体１１１を支持するシリコン窒化物層１１２及びシリコン酸化物層１１３（ＴＥＯＳ膜）と、抵抗体１１１の上を覆うＢＰＳＧ膜１１６（層間絶縁膜）及びパッシベーション膜（シリコン窒化物層）１１７とが設けられている。蛇行する抵抗体１１１、シリコン酸化物層１１３、ＢＰＳＧ膜１１６及びパッシベーション膜１１７の下方及び上方には、それぞれ真空に保持された空洞部１１９、１４３が設けられ、空洞部１１９、１４３は、シリコン酸化物層１１３、ＢＰＳＧ膜１１６及びシリコン窒化物層１１２に形成された孔Ｈｅｔを通じて互いにつながっている。

抵抗体１１１の材質は、Ｔｉ、ＴｉＯ、ポリシリコン、Ｐｔなどがあり、いずれを用いても構わない。

パッシベーション膜１１７のうち、キャップ体１４０の筒部１４２の下方に位置する部分には、軟質金属材料（アルミニウムなど）からなる環状膜１１８が設けられている。筒部１４２の先端にも、軟質金属材料（アルミニウムなど）からなる環状膜１４４が設けられている。両接合部１１８、１４４同士の間に形成された環状接合部１１５により、キャップ体１４０とシリコン基板１１０との間に存在する空洞部１４３と、シリコン基板内部の空洞部１１９とが、減圧雰囲気（真空状態）に保持されている。すなわち、空洞部１１９、１４３が存在することにより、抵抗体１１１がシリコン基板１１０と熱絶縁され、赤外線入射量による温度上昇の効率を高く維持するように構成されている。

キャップ体１４０の基板部１４１は、厚さ約７００μｍのシリコン基板上に、厚さ約３μｍのＧｅ層と、表面にフレネルレンズが形成された厚さ約１μｍのＳｉ層とをエピタキシャル成長させた構造となっている。キャップ体１４０の筒部１４２によって深さ数μｍ以上の空洞部が形成される。なお、窓部となる部分をエッチングなどにより薄くしてもよい。

スイッチングトランジスタ１３０は、ソース領域１３１、ドレイン領域１３２及びゲート電極１３３を備えている。そして、ソース領域１３１がキャップ体１４０の筒部１４２の下方に形成されており、ソース領域１３１が真空状態に封止された抵抗体１１１と外部の部材との間の信号をつなぐ配線として機能するように構成されている。

図１９（ａ）には図示されていないが、シリコン基板１１０の下面には、抵抗素子を冷却するためのペルチェ素子が取り付けられている。このペルチェ素子は、ショットキー接触部を通過するキャリアの移動に伴う熱の吸収作用を利用した素子であり、本実施形態においては、周知の構造を有する各種ペルチェ素子を用いることができる。

抵抗体１１１の一端は、図１９（ｂ）に示すように、電源電圧Ｖｄｄを供給する配線１３５に接続され、抵抗体１１１の他端はスイッチングトランジスタ１３０のドレイン領域１３２に接続されている。スイッチングトランジスタ１３０のゲートには、配線１３６を介してオン・オフ切り替え用信号が入力され、スイッチングトランジスタ１３０のソースは、他端に標準抵抗が設けられた配線１３８を介して抵抗体１１１が受けた赤外線量を検知するための検出部（図示せず）に接続され、スイッチングトランジスタ１３０の基板領域は、配線１３７を介して接地電圧Ｖｓｓを供給する接地に接続されている。すなわち、赤外線量に応じて抵抗体１１１の温度が変化して抵抗値が変化すると、配線１３８の電位が変化することから、この電位の変化から赤外線量が検出される。

ディスクリート型赤外線センサにおいては、ボロメータなどからの出力を増幅するオペアンプをも基板上に設けることがある。その場合、本実施形態のボロメータ、スイッチングトランジスタに加えて、オペアンプをキャップ体によって封止される領域に配置することができる。

次に、図２０（ａ）〜（ｆ）を参照しながら、本実施形態の電子デバイスに用いられるキャップ体の形成方法を説明する。

まず、図２０（ａ）に示すように、シリコンウェハ１５０の上にＧｅ層とＳｉ層とを順次エピタキシャル成長させてなるキャップ用ウェハ１５０を準備する。シリコンウェハの上に厚さ約３μｍのＧｅ層をエピタキシャル成長させるには、シリコンウェハの上にＳｉ_1-xＧｅ_x層をＧｅ成分比ｘが０から１まで変化するようにエピタキシャル成長させた後、Ｇｅ層を所定の厚さだけエピタキシャル成長させる。また、その後、Ｇｅ層の上にＳｉ_1-xＧｅ_x層をＧｅ成分比ｘが１から０まで変化するようにエピタキシャル成長させた後、厚さ約１μｍのＳｉ層をエピタキシャル成長させる。そして、Ｓｉ層の表面に各赤外線センサに赤外線を集光させるための凸レンズとなるフレネルレンズを形成する。

キャップ用ウェハ１５０のフレネルレンズが形成された面を下方にした状態で、図２０（ａ）に示すように、キャップ用ウェハ１５０のＧｅ層及びＳｉ層とは対向する面上に、蒸着法、スパッタリング法などにより、厚さ約６００ｎｍのＡｌ膜１５１を形成する。

次に、図２０（ｂ）に示すように、Ａｌ膜１５１上にレジストパターン（図示せず）を形成し、レジストパターンをマスクとして、Ａｌ膜１５１をエッチングし、環状膜１４４を形成する。

この後、図２０（ｃ）に示すように、環状膜１４４をマスク（ハードマスク）として、あるいはレジストパターンを残したままでドライエッチング（ＲＩＥ）を行う。こうして、キャップ用ウェハ１５０に、各赤外線センサの空洞となる凹部を囲む筒部１４２を形成する。このとき、キャップ用ウェハ１５０は、シリコンウェハの残部、Ｇｅ層、Ｓｉ層及びフレネルレンズなどを有する基板部１４１と、筒部１４２とにより構成され、筒部１４２の高さつまり凹部の深さは、数μｍ以上である。

キャップ体の作成方法として、バルクシリコン基板に代えて、酸化絶縁層（例えばいわゆるＢＯＸ層）を有するＳＯＩ基板を用いることもできる。その場合、絶縁層とシリコン基板とのエッチング選択比が高い条件でシリコン基板をエッチングすることができるので、絶縁層の部分で凹部の形成を確実に停止させることが可能になる。

次に、図２０（ｄ）に示すように、キャップ用ウェハ１５０の基板部１４１を上に向けた状態で、ＩＣＰ−ＲＩＥを用いたドライエッチングにより、キャップ用ウェハ１５０の基板部１４１に、基板部１４１を分離して各赤外線センサのキャップ体を個別に形成するための切り込み部１５２を形成する。そして、図１９に示すような構造を有する本体基板１００を準備し、本体基板１００の上にＡｌからなる環状膜１１８を形成する。

