JPH1140539A

JPH1140539A - フローティング部を有する半導体装置及びフローティング単結晶薄膜の形成方法

Info

Publication number: JPH1140539A
Application number: JP9209622A
Authority: JP
Inventors: Mitsuteru Kimura; 光照木村; Kenji Udagawa; 賢司宇田川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-07-18
Filing date: 1997-07-18
Publication date: 1999-02-12

Abstract

(57)【要約】【課題】複数のフローティング部を有する半導体装置
の集積度を上げる。【解決手段】半導体装置は、各々が基板２０により支
持部３１ａ，３１ｂを介して支持されて浮き２次元状に
配列された複数のフローティング部３０を備える。各フ
ローティング部３０における外周部分には、第２のエッ
チングストップ領域２２が形成されている。各フローテ
ィング部３０には、赤外線センサ等の所定の素子が形成
される。基板２０には、複数の閉領域を区画するよう
に、第１のエッチングストップ領域２５が形成される。
前記各閉領域内には、左右に隣り合う１対のフローティ
ング部３０がそれぞれ配置される。左側フローティング
部３０の領域２２の右辺部分と右側フローティング部３
０の領域２２の左辺部分）が、図１（ｂ）に示すよう
に、空隙２３を介して対向している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱型赤外線撮像装
置などの、複数のフローティング部を有する半導体装
置、及び、当該半導体装置等の製造に際して用いること
ができるフローティング単結晶薄膜の形成方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】熱に関するデバイスでは、発熱を目的と
する素子ではそこに投入するパワーをできるだけ最小に
し、あるいは赤外線センサの様にエネルギーを受けその
結果として温度が上昇する素子ではそこに入射するエネ
ルギーができるだけ最小で、高速に最大の温度上昇とな
ることを要求する場合が多い。このためには、温度上昇
部の熱コンダクタンスと熱容量とをできるだけ小さくす
ることが必要である。このためには、温度上昇部を中空
に浮いた薄膜構造、いわゆる、フローティング薄膜構造
にすることが最適である。

【０００３】従来、フローティング薄膜構造には、酸化
シリコン膜や窒化シリコン膜の様なアモルファス状の絶
縁薄膜や金属薄膜などが多く用いられていた。しかし、
単結晶の薄膜ではその上に所定の素子を直接形成し易
く、また、例えばシリコン単結晶薄膜の上にＰＮ接合
や、シリコンと金属（あるいはシリサイド）とのショッ
トキー接合を形成した場合、暗電流の少ない良好な特性
を安定して得られるという利点がある。すなわち、例え
ば、フローティング単結晶薄膜の上にモリブデンシリサ
イド、ニッケルシリサイドや白金シリサイドを形成する
ことにより非常に高感度の熱型赤外線センサを得ること
ができる。そして、この熱型赤外線センサをそれぞれ構
成する複数のフローティング部を１次元状又は２次元状
に配列することにより熱型赤外線撮像装置を得ることが
できる。

【０００４】フローティング単結晶薄膜の形成方法とし
て、『Schottky Barrier Thermistor on the Micro-Air
-Bridge』(The 7th International Conference on Soli
d-State Sensors and Actuators. pp.746〜749)、『Fre
e standing single-crystalsilicon microstructures』
(J.Micromech.Microeng.5(1995) pp.1〜4)にその方法が
述べられている。

【０００５】これらの方法では、（１１１）面の単結晶
シリコン基板を用いている。これは、単結晶シリコンの
（１１１）面は、ＫＯＨ水溶液やヒドラジン水溶液など
の異方性エッチャントに対してエッチング速度が最も遅
い面方位であることによる。特にＫＯＨ水溶液では、他
の面方位、例えば（１００）や（１１０）面方位に対し
て（１１１）面は１５０〜６００分の１のエッチング速
度になることが知られている。あるいは、高濃度のホウ
素（ボロン）を拡散したシリコンもまた、ＫＯＨ水溶液
やヒドラジン水溶液などの異方性エッチング液ではほと
んどエッチングされず、シリコン酸化物もまた、ヒドラ
ジン水溶液ではほとんどエッチングされないということ
が知られている。

【０００６】図３に、前記『Schottky Barrier Thermis
tor on the Micro-Air-Bridge』の方法によって作成し
たフローティング単結晶薄膜１の断面構造を引用して示
す。なお、図３ではフローティング単結晶薄膜１の内部
に形成された半導体素子を省略して示しており、また、
図３に示す断面にはフローティング単結晶薄膜１を支持
する支持部は現れていない。この方法では、面方位（１
１１）のＮ型シリコン単結晶基板２において、フローテ
ィング単結晶薄膜１の形成予定領域の外周に、高濃度の
ボロン拡散領域３，４（両者の接合深さは同一）を形成
し、シリコン酸化膜５をマスクとして、等方性ウエット
エッチング液あるいは異方性ドライエッチングにより、
フローティング単結晶薄膜１の厚さに相当するところま
で溝６を形成する。その後、ＫＯＨ水溶液による異方性
エッチングにより溝６から基板１の一部をエッチング除
去して空隙７を形成し、フローティング単結晶薄膜１を
形成するものである。図３に示す例では、フローティン
グ単結晶薄膜１及びボロン拡散領域３並びにこれらの上
に形成されたシリコン酸化膜５が、フローティング部８
を構成している。なお、図面には示していないが、後述
する図４の場合と同様に、空隙７はフローティング単結
晶薄膜７下に延びるだけでなく、フローティング単結晶
薄膜を形成する方向と逆の方向にも異方性エッチングが
進み、周辺にも空隙が形成されてしまう。

