具体实施方式
(第一实施例)
该实施例的红外线传感器1是红外线图像传感器(红外线阵列传感器)。如图1和图2所示,红外线传感器1包括用作底座的基底(底基板)10、以及以阵列(在所示实例中,二维阵列)方式在基底10的第一表面(在图1B中,上表面)上布置的多个单元(像素)2。单元2包括热类型红外线检测元件3以及限定为用于像素选择的开关元件的MOS晶体管4,热类型红外线检测元件3包括红外线吸收构件33和温度检测构件30。
在该实施例中,在单个基底10的第一表面上形成m乘n(在所示实例中,4乘4)个像素2。像素2的数量、布置或二者不限于该实施例。此外,在图2B中,温度检测构件30的等效电路被作为电源示出。
红外线传感器1包括多个垂直读出线7、多个水平信号线6、多个地线8、公共地线9、多个基准偏置线5、以及公共基准偏置线5a。垂直读出线7中的每一个经由对应MOS晶体管4连接到一行中的多个红外线检测元件3的温度检测构件30的第一端。水平信号线6中的每一个连接到与一列中的红外线检测元件3的温度检测构件30对应的MOS晶体管4的栅极电极46。地线8中的每一个连接到一行中的MOS晶体管4的p型阱区域41。公共地线9连接到地线8中的每一个。基准偏置线5中的每一个连接到一行中的多个红外线检测元件3的温度检测构件30的第二端。公共基准偏置线5a连接到基准偏置线5中的每一个。
根据红外线传感器1,能够读出来自所有红外线检测元件3的温度检测构件30的输出的时间序列数据。此外,在红外线传感器1中,在基底10的第一表面上形成多个像素2。像素2中的每一个包括红外线检测元件3和MOS晶体管4,MOS晶体管4与对应红外线检测元件3并置,并且被配置为读出同一红外线检测元件3的输出。MOS晶体管4的栅极电极46连接到水平信号线6,源极电极48经由温度检测构件30连接到基准偏置线5,漏极电极47连接到垂直读出线7。
此外,红外线传感器1包括多个像素选择盘Vsel、多个输出盘Vout、地盘Gnd、基准偏置盘Vref、以及基板盘Vdd。水平信号线6分别电连接到像素选择盘Vsel。垂直读出线7分别电连接到输出盘Vout。公共地线9电连接到地盘Gnd。公共基准偏置线5a电连接到基准偏置盘Vref。衬底盘Vdd电连接到硅衬底1a。
根据红外线传感器1,通过控制像素选择盘Vsel的电势依次使MOS晶体管4导通,能够依次读出来自像素2的输出电压。例如,当在将1.65V、0V和5V的电势分别施加到基准偏置盘Vref、地盘Gnd和衬底盘Vdd的同时将5V的电势施加到像素选择盘Vsel时,使MOS晶体管4导通。结果,输出盘Vout输出像素2的输出电压(1.65V+温度检测构件30的输出电压)。简而言之,可以读出温度检测构件30的输出电压。与之对照,当将像素选择盘Vsel的电势设置为0V时,关断MOS晶体管4。因此,输出盘Vout不输出像素2的输出电压。
红外线传感器1用于图3所示的红外线传感器模块。红外线传感器模块包括红外线传感器1、被配置为处理红外线传感器1的输出信号(输出电压)的信号处理设备(信号处理IC芯片)B、以及上面安装了红外线传感器1和信号处理设备B的封装C。
如图4所示,信号处理设备B包括多个(在所示实例中,四个)输入盘Vin。分别通过使用作为接合线的线80将输入盘Vin电连接到多个(在所示实例中,四个)输出盘Vout。此外,信号处理设备B包括被配置为放大来自输入盘Vin的输出电压的放大器电路AMP、以及被配置为将来自输入盘Vin的输出电压有选择地输入到放大器电路AMP的复用器MUX。此外,信号处理设备包括被配置为放大来自输入盘的输出电压的放大器电路、以及被配置为将来自输入盘的输出电压有选择地提供给放大器电路的复用器。通过使用信号处理设备B,可以生成红外线图像。
封装C形成为矩形框形状,并且在其表面中被提供有开孔。红外线传感器1和信号处理设备B安装(安置)在封装C的内下表面上。封装盖(未示出)附连到封装C,以覆盖开孔。封装盖被提供有把红外线汇聚到红外线检测元件3的红外线吸收构件33的透镜。
在前述红外线传感器模块中,红外线传感器1的基底10形成为具有矩形外部外围。被配置为从温度检测构件3读出输出信号的所有输出盘Vouf被布置在基底10的外部外围的第一侧的端部分上沿着第一侧成直线。信号处理设备B形成为具有矩形外部外围。分别连接到红外线传感器1的输出盘Vout的所有输入盘Vin被布置在信号处理设备B的外部外围的第二侧的端部分上沿着第二侧成直线。在封装C上安装红外线传感器1,从而信号处理设备B的第二侧比信号处理设备B的任何其它侧更靠近基底10的第一侧。因此,可以缩短将红外线传感器1的输出盘Vout分别连接到信号处理设备B的输入盘Vin的线80。因此,可以减少由外部噪声产生的影响,并且因此可以改进噪声电阻。
对于红外线传感器1的结构进行以下说明。
基底10由硅衬底1a制成。例如,硅衬底1a是其中传导类型是n型并且主表面(在图1B中,上表面)是(100)表面的多晶硅。此外,硅衬底1a在其与红外线吸收构件33对应的部分中具有用于热绝缘的腔体11。腔体11具有矩形内部外围。
硅衬底1a的主表面包括区域A1以及区域A2,每个区域A1都用于形成像素2的红外线检测元件3,每个区域A2都用于形成像素2的MOS晶体管4。
红外线检测器3被包括红外线吸收构件33的薄膜结构300限定。红外线吸收构件33形成在由硅衬底1a制成的第一表面上,并且空间上与基底10分离地放置。此外,薄膜结构300包括将基底10连接到红外线吸收构件33的支撑构件(桥)310。支撑构件310包括第一连接件311和第二连接件312。第一连接件311形成为U形,并且使得其两个脚连接到红外线吸收构件33。第一连接件311沿着红外线吸收构件33的外部外围布置。第二连接件312从第一连接件311的中心部分的中心延伸到与红外线吸收构件33相对的侧,并且连接到基底10。此外,支撑构件310包括分别连接到红外线吸收构件33和基底10的连接部分、以及通过使用两个缝隙13在空间上与红外线吸收构件33和基底10皆分离的其余部分。例如,缝隙13中的每一个具有范围大约0.2μm至大约5μm的宽度。如上所述,支撑构件310仅在两个点连接到红外线吸收构件33,并且仅在一个点连接到基底10。由于支撑构件310仅在一个点连接到基底10,因此即使外部应力、热应力等使得基底10变形,也可以防止薄膜结构300的变形。相应地,可以减少由外部应力、热应力等引起的红外线传感器的灵敏度的改变,因此可以改进精度。此外,基底10具有包围薄膜结构的矩形框形部分。