次に、図２０（ｅ）に示すように、例えば、第３の実施形態の工程を経て赤外線検出部が形成された本体ウェハ１００の上に、キャップ用ウェハ１５０を載置して、環状膜１１８、１４４同士を結合させ、圧着による接合工程を行う。こうして、図１９に示すような環状接合部１１５を形成することができる。

次に、図２０（ｅ）の下方に示すように、キャップ用ウェハ１５０の切り込み部１５２でキャップ用ウェハを赤外線センサごとに割るとともに、本体ウェハ１００を赤外線センサごとにダイシングによって切り出す。これにより、シリコン基板１１０とキャップ体１４０からなるディスクリート型赤外線センサが得られる。

図２１は、圧着に用いられる装置の構成を概略的に示す断面図である。同図に示すように、チャンバー１６０には、圧着用の圧力を印加するための支持部１６１と、チャンバー１６０内を真空に保持するための広帯域ロータリーポンプ１６２と、Ａｒを照射するための照射装置１６３、１６４とが取り付けられている。そして、本体ウェハ１００を上方に、キャップ用ウェハ１５０を下方に配置した状態で、照射装置１６３、１６４から各環状膜１１８、１４４（図２０（ｄ）参照）にそれぞれＡｒ原子ビームを照射する。この処理により、環状膜１１８、１４４を構成するＡｌ表面の汚染物質や酸化物層が除去される。その後、チャンバー１６０内の真空度を１０^-4Ｐａレベルに保持した状態で、常温（例えば３０℃程度）で、０．５ＭＰａ〜２０ＭＰａの圧力を両環状膜１１８、１４４間に印加することにより、各環状膜１１８、１４４を互いに接合する。圧着する前に、環状膜１１８、１４４を約１５０℃に加熱することにより、表面に吸着しているＡｒの追い出しを行ってもよい。

なお、Ａｒ原子を照射する代わりにＯ原子や、他の中性原子を照射しても、Ａｌなどの金属の表面にダングリングボンドを露出させることができるので、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

接合に用いる金属としては、Ａｌの他の金属（合金を含む）を用いることができるが、特に、融点の低いＩｎ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ−Ｃｕ合金などは、常温又は常温に近い低温での接合が可能である。これらの金属は同種同士の金属を用いてもよいし、互いに異なる種類の金属同士を用いてもよい。例えば、環状膜としてＩｎ膜を蒸着により形成しておき、加圧すると、Ｉｎ膜の表面がつぶれてＩｎ膜の表面部に存在する自然酸化物層がつぶれて、Ｉｎ同士の金属結合が行なわれる。このような圧着を用いることもできる。

また、接合方法には、熱圧着だけでなく超音波接合を用いる方法や、常温で組成変形を与えて接合する方法などがあり、いずれを用いてもよい。更に、Ｓｉ同士の間、Ｓｉ−酸化物層間、酸化物層同士の間などにおける水素結合を利用した接合も可能である。

特に、１０^-2Ｐａ〜１０^-4Ｐａ程度の真空度で接合させることにより、内部空間の真空度を高くして赤外線センサ等の機能をある程度高く維持しつつ、高真空状態を保持するための困難性を回避することができるので、実用的かつ量産に適した接合を行うことができる。

本実施形態では、多くのセンサ、放射素子などの素子を含むセルアレイ全体を真空状態に保持せず、多数の赤外線センサが形成されたウェハを用いつつ、各赤外センサを個別に真空状態に封止する。このため、本実施形態は、ディスクリート型素子にも容易に適用することができる。特に、本実施形態は、電子デバイスの製造プロセス、特に、ＣＭＯＳ用プロセスをそのまま利用することができるので、実用に適している。

本実施形態では、従来技術のように封止部をはんだ接合によって形成するのではなく、封止部をアルミニウムなどの軟質金属同士の接合を利用して形成するので、赤外線センサなどの素子の小型化にも適用が容易となる。

本実施形態の製造工程によると、ウェハに多数のディスクリート型赤外線センサを形成する場合にも、各赤外線センサ個別にキャップ体を接合することができる。特に、図２０（ｄ）に示すように、基板部１４１に切り込み部１５２を形成することにより、セルごとに接合部に加わる応力を均一化することができるので、接合時に局部的に大きな応力が作用せず、接続部の信頼性の向上を図ることができる。

（第５の実施形態）
図２２は、本実施形態の赤外線エリアセンサの電気回路図である。この赤外線エリアセンサは、複数の赤外線検出部が行及び列状に１つの基板に配列された構成を有している。図２４は、この赤外線センサの構造を概略的に示す断面図である。

このような構成の赤外線エリアセンサは、例えば、図２０（ｅ）に示す工程で作製された構造物を利用して作製されえる。具体的には、図２０（ｅ）のキャップ体用ウェハ１５０を赤外線検出部ごとに分割して多数のキャップ体１４０を形成する一方で、本体用ウェハ１００は行列上の配置された多数の赤外線検出部を有するチップに分割すればよい。

以下、本実施形態の赤外線エリアセンサの回路構成を詳細に説明する。図２２に示すように、本体基板には、ボロメータ２０１とスイッチングトランジスタ２０２とを有する多数のセルＡ１〜Ｅ５が行列状に配置されたセルアレイが設けられている。１つのセルの大きさは、例えば４０μｍ〜５０μｍ程度であるが、検知する赤外線のほぼ波長の２倍に当たる２０μｍ以上であればよい。各セルのスイッチングトランジスタ２０２のゲート電極は、縦方向走査回路２０９（Ｖ−ＳＣＡＮ）から延びる選択線ＳＥＬ−１〜ＳＥＬ−５に接続されている。各セルのボロメータ２０１の一端は電源供給ライン２０５に接続され、スイッチングトランジスタ２０２のソースは、接地から基準抵抗Ｒａ〜Ｒｅを介して延びるデータライン２０４ａ〜２０４ｅに接続されている。また、データライン２０４ａ〜２０４ｅは、それぞれスイッチングトランジスタＳＷａ〜ＳＷｅを経て出力アンプ２０６に接続されている。各スイッチングトランジスタＳＷａ〜ＳＷｅのゲート電極には、横方向走査回路２０８（Ｈ−ＳＣＡＮ）から延びる信号線２０７ａ〜２０７ｅが接続されている。

