(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板表面上の単位素子領域毎に第１の構造体を形成する工程と、前記第１の構造体の所定の箇所に前記第１の構造体を貫通し底部が前記半導体基板に達する少なくとも１以上の第１のエッチングホールを形成する工程と、前記第１の構造体上に犠牲層を設ける工程と、前記第１のエッチングホールとは異なる箇所に前記犠牲層を貫通する孔を設け、前記孔を埋め込むことにより底部が前記第１の構造体に達する接合柱を設ける工程と、前記犠牲層上に第２の構造体を形成する工程と、前記第２の構造体と前記接合柱と前記第１の構造体とを貫通し、底部が前記半導体基板に達する第２のエッチングホールを設ける工程と、前記第２のエッチングホールからエッチングガスを導入して前記半導体基板をエッチングすることにより中空部分を形成する工程と、前記半導体基板のエッチングが進行するにしたがい前記第２のエッチングホールを通して供給され前記中空部分を経て前記第１のエッチングホールから導入された前記エッチングガスにより前記犠牲層をエッチングする工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
半導体基板中に単位素子領域毎に前記領域の中心から所定の距離に位置するエッチングストッパを埋設する工程と、前記単位素子領域毎の前記半導体基板表面上に第１の構造体を形成する工程と、前記第１の構造体の中心近傍から前記エッチングストッパまでのいずれかに位置し、前記第１の構造体を貫通し底部が前記半導体基板に達する少なくとも１以上の第１のエッチングホールを形成する工程と、前記第１の構造体上に犠牲層を設ける工程と、前記犠牲層を貫通して底部が前記第１の構造体に達する接合柱を設ける工程と、前記単位素子領域毎に前記犠牲層上に第２の構造体を形成する工程と、前記第２の構造体と前記接合柱の中心軸に沿った一部と前記第１の構造体とを貫通し、底部が前記半導体基板に達する第２のエッチングホールを設ける工程と、前記第２のエッチングホールからエッチングガスを導入して前記半導体基板をエッチングすることにより、前記接合柱直下の領域で最も深く、前記エッチングストッパに向かうにしたがい徐々に浅くなり、前記エッチングストッパに接する領域で最も浅くなる形状を呈する中空部分を形成する工程と、前記半導体基板のエッチングが進行するにしたがい前記中空部分を通じて前記第１のエッチングホールから導入された前記エッチングガスにより前記犠牲層を順次エッチングする工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記接合柱が少なくとも２以上形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
半導体基板中に画素領域毎に前記画素の中心から所定の距離に位置するエッチングストッパを埋設する工程と、前記画素領域毎の前記半導体基板の表面に金属配線および温度センサを埋設した絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜の中心近傍から前記エッチングストッパまでのいずれかに位置し、前記絶縁膜を貫通し底部が前記半導体基板に達する少なくとも１以上の第１のエッチングホールを形成する工程と、前記絶縁膜上に犠牲層を設ける工程と、前記犠牲層を貫通して底部が前記絶縁膜に達する接合柱を設ける工程と、前記画素領域毎に前記犠牲層上に赤外線吸収部を形成する工程と、前記赤外線吸収部と前記接合柱の中心軸に沿った一部と前記絶縁膜とを貫通し、底部が前記半導体基板に達する第２のエッチングホールを設ける工程と、前記第２のエッチングホールからエッチングガスを導入して前記半導体基板をエッチングすることにより、前記接合柱直下の領域で最も深く、前記エッチングストッパに向かうにしたがい徐々に浅くなり、前記エッチングストッパに接する領域で最も浅くなる形状を呈する中空部分を形成する工程と、前記半導体基板のエッチングが進行するにしたがい前記中空部分を通じて前記第１のエッチングホールから導入された前記エッチングガスにより前記犠牲層を順次エッチングする工程と、を備えたことを特徴とする赤外線イメージセンサの製造方法。
【請求項５】
