JPH06252452A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板の中空部を覆って周辺が基板に支持さ
れ、所定パターンの第１薄膜と半導体素子用の半導体薄
膜が設けられている第１薄膜の半導体薄膜パターン形成
過程での損傷を防止できる構成の半導体装置を提供す
る。 【構成】 この発明の半導体装置は、基板１の中空部８
を覆って周辺が基板に支持された第１薄膜２を備え、こ
の第１薄膜の上に所定パターンの第２薄膜３が設けられ
ているとともに所定パターンの半導体薄膜４が第２薄膜
の表面領域内で設けられており、第１薄膜は半導体薄膜
パターン形成用エッチングに対する耐性を有しない薄膜
であり、第２薄膜は半導体薄膜パターン形成用エッチン
グに対する耐性を有する薄膜であって、かつ、第１薄膜
が第２薄膜パターン形成用エッチングに対する耐性を有
する薄膜であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置およびそ
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、図１３および図１４に示す赤外線
検出素子がある。この検出素子では、サーミスタ（半導
体素子）を備えた半導体装置が利用されている。すなわ
ち、温度変化に伴い抵抗値が変化する抵抗体（感温抵抗
体）が半導体薄膜であるサーミスタを備えた半導体装置
が利用されている。

【０００３】従来の赤外線検出素子６０の構成は、以下
の通りである。赤外線検出素子６０では、図１３にみる
ように、中空部（熱分離空間）７１を有する基板６２の
中空部７１を覆って周辺が基板に支持された熱絶縁膜
（第１薄膜）６３の上に赤外線検出部６１が設けられて
いる。すなわち、下電極である所定パターンの導電薄膜
（第２薄膜）６６、感温抵抗体である所定パターンの半
導体薄膜６７、上電極である所定パターンの導電薄膜
（第２薄膜）６８および赤外線吸収膜６９の積層体が熱
絶縁膜６３の中空部７１の上方となる位置に形成されて
いるのである。フィルター７３より入射する赤外線が赤
外線吸収膜６９で吸収されることにより生じる熱で半導
体薄膜６７の抵抗値が変化する。この抵抗値変化が電極
用の導電薄膜６６，６８を介して取り出せるため、赤外
線検出が可能となる。

【０００４】半導体薄膜６７は、多結晶シリコン系やア
モルファスシリコン系の厚み０．１〜５μｍ程度の薄膜
が使われる。中空部７１により赤外線検出部６１が基板
６２から熱的に分離されるため、赤外線の吸収に伴って
生じる熱は半導体薄膜６７の温度上昇に有効に使われ、
その結果、赤外線検出感度がよい。基板６２にはシリコ
ン基板などが使われており、中空部７１は異方性エッチ
ングなどで形成することができる。

【０００５】電極用の導電薄膜６６，６８は、図１４に
みるように、基板６２に一体的に併設された信号処理回
路７５に繋がっている。この信号処理回路７５は、例え
ば、検出信号の増幅・雑音の除去といった信号処理を行
うためのものである。また、赤外線検出部６１に被せら
れているフィルター７３は、いわばノイズである検出赤
外線以外の光を遮断し、検出すべき必要な赤外線のみを
赤外線検出部６１に入射させるためのものである。赤外
線検出素子６０の場合、一般に微弱な赤外線の輻射エネ
ルギーのみを選択的に検出することが多いが、検出する
赤外線は他の波長域のノイズとなる光と混在しているこ
とが多く、そのため、フィルター７３でノイズとなる光
を除去するのである。

【０００６】熱絶縁膜６３としては、酸化シリコン、窒
化シリコン、酸化窒化シリコンなどが用いられることが
多い。熱絶縁膜６３は単一層構造の場合もあるが、酸化
シリコン薄膜を窒化シリコン薄膜でサンドイッチしてな
る３層構造として、応力が緩和されるようにして、熱絶
縁膜６３の機械的強度を高めるという構成がとられるこ
ともある。

【０００７】以上の説明から分かるように、図１３にお
いては、下電極である導電薄膜６６、感温抵抗体である
半導体薄膜６７、上電極である導電薄膜６８でサーミス
タとなっており、赤外線検出素子６０は、サーミスタを
備えた半導体装置を利用した形態となっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
赤外線検出素子６０の場合、熱絶縁膜６３の破壊という
問題がある。半導体薄膜６７のパターン化のためのエッ
チングで熱絶縁膜６３が損傷し易いからである。特に、
熱絶縁膜６３は裏側に支持のない中空部７１の位置で破
壊が起こり易い。その結果、製造上の歩留りが悪く、製
造後の信頼性も低い。