図２３は、この赤外線エリアセンサの制御方法を示すタイミングチャートである。縦方向走査回路（Ｖ−ＳＣＡＮ）の制御により、選択線ＳEL−１が駆動されると、各セルＡ１〜Ｅ１のスイッチングトランジスタ２０２がオンになり、ボロメータ２０１に基準抵抗Ｒａ〜Ｒｅを経た電圧がそれぞれ供給される。一方、横方向走査回路（Ｈ−ＳＣＡＮ）により、スイッチングトランジスタＳＷａ〜ＳＷｅが順次駆動されて、各セルＡ１〜Ｅ１のデータＤａ１〜Ｄｅ１が出力アンプ２０６から出力される。次に、縦方向走査回路（Ｖ−ＳＣＡＮ）の制御により、選択線ＳＥＬ−２が駆動されると、横方向走査回路（Ｈ−ＳＣＡＮ）の制御により、スイッチングトランジスタＳＷａ〜ＳＷｅが順次駆動されて、各セルＡ２〜Ｅ２のデータＤａ２〜Ｄｅ２が出力アンプ２０６から出力される。同様に、縦方向走査回路（Ｖ−ＳＣＡＮ）、横方向走査回路（Ｈ−ＳＣＡＮ）の制御によって、各セルＡ３〜Ｅ３のデータＤａ３〜Ｄｅ３、各セルＡ４〜Ｅ４のデータＤａ４〜Ｄｅ４、各セルＡ５〜Ｅ５のデータＤａ５〜Ｄｅ５が出力アンプ２０６から順次出力される。

各ボロメータ２０１が配置されているセルにおける赤外線の入力レベルが集計されて、検出対象に関する２次元の情報が得られる。

（第６の実施形態）
図２４に示す赤外線センサは、各赤外線検出部個別にキャップ体を有しているが、本発明の赤外線センサは、そのような実施形態に限定されない。

図２５は、本発明による赤外線センサの他の構造を示す断面図である。同図に示すように、キャップ体が１つの赤外線検出部を個別覆うのではなく、セルアレイの複数の赤外線検出部を覆っていてもよい。図２５の赤外線センサでは、環状接合部が複数の赤外線検出部を囲んでいる。キャップ体の材質や、環状接合部を構成する材料及び形成方法は、第４の実施形態と同様である。

図２６は、本発明による赤外線センサの更に他の構造を示す断面図である。この赤外線センサでは、多数の赤外線検出部を含むセルアレイ全体をキャップ体が覆っている。環状接合部は、セルアレイ全体を囲んでいる。キャップ体の材質や、環状接合部を構成する材料及び形成方法は、第４の実施形態と同様である。

本実施形態又はその変形例によると、環状接合部が、従来のはんだを利用したものとは異なり、金属結合又は水素結合を利用した接合、あるいは常温接合により形成されているので、抵抗素子が封入される空間の真空度を高く維持することができ、キャップ体内に封入される各種センサの検出感度のいっそうの向上や検出精度の向上を図ることができる。

第４〜第６の実施形態においては、キャップ体によって封止される空洞部が真空ドームである場合を想定している。その場合、空洞部内の圧力は、製造工程中の圧着による環状膜の接合の容易性を考慮すると、１０^-2Ｐａ〜１０^-4Ｐａ程度が好ましいが、１０^-4Ｐａ以下で１０^-7Ｐａに達する真空雰囲気下における接合も可能である。

（第７の実施形態）
次に、図２７〜図２９を参照しながら、ＰｂＴｉＯ₃を用いた焦電型赤外線センサの実施形態を説明する。

図２７は、本実施形態に係る焦電型赤外線センサの赤外線検出部の構造を示す斜視図である。図２８は、本実施形態に係る焦電型赤外線センサの赤外線検出部の断面図である。図２９は、本実施形態に係る焦電型赤外線センサの赤外線検出部の平面図である。

赤外線検出部Ｒａは、図２７〜図２９に示すように、シリコン基板２０１の上に設けられたＬＯＣＯＳ膜からなる柱２１０と、柱２１０の上にＣＶＤにより形成されたＴＥＯＳ膜２１１と、ＴＥＯＳ膜２１１の上にＣＶＤにより形成されたシリコン窒化物層２１２と、シリコン窒化物層２１２の上にＣＶＤにより形成されたＴＥＯＳ膜２１３と、ＴＥＯＳ膜２１３の上にスパッタリングにより形成されたＴｉ／Ｐｔからなる下部電極２１５と、下部電極２１５の上にｓｏｌ−ｇｅｌ法により形成されたＰｂＴｉＯ₃からなる誘電体膜２１８と、誘電体膜２１８の上にスパッタリングにより形成されたＰｔからなる上部電極２１９と、シリコン基板２０１上の前記各部材を覆うＢＰＳＧからなる層間絶縁膜２２０と、層間絶縁膜２２０を貫通して一方の端部で下部電極２１３に接続されるＡｌ合金からなる第１配線２２２ａと、層間絶縁膜２２０を貫通して一方の端部で上部電極２１９に接続されるＡｌ合金からなる第２配線２２２ｂと、層間絶縁膜２２０を覆う窒化シリコンからなるパッシベーション膜２２３とを備えている。第１配線２２２ａ及び第２配線２２２ｂの各他方の端部は、シリコン基板２０１内に形成された第１、第２不純物拡散層２３０ａ、２３０ｂに接続されている。

そして、赤外線検出部Ｒａは、層間絶縁膜２２０とパッシベーション膜２２３とからなる側壁部Ｒｂによって囲まれている。前記第１、第２不純物拡散層２３０ａ、２３０ｂは側壁部Ｒｂの下方を通って側壁部Ｒｂの外方まで延びている。つまり、赤外線検出部Ｒａに対して各不純物拡散層２３０ａ、２３０ｂを介して制御信号を供給するように構成されている。

また、図示されていないが、図２８に示す側壁部Ｒｂの上面には、図１９に示すような環状膜が形成されており、その上にキャップ体の環状膜が接合されて、赤外線検出部Ｒａ全体が外部から遮断されて減圧雰囲気に保持される。

本実施形態においても、第１の実施形態で説明した製造方法を応用して、ＬＯＣＯＳ膜に空洞２１６を形成し、ＬＯＣＯＳ膜の残部である柱２１０によって支持される下部電極２１５、誘電体膜２１８及び上部電極２１９を有する赤外線検出部Ｒａが得られる。

これにより、周囲が真空雰囲気に保持されて、かつ、シリコン基板２０１や側壁部Ｒｂとの熱コンダクタンスを小さく維持することができるので、赤外線検出感度及び検出精度の高い赤外線センサが得られる。

図３０は、本実施形態の焦電型赤外線センサの制御回路を示す電気回路図である。下部電極２１５、誘電体膜２１８及び上部電極２１９からなるキャパシタ２５１の下部電極は接地に接続されている。そして、ゲートがノードＮ１を介して上部電極２１９に接続されるデプリーション型の電荷検出用トランジスタ２５２と、ドレインがノードＮ１を介して上部電極２１９に接続されるリセット用ＭＩＳトランジスタ２５３と、ソースが電荷検出用トランジスタ２５２のソースに接続され、ゲートがワード線に接続されるスイッチングトランジスタ２５４と、抵抗体用トランジスタ２５６とが配置されている。