薄膜结构300是通过对包括二氧化硅膜1b、氮化硅膜32、温度检测构件30、层间介电膜50和钝化膜60的层叠结构进行图案化形成的。在硅衬底1a的主表面上形成二氧化硅膜1b。在二氧化硅膜1b上形成氮化硅膜32。在氮化硅膜32上形成温度检测构件30。层间介电膜50以在氮化硅膜32上形成的BPSG(硼磷硅玻璃)膜制成以覆盖温度检测构件30。在该实施例中,层间介电膜50具有0.8μm
的膜厚度。钝化膜60是包括在层间介电膜50上形成的PSG以及在PSG膜上形成的NSG膜的层叠膜。在该实施例中,PSG膜具有
的膜厚度,NSG膜具有
的膜厚度。因此,钝化膜60具有1μm的膜厚度。此外,钝化膜60不限于PSG膜和NSG膜的层叠膜,而是可以是例如氮化硅膜。
在区域A1和区域A2上形成层间介电膜50和钝化膜60的层叠膜。该层叠膜具有在区域A1上形成并且用作红外线吸收膜70的部分。该红外线吸收膜70具有λ/4n2的厚度,其中,λ表示要由红外线检测元件3检测的红外线的中心波长,n2表示红外线吸收膜70的反射率。通过这种布置,可以增强红外线吸收膜70对于具有检测目标波长(例如8至12μm)的红外线的吸收效效率,因此可以改进灵敏度。例如,当n2是1.4并且λ是10μm时,t2是大约1.8μm。此外,红外线吸收膜70可以由氮化硅膜制成。
该实施例的红外线传感器1被配置为在除了薄结构300的支撑构件310之外的部分在氮化硅膜32中实现红外线吸收构件33。基底10包括硅衬底1a、二氧化硅膜1b、氮化硅32、层间介电膜50、以及钝化膜60。因此,钝化膜60具有限定基底10的第一表面的上表面。
温度检测构件30被配置为测量红外线吸收构件33与基底10之间的温度差。温度检测构件30包括限定温度检测元件的热电偶30a。热电偶30a由p型多晶硅层35、n型多晶硅层34和连接层36制成。在红外线吸收构件33和基底10上形成p型硅层35。在红外线吸收构件33和基底10上形成n型硅层34,而不与p型多晶硅层35接触。连接层36在由红外线吸收构件33的与基底10相反的表面限定的红外线入射表面(在图1B中,上表面)上(即在红外线吸收构件33上)将p型多晶硅层35连接到n型多晶硅层34。
更详细地,n型多晶硅层34和p型多晶硅层35在氮化硅32上形成以便位于红外线吸收构件33、支撑构件310和基底10上。连接层36以金属材料(例如Al-Si)制成,并且在红外线吸收构件33的上表面的中心之上电连接n型多晶硅层34的第一端和p型多晶硅层35的第一端。温度检测构件30包括在n型多晶硅层34的第二端上形成的电极38a、以及在p型多晶硅层35的第二端上形成的电极38b。
层间介电膜50使连接层36、电极38a以及电极38b彼此绝缘并且分离。连接层36经由层间介电膜50中形成的接触孔501电连接到n型多晶硅层34的第一端,并且经由层间介电膜50中形成的接触孔502电连接到p型多晶硅层35的第一端。电极38a经由层间介电膜50中形成的接触孔50b电连接到n型多晶硅层34的第二端。电极38b经由层间介电膜50中形成的接触孔50c电连接到p型多晶硅层35的第二端。
保护膜39用于保护红外线吸收构件33并且防止在形成p型多晶硅层35和n型多晶硅层34时红外线吸收构件33的弯曲。保护膜39是在红外线吸收构件33的红外线入射表面上形成以覆盖红外线入射表面的多晶硅层,并且包括p型保护膜(p型保护多晶硅层)39a和n型保护膜(n型保护多晶硅层)39b。p型保护膜39a和n型保护膜39b被布置为彼此不接触。
p型保护膜39a具有与p型多晶硅层35相同种类和相同杂质浓度(例如1018至1020cm-3)的p型杂质(例如硼)。在该实施例中,p型保护膜39a与p型多晶硅层35整体地形成。n型保护膜39b具有与n型多晶硅层34相同种类和相同杂质浓度(例如1018至1020cm-3)的n型杂质(例如磷)。在该实施例中,n型保护膜39b与n型多晶硅层34整体地形成。
如上所述,保护膜39由与p型多晶硅层35整体地形成并且具有1018至1020cm-3的范围中的杂质浓度的p型保护膜39a、以及与n型多晶硅层34整体地形成并且具有1018至1020cm-3的范围中的杂质浓度的n型保护膜39b构成。相应地,可以减少热电偶30a的电阻,因此可以改进红外线传感器的S/N比(信噪比)。
p型多晶硅层具有λ/4n1p的厚度t1p,n型多晶硅层具有λ/4n1n的厚度t1n,其中,n1p表示p型多晶硅层35的反射率,n1n表示n型多晶硅层34的反射率。在该实施例中,n1p等于n1n。因此,p型多晶硅层35的厚度t1p等于n型多晶硅层34的厚度t1n。此外,保护膜39具有等于多晶硅层35的厚度t1p和多晶硅层34的厚度t1n的厚度(p型保护膜39a和n型保护膜39b中的每一个的厚度)。因此,p型多晶硅层35、n型多晶硅层和保护膜39a和39b中的每一个的厚度t1用λ/4n1的公式表示,其中,n1表示p型多晶硅层35、n型多晶硅层34和保护膜39a和39b中的每一个的反射率。用这种布置,可以增强用于具有检测目标波长(例如8至12μm)的红外线的p型多晶硅层35、n型多晶硅层34和保护膜39a和39b中的每一个的吸收效率,因此可以改进灵敏度。例如,当n1是3.6并且λ是10μm时,t1是大约0.69μm。