【０００９】半導体薄膜６７のパターン化は、多結晶シ
リコン系やアモルファスシリコン系の薄膜に対しプラズ
マエッチング、ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチン
グ）などの化学的エッチングないしイオンビームエッチ
ングなどの物理的エッチングにより選択エッチングを施
すことで行われる。多結晶シリコン系やアモルファスシ
リコン系の薄膜の不要部分を完全に除去するために、こ
のエッチングはオーバーエッチング気味となる。

【００１０】化学的エッチングの場合、反応性ガスとし
てハロゲン化炭素（ＣＦ₄ ，ＣＨＦ ₃ ，Ｃ₃ Ｆ₈ ）やＮ
Ｆ₃ などのフッ素系のガスが用いられることが多く、こ
の際、Ｎ₂ ，Ｏ₂ ，Ｈ₂ などを混合することもある。こ
れらのガスを用いた場合、酸化シリコン、窒化シリコ
ン、酸化窒化シリコンなどの熱絶縁膜もエッチングされ
るのであるが、導電薄膜６６形成のためのパターン化を
終えたあと、多結晶シリコン系やアモルファスシリコン
系の薄膜を形成し半導体薄膜６７形成のためのパターン
化を行っており、導電薄膜６７以外の所では、多結晶シ
リコン系やアモルファスシリコン系の薄膜が熱絶縁膜６
３に直接接しており、オーバーエッチングにより熱絶縁
膜６３がエッチングされ損傷してしまうのである。

【００１１】また、Ａｒガスなどを用いてエッチングす
るイオンビームエッチング法の場合、物理的エッチング
であるため、材料のあった部分はエッチングされるか
ら、同様にオーバーエッチングにより熱絶縁膜６３が損
傷することになる。損傷を受けた熱絶縁膜６３は破壊し
易い。酸化シリコン薄膜を窒化シリコン薄膜でサンドイ
ッチしてなる３層構造の場合、３層間の応力バランスが
崩れ破壊が起こり易い。

【００１２】この発明は、上記の事情に鑑み、基板の中
空部を覆って周辺が基板に支持され、所定パターンの第
１薄膜と半導体素子用の半導体薄膜が上に設けられてい
る第１薄膜の半導体薄膜パターン化過程での損傷が起き
にくい半導体装置と、この装置を歩留りよく製造するこ
との出来る方法を提供することを課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、この発明の半導体装置は、中空部を有する基板と、
この中空部を覆って周辺が基板に支持された第１薄膜と
を備え、この第１薄膜の上に所定パターンの第２薄膜が
設けられているとともに半導体素子用の所定パターンの
半導体薄膜が第２薄膜の表面領域内で設けられており、
第１薄膜は半導体薄膜パターン形成用エッチングに対す
る耐性を有しない薄膜であり、第２薄膜は半導体薄膜パ
ターン形成用エッチングに対する耐性を有する薄膜であ
って、かつ、第１薄膜が第２薄膜パターン形成用エッチ
ングに対する耐性を有する薄膜である構成をとってい
る。

【００１４】また、この発明の製造方法は、上記の発明
にかかる半導体装置を得るにあたり、表面に設けられた
第１薄膜を覆うように第２薄膜用の第１被覆膜が設けら
れているとともに第１被覆膜の上に半導体薄膜用の第２
被覆膜が形成されてなる基板を用い、前記第１被覆膜を
パターン化する前に第２被覆膜だけを先にパターン化し
て所定パターンの半導体薄膜を形成した後、第１被覆膜
をパターン化し所定パターンの第２薄膜を形成する構成
をとっている。この場合、中空部形成のタイミングは、
特定のタイミングに限らない。

【００１５】以下、この発明を、サーミスタを備えた半
導体装置の場合を例にとり、図面を参照しながら詳しく
説明する。まず、図２にみるように、シリコン基板など
の基板１の表面に、熱絶縁膜２を形成し、続いて、熱絶
縁膜２の上に下電極形成用の金属膜（第１被覆膜）１３
と感温抵抗体形成用の半導体薄膜（第２被覆膜）１４を
続けて順に形成する。

【００１６】熱絶縁膜２は、酸化シリコン、窒化シリコ
ン、酸化窒化シリコンなどが用いられることが多く、単
一層構造でもよいが、図２の場合は、酸化シリコン薄膜
２ｂを窒化シリコン薄膜２ａ，２ｃでサンドイッチして
なる３層構造をとり、機械的強度を高めるようにしてい
る。金属膜１３は、半導体薄膜１４のパターン化用エッ
チングに対する耐性を有する薄膜であって、例えば、Ｃ
ｒ，Ｎｉ−Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｌなどがよく用いられる。こ
れらの金属膜は耐フッ素性であることにより必要なエッ
チング耐性を有する。金属膜１３の形成法としては、Ｅ
Ｂ蒸着法のような真空蒸着法が好ましくて、低温（２０
０℃程度以下）で形成された膜が好ましく、応力の小さ
い膜が好ましい。金属膜１３の膜厚みは、２００〜１０
０００Å（好ましくは４００〜２０００Å）程度であ
り、熱絶縁性を高くするという観点からは薄い目がよ
い。

