JPH1131850A

JPH1131850A - 半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH1131850A
Application number: JP9185197A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Chiba; 一浩千葉
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-07-10
Filing date: 1997-07-10
Publication date: 1999-02-02
Also published as: US6194312B1; US20010001744A1

Abstract

(57)【要約】【課題】所要パターンを有する所定領域でのパターン
の均一性に優れた半導体装置の製造方法を提供する。ま
た、回路の規模および消費電力が小さく、Ｓ／Ｎ比が良
好な半導体装置を提供する。【解決手段】半導体ウエハ上の第１の層上に、第１の
フォトレジストを一様に塗布する工程、この第１のフォ
トレジストに第１のフォトマスクを用いて所要パターン
の露光を行い現像処理する工程、この第１のフォトレジ
ストを用いて第１の層をエッチングする工程、第２のフ
ォトレジストを一様に塗布する工程、この第２のフォト
レジストに第２のフォトマスクを用いて所要パターンの
露光を行い現像処理する工程、この第２のフォトレジス
トを用いて第１の層をエッチングする工程を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特に、フォトリソグラフィ工程（以下「Ｐ
Ｒ工程」という。）におけるパターニングの均一性が改
善された半導体装置の製造方法、およびその方法により
作製された半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６、図７及び図８を参照して従来技術
について説明する。なお、以下に示す従来技術は、所定
領域内に規則的に所要パターンが形成されている一般の
半導体装置に適用できるものであるが、ここでは熱電変
換素子であるボロメータ型が規則的に形成されているボ
ロメータ型赤外線センサヘの適用例（特開平８−１０５
７９４号公報）について説明し、特にボロメータを形成
するＰＲ工程について述ベる。

【０００３】図６（ａ）は、２次元のボロメータ型赤外
線センサの構成図である。この赤外線センサ５０は、主
に受光部５１、水平スキャナ部５２、垂直スキャナ部５
３、信号出力部５４から構成される。受光部５１は、２
次元に規則的に配置された画素５５から構成される。垂
直スキャナ部５３は、受光部内で垂直方向に並んだ全て
の画素行を所定の垂直走査時間内に読み出すように、水
平走査時間周期で画素行を順次選択する。水平スキャナ
部５２は、垂直スキャナ部５３により選択された各画素
行に対し、水平方向に並んだ各画素からの信号を所定の
水平走査時間内に順次読み出すように画素列を選択す
る。信号出力部５４では、水平スキャナ部５２及び垂直
スキャナ部５３の動作により選択された画素が出力され
る。この信号出力部５４の出力端子に、例えば各画素の
抵抗を検出する装置を接続することにより、各画素の抵
抗の変化を検出して、入射する赤外線の２次元情報を検
出することができる。

【０００４】図６（ｂ）は、ボロメータ型赤外線センサ
の受光部５１に形成される画素５５を示す平面図であ
る。これらの各画素では、入射する赤外線に応じて画素
内の温度が変化し、この温度変化に応じて幅ａ₁のボロ
メータ５６の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化は、
ボロメータの下地基板中に形成された画素選択用スイッ
チ素子（不図示）、配線５７及び配線５８を介して、各
画素の信号として外部に出力される。

【０００５】このようなボロメータ型赤外線センサで
は、各画素の均一性が重要であり、このため、２次元に
規則的に配置された各画素の抵抗、すなわちボロメータ
の抵抗値の均一性が重要である。この均一性の実現のた
めには、受光部内においてボロメータの配線幅を均一に
することが必要である。

【０００６】図７（ａ）は、ボロメータを形成するＰＲ
工程で使用される従来のセンサ全体のフォトマスクの平
面図である。また、図７（ｂ）は、各画素に形成される
ボロメータのフォトマスクの平面図である。図７（ａ）
に示す領域６２は、赤外線センサ５０における受光部５
１に対応する。また、領域６３はその周囲の領域であ
り、水平スキャナ部、垂直スキャナ部および配線等が形
成されている領域に対応する。図７（ａ）の領域６２内
には、受光部内の各画素のボロメータ５６を形成するた
めに、図７（ｂ）に示す所定値ａ₁のボロメータパター
ン６５が形成されている。領域６３は、受光部の外部領
域であるため、ボロメータ材料層によるパターンが形成
されないように透明である。

【０００７】図８は、受光部のボロメータを形成するた
めの製造工程を示す断面図である。図８は、図６のＡ−
Ａ’断面を模式的に示し、図７のフォトマスク６１を用
いた場合を示すものである。

【０００８】まず、図８（ａ）に示すように、ボロメー
タを形成する直前までの所定の製造工程を経て形成され
た下地基板２０１上に、ボロメータの材料となるボロメ
ータ材料層２０２を推積させる。