【０００７】図４は、前記『Free standing single-cry
stal silicon microstructures』に記載されたフローテ
ィング単結晶薄膜の形成方法の工程を示す断面図であ
る。この図４においてもフローティング単結晶薄膜を支
持する支持部等は省略して示しており、また、図４に示
す断面にはフローティング単結晶薄膜１４を支持する支
持部は現れていない。図４（ａ）は、面方位（１１１）
のＮ型シリコン単結晶基板１０にドライエッチングで溝
１１を形成し、その表面を酸化膜１２で覆い、溝１１の
底部の領域１３の酸化膜１２を除去した段階を示してい
る。ここで形成された酸化膜１２がこの後に行うＫＯＨ
水溶液による異方性エッチングの際にエッチングマスク
として働く。図４（ｂ）は、フローティング単結晶薄膜
１４の形成が完了した段階の断面図である。酸化膜１２
が除去された溝１１の底部の領域１３から、異方性エッ
チング液であるＫＯＨ水溶液でエッチングして基板１０
の一部を除去して空隙１５を形成し、シリコンのフロー
ティング単結晶薄膜１４を形成する。このとき、空隙１
５がフローティング単結晶薄膜１４下に延びるだけでな
く、フローティング単結晶薄膜１４を形成する方向と逆
の方向にも異方性エッチングが進み、周辺にも空隙１６
が形成されてしまう。図４に示す例では、フローティン
グ単結晶薄膜１４及びこれを覆う酸化膜１２が、フロー
ティング部１７を構成している。

【０００８】そして、従来は、図３に示すようなフロー
ティング部８を１次元状又は２次元状に配列して基板２
に複数形成する場合には、フローティング部８の数と同
数の閉領域を区画するように、ボロン拡散領域（エッチ
ングストップ領域）４を形成し、当該各閉領域内にはフ
ローティング部８を１つだけ配置し、各フローティング
部８の外周のボロン拡散領域（エッチングストップ領
域）３の全周を空隙（溝６）を介してボロン拡散領域
（エッチングストップ領域）４と対向させるべきものと
考えられていた。これは、図４に示すようなフローティ
ング部１７を１次元状又は２次元状に配列して基板２に
複数形成する場合についても同様であり、エッチングス
トップ領域を用いた異方性エッチングによりフローティ
ング部を形成する場合の技術常識となっていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、前記
各従来技術によりフローティング単結晶薄膜を形成する
と、フローティング単結晶薄膜下に空隙が延びるだけで
なく、フローティング単結晶薄膜を形成する方向と逆の
方向にもエッチングが進み、周辺にも空隙が形成されて
しまう。この様子を図４（ｂ）を参照して詳細に説明す
ると、溝１１の底部の領域１３の右端からフローティン
グ単結晶薄膜１４の中心までの距離Ｌ２と同じ距離Ｌ１
だけ領域１３の左端から空隙１６が形成される。このＬ
１に相当する空隙１６が、不要の空隙に当たる。この空
隙１６は、単結晶基板に作成するフローティング単結晶
薄膜が１個であったり、複数であっても集積度を上げよ
うとしなければ、問題でない。しかし、複数のフローテ
ィング単結晶薄膜構造を１素子（装置、デバイス）上に
集積しようとする場合、特にデザインルールを微細化し
その集積度を上げようとすると、前記空隙１６が大きな
問題となり、フローティング単結晶薄膜を有する装置の
集積度を上げることができないことが判明した。

【００１０】そこで、本発明者らは、各々が基板により
支持部を介して支持されて浮き２次元状に配列された複
数のフローティング部を備え、前記各フローティング部
に所定の素子が形成された半導体装置の一例として、図
５に示すような赤外線撮像装置を発明した。

【００１１】図５は本発明と比較される比較例としての
赤外線撮像装置を示す図であり、図５（ａ）はその単位
画素を示す概略平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）中のＶ
−Ｖ’線に沿った概略断面図、図５（ｃ）は図５（ｂ）
中の一部拡大図である。

【００１２】この赤外線撮像装置は、図５に示すよう
に、基板としての面方位（１１１）のＮ型シリコン単結
晶基板２０と、該シリコン単結晶基板２０に形成された
その一部からなるフローティング単結晶薄膜２１と、フ
ローティング単結晶薄膜２１の外周に形成された第２の
エッチングストップ領域としての例えばボロン拡散領域
のＰ型の高濃度不純物拡散領域２２と、不純物拡散領域
２２の外側に形成されたエッチング開始用溝２３であっ
てフローティング単結晶薄膜２１下に空隙２４を形成す
るための異方性エッチングを開始するためのエッチング
開始用溝２３と、エッチング開始用溝２３の外側に形成
された第１のエッチングストップ領域としての例えばボ
ロン拡散領域のＰ型の高濃度不純物拡散領域２５と、シ
リコン単結晶基板２０に形成されたＣＣＤ等の信号転送
回路２６とを備えている。不純物拡散領域２５の深さは
不純物拡散領域２２の深さより深く、また、不純物拡散
領域２５はエッチング開始用溝２３の底部分の一部に及
んでいる。なお、図５（ｂ）（ｃ）中、２７はシリコン
酸化膜である。図５（ａ）では、該シリコン酸化膜２７
及びこれの上に形成された金属配線等は省略されてい
る。前記フローティング単結晶薄膜２１、不純物拡散領
域２２及びフローティング単結晶薄膜２１に形成された
後述する各要素が、フローティング部３０を構成してい
る。