前記第２のエッチングホールおよび前記中空部分を形成する際に、前記画素領域間で前記犠牲層が露出している部分を保護膜で覆うことを特徴とする請求項４記載の赤外線イメージセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空間部分を具備した立体構造の形成を目的とした半導体装置の製造方法に関し、特に赤外線イメージセンサの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この発明に係わる従来の半導体装置の製造方法について、非冷却赤外線イメージセンサの画素構造を例として説明する。図１５（ａ）は非冷却赤外線イメージセンサの単位素子、すなわち画素の構造を示す断面図で、特開平１０−２０９４１８号公報またはＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＳＰＩＥ、３６９８巻、５５６〜５６４ページに記載されている赤外線を吸収して光検出器部を温度上昇させる赤外線吸収部分と温度センサを形成して温度上昇を検出する温度検出部を別構造として形成する方式のものである。図１５（ｂ）は図１５（ａ）の赤外線吸収部分１３０を除去した状態の平面図である。なお、図１５（ａ）は赤外線吸収部分を除去しない場合の図１５（ｂ）中のＡ−Ａ’線断面図である。
【０００３】
図１５（ａ）、（ｂ）では本発明と直接関係のないシリコン基板１上に設けられている信号読み出し回路は省略している。図中、１はシリコン基板、１０はシリコン基板１中に設けられた中空部２００の上に２本の支持脚２１、２２により支持された温度検出部で、１１は温度変化を検出するボロメータ等からなる温度センサ、１２は温度センサ１１を覆うシリコン酸化膜等からなる絶縁膜、１３、１４は温度センサ１１からの信号を取り出すための金属配線である。
【０００４】
支持脚２１、２２を構成するのは温度検出部と同様にシリコン酸化膜２３、２４等からなる絶縁膜で、絶縁膜中には金属配線２５、２６が設けられている。１３０は赤外線を吸収して熱に変換する赤外線吸収部、１４０は赤外線吸収部を温度検出部１０から離して保持するとともに赤外線吸収部１３０と温度検出部１０を熱的に一体化させる接合柱である。３１、３２は基板１上に形成されたシリコン酸化膜等からなる絶縁膜、３３、３４は絶縁膜３１、３２中に形成された金属配線である。
【０００５】
次に、非冷却赤外線イメージセンサの画素の動作について説明する。赤外線は赤外線吸収部１３０側に入射する。入射した赤外線は赤外線吸収部１３０で吸収され赤外線吸収部１３０の温度を上昇させる。赤外線吸収部１３０の温度変化は接合柱１４０を通して温度検出部１０に伝達され、温度検出部１０の温度を上昇させる。接合柱１４０の熱抵抗は支持脚２１、２２の熱抵抗に比べ小さく設計されており、温度検出部１０、接合柱１４０、赤外線吸収部１３０の３つの構造体を合計した熱容量と支持脚２１、２２の熱抵抗で決定される時定数は非冷却赤外線イメージセンサが動作するフレーム時間より短い。
【０００６】
また、支持脚２１、２２の熱コンダクタンスは接合柱１４０の熱コンダクタンスに比べ十分小さく設計されているので、温度検出部１０の温度上昇は赤外線吸収部１３０の温度上昇とほぼ一致する。よって、温度センサ１１によって温度上昇を測定すれば赤外線を検出することができる。
【０００７】
次に、図１５（ａ）、（ｂ）に示した画素構造の製造方法について図１６〜２０に基づき説明する。まず、（１００）の面方位のシリコン基板１上に信号読み出し回路（図示していない）を形成した後、絶縁膜２（次工程で１２、２３、２４、３１、３２となる）、金属配線１３、１４、２５、２６、３３、３４、温度センサ１１を形成する（図１６）。
【０００８】
続いて、シリコン基板１中に中空部分２００を形成するためのエッチングホール４１、４２、４３、４４を、シリコン酸化膜からなる絶縁膜２中にエッチングにより形成した後、ウエハ上に後工程で除去されるアモルファスシリコン等からなる犠牲層１１０を形成し、犠牲層１１０のうち接合柱を形成する部分に写真製版技術およびエッチング技術を用いて犠牲層１１０を貫通するスルーホールを形成し、さらにスルーホール内を接合柱１４０となる材料で埋め込む（図１７）。
【０００９】
上述の工程によって絶縁膜２は１２、２３、２４、３１、３２の各部分に分離される。この工程ではエッチバック技術、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)法等で最表面を平坦化することが好ましい。特開平１０−２０９４１８号公報に開示されているように接合柱１４０を赤外線吸収部１３０の構成部材と同一の部材で構成することもでき、この場合は接合柱１４０と同時に赤外線吸収部１３０も形成される。
【００１０】
赤外線吸収部１３０となる薄膜を犠牲層１１０上に形成し、各画素毎の赤外線吸収部をパターニングにより分離する（図１８）。
【００１１】
赤外線吸収部１３０の周辺の開口部分から犠牲層１１０をエッチングすることにより、接合柱１４０を残して赤外線吸収部１３０を基板１から浮かす（図１９）。
【００１２】
シリコン基板１のエッチングホール４１，４２，４３，４４底部のシリコン基板１の露出部分からシリコン基板１をエッチングする。この結果、シリコン基板１中に中空部分２００が形成される（図２０）。
【００１３】