保护膜39a和39b中的每一个具有1018至1020cm-3的范围的杂质浓度。p型多晶硅层35具有与p型保护膜39a相同种类和相同浓度的杂质。n型多晶硅层34具有与n型保护膜39b相同种类和相同浓度的杂质。多晶硅层34和35中的每一个都具有1018至1020m-3的范围中的杂质浓度。因此,如以上文献2中公开的那样,可以提高用于红外线的吸收,并且可以抑制相同红外线的反射。因此,改进了温度检测构件30的输出的S/N比。此外,p型保护膜39a和p型多晶硅层35可以通过相同工艺形成,n型保护膜39b和n型多晶硅层34可以通过相同工艺形成。因此,可以减少红外线传感器的制造成本。
MOS晶体管4包括p型阱区域41、n+型漏极区域44、n+型源极区域43、p+型沟道停止区域42、栅极绝缘膜45、栅极电极46、漏极电极47、源极电极48、以及地电极49。p型阱区域41形成在硅衬底1a的主表面上。n+型漏极区域44和n+型源极区域43形成在p型阱区域41中,从而彼此分离。p+型沟道停止区域42形成在p型阱区域41中,以包围n+型漏极区域44和n+型源极区域43。栅极绝缘膜45由二氧化硅膜(热氧化的膜)制成。栅极绝缘膜45形成在p型阱区域41的一部分上,以便被放置在n+型漏极区域44与n+型源极区域43之间。栅极电极46由n型多晶硅层制成,并且在栅极绝缘膜45上形成。漏极电极47由金属材料(例如Al-Si)制成,并且在n+型漏极区域44上形成。源极电极48以金属材料(例如Al-Si)制成,并且在n+型源极区域43上形成。漏极电极47经由在层间介电膜50中形成的接触孔50d电连接到n+型漏极区域44。源极电极48经由在层间介电膜50中形成的接触孔50e电连接到n+型源极区域43。层间介电膜50使栅极电极46、漏极电极47和源极电极48彼此绝缘并且分离。地电极49以金属材料(例如Al-Si)制成,并且在p+型沟道停止区域42上形成。地电极49经由在层间介电膜50中形成的接触孔50f电连接到p+型沟道停止区域42。地电极49用于与(给予)n+型漏极区域44和n+型源极区域43的电势相比对p+型沟道停止区域42给出更低的电势,以用于元件的相互隔离(用于将元件彼此隔离)。
在每个像素2中,温度检测构件30的电极38b电连接到MOS晶体管4的源极电极48,温度检测构件30的电极38a通过使用金属线(Al-Si线)59电连接到基准偏置线5。金属线59与基准偏置线5整体地形成。此外,在每一像素2中,MOS晶体管4的漏极电极47电连接到垂直读出线7,栅极电极46电连接到水平信号线6。水平信号线6是与栅极电极46整体地形成的n型多晶硅线。此外,地电极49电连接到公共地线8。
参照图5和图6对用于制造红外线传感器1的方法进行以下简要说明。
首先,执行绝缘层形成步骤。在绝缘层形成步骤中,在硅衬底1a的主表面上形成绝缘层。绝缘层是具有第一预定膜厚度(例如
)的第一二氧化硅膜31和具有第二预定膜厚度(例如
)的氮化硅膜32的层叠膜。二氧化硅膜31是在预定温度(例如1100℃)通过热氧化硅衬底1a的主表面形成的。氮化硅膜32是通过使用LPCVD(低压化学气相沉积)技术形成的。
在绝缘层形成步骤之后,执行绝缘层图案化步骤。在绝缘层图案化步骤中,通过使用光刻技术和蚀刻技术,移除区域A2上形成的绝缘层部分,但留下区域A1上形成的绝缘层部分。因此,获得图5的(a)所示的结构。
在绝缘层图案化步骤之后,执行阱区域形成步骤。在阱区域形成步骤中,在硅衬底1a的主表面中形成p型阱区域41。更详细地,在预定温度通过热氧化硅衬底1a的主表面的暴露区域,在硅衬底1a的主表面的期望区域上形成第二二氧化硅膜(热氧化的膜)51。然后,通过使用光刻技术和蚀刻技术连同用于形成p型阱区域41的掩膜一起对二氧化硅膜51进行图案化。随后,通过p型杂质(例如硼)的离子注入接下来是主扩散(drive-in diffusion)来形成p型阱区域41。
在阱区域形成步骤之后,执行沟道停止区域形成步骤。在沟道停止区域形成步骤中,在p型阱区域41中形成p+型沟道停止区域42。更详细地,在预定温度通过热氧化硅衬底1a的主表面,在硅衬底1a的主表面的期望区域上形成第三二氧化硅膜(热氧化的膜)52。然后,通过使用光刻技术和蚀刻技术连同用于形成p+型沟道停止区域42的掩膜一起对二氧化硅膜52进行图案化。随后,通过p型杂质(例如硼)的离子注入紧接着是主扩散来形成p+型沟道停止区域42。此外,第一二氧化硅膜31、第二二氧化硅膜51和第三二氧化硅膜52构成二氧化硅膜1b。因此,获得图5的(b)所示的结构。
在沟道停止区域形成步骤之后,执行栅极绝缘膜形成步骤。在栅极绝缘膜形成步骤中,通过热氧化来在硅衬底1a的主表面上形成由具有预定膜厚度(例如
)的二氧化硅膜(热氧化的膜)制成的栅极绝缘膜45。
在栅极绝缘膜形成步骤之后,执行多晶硅层形成步骤。在多晶硅层形成步骤中,通过使用LPCVD技术在硅衬底1a的整个主表面上形成具有预定膜厚度(例如0.69μm)的无掺杂的多晶硅层。无掺杂的多晶硅层用作用于形成栅极电极46、水平信号线6(见图1A)、n型多晶硅层34、p型多晶硅层35以及保护膜39a和39b中的每一个的基底。
在多晶硅层形成步骤之后,执行多晶硅层图案化步骤。在多晶硅层图案化步骤中,通过使用光刻技术和蚀刻技术,对无掺杂的多晶硅层进行图案化,以便留下与栅极电极46、水平信号线6、n型多晶硅层34、p型多晶硅层35以及保护膜39a和39b中的每一个分别对应的部分。
在多晶硅层图案化步骤之后,执行p型多晶硅层形成步骤。p型多晶硅层形成步骤被限定为对与p型多晶硅层35和p型保护膜39a分别对应的无掺杂多晶硅层的部分执行p型杂质的离子注入,接下来是驱动扩散,由此形成p型多晶硅层35和p型保护膜39a。
在p型多晶硅层形成步骤之后,执行n型多晶硅层形成步骤。n型多晶硅层形成步骤被限定为对与n型多晶硅层34、n型保护膜39b、栅极电极46和水平信号线6分别对应的无掺杂多晶硅层的部分执行n型杂质(例如磷)的离子注入,接下来是驱动扩散,由此形成n型多晶硅层34、n型保护膜39b、栅极电极46和水平信号线6。因此,获得图5的(c)所示的结构。此外,p型多晶硅层形成步骤和n型多晶硅层形成步骤的顺序可以颠倒。
在p型多晶硅层形成步骤和n型多晶硅层形成步骤之后,执行源极/漏极形成步骤。源极/漏极形成步骤被限定为对用于形成n+型漏极区域44和n+型源极区域43分别保留的p型阱区域41的区域执行n型杂质(例如磷)的离子注入。然后,执行驱动扩散以形成n+型漏极区域44和n+型源极区域43。