【００１７】また、上記の熱絶縁膜２は、金属膜１３の
パターン化用エッチングに対する耐性を有する薄膜であ
る。半導体薄膜１４は、シリコン系の薄膜が用いられる
ことが多く、例えば、アモルファスシリコン（ａ−Ｓ
ｉ）薄膜、アモルファスシリコンカーバイド（ａ−Ｓｉ
Ｃ）薄膜、アモルファスシリコンスズ（ａ−ＳｉＳｎ）
薄膜、アモルファス窒化シリコン（ａ−ＳｉＮ）薄膜、
アモルファス酸化窒化シリコン（ａ−ＳｉＯＮ）薄膜、
アモルファス酸化シリコン（ａ−ＳｉＯ）薄膜などが挙
げられる。特に、ａ−Ｓｉ薄膜あるいはａ−ＳｉＣ薄膜
が適当である。ａ−Ｓｉ層とａ−ＳｉＣ層など異なる半
導体層が複数積層された多層構造の半導体薄膜の場合も
ある。

【００１８】そして、反応性ガスとしてハロゲン化炭素
（ＣＦ₄ ，ＣＨＦ₃ ，Ｃ₃ Ｆ₈ ）やＮＦ₃ などのフッ素
系のガス（必要に応じて、Ｎ₂ ，Ｏ₂ ，Ｈ₂ などが混合
される）を使うＲＩＥなどの化学的エッチングを用い、
金属膜１３のパターン化前、図３にみるように、半導体
素子製造で通常利用される微細加工技術に従って、半導
体薄膜１４のパターン化を行い、感温抵抗体である所定
パターンの半導体薄膜（第２薄膜）４を形成する。熱絶
縁膜２は、耐フッ素の耐エッチング性金属膜１３で覆わ
れているため、エッチング工程でオーバーエッチングの
あった場合も、熱絶縁膜２はエッチングされない。

【００１９】ＣＦ₄ とＯ₂ の混合ガスを用いる化学的エ
ッチングの場合を例にとって、具体的に説明する。半導
体薄膜１４として、ｐ型またはｎ型が用いられることが
多く、例えば、ｐ型でドーピングガスとしてジボランを
用いたａ−Ｓｉ、ａ−ＳｉＣの場合などの薄膜はノンド
ープのものと比較してエッチングレートが１／２〜１／
６程度となり、ａ−Ｓｉやａ−ＳｉＣなどのエッチング
レートが熱絶縁膜に対して大きくとれない。そのため、
オーバーエッチングの際に熱絶縁膜もエッチングされて
しまう。

【００２０】ＣＦ₄ とＯ₂ の混合ガスに対する各薄膜の
エッチングレートは、以下の通りである。 ａ−Ｓｉ（ノンドープ）・・・エッチングレート：１
２０００Å／分 ａ−Ｓｉ（Ｂドープ）・・・・エッチングレート：２
０００〜６０００Å／分 ・・・・ａ−Ｓｉの１／２〜１／６のレート ａ−ＳｉＣ（Ｂドープ）・・・エッチングレート：２
０００〜６０００Å／分 ・・・・ａ−Ｓｉの１／２〜１／６のレート ａ−ＳｉＯ₂ ・・・・エッチングレート：
８００〜２４００Å／分 ・・・・ａ−Ｓｉの１／５〜１／１５のレート ａ−Ｓｉ₃ Ｎ₄ ・・・・エッチングレート：１
５００〜４０００Å／分 ・・・・ａ−Ｓｉの１／３〜１／８のレート Ｃｒ，Ａｌ ・・・・エッチングレート：殆
どエッチングされず エッチング条件：ＣＦ₄ とＯ₂ （５％）、２００Ｗ、プ
ラズマエッチング上にみるように、ＣｒやＡｌは、十分
な耐エッチング性があるため、熱絶縁膜２はエッチング
されないのである。