犠牲層１１０をアモルファスシリコンで形成した場合は、犠牲層１１０とシリコン基板１を同時にエッチングできる。シリコンのエッチングでは水酸化カリウム（ＫＯＨ）や水酸化テトラメチルアンモニウム（Tetramethyl ammonium hydroxide,ＴＭＡＨ）等のエッチング液を用いれば、（１１１）結晶面がエッチング面に露出するにつれてエッチング速度は低下し、いわゆる異方性エッチングが生じるので、ＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor)やＣＭＯＳ(Compliementary Metal Oxide Semiconductor)半導体装置に一般的に使われている表面が（１００）面のシリコン基板を用いることで、中空部分２００の表面形状を一定の大きさから大きく拡げることなしに、図２０のような形状を呈したエッチング断面を形成できる。
【００１４】
上記の従来例では犠牲層１１０除去とシリコン基板１内の中空部分２００の形成を液体のエッチャントを用いて、すなわちウエットプロセスで行っているが、かかるウエットプロセスでは最終の乾燥工程で最後に画素構造の表面上に残留する液体の表面張力により画素の構成部分が変形するおそれがあった。例えば、赤外線吸収層１３０と絶縁膜２で覆われたシリコン基板１が接触したまま離れなくなるスティッキングと呼ばれる不具合が生じる可能性が高く、この不具合が発生すると歩留りが著しく低下した。
【００１５】
この対策として、ＸｅＦ2等のガスを用いエッチングするドライプロセスの適用が好適である。この種のエッチングガスによるドライエッチングは等方的であり、エッチングホール４１〜４４からシリコン基板１内に導入されたエッチングガスはシリコン基板１を図２１のような形状にドライエッチングした。
【００１６】
図２２は図２１に示した画素が２次元的に配置された構造において等方的なドライプロセスを行った場合の断面形状を示す。図中の矢印はエッチングガスの導入経路を示している。かかる等方的なエッチングにより各画素のシリコン基板１内の中空部分２００は横方向に拡大し、最悪の場合、隣接画素の中空部分と繋がってしまい、各画素を形成できなかった。
【００１７】
かかる不具合を解決するため、特開平１０−２０９４１８号公報ではシリコン基板中にトレンチ構造のエッチングストッパを形成しているが、この場合でも温度検出部の下面が完全に中空になるまでエッチングすると、各エッチングホールのそれぞれの直下のエッチングが最も進行しやすいため、中空部分の周辺になるにしたがい深くエッチングされる結果、深いエッチングストッパが必要であった。
【００１８】
さらに、特開平１０−２０９４１８号公報では図２３に示すように赤外線吸収部１３０、温度検出部１１の中心付近にもエッチングホール４０１を設ける方法が開示されているが、この方法でも周辺部分はエッチングホール４１〜４４を通してエッチングガスが導入されるため、当該部分でエッチングがそれぞれ進行し、結果的にエッチングストッパ３０１，３０２近傍でエッチングが深くなってしまう不具合が生じた。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように従来技術によれば、ウエットエッチングを適用して犠牲層１１０の除去とシリコン基板１内の中空部分２００の形成を行うと、最終の素子の乾燥工程で最後に画素構造の表面上に残留する液体の表面張力によりスティッキングが生じるおそれがあった。
【００２０】
一方、ＸｅＦ2等のエッチングガスを用いてドライエッチングを行っても、従来の製造方法ではエッチングされる領域がエッチングホールの位置に対応して複数箇所あり、各エッチングホールの直下で最もエッチングが進行するので、それらのエッチングの横方向への広がりを制限する必要があった。
【００２１】
また、表面から赤外線吸収部１３０、接合柱１４０内部、絶縁膜１２を貫通するエッチングホール４０１を設けて接合柱直下からドライエッチングを行っても、周辺部分のエッチングホール４１〜４４からも同時にドライエッチングが進行し、各エッチングホールの直下が最もエッチングされてしまうので、それらのエッチングの横方向への広がりを制限する必要があった。
【００２２】
さらに、ドライエッチングの進行はウエハ内やウエハ間でばらつくため、歩留良く製造するためには製造マージンを十分考慮した深いエッチングストッパが必要であるが、かかる深いエッチングストッパの形成は、トレンチ形成に要するエッチング時間の増大、高アスペクト比のエッチングの困難さ、トレンチの埋め込み形成の難しさで再現性よく作製することが難しく、歩留り低下をもたらした。
【００２３】
