(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面（１１）の面方位が（１００）面または（１１０）面である半導体基板（１０）の前記一面側に、エッチングにより凹部（１２）を形成するとともに前記凹部を覆うようにメンブレン（２０）を形成してなる半導体装置の製造方法において、
前記半導体基板の一面上において前記凹部となるべき部位以外の部位に、第１のストップ膜（３１）を形成する工程と、
前記半導体基板の一面上において前記凹部となるべき部位に、外形線が前記半導体基板の〈１１０〉結晶軸方向に平行でない第２のストップ膜（３２）を、島状に形成する工程と、
前記第１および第２のストップ膜上および前記第２のストップ膜の間の前記半導体基板の一面上を覆うように犠牲層（４０）を形成する工程と、
前記第１および第２のストップ膜をストッパとして前記犠牲層を化学的機械的研磨（ＣＭＰ）法にて研磨することにより、前記第１および第２のストップ膜上の前記犠牲層を除去し、前記第１および第２のストップ膜および前記犠牲層により構成される平坦面（４１）を形成する工程と、
前記平坦面の上に前記メンブレンを形成する工程と、
前記メンブレンのうち前記第２のストップ膜以外の部位であって前記凹部となるべき部位に、前記メンブレンの表面から前記犠牲層に到達するエッチングホール（２８）を形成する工程と、
前記エッチングホールを介して前記犠牲層および前記半導体基板の一面側をエッチングすることにより、前記凹部を形成する工程とを備えることを特徴とするメンブレンを有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２のストップ膜（３２）の島形状を菱形にパターニングすることを特徴とする請求項１に記載のメンブレンを有する半導体装置の製造方法。
【請求項３】
一面（１１）の面方位が（１００）面または（１１０）面である半導体基板（１０）と、
前記半導体基板の一面側にエッチングにより形成された凹部（１２）と、
前記凹部を覆うように前記半導体基板の一面上に設けられたメンブレン（２０）とを備える半導体装置において、
前記凹部の外周に位置する前記半導体基板の一面と前記メンブレンとの間には、第１のストップ膜（３１）が介在しており、
前記凹部の内周に位置する前記メンブレンにおける前記凹部側の面には、前記第１のストップ膜と同一平面に位置する第２のストップ膜（３２）が島状に設けられており、
前記第２のストップ膜の島の外形線は、前記半導体基板の〈１１０〉結晶軸方向に平行でないものであり、
前記凹部の内周に位置する前記メンブレンのうち前記第２のストップ膜が形成されていない部位には、厚さ方向に貫通するエッチングホール（２８）が設けられていることを特徴とするメンブレンを有する半導体装置。
【請求項４】
前記第２のストップ膜（３２）の島形状は、菱形であることを特徴とする請求項３に記載のメンブレンを有する半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板の一面側に、エッチングにより凹部を形成するとともに該凹部を覆うようにメンブレンを形成してなる半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の半導体装置は、単結晶シリコン等の半導体基板の一面上に絶縁薄膜としてのメンブレンを形成し、このメンブレンにエッチングホールを形成し、このエッチングホールから、エッチング液を注入してメンブレン下の半導体基板の一面側をエッチングすることにより凹部を形成している。
【０００３】
このエッチング液としては、水酸化カリウム（ＫＯＨ）やテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）などのアルカリエッチング液を用いることが多い。これらのアルカリエッチング液は、単結晶シリコン等の半導体基板に対し、エッチングレートの面方位依存性を有するため、エッチングホールのパターンや配置を工夫することにより、凹部の開口形状（凹部上のメンブレンサイズ）を規定している。
【０００４】