【００１３】各フローティング単結晶薄膜２１にショッ
トキーサーミスタが形成され、熱型赤外線センサが構成
されている。すなわち、各フローティング部３０は、図
５（ｃ）に示すように、フローティング単結晶薄膜２１
上に白金からなる薄膜が成膜されて形成された白金シリ
サイド２８と、Ｐ^-拡散領域からなるガードリング２９
とを有している。フローティング単結晶薄膜２１のシリ
コンと白金シリサイド２８とにより、ショットキー接合
が形成されている。各フローティング部３０は、基板２
０により２つの支持脚３１ａ，３１ｂを介して浮いた状
態に支持されている。該支持脚３１ａ，３１ｂは、金属
等の良導電体で形成され、前記ショットキー接合の両側
をそれぞれ信号転送回路２６と接続する配線を兼ねてい
る。すなわち、図面には示していないが、一方の支持脚
３１ａの一方側部分は、フローティング部３０のシリコ
ン酸化膜２７上に延在して、フローティング単結晶薄膜
２１に形成されたＮ⁺拡散領域３２にコンタクトホール
を介してオーミックコンタクトがとられ、支持脚３１ａ
の他方側部分は、不純物拡散領域２５上のシリコン酸化
膜２７を経て信号転送回路２６上のシリコン酸化膜２７
に延在して、コンタクトホールを介して信号転送回路２
６の所定箇所に接続されている。また、他方の支持脚３
１ｂの一方側部分は、フローティング部３０のシリコン
酸化膜２７上に延在して、前記ショットキー接合の白金
シリサイド２８側もしくはガードリング２９にコンタク
トホールを介して接続され、支持脚３１ｂの他方側部分
は、不純物拡散領域２５上のシリコン酸化膜２７を経て
信号転送回路２６上のシリコン酸化膜２７に延在して、
コンタクトホールを介して信号転送回路２６の他の所定
箇所に接続されている。熱型赤外線センサは断熱性が高
いほど感度が高くなるため、支持脚３１ａ，３１ｂは、
できるだけ断面積が小さくて長さが長いものであること
が好ましい。このため、図５に示す赤外線撮像装置で
は、支持脚３１ａ，３１ｂの断面積が極力小さくされる
とともに、図５（ａ）に示すようにＬ字状に構成されて
いる。なお、図面には示していないが、白金シリサイド
２８の上方には、赤外線吸収膜が成膜されている。この
熱型赤外線センサは、赤外線を前記赤外線吸収膜で熱に
変換し、前記ショットキー接合の逆方向電流又は順方向
電流の温度依存性により赤外線を検出する高感度の非冷
却赤外線センサである。

【００１４】図５に示す赤外線撮像装置では、図５に示
す単位画素が互いに隙間をあけることなく２次元状に複
数配列されており、前述した従来の技術常識に従って、
フローティング部３０の数と同数の閉領域を区画するよ
うに不純物拡散領域２５が形成され、当該各閉領域内に
はフローティング部３０がそれぞれ１つだけ配置され、
各フローティング部３０の外周の不純物拡散領域２２の
全周が空隙（溝）２３を介して不純物拡散領域２５と対
向している。

【００１５】図５に示す赤外線撮像装置では、図３及び
図４に示す従来技術と異なり、不純物拡散領域２５の深
さは不純物拡散領域２２の深さより深い。このため、基
板２０に不純物拡散領域２２，２５及びエッチング開始
用溝２３を予め形成しておき、当該エッチング開始用溝
２３から異方性エッチングを行えば、当該異方性エッチ
ングはフローティング単結晶薄膜２１を形成する方向に
は進行するものの、それと逆の方向のその異方性エッチ
ングの進行が第２の領域により阻止され、フローティン
グ単結晶薄膜２１の周辺には空隙が形成されない。この
ため、図５に示す赤外線撮像装置では、図３及び図４に
示す従来技術と比べて、装置の集積度を上げることがで
きる。

【００１６】ここで、図５に示す赤外線撮像装置の各部
の寸法例について、説明する。１画素の面積が５０μｍ
×５０μｍで与えられる場合、そのうち信号転送回路２
６に用いる面積が１０μｍ×５０μｍであれば、残りの
面積は４０μｍ×５０μｍとなる。この残りの面積のう
ち不純物拡散領域（エッチングストップ領域）２５の幅
を３μｍ幅、支持脚３１ａ，３１ｂの幅をそれぞれ２μ
ｍ、支持脚３１ａ，３１ｂとフローティング部３０との
間隔及び支持脚３１ａ，３１ｂと不純物拡散領域２５と
の間隔をそれぞれ１μｍとした場合、図５から明らかな
ように、平面積３６μｍ×２６μｍ（＝９３６μｍ²）
のフローティング部３０が得られる。

【００１７】本発明は、図５に示すような装置の観点
（２つのエッチングストップ領域の深さを変えることに
より、異方性エッチングで形成する空隙がフローティン
グ単結晶薄膜の周辺に延びるのを阻止する点）とは別の
観点から図３及び図４に示す従来技術に比べて装置の集
積度を上げることができる、複数のフローティング部を
有する半導体装置を提供すること、及び、当該半導体装
置の製造に用いることができる、複数のフローティング
単結晶薄膜の形成方法を提供することを目的とする。

【００１８】また、本発明は、図３及び図４に示す従来
技術のみならず図５に示すような装置と比べても、装置
の集積度を上げることができる、複数のフローティング
部を有する半導体装置を提供すること、及び、当該半導
体装置の製造に用いることができる、複数のフローティ
ング単結晶薄膜の形成方法を提供することを目的とす
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様によ
る半導体装置は、各々が基板により支持部を介して支持
されて浮いた複数のフローティング部であって、１次元
状又は２次元状に配列された複数のフローティング部を
備え、前記各フローティング部に所定の素子が形成され
た半導体装置であって、前記基板には、１つ以上の閉領
域を区画するように、第１のエッチングストップ領域が
形成され、前記各フローティング部における外周部分に
第２のエッチングストップ領域が形成され、前記１つ以
上の閉領域の各々内に、前記複数のフローティング部の
うちの２つ以上のフローティング部がそれぞれ配置さ
れ、前記１つ以上の閉領域の各々内に配置された前記２
つ以上のフローティング部のうちの隣り合う少なくとも
１対のフローティング部の前記第１のエッチングストッ
プ領域における互いに隣接した部分同士が、空隙を介し
て対向したものである。

【００２０】この第１の態様では、第１のエッチングス
トップ領域が区画する１つ以上の閉領域の各々内に２つ
以上のフローティング部がそれぞれ配置され、前記１つ
以上の閉領域の各々内に配置された前記２つ以上のフロ
ーティング部のうちの隣り合う少なくとも１対のフロー
ティング部の前記第１のエッチングストップ領域におけ
る互いに隣接した部分同士が、空隙を介して対向してい
る。したがって、前述した従来の場合のように、フロー
ティング部の数と同数の閉領域を区画するように第１の
エッチングストップ領域を形成し、当該各閉領域内にそ
れぞれフローティング部を１つだけ配置し、各フローテ
ィング部の外周の第２のエッチングストップ領域の全周
を空隙を介して第１のエッチングストップ領域と対向さ
せる場合に比べて、前記第１の態様では、第１のエッチ
ングストップ領域の一部が省略されていることになる。
このため、前記第１の態様によれば、前述した図３及び
図４に示す従来技術に比べて、全体の面積に占める第１
のエッチングストップ領域の面積の割合を小さくするこ
とができ、ひいては、フローティング部が占める面積の
比を大きくすることができる。その結果、前記第１の態
様によれば、図３及び図４に示す従来技術に比べて、フ
ローティング部の面積が同一ならば集積度を上げること
ができるとともに、集積度が同一ならばフローティング
部の面積を大きくして例えば開口率等を向上させること
ができる。