【０００９】次に、図８（ｂ）に示すように、ボロメー
タ材料層２０２上に、フォトレジスト２０３を一様に塗
布する。

【００１０】続いて、フォトマスク６１を用いて、受光
部内（領域６２）に図７（ｂ）に示すボロメータパター
ン５６の露光を行い、現像することにより、図８（ｃ）
に示すようにフォトレジスト２０３にボロメータパター
ンを形成する。このとき、受光部以外（領域６３）では
フォレジストは完全に除去される。

【００１１】次いで、ボロメータパターンの形成された
フォトレジストをマスクとして、ボロメータ材料層２０
２に対して、例えばプラズマエッチング等のエッチング
を行い、目的のボロメータ２０６が形成する。このと
き、受光部以外（領域６３）ではボロメータ材料層は完
全にエッチングされ除去される。続いて、フォトレジス
ト２０３を除去する（図８（ｄ））。

【００１２】ここで、受光部境界付近に形成されたボロ
メータ２０６ｂは、図８（ｃ）から図８（ｄ）の工程中
の現像およびエッチング作用が弱くなるために、フォト
マスク６１上の設計値であるボロメータ一幅ａ₁より広
い幅ａ₂になり、パターンの均一性が悪くなっている。
なお、この受光部境界付近で現像およびエッチング作用
が弱くなる現象を「マイクロローデング効果」と呼び、
以下、用いることとする。

【００１３】マイクロローデング効果は、例えば、ボロ
メータ形成時の受光部（領域６２）のような規則的なパ
ターンの形成されている領域の周囲において、外周部
（領域６３）のような広い領域が除去される場合に、現
像液やエッチングガス等が、この広い領域のフォトレジ
ストの現像やボロメータ材料層のエッチングのために、
規則的なパターンの形成されている領域よりも多く使用
され、広い領域との境界付近において現像およびエッチ
ング作用が相対的に弱くなる。このため、所定量の現像
やエッチングが行われないため、形成されるパターン幅
がフォトマスクの設計値より太くなり、パターンの均一
性が悪くなる。

【００１４】なお、ここでは、ボロメータ２０６の１つ
（２０６ｂ）だけが所定の幅ａ₁より広い場合を示した
が、実際には境界に近づくにつれて徐々に幅ａ₁より広
くなる。これに対して、境界から後述の距離以上離れた
ところではボロメータの幅は所定値ａ₁で均一である。

【００１５】以上のように、受光部と外周部との境界付
近の画素のボロメータ幅が所定値より広くなるため、ボ
ロメータの抵抗値が小さくなり、受光部内のボロメータ
抵抗値の均一性が悪くなる。

【００１６】そこで、このような領域の境界付近で生じ
るパターンの不均一性を改善するために、例えば、特開
昭６３−１７５２８号公報には、規則的なパターンが形
成される所定領域の周囲（外周部）にも、同様のダミー
パターンを形成する方法が記載されている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法には以下の問題がある。

【００１８】第１の問題は、規則的な所要パターンを有
する所定領域の外周部にダミーパターンを形成すると、
半導体装置の特性の低下等の不都合が起きることであ
る。

【００１９】これは、例えば、所要パターンを形成する
層の下地に絶縁保護層を介さずに異なる配線層が形成さ
れている場合には、ダミーパターンのＰＲ工程における
エッチングにより、下地の配線層の特定箇所が、ダミー
パターンの形状によって薄くなり、下地配線層の特性が
劣化したり、あるいは下地配線層が短絡したりする。

【００２０】第２の問題は、第１の問題を避けるために
ダミーパターンを形成しない場合において、前記のとお
り、所定領域とその外周部との境界付近で所要パターン
の幅が広くなり均一性が悪くなることである。例えば、
ボロメータ型赤外線センサでは、受光部とその外周部と
の境界付近のボロメータの線幅が所定値より広くなり、
受光部内におけるボロメータの抵抗値の均一性が悪くな
る。

【００２１】この理由は、既に述べたように、ボロメー
タの形成時において、受光部の周囲の広い領域がエッチ
ングされる際、受光部の境界付近でフォトレジストの現
像やボロメータ材料層のエッチングの作用が弱まり（マ
イクロローデング効果）、所定量のエッチングが行われ
ないためである。

【００２２】さらに、ダミーパターンを形成しない場合
においては、抵抗値の面内の不均一性により、ボロメー
タ抵抗検出回路において充分にゲインをとることができ
ず、検出器のＳ／Ｎ比が良くならないという問題が生じ
る。

【００２３】これは、信号成分である、入射赤外線に応
じたボロメータの抵抗変化に対して、受光部の境界付近
のボロメータ抵抗のバラツキが大きいことに起因する。
この抵抗のバラツキによるオフセット成分を含んだ信号
を検出回路のダイナミックレンジ内に納めようとする
と、抵抗のバラツキにより検出回路のアンプゲインが制
約を受ける。このため、抵抗のバラツキがない場合に比
ベて、アンプゲインを大きくできないために信号成分も
十分に大きくできず、検出回路等のノイズに対してＳ／
Ｎ比を充分に良くすることができない。