また、エッチング速度がウエハ内やウエハ間で大きくばらつく場合は、必要となるエッチングストッパの深さが非常に深くなり、生産が極めて困難であった。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板表面上の単位素子領域毎に第１の構造体を形成する工程と、第１の構造体の所定の箇所に第１の構造体を貫通し底部が半導体基板に達する少なくとも１以上の第１のエッチングホールを形成する工程と、第１の構造体上に犠牲層を設ける工程と、第１のエッチングホールとは異なる箇所に犠牲層を貫通する孔を設け、孔を埋め込むことにより底部が第１の構造体に達する接合柱を設ける工程と、犠牲層上に第２の構造体を形成する工程と、第２の構造体と接合柱と第１の構造体とを貫通し、底部が半導体基板に達する第２のエッチングホールを設ける工程と、第２のエッチングホールからエッチングガスを導入して半導体基板をエッチングすることにより中空部分を形成する工程と、半導体基板のエッチングが進行するにしたがい第１のエッチングホールを通して供給され中空部分を経て第１のエッチングホールから導入されたエッチングガスにより犠牲層をエッチングする工程と、を備えたものである。
【００２５】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板中に単位素子領域毎に領域の中心から所定の距離に位置するエッチングストッパを埋設する工程と、単位素子領域毎の半導体基板表面上に第１の構造体を形成する工程と、第１の構造体の中心近傍からエッチングストッパまでのいずれかに位置し、第１の構造体を貫通し底部が半導体基板に達する少なくとも１以上の第１のエッチングホールを形成する工程と、第１の構造体上に犠牲層を設ける工程と、犠牲層を貫通して底部が第１の構造体に達する接合柱を設ける工程と、単位素子領域毎に犠牲層上に第２の構造体を形成する工程と、第２の構造体と接合柱の中心軸に沿った一部と第１の構造体とを貫通し、底部が半導体基板に達する第２のエッチングホールを設ける工程と、第２のエッチングホールからエッチングガスを導入して半導体基板をエッチングすることにより、接合柱直下の領域で最も深く、エッチングストッパに向かうにしたがい徐々に浅くなり、エッチングストッパに接する領域で最も浅くなる形状を呈する中空部分を形成する工程と、半導体基板のエッチングが進行するにしたがい中空部分を通じて第１のエッチングホールから導入されたエッチングガスにより犠牲層を順次エッチングする工程と、を備えたものである。
【００２６】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上述の接合柱が少なくとも２以上形成されていることとした。
【００２７】
本発明に係る赤外線イメージセンサの製造方法は、半導体基板中に画素領域毎に画素の中心から所定の距離に位置するエッチングストッパを埋設する工程と、画素領域毎の半導体基板の表面に金属配線および温度センサを埋設した絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜の中心近傍からエッチングストッパまでのいずれかに位置し、絶縁膜を貫通し底部が半導体基板に達する少なくとも１以上の第１のエッチングホールを形成する工程と、絶縁膜上に犠牲層を設ける工程と、犠牲層を貫通して底部が絶縁膜に達する接合柱を設ける工程と、画素領域毎に犠牲層上に赤外線吸収部を形成する工程と、赤外線吸収部と接合柱の中心軸に沿った一部と絶縁膜とを貫通し、底部が半導体基板に達する第２のエッチングホールを設ける工程と、第２のエッチングホールからエッチングガスを導入して半導体基板をエッチングすることにより、接合柱直下の領域で最も深く、エッチングストッパに向かうにしたがい徐々に浅くなり、エッチングストッパに接する領域で最も浅くなる形状を呈する中空部分を形成する工程と、半導体基板のエッチングが進行するにしたがい中空部分を通じて第１のエッチングホールから導入されたエッチングガスにより犠牲層を順次エッチングする工程と、を備えたものである。
【００２８】
また、本発明に係る赤外線イメージセンサの製造方法は、上述の第２のエッチングホールおよび中空部分を形成する際に、画素領域間で犠牲層が露出している部分を保護膜で覆うこととした。
【００３５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１〜７に本発明の実施の形態１を表す半導体装置の製造方法を示す。なお、実施の形態１で示す半導体装置の具体例として非冷却赤外線イメージセンサの単位素子、すなわち画素構造を用いて説明する。図中、１はシリコン基板、２はシリコン酸化膜からなる絶縁膜、１１は温度変化を検出するボロメータ等からなる温度センサ、１２は温度センサ１１を覆うシリコン酸化膜等からなる絶縁膜、１３、１４は温度センサ１１からの信号を取り出すための金属配線である。２３、２４はシリコン酸化膜等からなる絶縁膜で、絶縁膜中には金属配線２５、２６が設けられている。３１、３２は基板１上に形成されたシリコン酸化膜等からなる絶縁膜、３３、３４は絶縁膜３１、３２中に形成された金属配線である。１１０は犠牲層、１３０は赤外線を吸収して熱に変換する赤外線吸収部、１４０は赤外線吸収部１３０と温度センサ１１を熱的に結合する接合柱である。