そのようなものとしては、例えば、特開２００１−１３１５６号公報に記載のものが提案されているが、エッチングホールパターンの配置に制約が生じるため、凹部上に位置するメンブレン上の配線を自由にレイアウトできないという問題がある。
【０００５】
一方、半導体基板の一面に、等方性のエッチング特性を有する材料を犠牲層として形成し、その上にメンブレンを形成すれば、犠牲層を用いない場合に比べて、エッチングホールパターンを任意に形成できるため、メンブレン上の配線を自由にレイアウトすることができる。しかし、犠牲層のみでは等方性エッチングであり、凹部の開口形状（外周形状）を規定することができない。
【０００６】
そのため、特開平１１−１７７１０７号公報に記載されているように、犠牲層を用いてメンブレンを形成する場合には、アルカリエッチング液に対してエッチングされにくい耐エッチング材料を用い、この材料よりなる膜を凹部の外周となる半導体基板の一面上に形成してエッチングストッパとすることにより、凹部の開口形状を規定している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した特開平１１−１７７１０７号公報に記載のものでは、犠牲層を、エッチングストッパに重ならないようにパターニングする必要があるが、パターニング後の犠牲層の端部には段差が生じることは避けられない。
【０００８】
すると、犠牲層エッチング後において、この段差形状はメンブレンに継承され、結果、凹部上に位置するメンブレンの端部にも段差形状が発生することとなり、メンブレンの機械的強度（破壊耐圧等）が低下してしまう。
【０００９】
この問題に対して、犠牲層端部の段差を無くして平坦化するためには、化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈ、以下、ＣＭＰという）を用いることで達成できると考えられる。つまり、エッチングストッパおよび犠牲層を所望形状にパターニングした後、ＣＭＰを行い平坦化した後に、メンブレンを形成し、凹部形成のエッチングを行うようにすれば、上記段差を防止できる。
【００１０】
しかし、それでも、凹部の開口サイズすなわち犠牲層の面積が大きいと、ＣＭＰ後には、犠牲層の中央部が凹形状となるディッシングが発生する。それにより、ＣＭＰ後の犠牲層の上にメンブレンを形成すると、凹部形成後のメンブレンも、上記ディッシングの影響を受けてたわんだ形状（凹形状）となってしまい、メンブレンの平坦化が困難となる。
【００１１】
本発明は上記問題に鑑み、半導体基板の一面側に、エッチングにより凹部を形成するとともに該凹部を覆うようにメンブレンを形成してなる半導体装置において、凹部の開口形状の規定とメンブレン上の配線レイアウトの自由度を確保しつつ、ＣＭＰによるディッシングを抑制してメンブレンの平坦化を確保することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一面（１１）の面方位が（１００）面または（１１０）面である半導体基板（１０）の一面側に、エッチングにより凹部（１２）を形成するとともに凹部を覆うようにメンブレン（２０）を形成してなる半導体装置の製造方法において、以下の各工程を実行することを特徴としている。
【００１３】
まず、半導体基板（１０）の一面（１１）上において凹部（１２）となるべき部位以外の部位に、第１のストップ膜（３１）を形成する工程と、半導体基板の一面上において凹部となるべき部位に、外形線が半導体基板の〈１１０〉結晶軸方向に平行でない第２のストップ膜（３２）を島状に形成する工程とを実行する。
【００１４】
次に、第１および第２のストップ膜（３１、３２）上および第２のストップ膜（３２）の間の半導体基板（１０）の一面（１１）上を覆うように犠牲層（４０）を形成する工程と、第１および第２のストップ膜をストッパとして犠牲層をＣＭＰ法にて研磨することにより、第１および第２のストップ膜上の犠牲層を除去し、第１および第２のストップ膜および犠牲層により構成される平坦面（４１）を形成する工程とを実行する。
【００１５】