本実施形態では、赤外線を受けたときに焦電材料であるＰｂＴｉＯ₃膜（誘電体膜２１８）に生じる分極からノードＮ１に生じる電荷を検出することにより、赤外線料を検出するように構成されている。

焦電材料としては、ＰｂＴｉＯ₃の他、ＺｎＯ、ＰＺＴ等があり、いずれを用いてもよい。

本発明が適用される電子デバイスには、赤外線センサの他、圧力センサ、加速度センサ、流速センサなどがある。

赤外線センサは、ボロメータ、焦電型センサ、サーモパイルなどの熱形と、ＰｂＳ、ＩｎＳｂ、ＨｇＣｄＴｅなどを用いた量子形とに大別される。ボロメータには、ポリシリコン、Ｔｉ、ＴｉＯＮ、ＶＯ_xなどの抵抗変化を利用したものがある。サーモパイルには、ＰＮ接合部に生じるゼーペック効果を利用したもの、更にはＰＮダイオードなどの順方向電流の過渡特性を利用したものがある。焦電型赤外線センサには、ＰＺＴ、ＢＳＴ、ＺｎＯ、ＰｂＴｉＯ₃などの材料の誘電率変化を利用したものがある。量子型赤外線センサは、電子励起によって流れる電流を検出するものである。例えば、ゼーベック効果によって赤外線を検出するクロメル・アルメル熱電対（Ｃｈｒｏｍｅｌ−ＡｌｕｍｅｌTｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ）を有する赤外センサ等がある。

これらの赤外線センサは、赤外線検出感度ひいては赤外線検出精度を高く維持するためには、赤外線検出部からの熱放散が小さいことが好ましいものである。そして、キャップ体中で真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気中に封入すると特性が向上する特性を有している。

圧力センサ、加速度センサには、空気の粘性抵抗を減少させると感度が向上するので、キャップ体中で真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気に封入すると特性が向上することが知られている。

（感度の向上効果について）
ここで、本発明による赤外線の検出感度の向上効果について説明する。

熱型の赤外線センサにおいては、赤外線検出部と基板との間の熱コンダクタンスが小さいほど、感度が大きくなる。従来の方法においては、空洞内の壁や柱が除去されることがないため、これらの部分による熱コンダクタンスが大きくなり感度が悪くなる。

これに対して、本発明においては、上記の各実施形態のように、熱処理と空洞上部の補強後にドライエッチを行って、柱や壁を除去している。このため、天井部の破損を防止しつつ、赤外線の検出感度を向上することができる。

−感度の解析式−
文献（Ｓ．Ｓｅｄｋｙ、Ｐ．Ｆｉｏｒｉｎｉ、Ｍ．Ｃａｙｍａｘ、Ｃ．Ｂａｅａｒｔ、ａｎｄＲ．Ｎｅｒｔｅｎｓ、"ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆＢｏｌｏｍｅｔｅｒｓＢａｓｅｄｏｎＰｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＳｉｌｉｃｏｎＧｅｒｍａｎｉｕｍＡｌｌｏｙｓ、"ＩＥＥＥＥＬＥＣＴＲＯＮＤＥＶＩＣＥＬＥＴＴＥＲＳ、ＶＯＬ．１９、ＮＯ．１０、Ｏｃｏｂｅｒ１９９８．）によると、赤外線の検出感度（ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｉｔｙ）Ｒｖは、下記式（１）により表される。

Ｒｖ＝ｄＶ／ｄＱ
＝（αη／Ｇ（Ｒｂｂ＋Ｒｓｒ）²）×Ｖ×Ｒｓｒ×Ｒｂｂ・・・（１）

ここで、
Ｑ［Ｗ］：画素部に単位時間あたりに照射される赤外線エネルギー
Ｖ［Ｖ］：ボロメータ両端の電圧
Ｇ［Ｗ／Ｋ］：画素部と基板部分の接続部分の熱コンダクタンス
α［／Ｋ］：温度変化に対するボロメータ部の抵抗変化率
η：被写体の輻射率（ｅｍｉｓｓｉｖｉｔｙ）
Ｒｂｂ［Ω］：ボロメータ部の抵抗値
Ｒｓｒ［Ω］：ボロメータに直列接続する負荷抵抗の抵抗値
Ｖ［Ｖ］：ボロメータ及び負荷抵抗に印加する電圧

式（１）からわかるように、感度Ｒｖは熱コンダクタンスＧに反比例する。

以下、本発明における感度向上率を計算するために、熱コンダクタンスＧについてのみ議論する。画素部である赤外線検出部と基板との間の熱コンダクタンスＧは、下記式（２）で表される。

Ｇ＝Ｇｌｅｇ＋Ｇｐｅｒ・・・（２）

ここで、Ｇｌｅｇ及びＧｐｅｒは以下のとおりである
Ｇｌｅｇ［Ｗ／Ｋ］：空洞部の柱部分の熱コンダクタンス
Ｇｐｅｒ［Ｗ／Ｋ］：空洞部の横部分の熱コンダクタンス

真空パッケージ内でセンサを動作させる場合を考慮し、空気を介して画素部から逃げる熱を無視する。更に、室温動作の場合を考慮し、輻射によって逃げる熱も無視する。

上記の式（２）におけるＧｌｅｇは、下記式（３）で表される。

Ｇｌｅｇ＝ｇ×Ｓｌｅｇ／Ｌｌｅｇ×Ｎｌｅｇ・・・（３）
ただし、ｇ、Ｓｌｅｇ、Ｌｌｅｇｇ、Ｎｌｅｇは以下の通りである、
ｇ［Ｗ／ｍＫ］：ＳｉＯ₂の熱コンダクティビティ（約１．４）
Ｓｌｅｇ［ｍ²］：柱の断面積
Ｎｌｅｇ：柱の本数
Ｌｌｅｇ［ｍ］：柱の長さ

以下の条件１及び２のもとで、前記式（３）を解くと、下記式（４）が得られる。

条件１：Ｓｌｅｇ＝２．５×１０^-11［ｍ²］
条件２：Ｌｌｅｇ＝２×１０^-6［ｍ］＝２［μｍ］
Ｇｌｅｇ＝Ｎｌｅｇ×１．７５×１０^-5 ・・・（４）

ここで、例えば第１の実施形態と第２の実施形態とを組み合わせて、空洞の横部分と１２本の柱部分をドライエッチによって除去する場合には、Ｇｐｅｒは０であるので、熱コンダクタンスＧは、７．００×１０^-5となる。