【００２１】本発明の第２の態様による半導体装置は、
前記第１の態様による半導体装置において、前記第１の
エッチングストップ領域の深さが前記第２のエッチング
ストップ領域の深さよりも深いものである。

【００２２】この第２の態様によれば、第２のエッチン
グストップ領域の一部が省略されていることにより装置
の集積度が上がるのみならず、前述した図５に示す装置
と同様に、第１のエッチングストップ領域の深さが第２
のエッチングストップ領域の深さより深いので、異方性
エッチングで形成する空隙が第２のエッチングストップ
領域によって区画される閉領域の外側に延びるのを阻止
することができることから、更に装置の集積度を上げる
ことができる。したがって、この第２の態様によれば、
図３及び図４に示す従来技術のみならず図５に示すよう
な装置と比べても、装置の集積度を上げることができ
る。

【００２３】なお、前記第１及び第２の態様において
は、基板がシリコン単結晶基板であり、前記第１及び第
２のエッチングストップ領域が、不純物拡散領域、ある
いはシリコン酸化物、あるいは不純物拡散領域とシリコ
ン酸化物との組み合わせからなるものであってもよい。

【００２４】本発明の第３の態様による複数のフローテ
ィング単結晶薄膜の形成方法は、異方性エッチングに対
してエッチング速度が最も遅い結晶面を表面とする単結
晶基板を用い、該単結晶基板にその一部からなる複数の
フローティング単結晶薄膜であって１次元状又は２次元
状に配列された複数のフローティング単結晶薄膜を形成
する方法において、（ａ）１つ以上の閉領域を区画し前
記異方性エッチングではほとんどエッチングされない第
１のエッチングストップ領域、前記１つ以上の閉領域の
各々内の２つ以上のフローティング単結晶薄膜の形成予
定領域の外周に位置し前記異方性エッチングではほとん
どエッチングされない第２のエッチングストップ領域、
及び、前記異方性エッチングを開始するためのエッチン
グ開始用溝であって、前記１つ以上の閉領域の各々内で
かつ当該閉領域内の前記第２のエッチングストップ領域
の外側において、前記第１のエッチングストップ領域に
おける当該閉領域を区画する部分に沿った位置と、当該
閉領域内の前記２つ以上の形成予定領域のうちの隣り合
う少なくとも１対の形成予定領域に応じて形成された前
記第２のエッチングストップ領域における互いに隣接し
た部分同士の間の位置とに配置されたエッチング開始用
溝を、前記単結晶基板に形成する第１の工程と、（ｂ）
前記異方性エッチングにより前記エッチング開始用溝か
ら前記単結晶基板の一部をエッチング除去して前記複数
のフローティング単結晶薄膜を形成する第２の工程とを
備えたものである。

【００２５】本発明の第４の態様による複数のフローテ
ィング単結晶薄膜の形成方法は、前記第３の態様による
形成方法において、前記第１のエッチングストップ領域
の深さを前記第２のエッチングストップ領域の深さより
も深くしたものである。

【００２６】前記第３及び第４の態様による複数のフロ
ーティング単結晶薄膜の形成方法はそれぞれ、前記第１
及び第２の態様による半導体装置の製造に用いることが
できるものである。

【００２７】なお、前記第３及び第４の態様による形成
方法は、次の第５乃至第１５の態様による形成方法を含
む。

【００２８】本発明の第５の態様による複数のフローテ
ィング単結晶薄膜の形成方法は、前記第３又は第４の態
様による形成方法において、前記第１のエッチングスト
ップ領域が前記エッチング開始用溝の底部分の少なくと
も一部に及んでいるものである。

【００２９】本発明の第６の態様による複数のフローテ
ィング単結晶薄膜の形成方法は、前記第３乃至第５のい
ずれかの態様による形成方法おいて、前記第１の工程
は、前記第２のエッチングストップ領域の形成予定領域
付近において前記単結晶基板に第１の溝を形成し、該第
１の溝を用いて前記第２のエッチングストップ領域を形
成する工程を含むものである。

【００３０】本発明の第７の態様による複数のフローテ
ィング単結晶薄膜の形成方法は、前記第６の態様による
形成方法において、前記第２のエッチングストップ領域
を形成する前記工程は、前記第１の溝から前記第２のエ
ッチングストップ領域を形成するための不純物を熱拡散
する工程を含むものである。

【００３１】本発明の第８の態様による複数のフローテ
ィング単結晶薄膜の形成方法は、前記第６の態様による
形成方法において、前記第２のエッチングストップ領域
を形成する前記工程は、前記第１の溝の内壁を酸化して
酸化膜を形成する工程を含むものである。

【００３２】本発明の第９の態様による複数のフローテ
ィング単結晶薄膜の形成方法は、前記第３乃至第８のい
ずれかの態様による形成方法において、前記第１の工程
は、前記第１のエッチングストップ領域の形成予定領域
付近において前記単結晶基板に第２の溝を形成し、該第
２の溝を用いて前記第１のエッチングストップ領域を形
成する工程を含むものである。

【００３３】本発明の第１０の態様による複数のフロー
ティング単結晶薄膜の形成方法は、前記第９の態様によ
る形成方法において、前記第１のエッチングストップ領
域を形成する前記工程は、前記第２の溝から前記第１の
エッチングストップ領域を形成するための不純物を熱拡
散する工程を含むものである。