【００３６】
まず、シリコン基板１の単位画素構造毎の所定の箇所にドライエッチングにより溝、すなわちトレンチを設け、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によりシリコン酸化膜を形成した後、ＣＭＰ法等によってシリコン基板１表面のシリコン酸化膜を除去して平坦化することにより、エッチングストッパ３０１，３０２が形成される。かかる加工を経たシリコン基板１上に信号読み出し回路（図示していない）を形成した後、第１の構造体を構成する絶縁膜２（次工程で１２、２３、２４、３１、３２となる）、金属配線１３、１４、２５、２６、３３、３４、温度センサ１１を形成する（図１）。
【００３７】
続いて、エッチングによりシリコン基板１内に中空部分２００を形成するための第１のエッチングホール４１、４２、４３、４４をシリコン酸化膜からなる絶縁膜２中に形成した後、さらにその上にアモルファスシリコン等からなる犠牲層１１０を形成する。なお、犠牲層１１０は後工程で完全に除去される。
【００３８】
犠牲層１１０中の接合柱を形成する部分を設けるべく、写真製版技術およびエッチング技術を用いて犠牲層１１０を貫通するスルーホールを形成し、さらにスルーホール内を接合柱１４０を構成する材料で埋め込む（図２）。
【００３９】
上述の工程において、絶縁膜２は１２、２３、２４、３１、３２の各部分に分離される。この工程ではエッチバック技術、ＣＭＰ法等で最表面を平坦化することが好ましい。なお、特開平１０−２０９４１８号公報に開示されているように接合柱１４０を赤外線吸収部１３０と同一の部材で構成することもでき、この場合は接合柱１４０と同時に赤外線吸収部１３０も形成される。
【００４０】
第２の構造体である赤外線吸収部１３０となる薄膜を犠牲層１１０上に形成し、各画素毎の赤外線吸収部１３０をパターニングにより互いに分離する（図３）。
【００４１】
次に、後工程でシリコン基板１部分をエッチングするため、赤外線吸収部１３０、接合柱１４０、絶縁膜１２を貫通する第２のエッチングホール４０１を形成する。この際、赤外線吸収部１３０の周辺部分で犠牲層１１０が露出している部分を覆うように保護膜５０１，５０２を形成する（図４）。
【００４２】
従来構造では、接合柱１４０のエッチングと同時に赤外線吸収部１３０の周辺部分に設けられている画素間の分離用のスペースから犠牲層１１０のエッチングも進行してしまうが、実施の形態１では、上述したように、この周辺部の露出部分が事前にレジストあるいはポリイミドからなる保護膜５０１、５０２で覆われているため、本工程では、犠牲層１１０のエッチングは生じない。
【００４３】
上述の接合柱１４０を貫通する第２のエッチングホール４０１からエッチングガスを導入して、シリコン基板１をエッチングする。かかるドライエッチングでは、エッチングはシリコン基板１に対して等方的に進む性質を有するので、図５に示すごとく接合柱１４０直下が最も深くなるようにエッチングが進行する。
【００４４】
上述のドライエッチングにはＸｅＦ2等のエッチングガスを用いる。かかるエッチングガスではエッチングが等方的に進むからである。
【００４５】
ＸｅＦ2以外のエッチングガスとしては、シリコンに対して等方的なエッチングが実現できる貴ガス弗化物であるＸｅＦ4、ＸｅＦ6、ＫｒＦ2、ＫｒＦ4、ＫｒＦ6やハロゲン化合物であるＣｌＦ3、ＢｒＦ3、ＢｒＦ5、ＩＦ5等が挙げられる。
【００４６】
ドライエッチングがさらに進行すると第１のエッチングホール４１、４２、４３、４４を通して犠牲層１１０もエッチングされ始め、図６に示すように絶縁膜１２に対して上方、下方両方の空洞部分が形成される。中空部分２００では中央に位置する接合柱１４０直下からエッチングが進行し、周囲が最も浅い形状を呈するため、エッチングストッパ３０１、３０２は従来例に比べて浅くてもエッチングがエッチングストッパを超えてさらに進行するような不具合は生じない。
【００４７】
最後にレジストまたはポリイミドからなる保護膜５０１、５０２を酸素（Ｏ2）プラズマ処理で除去して図７に示す画素構造が完成する。
【００４８】
実施の形態１では保護膜５０１、５０２にレジストを用いたが、これらの部分にはレジスト以外に、犠牲層１１０とシリコン基板１をエッチングするガスではエッチングされず、逆に当該材料をエッチング時にシリコン基板１がエッチングされない材料であれば、同様な効果が得られることは言うまでもない。
【００４９】