在源极/漏极形成步骤之后,执行层间介电膜形成步骤。在层间介电膜形成步骤中,在硅衬底1a的主表面上形成层间介电膜50。更详细地,通过使用CVD(化学气相沉积)技术在硅衬底1a的主表面上沉积具有预定膜厚度(例如
)的BPSG膜然后在预定温度(例如800℃)使BPSG膜回流来形成平面化层间介电膜50。
在层间介电膜形成步骤之后,执行接触孔形成步骤。在接触孔形成步骤中,通过使用光刻技术和蚀刻技术在层间介电膜50中形成接触孔501、502、50b、50c、50d、50e和50f。因此,获得图5的(d)所示的结构。
在接触孔形成步骤之后,执行金属膜形成步骤。在金属膜形成步骤中,通过使用溅射在硅衬底1a的整个主表面上形成具有预定膜厚度(例如2μm)的金属膜(例如Al-Si膜)。以上金属膜是用于形成连接层36、电极38a和38b中的每一个、漏极电极47、源极电极48、基准偏置线5、金属线59、垂直读出线7、地线8、公共地线9以及盘Vout、Vsel、Vref、Vdd和Gnd中的每一个的基底。
在金属膜形成步骤之后,执行金属膜图案化步骤。在金属膜图案化步骤中,通过使用光刻技术和蚀刻技术对金属膜进行图案化,形成连接层36、电极38a和38b中的每一个、漏极电极47、源极电极48、基准偏置线5、垂直读出线7、地线8、公共地线9以及盘Vout、Vsel、Vref、Vdd和Gnd中的每一个。因此,获得图6的(a)所示的结构。此外,在金属膜图案化步骤中,通过使用RIE(反应离子刻蚀)来蚀刻金属膜。
在金属膜图案化步骤之后,执行钝化膜形成步骤。在钝化膜形成步骤中,通过使用CVD技术在硅衬底1a的整个主表面上(换句话说,在层间介电膜50上)形成钝化膜60。钝化膜60是具有预定膜厚度(例如
)的PSG膜和具有预定膜厚度(例如
)的NSG膜的层叠膜。因此,获得图6的(b)所示的结构。
在钝化膜形成步骤之后,执行层叠结构图案化步骤。在层叠结构图案化步骤中,薄膜结构是通过对层叠结构进行图案化形成的,该层叠结构包括定义为二氧化硅膜31和氮化硅膜32的层叠的热绝缘层、热绝缘层上形成的温度检测构件30、热绝缘层上形成以覆盖温度检测构件30的层间介电膜50以及层间介电膜50上形成的钝化膜60。因此,获得图6的(c)所示的结构。此外,在层叠结构图案化步骤中,形成多个(在该实施例中,两个)缝隙13。缝隙13中的每一个被配置为沿着层叠结构的厚度方向穿透层叠结构并且使红外线吸收构件33与基底10分离。通过形成这些缝隙13完成以上层叠结构。
在层叠结构图案化步骤之后,执行开孔形成步骤。在开孔形成步骤中,通过使用光刻技术和蚀刻技术形成开孔(未示出)。开孔被设计为分别露出盘Vout、Vsel、Vref、Vdd和Gnd。在开孔形成步骤中,通过使用RIE形成开孔。
在开孔形成步骤之后,执行腔体形成步骤。在腔体形成步骤中,通过用注入缝隙13中的每一个的蚀刻剂进行硅衬底1a的各向异性蚀刻,在硅衬底1a中形成腔体11。由此,获得像素2以二维阵列方式布置的红外线传感器1,如图6的(d)所示。在腔体形成步骤中,加热到预定温度(例如85℃)的TMAH(四甲基氢氧化氨)溶液用作蚀刻剂。蚀刻剂不限于TMAH溶液,而是可以是碱性溶液(例如KOH溶液)。
此外,从绝缘层形成步骤到腔体形成步骤的所有步骤都在晶片级别执行。因此,在腔体形成步骤完成之后,进行分离步骤以将红外线传感器1彼此分离。
此外,通过MOS晶体管的已知和常用制造方法形成MOS晶体管4。换句话说,p型阱区域41、p+型沟道停止区域42、n+型漏极区域44以及n+型源极区域43通过重复基本步骤(即通过使用热氧化形成热氧化的膜的步骤、通过使用光刻技术和蚀刻技术对热氧化的膜进行图案化的步骤、实现杂质的步骤、以及执行主扩散(杂质的扩散)的步骤)形成。
根据以上解释的红外线传感器1,温度检测构件30通过使用热电偶30a检测红外线吸收构件33与基底10之间的温度差。因此,不必将电流提供给温度检测构件30。由于与以阻性辐射热测量仪制成的温度检测构件30相反温度检测构件30不加热自身,因此红外线吸收构件33还有薄膜结构300保持不弯曲(否则归因于温度检测构件30的自热将产生弯曲),由此有利于减少功耗。此外,由于无论温度如何灵敏度都保持恒定,因此改进了红外线传感器的精度。
此外,在红外线传感器1中,p型多晶硅层35和n型多晶硅层34中的每一个都具有在1018至1020cm-3的范围中的杂质浓度。此外,p型多晶硅层35和n型多晶硅层34中的每一个具有λ/4n1的厚度。因此,可以提高多晶硅层34和35中的每一个对目标红外线的吸收效率,因此可以改进灵敏度。
此外,红外线传感器1包括在n型多晶硅层34和p型多晶硅层35的与基底10相反的表面上形成的红外线吸收膜70。由于红外线吸收膜70具有λ/4n2的厚度t2,因此可以更多提高红外线吸收膜70对目标红外线的吸收效率,因此可以改进灵敏度。
此外,在红外线传感器1中,p型多晶硅层35和n型多晶硅层34具有相同厚度。因此,在制造红外线传感器1时,通过单个沉积工艺(前述多晶硅层形成步骤)可以形成分别是p型多晶硅层35和n型多晶硅层34的基底的无掺杂多晶硅层。因此,可以减少制造成本。
此外,在红外线吸收构件33的红外线入射表面上形成保护膜39a和39b,保护膜39a和39b被配置为用于保护红外线吸收构件33并且在形成p型多晶硅层35和n型多晶硅层34时防止红外线吸收构件33的弯曲。因此,在形成p型多晶硅层35和n型多晶硅层34时可以防止将红外线吸收构件33蚀刻变薄。简而言之,在多晶硅层图案化步骤中,可以防止在蚀刻无掺杂多晶硅层时可能产生的过度蚀刻导致的氮化硅膜32变薄。此外,可以增强薄膜结构300中应力的均匀分布。因此,可以使得红外线吸收构件33薄,又保持红外线吸收构件33(薄膜结构300)不弯曲,因此可以改进灵敏度。
