(57)【要約】【課題】  赤外線を検知する半導体装置として、赤外線を高感度かつ均一的に検知することができ、しかも製造コストを抑えることができる半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】  半導体装置５０は、測定対象物から放射された赤外線を吸収する赤外線吸収部５と、シリコン基板２上に形成され、赤外線吸収部５の温度変化を検知する温度検知部６とを有している。温度検知部６の下方には、温度検知部６が形成された熱的分離領域１を、シリコン基板２から熱的に分離するための空洞部３が形成されており、空洞部３はほぼ均一な高さに形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物から放射された赤外線を吸収する赤外線吸収部材と、半導体基板上に形成され、前記赤外線吸収部材の温度変化を検知する温度検知部とを有する半導体装置において、
前記半導体基板は前記温度検知部の下方に空洞部を有し、かつ、前記空洞部はほぼ均一な高さに形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記温度検知部は、シリコンからなる単結晶半導体層に形成されている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記空洞部のうち、前記温度検知部に近い側の内壁面が凹凸状に形成されている、請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半導体基板はＰ＋型のシリコン基板である、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記温度検知部が形成された前記単結晶半導体層と、前記空洞部より略下方の前記半導体基板とが電気的につながっている、請求項２から４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記赤外線吸収部材と前記温度検知部とを含む構造部が、少なくとも２つ以上隣接して配置されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
測定対象物から放射された赤外線を吸収する赤外線吸収部材と、半導体基板上に形成され、前記赤外線吸収部材の温度変化を検知する温度検知部と有する半導体装置を製造する方法であって、
前記半導体基板の内部に、選択的に除去可能な犠牲層を部分的に形成する工程と、
前記犠牲層の上方の領域に前記温度検知部を形成する工程と、
前記温度検知部より上方に前記赤外線吸収部材を形成する工程と
前記半導体基板の表面側から前記犠牲層まで達するコンタクトホールを形成すると共に、前記コンタクトホールを介してエッチングを行い前記犠牲層を除去することで前記半導体基板内に空洞部を形成する工程とを有する、半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記犠牲層を部分的に形成する工程は、ＳＩＭＯＸ法により、前記半導体基板内に酸化膜を形成することを含む、請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
測定対象物から放射された赤外線を吸収する赤外線吸収部材と、半導体基板上に形成され、前記赤外線吸収部材の温度変化を検知する温度検知部と有する半導体装置を製造する方法であって、
前記半導体基板の表面近傍を部分的に多孔質化して多孔質部を形成する工程と、
前記多孔質部を覆うように前記半導体基板表面にエピタキシャル単結晶半導体層を形成する工程と、
前記エピタキシャル単結晶半導体層上であって、前記多孔質部の上方の領域に前記温度検知部を形成する工程と、
前記温度検知部より上方に前記赤外線吸収部材を形成する工程と、