上述の製造方法によると、シリコン基板１内でのエッチングは接合柱１４０直下を中心に等方的に進行するため、中心で最も深く、周辺にいくにしたがい次第に浅くなり、エッチングストッパ３０１，３０２で最も浅い形状を呈するので、従来の製造方法と比して相対的に浅いエッチングストッパを適用できる。よって、従来の製造方法で問題となった深いエッチングストッパ形成を実現するために引き起こされる諸問題、すなわち、トレンチ形成に要するエッチング時間の増大、高アスペクト比のエッチングの困難さ、トレンチの埋め込み形成の難しさ、を回避でき、実施の形態１で具体的に示した非冷却赤外線イメージセンサのような半導体装置を安定に製造することができる。
【００５０】
実施の形態２．
図８は本発明に係わる実施の形態２を示す非冷却赤外線イメージセンサの画素の断面図である。この図８はシリコン基板１の中空部分および犠牲層１１０のエッチングを行う直前の断面構造を示している。
【００５１】
実施の形態２では実施の形態１の画素構造に加え、犠牲層１１０をエッチングの初期の段階からエッチングできるよう赤外線吸収部１３０中に第３のエッチングホール６０１、６０２を設けた構造になっている。かかる構造では、シリコン基板１をＸｅＦ2等のエッチングガスによりエッチングする際に、同時に第３のエッチングホール６０１、６０２を通して犠牲層１１０もエッチングされるので、実施の形態１に比べて短いエッチング時間でエッチングが完了するため、より効率的に非冷却赤外線イメージセンサのような半導体装置を製造することができる。
【００５２】
実施の形態３．
図９〜１３は本発明に係る実施の形態３による非冷却赤外線イメージセンサの製造方法を示す一連の断面図である。
【００５３】
図９は実施の形態１の図１と同一であり、図１０も図２に相当する図であるが、犠牲層１１１はシリコン基板１をエッチングするＸｅＦ2等のエッチングガスではエッチングされないポリイミド等からなる点で実施の形態１と相違する。
【００５４】
なお、実施の形態１では絶縁膜２としてシリコン酸化膜を例示していたが、シリコン酸化膜の代りにシリコン窒化膜を用いると、犠牲層１１１としてシリコン酸化膜の適用も可能となる。この場合、犠牲層１１１のエッチングは弗化水素ガス（ＨＦ）とメタノールガス（ＣＨ3ＯＨ）の混合ガスを用いることができる。
【００５５】
図１０に示したウエハ上に赤外線吸収部１３０を形成した後、エッチングにより赤外線吸収部１３０と接合柱１４０と絶縁膜１２を貫通して底部がシリコン基板１に達する第２のエッチングホール４０１を形成する（図１１）。
【００５６】
上述の接合柱１４０中を貫通する第２のエッチングホール４０１からエッチングガスを導入して、シリコン基板１をエッチングする。このドライエッチングには実施の形態１の場合と同様、ＸｅＦ2等のエッチングガスを用いる。かかるエッチングガスではエッチングが等方的に進むので、図１２のように接合柱１４０直下が最も深くなるようエッチングされる。エッチングの際、赤外線吸収部を分離するためのスペースである赤外線吸収部１３０の周辺部分で犠牲層１１１がウエハ表面に露出し、ＸｅＦ2等のエッチングガスに晒される。しかしながら、犠牲層１１１の構成材料であるポリイミド等はＸｅＦ2等のエッチングガスに対しては耐エッチング性があるためエッチングされない。
【００５７】
シリコン基板１中の中空部分２００の形成後、Ｏ2プラズマ処理のような簡易なプロセスを用いて、ポリイミドからなる犠牲層１１１を除去する。この際、シリコン基板１はＯ2プラズマに対しては何らエッチングされないので、中空部分２００はエッチングガスによって形成されたエッチング形状を保持する。犠牲層１１１の除去により、図１３に示す断面構造を呈する非冷却赤外線イメージセンサが完成する。このような製造方法を適用すれば、犠牲層のみを別個に簡易なプロセスで除去することができる。
【００５８】
実施の形態４．
図１４（ａ）は実施の形態４による非冷却赤外線イメージセンサの製造方法の一部を示す図であって、図１４（ｂ）の上面図中のＢ−Ｂ’線に沿った断面図であり，図１４（ｂ）は実施の形態４による非冷却赤外線イメージセンサの製造方法の一部を示す上面図である。
【００５９】
実施の形態１〜３では接合柱が画素のほぼ中央に位置した構造を有する非冷却赤外線イメージセンサの製造方法について説明したが、実施の形態４では、画素の中央に位置しない複数の接合柱１４０ａ、ｂを有する非冷却赤外線イメージセンサの製造方法について説明する。
【００６０】
配置上の理由で画素中央の絶縁膜２内に設けざる得ない温度センサ１１その他の電子回路等が存する場合は、実施の形態１〜３で説明したような画素のほぼ中央に位置した接合柱を形成することはできない。よって、実施の形態４ではかかる不都合を回避すべく、図１４に示すような画素中央部から所定の距離に位置した複数の接合柱１４０ａ、ｂを設けるようにした。
【００６１】