【００２１】続いて、金属膜１３のパターン化を行う。
例えば、金属膜１３がクロム薄膜である場合、硝酸セシ
ウムアンモニウム溶液を用いた湿式エッチングをおこな
う。この場合、酸化シリコンや窒化シリコンなどで形成
した熱絶縁膜２は硝酸セシウムアンモニウム溶液では殆
どエッチングされない。金属膜１３がアルミニウム薄膜
である場合、リン酸溶液を用いた湿式エッチングをおこ
なう。この場合、酸化シリコンや窒化シリコンなどで形
成した熱絶縁膜２はリン酸溶液では殆どエッチングされ
ない。すなわち、図４にみるように、半導体素子製造で
通常利用される微細加工技術に従って、金属膜１３をパ
ターン化し、下電極である所定パターンの導電薄膜（第
１薄膜）３を形成する。熱絶縁膜２は、この金属膜１３
のパターン化のためのエッチングに対する耐性を有する
ため、金属膜１３のパターン化用のエッチング工程で損
傷を受けない。

【００２２】つまり、図５にみるように、半導体薄膜４
は、下の導電薄膜３の表面領域内にあるため、半導体薄
膜１４のパターン化前でなくて半導体薄膜１４のパター
ン化後に金属膜１３のパターン化が行えるのである。な
お、感温抵抗体である半導体薄膜４の好ましい形態とし
ては、前述のａ−ＳｉＣ、ａ−ＳｉＳｎ、ａ−ＳｉＮな
どの非晶質（アモルファス）合金半導体層の上下面に単
一元素半導体層が積層されてなり、上下電極である導電
薄膜が単一元素半導体層で接している構成が適当であ
る。非晶質合金半導体層は不純物がドープされているの
がよいが、不純物がドープされているものに限らない。
一方、単一元素半導体層とては、ａ−Ｓｉ、特にドープ
ドａ−Ｓｉが適当である。単一半導体層はアモルファス
に限らず、結晶層、あるいは、多結晶層であってもよ
い。

【００２３】この後、図１にみるように、薄膜形成およ
び微細加工技術によるパターン化を行うことにより、半
導体薄膜４の端面を保護膜５で覆うとともに上電極であ
る所定パターンの導電薄膜６を形成したあと、異方性エ
ッチングにより、シリコン基板１の裏面側から堀り込
み、中空部８を形成すると、感温抵抗体である半導体薄
膜４が電極である導電薄膜３，６でサンドイッチされて
なるサーミスタを備えた半導体装置が出来る。図６は、
図１の半導体装置を上方よりみた状態を示す。

【００２４】なお、電気絶縁性の保護膜５を設ける理由
は、保護膜５がないと、図７にみるように、導電薄膜
３，６が接触し、上下の電極間でリークが発生し、真の
半導体薄膜４の抵抗値が得られないからである。保護膜
５としては、プラズマＣＶＤやマグネトロンスパッタリ
ング法により成膜したシリコン酸化膜やシリコン窒化膜
などが挙げられる。プラズマＣＶＤやマグネトロンスパ
ッタリング法により成膜したものでも、特に低温で成膜
したものが適当である。

【００２５】なお、サーミスタを備えた半導体装置を用
いた赤外線検出素子の場合、赤外線吸収膜を上電極であ
る導電薄膜６の上などに設けたりする。そうすると、半
導体薄膜４、導電薄膜３，６および赤外線吸収膜からな
る赤外線検出部が熱絶縁膜２の上にシリコン基板１から
熱分離された状態で設置された赤外線検出素子となるの
である。赤外線検出素子の場合、赤外線のみを透過する
赤外線フィルターを被せたり、シリコン基板１に信号処
理回路を併設する構成とするようにしてもよい。勿論、
入射する赤外線を吸収する赤外線吸収膜における前記吸
収に伴って生じた熱を受けて半導体薄膜４の抵抗値が変
化することを利用して赤外線を検出することになる。赤
外線入射は、シリコン基板１の表側だけでなく裏側から
なされる場合もある。

【００２６】この発明の半導体装置は、半導体素子がサ
ーミスタである場合に限らないし、また、応用の面にお
いても、赤外線検出素子以外に用いられてもよい。

【００２７】

【作用】この発明の半導体装置の場合、基板の中空部を
覆って周辺が基板に支持された第１薄膜の上に所定パタ
ーンの第２薄膜と所定パターンの半導体薄膜がこの順に
積層形成されているが、第１薄膜は、破壊の起き難い信
頼性の高い膜である。なぜなら、第２薄膜と半導体薄膜
の両薄膜のパターン化工程で第１薄膜が損傷を受けてい
ないからである。その理由は、以下の通りである。