一方、従来の技術では、Ｇｐｅｒは、空洞部の横部分の形状が複雑であるので単純な方法で解析できないが、シミュレーションを用いて計算できる。従来技術において、１６本の柱がある場合を想定すると、空洞上部の膜厚が２［μｍ］で上面から空洞を見たときの周囲長が４００［μｍ］である場合、例えば以下のような値となる。

Ｇｐｅｒ＝５．６×１０^-4［Ｗ／Ｋ］

その結果、従来技術の熱コンダクタンスＧは、８．４０×１０^-4となる。本発明の製造方法により、従来の方法に比べて、熱コンダクタンスＧを、１桁程度低く（この計算例では、１／１２程度に）低減することができる。

（第８の実施形態）
まず、図４０（ａ）及び（ｂ）に示すように、シリコン基板３００上にシリコン酸化物層３０１を堆積する。このシリコン酸化物層３０１は、下層エッチングストップ層として機能する。次に、図４１（ａ）及び（ｂ）に示すようにシリコン酸化物層３０１上にポリシリコン膜３０２を堆積する。ポリシリコン膜３０２は、空洞形成用の犠牲層として機能する膜であり、その厚さは、後で形成する空洞の高さを実質的に規定する。本実施形態では、ポリシリコン膜３０２の厚さを約１μｍに設定する。この段階におけるポリシリコン膜３０２は基板１０の全面を覆っているが、次の工程でパターニングされ、空洞の形状を規定する形状が与えられることになる。

次に、図４２（ａ）及び（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ及びエッチング技術により、ポリシリコン膜３０２をパターニングする。パターニングされたポリシリコン膜３０２の形状が仮空洞の形状を規定する。本実施形態では、パターニングされたポリシリコン膜３０２は、中央部に下地の酸化シリコン膜３０１に達する開口部３０２ａを有している。この開口部３０２ａは、後にポリシリコン膜３０２のエッチングによって仮空洞が形成されたとき、仮空洞の天井部を支持する支持部の形状と位置を規定することになる。この開口部３０２ａは、例えば、深さが約１μｍ、直径が０．４μｍの貫通穴によって構成される。

次に、図４３（ａ）及び（ｂ）に示すように、パターニングされたポリシリコン膜３０２上にシリコン酸化物層３０３を堆積する。シリコン酸化物層３０３は、ポリシリコン膜３０２をエッチングする際の上層エッチングストップ層として機能するが、その一部は、ポリシリコン膜３０２の開口部３０２ａを埋め込む。シリコン酸化物層３０３のうち、この開口部３０２ａを埋め込んだ部分が上層エッチングストップ層の支持部として機能し、仮空洞の崩壊を防止する。

シリコン酸化物層３０３の厚さは、ポリシリコン膜３０２の開口部３０２ａの内径及び深さに応じて適切に決定される。本実施形態では、シリコン酸化物層３０３の厚さを約２００ｎｍに設定する。

次に、図４４（ａ）及び（ｂ）に示すように、シリコン酸化物層３０３の上にボロメータ３０４を形成する。ボロメータ３０４は、ポリシリコン膜３０２の開口部３０２ａが形成されている領域を避けて形成される。

次に、図４５（ａ）及び（ｂ）に示すように、ボロメータ３０４を覆うようにシリコン酸化物層３０５を堆積する。このシリコン酸化物層３０５は、赤外線吸収部として機能する。

この後、フォトリソグラフィ及びエッチング技術を用いて、図４６（ａ）及び（ｂ）に示すように、積層したシリコン酸化物層３０３、３０５にホール３０６を形成する。ホール３０６は、犠牲層であるポリシリコン膜３０２の一部を露出させる。

次に、シリコン酸化物層３０３、３０５に形成したホール３０６から、ヒドラジン（Ｈ₄Ｎ₂）を供給し、ポリシリコン膜３０２のエッチングを行う。このエッチングにより、図４７（ａ）及び（ｂ）に示すように、ポリシリコン膜３０２が除去され、酸化シリコン膜３０３、３０５の下方に仮空洞３０８が形成される。このとき、ポリシリコン膜３０２の開口部３０２ａが形成された部分にはヒドラジン（Ｈ₄Ｎ₂）によってエッチングされないシリコン酸化物層が残存し、柱（支持部）３０８ａが形成される。仮空洞３０８は、後の工程において拡大される。ポリシリコン膜３０２の除去は、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）やＫＯＨなどの他の薬剤を用いて行っても良いし、ＸｅＦなどのガスを用いて行っても良い。

この後、図４８（ａ）及び（ｂ−１）及び（ｂ−２）に示すように、仮空洞３０８の内部に形成されている柱３０８ａをドライエッチによって除去する工程を行い、仮空洞３０８を拡大し、最終的な空洞３０８ｄを形成する。柱３０８ａのエッチングは、積層したシリコン酸化物層３０３、３０５のうち、柱３０８ａの上方に位置する部分を下方にエッチングすることにより行う。このエッチングは、図示していないレジストマスクを用いて行う。より具体的には、柱３０８ａの上方に開口部を有する不図示のフォトレジストマスクをシリコン酸化物層３０５上に形成した後、レジストマスクの開口部を介してシリコン酸化物層３０３、３０５を異方的にエッチングする。

図４８（ｂ−１）及び図４８（ｂ−２）は、それそれ、柱３０８ａを除去した段階の断面図である。本実施形態によれば、柱３０８ａが存在した位置に、凹部３０８ｂまたは突起３０８ｃが残る。この特徴は、本実施形態のデバイスを電子顕微鏡などで観察することによって確認できる。

本実施形態では、シリコン酸化物層から形成された支持部のエッチングを、ＣＦ₄、Ｈ₂、ＣＨ₃、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₄Ｆ₈、ＣＨ₂Ｆ₂、ＣＯ、Ａｒ、Ｏ₂からなる群から選択した少なくとも１種のガスを用いて行う。このため、上記の凹部３０８ｂや突起３０８ｃには、Ｃ、Ｆなどの元素が多量に残るが、Ｎ元素は残らない。これに対して、ヒドラジンやＴＭＡＨを用いてポリシリコン膜３０２をエッチングすることによって空洞３０８を形成する従来技術によれば、空洞３０８の内壁にＮ元素が残る。また、ＫＯＨを用いてポリシリコン膜３０２をエッチングした場合には、空洞の内壁にＫが残る。

ヒドラジンなどを用いたウェットエッチングによってポリシリコン膜３０２を除去する場合には、薬剤を乾燥する際にデバイスに応力が加わり破損が生じることがある。しかし、本実施形態のように、薬剤を用いてポリシリコン膜３０２を除去する際には柱（支持部）３０８ａを残すため、そのような破損を防止することができる。また、柱（支持部）３０８ａを除去する後の工程では、ドライエッチングを用いるため、上記の破損を防止できる。

