(57)【要約】シリコン基板の上にエピタキシャル成長させたγ−アルミナ層に形成されるセンサ等を備えた集積装置を安価に提供する。この集積装置は、シリコン基板と、該シリコン基板の一部にエピタキシャル成長されたγ−アルミナ膜上に形成される第１の機能領域と、シリコン基板において前記γ−アルミナ膜が成長された以外の領域に形成される第２の機能領域と、第１の機能領域と前記第２の機能領域とを接続する配線手段とを備えてなる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板と、
該シリコン基板の一部にエピタキシャル成長されたγ−アルミナ膜上に形成される第１の機能領域と、
前記シリコン基板において前記γ−アルミナ膜が成長された以外の領域に形成される第２の機能領域と、
前記第１の機能領域と前記第２の機能領域とを接続する配線手段と、
を備えてなる集積装置。
【請求項２】
前記第１の機能領域にはセンサが形成され、前記第２の機能領域には前記センサの信号処理回路が形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の集積装置。
【請求項３】
前記第１の機能領域を形成する前記シリコン基板の領域の第１の表面は前記第２の機能領域を形成する前記シリコン基板の領域の第２の表面より高い位置にある、ことを特徴とする請求項１に記載の集積装置。
【請求項４】
前記第１の表面と第２の表面との高さの差は０．１〜１．０μｍである、ことを特徴とする請求項３に記載の集積回路。
【請求項５】
前記第１の機能領域には前記シリコン基板に対して拡散性の高い物質が含まれている、ことを特徴とする請求項３又は４のいずれかに記載の集積装置。
【請求項６】
前記拡散性の高い物質はＰｂ又はその化合物である、ことを特徴とする請求項５に記載の集積装置。
【請求項７】
前記第１の機能領域はチタン酸ジルコン酸鉛を含む、ことを特徴とする請求項６に記載の集積回路。
【請求項８】
前記第１の機能領域にはセンサが形成され、前記第２の機能領域には前記センサの信号処理回路が形成されている、ことを特徴とする請求項３〜７のいずれかに記載の集積装置。
【請求項９】
シリコン基板の表面にγ−アルミナ膜をエピタキシャル成長させるステップと、
前記γ−アルミナ膜の一部を除去して前記シリコン基板を表出させる第１のエッチングステップと、
前記第１のエッチングステップを経て表出されたシリコン基板の表面を除去する第２のエッチングステップと、
前記γ−アルミナ膜上に第１の機能領域を形成するステップと、
前記第２のエッチングステップを経て表出された前記シリコン基板へ第２の機能領域を形成するステップと、
前記第１の機能領域と前記第２の機能領域とを配線するステップと、
を含む集積装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第２のエッチングステップにより、前記γ−アルミナ膜の形成時に拡散したアルミニウムを含む前記シリコン基板の部分を除去する、ことを特徴とする請求項９に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記第２のエッチングステップにより、前記シリコン基板の表面を０．１〜１．０μｍの厚さで除去する、ことを特徴とする請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記第１のエッチングステップは誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング(ＩＣＰ−ＲＩＥ)を実行し、前記第２のエッチングステップは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を実行する、ことを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１３】
前記γ−アルミナ膜を第１の保護膜で保護した後に前記第２の機能領域を形成し、該第２の機能領域を第２の保護膜で保護した後に前記第１の保護膜を剥離して前記γ−アルミナ膜の上に前記第１の機能領域を形成し、前記第２の保護膜を剥離して前記第１の機能領域と前記第２の機能領域とを配線する、ことを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１４】
シリコン基板の一部に第２の機能領域を形成するステップと、
該第２の機能領域を第２の保護膜で保護して前記シリコン基板の表面にγ−アルミナ膜をエピタキシャル成長させるステップと、
前記γ−アルミナ基板の上に第１の機能領域を形成するステップと、
該第１の機能領域を第１の保護膜で保護して、前記第２の保護膜を剥離するステップと、
前記第１の保護膜を剥離して前記第１の機能領域と前記第２の機能領域とを配線するステップと、
を含む集積装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は集積装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン基板上にγ−アルミナ層をエピタキシャル成長させて、当該γ−アルミナ層を用いて焦電型赤外線センサや超音波センサを形成する例が特許文献１及び特許文献２に記載されている。