【００２８】第１薄膜は前記半導体薄膜パターン形成用
エッチングに対する耐性を有しない薄膜であるが、第２
薄膜は半導体薄膜パターン形成用エッチングに対する耐
性を有する薄膜であって、かつ、第１薄膜は第２薄膜パ
ターン形成用エッチングに対しては耐性を有する薄膜で
ある。一方、この発明の半導体装置の場合、加えて、所
定パターンの半導体薄膜は所定パターンの第２薄膜の表
面領域内にある構成である。その結果、第２薄膜パター
ン形成前に、上の半導体薄膜のパターン化が出来る。こ
うすると、半導体薄膜パターン形成の際、第１薄膜は、
第２薄膜用の膜で覆われているためオーバエッチングで
もエッチングされない。さらに、半導体薄膜パターン形
成後、第２薄膜パターン形成を行う時も、第１薄膜が第
２薄膜パターン形成用エッチングに対しては強いために
エッチングされない。このように、第１薄膜は、第２薄
膜パターン形成工程でも、半導体薄膜パターン形成工程
でも損傷を受けないのである。

【００２９】また、上記のパターン化工程に従うこの発
明の半導体装置の製造方法によれば、基板の中空部を覆
って周辺が基板に支持され、所定パターンの第２薄膜と
半導体素子用の所定パターンの半導体体薄膜がこの順に
積層形成されている第１薄膜が損傷しないため、高信頼
性の半導体装置を歩留りよく製造することができるよう
になる。

【００３０】

【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。勿論、
この発明は、以下の実施例に限らない。 −実施例− 図８は、この発明の実施例であるサーミスタを備えた半
導体装置を利用した赤外線検出素子の要部構成を断面し
てあらわし、図９は、赤外線検出素子の要部を上方より
みた状態であらわす。なお、図９では、図８中の９，２
１，２２は省略している。

【００３１】実施例の赤外線検出素子では、熱分離空間
である中空部８を有するシリコン基板１を備え、シリコ
ン基板１の表面に中空部８を覆って周辺がシリコン基板
１に支持された熱絶縁膜２が設けられたダイアフラム構
成であり、この熱絶縁膜２の上に赤外線検出部が設置さ
れている。熱分離空間は赤外線検出部をシリコン基板１
から熱絶縁する働きをする。すなわち、下電極用である
導電薄膜３、感温抵抗体である半導体薄膜４、上電極で
ある導電薄膜６および保護膜兼用の赤外線吸収膜９の積
層体からなる赤外線検出部が設けられているのである。
熱絶縁膜２は電気絶縁性も有する。なお、５は半導体薄
膜４の端面を覆う電気絶縁性の保護膜であって上下電極
間の短絡を防止し、また、２１，２２は上下電極のパッ
ドである。

【００３２】続いて、実施例の赤外線検出素子の製造に
ついて説明する。まず、シリコン基板１の表面に熱絶縁
膜２を形成する。ＬＰＣＶＤ（低圧ＣＶＤ）法により、
厚み１０００Åの窒化シリコン薄膜、厚み８０００Åの
酸化シリコン薄膜、厚み１０００Åの窒化シリコン薄膜
を順次堆積形成し、酸化シリコン薄膜が窒化シリコン薄
膜でサンドイッチされてなる３層構造の熱絶縁膜２を形
成した。

【００３３】続いて、熱絶縁膜２の上に、電子ビーム蒸
着法を用い、厚み１０００Åの下電極形成用のクロム薄
膜（金属膜）を基板温度１５０℃で成膜してから、この
クロム薄膜の上に、感温抵抗体形成用の半導体薄膜を堆
積した。すなわち、グロー放電分解法により、厚み３０
０Åのｐ型ａ−Ｓｉ層、厚み１００００Åのｐ型ａ−Ｓ
ｉＣ層、厚み３００Åのｐ型ａ−Ｓｉ層を連続的に堆積
したのである。そして、この半導体薄膜を、フォトリソ
グラフィ法を用いてパターン化（１ｍｍ×１ｍｍの正方
形）し、感温抵抗体である半導体薄膜４を形成した。ｐ
型ａ−Ｓｉ層の形成の際の条件は、０．２５モル％のジ
ボランを加えたモノシランを用い、基板温度１８０℃、
圧力０．９Torr、放電電力２０Ｗ、周波数１３．５６Ｍ
Hzとした。ｐ型ａ−ＳｉＣ層の形成の際の条件は、４０
０モル％のメタン、０．２５モル％のジボランを加えた
モノシランを用い、基板温度１８０℃、圧力０．９Tor
r、放電電力２０Ｗ、周波数１３．５６ＭHzとした。ａ
−Ｓｉ層とｐ型ａ−Ｓｉ層を積層した半導体薄膜のエッ
チング条件は、Ｏ₂ の量がＯ₂／ＣＦ₄ で５％となるよ
うにした混合ガスを用い、圧力０．７Torr、放電電力２
００Ｗ、周波数１３．５６ＭHzとした。