前記多孔質部を除去することで空洞部を形成する工程とを有する、半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記エピタキシャル単結晶半導体層がシリコンである、請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記半導体基板はＰ＋型のシリコン基板である、請求項９または１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記多孔質部を除去する工程は、アルカリ水溶液によるエッチングを行うことを含む、請求項９から１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記多孔質部を除去する工程は、ＫＯＨ水溶液によるエッチングを行うことを含む、請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線を検知することによって測定対象物の温度を検知する半導体装置およびその製造方法に関し、特に、１０μｍ程度の波長の赤外線を複数の検知部で検知する赤外線イメージセンサとして構成された半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象物の熱を検知する赤外線イメージセンサ（単に「赤外線センサ」ともいう）としては量子型のものと熱型のものとが知られている。量子型の赤外線イメージセンサは、比較的感度が高く、応答速度も速いという利点を有しているが、その反面、熱雑音が大きく、そのためシステムを冷却しないと使用できないという課題がある。これは、システムに冷却手段を設ける必要があることを意味し、その結果、システムの製造コストの上昇を招くこととなる。
【０００３】
一方、熱型のイメージセンサは、さらに分類すると、代表的な物としてサーミスタタイプ、ボロメータタイプ、焦電タイプ、および熱起電力タイプがある。これらのうち、サーミスタタイプおよびボロメータタイプは、通常の半導体製造プロセス、特にシリコンプロセスを利用して製造しやすく、また、他のタイプと比較して、安価に製造することができると共に、検知回路、読出し回路などの電気的回路を含めて１チップ化するのに有利であることから、近年、その開発が進んでいる。
【０００４】
次に、赤外線センサによる温度検知原理等について簡単に説明する。通常、あらゆる物体は、絶対零度以上の条件において所定の波長の赤外線を放射しており、黒体（入射する放射熱を全部吸収して何も反射しない理想的物体）と熱放射との関係はプランクの放射則で決められる。黒体ではない物体においても、放射エネルギーに対して所定の放射率（例えば人間の皮膚の放射率は０．９８程度）を乗じればよい。人間の場合、体温を３６℃とすると放射される赤外線は３〜６０μｍ程度の波長分布となり、そのうち８〜１４μｍの波長が約半分を占めている。
【０００５】
赤外線を検知するための赤外線センサは、一般に、赤外線を吸収することによって温度が上昇する赤外線吸収部と、その赤外線吸収部の温度変化を電気的信号に変換して出力する温度検知部とを有している。そして、赤外線の強度は微弱であるため、その赤外線を良好に検知するためには、上記赤外線吸収部および温度検知部（これらをまとめて「センサ部」ということもある）を、他の構造部（例えばシリコン基板）から熱的に分離すると共に、僅かな赤外線の入射によっても容易に温度が上昇するようにセンサ部の熱容量が小さいことがセンサの感度を向上させるうえで望ましい。さらには、赤外線吸収部および温度検知部の物理定数によって定まる、センサ部における熱流の均一性も重要である。
【０００６】
図４は、特許文献１に開示された赤外線センサの一例であり、１つの画素分の構成を示している。図４の赤外線センサは、シリコン基板１上に形成された温度検出部３００と、接続柱１４０を介して温度検出部３００に接続された赤外線吸収部１３０とを有している。赤外線吸収部１３０は入射した赤外線を吸収することによって温度が上昇するようになっており、その温度変化は、接続柱１４０を介して温度検出部３００に伝わり、温度検出部３００によりその温度変化は電気的信号に変換され出力される。図４の赤外線センサでは、また、温度検出部３００の下にエッチングによって形成された空洞部２００が形成されており、これにより、温度検出部３００とシリコン基板１との間の熱的分離が実現されている。
【０００７】
図５は、特許文献２に開示された赤外線センサの一例を示しており、赤外線センサの空洞部２００は、反応性ガスを用いてシリコン基板１を等方的にエッチングして形成されたものである。空洞部２００の両端には、空洞部２００の形状を制御するためのストッパー１９０が設けられている。
【０００８】
図６は、特許文献３に開示された赤外線センサの一例を示しており、赤外線吸収部として金属黒１３６を有し、温度検知部として熱電素子３０４を有している。また、それらを熱的に分離するための構造部として、熱電素子３０４の下方には、シリコン基板１を部分的に多孔質化した多孔質部２０１が形成されている。