【００３４】本発明の第１１の態様による複数のフロー
ティング単結晶薄膜の形成方法は、前記第９の態様によ
る形成方法において、前記第１のエッチングストップ領
域を形成する前記工程は、前記第２の溝の内壁を酸化し
て酸化膜を形成する工程を含むものである。

【００３５】本発明の第１２の態様による複数のフロー
ティング単結晶薄膜の形成方法は、前記第６乃至１１の
いずれかの態様による形成方法において、前記第１の工
程は、前記第１及び第２の溝を所定材料で略々埋め戻す
工程を更に含むものである。

【００３６】本発明の第１３の態様による複数のフロー
ティング単結晶薄膜の形成方法は、前記第３乃至第５の
いずれかの態様による形成方法において、前記第１の工
程は、前記第１のエッチングストップ領域の形成予定領
域を含む領域及び前記第２のエッチングストップ領域の
形成予定領域を含む領域のうちの一方又は両方に、イオ
ン注入法により、前記第１のエッチングストップ領域及
び前記第２のエッチングストップ領域のうちの対応する
領域を形成するための不純物を拡散する工程を含むもの
である。

【００３７】本発明の第１４の態様による複数のフロー
ティング単結晶薄膜の形成方法は、前記第３乃至第５の
いずれかの態様による形成方法において、前記第１の工
程は、前記第１の領域の形成予定領域を含む領域及び前
記第２の領域の形成予定領域を含む領域に前記異方性エ
ッチングではほとんどエッチングされない領域を形成す
る工程と、少なくとも当該ほとんどエッチングされない
領域の一部をエッチング除去することにより、前記エッ
チング開始用溝を形成する工程と、を含むものである。

【００３８】本発明の第１５の態様による複数のフロー
ティング単結晶薄膜の形成方法は、前記第３乃至第１４
のいずれかの態様による形成方法において、前記単結晶
基板がシリコン単結晶基板であり、第１の領域及び第２
の領域が、不純物拡散領域、あるいはシリコン酸化物、
あるいは不純物拡散領域とシリコン酸化物との組み合わ
せからなるものである。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施の形態に
よる半導体装置としての赤外線撮像装置について、図１
を参照して説明する。

【００４０】図１（ａ）は本実施の形態による赤外線撮
像装置の４画素分を示す概略平面図、図１（ｂ）は図１
（ａ）中のＩ−Ｉ’線に沿った概略断面図である。図１
において、図５中の要素と同一又は対応する要素には同
一符号を付している。

【００４１】本実施の形態による赤外線撮像装置は、図
１に示すように、基板としての面方位（１１１）のＮ型
シリコン単結晶基板２０と、各々がシリコン単結晶基板
２０により支持脚（支持部）３１ａ，３１ｂを介して支
持されて浮き２次元状に配列された複数のフローティン
グ部３０と、シリコン単結晶基板２０に形成されたＣＣ
Ｄ等の信号転送回路２６とを備えている。

【００４２】各フローティング部３０は、シリコン単結
晶基板２０に形成されたその一部からなるフローティン
グ単結晶薄膜２１と、該フローティング単結晶薄膜２１
の外周に形成された第２のエッチングストップ領域とし
ての例えばボロン拡散領域のＰ型の高濃度不純物拡散領
域２２とを有している。

【００４３】本実施の形態では、図１（ａ）に示すよう
に、シリコン単結晶基板２０には、複数の閉領域を区画
するように、第１のエッチングストップ領域としての例
えばボロン拡散領域のＰ型の高濃度不純物拡散領域２５
が形成されている。そして、本実施の形態では、図５に
示す赤外線撮像装置と異なり、不純物拡散領域２５によ
り区画された各閉領域内にはそれぞれ２つのフローティ
ング部３０（図１（ａ）では左右に隣り合う１対のフロ
ーティング部３０）が配置されている。不純物拡散領域
２５により区画された各閉領域内の左右に隣り合う１対
のフローティング部３０の不純物拡散領域２２における
互いに隣接した部分同士（すなわち、図１（ａ）中の左
側フローティング部３０の不純物拡散領域２２の右辺部
分と右側フローティング部３０の不純物拡散領域２２の
左辺部分）が、図１（ｂ）に示すように、空隙（後述す
るエッチング開始用溝に相当）２３を介して対向してい
る。すなわち、図５に示す赤外線撮像装置では、左側フ
ローティング部３０の不純物拡散領域２２の右辺部分と
右側フローティング部３０の不純物拡散領域２２の左辺
部分との間にも不純物拡散領域２５が配置されるのに対
し、本実施の形態では、この部分の不純物拡散領域２５
が省略されていることになる。

【００４４】また、不純物拡散領域２５により区画され
た各閉領域内でかつ当該閉領域内の隣り合う１対の不純
物拡散領域２２の外側において、不純物拡散領域２５に
おける当該閉領域を区画する部分に沿った位置と、当該
閉領域内の１対のフローティング部３０における不純物
拡散領域における互いに隣接した部分同士の間の位置と
には、フローティング単結晶薄膜２１下に空隙２４を形
成するための異方性エッチングを開始するためのエッチ
ング開始用溝２３が、シリコン単結晶基板２０に形成さ
れている。

【００４５】不純物拡散領域２５の深さは不純物拡散領
域２２の深さより深く、また、不純物拡散領域２５はエ
ッチング開始用溝２３の底部分の一部に及んでいる。も
っとも、本発明では、不純物拡散領２２，２５の深さは
同一であってもよいし、不純物拡散領域２５はエッチン
グ開始用溝２３の底部分に及んでいなくてもよい。な
お、図１（ｂ）中、２７はシリコン酸化膜である。図１
（ａ）では、該シリコン酸化膜２７及びこれの上に形成
された金属配線等は省略されている。前記フローティン
グ単結晶薄膜２１、不純物拡散領域２２及びフローティ
ング単結晶薄膜２１に形成された後述する各要素が、フ
ローティング部３０を構成している。