【００３４】この後、先に形成したクロム薄膜をフォト
リソグラフィ法を用いてパターン化し、下電極である導
電薄膜３を形成した。パターン化は、硝酸セシウムアン
モニウム溶液を用いた湿式エッチングで行った。続い
て、グロー放電分解法により、厚み２０００Åの酸化シ
リコン薄膜を成膜し、フォトリソグラフィ法でパターン
化し、電気絶縁性の保護膜５を形成した。

【００３５】保護膜５の形成に続いて、電子ビーム蒸着
法を用い、厚み１０００Åの上電極形成用のクロム薄膜
を基板温度１５０℃で成膜してから、このクロム薄膜を
フォトリソグラフィ法でパターン化し、上電極である導
電薄膜６を形成した。そして、上電極形成のあと、グロ
ー放電分解法により、厚み１０００Åの酸化シリコン薄
膜を成膜し、フォトリソグラフィ法でパターン化し、保
護膜を兼ねる赤外線吸収膜９を形成した。

【００３６】その後、電子ビーム蒸着法でアルミニウム
薄膜を、基板温度１５０℃で成膜してから、フォトリソ
グラフィ法でパターン化し、パッド２１，２２を形成し
た。最後に、シリコン基板１の裏面側を、水酸化カリウ
ム溶液を使う異方性エッチングにより堀り込み、中空部
８を形成してダイアフラム構造を完成し、赤外線検出素
子を得た。なお、中空部８のところにエッチングされず
に残った熱絶縁膜２の部分は正方形であって１．４ｍｍ
×１．４ｍｍのサイズである。

【００３７】中空部８形成後の熱絶縁膜２の歩留りは９
０％以上である。また、熱絶縁膜２の表面側の窒化シリ
コン薄膜は全くエッチングされていなかった。 −比較例− 図１０は、この発明の比較例であるサーミスタを備えた
半導体装置を利用した赤外線検出素子の要部構成を断面
してあらわし、図１１は、赤外線検出素子の要部を上方
よりみた状態であらわす。なお、図１１では、図１０中
の４９，５１，５２は省略している。

【００３８】比較例の赤外線検出素子では、熱分離空間
である中空部４８を有するシリコン基板４１を備え、シ
リコン基板４１の表面に中空部４８を覆って周辺がシリ
コン基板４１に支持された熱絶縁膜４２が設けられたダ
イアフラム構成であり、この熱絶縁膜４２の上に赤外線
検出部が設置されている。熱分離空間は赤外線検出部を
シリコン基板４１から熱絶縁する働きをする。すなわ
ち、下電極である導電薄膜４３、感温抵抗体である半導
体薄膜４４、上電極である導電薄膜４６および保護膜兼
用の赤外線吸収膜４９の積層体からなる赤外線検出部が
設けられているのである。熱絶縁膜４２は電気絶縁性も
有する。なお、４５は半導体薄膜４４の端面を覆う電気
絶縁性の保護膜であって上下電極間の短絡を防止し、ま
た、５１，５２は上下電極のパッドである。

【００３９】続いて、比較例の赤外線検出素子の製造に
ついて説明する。まず、シリコン基板４１の表面に熱絶
縁膜４２を形成する。ＬＰＣＶＤ（低圧ＣＶＤ）法によ
り、厚み１０００Åの窒化シリコン薄膜、厚み８０００
Åの酸化シリコン薄膜、厚み１０００Åの窒化シリコン
薄膜を順次堆積形成し、酸化シリコン薄膜が窒化シリコ
ン薄膜でサンドイッチされてなる３層構造の熱絶縁膜４
２を形成したのである。

【００４０】続いて、熱絶縁膜４２の上に、電子ビーム
蒸着法を用い、厚み１０００Åの下電極形成用のクロム
薄膜（金属膜）を基板温度１５０℃で成膜してから、こ
のクロム薄膜をフォトリソグラフィ法を用いてパターン
化し、下電極である導電薄膜４３を形成した。パターン
化は、硝酸セシウムアンモニウム溶液を用いた湿式エッ
チングで行った。

【００４１】このようにして下電極を形成してから、感
温抵抗体形成用の半導体薄膜を堆積した。すなわち、グ
ロー放電分解法により、厚み３００Åのｐ型ａ−Ｓｉ
層、厚み１００００Åのｐ型ａ−ＳｉＣ層、厚み３００
Åのｐ型ａ−Ｓｉ層を連続的に堆積したのである。そし
て、この半導体薄膜を、フォトリソグラフィ法を用いて
パターン化（１ｍｍ×１ｍｍの正方形）し、感温抵抗体
である半導体薄膜４４を形成した。ｐ型ａ−Ｓｉ層の形
成の際の条件は、０．２５モル％のジボランを加えたモ
ノシランを用い、基板温度１８０℃、圧力０．９Torr、
放電電力２０Ｗ、周波数１３．５６ＭHzとした。ｐ型ａ
−ＳｉＣ層の形成の際の条件は、４００モル％のメタ
ン、０．２５モル％のジボランを加えたモノシランを用
い、基板温度１８０℃、圧力０．９Torr、放電電力２０
Ｗ、周波数１３．５６ＭHzとした。ａ−Ｓｉ層とｐ型ａ
−Ｓｉ層を積層した半導体薄膜のエッチング条件は、Ｏ
₂ の量がＯ ₂ ／ＣＦ₄ で５％となるようにした混合ガス
を用い、圧力０．７Torr、放電電力２００Ｗ、周波数１
３．５６ＭHzとした。