【特許文献１】特開平１０−２０９４１８号公報
【特許文献２】国際公開９９／３１４７１号パンフレット
【特許文献３】特開平９−１４５７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したような熱型の赤外線センサには、高感度化および感度の均一性の向上が求められ、また、製造コストを抑えることも求められている。図４に示した構成では、シリコンの面方位に対する異方性エッチング手法により空洞部２００を中心部より対称的に形成するため、エッチング形状の制御性が比較的悪く、大きさあるいは形状が均一な空洞部を形成するのが困難である。また、構造的に、画素を小さく形成するのが難しいことからセンサの小型化に不利である。さらに、図４のような構成では熱流が不均一となりやすく、その結果、それぞれ画素における出力にばらつきが生じやすい。
【００１０】
次に、図５の構成では、ストッパー１９０によって空洞部２００の形状が規定される、すなわち、制御性の高いフォトリソグラフィー技術によって形状が規定されるため、空洞部形状を良好に制御できるものの、そのためには複雑な工程を必要とする。さらに、図５の構成では、シリコン基板１としてＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を使用しなければならず、これは製造コストの上昇につながる。
【００１１】
また、図４および図５の構成においてはいずれも、空洞部形状は中心部より対称的なエッチングにより決定されるため、画素の端部側までエッチングした場合、その中央部のエッチング深さが深くなる一方で画素の端部ではエッチング深さは浅くなる。このような形状では、熱が比較的逃げやすいため、感度の低下を招くこととなる。
【００１２】
図６の構成は、ＳＯＩ基板を使用する必要がないことから製造コストを抑えることができる点で有利であるが、多孔質部２０１は空洞部と比較すると熱抵抗が小さく、また、開口部上に単結晶領域が存在しないことから、開口率を高めたまま検知部を単結晶シリコン上に形成することができないという問題もある。
【００１３】
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、その目的は、赤外線を検知する半導体装置（赤外線検出装置）として、赤外線を高感度かつ均一的に検知することができ、しかも製造コストを抑えることができる半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため本発明の半導体装置は、測定対象物から放射された赤外線を吸収する赤外線吸収部材と、半導体基板上に形成され、前記赤外線吸収部材の温度変化を検知する温度検知部とを有する半導体装置において、前記半導体基板は前記温度検知部の下方に空洞部を有し、かつ、前記空洞部はほぼ均一な高さに形成されていることを特徴とする。
【００１５】
また、このような本発明の半導体装置は、測定対象物から放射された赤外線を吸収する赤外線吸収部材と、半導体基板上に形成され、前記赤外線吸収部材の温度変化を検知する温度検知部と有する半導体装置を製造する方法であって、前記半導体基板の内部に、選択的に除去可能な犠牲層を部分的に形成する工程と、前記犠牲層の上方の領域に前記温度検知部を形成する工程と、前記温度検知部より上方に前記赤外線吸収部材を形成する工程と前記半導体基板の表面側から前記犠牲層まで達するコンタクトホールを形成すると共に、前記コンタクトホールを介して前記犠牲層を除去することで前記半導体基板内に空洞部を形成する工程とを有する、本発明による半導体装置の製造方法で製造することができる。
【００１６】