保护膜39a和39b优选地形成为与温度检测构件30配合覆盖红外线吸收构件33的大致整个表面。注意,必须避免p型保护膜39a与n型保护膜39b的接触。必须防止保护膜39a和39b被腔体形成步骤中使用的蚀刻剂(例如TMAH溶液)蚀刻。因此,保护膜39a和39b被成形为不在缝隙13的内部方位上露出。简而言之,保护膜39a和39b形成为不覆盖红外线吸收构件33的外部外围。
此外,在红外线传感器1中,p型多晶硅层35、n型多晶硅层34以及保护膜39a和39b中的每一个具有相同厚度。因此,可以增强薄膜结构300中应力的均匀分布。因此,可以保持红外线吸收构件33不弯曲。
此外,在红外线传感器1中,p型多晶硅层35、n型多晶硅层34以及保护膜39a和39b中的每一个在公共平面上形成。因此,可以增强薄膜结构300中应力的均匀分布。因此,可以保持红外线吸收构件33不弯曲。
此外,由于红外线传感器1包括用于每一像素2的MOS晶体管4,因此可以减少输出盘Vout的数量,因此可以减小红外线传感器1的尺寸并且减少其制造成本。
此外,在红外线传感器1中,形成MOS晶体管4的栅极电极46的多晶硅层具有与p型多晶硅层35和n型多晶硅层34相同的厚度。因此,通过相同工艺可以形成MOS晶体管4的栅极电极46以及p型多晶硅层35或n型多晶硅层34。因此,可以减少用于制造红外线传感器的方法的步骤的数量,因此可以减少制造成本。
在红外线传感器1中,作为形成MOS晶体管4的栅极电极46的多晶硅层的n型多晶硅层具有与n型保护膜39b相同的厚度。因此,通过相同工艺可以形成MOS晶体管4的栅极电极46以及n型保护膜39b。因此,可以减少用于制造红外线传感器的方法的步骤的数量,因此可以减少制造成本。
此外,红外线传感器1可以包括单个红外线检测元件3。
(第二实施例)
该实施例的红外线传感器1A与第一实施例的红外线传感器1区别在于像素2A和温度检测构件30A。相同标号表示对于红外线传感器1A和红外线传感器1共同的配置,并且不进行其解释。
像素2A中的每一个未被提供有MOS晶体管4。
温度检测构件30A包括四个热电偶30a,其中的每一个包括n型多晶硅层34、p型多晶硅层35以及连接层36。通过使用以金属材料(例如Al-Si)制成的连接层37,热电偶30a的p型多晶硅层35的第二端连接到与其相邻的热电偶30a的n型多晶硅层34的第二端。如上所述,四个热电偶30a彼此串联,以构成热电堆。
前述热电堆包括热结和冷结,热结中的每一个都由n型多晶硅层34的第一端、p型多晶硅层35的第一端以及连接层36构成,冷结中的每一个由p型多晶硅层35的第二端、n型多晶硅层34的第二端以及连接层37构成。热结被布置在红外线吸收构件33上,冷结被布置在基底10上。
用于制造红外线传感器1A的方法与用于制造红外线传感器1的方法不同在于层叠结构图案化步骤和腔体形成步骤。在该实施例的层叠结构图案化步骤中,在为形成硅衬底1a的腔体11预留的区域的投影区域的四个角中分别形成在层叠结构厚度方向上穿透层叠结构的四个矩形缝隙14,以便形成薄膜结构300。在该实施例的腔体形成步骤中,四个缝隙14用作蚀刻剂管道。此外,由于红外线传感器1A未被提供有MOS晶体管4,所以第一二氧化硅膜31仅限定二氧化硅膜1b。
如图7和图8所示,红外线传感器1A包括多个(在所示实例中,四个)输出盘Vout以及单个基准偏置盘Vref。输出盘Vout分别连接到温度检测构件30的第一端。对于每一行,基准偏置盘Vref连接到多个(在所示实例中,两个)红外线检测元件3的温度检测构件30A的第二端。根据红外线传感器1A,能够读出来自所有红外线检测元件3的输出的时间序列数据。此外,温度检测构件30A使得其第一端经由垂直读出线7电连接到输出盘Vout。通过使用基准偏置线5,温度检测构件30A使得其第二端电连接到连接到基准偏置盘Vref的公共基准偏置线5a。此外,在图8中,温度检测构件30A示出为包括电压源的等效电路。
例如在1.65V的电势施加到基准偏置盘Vref的同时,输出盘Vout输出像素2A的输出电压(1.65V+温度检测构件30A的输出电压)。
图9示出包括红外线传感器1A、信号处理设备B以及封装C的红外线传感器模块,信号处理设备B被配置为处理作为红外线传感器1A的输出信号的输出电压,在封装C上安装了红外线传感器1A和信号处理设备B。
如图10所示,信号处理设备B包括多个(在所示实例中,四个)输入盘Vin和盘VrefB。通过使用线80,输入盘Vin分别电连接到红外线传感器1A的输出盘Vout。盘VrefB适用于将基准电压施加到红外线传感器1A的基准偏置盘Vref。盘VrefB经由线80电连接到基准偏置盘Vref。信号处理设备B还包括放大器电路AMP和复用器MUX。通过使用信号处理设备B,可以生成红外线图像。
图11示出该实施例的红外线传感器1A的修改。在图11所示的修改中,温度检测构件30A是包括彼此串联的两个热电偶30a的热电堆。此外,在修改中,通过使用两个支撑构件310,薄膜结构300连接到基底10。
图12示出红外线传感器1A的另一修改。在图12所示的修改中,腔体11形成为在硅衬底1a的厚度方向上穿过硅衬底1a。简而言之,薄膜结构300形成为隔膜形状。
(第三实施例)
以下参照图13至图37解释该实施例的红外线传感器1B。
在薄膜结构300B中,该实施例的红外线传感器1B与第一实施例的红外线传感器1主要不同在于薄膜结构300B。此外,相同标号表示对于红外线传感器1B和红外线传感器1共同的组件,并且不进行说明。
如图15和图25所示,在红外线传感器1B中,在单个基底10的第一表面上形成8乘8像素2。像素2的数量和布置不受限。
此外,在图15中,像素选择Vsel、基准偏置盘Vref、地盘Gnd、输出盘Vout等被无差别地示出为盘81。
图26示出包括红外线传感器1B(红外线阵列传感器模块)的红外线传感器模块。该红外线传感器模块包括红外线传感器1B、信号处理设备B以及封装C,信号处理设备B被配置为处理作为红外线传感器1A的输出信号的输出电压,以及在封装C上安装了红外线传感器1A和信号处理设备B。