【００４２】この後、電気絶縁性の保護膜４５、上電極
である導電薄膜４６、保護膜を兼ねる赤外線吸収膜４
９、パッド５１，５２および中空部４８を実施例と同様
にして形成し、赤外線検出素子を得た。なお、中空部８
のところにエッチングされずに残った熱絶縁膜４２の部
分は正方形であって１．４ｍｍ×１．４ｍｍのサイズで
ある。

【００４３】比較例の場合、熱絶縁膜４２の歩留りは約
５０％以上である。また、熱絶縁膜４２の厚み１０００
Åの表面側の窒化シリコン薄膜は、５００Åの深さまで
エッチングされているところもあった。すなわち、図１
２にみるように、シリコン基板４１の表面の熱絶縁膜４
２は、厚み１０００Åの窒化シリコン薄膜４２ａ、厚み
８０００Åの酸化シリコン薄膜４２ｂ、厚み１０００Å
の窒化シリコン薄膜４２ｃの３層構造なのであるが、表
面の窒化シリコン薄膜４２ｃが半導体薄膜のパターン化
工程でエッチングされて引っ張り応力が減少し、各薄膜
間の応力バランスが崩れしまい、その結果、中空部４８
形成過程などで熱絶縁膜４２の破壊が起こり易いのであ
る。

【００４４】実施例の場合、表面の窒化シリコン薄膜は
半導体薄膜のパターン化工程でエッチングされず引っ張
り応力は減少せず、各薄膜間の応力バランスが崩れない
ため中空部８形成過程などで熱絶縁膜２の破壊が起こり
難くなる。実施例と比較例の場合を具体的に比べてみる
と、実施例の場合、図８にみるように、感温抵抗体であ
る半導体薄膜４は全て下電極である導電薄膜３の上にあ
るため、半導体薄膜パターン形成の際にパターン化前の
クロム薄膜が保護膜に使えるのであるが、比較例の場
合、図１０にみるように、感温抵抗体である半導体薄膜
４４は一部が下電極である導電薄膜４３を外れており、
先に下電極形成用のクロム薄膜のパターン化を行う必要
があり、半導体薄膜パターン形成の際にクロム薄膜を保
護膜に使えないのである。

【００４５】それに、この発明の場合、下電極形成用の
クロム薄膜はもともと形成されるものであって新たに形
成する必要があるわけではないし、工程も順序が変わる
程度で何ら困難な処理や操作が加わるわけでもなく、製
造はすこぶる容易である。比較例の場合、Ａ熱絶縁膜→
Ｂ下電極形成用の金属膜形成→Ｃ金属膜パターン化（微
細加工）→Ｄ感温抵抗体形成用の半導体薄膜形成→Ｅ半
導体薄膜パターン化（微細加工）→Ｆ端面保護膜用の薄
膜形成→Ｇこの薄膜のパターン化（微細加工）→Ｈ上電
極形成用の金属膜形成→Ｉ金属膜パターン化（微細加
工）→Ｊ赤外線吸収膜形成という順序で製造する。

【００４６】実施例の場合、Ａ熱絶縁膜→Ｂ下電極形成
用の金属膜形成→Ｄ感温抵抗体形成用の半導体薄膜形成
→Ｅ半導体薄膜パターン化（微細加工）→Ｃ金属膜パタ
ーン化（微細加工）→Ｆ端面保護膜用の薄膜形成→Ｇこ
の薄膜のパターン化（微細加工）→Ｈ上電極形成用の金
属膜形成→Ｉ金属膜パターン化（微細加工）→Ｊ赤外線
吸収膜という順序で製造するのであり、比較例の場合と
比べ順序が少し違うだけである。

【００４７】

【発明の効果】以上に述べたように、この発明の半導体
装置の場合、所定パターンの第２薄膜および半導体薄膜
を載せて基板の中空部を覆っている第１薄膜が、前記第
２薄膜と半導体薄膜の両薄膜パターン化過程で損傷を受
けておらず、破壊の起こり難い信頼性の高い膜であるた
め、装置の信頼性が高く製造の歩留りもよくなる。