また他にも、本発明による半導体装置の製造方法は、測定対象物から放射された赤外線を吸収する赤外線吸収部材と、半導体基板上に形成され、前記赤外線吸収部材の温度変化を検知する温度検知部と有する半導体装置を製造する方法であって、前記半導体基板の表面近傍を部分的に多孔質化して多孔質部を形成する工程と、前記多孔質部を覆うように前記半導体基板表面にエピタキシャル単結晶半導体層を形成する工程と、前記エピタキシャル単結晶半導体層上であって、前記多孔質部の上方の領域に前記温度検知部を形成する工程と、前記温度検知部より上方に前記赤外線吸収部材を形成する工程と、前記多孔質部を除去することで空洞部を形成する工程とを有するものであってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の半導体装置によれば、温度検知部の下方に、その高さがほぼ均一に形成された空洞部が形成されているため、温度検知部が熱的に分離される効果として赤外線を高感度に検知でき、また、空洞部の高さがほぼ均一となっている効果として赤外線を均一的に検知することができる。しかも、本発明の半導体装置はＳＯＩ基板を利用せずに製造可能であるため、製造コストを抑えることができる。本発明の半導最撮像装置の製造方法によれば、比較的簡便な工程で、上記本発明の半導体装置を良好に製造することができ、また、ＳＯＩ基板を利用するものでないことから製造コストを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の半導体装置の構成を示す図であり、半導体装置のうち１つの画素に対応する領域を示している。なお、以下の説明で用いる「半導体撮像装置」という用語は、本発明の半導体装置を特に限定するものではない。
【００２０】
図１に示すように、半導体撮像装置５０は、シリコン基板２と、シリコン基板２上に形成された温度検知部６と、シリコン基板２の最表面側に形成された赤外線吸収層５とを有しており、測定対象物から放射された赤外線を赤外線吸収層５で吸収することで、赤外線吸収層５の温度が上昇し、その温度変化を温度検知部６で検知して電気的信号として出力するイメージセンサである。
【００２１】
シリコン基板２は、例えばＰ型（高密度のＰ＋型）の単結晶シリコンからなる基板であって、本実施形態においてはその表面付近の一部が単結晶層４となっている。シリコン基板２はその内部に空洞部３を有している。空洞部３は、少なくとも温度検知部６の下方の領域を含むような大きさで形成されており、またその高さはほぼ均一となっている。具体的には、空洞部３の天面および底面は、互いに平行であって、かつ、基板表面に対しても平行に形成されている。空洞部３の高さは、半導体撮像装置５０によって検知される波長８〜１４μｍの１／４程度（例えば３μｍ）とすることが好ましく、これにより、温度検知部６による検知効率が向上する。空洞部３の片側には、空洞部３を形成するために利用されたコンタクトホール１１が設けられており、これにより、空洞部３はコンタクトホール１１を介して外気と連通した状態となっている。
【００２２】
なお、本明細書において空洞部３の「高さ」とは、空洞部３における底面から天面までの距離を意味する。また、その高さが「ほぼ均一」とは、ある高さ寸法（例えば３μｍ）に対して±5％程度（この場合は0.15μｍ程度）の誤差を含むことを意味する。
【００２３】
温度検知部６は、空洞部３によって熱的に分離された熱的分離領域１に形成され、より具体的には単結晶層４上に形成されている。温度検知部６は、例えば、ＰＮダイオードおよび抵抗体などで構成され、温度変化を電気的信号として出力する機能を有している。このような温度検知部６としては、特に限定されるものではないが、サーミスタタイプ、ボロメータタイプ、焦電タイプ、または熱電対タイプ等を利用することができる。温度検知部６から出力された電気的信号は、基板表面に形成された信号処理回路９を介して外部に出力されるようになっている。また、温度検知部６および信号処理回路９はいずれも、フィールド酸化膜１０同士の間の素子形成領域に形成されており、温度検知部６と信号処理回路９のそれぞれの上には、絶縁層７が形成されている。なお、検知用の回路は、より具体的には、順方向電流が一定となるような定電流原を用いた電圧読み出し方式のものであってもよい。
【００２４】
赤外線吸層５は、温度検知部６および信号処理回路９を覆うようにして絶縁層７上に形成されている。接続部８、すなわち絶縁層７が形成されていない領域では、赤外線吸収層５は直接シリコン基板２の表面に接しており、赤外線吸収層５の熱が、この接続部８を介してシリコン基板２に伝わり、シリコン基板２から温度検知部６に伝わるようになっている。接続部８は比較的大きく形成されていることが好ましく、これにより、赤外線吸収層５とシリコン基板２との接触面積が大きくなり、赤外線吸収層５の熱がシリコン基板２に効率よく伝わるようになる。
【００２５】