次に、当該平坦面（４１）の上にメンブレン（２０）を形成する工程と、メンブレンのうち第２のストップ膜（３２）以外の部位であって凹部（１２）となるべき部位に、メンブレンの表面から犠牲層（４０）に到達するエッチングホール（２８）を形成する工程と、エッチングホールを介して犠牲層および半導体基板（１０）の一面（１１）側をエッチングすることにより、凹部を形成する工程とを実行する。請求項１の発明では、以上の各工程を実行するメンブレンを有する半導体装置の製造方法が提供される。
【００１６】
本発明の製造方法によれば、犠牲層（４０）を用いて半導体基板（１０）の一面（１１）側から凹部（１２）を形成しているが、凹部形成領域において第２のストップ膜（３２）を島状に部分的に設けることで、ＣＭＰ後には、この第２のストップ膜の間に犠牲層が設けられた形となる。そのため、必要な犠牲層の面積が小さくなるとともに両ストップ膜によるストッパ効果が発揮され、ＣＭＰ法による犠牲層のディッシングを抑制できる。
【００１７】
また、第１および第２のストップ膜（３１、３２）をストッパとして犠牲層（４０）をＣＭＰ法にて研磨することにより、第１および第２のストップ膜および犠牲層により構成される平坦面（４１）を形成するようにしているため、犠牲層端部では段差を生じることなく平坦化される。
【００１８】
また、第１のストップ膜（３１）を、凹部（１２）となるべき部位以外の部位に位置させることによって、半導体基板（１０）の異方性エッチングを利用して第１のストップ膜にてエッチングをストップさせることができるため、凹部の開口形状を規定することができる。
【００１９】
また、第２のストップ膜（３２）は、その外形線が半導体基板（１０）の〈１１０〉結晶軸方向に平行でない島形状をなす。そのため、第２のストップ膜の下において、犠牲層（４０）が等方性エッチングされ、さらに、その下の半導体基板の一面（１１）側がエッチングされるときに、半導体基板のエッチングストップ面である（１１１）面でエッチングが停止せず、第２のストップ膜の下の半導体基板が適切に除去される。
【００２０】
また、犠牲層（４０）を用いた等方性エッチングを利用して半導体基板（１０）の凹部（１２）を形成するようにしているため、犠牲層を用いない場合に比べて、エッチングホールパターン（２８）を任意に形成でき、メンブレン（２０）上の配線（２３、２５）を自由にレイアウトすることができる。
【００２１】
以上のことから、本発明の製造方法によれば、凹部の開口形状の規定とメンブレン上の配線レイアウトの自由度を確保しつつ、ＣＭＰによるディッシングを抑制してメンブレンの平坦化を確保することができる。
【００２２】
ここで、請求項２に記載の発明のように、第２のストップ膜（３２）の島形状を菱形にパターニングすることができる。つまり、この菱形の各辺（外形線）が半導体基板の〈１１０〉結晶軸方向に平行でないようにしている。
【００２３】
また、請求項３および請求項４に記載の発明では、一面（１１）の面方位が（１００）面または（１１０）面である半導体基板（１０）と、半導体基板の一面側にエッチングにより形成された凹部（１２）と、凹部を覆うように半導体基板の一面上に設けられたメンブレン（２０）とを備える半導体装置において、凹部の外周に位置する半導体基板の一面とメンブレンとの間には、第１のストップ膜（３１）が介在しており、凹部の内周に位置するメンブレンにおける凹部側の面には、第１のストップ膜と同一平面に位置する第２のストップ膜（３２）が島状に設けられており、第２のストップ膜の島の外形線は、半導体基板の〈１１０〉結晶軸方向に平行でないものであり、凹部の内周に位置するメンブレンのうち第２のストップ膜が形成されていない部位には、厚さ方向に貫通するエッチングホール（２８）が設けられていることを特徴とする。
【００２４】
本発明のメンブレンを有する半導体装置は、上記請求項１の製造方法によって製造され得るものであり、凹部の開口形状の規定とメンブレン上の配線レイアウトの自由度を確保しつつ、ＣＭＰによるディッシングを抑制してメンブレンの平坦化を確保した半導体装置を実現するものである。
【００２５】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。本実施形態は、本発明のメンブレンを有する半導体センサを、複数の熱電対の起電力を利用したサーモパイル型の赤外線センサに適用したものとして説明する。
