JP2010016162A - 多孔質構造体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】陽極酸化処理に用いる薬液により、半導体基板と保護膜との剥離を抑制する多孔質構造体の製造方法を提供する。
【解決手段】拡散層１２が形成された半導体基板１０に酸化膜１４を形成する工程と、酸化膜１４の所定の位置に複数の接続孔を設け、該接続孔に配線２２を形成した後、配線２２で挟まれた領域に拡散層１２の表面が露出するような開口部２４を設ける工程と、開口部２４の外周縁部に溝２６を形成し、溝２６を埋め込むように半導体基板１０の拡散層１２が形成された面の全面に保護層２８を堆積する工程と、開口部２４の外周縁部に保護層２８が残存するように開口部２４の保護層２８を除去し、拡散層１２を露出する工程と、開口部２４に残存した保護層２８を保護膜３２として、露出した拡散層１２を陽極酸化処理する工程と、を有する。
【選択図】図２
【解決手段】拡散層１２が形成された半導体基板１０に酸化膜１４を形成する工程と、酸化膜１４の所定の位置に複数の接続孔を設け、該接続孔に配線２２を形成した後、配線２２で挟まれた領域に拡散層１２の表面が露出するような開口部２４を設ける工程と、開口部２４の外周縁部に溝２６を形成し、溝２６を埋め込むように半導体基板１０の拡散層１２が形成された面の全面に保護層２８を堆積する工程と、開口部２４の外周縁部に保護層２８が残存するように開口部２４の保護層２８を除去し、拡散層１２を露出する工程と、開口部２４に残存した保護層２８を保護膜３２として、露出した拡散層１２を陽極酸化処理する工程と、を有する。
【選択図】図２
Description
本発明は、多孔質構造体の製造方法に関するものであり、特に、半導体基板を陽極酸化処理する多孔質構造体の製造方法に関する。
半導体集積回路で使用されるシリコンは、ナノサイズレベルまで微細化することにより、さまざまな量子的な現象を生じることが知られている。その現象の一つが発光である。発光ダイオードへの適用が可能であるとともに、その他、光導波路、光共振器の作製により、光集積回路への展開が検討されている（例えば、特許文献１参照）。ナノサイズの空孔をＳｉに導入したナノポーラスＳｉ構造では、不揮発性の光メモリー効果も確認されている。量子閉じ込め効果により、電気的・光学的なメモリーとして機能する。さらに、バルクシリコンの１７０分の１程度の熱伝導率しかない特徴も確認されており、超音波源への応用も期待されている（例えば、特許文献２参照）。
このようなナノポーラスＳｉ構造は陽極酸化処理により形成することができるが、この陽極酸化処理は、薄膜トランジスタの不純物領域をゲート電極から一定の距離だけオフセットするため、ゲート電極に絶縁膜を形成する際にも用いられている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００６−３４３６７１号公報
特開２００５−７３１９７号公報
特開平５−２０６４６５号公報
しかしながら、半導体基板にナノポーラス構造を形成する際、陽極酸化処理装置の電極と導通させるため、半導体基板上に配線層を形成する必要がある。また、陽極酸化する箇所は配線上を被覆する保護膜としての絶縁膜が除去され半導体基板が露出している必要もある。すると、陽極酸化される箇所は、半導体基板と保護膜の界面が露出しているため、陽極酸化する際に用いる沸酸等の薬液に晒されてしまう。この薬液は、密着性の低い半導体基板と保護膜との界面から染み込み、半導体基板と保護膜とが剥離してしまう可能性がある。この染み込みが更に進行すると、陽極酸化に用いる薬液により保護膜下の酸化膜や配線がエッチングされてしまい、半導体基板と酸化膜とが剥離してしまう。
本発明は、前記問題点に鑑みなされたものであり、以下の目的を達成することを課題とする。
即ち、本発明の目的は、陽極酸化処理に用いる薬液により、半導体基板と保護膜との剥離を抑制する多孔質構造体の製造方法を提供することにある。
即ち、本発明の目的は、陽極酸化処理に用いる薬液により、半導体基板と保護膜との剥離を抑制する多孔質構造体の製造方法を提供することにある。