なお、赤外線吸収層５は、半導体撮像素子５０を上面側から平面的に見たときに、各画素ごとに分離されていることが好ましい。これにより、温度検知部６は、画素ごとの温度を、隣接する他の画素からの影響を受けることなく良好に検知できるものとなる。また、赤外線吸収層５の材質は、赤外線を吸収した際に部材の温度が上昇するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、金黒膜、Ｔｉ、ＶO、ＴｉＮ、酸化バナジウム、アモルファスシリコン（無定形）、ポリシリコン（多結晶）、単結晶シリコン等であってもよい。また、上述のように、接続部８は赤外線吸収層５からの熱が通る部分であり、この熱がシリコン基板２の内部に逃げるのを抑えるためには、空洞部３が、接続部８の下方にも存在していることが好ましい。
【００２６】
次に、図１の半導体撮像装置５０の製造方法について図２を参照して説明する。図２は、本実施形態の半導体装置を製造する工程を示す工程図である。
【００２７】
まず、図２（ａ）に示すように、Ｐ型のシリコン基板２を用意して、犠牲層として機能するＢＯＸ酸化膜（Berried Oxide層）１３を部分的に形成する。このＢＯＸ酸化膜１３はＳＩＭＯＸ法を用いて形成することができる。すなわち、酸素のイオンをシリコン基板２の表面側から基板内に注入し、これを熱処理することによって、酸化シリコンからなるＢＯＸ酸化膜１３が形成される。ＳＩＭＯＸ法による処理においては、シリコン基板２のうち、ＢＯＸ酸化膜１３の上方の領域は酸化されることはなく、単結晶のシリコンのままの状態となっている。なお、本製造工程において必須の工程ではないが、ＢＯＸ酸化膜１３を形成した後にエピタキシャル処理を行うことによって、シリコン基板２の表面に単結晶層４を形成することも可能である。
【００２８】
次いで、図２（ｂ）に示すように、フィールド酸化処理によりシリコン基板２の表面にフィールド酸化膜１０を形成する。これにより、フィールド酸化膜１０同士の間が素子形成領域となる。なお、このフィールド酸化膜１０は、ＢＯＸ酸化膜１３にまで達するような厚さで形成されていてもよい。
【００２９】
次いで、図２（ｃ）に示すように、まず、素子形成領域に温度検知部６と信号処理回路９を形成する。これらの構造部は従来公知の方法を用いて形成することができ、例えば、温度検知部６のＰＮダイオードはＮ型の不純物をイオン注入することによって形成可能である。その後、温度検知部６と信号処理回路９とを覆うようにして絶縁層７を形成すると共に、絶縁層７のうち接続部８となる部分を除去しておく。
【００３０】
次いで、図２（ｄ）に示すように、まず、基板最表面側に赤外線吸収層５を形成し、その後、赤外線吸収層５、絶縁層７、およびフィールド酸化膜１０等を部分的に除去することによって、ＢＯＸ酸化膜１３まで達するコンタクトホール１１を形成する。なお、必要に応じて、例えば赤外線吸収層５上に配線層（不図示）を形成してもよく、配線層の材質にはＴｉなどを使用することができ、Ｔｉは、導電体の中でも比較的熱伝導率が小さく（０．１５７Ｗ／ｃｍｋ）、熱を逃がしにくい点で好ましい。
【００３１】
次いで、図２（ｅ）に示すように、例えば希フッ酸を用い、コンタクトホール１１を介してエッチングを行いＢＯＸ酸化膜１３を除去する。これにより、ＢＯＸ酸化膜１３が除去されたところが空洞部３となり、最終的に半導撮像装置５０が完成する。
【００３２】
ここで、ＢＯＸ酸化膜１３の除去は、より詳細には次のようにして実施可能である。まず、希フッ酸エッチングに対するエッチングマスクとして、シリコン窒化膜（不図示）を成膜およびパターニングし、その後、ＢＯＸ酸化膜１３に達するまで、ＢＯＸ酸化膜１３上の構造部を部分的にエッチングする。続いて、このエッチングにより露出したフィールド酸化膜１０の側面を保護するためのエッチングマスクとして、シリコン窒化膜（不図示）を再度成膜し、ＢＯＸ酸化膜１３を除去するためのエッチングを再度実施する。これにより、基板内部のＢＯＸ酸化膜１３が除去される。
【００３３】
なお、前述したように、半導体撮像装置５０において温度検知部６による検知が、隣接する他の画素からの熱の影響を受けることなく良好に行われるように、隣接する画素同士は熱的に分離されていることが望ましい。この点に関し、コンタクトホール１１のような構造部は画素同士の熱的分離に有利である。したがって、そのような構造部、すなわち基板の表面から空洞部３まで達する程度の深さの溝状構造部を、画素同士の間に形成し、熱的な分離を行うようにすることが望ましい。この溝状構造部の形成の一例としては、まず配線層（不図示）等を保護するための層を所定のパターニング形状に形成し、その後、絶縁層７および基板表面の単結晶シリコンをエッチングすればよい。