封装C包括封装主体90和封装盖100。封装主体90是形成为矩形框形状并且在其表面(上表面)中具有开孔的多层陶瓷衬底(陶瓷封装)。在封装主体90的内下表面上安装(安置)红外线传感器1B和信号处理设备B。封装盖100是金属盖,并且被提供有使得红外线汇聚到红外线传感器1B的透镜。根据封装C,封装主体90包围空气紧密空间以及封装盖100限定干氮气氛。封装盖使其外部外围通过缝焊而固定到在封装主体90的表面上形成的矩形图案化金属(未示出)。封装主体90可以通过叠加玻璃环氧树脂基板制成。
在封装主体90的内部表面上形成屏蔽图案化的导体92。通过使用以导电结材料(例如焊料和银粘膏)制成的结层95使红外线传感器1B和信号处理设备B结合到屏蔽图案化的导体92。例如,使红外线传感器1B和信号处理设备B结合到封装主体90的方法可以是从常温键合方法、Au-Sn共熔键合方法以及Au-Si共熔键合方法选择的一种。与使用导电材料的键合相对照,直接键合(比如常温键合)可以改进红外线传感器1A与透镜110之间的距离的精度。
透镜110以作为红外线透明材料之一的硅制成。例如,透镜110可以通过使用阳极氧化技术制造半导体的方法(例如日本专利申请No.3897055和No.3897056中公开的用于制造半导体透镜的方法)制成。通过使用导电粘接剂(例如焊料和银粘膏)将透镜110固定到封装盖100的孔径101的外围,从而覆盖封装盖100的孔径101。透镜110进一步电连接到屏蔽图案化的导体92。因此,红外线阵列传感器模块可以抑制由外部电磁噪声引起的S/N比降低。此外,根据需要,透镜110可以被提供有红外线光学滤波器。红外线光学滤波器可以是带通滤波器或宽带拒波滤波器。这种红外线光学滤波器可以通过交替叠加具有不同折射率的多种薄膜制成。
薄膜结构300B被形成为覆盖使红外线吸收构件33与基底10热绝缘的腔体11。在该实施例中,腔体11形成为方形棱锥形状。因此,在基底10以硅衬底1a制成的情况下,通过使用碱性溶液的各向异性蚀刻可以容易地形成腔体。
薄膜结构300B通过多个线性缝隙15划分为多个(在所示实例中,六个)较小薄膜结构301。简而言之,薄膜结构300B包括多个较小薄膜结构301。多个较小薄膜结构301沿着腔体11的圆周方向布置。较小薄膜结构301中的每一个从基底10中的腔体11的边缘延伸到腔体11的内部。较小薄膜结构301中的每一个包括红外线吸收构件33和温度检测构件30B。从上可见,薄膜结构300B包括腔体11内部布置的多个(在所示实例中,六个)红外线吸收构件33。此外,薄膜结构300B包括被配置为将彼此邻近的较小薄膜结构301连接在一起的连接构件320。
温度检测构件30B中的每一个布置在对应红外线吸收构件33上方。所有温度检测构件30B电连接到彼此的关系使得提供比温度检测构件30B的任何单独一个更大的取决于温度的输出(根据温度改变而变化的输出)。
在该实施例中,所有温度检测构件30B彼此串联。如此彼此串联的所有温度检测构件给出等于单独温度检测构件30B的温差电动势之和的总输出,因此提供大于温度检测构件30B中的任何单独一个的取决于温度的输出,由此改进灵敏度。
此外,不需要所有温度检测构件30B彼此串联。例如,三个温度检测构件30B中的两个串联电路可以彼此并联。与所有温度检测构件30B彼此并联的情况或温度检测构件30B不连接到彼此的情况对照,这种布置可以改进灵敏度。此外,与所有温度检测构件30B彼此串联的情况对照,可以减少六个温度检测构件30B的电子电路的电阻。因此,可以减少热噪声,并因此可以提高S/N比。
此外,温度检测构件30B是热类型红外线检测构件就足够了。因此,热电元件可以适用于温度检测构件30B。在此情况下,将多个温度检测构件30B彼此并联输出由热电效应产生的电荷之和,因此提供大于温度检测构件30B中的任何单独一个的取决于温度的输出。
对于每个较小薄膜结构301,薄膜结构300B包括两个支撑构件310,每个支撑构件310把红外线吸收构件33连接到基底10。两个支撑构件310形成为条形,在腔体11的圆周方向上彼此间隔。此外,薄膜结构300B具有U形缝隙13,每个U形缝隙13空间上分离红外线吸收构件33与两个支撑构件310并且通到腔体11。基底10具有包围薄膜结构300B的矩形框形部分。支撑构件301具有分别连接到红外线吸收构件33和基底10的部分、以及空间上与红外线吸收构件33和基底10分离的其余部分。在该实施例中,较小薄膜结构301距基底10在延伸方向上具有93μm的长度。较小薄膜结构301在与其延伸方向正交的宽度方向上具有75μm的宽度。支撑构件310中的每一个具有23μm的宽度。缝隙13和15中的每一个具有5μm的宽度。这些值仅是示例性的。
以与薄膜结构300相似的方式通过对二氧化硅膜1b、氮化硅膜32、温度检测构件30B、层间介电膜50和钝化膜60的层叠结构进行图案化来形成薄膜结构300B。
连接构件320形成为十字形,被配置为将在穿过较小薄膜结构301的延伸方向的对角线方向上彼此并置的较小薄膜结构301连接在一起。此外,连接构件320被配置为将在较小薄膜结构301的延伸方向上彼此并置的较小薄膜结构301连接在一起。此外,连接构件320被配置为将在与较小薄膜结构301的延伸方向垂直的方向上彼此并置的较小薄膜结构301连接在一起。
温度检测构件30B是热电堆,并且包括彼此串联的多个(在所示实例中,九个)热电堆30a。如在第二实施例中描述的那样,邻近的热电偶30a经由连接层37彼此电连接。此外,在该实施例中,以与第二实施例相似的方式,n型多晶硅层34的第一端、p型多晶硅层35的第一端以及连接层36构成热结,n型多晶硅层34的第二端、p型多晶硅层35的第二端以及连接层37构成冷结。热结被布置在红外线吸收构件33上,冷结被布置在基底10上。
层间介电膜50将连接层36和37彼此隔离(见图20和图21)。简而言之,热结的连接层36分别经由层间介电膜50中形成的接触孔501和502电连接到多晶硅层34的第一端和多晶硅层35的第一端。冷结的连接层37分别经由层间介电膜50中形成的接触孔503和504电连接到多晶硅层34的第二端和多晶硅层35的第二端。