本発明者は鋭意検討した結果、下記の多孔質構造体の製造方法を用いることにより、上記問題を解決できることを見出し、上記目的を達成するに至った。
即ち、請求項１に記載の多孔質構造体の製造方法は、拡散層が形成された半導体基板に酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜の所定の位置に複数の接続孔を設け、該接続孔に配線を形成した後、該配線で挟まれた領域に前記拡散層の表面が露出するような開口部を設ける工程と、前記開口部の外周縁部に溝を形成し、該溝を埋め込むように前記半導体基板の前記拡散層が形成された面の全面に保護層を堆積する工程と、前記開口部の外周縁部に前記保護層が残存するように前記開口部の前記保護層を除去し、前記拡散層を露出する工程と、前記開口部に残存した前記保護層を保護膜として、露出した前記拡散層を陽極酸化処理する工程と、を有することを特徴とする。
また、請求項４に記載の多孔質構造体の製造方法は、拡散層が形成された半導体基板の陽極酸化処理する領域を囲う溝を形成した後、該溝に保護部を設ける工程と、前記半導体基板の前記拡散層が形成された面の全面に酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜の前記陽極酸化処理する領域以外の領域に複数の接続孔を設け、該接続孔に配線を形成した後、前記陽極酸化処理する領域に前記拡散層の表面が露出するような開口部を設ける工程と、前記開口部を埋めるように前記半導体基板の前記拡散層が形成された面の全面に保護層を堆積する工程と、前記開口部の外周縁部に前記保護層が残存するように前記開口部の前記保護層を除去し、前記拡散層を露出する工程と、前記開口部に残存した前記保護層を保護膜として、露出した前記拡散層を陽極酸化処理する工程と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、陽極酸化処理に用いる薬液により、半導体基板と保護膜との剥離を抑制する多孔質構造体の製造方法を提供することができる。
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態につき説明する。なお、図面には、この発明が理解できる程度に各構成部位の形状、大きさ及び配置関係が概略的に示されているにすぎず、これによりこの発明が特に限定されるものではない。
＜多孔質構造体の製造方法＞
〔第１の実施形態〕
図１及び図２は、本発明の多孔質構造体の製造方法における第１の実施形態の製造工程断面図である。図３及び図４は、本発明の多孔質構造体の製造方法における第１の実施形態の製造工程上面図であり、図１、図２の工程に対応するものである。
〔第１の実施形態〕
図１及び図２は、本発明の多孔質構造体の製造方法における第１の実施形態の製造工程断面図である。図３及び図４は、本発明の多孔質構造体の製造方法における第１の実施形態の製造工程上面図であり、図１、図２の工程に対応するものである。
［拡散層が形成された半導体基板に酸化膜を形成する工程〕
まず、図１（Ａ）、図３（Ａ）のように、半導体基板１０の所定の領域に、公知のインプラ工程によりあらかじめＢやＰ等をドープした拡散層１２が表層領域に形成された半導体基板１０を準備する。
そして、半導体基板１０に、例えばＳｉＯ２等からなる所定の膜厚の酸化膜１４を熱酸化、スピンコート等により形成する。
まず、図１（Ａ）、図３（Ａ）のように、半導体基板１０の所定の領域に、公知のインプラ工程によりあらかじめＢやＰ等をドープした拡散層１２が表層領域に形成された半導体基板１０を準備する。
そして、半導体基板１０に、例えばＳｉＯ２等からなる所定の膜厚の酸化膜１４を熱酸化、スピンコート等により形成する。
［前記酸化膜の所定の位置に複数の接続孔を設け、該接続孔に配線を形成した後、該配線で挟まれた領域に前記拡散層の表面が露出するような開口部を設ける工程］
次いで、図１（Ｂ）、図３（Ｂ）のように、酸化膜１４の所定の位置に、公知のリソグラフィー、及びエッチング技術により、接続孔１６を形成する。この接続孔１６の位置は、後述する陽極酸化処理する領域の周囲に形成されるものである。これは、陽極酸化装置の電極と接続させるための配線を形成するためである。