【００３４】
以上説明したような本実施形態の半導体撮像装置５０によれば、空洞部３によって温度検知部６を含む領域（熱的分離領域１）がシリコン基板２の内側部と熱的に分離されているため、赤外線吸収層５から接続部８を介して伝わってくる温度変化が僅かであっても、その熱はシリコン基板２の内側に逃げにくいため、温度検知部６に効率的に伝わり、結果的に、温度検知部６での温度検知を効率よく行うことができるものとなる。これは、半導体撮像装置５０全体として、赤外線を高感度に検知できることを意味する。
【００３５】
また、本実施形態の半導体撮像装置５０では、空洞部３の高さがほぼ均一となっており、図４、図５に示したような従来の構成と比較して熱流が均一化することから、赤外線を均一的に検知することができる。さらに、半導体撮像装置５０はＳＯＩ基板を利用せずに製造可能であり、また、本実施形態の製造方法は従来のものと比較して比較的簡便であるため、製造コストを抑えるのに有利である。
【００３６】
また、本実施形態の構成においては温度検知部６は効率的に温度を検知することができるものであり、温度検知部６の温度分解能は０．２Ｋ程度とすることが可能である。また、温度検知部６等の回路が単結晶シリコン上に形成されている場合、回路のＴＣＲ（Temperature Coefficient of Resistance）を向上させることができる。さらに、温度検知部６が形成された単結晶の半導体層と、空洞部３より略下方（空洞部３より下方に限らず空洞部３の図示側方の部位も含む）のシリコン基板２とが電気的に接続されていることが好ましい。すなわち、Ｐ型の単結晶の半導体層とＰ型のシリコン基板２とが、ＰＮ分離または絶縁層による分離されることなしに、互いに接続されている場合、温度検知部６の層とシリコン基板２とが同電位となり、これにより、回路の電源を例えば下地基板から安定してとることができ、回路の安定性が確保される。また、温度検知部６の面積を小さくするのにも有利であり、したがって、熱容量が小さく高感度の赤外線イメージセンサが構成される。
【００３７】
なお、発明は上述したような構成に限らず種々変更可能である。例えば図１の接続部８は、赤外線吸収層５とシリコン基板２の表面が直接接触したものであったが、隣接する他の部材と比べて熱伝導性がよく、熱が接続部８を介して優先的に伝わるような構成であれば、赤外線吸収層５とシリコン基板２の表面との間に他の層を介在させることも可能である。また、シリコン基板２はＰ＋型のものに限られるものではなく、ＳＩＭＯＸ法を用いる場合の基板のＰＮタイプおよび不純物濃度は任意に設定可能である。
【００３８】
（第２の実施形態）
図１に示したような半導体撮像装置は、上述した工程の他にも、図３に示すような工程によっても製造することができる。以下、この製造工程について、図３を参照しつつ、具体的な製造条件を例示しながら説明する。なお、この製造工程によって製造される半導体撮像装置５１（図３（ｅ）参照）は、空洞部３上にエピタキシャルシリコン層４ａが形成されていることを除き、他の構造部は図１の半導体撮像装置５０と同様に構成されている。
【００３９】
まず、図３（ａ）に示すように、シリコン基板２を用意し、イオン注入法によって基板表面にボロンを注入し、陽極化成法により基板表面の一部に、例えば厚さが１０μｍ程度の多孔質部２３を形成する。このような多孔質部２３の利点としては、その多孔質部２３の上に単結晶シリコンを形成できること、および、シリコン基板２に対するエッチング選択比が大きいため、後述するように多孔質部２３のみを選択的に除去することができること等が挙げられる。また、多孔質部２３は、除去されることによって最終的に空洞部３の輪郭形状を規定するものであるため、その上面と下面とが互いに平行になっていること、言い換えれば、多孔質部２３の下面がシリコン基板２の表面と平行になっていることが好ましい。多孔質部２３がこのような形状に形成されていることにより、形成される空洞部３はその高さが均一なものとなる。
【００４０】
なお、多孔質部２３の形成条件としては次のようなものであってもよい。