１つのシリコン基板上にセンサとそのスイッチ回路とを備える赤外線検出回路が特許文献３に開示されている。この検出回路ではシリコン基板上にシリコン酸化膜が形成され、このシリコン酸化膜をベースとして、即ち共通の絶縁膜としてセンサとスイッチ回路とが形成されている。
なお、特許文献３に記載の赤外線検出回路は赤外線検出用のコンデンサとトランジスタを連結したものであり、その出力信号は外部の信号処理回路により処理されている。【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２８１７４２号公報
【特許文献２】特開平９−８９６５１号公報
【特許文献３】特開平１１−２７１１４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
昨今、センサには様々な特性が要求されており、シリコン酸化膜をベースとするセンサではその要求に充分対応できない場合がある。
そのため、特許文献１に開示されるように、γ−アルミナ層をベースにするセンサが使用されることがある。かかるセンサは１つの基板に作り込まれているため、センサとして機能させるには、これを周辺回路用ディスクリート素子とアッセンブリする必要がある。かかる集積装置において製造コストのほとんどが当該アッセンブリ代に費やされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明は上記課題を解決するためになされたものである。
即ち、この発明の第１の局面は次のように規定される。
シリコン基板と、
該シリコン基板の一部にエピタキシャル成長されたγ−アルミナ膜上に形成される第１の機能領域と、
前記シリコン基板において前記γ−アルミナ膜が成長された以外の領域に形成される第２の機能領域と、
前記第１の機能領域と前記第２の機能領域とを接続する配線手段と、
を備えてなる集積装置。【０００６】
このように構成された集積装置によれば、シリコン基板にγ−アルミナ膜がエピタキシャル成長されてこのγ−アルミナ膜を用いて第１の機能領域を形成することができる。他方、シリコン基板においてγ−アルミナ膜の無い領域には第２の機能領域を形成することができる。この発明の第２の局面で規定されるように、当該第１の機能領域としてセンサを採用し、第２の機能領域として当該センサの信号処理回路（周辺回路）を形成することができる。そしてセンサとその信号処理回路とを配線手段により接続することにより、１つのシリコン基板に２つの機能（例えば、センサとその周辺回路）を作り込むことが可能となる。これにより、アッセンブリ作業が不要となるので製造コストを低減することができる。
この発明の集積装置のセンサは、シリコン基板上にエピタキシャル成長されたγ−アルミナ膜をベースとして用いて形成されるので、シリコン酸化膜をベースとしたセンサと全く異なる特性を有する。【０００７】
この発明の第３の局面は次の様に規定される。
即ち、第１又は第２の局面で規定される集積回路において、前記第１の機能領域を形成する前記シリコン基板の領域の第１の表面は前記第２の機能領域を形成する前記シリコン基板の領域の第２の表面より高い位置にある。
このように構成された第３の局面に規定の発明によれば、第１の領域と第２の領域が明確に確定されるので、回路の配置等の確認が容易になる。
シリコン基板における第１の領域と第２の領域とでその高さを異ならしめると、第１の領域と第２の領域とが同一平面上にある場合に比べて、両者の間隔が長くなる。このことは、特にこの発明の第５の局面で規定されるように、第１の機能領域にＰｂ等のシリコン基板に対して拡散性の高い物質が含まれている場合に、当該物質の影響をより確実に排除する見地から好ましい。
シリコン基板において第１の表面と第２の表面との高さの差は、この発明の第４の局面で規定されるように、０．１〜１．０μｍであることが好ましい。両者の差が０．１μｍ未満であると、後述するようにシリコン基板第２の表面にアルミニウムがドーピングされた層が残存している状態であり、他方、両者の差が１．０μｍを超えると金属配線形成に不都合であり、それぞれ好ましくない。【０００８】
ここに、γ−アルミナ層は放熱等の関係から薄膜とすることが好ましい。本発明者らの検討によれば集積回路においてγ−アルミナ層の膜厚は、１０〜１００ｎｍとすることが好ましい。
このようにγ−アルミナ層が薄膜になると、第１の機能領域に含まれる物質が容易にシリコン基板へ流入するおそれがある。例えば赤外線センサにＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）層を用いた場合、当該層に含まれる鉛がγ−アルミナ層を通過してシリコン基板へ拡散する。この鉛が第１の機能領域まで拡散するとそこに形成される回路に悪影響を与えるおそれがある。