そして、図１（Ｃ）、図３（Ｃ）のように、接続孔１６及び酸化膜１４の接続孔近傍領域に、例えばスパッタ法によりＴｉＮ及びＴｉの積層構造であるバリアメタル層２０を堆積させる。バリアメタル層２０は、後述する配線を構成する材料の拡散層１２への拡散を抑制するための機能を有する。また、前述のようにＴｉ層上にＴｉＮ層を形成すると、Ｔｉの酸化を抑制することができる。
その後、拡散層１２と後述する配線とを導通させるため、例えば、Ｎ２、Ａｒ等の不活性雰囲気中、８００℃で３０秒程度の短時間熱処理にて、バリアメタル層２０と拡散層１２との界面に、チタンシリサイド（例えば、ＴｉＳｉ２）からなるシリサイド層１８を形成する。
続いて、例えばＡｌ、Ｃｕ等の金属層（不図示）をスパッタ法にて堆積した後、公知のリソグラフィー、及びエッチング技術により、配線２２を形成する。
そして、図１（Ｄ）、図３（Ｄ）のように、配線２２で挟まれた領域に開口部２４を設け、拡散層１２の表面を露出させる。この領域は、後述する陽極酸化される領域となる。
次いで、図１（Ｂ）、図３（Ｂ）のように、酸化膜１４の所定の位置に、公知のリソグラフィー、及びエッチング技術により、接続孔１６を形成する。この接続孔１６の位置は、後述する陽極酸化処理する領域の周囲に形成されるものである。これは、陽極酸化装置の電極と接続させるための配線を形成するためである。
そして、図１（Ｃ）、図３（Ｃ）のように、接続孔１６及び酸化膜１４の接続孔近傍領域に、例えばスパッタ法によりＴｉＮ及びＴｉの積層構造であるバリアメタル層２０を堆積させる。バリアメタル層２０は、後述する配線を構成する材料の拡散層１２への拡散を抑制するための機能を有する。また、前述のようにＴｉ層上にＴｉＮ層を形成すると、Ｔｉの酸化を抑制することができる。
その後、拡散層１２と後述する配線とを導通させるため、例えば、Ｎ２、Ａｒ等の不活性雰囲気中、８００℃で３０秒程度の短時間熱処理にて、バリアメタル層２０と拡散層１２との界面に、チタンシリサイド（例えば、ＴｉＳｉ２）からなるシリサイド層１８を形成する。
続いて、例えばＡｌ、Ｃｕ等の金属層（不図示）をスパッタ法にて堆積した後、公知のリソグラフィー、及びエッチング技術により、配線２２を形成する。
そして、図１（Ｄ）、図３（Ｄ）のように、配線２２で挟まれた領域に開口部２４を設け、拡散層１２の表面を露出させる。この領域は、後述する陽極酸化される領域となる。
［前記開口部の外周縁部に溝を形成し、該溝を埋め込むように前記半導体基板の前記拡散層が形成された面の全面に保護層を堆積する工程］
その後、図２（Ｅ）、図４（Ｅ）のように、開口部２４の外周縁部が露出するようなマスク（不図示）を開口部２４に形成する。マスクとしてはレジストを用いる。
そして、加工ガスにはＨＢｒ／Ｏ２混合ガスを用い、圧力５ｍＴｏｒｒ、ガス流量を１００／１ｓｃｃｍとしてドライエッチングを行い、拡散層１２に溝２６を形成する。その後、マスク（不図示）をエッチング除去する。
溝２６の深さは、拡散層１２と酸化膜１４との界面が後述する保護膜で覆われるような深さであれば特に限定されない。
その後、図２（Ｅ）、図４（Ｅ）のように、開口部２４の外周縁部が露出するようなマスク（不図示）を開口部２４に形成する。マスクとしてはレジストを用いる。
そして、加工ガスにはＨＢｒ／Ｏ２混合ガスを用い、圧力５ｍＴｏｒｒ、ガス流量を１００／１ｓｃｃｍとしてドライエッチングを行い、拡散層１２に溝２６を形成する。その後、マスク（不図示）をエッチング除去する。
溝２６の深さは、拡散層１２と酸化膜１４との界面が後述する保護膜で覆われるような深さであれば特に限定されない。
次に、図２（Ｆ）、図４（Ｆ）のように、溝２６を埋め込むように、半導体基板１０の拡散層１２が形成された面の全面に、例えば保護層２８を形成する。この保護層２８は、配線２２や、拡散層１２と酸化膜１４との界面が後述する陽極酸化処理の際に用いる薬液に晒されないようにする機能を有する。
このように、保護層２８の膜厚は、後述する陽極酸化処理に用いる薬液から配線２２等を保護することができるのであれば特に限定されることはない。