【００２７】
本発明の実施形態に係る赤外線センサＳ１の概略平面構成を図１に示し、概略断面構成を図２に示す。なお、図１中のハッチングは、各部の識別を容易にするために施したもので断面を示すものではない。
【００２８】
赤外線センサＳ１は、主表面である一面１１の面方位が（１００）面である単結晶シリコン基板（本発明でいう半導体基板）１０を備える。この単結晶シリコン基板１０の一面１１は、図１に示すように、矩形板状をなし、矩形の辺に沿った２方向が〈１１０〉結晶軸方向となっている。
【００２９】
図２に示すように、単結晶シリコン基板１０の一面１１側には、当該一面１１から凹んだ凹部１２がエッチングにより形成されている。この凹部１２の側面１３は（１１１）面であり、凹部１２の開口形状は、図１中の破線に示すように、正方形（または長方形）をなしている。
【００３０】
そして、単結晶シリコン基板１０の一面１１上のほぼ全域には、各種配線や膜等を積層してなるセンシング部としてのメンブレン２０が設けられ、このメンブレン２０によって上記凹部１２が覆われている。図１、図２を参照して、メンブレン２０の構成を説明する。
【００３１】
図２に示すように、メンブレン２０は、単結晶シリコン基板１０の一面１１側から、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）２１、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）２２、多結晶シリコン配線２３、層間絶縁膜２４、アルミ配線２５、および保護膜２６が順次積層されてなるものである。
【００３２】
なお、図１においては、メンブレン２０のうち、膜２１、２２、２４、２６は省略し、多結晶シリコン配線（斜線ハッチングにて図示）２３、およびアルミ配線２５のみ示してある。
【００３３】
図２に示すように、シリコン窒化膜２１およびシリコン酸化膜２２は、単結晶シリコン基板１０の一面１１上のほぼ全域に形成されている。これらシリコン酸化膜２１およびシリコン窒化膜２２はＣＶＤ法等により成膜され、絶縁膜として構成されるものである。
【００３４】
多結晶シリコン配線２３は、シリコン酸化膜２２の上に形成されており、図１に示すように、凹部１２の中央部から凹部１２の外側の単結晶シリコン基板１０の部分に渡って、複数本放射状に形成されている。この多結晶シリコン配線２３は、ＣＶＤ法等により成膜されたもので配線抵抗を下げるために不純物を導入してある。
【００３５】
層間絶縁膜２４は、図２に示すように、多結晶シリコン配線２３の上および多結晶シリコン配線２３が形成されていないシリコン酸化膜２２の上に、形成されている。この層間絶縁膜２４は、メンブレン２０内の各種配線の電気的絶縁を行うものであり、本例では、ＣＶＤ法等により成膜されたシリコン酸化膜よりなる。
【００３６】
アルミ配線２５は、層間絶縁膜２４の上に形成されており、図１に示すように、隣接する各多結晶シリコン配線２３の間を接続するように、複数本放射状に形成されている。このアルミ配線２５は、スパッタ法や蒸着法等により形成されたアルミニウムよりなり、各アルミ配線２５は、層間絶縁膜２４に形成された開口部（コンタクトホール）２５ａを介して多結晶シリコン配線２３と電気的に接続されている。
【００３７】
このようにして、複数本の多結晶シリコン配線２３およびアルミ配線２５が直列に接続されることによって、赤外線センサＳ１の熱電対が構成されており、この熱電対２３、２５は、図１に示す様に、複数回折り返された折り返し形状を有している。複数個の折り返し部つまりコンタクトホール２５ａの各々が、両配線２３、２５の接合部となっており、この接合部２５ａにてゼーベック効果によって起電力が発生するようになっている。
【００３８】
そして、熱電対２３、２５の両端部のアルミ配線２５にはそれぞれ、図１、図２に示す様に、外部と電気的に接続するためのアルミパッド２５ｂが形成されている。そして、凹部１２上に位置する接合部２５ａが温接点、凹部１２の外側の単結晶シリコン基板１０の部分に位置する接合部２５ａが冷接点となり、両接点の温度差に基づく熱電対２３、２５の電圧が、上記両アルミパッド２５ｂの間に出力されるようになっている。