実施の形態４に係る非冷却赤外線イメージセンサの製造方法では、複数の接合柱１４０ａ、ｂを貫通する複数の第２のエッチングホール４０１ａ、ｂからそれぞれエッチングガスを導入して、シリコン基板１をエッチングする。かかるドライエッチングでは、エッチングはシリコン基板１に対して等方的に進む性質を有するので、接合柱１４０ａ、ｂ直下とその近傍領域で最も深くなり、端部に設けられたエッチングストッパ３０１，３０２に接近するにしたがい浅くなる。ドライエッチングがさらに進行すると第１のエッチングホール４５、４６を通して犠牲層（図示せず）もエッチングされ始め、図１４（ａ）に示すように絶縁膜２に対して上方、下方両方の空洞部分が形成される。
【００６２】
かかる製造方法によれば、接合柱が１本の場合と同様、エッチングストッパ３０１，３０２は従来例に比べて浅くてもエッチングがエッチングストッパを超えてさらに進行するような不具合は生じない。
【００６３】
また、第２のエッチングホールが複数個形成されるので、第２のエッチングホールの断面積が実効的に増大するため、シリコン基板１のエッチング時に導入されるエッチングガス量も比例的に増加する結果、より短時間にエッチングが完了する効果も併せて奏する。
【００６４】
【発明の効果】
本発明に係る半導体装置の製造方法では、半導体基板表面上の単位素子領域毎に第１の構造体を形成する工程と、第１の構造体の所定の箇所に第１の構造体を貫通し底部が半導体基板に達する少なくとも１以上の第１のエッチングホールを形成する工程と、第１の構造体上に犠牲層を設ける工程と、第１のエッチングホールとは異なる箇所に犠牲層を貫通する孔を設け、孔を埋め込むことにより底部が第１の構造体に達する接合柱を設ける工程と、犠牲層上に第２の構造体を形成する工程と、第２の構造体と接合柱と第１の構造体とを貫通し、底部が半導体基板に達する第２のエッチングホールを設ける工程と、第２のエッチングホールからエッチングガスを導入して半導体基板をエッチングすることにより中空部分を形成する工程と、半導体基板のエッチングが進行するにしたがい第２のエッチングホールを通して供給され中空部分を経て第１のエッチングホールから導入されたエッチングガスにより犠牲層をエッチングする工程と、を備えたので、半導体基板中に、接合柱直下で最も深く、周囲にいくにしたがい徐々に浅くなる形状を呈する中空領域を容易に形成することができる。
【００６５】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法では、半導体基板中に単位素子領域毎に領域の中心から所定の距離に位置するエッチングストッパを埋設する工程と、単位素子領域毎の半導体基板表面上に第１の構造体を形成する工程と、第１の構造体の中心近傍からエッチングストッパまでのいずれかに位置し、第１の構造体を貫通し底部が半導体基板に達する少なくとも１以上の第１のエッチングホールを形成する工程と、第１の構造体上に犠牲層を設ける工程と、犠牲層を貫通して底部が第１の構造体に達する接合柱を設ける工程と、単位素子領域毎に犠牲層上に第２の構造体を形成する工程と、第２の構造体と接合柱の中心軸に沿った一部と第１の構造体とを貫通し、底部が半導体基板に達する第２のエッチングホールを設ける工程と、第２のエッチングホールからエッチングガスを導入して半導体基板をエッチングすることにより、接合柱直下の領域で最も深く、エッチングストッパに向かうにしたがい徐々に浅くなり、エッチングストッパに接する領域で最も浅くなる形状を呈する中空部分を形成する工程と、半導体基板のエッチングが進行するにしたがい中空部分を通じて第１のエッチングホールから導入されたエッチングガスにより犠牲層を順次エッチングする工程と、を備えることとしたので、ウエットエッチングで中空部分を作製する際に生じるスティキングのような不具合が生じず、また深いエッチングストッパを形成する必要がなくなり、トレンチ形成のためのエッチング時間の増大、高アスペクト比のエッチングの困難さ、トレンチの埋め込み形成の難しさ等の問題を回避でき、再現性よく半導体装置を作製することができる。
【００６６】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法では、上述の接合柱が少なくとも２以上形成されていることとしたので、配置上の理由で画素中央の絶縁膜内に設けざる得ない温度センサその他の電子回路等が存する場合でも、上述の特徴を備えた製造方法により半導体装置を形成できる。
【００６７】