このように、保護層２８の膜厚は、後述する陽極酸化処理に用いる薬液から配線２２等を保護することができるのであれば特に限定されることはない。
保護層２８の材質としては、ＳｉＣが好ましい。ＳｉＣは、プラズマＣＶＤ等により形成することが可能であり、配線の材質として用いるＣｕやＡｌの融点以下の温度で形成できることによる。
［前記開口部の外周縁部に前記保護層が残存するように前記開口部の前記保護層を除去し、前記拡散層を露出する工程］
図２（Ｇ）、図４（Ｇ）のように、前述の開口部２４の外周縁部に保護層２８が残存するように、開口部２４に堆積された保護層２８を、公知のリソグラフィー、及びエッチング技術で除去することにより、保護膜３２を形成する。そして、拡散層１２の表面が露出し、陽極酸化用開口部３０を形成する。
保護膜３２は、拡散層１２と酸化膜１４との界面を覆っているため、当該界面が後述する陽極酸化処理に用いる薬液に晒されることがない。拡散層１２と酸化膜１４との界面は、異種材料が接している面であるため密着性が比較的弱い。従って、本発明にように保護膜３２で当該界面を覆うことにより、薬液が界面から染み込み当該界面を基点として拡散層１２と酸化膜１４とが剥離することを抑制することができる。
保護膜３２の膜厚は、前述のように、拡散層１２や酸化膜１４との界面や、配線２２を陽極酸化処理に用いる薬液から保護することができる程度の膜厚が最低限必要である。
図２（Ｇ）、図４（Ｇ）のように、前述の開口部２４の外周縁部に保護層２８が残存するように、開口部２４に堆積された保護層２８を、公知のリソグラフィー、及びエッチング技術で除去することにより、保護膜３２を形成する。そして、拡散層１２の表面が露出し、陽極酸化用開口部３０を形成する。
保護膜３２は、拡散層１２と酸化膜１４との界面を覆っているため、当該界面が後述する陽極酸化処理に用いる薬液に晒されることがない。拡散層１２と酸化膜１４との界面は、異種材料が接している面であるため密着性が比較的弱い。従って、本発明にように保護膜３２で当該界面を覆うことにより、薬液が界面から染み込み当該界面を基点として拡散層１２と酸化膜１４とが剥離することを抑制することができる。
保護膜３２の膜厚は、前述のように、拡散層１２や酸化膜１４との界面や、配線２２を陽極酸化処理に用いる薬液から保護することができる程度の膜厚が最低限必要である。
［前記開口部に残存した前記保護層を保護膜として、露出した前記拡散層を陽極酸化処理する工程］
最後に、図２（Ｈ）、図４（Ｈ）のように、沸酸（ＨＦ）を含む薬液中で陽極酸化処理を行うことにより、半導体基板１０に形成された拡散層１２の陽極酸化部３４に、ナノサイズの孔３６を形成する。
陽極酸化処理は、図５に示すような陽極酸化装置２００により処理することができる。図２のように、図２（Ｇ）、図４（Ｇ）の状態の半導体基板１０を準備し、テフロン（登録商標）セル４４及びＯリング４２を容器壁としてＨＦ等の薬液４６を投入する。そして、前述のように形成した配線２２と電極４０とを接続し、半導体基板１０の対向電極４８を薬液４６中の半導体基板１０の対向する箇所に配置する。
最後に、図２（Ｈ）、図４（Ｈ）のように、沸酸（ＨＦ）を含む薬液中で陽極酸化処理を行うことにより、半導体基板１０に形成された拡散層１２の陽極酸化部３４に、ナノサイズの孔３６を形成する。
陽極酸化処理は、図５に示すような陽極酸化装置２００により処理することができる。図２のように、図２（Ｇ）、図４（Ｇ）の状態の半導体基板１０を準備し、テフロン（登録商標）セル４４及びＯリング４２を容器壁としてＨＦ等の薬液４６を投入する。そして、前述のように形成した配線２２と電極４０とを接続し、半導体基板１０の対向電極４８を薬液４６中の半導体基板１０の対向する箇所に配置する。
その後、半導体基板１０を陽極として、半導体基板１０に形成した拡散層１２の所定の位置を酸化、及び薬液による酸化された箇所の除去により図２（Ｈ）、図４（Ｈ）のように孔３６を形成する。この陽極酸化処理において、図５の半導体基板１０及び対向電極４８を挟むような位置に磁石を配置し、２Ｔ程度の磁場中にて陽極酸化処理することが好ましい。磁場中にて陽極酸化処理を行うと、径が小さく深堀の孔を形成することができる。