シリコン基板において第１の機能領域を形成する第１の領域の表面高さと第２の機能領域を形成する第２の領域の表面高さとの間に差を設けることにより、第１の領域から第２の領域までの距離が長くなる。これにより、第１の領域からＰｂ等が拡散されても、その影響が第２の領域の表面に現れ難くなる。【０００９】
この発明の他の局面は上記集積回路の製造方法に関し、次のように規定される。即ち、シリコン基板の表面にγ−アルミナ膜をエピタキシャル成長させるステップと、
前記γ−アルミナ膜の一部を除去して前記シリコン基板を表出させる第１のエッチングステップと、
前記第１のエッチングステップを経て表出されたシリコン基板の表面を除去する第２のエッチングステップと、
前記γ−アルミナ膜上に第１の機能領域を形成するステップと、
前記第２のエッチングステップを経て表出された前記シリコン基板へ第２の機能領域を形成するステップと、
前記第１の機能領域と前記第２の機能領域とを配線するステップと、
を含む集積装置の製造方法。
このように構成された製造方法によれば、既述の第１〜第４の局面に記載の集積装置を容易に製造することができる。【００１０】
上記において、第２のエッチングステップでは、γ−アルミナ膜の形成時に拡散したアルミニウムを含む前記シリコン基板の部分を除去することが好ましい。γ−アルミナ膜をエピタキシャル成長させるとき、アルミニウムがシリコン基板の表面へ拡散する。アルミニウムはシリコンに対してｐ型のドーパントであるため、アルミニウムが拡散したシリコン基板の表面の導電性はｐ-となる。かかる高ドープ状態のシリコン基板はそこへ各種のドーパントをドープして回路を作り込むことに適していない。そこで、当該アルミニウムが拡散したシリコン基板の表面部分を除去し、回路の作り込みに適した導電状態のシリコン基板を表出させることが好ましい。
本発明者らの検討によれば、γ−アルミナ膜によりシリコン基板の表面より約０．１〜１．０μｍの深さまでアルミニウムが拡散していることを見出した。従って、当該深さを第２のエッチングステップにおいて除去すれば、回路等の第２の機能領領域を形成することに適したシリコン基板の表面を得ることができる。【００１１】
γ−アルミナ膜を除去する第１のエッチングステップは、ＩＣＰ−ＲＩＥ(Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching)等の異方性エッチングを採用することが好ましい。その他、アルミナ膜へSiイオンを注入しアモルファス化させた後フッ酸を含む化学溶液によるエッチング等の方法でγ−アルミナ膜を除去することができる。
γ−アルミナ膜を除去した後に実行する第２のエッチングプロセスはＲＩＥを採用することが好ましい。エッチング後のシリコン基板の表面が平滑に保たれ、第２の機能領域の形成が容易になるからである。その他、熱酸化膜を形成したのちその熱酸化膜をフッ酸を含む溶液によりエッチングする等の方法でシリコン基板の表面を除去することができる。【００１２】
この発明の第１及び第２の局面で規定される集積装置はまた次の製造方法によっても得ることができる。即ち、
シリコン基板の一部に第２の機能領域を形成するステップと、
該第２の機能領域を第２の保護膜で保護して前記シリコン基板の表面にγ−アルミナ膜をエピタキシャル成長させるステップと、
前記γ−アルミナ基板の上に第１の機能領域を形成するステップと、
該第１の機能領域を第１の保護膜で保護して、前記第２の保護膜を剥離するステップと、
前記第１の保護膜を剥離して前記第１の機能領域と前記第２の機能領域とを配線するステップと、
を含む集積装置の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１はこの発明の第１の実施例の集積装置の構成を示す断面図である。
【図２】図２は同じく平面図である。
【図３】図３は第１の実施例の集積装置の製造方法を示すフローチャートである。
【図４】図４は同じく製造方法の概略図である。
【図５】図５はこの発明の第２の実施例の集積装置の構成を示す断面図である。
【図６】図６は第２の実施例の集積装置の製造方法を示すフローチャートである
【図７】図７は同じく製造方法の概略図である。
【符号の説明】
【００１４】
１、１０１    集積装置
３    シリコン基板
１０  センサ
１１、３５、１１０  γ−アルミナ膜
２０  信号処理回路
１０Ａ  第１の領域
２０Ａ  第２の領域
【実施例】
【００１５】
（実施例１）
次にこの発明の実施例を説明する。
図１はこの発明の実施例の集積装置１の構成を示す断面図である。同じく図２は平面図である。
実施例の集積装置１は第１の機能領域としてのセンサ１０と第２の機能領域としての信号処理回路２０とを備えてなる。これら２つの領域１０、２０はともに共通のシリコン基板３を有し、また酸化シリコンからなる絶縁領域５で相互に絶縁されている。
センサ領域１０はシリコン基板３にエピタキシャル成長されたγ−アルミナ層１１をベースとして、白金層１３、高誘電体物質層１５及び白金層１７を積層してなり、焦電素子を構成する。
かかるセンサ１０の構成は、γ−アルミナ層１１をベースとすることを前提として、任意に選択することができる。