【００４６】図１には示していないが、本実施の形態に
おいても、前記各フローティング部３０は図５に示す赤
外線撮像装置のフローティング部３０と同様に構成され
ており、各フローティング単結晶薄膜２１にショットキ
ーサーミスタが形成され、熱型赤外線センサが構成され
ている。すなわち、本実施の形態においても、各フロー
ティング部３０は、図５（ｃ）に示すように、フローテ
ィング単結晶薄膜２１上に白金からなる薄膜が成膜され
て形成された白金シリサイド２８と、Ｐ^-拡散領域から
なるガードリング２９とを有している。フローティング
単結晶薄膜２１のシリコンと白金シリサイド２８とによ
り、ショットキー接合が形成されている。各フローティ
ング部３０は、基板２０により２つの支持脚３１ａ，３
１ｂを介して浮いた状態に支持されている。本実施の形
態においても、該支持脚３１ａ，３１ｂは、金属等の良
導電体で形成され、前記ショットキー接合の両側をそれ
ぞれ信号転送回路２６と接続する配線を兼ねている。す
なわち、図面には示していないが、一方の支持脚３１ａ
の一方側部分は、フローティング部３０のシリコン酸化
膜２７上に延在して、フローティング単結晶薄膜２１に
形成されたＰ⁺拡散領域３２にコンタクトホールを介し
てオーミックコンタクトがとられ、支持脚３１ａの他方
側部分は、不純物拡散領域２５上のシリコン酸化膜２７
を経て信号転送回路２６上のシリコン酸化膜２７に延在
して、コンタクトホールを介して信号転送回路２６の所
定箇所に接続されている。また、他方の支持脚３１ｂの
一方側部分は、フローティング部３０のシリコン酸化膜
２７上に延在して、前記ショットキー接合の白金シリサ
イド２８側にコンタクトホールを介して接続され、支持
脚３１ｂの他方側部分は、不純物拡散領域２５上のシリ
コン酸化膜２７を経て信号転送回路２６上のシリコン酸
化膜２７に延在して、コンタクトホールを介して信号転
送回路２６の他の所定箇所に接続されている。熱型赤外
線センサは断熱性が高いほど感度が高くなるため、支持
脚３１ａ，３１ｂは、できるだけ断面積が小さくて長さ
が長いものであることが好ましい。このため、本実施の
形態においても、支持脚３１ａ，３１ｂの断面積が極力
小さくされるとともに、図１（ａ）に示すようにＬ字状
に構成されている。なお、図面には示していないが、白
金シリサイド２８の上方には、赤外線吸収膜が成膜され
ている。この熱型赤外線センサは、赤外線を前記赤外線
吸収膜で熱に変換し、前記ショットキー接合の逆方向電
流又は順方向電流の温度依存性により赤外線を検出する
高感度の非冷却赤外線センサである。フローティング単
結晶薄膜２１には、前記ショットキー接合に代えて、サ
ーミスタボロメータ、あるいはサーモカップル等の熱型
赤外線センサを形成してもよい。この熱型赤外線センサ
は、赤外線を吸収し熱に変換して温度変化を抵抗変化や
起電力変化に変換する原理によるところの高感度の非冷
却赤外線センサである。また、フローティング部２１に
適宜所望の素子を形成すれば、赤外線撮像装置以外の他
の半導体装置を構成することもできる。

【００４７】本実施の形態では、信号転送回路２６とし
てＣＣＤ等が用いられているので、当該信号転送回路２
６は各フローティング部の近くに配置することが好まし
い。そこで、図１（ａ）中の左右に隣り合う２画素は左
右に対称に構成されている。そして、本実施の形態で
は、当該２画素を１単位としてこれが互いに隙間をあけ
ることなく２次元状に複数配列されている。なお、ＸＹ
アドレス方式等による信号転送回路を採用する場合に
は、当該信号転送回路は必ずしも各フローティング部の
近くに配置する必要はないので、例えば、不純物拡散領
域２５が区画する各閉領域内に４つのフローティング部
を一列に配置し、隣り合うフローティング部間の不純物
拡散領域２５を全て省略することもできる。

【００４８】本実施の形態による赤外線撮像装置では、
前述したように、左側フローティング部３０の不純物拡
散領域２２の右辺部分と右側フローティング部３０の不
純物拡散領域２２の左辺部分との間には、不純物拡散領
域２５が配置されずに省略されている。このため、本実
施の形態によれば、図５に示す赤外線撮像装置に比べ
て、画素に占める不純物拡散領域２５の面積の割合を小
さくすることができ、ひいては、フローティング部３０
が占める面積の比を大きくすることができる。その結
果、本実施の形態によれば、フローティング部の面積が
同一ならば画素面積を小さくして集積度を上げることが
できるとともに、図５に示す赤外線撮像装置に比べて、
集積度が同一ならばフローティング部３０の面積を大き
くして開口率を向上させることができる。なお、高濃度
の不純物拡散領域２２は受光部として有効に活用するこ
とができるものの、高濃度の不純物拡散領域２５には転
送回路２７を作ることはできず、不純物拡散領域２５は
有効に活用し難い。

【００４９】また、本実施の形態による赤外線撮像装置
では、図５に示す赤外線撮像装置と同様に、図３及び図
４に示す従来技術と異なり、不純物拡散領域２５の深さ
は不純物拡散領域２２の深さより深い。このため、基板
２０に不純物拡散領域２２，２５及びエッチング開始用
溝２３を予め形成しておき、当該エッチング開始用溝２
３から異方性エッチングを行えば、当該異方性エッチン
グはフローティング単結晶薄膜２１を形成する方向には
進行するものの、それと逆の方向のその異方性エッチン
グの進行が第２の領域により阻止され、フローティング
単結晶薄膜２１の周辺には空隙が形成されない。このた
め、図５に示す赤外線撮像装置では、図３及び図４に示
す従来技術と比べて、装置の集積度を上げることができ
る。