【００２４】このような問題に対処するために、すなわ
ち、アンプゲインを大きくして良好なＳ／Ｎを得るため
に、抵抗のバラツキを補正するための回路を用いると、
センサ回路の規模が大きくなり、消費電力等が大きくな
るといった二次的な問題が発生する。

【００２５】そこで本発明の目的は、ダミーパターンを
形成しなくても、所要パターンを有する所定領域でのパ
ターンの均一性に優れた半導体装置の製造方法を提供す
ることにある。また、回路の規模および消費電力が小さ
く、Ｓ／Ｎ比が良好な半導体装置を提供することにあ
る。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を達成するために種々の検討を重ねた結果、本発明を完
成した。

【００２７】本発明は、半導体ウエハ上の第１の層上
に、第１のフォトレジストを一様に塗布する工程、この
第１のフォトレジストに第１のフォトマスクを用いて所
要パターンの露光を行い現像処理する工程、この第１の
フォトレジストを用いて第１の層をエッチングする工
程、第２のフォトレジストを一様に塗布する工程、この
第２のフォトレジストに第２のフォトマスクを用いて所
要パターンの露光を行い現像処理する工程、この第２の
フォトレジストを用いて第１の層をエッチングする工程
を有する半導体装置の製造方法に関する。

【００２８】また、上記の製造方法において、第１のフ
ォトマスクが、第１の層に規則的に所要パターンが形成
される第１の領域と、この第１の領域の周囲で所定の幅
を持ち且つ第１の層が完全に除去される第２の領域と、
この第２の領域の周囲で第１の層が除去されずに完全に
残る第３の領域とに分けるようなパターンを有するマス
クであり、第２のフォトマスクが、第１の領域および第
２の領域では第１の層が除去されずに完全に残り、かつ
第３の領域では第１の層が完全に除去されるようなパタ
ーンを有するマスクであるの半導体装置の製造方法に関
する。

【００２９】本発明の製造方法によれば、第１のフォト
マスクを用いた１度目のＰＲ工程（第１ＰＲ工程）によ
りパターンが形成される領域と、第２のフォトマスクを
用いた２度目のＰＲ工程（第２ＰＲ工程）によりパター
ンが形成される領域とを分けることができるため、それ
ぞれの領域において形成パターンを制御することができ
る。

【００３０】これにより、規則的な所要パターンを形成
する場合には、例えば赤外線センサのボロメータの形成
を例にとると、第１のフォトマスクを用いた第１ＰＲ工
程では、受光部の周囲に形成するボロメータ材料層を一
度に除去する領域を狭くすることができ、従来の技術に
おいて生じていた受光部境界付近で現像およびエッチン
グの作用が弱まるという、いわゆる「マイクロローデン
グ効果」を防止できる。

【００３１】また、第１ＰＲ工程に用いる第１のフォト
マスクにおいて、受光部の外部でエツチングする第２の
領域の幅を変化させることで、受光部境界付近の現像お
よびエッチング作用の強さを制御することができ、形成
するパターンの幅を制御できる。このとき第２の領域の
幅を最適な値にすることで、受光部境界付近のパターン
の幅と、受光部内部のパターンの幅を等しくすることが
できる。その結果、赤外線センサの受光部内に均一なボ
ロメータパターンを形成することができ、抵抗値を均一
にすることができる。

【００３２】さらに、従来のダミーパターンの形成によ
る下地層の短絡や、特性悪化などの問題を解決すること
ができる。このため、ＰＲ工程の対象である第１の層
を、その下に層間絶縁層を介さずに直接に導電性を有す
る第２の層の上に形成することができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００３４】所定領域内に規則的に所要パターンが形成
される一般の半導体装置の製造方法において、本発明で
は、この所要パターンを形成する際に、規則的に所要パ
ターンが形成される所定領域に対応する第１の領域と、
この第１の領域の周囲の領域であって、第１の領域の境
界付近での現像およびエッチング作用の強さが第１の領
域の内部と等しくなるように調整するために、ＰＲ工程
の対象である第１の層が完全に除去される第２の領域
と、第２の領域の周囲で第１の層が除去されずに完全に
残る第３の領域とに分けるようなパターンを有する第１
のフォトマスクと、第１の領域および第２の領域ではＰ
Ｒ工程の対象である第１の層が除去されず完全に残り、
かつ第３の領域では第１の層が完全に除去されるような
パターンを有する第２のフォトマスクを用いる。

【００３５】はじめに、第１の層上に第１のフォトレジ
ストを塗布した後に、この第１のフォトレジストに第１
のフォトマスクを用いて所要パターンの露光を行い現像
処理し、次いでこの第１のフォトレジストを用いて第１
の層をエッチングする（第１ＰＲ工程）。