この孔３６は、拡散層１２を貫通するような深さであってもよく、貫通しない程度の深さであってもよい。また、孔３６の密度、すなわち多孔度は、陽極酸化処理の条件により適宜調整することができる。具体的には、陽極酸化処理に用いる沸酸の濃度を低くし、電流密度を大きくすることで多孔度を向上させることができる。
ただし、前述の濃度や密度を極端に低くしたり大きくしたりすると、電解研磨をするような条件となりナノサイズの孔が形成されないため、処理条件を適宜調整する必要がある。この孔３６は、後述する赤外線検出素子の梁に形成されると、赤外線検出素子の小型化や梁構造の簡略化による歩留まり向上等の効果を奏することが期待されるが、これについては後述する。
ただし、前述の濃度や密度を極端に低くしたり大きくしたりすると、電解研磨をするような条件となりナノサイズの孔が形成されないため、処理条件を適宜調整する必要がある。この孔３６は、後述する赤外線検出素子の梁に形成されると、赤外線検出素子の小型化や梁構造の簡略化による歩留まり向上等の効果を奏することが期待されるが、これについては後述する。
また、本発明では、前述のように、陽極酸化処理により孔３６を形成した後、超臨界流体により孔３６を洗浄することが好ましい。
前述のように、多孔度を向上させると孔が形成されている壁が薄くなり、陽極酸化部３４の骨格構造が脆化するため、陽極酸化処理の際に用いる薬液の表面張力により孔が破壊されてしまう。すなわち、薬液中で形成された孔が薬液外で薬液を除去する際に多孔度が低下してしまう。従って、多孔度を維持するため、超臨界流体を用いて孔３６を洗浄し、薬液を乾燥、除去することにより多孔度を維持することができる。
前述のように、多孔度を向上させると孔が形成されている壁が薄くなり、陽極酸化部３４の骨格構造が脆化するため、陽極酸化処理の際に用いる薬液の表面張力により孔が破壊されてしまう。すなわち、薬液中で形成された孔が薬液外で薬液を除去する際に多孔度が低下してしまう。従って、多孔度を維持するため、超臨界流体を用いて孔３６を洗浄し、薬液を乾燥、除去することにより多孔度を維持することができる。
ここで、超臨界流体とは、図６に示すように、臨界圧力Ｐｃ以上かつ臨界温度Ｔｃ以上（同図網掛け部分）で得られる物質の状態をいう。この超臨界流体は、液体と気体の中間的性質を有するため、精密な不純物除去や洗浄に適しているといえる。すなわち、超臨界流体は、液体に近い密度を持ち溶解性が高いため、薬液の除去や洗浄に有効であり、気体のように拡散性が優れるため、短時間に均一な薬液の除去や洗浄が可能であり、気体のように粘度が低いため、微細な部分の洗浄に適しているのである。
この超臨界流体に変化させる物質には、二酸化炭素、３フッ化メタン、エタン、プロパン、ブタン、ベンゼン、メチルエーテル、クロロホルム、水、アンモニア、エタノール、窒素酸化物等が挙げられる。主に二酸化炭素は、臨界圧力Ｐｃが７．４ＭＰａ、臨界温度Ｔｃが約３１℃であり、実用的な臨界点を有し、安価及び無毒である点で好ましい。
なお、一般的に図６において、臨界点手前の領域にある亜臨界流体を用いてもよい。この領域の流体は、超臨界流体とは区別される場合があるが、密度等の物理的性質は連続的に変化するため、物理的な境界は存在しなく、亜臨界流体として使用される場合もある。亜臨界あるいは広義には臨界点近傍の超臨界領域に存在するものは高密度液化ガスとも称する。
この超臨界流体に変化させる物質には、二酸化炭素、３フッ化メタン、エタン、プロパン、ブタン、ベンゼン、メチルエーテル、クロロホルム、水、アンモニア、エタノール、窒素酸化物等が挙げられる。主に二酸化炭素は、臨界圧力Ｐｃが７．４ＭＰａ、臨界温度Ｔｃが約３１℃であり、実用的な臨界点を有し、安価及び無毒である点で好ましい。
なお、一般的に図６において、臨界点手前の領域にある亜臨界流体を用いてもよい。この領域の流体は、超臨界流体とは区別される場合があるが、密度等の物理的性質は連続的に変化するため、物理的な境界は存在しなく、亜臨界流体として使用される場合もある。亜臨界あるいは広義には臨界点近傍の超臨界領域に存在するものは高密度液化ガスとも称する。
〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態における多孔質構造体の製造方法は、第１の実施形態における多孔質構造体の製造方法において、酸化膜を形成する前に、拡散層に保護部を形成する点が相違する。
第２の実施形態における多孔質構造体の製造方法を、図７、及び図８に沿って説明する。尚、第１の実施形態と同様の工程については説明を省略する。
本発明の第２の実施形態における多孔質構造体の製造方法は、第１の実施形態における多孔質構造体の製造方法において、酸化膜を形成する前に、拡散層に保護部を形成する点が相違する。
第２の実施形態における多孔質構造体の製造方法を、図７、及び図８に沿って説明する。尚、第１の実施形態と同様の工程については説明を省略する。
［拡散層が形成された半導体基板の陽極酸化処理する領域を囲う溝を形成した後、該溝に保護部を設ける工程］
まず、図７（Ａ）のように、半導体基板５０に拡散層５２を準備する。そして、図７（Ｂ）のように、後述する陽極酸化処理する領域（以下、適宜「陽極酸化部」と称する）７４を囲う溝５１を形成する。溝５１の形成方法、溝５１の幅、及び拡散層５２は、前述の第１の実施形態と同様である。
そして、図７（Ｃ）のように、溝５１を埋めるように半導体基板５０の全面に保護層（不図示）を形成した後、溝以外の箇所に堆積した保護層（不図示）をエッチング除去して保護部５３を形成する。この保護部５３は、後述する保護層と同一の材質であることが好ましい。材質が異なると、保護部５３と後述する保護層との界面の密着性に劣り、陽極酸化処理に用いる薬液が当該界面から進入する場合があるためである。保護部５３の材質は、前述の第１の実施形態と同様である。
まず、図７（Ａ）のように、半導体基板５０に拡散層５２を準備する。そして、図７（Ｂ）のように、後述する陽極酸化処理する領域（以下、適宜「陽極酸化部」と称する）７４を囲う溝５１を形成する。溝５１の形成方法、溝５１の幅、及び拡散層５２は、前述の第１の実施形態と同様である。
そして、図７（Ｃ）のように、溝５１を埋めるように半導体基板５０の全面に保護層（不図示）を形成した後、溝以外の箇所に堆積した保護層（不図示）をエッチング除去して保護部５３を形成する。この保護部５３は、後述する保護層と同一の材質であることが好ましい。材質が異なると、保護部５３と後述する保護層との界面の密着性に劣り、陽極酸化処理に用いる薬液が当該界面から進入する場合があるためである。保護部５３の材質は、前述の第１の実施形態と同様である。
［前記半導体基板の前記拡散層が形成された面の全面に酸化膜を形成する工程］
次いで、図７（Ｄ）のように、半導体基板５０の拡散層５２が形成された面の全面に酸化膜５４を形成する。酸化膜５４は、第１の実施形態と同様である。
次いで、図７（Ｄ）のように、半導体基板５０の拡散層５２が形成された面の全面に酸化膜５４を形成する。酸化膜５４は、第１の実施形態と同様である。
［前記酸化膜の前記陽極酸化処理する領域以外の領域に複数の接続孔を設け、該接続孔に配線を形成した後、前記陽極酸化処理する領域に前記拡散層の表面が露出するような開口部を設ける工程］
そして、図７（Ｅ）のように、酸化膜５４の陽極酸化部７４以外の領域に複数の接続孔を設け、該接続孔にシリサイド層５８、バリアメタル層６０、配線６２を形成する。シリサイド層５８、バリアメタル層６０、及び配線６２の形成方法や材質は、前述の第１の実施形態と同様である。
そして、図７（Ｅ）のように、酸化膜５４の陽極酸化部７４以外の領域に複数の接続孔を設け、該接続孔にシリサイド層５８、バリアメタル層６０、配線６２を形成する。シリサイド層５８、バリアメタル層６０、及び配線６２の形成方法や材質は、前述の第１の実施形態と同様である。
その後、図７（Ｆ）のように、陽極酸化部７４と保護部５３の一部が露出するように、開口部６４を形成する。開口部６４の内壁を構成する酸化膜５４と保護部５３の陽極酸化部７４側の面との幅ｘは、後述する保護膜の膜厚に相当するため、陽極酸化処理に用いる薬液に耐えうる幅であれば特に限定されない。