【００５０】ここで、本実施の形態による赤外線撮像装
置の各部の寸法例について、説明する。１画素の面積が
５０μｍ×５０μｍで与えられる場合、そのうち信号転
送回路２６に用いる面積が１０μｍ×５０μｍであれ
ば、残りの面積は４０μｍ×５０μｍとなる。この残り
の面積のうち不純物拡散領域（第１のエッチングストッ
プ領域）２５の幅を３μｍ幅、支持脚３１ａ，３１ｂの
幅をそれぞれ２μｍ、支持脚３１ａ，３１ｂとフローテ
ィング部３０との間隔及び支持脚３１ａ，３１ｂと不純
物拡散領域２５との間隔をそれぞれ１μｍとした場合、
図１から明らかなように、平面積３９μｍ×２９μｍ
（＝１１３１μｍ2^）のフローティング部３０が得られ
る。この平面積は、前提となる各部の寸法を同一にした
場合に得られる図５に示す赤外線撮像装置のフローティ
ング部３０の平面積３６μｍ×２６μｍ（＝９３６μｍ
²）に比べて、２０％以上増加している。

【００５１】次に、前述した図１に示す赤外線撮像装置
の製造に際して用いることができる複数のフローティン
グ単結晶薄膜の形成方法の一例について、図２を参照し
て説明する。

【００５２】図２は、本発明の一実施の形態による複数
のフローティング単結晶薄膜の形成方法の各工程を示す
概略断面図であり、図１（ｂ）に対応している。図２で
は、特に、図１（ｂ）中の左側部分及び中央部分に相当
する部分を拡大して示している。なお、図２において、
図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付
している。

【００５３】この形成方法は、基板として面方位（１１
１）のＮ型（不純物濃度約１×１０¹⁶／ｃｍ³）シリコ
ン単結晶基板２０を用い、１画素の面積が５０μｍ×５
０μｍ、うち転送回路２７に用いる面積が１０μｍ×５
０μｍ、残りの面積４０μｍ×５０μｍのうちエッチン
グストップ領域２５を３μｍ幅、支持脚を２μｍ幅、エ
ッチング開始用開口の幅を１μｍとした場合、平面積が
３９μｍ×２９μｍで厚さが１μｍのフローティング単
結晶薄膜２１を形成する例である。

【００５４】図２（ａ）は、シリコン単結晶基板２０に
図１（ａ）中の第１のエッチングストップ領域として不
純物拡散領域２５の予定領域を含む領域に、ボロンを拡
散したＰ型の高濃度不純物拡散領域２５ａを、第２のエ
ッチングストップ領域としての不純物拡散領域２２の予
定領域を含む領域に、ボロン等の不純物を拡散したＰ型
の高濃度不純物拡散領域２２ａを形成した段階である。
その不純物濃度としては約２×１０²⁰／ｃｍ³で、その
接合深さはこの後に加えられる熱処理を含め最終的に領
域２５ａは３μｍ、領域２２ａは１μｍとなるようにす
る。不純物の導入方法としては、気相拡散や固相拡散な
どの熱拡散あるいはイオン注入法のいずれでも可能であ
る。例えばイオン注入ならば、１５００オングストロー
ムのシリコン酸化膜２７を形成し更にその上にボロン拡
散したくない部分をレジストパターンで覆い、加速エネ
ルギー４００ＫｅＶで１×１０¹⁶個／ｃｍ²注入すれば
よい。その後、レジストを剥離して、アニールすること
により希望の接合深さを得る。本実施例の形態では、不
純物拡散領域２５ａから約２μｍ離してＰ型の高濃度不
純物拡散領域２２ａが形成される。また、図１（ｂ）中
の中央部分に相当する箇所においては、互いに約６μｍ
（例えば５μｍでもよく、この場合、後述する図２
（ｂ）に示す隣り合う支持脚３１ｂと支持脚３１ｂとの
間隔は１μｍとされる。）離して２つの高濃度不純物拡
散領域２２ａが形成される。不純物拡散領域２２ａは、
不純物濃度が約２×１０²⁰／ｃｍ³で、この接合深さが
フローティング単結晶薄膜２１の厚みを決定する。その
様子を図２（ａ）に示す。

【００５５】次に、シリコン酸化膜２７をフォトリソ・
エッチングでパターニングし、ボロン拡散領域２５ａの
一部およびボロン拡散領域２２ａの一部とその間に囲ま
れた拡散されていない領域の合計約４μｍの幅を露出さ
せる。同時に、図１（ｂ）中の中央部分に相当する箇所
においては、ボロン拡散領域２５ａの一部およびボロン
拡散領域２２ａの一部とその間に囲まれた拡散されてい
ない領域の合計約８μｍの幅を露出させる。この場合の
エッチングは、ドライエッチング、ウェットエッチング
のいずれでもよい。この露出した領域は、フローティン
グ単結晶薄膜２１の下に空隙２４を形成する異方性エッ
チングを開始するためのエッチング開始用溝２３に対応
している。この露出した領域にフローティング単結晶薄
膜２１を空中に保持する支持脚３１ａ，３１ｂを形成す
る。この支持脚３１ａ，３１ｂは、通常配線を兼ねてい
るのでＴｉ等の金属薄膜をＳｉＮなどの保護膜で覆った
ものとなっている。また、この支持脚３１ａ，３１ｂは
拡散領域２５ａ、２２ａと重ならないように幅を２μｍ
以下として配置する。この様子を図２（ｂ）に示す。

【００５６】次に、支持脚３１ａ，３１ｂの部分を除い
たシリコン酸化膜２７除去領域において、フォトリソ・
エッチングで２μｍの深さまでシリコン基板２０をエッ
チングして、エッチング開始用溝２３を形成する。この
エッチングには異方性が高いドライエッチングを用いる
とより微細な加工ができる。例えば、酸素４５ｓｃｃ
ｍ、フッ化イオウ（ＳＦ₆）１３５ｓｃｃｍ、０．４ｔ
ｏｒｒ、１２５Ｗでフォトレジストをマスクにしてプラ
ズマエッチングを行うことによりシリコンを選択的に除
去できる。このエッチング開始用溝２３の形成により残
った不純物拡散領域２５ａの部分及び不純物拡散領域２
２ａの部分が、それぞれ図１（ｂ）中の不純物拡散領域
２５（第１のエッチングストップ領域）及び不純物拡散
領域２２（第２のエッチングストップ領域）となる。こ
の時、エッチング開始用溝２３の深さは、拡散領域２２
ａの深さよりも深くされるととともに、拡散領域２５ａ
の深さよりも浅くされている。エッチング開始用溝２３
の深さと拡散領域２２ａの深さとの差は、この後行う異
方性エッチングが的確に進行する間隔で決まる。また、
この差が、フローティング単結晶薄膜２１と単結晶基板
２０との間の空隙２４の間隔を決める。エッチング開始
用溝２３の深さと拡散領域２５ａの深さとの差は、ＫＯ
Ｈ水溶液などによる異方性エッチングが外周部に（図２
（ｃ）中では左側方向に）広がらないように決める。こ
れら２つの値は、当然のことながら、プロセスのバラツ
キを考慮して決める。この様子を図２（ｃ）に示す。