【００３６】次に、第２のフォトレジストを塗布した後
に、この第２のフォトレジストに第２のフォトマスクを
用いて所要パターンの露光を行い現像処理し、次いでこ
の第２のフォトレジストを用いて第１の層をエッチング
する（第２ＰＲ工程）。

【００３７】このような本発明の方法では、所要パター
ンが規則的に形成される所定領域の周囲には、ダミーパ
ターン等を形成する必要がなく、その影響を受けること
なく、所定領域内には規則的な所要パターンを均一に形
成できる。

【００３８】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに説明する
が、本発明はこれらに限定するものではない。

【００３９】実施例１本発明の半導体装置の製造方法は、所定領域内に規則的
に所要パターンが形成されている一般の半導体装置につ
いて適用できるものであるが、本実施例では、熱電変換
素子であるボロメータが規則的に形成されているボロメ
ータ型赤外線センサに適用した場合を説明する。ここ
で、ボロメータ型赤外線センサの構成は、従来技術の説
明で述ベた図６に示す構成と同様であるため、その説明
は省略する。

【００４０】図１（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ第１の
フォトマスク及び第２のフォトマスクの平面図である。
これら第１及び第２のフォトマスクはそれぞれ、ボロメ
ータ型赤外線センサ全体のボロメータを形成する第１及
び第２ＰＲ工程に用いる。なお、赤外線センサは、ウエ
ハ上に所定の個数だけ水平および垂直方向に繰り返し形
成される。

【００４１】以下、フォトレジストとしてポジ型を用い
た場合の製造方法について説明する。

【００４２】図１（ａ）に示す第１のフォトマスク１
は、領域２、領域３及び領域４の３つの領域から構成さ
れている。

【００４３】領域２は、破線で示す受光部境界５に囲ま
れており、図６に示す赤外線センサの受光部５１に対応
する領域である。この領域２では、受光部中の各画素の
ボロメータを形成するために、図７（ｂ）に示すボロメ
ータパターン６５が二次元的に繰り返し形成されてい
る。

【００４４】この第１のフォトマスクを用いる第１ＰＲ
工程（図２（ａ）〜（ｄ））では、ボロメータの材料と
なるボロメータ材料層１０２がボロメータパターンを残
すようにエッチングされ、ボロメータ１０６が形成され
る。

【００４５】領域３は、図１（ａ）に示すように領域２
の周囲の領域であり、水平方向では左右に所定値ｈ₁及
びｈ₂、垂直方向では上下に所定値ｖ₁及びｖ₂の幅を有
する領域である。この領域３では、上記の第１ＰＲ工程
においてボロメータ材料層１０２が完全に除去されるよ
うに、領域３全体が透明である。

【００４６】領域４は、図１（ａ）に示すように領域３
の周囲の領域であり、赤外線センサの最外郭までの領域
である。この領域４は、上記の第１ＰＲ工程においてボ
ロメータ材料層１０２がエッチングされずに完全に残る
ように、領域４全体が遮光されている。

【００４７】図１（ｂ）に示す第２のフォトマスク２
は、図１（ａ）に示すマスクに対応して、領域７、領域
８及び領域９の３つの領域から構成されている。

【００４８】領域７は、破線で示す受光部境界５に囲ま
れており、領域２に対応する領域である。この領域７で
は、この第２のフォトマスクを用いる第２ＰＲ工程にお
いて、第１ＰＲ工程で形成したボロメータ材料層１０２
がエッチングされないように、領域７全体が遮光されて
いる。ここでは、領域７と領域８は別々に説明したが、
第２のフォトマスクにおいて一つの遮光領域を形成して
いる。

【００４９】領域８は、図１（ａ）に示すマスクの領域
３と同様に、領域７の周囲の領域であり、水平方向では
左右に所定値ｈ₁及びｈ₂、垂直方向には上下に所定値ｖ
₁及びｖ₂の幅を有する領域である。この領域８も、第２
ＰＲ工程においてボロメータ材料層１０２の下地の層が
エッチングされないように、領域８全体が遮光されてい
る。

【００５０】領域９は、領域８の周囲の領域であり、赤
外線センサの最外郭までの領域であり、領域４に対応す
る領域である。この領域９は、第２ＰＲ工程において、
第１ＰＲ工程ではエツチングされずに残っていたボロメ
ータ材料層１０２が完全に除去されるように、領域９全
体が透明である。

【００５１】なお、領域２の水平方向の幅ｈ₁及びｈ₂、
並びに垂直方向の幅ｖ₁及びｖ₂は、受光部内のボロメー
タ材料層１０２のエッチングされる面積等により決定さ
れる値であり、この値については後述する。

【００５２】また、上述では、ポジ型フォトレジストの
場合を示したが、ネガ型フォトレジストの場合にはフォ
トマスクの遮光部を反転させることにより実現可能であ
る。

【００５３】さらに、ＰＲ工程に目ズレ量Δがある場合
には、ボロメータ材料層１０２が細線状（幅Δ）に残る
ことによるショート等が生じないように、領域８の幅ｈ
₁、ｈ₂、ｖ₁、ｖ₂をΔだけ小さくするとよい。ここで
は、例えばΔとして０．２μｍ程度小さくすることが好
ましい。