【００４８】また、この発明の半導体装置の製造方法
は、上記の装置信頼性の高い半導体装置を歩留りよく製
造できるのであるから、非常に有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の半導体装置の要部構成例をあらわす
断面図。

【図２】図１の半導体装置の製造過程での最初の薄膜形
成工程を示す断面図。

【図３】図１の半導体装置の製造過程での半導体薄膜パ
ターン化工程を示す断面図。

【図４】図１の半導体装置の製造過程での金属膜パター
ン化工程を示す断面図。

【図５】図１の半導体装置の製造過程での金属膜パター
ン化工程を示す平面図。

【図６】図１の半導体装置の平面図。

【図７】参考例にかかる半導体装置を示す断面図。

【図８】実施例の赤外線検出素子の要部構成をあらわす
断面図。

【図９】実施例の赤外線検出素子の要部構成をあらわす
平面図。

【図10】比較例の赤外線検出素子の要部構成をあらわす
断面図。

【図11】比較例の赤外線検出素子の要部構成をあらわす
平面図。

【図12】比較例の赤外線検出素子の製造途中の構成をあ
らわす平面図。

【図13】従来の赤外線検出素子の要部構成をあらわす断
面図。

【図14】従来の赤外線検出素子の要部構成をあらわす斜
視図。

【符号の説明】

１ シリコン基板（基板） ２ 熱絶縁膜（第１薄膜） ３ 導電薄膜（第２薄膜） ４ 半導体薄膜 ５ 保護膜 ６ 導電薄膜 ８ 中空部

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【手続補正書】

【提出日】平成５年５月１７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４２】この後、電気絶縁性の保護膜４５、上電極
である導電薄膜４６、保護膜を兼ねる赤外線吸収膜４
９、パッド５１，５２および中空部４８を実施例と同様
にして形成し、赤外線検出素子を得た。なお、中空部４
８のところにエッチングされずに残った熱絶縁膜４２の
部分は正方形であって１．４ｍｍ×１．４ｍｍのサイズ
である。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空部を有する基板と、この中空部を覆
   って周辺が基板に支持された第１薄膜とを備え、この第
   １薄膜の上に所定パターンの第２薄膜が設けられている
   とともに半導体素子用の所定パターンの半導体薄膜が第
   ２薄膜の表面領域内で設けられており、第１薄膜は半導
   体薄膜パターン形成用エッチングに対する耐性を有しな
   い薄膜であり、第２薄膜は半導体薄膜パターン形成用エ
   ッチングに対する耐性を有する薄膜であって、かつ、第
   １薄膜が第２薄膜パターン形成用エッチングに対する耐
   性を有する薄膜である半導体装置。
2. 【請求項２】 第１薄膜および半導体薄膜がシリコン系
   薄膜であって、第２薄膜が耐フッ素性を有することによ
   り半導体薄膜パターン形成用エッチングに対する耐性を
   有する請求項１記載の半導体装置。
3. 【請求項３】 第１薄膜が多層構造の薄膜であり、少な
   くとも前記多層構造の表面側の薄膜および半導体薄膜が
   シリコン系薄膜であって、第２薄膜が耐フッ素性を有す
   ることにより半導体薄膜パターン形成用エッチングに対
   する耐性を有する請求項１記載の半導体装置。
4. 【請求項４】 第２薄膜が半導体素子の電極たる導電薄
   膜である請求項１から３までのいずれかに記載の半導体
   装置。
5. 【請求項５】 半導体薄膜が温度変化に伴い抵抗値が変
   化する感温抵抗体であって半導体素子がサーミスタであ
   るとともに、半導体薄膜は中空部の上方の位置に形成さ
   れている請求項１から４までのいずれかに記載の半導体
   装置。
6. 【請求項６】 基板には赤外線吸収膜も形成されてい
   て、この赤外線吸収膜の赤外線吸収に伴って発生する熱
   を受け感温抵抗体が温度変化するようになっており、半
   導体装置が赤外線検出素子用である請求項５記載の半導
   体装置。
7. 【請求項７】 請求項１から６までのいずれかに記載の
   半導体装置を得るにあたり、表面に設けられた第１薄膜
   を覆うように第２薄膜用の第１被覆膜が設けられている
   とともに第１被覆膜の上に半導体薄膜用の第２被覆膜が
   形成されてなる基板を用い、前記第１被覆膜をパターン
   化する前に第２被覆膜だけを先にパターン化して所定パ
   ターンの半導体薄膜を形成した後、第１被覆膜をパター
   ン化し所定パターンの第２薄膜を形成することを特徴と
   する半導体装置の製造方法。