前記幅ｘと保護部５３の幅ｙとの関係は、ｘ／ｙ＜１であることが好ましい。この関係を満たす構造は、図７（Ｆ）のような構造である。すなわち、酸化膜５４が保護部５３の表面の一部を覆うような構造である。後述する図８（Ｈ）のように、保護部５３上のエッチング加工された保護膜７２は同一材料で界面を形成するため、陽極酸化処理で用いる薬液が保護部５３と保護膜７２との界面に侵入し、酸化膜５４、および拡散層５２に達するのを極力低減することができる。
前記幅ｘと保護部５３の幅ｙとの関係は、ｘ／ｙ＜１であることが好ましい。この関係を満たす構造は、図７（Ｆ）のような構造である。すなわち、酸化膜５４が保護部５３の表面の一部を覆うような構造である。後述する図８（Ｈ）のように、保護部５３上のエッチング加工された保護膜７２は同一材料で界面を形成するため、陽極酸化処理で用いる薬液が保護部５３と保護膜７２との界面に侵入し、酸化膜５４、および拡散層５２に達するのを極力低減することができる。
［前記開口部を埋めるように前記半導体基板の前記拡散層が形成された面の全面に保護層を堆積する工程］
［前記開口部の外周縁部に前記保護層が残存するように前記開口部の前記保護層を除去し、前記拡散層を露出する工程］
［前記開口部に残存した前記保護層を保護膜として、露出した前記拡散層を陽極酸化処理する工程］
これらの工程は、第１の実施形態と同様の工程で製造することができるため、説明を割愛する。
［前記開口部の外周縁部に前記保護層が残存するように前記開口部の前記保護層を除去し、前記拡散層を露出する工程］
［前記開口部に残存した前記保護層を保護膜として、露出した前記拡散層を陽極酸化処理する工程］
これらの工程は、第１の実施形態と同様の工程で製造することができるため、説明を割愛する。
このように、本発明の多孔質構造体の製造方法は、半導体基板に形成された酸化膜と半導体基板とが陽極酸化処理においても剥離することがなく、半導体基板に多数の孔が設けられた多孔質構造体を製造することができる。
このような多孔質構造体は、波長変換素子、和差周波発生素子、ＯＰＡ素子等のフォトニック結晶デバイスや、アクチュエータ、超音波音源、スピーカー音源等の音波発生装置等、種々のデバイスに利用されているが、特に赤外線検出素子に用いることもできる。以下に、本発明の多孔質構造体を有する赤外線検出素子について詳述する。
このような多孔質構造体は、波長変換素子、和差周波発生素子、ＯＰＡ素子等のフォトニック結晶デバイスや、アクチュエータ、超音波音源、スピーカー音源等の音波発生装置等、種々のデバイスに利用されているが、特に赤外線検出素子に用いることもできる。以下に、本発明の多孔質構造体を有する赤外線検出素子について詳述する。
＜赤外線検出素子＞
図９（Ａ）は、赤外線検出素子の上面ＳＥＭ写真であり、図９（Ｂ）は図９（Ａ）におけるＡ領域の拡大斜視ＳＥＭ写真であり、図９（Ｃ）は図９（Ｂ）におけるＢ領域の拡大ＳＥＭ写真である。
図９（Ａ）は、赤外線検出素子の上面ＳＥＭ写真であり、図９（Ｂ）は図９（Ａ）におけるＡ領域の拡大斜視ＳＥＭ写真であり、図９（Ｃ）は図９（Ｂ）におけるＢ領域の拡大ＳＥＭ写真である。
図９（Ａ）の赤外線検出素子４００は、赤外線受光部８０が梁８２を介して基板８４と接続されており、ＰＮダイオードで熱検知する方式を採用している。この熱起電力方式の赤外線検出素子４００は、赤外線受光部８０の裏面に空洞が設けられており、基板８４と赤外線受光部８０とは直接接することがない。従って、赤外線受光部８０は大気により断熱されているため、赤外線受光部８０で検出した赤外線により発生した熱を効率よく検知することができる。
熱起電力方式の赤外線検出素子４００は、更なる検出感度の向上の観点から、梁を細く且つ長くすることにより、赤外線受光部８０で発生した熱の放出を抑制している。本発明の製造方法で製造した多孔質構造体は、この梁に用いることで熱の放出を更に抑制することができる。すなわち、梁に多数の孔が形成されていることにより、梁の伝熱性を抑制することが可能となる。
ここで、多数の孔を形成することにより梁の導電率が低下し、赤外線受光部で検出した情報が外部に送信され難くなる懸念がある。しかしながら、ナノサイズの孔の特異物性により、導電率の低下を抑制することが期待できる。