本実施形態では、犠牲層（空洞形成用犠牲層）として、ポリシリコン膜３０２を用いているが、犠牲層をアモルファスシリコンや酸化シリコンなどの他の材料から形成しても良い。酸化シリコン膜を犠牲層として用いる場合は、フッ酸を用いて仮空洞を形成することができる。この場合、エッチングストップ層は、フッ酸によってエッチングされにくい材料から形成される。

なお、ＳＯＩ基板の内部酸化層をエッチングストップ層として使用することも可能である。この場合、内部酸化層に開口を形成した後、薬剤を流入し内部酸化層の下方に仮空洞を形成する。その後、仮空洞内の柱をドライエッチで除去すればよい。

なお、犠牲層を除去して仮空洞を形成する工程では、コスト低減の観点から、ＴＭＡＨなどの薬剤を用いるウェットエッチングを行うことが好ましいが、ＸｅＦなどのガスを用いるドライエッチングを行うことも可能である。

シリコン酸化物層から犠牲層を形成し、フッ酸によって犠牲層を除去する場合は、ＬＳＩなどを製造するための一般のシリコンプロセスによってすべての工程を行うことができる。このため、ＬＳＩ製造用の装置を用いて本発明の実施形態を製造できるため、低コスト化が図れる。

本実施形態では、赤外線センサの断熱特性を向上するための空洞を形成しているが、加速度センサなどのほかのセンサや、フィルタなどの通信デバイスなどの他のあらゆる電子デバイスにおいて、下部に空洞をもつメンブレン構造を形成する際にも本発明は適用可能である。

柱３０８ａの除去工程においては、以下の点を考慮する必要がある。

一般的に、エッチングによって薄膜のパターニングを行う場合、薄膜のエッチングするべき領域以外の領域を保護するマスクで薄膜を覆い、その後にエッチングを行う。マスクはフォトレジストなどから形成されるが、薄膜表面の凹凸が大きい場合には、フォトレジストに塗布むらが発生し、これによってパターニングが正常に行えないことがある。例えば、赤外線イメージセンサの場合、空洞の高さは例えば２μｍ程度に設定されるため、基板上に２μｍ程度の段差が形成され、塗布むらが生じることがある。また、フォトリソグラフィ工程中において、レジストベークなどによって支持部に応力が生じ、空洞が破損する可能性もある。このような問題を解決するため、例えば以下の処理を行うことにより、支持部のドライエッチングを再現性良く実行することができる。

まず、図４６（ａ）及び（ｂ）に示すホール３０６を形成した後、ホール３０６及び柱３０８ａの上方に開口部を有するレジストマスクを基板上に形成する。図５８（ａ）及び（ｂ）は、このような開口部３１１を有するレジストマスク３１０が形成された状態を示している。

次に、ポリシリコン膜３０２を選択的にエッチングするヒドラジンなどの薬液をレジストマスク３１０の開口部３１１から流入することにより、図５９（ａ）及び（ｂ）に示すように、ポリシリコン膜を除去して仮空洞を形成する。このとき、ヒドラジンなどの薬液は、シリコン酸化物層から形成された柱３０８ａにも接触するが、この薬液は、シリコン酸化物層をエッチングしない。このため、仮空洞３０８が形成された段階では、柱３０８ａはエッチングされず、支持部として機能する。

次に、上記のレジストマスク３１０を除去することなく、基板３００をドライエッチング装置内にロードして、シリコン酸化物層３０３、３０５のうち、レジストマスク３１０で保護されていない部分を除去する。図６０（ａ）及び（ｂ）は、このドライエッチングにより、柱３０８ａを含むシリコン酸化物層の一部を除去した段階を示している。ドライエッチングの条件を調整することにより、下地のシリコン基板３００をエッチングすることなく、シリコン酸化物層のみを選択的に除去することが可能である。このドライエッチングにより、シリコン酸化物層３０１に凹部３０８ｂが形成される。なお、柱３０８ａは完全に除去される必要はなく、一部が突起として残存しても良い。

最後にレジストマスク３１０を除去する。図６１（ａ）及び（ｂ）は、レジストマスク３１０を除去した段階を示している。フォトレジスト３１０を除去する際に、硫過水洗浄などの薬液を用いると、薬液が空洞３０８内に進入する。この場合、乾燥工程で不要な応力が発生して空洞３０８の一部が破損するおそれがある。このため、フォトレジスト３１０はアッシングなどの方法で除去することが望ましい。

（第９の実施形態）
まず、従来技術の説明に用いて図３２から図３７に示す工程を行うことにより、シリコン酸化物層で覆われたポリシリコン膜を犠牲層として有する構造を形成する。ただし、本実施形態では、フォトリソグラフィ及びエッチング技術により、４隅に切り欠きを有するようにパターニングされたポリシリコン膜３０２を形成する。

次に、図４９（ａ）及び（ｂ）に示すように、シリコン酸化物層３０３、３０５にポリシリコン膜３０２に達する開口３０６を形成する。開口３０６の形状及び配置は、図４９（ａ）に斜線で示されている。これらのホールにより、犠牲層であるポリシリコン膜３０２が露出する。

次に、開口３０６からヒドラジンを流入し、図５０（ａ）及び（ｂ）に示すように、ポリシリコン膜３０２を除去して、仮空洞３０８を形成する。ポリシリコン膜３０２の除去に用いる薬液は、ヒドラジンに限られず、ＴＭＡＨなど他の薬剤を用いてもよい。

図５１（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ、図５１（ａ）のＡ−Ｂ線断面図、及びＣ−Ｄ線断面図である。

次に、仮空洞３０８の４つの隅の上方に形成されている支持部の一部を上方から異方的にエッチングすることにより、支持部の少なくとも一部を除去し、開口３０７を形成するとともに、仮空洞３０８を拡大する。こうして、図５２（ａ）から（ｃ）に示すように、拡大した空洞部３０８ｄを得ることができる。

前述したように、ヒドラジンなど薬液でポリシリコン膜３０２を除去する場合には、薬液を乾燥する際に仮空洞３０８に破損が生じることがある。本実施形態によれば、ポリシリコン膜３０２を除去する際には支持部を残すことにより破損を防止して、後の工程で支持部の一部を除去することにより仮空洞３０８を拡大する。

なお、本実施形態でも、ポリシリコン膜３０２から犠牲層を形成しているが、他の材料から犠牲層を形成しても良い。

また、ＳＯＩ基板の酸化物層をエッチングストップ層として使用して、酸化物に開口を形成した後、薬剤を流入して酸化物層下のシリコン基板内に仮空洞を形成して、その後に仮空洞内の柱をドライエッチで除去してもよい。

本実施形態では、エッチングストップ層の一部から支持部を形成しているが、仮空洞の周囲に位置するシリコン酸化物を支持部として用いてもよい。この場合、異方性エッチングにより、その支持部を上方からエッチングすることになる。