【００３９】
また、保護膜２６は、アルミ配線２５の上およびアルミ配線２５が形成されていない層間絶縁膜２４の上に、形成されている。この保護膜２６はＣＶＤ法等にて成膜されたシリコン窒化膜等よりなる。また、この保護膜２６には、上記アルミパッド２５ｂを露出させるための開口部が形成されている。
【００４０】
以上のように、メンブレン２０は、各配線および各膜２１〜２６により構成されている。また、図２に示すように、メンブレン２０の上には、赤外線吸収膜２７が形成されている。この赤外線吸収膜２７は、図１にて一点鎖線で示すように、凹部１２上の中央に相当する部位にて、上記温接点である接合部２５ａを覆うように形成されている。
【００４１】
この赤外線吸収膜２７は、赤外線を吸収して温接点の温度を効率よく上昇させるためのものであり、本例では、ポリエステル樹脂にカーボン（Ｃ）を含有させ焼き固めたものである。
【００４２】
ところで、本実施形態では、図２に示すように、凹部１２の外周に位置する単結晶シリコン基板１０の一面１１とメンブレン２０のシリコン窒化膜２１との間には、凹部１２のエッチングストッパとなる第１のストップ膜３１が介在している。
【００４３】
この第１のストップ膜３１は、図１に示すように、単結晶シリコン基板１０の一面１１上にて、その内周形状が凹部１２の開口形状に一致し、外周形状が単結晶シリコン基板１０の外周形状に一致する矩形の枠形状をなしている。第１のストップ膜３１は、後述するＣＭＰに対する耐研磨性および凹部形成エッチングに対する耐エッチング性を有するもので、本例では、ＣＶＤ法等によって成膜されたシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）よりなる。
【００４４】
また、凹部１２の内周（凹部１２の上）に位置するメンブレン２０には、厚さ方向に貫通するエッチングホール（貫通穴）２８が複数個格子状に設けられている。そして、凹部１２の内周に位置するメンブレン２０における凹部１２側の面（図２中のメンブレン２０の下面）のうち、エッチングホール２８以外の部位には、第２のストップ膜３２が島状に設けられている。
【００４５】
本例の第２のストップ膜３２は、図１において点々ハッチングにて示してあるが、個々の島の形状が菱形であり、これら菱形の第２のストップ膜３２が複数個格子状に一定間隔で配列した形となっている。つまり、本例では、この第２のストップ膜３２の間の菱形領域に、丸穴形状をなす上記エッチングホール２８が配置されている。
【００４６】
この第２のストップ膜３２は、第１のストップ膜３１と同等の耐研磨性を有する材料（シリコン酸化膜等）であって、且つ、図２から明らかなように、第１のストップ膜３１と同一平面に位置している。
【００４７】
また、図１に示すように、第２のストップ膜３２の島の外形線（本例では、菱形の各辺）は、単結晶シリコン基板１０の〈１１０〉結晶軸方向に平行でない。本例では、第２のストップ膜３２の菱形は正方形に近い形状であり、その各辺と上記〈１１０〉結晶軸方向とは約４５°の角度をなしている。
【００４８】
このような構成を有する本実施形態の赤外線センサＳ１は、次のように作動する。凹部１２上のメンブレン２０に位置する温接点２５ａは、凹部１２の外側の単結晶シリコン基板１０（厚肉部）上に位置する冷接点２５ａよりも熱引き性が小さい。
【００４９】
そのため、メンブレン２０上にて赤外線を受光すると、赤外線吸収膜２７の効果と相まって、温接点の方が冷接点よりも高温となる。そして、温接点と冷接点との温度差に応じた熱電対２３、２５の電圧が、両アルミパッド２５ｂから出力されることで、赤外線の検出が可能となっている。
【００５０】
次に、上記赤外線センサＳ１の製造方法について説明する。図３および図４は、本製造方法を上記図２に対応した断面にて示す工程図、図５および図６は、本製造方法を上記図１に対応した平面にて示す工程図である。なお、図６中の単結晶シリコン基板１０には、上記凹部１２は形成されていないが、この凹部となるべき部位を符号１２で示される破線で囲んだ領域として示している。