在该实施例的红外线传感器1B中,腔体11具有方形棱柱形。因此,使得腔体11的深度朝向中心比在其外部圆周更大。鉴于以上情况,在对应较小薄膜结构301上方布置温度检测构件30B,从而在薄膜结构300B的中心聚集热结。例如,对于在图13的上/下方向(其中三个较小薄膜结构301对准的方向)在中心的两个较小薄膜结构301,连接层36沿着图13和图18所示的上/下方向布置。对于在图13的上/下方向在上侧的两个较小薄膜结构301,连接层36在图13和图18所示的上/下方向在下侧聚集。对于在图13的上/下方向在下侧的两个较小薄膜结构301,连接层36在图13和图18所示的上/下方向在上侧聚集。与以在图13的上/下方向的中心布置较小薄膜结构301的多个连接层36的相同方式在图13的上/下方向中布置上侧和下侧的较小薄膜结构301的多个连接层36的情况对照,该布置能够增加在热结处的温度变化。因此,可以改进灵敏度。
在较小薄膜结构301中,保护膜39形成在上面不形成温度检测构件30B的氮化硅膜32的红外线入射表面的区域上(见图13、图16和图22)。保护膜39被限定为由吸收红外线n型多晶硅层制成的红外线吸收层并且防止较小薄膜结构301经受弯曲。
连接构件320被提供有加强连接构件320的机械强度的加强构件(加强层)330(见图19)。加强构件330与保护膜39整体地形成。在该实施例的红外线传感器1B中,由于加强构件330加强连接构件320,因此可以防止由于在使用红外线传感器1B时外部温度的变化或影响产生的应力导致的红外线传感器的破坏。此外,红外线传感器1B在制造红外线传感器1B时可以不受破坏,因此可以提高制造良率。此外,在该实施例中,连接构件320具有24μm的长度L1和5μm的宽度L2,加强构件330具有1μm的宽度L3。这些值仅是示例性的。在该实施例中,基底10由硅衬底1a制成,加强构件330由n型多晶硅层制成。因此,必须防止加强构件330在形成腔体11时被蚀刻。因此,加强构件330优选地具有小于连接构件320的宽度,以使得加强构件330布置在连接构件320的相对宽度端。
如图19和图24B所示,红外线传感器1B在其在连接构件320与较小薄膜结构301之间的角部切削,以在此形成切削的表面340。此外,大致彼此垂直的十字形连接构件320的侧表面之间的角部被切削,以形成切削的表面350。这种布置与其中如图24B所示不形成切削的表面340和350的情况对照可以减少在连接构件320和较小薄膜结构301的结部分产生的应力。因此,可以减少在制造红外线传感器1B时产生的残余应力,并且防止红外线传感器1B的破坏(否则在制造红外线传感器1B时将产生破坏)。因此,可以改进制造良率。此外,可以防止在使用红外线传感器1B时由归因于外部温度变化或影响产生的应力导致的红外线传感器1B的破坏。此外,在图19所示的示例中,虽然切削的表面340和350中的每一个是具有3μm曲率半径的R表面,并且切削的表面340和350中的每一个可以是C表面。
此外,对于每个较小薄膜结构301,红外线传感器1B包括由n型多晶硅层制成的故障诊断线139。故障诊断线139从基底10开始,通过一个支撑构件310、红外线吸收构件33以及其它支撑构件310并且返回到基底10。所有故障诊断线139彼此串联。通过对m乘n(在所示实例中,3乘2)故障诊断线139的串联电路进行供能,可以检测破坏,比如支撑构件310的破坏。
保护膜39、加强构件330和故障诊断线139包含与n型多晶硅层34相同种类和相同杂质浓度(例如1018至1020cm-3)的n型杂质(例如磷),并且在与n型多晶硅层34相同的时间形成。例如,p型多晶硅层35的p型杂质可以是硼,杂质浓度因此可以在大约1018至1020cm-3的范围。在该实施例中,n型多晶硅层34和p型多晶硅层35中的每一个具有1018至1020cm-3的杂质浓度。这种布置可以减少热电偶的电阻,并且提高S/N比。此外,p型多晶硅层可以制成保护膜39、加强构件330和故障诊断线139。在此情况下,保护膜39、加强构件330和故障诊断线139可以包含与p型多晶硅层35相同种类和相同杂质浓度的杂质。
在该实施例中,n型多晶硅层34、p型多晶硅层35、保护膜39、加强构件330和故障诊断线139中的每一个具有λ/4n1的其厚度,其中,n2表示n型多晶硅层34、p型多晶硅层35、保护膜39、加强构件330和故障诊断线139中的每一个的反射率,λ表示要由红外线检测元件3检测的红外线的中心波长。这种布置可以增强用于具有检测目标波长(例如8至12μm)的红外线的吸收效率,由此改进灵敏度。例如,当n1是3.6并且λ是10μm时,t1是大约0.69μm。
此外,n型多晶硅层34、p型多晶硅层35、保护膜39、加强构件330和故障诊断线139中的每一个具有在1018至1020cm-3的范围中的杂质浓度。因此,可以增加红外线的吸收,并且可以抑制相同红外线的反射。因此,提高了温度检测构件30B的输出的S/N比。此外,通过与n型多晶硅层34相同的工艺可以形成保护膜39、加强构件330和故障诊断线139。因此,可以降低制造成本。
在该实施例的红外线传感器1B的每个像素2中,温度检测构件30B使其第一端电连接到MOS晶体管4的源极电极48以及使其第二端电连接到基准偏置线5。此外,MOS晶体管4使其漏极电极47电连接到垂直读出线7以及使其栅极电极46电连接到由与同一栅极电极46整体地形成的n型多晶硅层制成的水平信号线6。
参照图27至图30对制造红外线传感器1B的方法进行以下简要说明。
首先,执行绝缘层形成步骤,接下来是绝缘层图案化步骤。因此,获得图27的(a)所示的结构。已经在第一实施例中说明了绝缘层形成步骤和绝缘层图案化步骤,此处不必再说明。
在绝缘层图案化步骤之后执行阱区域形成步骤,然后执行沟道停止区域形成步骤。因此,获得图27的(b)所示的结构。在第一实施例中已经说明了绝缘层图案化步骤、阱区域形成步骤和沟道停止区域形成步骤,此处不必再说明。