なお、仮空洞の支持部を除去する工程では、第８の実施形態について説明した方法で、フォトレジストマスクを形成してもよい。

（第１０の実施形態）
次に、ＳＯＩ基板を用いた本発明の実施形態を説明する。

図５３（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態で使用するＳＯＩ基板の平面図及び断面図である。このＳＯＩ基板は、上部のシリコン層４０２と、内部のシリコン酸化物層４０１と、単結晶シリコン本体４００とを備えている。

上記のＳＯＩ基板に対して、図５４（ａ）及び（ｂ）に示すように、上部シリコン層４０２と内部シリコン酸化物層４０１とを貫通する開口部４０３を形成する。

次に、図５５（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板の表面にシリコン酸化物層４０５を形成する。このシリコン酸化物層４０５は、ＣＶＤ法や熱酸化法などの方法によって形成され得る。

次に、上記の開口部４０３からヒドラジンを流入させ、図５６（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板の単結晶シリコン本体４００の一部(犠牲層として機能する領域)を除去して、仮空洞４０６を形成する。シリコンのエッチングは、ヒドラジンの代わりにＴＭＡＨなどの他の薬剤を用いて行っても良い。

次に、図５７（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板の上部シリコン層４０２と内部シリコン酸化層４０１に開口部４０７を形成し、最終的な空洞部４０８を形成する。開口部４０７の形成により、シリコン酸化物層４０５を支持する支持部の体積が減少するため、支持部を通じた横方向の熱の流れが抑制されることになる。

前述したように、ヒドラジンなどの薬液でシリコンをエッチングして空洞を形成すると、薬液を乾燥する際に破損が生じる可能性がある。しかし、本実施形態によれば、シリコンをエッチングして仮空洞を形成するとき、シリコン酸化物層からなる支持部を広い領域で残すことにより、強度を維持し、破損を防止する。そして、薬液を乾燥した後、支持部の一部をドライエッチングにより除去して、空洞を拡大するため、大きな空洞を高い歩留まりで形成することができる。本実施形態でも、支持部は上方から異方的にエッチングするため、図４８（ｂ−１）及び（ｂ−２）に示すような凹部や突起が残る場合が多い。

なお、上述した本発明による電子デバイスの実施形態は、いずれも、赤外線を検知するためにボロメータを空洞の上方に配置した装置であるが、本発明の電子デバイスはこれらに限定されない。例えば、空洞の上方にエッチングストップ層に支持される圧電体やアクチュエータなどの種々の構造体を設けた電子デバイスであっても、本発明の優れた効果を発揮することができる。

空洞の上方に圧電体膜および圧電体に電圧を印加する電極層を設けたデバイスとしては、バルク弾性波（ＢＡＷ）デバイスが知られている。圧電体内のバルク弾性波は、所定の周波数で共振する性質を有しており、ＢＡＷデバイスは、この性質を利用し、フィルタや高周波共振器として動作する。本発明の製造方法によれば、まず、上方に圧電体膜や電極層が形成された仮空洞を形成した後、その上方に圧電体層や電極層を形成する。そして、その後に、仮空洞を拡大することができる。

また、空洞の上方にアクチュエータを設けた電子デバイスとしては、アクチュエータでマイクロミラーやマイクロプリズムを駆動する光学スイッチ素子が知られている。このような光学スイッチ素子においては、特定部材が可変に動作するための空洞が必要になる場合がある。本発明の製造方法によれば、上方にアクチュエータなどの少なくとも一部が形成された仮空洞を形成した後、仮空洞を拡大する。