【００５１】
［図３（ａ）および図５（ａ）に示す工程］
まず、一面１１の面方位が（１００）面である単結晶シリコン基板（単結晶シリコンウェハ）１０を用意する。なお、本製造方法は、通常ウェハ状態にて行われ、該ウェハに上記赤外線センサＳ１を複数個のチップ単位で製造した後、ダイシングカットするものである。
【００５２】
次に、単結晶シリコン基板１０の一面１１上において凹部１２となるべき部位以外の部位に、耐エッチング性材料よりなる第１のストップ膜３１を形成する（第１のストップ膜形成工程）とともに、単結晶シリコン基板１０の一面１１上において凹部１２となるべき部位に、第１のストップ膜３１と同等の耐研磨性を有する材料を用いて、外形線が単結晶シリコン基板１０の〈１１０〉結晶軸方向に平行でない第２のストップ膜３２を、島状に形成する（第２のストップ膜形成工程）。
【００５３】
本例では、単結晶シリコン基板１０の一面１１上に、ＣＶＤ法等によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）を成膜し、このシリコン酸化膜をフォトリソグラフ技術およびウェットエッチング法を用いてパターニングすることにより、矩形枠状の第１のストップ膜３１と、格子状に配列した菱形島状の複数個の第２のストップ膜３２とを同時に形成する。
【００５４】
なお、第１のストップ膜３１と第２のストップ膜３２とは、別工程にて形成しても良い。例えば、マスクを用いたＣＶＤ法等により、第１のストップ膜３１を先に形成し、次に第２のストップ膜３２を形成しても良い。また、第１および第２のストップ膜３１、３２は、同等の耐研磨性、耐エッチング性を有すれば、異なる材料で成膜されても良い。
【００５５】
次に、第１および第２のストップ膜３１、３２の上および第２のストップ膜３２の間の単結晶シリコン基板１０の一面１１上を覆うように、犠牲層４０を形成する（犠牲層形成工程）。本例では、ＣＶＤ法等によって多結晶シリコンを成膜することにより、犠牲層４０を形成する。ここまでの状態が図３（ａ）および図５（ａ）に示される。
【００５６】
［図３（ｂ）および図５（ｂ）に示す工程］
次に、第１および第２のストップ膜３１、３２をストッパとして犠牲層４０をＣＭＰ（化学的機械的研磨）法にて研磨することにより、第１および第２のストップ膜３１、３２上の犠牲層４０を除去し、第１および第２のストップ膜３１、３２および犠牲層４０により構成される平坦面４１を形成する（ＣＭＰ工程）。
【００５７】
ＣＭＰ法は周知のものであるが、例えば、アンモニア等を含むアルカリ液にコロイド状の酸化珪素を含有させたスラリーを用いて行う。それによれば、化学反応と機械的研磨との両方の作用により、図３（ｂ）に示すように、第１および第２のストップ膜３１、３２および犠牲層４０の表面が同一平面に平坦化される。
【００５８】
［図３（ｃ）および図６（ａ）に示す工程］
次に、上記平坦面４１の上にメンブレン２０を形成する（メンブレン形成工程）。本例では、まず、ＣＶＤ法等によりシリコン窒化膜２１およびシリコン酸化膜２２を形成し、その上に、多結晶シリコンを成膜し、これをフォトリソグラフ法等によりパターニングして多結晶シリコン配線２３を形成する。
【００５９】
次に、ＣＶＤ法等にて層間絶縁膜２４を成膜し、層間絶縁膜２４における所望の部位に、フォトリソグラフ法等により上記コンタクトホール２５ａを形成した後、スパッタ法や蒸着法等によりアルミニウムの膜を成膜し、これをフォトリソグラフ法等によりパターニングしてアルミ配線２５および上記アルミパッド２５ｂを形成する。
【００６０】
次に、ＣＶＤ法等にて保護膜２６を成膜し、これをフォトリソグラフ法等によりパターニングして、上記アルミパッド２５ｂを露出させるための開口部を形成する。こうして、各配線および各膜２１〜２６によりなるメンブレン２０が形成される。
【００６１】
［図４（ａ）および図６（ｂ）に示す工程］
次に、メンブレン２０のうち第２のストップ膜３２以外の部位であって凹部１２となるべき部位に、メンブレン２０の表面から犠牲層４０に到達するエッチングホール２８を形成する（エッチングホール形成工程）。具体的には、マスクを用いたドライエッチングを行うことにより、エッチングホール２８を形成することができる。