【００５４】図２は、本発明の半導体装置の製造方法の
工程断面図である。ここでは、受光部のボロメータを形
成するための製造工程について、図６のＡ−Ａ’断面を
模式的に示す。

【００５５】まず、下地基板１０１上に、熱電素子であ
るボロメータの材料となるボロメータ材料層１０２を一
様に堆積する（図２（ａ））。ボロメータ材料として
は、例えばチタン又はチタンを主成分とする材料を用い
ることができる。

【００５６】ここで、下地基板は、半導体基板上に例え
ば画素選択用スイッチ素子、水平スキャナ部および垂直
スキャナ部等の走査回路を構成する通常のＭＯＳトラン
ジスタ回路などが形成されている。下地基板内では、Ｍ
ＯＳトランジスタ回路等を形成するために各種の層を推
積して所定のパターニングを行い、シリコン酸化膜等を
堆積し、さらにアルミニウム又はアルミニウムを主成分
とするコンタクトや配線等が形成されている。さらに詳
しくは後述の図５の説明において述べる。

【００５７】次に、図２（ｂ）に示すように、ボロメー
タ材料層１０２の上に、第１のフォトレジスト１０３を
一様に塗布する。

【００５８】続いて、第１のフォトマスク１を用いて、
第１のフォトレジスト１０３の露光および現像を行い、
図２（ｃ）に示すように、受光部（領域２）においてフ
ォトレジスト１０３にボロメータパターンを形成する。
また、領域３においてはフォトレジスト１０３を完全に
除去し、領域４においてはフォトレジスト１０３を除去
せずに完全に残す。

【００５９】次いで、上記のフォトレジスト１０３をマ
スクとして、ボロメータ材料層１０２に対して、例えば
プラズマエッチング等のエッチング処理を行い、その後
に第１のフォトレジスト１０３を除去する。その結果、
図２（ｄ）に示すように、受光部（領域２）にはボロメ
ータ１０６が形成され、領域３ではボロメータ材料層１
０２が完全に除去され、領域４ではボロメータ材料層１
０２が完全に残っている。以上が第１ＰＲ工程である。

【００６０】次に、図２（ｅ）に示すように、第１ＰＲ
工程後の下地基板上に第２のフォトレジスト１０４を一
様に塗布する。

【００６１】続いて、第２のフォトマスク２を用いて、
第２のフォトレジスト１０４の露光および現像を行い、
図２（ｆ）に示すように領域９のフォトレジストを除去
する。

【００６２】次いで、第２のフォトレジスト１０４をマ
スクとして、、ボロメータ材料層１０２に対して、例え
ばプラズマエッチング等のエッチング処理を行い、続い
て第２のフォトレジスト１０４を除去する（図２
（ｇ））。ここでは、領域９のボロメータ材料層１０２
が完全に除去される。以上が第２ＰＲ工程である。

【００６３】以上の第１及び第２ＰＲ工程により、受光
部ではボロメータ材料層１０２からボロメータが形成さ
れ、受光部の外周部ではボロメータ材料層１０２は完全
に除去された。また、受光部境界付近に形成されたボロ
メータ１０６ｂの幅は、設計値である幅ａ₁（図７
（ｂ））と等しく、受光部内のボロメータ１０６の幅は
均一であった。

【００６４】上記の第１及び第２ＰＲ工程によれば、ボ
ロメータ形成時において受光部境界付近で現像およびエ
ッチング作用が弱まるという、いわゆる「マイクロロー
デング効果」を防止することができる。その理由は、従
来の方法では、受光部以外のセンサチップ全面のボロメ
ータ材料層を一度に除去していたのに対し、本発明の方
法では、この受光部の周囲に受光部境界から所定の幅だ
けボロメータ材料層が除去される領域３を設けて、一度
に除去される面積を従来より狭くしたためである。ここ
で、領域３の幅を調整することにより、境界付近の形成
されるパターン幅を制御することが可能である。このた
め、受光部内では所定の幅ａ₁を有するボロメータを形
成できるため、ボロメータの抵抗値が均一となる。

【００６５】図３に、本発明の製造方法により作製され
た半導体装置における、水平位置に対するボロメータの
抵抗特性を示す。水平位置は、図６のＨ−Ｈ’線に沿っ
て示している。図３中の水平位置Ｈ₀、Ｈ₁は受光部の左
右の境界である。

【００６６】曲線Ａは、本発明の製造方法により作製さ
れた半導体装置のボロメータの抵抗特性を示す。ここで
は、図１の領域３の水平方向の幅ｈ₁及びｈ₂として、後
述する所定の値を用いた場合であり、受光部内のボロメ
ータ抵抗は均一である。