【００５７】最後に、ＫＯＨ水溶液などにより異方性エ
ッチングを行い、エッチング開始用溝２３から単結晶基
板２０の一部をエッチング除去する。この様子を図２
（ｄ）に示す。これにより、図１（ｂ）に示すように、
空隙２４が形成されるとともに支持脚３１ａ，３１ｂの
下方部分も除去され、フローティング単結晶薄膜２１の
形成が完了する。フローティング単結晶薄膜２１を形成
する方向と逆の方向のこの異方性エッチングの進行は、
不純物拡散領域（第１のエッチングストップ領域）２５
により阻止され、図１に示すように、フローティング単
結晶薄膜２１の周辺には空隙が形成されない。

【００５８】なお、フローティング単結晶薄膜２１に所
望の素子を作り込む段階は、エッチング開始用溝２３を
形成する前に行うことが望ましいが、その説明について
は省略する。

【００５９】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではな
い。

【００６０】例えば、前述した実施の形態では、第１及
び第２のエッチングストップ領域が高濃度不純物拡散領
域であったが、第１及び第２のエッチングストップ領域
は、シリコン酸化物、あるいは不純物拡散領域とシリコ
ン酸化物との組み合わせからなるものであってもよい。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来技術に比べて、フローティング部の面積が同一なら
ば集積度を上げることができるとともに、集積度が同一
ならばフローティング部の面積を大きくして例えば開口
率等を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による赤外線撮像装置の
４画素分を示す概略であり、図１（ａ）はその概略平面
図、図１（ｂ）は図１（ａ）中のＩ−Ｉ’線に沿った断
面図である。

【図２】本発明の一実施の形態によるフローティング単
結晶薄膜の形成方法の各工程を示す概略断面図である。

【図３】従来のフローティング単結晶薄膜の形成方法に
より形成されたフローティング単結晶薄膜の断面構造を
示す図である。

【図４】従来の他のフローティング単結晶薄膜の形成方
法の工程を示す断面図である。

【図５】従来のフローティング単本発明と比較される比
較例としての赤外線撮像装置を示す図であり、図５
（ａ）はその単位画素を示す概略平面図、図５（ｂ）は
図５（ａ）中のＶ−Ｖ’線に沿った概略断面図、図５
（ｃ）は図５（ｂ）中の一部拡大図である。

【符号の説明】

２０シリコン単結晶基板２１フローティング単結晶薄膜２２高濃度不純物拡散領域（第２のエッチングストッ
プ領域）２３エッチング開始用溝２４空隙２５高濃度不純物拡散領域（第１のエッチングストッ
プ領域）２６信号転送回路２７シリコン酸化膜３０フローティング部３１ａ，３１ｂ支持脚２７転送回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】各々が基板により支持部を介して支持さ
れて浮いた複数のフローティング部であって、１次元状
又は２次元状に配列された複数のフローティング部を備
え、前記各フローティング部に所定の素子が形成された
半導体装置であって、前記基板には、１つ以上の閉領域を区画するように、第
１のエッチングストップ領域が形成され、前記各フローティング部における外周部分に第２のエッ
チングストップ領域が形成され、前記１つ以上の閉領域の各々内に、前記複数のフローテ
ィング部のうちの２つ以上のフローティング部がそれぞ
れ配置され、前記１つ以上の閉領域の各々内に配置された前記２つ以
上のフローティング部のうちの隣り合う少なくとも１対
のフローティング部の前記第１のエッチングストップ領
域における互いに隣接した部分同士が、空隙を介して対
向したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】前記第１のエッチングストップ領域の深
さが前記第２のエッチングストップ領域の深さよりも深
いことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】異方性エッチングに対してエッチング速
度が最も遅い結晶面を表面とする単結晶基板を用い、該
単結晶基板にその一部からなる複数のフローティング単
結晶薄膜であって１次元状又は２次元状に配列された複
数のフローティング単結晶薄膜を形成する方法におい
て、１つ以上の閉領域を区画し前記異方性エッチングではほ
とんどエッチングされない第１のエッチングストップ領
域、前記１つ以上の閉領域の各々内の２つ以上のフロー
ティング単結晶薄膜の形成予定領域の外周に位置し前記
異方性エッチングではほとんどエッチングされない第２
のエッチングストップ領域、及び、前記異方性エッチン
グを開始するためのエッチング開始用溝であって、前記
１つ以上の閉領域の各々内でかつ当該閉領域内の前記第
２のエッチングストップ領域の外側において、前記第１
のエッチングストップ領域における当該閉領域を区画す
る部分に沿った位置と、当該閉領域内の前記２つ以上の
形成予定領域のうちの隣り合う少なくとも１対の形成予
定領域に応じて形成された前記第２のエッチングストッ
プ領域における互いに隣接した部分同士の間の位置とに
配置されたエッチング開始用溝を、前記単結晶基板に形
成する第１の工程と、前記異方性エッチングにより前記エッチング開始用溝か
ら前記単結晶基板の一部をエッチング除去して前記複数
のフローティング単結晶薄膜を形成する第２の工程とを
備えたことを特徴とする複数のフローティング単結晶薄
膜の形成方法。
【請求項４】前記第１のエッチングストップ領域の深
さが前記第２のエッチングストップ領域の深さよりも深
いことを特徴とする請求項３記載の複数のフローティン
グ単結晶薄膜の形成方法。