本発明に係る赤外線イメージセンサの製造方法では、半導体基板中に画素領域毎に画素の中心から所定の距離に位置するエッチングストッパを埋設する工程と、画素領域毎の半導体基板の表面に金属配線および温度センサを埋設した絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜の中心近傍からエッチングストッパまでのいずれかに位置し、絶縁膜を貫通し底部が半導体基板に達する少なくとも１以上の第１のエッチングホールを形成する工程と、絶縁膜上に犠牲層を設ける工程と、犠牲層を貫通して底部が絶縁膜に達する接合柱を設ける工程と、画素領域毎に犠牲層上に赤外線吸収部を形成する工程と、赤外線吸収部と接合柱の中心軸に沿った一部と絶縁膜とを貫通し、底部が半導体基板に達する第２のエッチングホールを設ける工程と、第２のエッチングホールからエッチングガスを導入して半導体基板をエッチングすることにより、接合柱直下の領域で最も深く、エッチングストッパに向かうにしたがい徐々に浅くなり、エッチングストッパに接する領域で最も浅くなる形状を呈する中空部分を形成する工程と、半導体基板のエッチングが進行するにしたがい中空部分を通じて第１のエッチングホールから導入されたエッチングガスにより犠牲層を順次エッチングする工程と、を備えたこととしたので、作製時に深いエッチングストッパを必要としないため、高歩留まりで赤外線イメージセンサを製造することができる。
【００６８】
また、本発明に係る赤外線イメージセンサの製造方法では、上述の第２のエッチングホールおよび中空部分を形成する際に、画素領域間で犠牲層が露出している部分を保護膜で覆うこととしたので、シリコン基板のドライエッチングの際、犠牲層も同時にエッチングされることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による非冷却赤外イメージセンサの製造方法の一部を示す断面図である。
【図２】  この発明の実施の形態１による非冷却赤外イメージセンサの製造方法の一部を示す断面図である。
【図３】  この発明の実施の形態１による非冷却赤外イメージセンサの製造方法の一部を示す断面図である。
【図４】  この発明の実施の形態１による非冷却赤外イメージセンサの製造方法の一部を示す断面図である。
【図５】  この発明の実施の形態１による非冷却赤外イメージセンサの製造方法の一部を示す断面図である。
【図６】  この発明の実施の形態１による非冷却赤外イメージセンサの製造方法の一部を示す断面図である。
【図７】  この発明の実施の形態１による非冷却赤外イメージセンサの製造方法の一部を示す断面図である。
【図８】  この発明の実施の形態２による非冷却赤外イメージセンサの製造方法の一部を示す断面図である。
【図９】  この発明の実施の形態３による非冷却赤外イメージセンサの製造方法の一部を示す断面図である。
【図１０】  この発明の実施の形態３による非冷却赤外イメージセンサの製造方法の一部を示す断面図である。
【図１１】  この発明の実施の形態３による非冷却赤外イメージセンサの製造方法の一部を示す断面図である。
【図１２】  この発明の実施の形態３による非冷却赤外イメージセンサの製造方法の一部を示す断面図である。
【図１３】  この発明の実施の形態３による非冷却赤外イメージセンサの製造方法の一部を示す断面図である。
【図１４】  （ａ）この発明の実施の形態４による非冷却赤外イメージセンサの製造方法の一部を示す断面図，（ｂ）はその平面図である。
【図１５】  （ａ）従来技術による非冷却赤外イメージセンサの画素構造の断面図，（ｂ）はその平面図である。
【図１６】  従来技術による非冷却赤外イメージセンサの製造方法の一部を示す断面図である。
【図１７】  従来技術による非冷却赤外イメージセンサの製造方法の一部を示す断面図である。
【図１８】  従来技術による非冷却赤外イメージセンサの製造方法の一部を示す断面図である。
【図１９】  従来技術による非冷却赤外イメージセンサの製造方法の一部を示す断面図である。
【図２０】  従来技術による非冷却赤外イメージセンサの製造方法の一部を示す断面図である。
【図２１】  ドライプロセスを用いた従来技術による非冷却赤外イメージセンサの断面図である。
【図２２】  図２１に示した従来技術による非冷却赤外イメージセンサを複数画素配列した断面図である。
【図２３】  従来のエッチングホールを具備した非冷却赤外イメージセンサをドライプロセスで処理した場合の画素構造の断面図である。
【符号の説明】
１  シリコン基板、  ２、１２、２３、２４、３１、３２  絶縁膜、  １０  赤外線検出器部、  １１  温度センサ、  ２１、２２  支持脚、  １３、１４、２５、２６、３３、３４  金属配線、  ４１、４２、４３、４４、４５、４６  第１のエッチングホール、  １１０、１１１  犠牲層、  １３０  赤外線吸収部、  １４０、１４０ａ、１４０ｂ  接合柱、  ３０１、３０２  エッチングストッパ、  ４０１、４０１ａ、４０１ｂ  第２のエッチングホール、  ６０１、６０２  第３のエッチングホール、  ５０１、５０２  レジスト。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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