【００６７】曲線Ｂは、図１において幅ｈ₁＝ｈ₂＝０
（領域３及び領域８が無い）として本発明と同様な工程
を実施した場合のボロメータの抵抗特性を示す。この場
合は、領域３及び領域８が無いため、受光部内の規則的
に配置されたパターンに比ベて、境界付近ではエッチン
グする領域が狭いために、マイクロローデング効果とは
逆に、受光部内部に比ベて境界付近では現像またはエッ
チング作用が相対的に強くなり、ボロメータの配線幅が
狭くなり、抵抗が増加する。特に境界に近いほどこの傾
向は強くなり、最大で約５％程度の抵抗の増加を生じ
る。

【００６８】曲線Ｃは、従来の方法によりＰＲ工程を実
施した場合のボロメータの抵抗特性である。この場合
は、前述したマイクロローデング効果により現像または
エッチング作用が相対的に弱くなり、境界付近のボロメ
ータの配線幅が広くなり、抵抗が減少する。特に境界に
近いほどこの傾向は強くなり、最大で約５％程度の抵抗
の減少を生じる。

【００６９】ここで、曲線Ａに示すように抵抗が受光部
内でほぼ均一となるための、第１のフォトマスク１の領
域３の幅ｈ₁、ｈ₂、ｖ₁及びｖ₂の値は、画素中のボロメ
ータ画積の割合やウエハ上に形成される赤外線センサの
チップ間隔等にも依存するが、一例として図６において
は、１画素を約５０μｍ角、ボロメータ幅を１〜１０μ
ｍ、ボロメータ間隔を０．５〜２μｍ、ボロメータの厚
さを５００〜３０００Ａ、受光部の画素を水平方向およ
び垂直方向にそれぞれ数百画素、チップ間隔を１０００
０〜２００００μｍとした場合には、５０〜ｌ６００μ
ｍとするとよいことが実験により確認された。特に、ボ
ロメータ型赤外線センサにおいて、その画素サイズが２
０〜１００μｍ角の場合にも、ほぼ上記の範囲にｈ₁、
ｈ₂、ｖ₁及びｖ₂を設定することで、均一な抵抗が得ら
れた。

【００７０】幅ｈ₁、ｈ₂、ｖ₁及びｖ₂の値が５０μｍ以
上であれば、領域４、９の光受光部境界からの距離が十
分にあり、受光部内に比ベてその外周部のエッチング領
域３、８が十分にあるために、光受光部境界付近におい
てマイクロローデング効果とは逆に現像またはエッチン
グ作用が強くなることはなく、ボロメータの配線幅が狭
くなり抵抗が増加することはなく、抵抗が均一になる。
また、幅ｈ₁、ｈ₂、ｖ ₁及びｖ₂の値が１６００μｍ以下
であれば、エツチング領域３、８が広すぎることはな
く、マイクロローデング効果により配線幅が広くなり抵
抗が減少することはなく、抵抗が均一となる。

【００７１】図３において、曲線Ａ、Ｂ及びＣが示すボ
ロメータ抵抗に差が生じはじめる水平位置Ｈ₂及びＨ
₃は、画素中のボロメータ面積の割合やウエハ上に形成
される赤外線センサのチップ間隔等にも依存するが、前
述の例では受光部境界から約５００μｍ程度内側の水平
位置である。また、垂直方向も約５００μｍ程度内側で
ある。なお、垂直位置に対するボロメータの抵抗特性も
図３と同様な傾向を示すため、図を省略している。

【００７２】実施例２図４（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ第１のフォトマスク
及び第２のフォトマスクの平面図である。これらの第１
及び第２のフォトマスクはそれぞれ、前記実施例１と同
様に、ボロメータを形成するために第１及び第２ＰＲ工
程に用いられる。本実施例の第１及び第２のフォトマス
ク（図４（ａ）及び（ｂ））は、実施例１の第１及び第
２のフォトマスク（図１（ａ）及び（ｂ））と比較し
て、受光部境界１５の周囲の領域１３の形状が異なって
いる。この領域１３の形状に対応して、領域１４、領域
１８及び領域１９の形状が異なっている。各領域のパタ
ーンは、形状が異なる以外は、図１（ａ）及び（ｂ）に
示すものと同様であるため、ここでは説明を省略する。

【００７３】領域１３は、受光部に対応する領域１２の
４つの辺の外側にそれぞれ接する台形の形状をしてい
る。また、領域１３は、水平方向では左右に所定値ｈ₃
及びｈ₄、垂直方向では上下に所定値ｖ₃及びｖ₄の幅を
有する。