（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、第１の実施形態に係るボロメータの製造工程のうち空洞用絶縁膜を形成する工程を示す断面図及び平面図である。（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、基板上にシリコン窒化物層を形成する工程を示す断面図及び平面図である。（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、空洞形成用開口を形成する工程を示すＩＩＩａ−ＩＩＩａ線における断面図及び平面図である。（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ、仮空洞を形成する工程を示すＩＶａ−ＩＶａ線における縦断面図、平面図及び部分横断面図である。（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、仮空洞をいったん塞ぐ工程を示すＶａ−Ｖａ線における断面図及び平面図である。（ａ）及び（ｂ）は、ボロメータ用抵抗体を形成する工程を示すＶＩａ−ＶＩａ線における断面図及び平面図である。（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、層間絶縁膜を形成する工程を示すＶＩＩａ−ＶＩＩａ線における断面図及び平面図である。（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、ボロメータ用配線を形成する工程を示すＶＩＩＩａ−ＶＩＩＩａ線における断面図及び平面図である。（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、パッシベーション膜を形成する工程を示すＩＸａ−ＩＸａ線における断面図及び平面図である。（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、最終空洞を形成する工程を示すＸａ−Ｘａ線における断面図及び平面図である。（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施形態に対する比較例の製造方法による赤外線センサの製造工程の不具合を説明するための斜視図である。（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態の赤外線センサの製造工程の利点を説明するための斜視図である。（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、第２の実施形態における最終空洞を形成する工程を示すＸＩＩＩａ−ＸＩＩＩａ線における断面図及び平面図である。（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、第３の実施形態における基板上にシリコン窒化物層を形成する工程を示す断面図及び平面図である。（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、シリコン窒化物層に開口を形成する工程を示すＸＶａ−ＸＶａ線における断面図及び平面図である。（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、仮空洞を形成する工程を示すＸＶＩａ−ＸＶＩａ線における縦断面図及び平面図である。（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、仮空洞をいったん塞ぐ工程を示すＸＶＩＩａ−ＸＶＩＩａ線における断面図及び平面図である。（ａ）及び（ｂ）は、最終空洞を形成する工程を示すＸＶＩＩＩａ−ＸＶＩＩＩａ線における断面図及び平面図である。（ａ）及び（ｂ）は、第４の実施形態に係る赤外線センサの断面図及び電気回路図である。（ａ）〜（ｅ）は、第４の実施形態の電子デバイスに用いられるキャップ体の形成方法を示す断面図である。第４の実施形態における圧着に用いられる装置の構成を概略的に示す断面図である。第５の実施形態に係る赤外線エリアセンサの構成を説明するための電気回路図である。第５の実施形態の赤外線エリアセンサの制御方法を示すタイミングチャートである。第５の実施形態の赤外線センサの構造を概略的に示す断面図である。第６の実施形態の赤外線センサの構造を概略的に示す断面図である。第６の実施形態の変形例の赤外線センサの構造を概略的に示す断面図である。第７の実施形態に係る焦電型赤外線センサの赤外線検出部の構造を示す斜視図である。第７の実施形態に係る焦電型赤外線センサの赤外線検出部の断面図である。第７の実施形態に係る焦電型赤外線センサの赤外線検出部の平面図である。第７の実施形態の焦電型赤外線センサの制御回路を示す電気回路図である。（ａ）〜（ｆ）は、特許文献１に開示されている従来の赤外線撮像装置用の半導体装置の製造工程を示す赤外線検出部付近の断面図である。（ａ）は、他の従来技術を示す平面図であり、（ｂ）は、そのＸＸＸＩＩｂ−ＸＸＸＩＩｂ線断面図である。（ａ）は、他の従来技術を示す平面図であり、（ｂ）は、そのＸＸＸＩＩＩｂ−ＸＸＸＩＩＩｂ線断面図である。（ａ）は、他の従来技術を示す平面図であり、（ｂ）は、そのＸＸＸＩＶｂ−ＸＸＸＩＶｂ線断面図である。（ａ）は、他の従来技術を示す平面図であり、（ｂ）は、そのＸＸＸＶｂ−ＸＸＸＶｂ線断面図である。（ａ）は、他の従来技術を示す平面図であり、（ｂ）は、そのＸＸＸＶＩｂ−ＸＸＸＶＩｂ線断面図である。（ａ）は、他の従来技術を示す平面図であり、（ｂ）は、そのＸＸＸＶＩＩｂ−ＸＸＸＶＩＩｂ線断面図である。（ａ）は、他の従来技術を示す平面図であり、（ｂ）は、そのＸＸＸＶＩＩＩｂ−ＸＸＸＶＩＩＩｂ線断面図である。（ａ）は、他の従来技術を示す平面図であり、（ｂ）は、そのＸＸＸＩＸｂ−ＸＸＸＩＸｂ線断面図である。（ａ）は、第８の実施形態を示す平面図であり、（ｂ）は、そのＸＬｂ−ＸＬｂ線断面図である。（ａ）は、第８の実施形態を示す平面図であり、（ｂ）は、そのＸＬＩｂ−ＸＬＩｂ線断面図である。（ａ）は、第８の実施形態を示す平面図であり、（ｂ）は、そのＸＬＩＩｂ−ＸＬＩＩｂ線断面図である。（ａ）は、第８の実施形態を示す平面図であり、（ｂ）は、そのＸＬＩＩＩｂ−ＸＬＩＩＩｂ線断面図である。（ａ）は、第８の実施形態を示す平面図であり、（ｂ）は、そのＸＬＩＶｂ−ＸＬＩＶｂ線断面図である。（ａ）は、第８の実施形態を示す平面図であり、（ｂ）は、そのＸＬＶｂ−ＸＬＶｂ線断面図である。（ａ）は、第８の実施形態を示す平面図であり、（ｂ）は、そのＸＬＶＩｂ−ＸＬＶＩｂ線断面図である。（ａ）は、第８の実施形態を示す平面図であり、（ｂ）は、そのＸＬＶＩＩｂ−ＸＬＶＩＩｂ線断面図である。（ａ）は、第８の実施形態を示す平面図であり、（ｂ−１）及び（ｂ−２）は、そのＸＬＶＩＩＩｂ−ＸＬＶＩＩＩｂ線断面図である。（ａ）は、第９の実施形態を示す平面図であり、（ｂ）は、そのＩＬｂ−ＩＬｂ線断面図である。（ａ）は、第９の実施形態を示す平面図であり、（ｂ）は、そのＬｂ−Ｖｂ線断面図である。（ａ）は、第９の実施形態を示す平面図であり、（ｂ）は、そのＬＩｂ−ＬＩｂ線断面図であり、（ｃ）は、ＬＩｃ−ＬＩｃ線断面図である。（ａ）は、第９の実施形態を示す平面図であり、（ｂ）は、そのＬＩＩｂ−ＬＩＩｂ線断面図であり、（ｃ）は、ＬＩｃ−ＬＩｃ線断面図である。（ａ）は、第１０の実施形態を示す平面図であり、（ｂ）は、そのＬＩＩＩｂ−ＬＩＩＩｂ線断面図である。（ａ）は、第１０の実施形態を示す平面図であり、（ｂ）は、そのＬＩＶｂ−ＬＩＶｂ線断面図である。（ａ）は、第８の実施形態を示す平面図であり、（ｂ）は、そのＸＬＶＩｂ−ＸＬＶＩｂ線断面図である。（ａ）は、第１０の実施形態を示す平面図であり、（ｂ）は、そのＬＶＩｂ−ＬＶＩｂ線断面図である。（ａ）は、第１０の実施形態を示す平面図であり、（ｂ）は、そのＬＶＩＩｂ−ＬＶＩＩｂ線断面図である。（ａ）は、第８の実施形態を示す平面図であり、（ｂ）は、そのＬＶＩＩＩｂ−ＬＶＩＩＩｂ線断面図である。（ａ）は、第８の実施形態を示す平面図であり、（ｂ）は、そのＬＩＸｂ−ＬＩＸｂ線断面図である。（ａ）は、第８の実施形態を示す平面図であり、（ｂ）は、そのＬＸｂ−ＬＸｂ線断面図である。（ａ）は、第８の実施形態を示す平面図であり、（ｂ）は、そのＬＸＩｂ−ＬＸＩｂ線断面図である。

符号の説明

１０シリコン基板
１１空洞形成用絶縁膜（犠牲層：下地層）
１１ａ側壁部（支持部材）
１１ｂ柱（支持部材）
１２シリコン窒化物層（エッチングストップ層）
１５空洞形成用開口
１６ｘ仮空洞
１６Ａ最終空洞
２０シリコン酸化物層（化学的気相成長膜）
２１ボロメータ用抵抗体（センサ用膜）
２４層間絶縁膜（熱吸収膜）
２５配線
２６プラグ

Claims

少なくとも上面がエッチングストップ層によって覆われた空洞形成用犠牲層が形成された基板を用意し、パターニングされた薄膜を含む赤外線検出部を前記エッチングストップ層上に形成する工程（ａ）と、
前記エッチングストップ層のうち、前記赤外線検出部が形成されていない領域に少なくとも１つの第１開口部を形成し、前記空洞形成用犠牲層の表面の一部を露出させる工程（ｂ）と、
前記第１開口部を介して前記空洞形成用犠牲層をエッチングすることにより、前記エッチングストップ層と前記基板との間において前記赤外線検出部の下方に広がる仮空洞を形成する工程（ｃ）と、
前記エッチングストップ層のうち前記第１開口部が形成されていない領域の一部であって前記仮空洞上に位置する部分を異方性ドライエッチング技術によって上方からエッチングすることにより、少なくとも１つの第２開口部を前記エッチングストップ層に形成し、前記第２開口部および前記仮空洞からなる空洞を形成する工程（ｄ）と、
を含む赤外線センサの製造方法。
前記工程（ａ）では、前記エッチングストップ層として機能するシリコン酸化物層と、前記空洞形成用犠牲層として機能する領域を含む単結晶シリコン基板とを備えたＳＯＩ基板を用意する、請求項１に記載の赤外線センサの製造方法。