【００６２】
［図４（ｂ）および（ｃ）に示す工程］
次に、エッチングホール２８を介して犠牲層４０および単結晶シリコン基板１０の一面１１をエッチングすることにより、凹部１２を形成する（凹部エッチング工程）。
【００６３】
具体的には、単結晶シリコン基板１０の一面１１とは反対側の面や側面を、耐エッチング性部材でマスクした状態で、水酸化カリウム（ＫＯＨ）やテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）などのアルカリエッチング液中に浸漬する。
【００６４】
すると、エッチングホール２８を介してエッチング液が導入される。図４（ｂ）はエッチングの途中段階を示すものであり、さらに、単結晶シリコン基板１０の一面１１上から見たときのエッチングの進行の様子を図７に示す。
【００６５】
犠牲層４０はアルカリエッチング液に対して等方性のエッチング特性を有するため、犠牲層４０については、図７の破線丸Ｃに示すように、第１および第２のストップ膜３１、３２に到達するまで、単結晶シリコン基板１０の面方位に依存せずに等方的にエッチングが進行する。
【００６６】
一方、この犠牲層４０の等方的エッチングに伴い、単結晶シリコン基板１０は、図７に示すように、エッチングレートの遅い（１１１面）で囲まれながら異方性エッチングが進行する。そして、図４（ｂ）に示すように、第１のストップ膜３１では、（１１１）面でエッチングが実質的に停止する。
【００６７】
しかし、第２のストップ膜３２の島の外形線が、単結晶シリコン基板１０の〈１１０〉結晶軸方向に平行でないため、図７に示すように、異方性エッチングによる（１１１）面で囲まれた部分は、第２のストップ膜３２の下にまで形成されていく。
【００６８】
ちなみに、比較例として図８（ａ）に示すように、第２のストップ膜３２の島の外形線が、単結晶シリコン基板１０の〈１１０〉結晶軸方向に平行である場合、（１１１）面が第２のストップ膜３２の辺に平行に現れるため、単結晶シリコンの異方性エッチングは、図８（ｂ）に示すように、第２のストップ膜３２の下側まで進行せず、第２のストップ膜３２にて停止してしまう。
【００６９】
これに対して、本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、第２のストップ膜３２の下では、尖り部１４が現れるまで、（１１１面）で囲まれながら異方性エッチングが進行する。この尖り部１４は、単結晶シリコンのすべての面が現れている部分である。そのため、この尖り部１４から更にエッチングが進行し、結果、図４（ｃ）に示すように、第２のストップ膜３２の下のシリコンも除去され、凹部１２が形成される。
【００７０】
以上の各工程を実行することにより、上記赤外線センサＳ１ができあがる。なお、この後、ダイシングカットを行い、チップ毎に分断する。
【００７１】
このように、本実施形態の製造方法によれば、犠牲層４０を用いて単結晶シリコン基板１０の一面１１側から凹部１２を形成しているが、凹部形成領域において第２のストップ膜３２を島状に部分的に設けることで、ＣＭＰ後には、この第２のストップ膜３２の間に犠牲層４０が設けられた形となる。
【００７２】
そのため、必要な犠牲層４０の面積が小さくなるとともに両ストップ膜３１、３２によるストッパ効果が発揮され、ＣＭＰ法による犠牲層４０のディッシングを抑制できる。
【００７３】
また、第１および第２のストップ膜３１、３２をストッパとして犠牲層４０をＣＭＰ法にて研磨することにより、第１および第２のストップ膜３１、３２および犠牲層４０により構成される平坦面４１を形成するようにしているため、犠牲層４０端部では段差を生じることなく平坦化される。
【００７４】
また、第１のストップ膜３１を、凹部１２となるべき部位以外の部位に位置させることによって、単結晶シリコン基板１０の異方性エッチングを利用して（１１１）面にてエッチングを停止させることにより、凹部１２の開口形状を規定することができる。
【００７５】