８インチＰ型（０．０１３−０．０１７Ωｃｍ）
化成溶液：５０％ＨＦ：ＩＰＡ＝２：１（体積比）
電流密度：８ｍＡ／ｃｍ
電流印加時間：１１ｍｉｎ
熱処理：４００℃−１ｈ、酸素雰囲気中で低温酸化
また、シリコン基板２としては、多孔質化される部分およびその近傍のみが部分的にＰ型（０．０１３−０．０１７Ωｃｍ）となっており、その他のところがＰ型（１−２Ωｃｍ）またはＮ型（１−２Ωｃｍ）となっているものであってもよい。
【００４１】
次いで、図３（ｂ）に示すように、多孔質部２３を形成したシリコン基板２に対してエピタキシャル処理を行い、多孔質部２３を覆うようにして基板表面にエピタキシャルシリコン層４ａを形成する。エピタキシャルシリコン層４ａは、単結晶のシリコンであって、その厚さは例えば十nm〜数十μｍ程度に形成可能である。シリコン基板２がＰ＋型の場合、多孔質部２３上のエピタキシャルシリコン層４ａを高品質に形成することができる。
【００４２】
なお、エピタキシャル処理は、より詳細には、次のような事前処理を行って多孔質部２３の表面孔（不図示）を埋めてから実施される。まず、例えばＤＨＦ（希フッ酸）等を用いて多孔質部２３表面の酸化膜（表面酸化膜、不図示）を除去する。その後、例えば水素雰囲気中で９５０℃−１０ｓの表面処理を施すことで、多孔質部２３の表面孔の穴埋めを行う。さらに、少量のシリコン系ガスを導入して残りの表面孔の穴埋めを行う。
【００４３】
シリコン基板２上にエピタキシャルシリコン層４ａを形成してからの工程は、図２（ｃ）〜図２（ｄ）で説明したものとほぼ同様に行うことができる。すなわち、図３（ｃ）に示す工程では、温度検知部６および信号処理回路９を形成し、その後、これらの構造部を覆うようにして絶縁層７を形成する。次いで、図３（ｄ）に示す工程では、基板最表面側に赤外線吸収層５を形成し、その後、多孔質部２３まで達するコンタクトホール１１を形成する。
【００４４】
次いで、図３（ｅ）に示す工程では、コンタクトホール１１を介してエッチングを行い多孔質部２３を除去する。これにより、多孔質部２３が除去されたところが空洞部３となり、最終的に半導体撮像素子５１が完成する。多孔質部２３の除去は、例えばＫＯＨなどのアルカリエッチング溶液を用いたエッチングにより実施可能である。多孔質部２３とシリコン基板２との間にはエッチングレートの差があるため、多孔質部２３はシリコン基板２に比べて優先的にエッチングされる。最終的な空洞部３は、高さがほぼ均一なものとなる。また、空洞部３の天面には微小な凹凸が形成されており、このような凹凸の作用効果として、温度検知部６での赤外線の吸収効率が向上する。
【００４５】
以上、第２の実施形態として半導体撮像装置５１の製造方法の一例を説明したが、本発明は上述した工程に限られるものではなく種々変更可能である。例えば、エピタキシャルシリコン層４ａは、ＳｉＧｅをエピタキシャル成長させることで形成した、厚さが十nm〜数十μｍのエピタキシャルＳｉＧｅ層であってもよい。または、このようなエピタキシャルＳｉＧｅ層を、前述したエピタキシャルシリコン層上の全体または一部分上に成膜することもできる。ＳｉＧｅ層の他にも、ＧａＡｓ等のエピタキシャル層を形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】第１の実施形態の半導体装置の構成を示す図であり、半導体装置のうち、１つの画素に対応する領域を示している。
【図２】図１の半導体装置を製造する工程を示す工程図である。
【図３】第２の実施形態の半導体装置の構成およびその製造方法を示す図である。
【図４】従来の赤外線センサの構成の一例の示す図である。
【図５】従来の赤外線センサの構成の他の例の示す図である。
【図６】従来の赤外線センサの構成のさらに他の例の示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  熱的分離領域
２  シリコン基板
３  空洞部
４  単結晶層
５  赤外線吸収層
６  温度検知部
７  絶縁層
８  接続部
９  信号処理回路
１０  フィールド酸化膜
１１  コンタクトホール
１３  ＢＯＸ酸化膜
２３  多孔質部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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