【００７４】このような形状を用いた理由は、次の通り
である。

【００７５】受光部に対応する領域１２の四隅付近は、
受光部の占める面積が小さく、この付近の領域１３の現
像やエッチングにおいて現像液やエッチャントが消費さ
れる割合が高いため、従来のＰＲ工程では現像およびエ
ッチング作用が特に弱くなり、パターンの均一性が特に
悪かった。このため、その付近の現像およびエッチング
作用を他の受光部境界付近と等しくなるように、第１Ｐ
Ｒ工程で除去される領域１３を四隅付近では狭くするこ
とが必要である。そのためには、本実施例の領域１３の
ように四隅に近づくにつれて幅が狭くなる形状が望まし
い。また、このような単純な形状にすると、パターン設
計が容易で、より好適である。

【００７６】このような形状にすることで、受光部の境
界付近の現像およびエッチング作用の強さを、受光部内
部と等しくすることができ、受光部内のボロメータパタ
ーンを均一にすることができ、抵抗を均一にすることが
できる。

【００７７】なお、受光部の周囲でボロメータ材料層１
０２が完全に除去される領域１３の形状は、本実施例の
形状や実施例１で示した領域３の形状に限らず、受光部
の周囲にあって受光部の境界付近の現像およびエッチン
グ作用の強さが受光部の内部と同じになるような形状で
あればよい。

【００７８】実施例３図５に、本発明の製造方法により作製したボロメータ型
赤外線センサの水平方向の断面図を示す。

【００７９】本実施例のボロメータ型赤外線センサは、
半導体基板２０上に、受光部のスイッチ素子や外周部の
垂直スキャナ部などの走査回路２１が形成され、シリコ
ン酸化膜３０を介して走査回路のゲート配線等の配線層
２２が形成され、その上に、厚いシリコン酸化膜２３が
形成されている。

【００８０】受光部の各画素では、このシリコン酸化膜
２３の内部に、所定の空洞２９が形成されている。この
シリコン酸化膜２３の上には、アルミニウム又はアルミ
ニウムを主成分とする材料等の導電性を有する材料から
なる配線層２４等が形成されている。さらに、この配線
層の上には、例えばシリコン酸化膜のような層間絶縁膜
を形成することなく直接、熱電変換素子であるボロメー
タ２６が、例えばチタン又はチタンを主成分とする材料
を用いて形成されている。さらに、この上にシリコン酸
化膜２８が形成され、ボロメータ上には、赤外線の吸収
率をよくするために金属層２７が形成されている。

【００８１】本実施例のボロメータ型赤外線センサの受
光部の外周部では、シリコン酸化膜２３上に垂直スキャ
ナ部などの周辺回路用の配線層２５等が形成され、その
上にはシリコン酸化膜２８が形成されている。

【００８２】ここで、層間絶縁層を介さずに配線層２４
とボロメータ２６がこの順で形成されているのは、以下
の埋由による。

【００８３】チタン又はチタンを主成分とする材料を用
いたボロメータ２６の場合、ボロメータ材料層の形成後
に配線層を形成すると、配線の特性改善のための熱処理
等により、ボロメータ材料層の抵抗の温度係数が低下
し、ボロメータの感度が悪くなる。このため、ボロメー
タ材料層の形成の前に配線層を形成することが望まし
い。

【００８４】また、厚さが約２μｍ程度の配線層２４の
上に層間絶緑層を形成すると、配線パターン側面上の層
間絶縁層の傾斜がより急になり、この上に堆積されたボ
ロメータ材料層２６は、その側面付近で段切れを生じて
電気的にオープン状態となり、画素からの信号が読み出
せなくなる虞がある。このため、ボロメータ材料層と配
線層との電気的接続を確実にするため、層間絶縁層を介
さずに形成することが望ましい。

【００８５】また、配線層２４の上に層間絶縁層を形成
すると、ボロメータと配線層を接続するためにコンタク
トを形成する必要があり、このコンタクトの形成によ
り、画素内の赤外線を吸収する受光領域が狭くなり（開
光率が小さくなり）、感度が低下する。これは特に画素
を微細化する場合に重要な問題となる。このため、感度
の低下を防止しながら微細化を実現するには、配線層上
にボロメータを直接に形成することが望ましい。

【００８６】以上の埋由により、図５に示すように層間
絶縁層を介さずにボロメータ２６と配線層２４が形成さ
れているボロメータ型赤外線センサの製造において、そ
れぞれ第１及び第２のフォトマスクを用いる第１及び第
２のＰＲ工程を有する本発明の製造方法は好適である。

【００８７】本発明の製造方法をボロメータ型赤外線セ
ンサのボロメータの形成に適用することで、受光部内の
ボロメータを均一に形成でき、ボロメータの抵抗値を均
一にすることができる。このため、ボロメータ型赤外線
センサの検出回路のゲインを高くすることができ、Ｓ／
Ｎ比を向上することが可能となる。

【００８８】また、受光部面内のボロメータ抵抗の不均
一性を補正するための特殊な回路が不要となり、例えば
抵抗バラツキ補正回路等が不要となり、赤外線センサ装
置の回路が簡単なものになり、装置の小型化、低消費電
力化が可能となる。