また、第２のストップ膜３２は、その外形線が単結晶シリコン基板１０の〈１１０〉結晶軸方向に平行でない島形状をなす。そのため、第２のストップ膜３２の下において、犠牲層４０が等方性エッチングされ、さらに、その下の単結晶シリコン基板１０の一面１１側がエッチングされるときに、単結晶シリコン基板１０のエッチングストップ面である（１１１）面でエッチングが停止せず、第２のストップ膜３２の下のシリコンが適切に除去される。
【００７６】
また、犠牲層４０を用いた等方性エッチングを利用して単結晶シリコン基板１０の凹部１２を形成するようにしているため、犠牲層４０を用いない場合に比べて、エッチングホールパターン２８を任意に形成でき、メンブレン２０上の配線２３、２５を自由にレイアウトすることができる。
【００７７】
具体的には、犠牲層４０を用いない場合では、半導体基板に面方位を考慮したエッチングホールパターンを構成しなければならず、また、そのパターンに合わせた配線パターンとしなければならなかった。それに対し、本実施形態では、丸穴（角穴でもよい）形状といった開口面積の小さいエッチングホール２８にすることができ、その分、配線パターンの制約が小さくなる。
【００７８】
以上のことから、本実施形態の製造方法によれば、凹部の開口形状の規定とメンブレン上の配線レイアウトの自由度を確保しつつ、ＣＭＰによるディッシングを抑制してメンブレンの平坦化を確保することができる。また、上記図１、図２に示した赤外線センサＳ１も、本製造方法により製造されたものであり、同様の効果を有するものである。
【００７９】
（他の実施形態）
なお、第２のストップ膜３２の島の外形線が、上記〈１１０〉結晶軸方向に平行でなければ良く、当該島形状は、上記菱形（四角形）以外にも、三角形、五角形等の多角形あるいは円形でも構わない。
【００８０】
また、第２のストップ膜３２の各島の間隔は、エッチングホールが形成できる程度であれば良い。また、第２のストップ膜３２のパターンやサイズは、配線ルールや凹部の深さに応じて設定すればよい。
【００８１】
また、本発明では、島形状をなす第２のストップ膜３２とは、複数個でも１個でも良い。複数個の場合、個々の第２のストップ膜３２は独立して離れていても、連続的につながっていても良い。ただし、つながっている場合でも、そのつながり部分も含めた外形線が、上記〈１１０〉結晶軸方向に平行でないことが必要である。
【００８２】
また、単結晶シリコン基板１０は、その一面１１の面方位が（１１０）面であるものであっても良い。また、一面１１の面方位が（１００）面または（１１０）面である半導体基板ならば、単結晶シリコン基板以外の半導体基板でもあっても良い。
【００８３】
なお、本発明は上記した赤外線センサ以外にも、半導体基板の一面側に、エッチングにより凹部を形成するとともに該凹部を覆うようにメンブレンを形成してなる半導体装置であれば適用可能であり、例えば、圧力センサ、フローセンサ、ガスセンサ等に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る赤外線センサの概略平面図である。
【図２】図１に示す赤外線センサの概略断面図である。
【図３】図１に示す赤外線センサの製造方法を断面的に示す工程図である。
【図４】図３に続く製造方法を断面的に示す工程図である。
【図５】図１に示す赤外線センサの製造方法を平面的に示す工程図である。
【図６】図５に続く製造方法を平面的に示す工程図である。
【図７】エッチングの進行の様子を平面的に示す説明図である。
【図８】比較例におけるエッチングの進行の様子を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…単結晶シリコン基板、１１…単結晶シリコン基板の一面、
１２…凹部、２０…メンブレン、２８…エッチングホール、
３１…第１のストップ膜、３２…第２のストップ膜、４０…犠牲層、
４１…平坦面。
【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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