なお、この実施例では、センサ１０においてシリコン基板の一部がエッチングにより除去されている。【００１６】
信号処理回路２０にはＪＦＥＴ２１とＭＯＳ２３が汎用的な形成方法により形成されている。信号処理回路２０には任意の回路を任意の方法で作り込むことができる。【００１７】
次に、図１の集積装置１の製造方法について、図３のフローチャート及び図４を参照して説明をする。
ステップ１では、シリコン基板３においてセンサ１０を形成すべき領域（第１の領域１０Ａ）を第１の保護膜３１で被覆する（図４Ａ参照）。この第１の保護膜として例えば酸化膜を用いることができる。
次に、表出されたシリコン基板の領域（第２の領域２０Ａ）へ定法により回路２０を形成する。【００１８】
ステップ３では（図４（Ｂ）参照）、回路２０を第２の保護膜３３で被覆し、第１の保護膜３１を除去する。ここに第２の保護膜３３として酸化膜を採用することができる。
続いて、ステップ５において、第１の保護膜３１が除去されることにより表出した第１の領域１０Ａへγ−アルミナ層３５をエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長させる条件は例えば、ＴＭＡガスと酸素ガスを用いた化学気相成長法において成長温度９００〜１０００℃とすることで実現できる。また、γ−アルミナ層３５の膜厚は１０ｎｍ〜１００ｎｍとすることが好ましい。【００１９】
ステップ７では（図４（Ｃ）参照）、γ−アルミナ層３５の上にセンサ１０を形成する。この実施例では、γ−アルミナ層３５の上に、白金層をスパッタ成長させ、さらにゾルゲル状態のＰＺＴを塗布して硬化させる。そして、再度白金層をスパッタ成長させる。なお、各層はフォトリソグラフィにより所定の形状にエッチングされる。
ステップ９では（図４（Ｄ）参照）、ＲＩＥあるいは化学溶液によるエッチングにより第２の保護膜を除去して、金属配線３７をパターニングにより形成する（ステップ１１）。この配線３７にはアルミニウム、銅を用いることができる。【００２０】
ステップ１３では少なくともセンサ１０を第３の保護膜３９（材質：酸化膜あるいは窒化膜）で保護して、第１の領域１０Ａの所定の部分をシリコン基板３の裏面側からエッチングして除去する（ステップ１５、図４（Ｅ）参照）。
その後、第３の保護膜３９を除去して、図１に示す集積装置１を得ることができる。【００２１】
（実施例２）
図５はこの発明の第２の実施例の集積装置１０１を示す。なお、図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この実施例の集積装置１０１では、センサ１０と信号処理回路２０とを形成するシリコン基板３の表面高さに差Ｈが設けられている。
かかる高さに差を設けることにより、この差のない図１の例に比べて、拡散性のあるＰｂを含むＰＺＴ１５から回路２０までの距離が長くなる。これにより、回路２０の領域に対する当該Ｐｂの影響を出来る限り排除することができる。【００２２】
図５の集積装置１０１の製造方法について、図６のフローチャート及び図７を参照して説明する。
ステップ２１では、シリコン基板３の全表面にγ−アルミナ層１１０をエピタキシャル成長させる。このγ−アルミナ層１１０の成長条件は、ＴＭＡガスと酸素ガスを用いた化学気相成長法において成長温度９００〜１０００℃とする。また、γ−アルミナ層３５の膜厚は１０ｎｍ〜１００ｎｍとする。
ステップ２３では、シリコン基板の第１の領域１０Ａに対応するγ−アルミナ層１１０の領域を第１の保護膜１１２で保護する。第１の保護膜１１２には窒化シリコンを用いることが出来る。即ち、γ−アルミナ層１１０の全域に窒化シリコン膜をスパッタ等の方法で成長させる。ステップ２５では、フォトリソグラフィにより、第１の領域１０Ａを残して他の部分の窒化シリコン層及びγ−アルミナ層１１０をエッチングする。このときのエッチング方法としてエッチングレートの高いＩＣＰ−ＲＩＥを採用することが好ましい。【００２３】
ステップ２７では（図７（Ｃ）参照）、ステップ２５により表出したシリコン基板の第２の領域２０ＡをＲＩＥによりエッチングする。これにより、シリコン基板の第２の領域２０Ａを平滑にすることができる。また、第２の領域２０にはアルミニウムが拡散してその導電性が変化している（ｐ型化している）。当該ステップ２７において第２の領域２０Ａの表面をエッチングすることにより、当該導電性の変化した部分が除去され、シリコン基板３の本来の特性を用いることが可能となる。
ステップ２９では、このようにシリコン基板３の本来の特性を有する第２の領域へ回路２０を作り込む（図７（Ｄ）参照）。【００２４】
ステップ３１では、図７（Ｅ）に示すように、回路２０を保護膜１１４で保護して、第１の保護膜１１２をエッチングにより除去し、γ−アルミナ層１１０を表出させる。ステップ３３では、表出したγ−アルミナ層１１０の表面に、実施例１と同様にして、白金／ＰＺＴ／白金を積層してセンサ２０を形成する。
ステップ３５では第２の保護膜１１４をエッチングにより除去し、ステップ３７においてセンサ１０と回路２０との間に金属配線１１６を形成する（図７（Ｇ）参照）。【００２５】