【００８９】

【発明の効果】本発明の第１の効果は、従来のようにダ
ミーパターンを形成しなくても、所定領域内において規
則的な所要パターンを均一に形成することができる。こ
のため、例えばボロメータ型赤外線センサにおいては、
受光部面内でボロメータの抵抗値を均一にすることがで
きる。

【００９０】その埋由は、ボロメータ等の所要パターン
の形成におけるＰＲ工程を２段階で行い、第１のフォト
マスクを用いた第１ＰＲ工程において、受光部の周囲に
形成されるボロメータ材料層を一度に除去する領域を適
度に狭くなるように調整することによって、従来の技術
において生じていた受光部境界付近での現像およびエッ
チングの作用が弱まるという、いわゆる「マイクロロー
デング効果」を防止できるためである。

【００９１】第２の効果は、ボロメータ型赤外線センサ
の製造に本発明の製造方法を用いることにより、検出回
路のゲインを高くすることができる。このため、ボロメ
ータ型赤外線センサのＳ／Ｎ比を向上することできる。

【００９２】その理由は、従来技術では受光部内の抵抗
が不均一なため、ゲインを高くすると検出回路のダイナ
ミックレンジを超えてしまい、ゲインの増加により検出
感度を充分に高くすることができなかったが、本発明に
よればボロメータの抵抗が均一になるため、検出回路の
ゲインを高くすることができる。

【００９３】第３の効果は、受光部面内のボロメータ抵
抗の不均一性を補正するための特殊な回路が不要とな
る。このため、例えば抵抗バラツキ補正回路等が不要と
なり、赤外線センサ装置の回路が簡単なものとなり、装
置の小型化、低消費電力化が可能となる。

【００９４】その理由は、本発明の製造方法によれば、
受光面のボロメータ抵抗が均一になるため、抵抗の補正
が不要になるからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置の製造方法に用いるフォト
マスクの平面図である。

【図２】木発明の半導体装置の製造方法を示す工程断面
図である。

【図３】本発明の半導体装置における、水平位置に対す
るボロメータ抵抗の特性図である。

【図４】本発明の半導体装置の製造方法に用いるフォト
マスクの平面図である。

【図５】本発明の半導体装置の断面図である。

【図６】ボロメータ型赤外線センサの説明図である。

【図７】従来の製造方法に用いるフォトマスクの説明図
である。

【図８】従来の半導体装置の製造方法の工程断面図であ
る。

【符号の説明】

１、１１第１のフォトマスク２、３、４、７、８、９、１２、１３、１４、１７、１
８、１９、６２、６３領域５、１５、６４受光部境界６、１６第２のフォトマスク２０半導体基板２１走査回路２２、２４、２５配線層２３、２８、３０シリコン酸化膜２６、５６、１０６、１０６ｂ、２０６、２０６ｂボ
ロメータ２７金属層２９空洞５０赤外線センサ５１受光部５２水平スキャナ部５３垂直スキャナ部５４信号出力部５５画素５７、５８配線６１フォトマスク６５ボロメータパターン１０１、１０２下地基板１０２、１０５、２０２ボロメータ材料層１０３第１のフォトレジスト１０４第２のフォトレジスト２０３フォトレジスト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体ウエハ上の第１の層上に、第１の
フォトレジストを一様に塗布する工程、この第１のフォ
トレジストに第１のフォトマスクを用いて所要パターン
の露光を行い現像処理する工程、この第１のフォトレジ
ストを用いて第１の層をエッチングする工程、第２のフ
ォトレジストを一様に塗布する工程、この第２のフォト
レジストに第２のフォトマスクを用いて所要パターンの
露光を行い現像処理する工程、この第２のフォトレジス
トを用いて第１の層をエッチングする工程を有する半導
体装置の製造方法。
【請求項２】第１のフォトマスクが、第１の層に規則
的に所要パターンが形成される第１の領域と、この第１
の領域の周囲で所定の幅を持ち且つ第１の層が完全に除
去される第２の領域と、この第２の領域の周囲で第１の
層が除去されずに完全に残る第３の領域とに分けるよう
なパターンを有するマスクであり、第２のフォトマスク
が、第１の領域および第２の領域では第１の層が除去さ
れずに完全に残り、かつ第３の領域では第１の層が完全
に除去されるようなパターンを有するマスクである請求
項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】第２の領域の幅が、５０〜ｌ６００μｍ
である請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】第１の層が熱電変換材料からなる請求項
２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】第１の層が、その下に層間絶縁層を介さ
ず直接に、導電性を有する第２の層の上に形成されてい
る請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】第１の層がチタン又はチタンを主成分と
する材料からなり、第２の層がアルミニウム又はアルミ
ニウムを主成分とする材料からなる請求項５記載の半導
体装置の製造方法。
【請求項７】請求項２〜６のいずれか１項に記載の製
造方法により作製された半導体装置。