ここで、多数の孔を形成することにより梁の導電率が低下し、赤外線受光部で検出した情報が外部に送信され難くなる懸念がある。しかしながら、ナノサイズの孔の特異物性により、導電率の低下を抑制することが期待できる。
梁の具体的な構造は、図９（Ｂ）のように多孔質構造となっており、これらの孔は図９（Ｃ）の９４のように、梁に配列されている。これらの多数の孔が赤外線受光部８０で発生する熱の放出を抑制し、尚且つ赤外線受光部８０での情報の伝達を損なうことがない。
このような構造の梁を用いた赤外線検出素子は、梁の熱伝導が低く抑えられており、梁を長くする必要がないため、梁を設けるスペースを省くことができる。従って、赤外線検出素子の小型化が期待できる。また、梁の形状を簡略化することができるため、歩留まりの向上が期待できる。
１０、５０ 半導体基板
１２、５２ 拡散層
１４、５４ 酸化膜
１６ 接続孔
１８、５８ シリサイド層
２０、６０ バリアメタル層
２２、６２ 配線
２４、６４ 開口部
２６、５１ 溝
２８、６８ 保護層
３０、７０ 陽極酸化用開口部
３２、７２ 保護膜
３４、７４ 陽極酸化部
３６、７６ 孔
４０ 電極
４２ Ｏリング
４４ テフロン（登録商標）セル
４６ 薬液
４８ 対向電極
５３ 保護部
１００、３００ 多孔質構造体
２００ 陽極酸化装置
４００ 赤外線検出素子
１２、５２ 拡散層
１４、５４ 酸化膜
１６ 接続孔
１８、５８ シリサイド層
２０、６０ バリアメタル層
２２、６２ 配線
２４、６４ 開口部
２６、５１ 溝
２８、６８ 保護層
３０、７０ 陽極酸化用開口部
３２、７２ 保護膜
３４、７４ 陽極酸化部
３６、７６ 孔
４０ 電極
４２ Ｏリング
４４ テフロン（登録商標）セル
４６ 薬液
４８ 対向電極
５３ 保護部
１００、３００ 多孔質構造体
２００ 陽極酸化装置
４００ 赤外線検出素子
Claims (6)
- 拡散層が形成された半導体基板に酸化膜を形成する工程と、
前記酸化膜の所定の位置に複数の接続孔を設け、該接続孔に配線を形成した後、該配線で挟まれた領域に前記拡散層の表面が露出するような開口部を設ける工程と、
前記開口部の外周縁部に溝を形成し、該溝を埋め込むように前記半導体基板の前記拡散層が形成された面の全面に保護層を堆積する工程と、
前記開口部の外周縁部に前記保護層が残存するように前記開口部の前記保護層を除去し、前記拡散層を露出する工程と、
前記開口部に残存した前記保護層を保護膜として、露出した前記拡散層を陽極酸化処理する工程と、
を有することを特徴とする多孔質構造体の製造方法。 - 前記保護膜がＳｉＣであることを特徴とする請求項１に記載の多孔質構造体の製造方法。
- 前記陽極酸化処理の後に超臨界流体にて陽極酸化処理された部分を洗浄する工程を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の多孔質構造体の製造方法。
- 拡散層が形成された半導体基板の陽極酸化処理する領域を囲う溝を形成した後、該溝に保護部を設ける工程と、
前記半導体基板の前記拡散層が形成された面の全面に酸化膜を形成する工程と、
前記酸化膜の前記陽極酸化処理する領域以外の領域に複数の接続孔を設け、該接続孔に配線を形成した後、前記陽極酸化処理する領域に前記拡散層の表面が露出するような開口部を設ける工程と、
前記開口部を埋めるように前記半導体基板の前記拡散層が形成された面の全面に保護層を堆積する工程と、
前記開口部の外周縁部に前記保護層が残存するように前記開口部の前記保護層を除去し、前記拡散層を露出する工程と、
前記開口部に残存した前記保護層を保護膜として、露出した前記拡散層を陽極酸化処理する工程と、
を有することを特徴とする多孔質構造体の製造方法。 - 前記保護膜がＳｉＣであることを特徴とする請求項４に記載の多孔質構造体の製造方法。
- 前記陽極酸化処理の後に超臨界流体にて洗浄する工程を有することを特徴とする請求項４又は５に記載の多孔質構造体の製造方法。
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