ステップ３９では少なくともセンサ１０を第３の保護膜（材質：酸化膜あるいは窒化膜）で保護して、第１の領域の所定の部分をシリコン基板３の裏面側からエッチングして除去する（ステップ４１）。
その後、第３の保護膜を除去して、図５に示す集積装置１０１を得ることができる。
【図１】
2006132161.tif 000002
【図２】
2006132161.tif 000003
【図３】
2006132161.tif 000004
【図４】
2006132161.tif 000005
【図５】
2006132161.tif 000006
【図６】
2006132161.tif 000007
【図７】
2006132161.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成19年4月4日(2007.4.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板と、
該シリコン基板の一部にエピタキシャル成長されたγ−アルミナ膜上に形成される第１の機能領域と、
前記シリコン基板において前記γ−アルミナ膜が成長された以外の領域に形成される第２の機能領域と、
前記第１の機能領域と前記第２の機能領域とを接続する配線手段と、
を備えてなる集積装置であって、
前記第１の機能領域を形成する前記シリコン基板の領域の第１の表面は前記第２の機能領域を形成する前記シリコン基板の領域の第２の表面より高い位置にある、ことを特徴とする集積装置。
【請求項２】
前記第１の機能領域にはセンサが形成され、前記第２の機能領域には前記センサの信号処理回路が形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の集積装置。
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
前記第１の表面と第２の表面との高さの差は０．１〜１．０μｍである、ことを特徴とする請求項１に記載の集積回路。
【請求項５】
前記第１の機能領域には前記シリコン基板に対して拡散性の高い物質が含まれている、ことを特徴とする請求項４に記載の集積装置。
【請求項６】
前記拡散性の高い物質はＰｂ又はその化合物である、ことを特徴とする請求項５に記載の集積装置。
【請求項７】
前記第１の機能領域はチタン酸ジルコン酸鉛を含む、ことを特徴とする請求項６に記載の集積回路。
【請求項８】
前記第１の機能領域にはセンサが形成され、前記第２の機能領域には前記センサの信号処理回路が形成されている、ことを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の集積装置。
【請求項９】
シリコン基板の表面にγ−アルミナ膜をエピタキシャル成長させるステップと、
前記γ−アルミナ膜の一部を除去して前記シリコン基板を表出させる第１のエッチングステップと、
前記第１のエッチングステップを経て表出されたシリコン基板の表面を除去する第２のエッチングステップと、
前記γ−アルミナ膜上に第１の機能領域を形成するステップと、
前記第２のエッチングステップを経て表出された前記シリコン基板へ第２の機能領域を形成するステップと、
前記第１の機能領域と前記第２の機能領域とを配線するステップと、
を含む集積装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第２のエッチングステップにより、前記γ−アルミナ膜の形成時に拡散したアルミニウムを含む前記シリコン基板の部分を除去する、ことを特徴とする請求項９に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記第２のエッチングステップにより、前記シリコン基板の表面を０．１〜１．０μｍの厚さで除去する、ことを特徴とする請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記第１のエッチングステップは誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）を実行し、前記第２のエッチングステップは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を実行する、ことを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１３】
前記γ−アルミナ膜を第１の保護膜で保護した後に前記第２の機能領域を形成し、該第２の機能領域を第２の保護膜で保護した後に前記第１の保護膜を剥離して前記γ−アルミナ膜の上に前記第１の機能領域を形成し、前記第２の保護膜を剥離して前記第１の機能領域と前記第２の機能領域とを配線する、ことを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の製造方法。
【国際調査報告】
2006132161.tif 000009
2006132161.tif 000010
2006132161.tif 000011
2006132161.tif 000012