在沟道停止区域形成步骤之后执行栅极绝缘膜形成步骤。在第一实施例中已经说明了栅极绝缘膜形成步骤,此处不必再说明。
在栅极绝缘膜形成步骤之后,执行多晶硅层形成步骤。在该实施例的多晶硅层形成步骤中,通过使用LPCVD技术在硅衬底1a的整个主表面上形成具有预定膜厚度(例如0.69μm)的无掺杂多晶硅层。无掺杂多晶硅层用作用于形成栅极电极46、水平信号线6(见图13)、n型多晶硅层34、p型多晶硅层35、保护膜39、加强构件330以及故障诊断线139的基底。
在多晶硅层形成步骤之后,执行多晶硅层图案化步骤。在该实施例的多晶硅层图案化步骤中,通过使用光刻技术和蚀刻技术,对无掺杂多晶硅层进行图案化,以便留下与栅极电极46、水平信号线6、n型多晶硅层34、p型多晶硅层35以及保护膜39、加强构件330和故障诊断线139分别对应的部分。
在多晶硅层图案化步骤之后执行p型多晶硅层形成步骤。在第一实施例中已经说明了p型多晶硅层形成步骤,此处不必再说明。
在p型多晶硅层形成步骤之后,执行n型多晶硅层形成步骤。该实施例的n型多晶硅层形成步骤被限定为对与n型多晶硅层34、保护膜39、加强构件330、故障诊断线139、栅极电极46和水平信号线6分别对应的无掺杂多晶硅层的部分执行n型杂质(例如磷)的离子注入,接下来是驱动扩散,由此形成n型多晶硅层34、保护膜39、加强构件330、故障诊断线139、栅极电极46和水平信号线6。由此,获得图28的(a)所示的结构。此外,p型多晶硅层形成步骤和n型多晶硅层形成步骤的顺序可以颠倒。
在p型多晶硅层形成步骤和n型多晶硅层形成步骤之后,以源极/漏极形成步骤、层间介电膜形成步骤和接触孔形成步骤的顺序执行。因此,获得图28的(b)所示的结构。在第一实施例中已经说明了源极/漏极形成步骤、层间介电膜形成步骤和接触孔形成步骤,此处不必再说明。
在接触孔形成步骤之后,执行金属膜形成步骤。在该实施例的金属膜形成步骤中,通过使用溅射在硅衬底1a的整个主表面上形成具有预定膜厚度(例如2μm)的金属膜(例如Al-Si膜)。以上金属膜是用于形成连接层36和37、漏极电极47、源极电极48、基准偏置线5、垂直读出线7、地线8、公共地线9、盘Vout、Vsel、Vref、Vdd以及Gnd等的基底(见图25)。
在金属膜形成步骤之后,执行金属膜图案化步骤。在金属膜图案化步骤中,通过使用光刻技术和蚀刻技术对金属膜进行图案化,以形成连接层36和37、漏极电极47、源极电极48、基准偏置线5、垂直读出线7、地线8、公共地线9和盘Vout、Vsel、Vref、Vdd和Gnd。因此,获得图29的(a)所示的结构。此外,在金属膜图案化步骤中,通过使用RIE来蚀刻金属膜。
在金属膜图案化步骤之后执行钝化膜形成步骤。因此,获得图29的(b)所示的结构。在第一实施例中已说明了钝化膜形成步骤,此处不必再说明。
在钝化膜形成步骤之后,执行层叠结构图案化步骤。在层叠结构图案化步骤中,通过对包括被限定为二氧化硅膜31和氮化硅膜32的层叠的热绝缘层、温度检测构件30B、层间介电膜50和钝化膜60的层叠结构进行图案化形成包括多个较小薄膜结构301的薄膜结构300B。因此,获得图30的(a)所示的结构。此外,在层叠结构图案化步骤中,形成多个缝隙13和15。
在层叠结构图案化步骤之后,执行开孔形成步骤,然后执行腔体形成步骤。在该实施例的腔体形成步骤中,通过用注入到作为蚀刻剂管道的缝隙13和15中的每一个中的蚀刻剂进行硅衬底1a的各向异性蚀刻,在硅衬底1a中形成腔体11。由此,获得像素2以二维阵列方式布置的红外线传感器1B,如图30的(b)所示。在第一实施例中已经说明了开孔形成步骤,此处不必再说明。在腔体形成步骤中,加热到预定温度(例如85℃)的TMAH溶液用作蚀刻剂。蚀刻剂不限于TMAH溶液,而是可以是碱性溶液(例如KOH溶液)。
此外,由于从绝缘层形成步骤到腔体形成步骤的所有步骤都在晶片级别执行,因此在腔体形成步骤之后,进行分离步骤以将红外线传感器1B彼此分离。
在以上说明的该实施例的红外线传感器1B中,多个线性缝隙15将薄膜结构300B划分为多个较小薄膜结构301。所述多个较小薄膜结构301在腔体11的圆周方向上对准。较小薄膜结构301中的每一个从基底10中的腔体11的边缘扩展到腔体11的内部。较小薄膜结构301中的每一个被提供有温度检测构件30B。所有温度检测构件30B彼此电连接的方式使得提供比温度检测构件30B的任何单独一个更大的取决于温度的输出。
因此,该实施例的红外线传感器1B可以改进其响应速度和灵敏度。此外,由于连接构件320将彼此邻近的较小薄膜结构301连接在一起,所以可以抑制每个较小薄膜结构301的弯曲的产生。由此,可以改进红外线传感器的结构稳定度,并且使红外线传感器的灵敏度稳定。
此外,在该实施例的红外线传感器1B中,在红外线吸收构件33的除了n型多晶硅层34和p型多晶硅层35之外的红外线入射表面上形成保护膜39、加强构件330和故障诊断线139。因此,在形成p型多晶硅层35和n型多晶硅层34时可以防止将氮化硅膜32蚀刻变薄。简而言之,在多晶硅层图案化步骤中,可以防止由在蚀刻用作n型多晶硅层34和p型多晶硅层35的基底的无掺杂多晶硅层时可能产生的过度蚀刻导致的氮化硅膜32变薄。此外,可以改进薄膜结构300B中的应力的均匀分布。因此,可以使得红外线吸收构件33较薄,又保持红外线吸收构件33和较小薄膜结构301不弯曲,因此可以改进灵敏度。此外,为了防止在腔体形成步骤中使用的蚀刻剂(例如TMAH溶液)蚀刻n型多晶硅层34、p型多晶硅层35、保护膜39、加强构件330和故障诊断线139,n型多晶硅层34、p型多晶硅层35、保护膜39、加强构件330和故障诊断线139被成形为不在缝隙13和15的内部方位上露出。
此外,在红外线传感器1B中,n型多晶硅层34、p型多晶硅层35、以及保护膜39、加强构件330、以及故障诊断线139被配置为具有相同厚度。因此,可以改进较小薄膜结构301中应力的均匀分布。因此,可以防止较小薄膜结构301弯曲。
此外,由于红外线传感器1B包括用于每一像素2的MOS晶体管4,因此可以减少输出盘Vout的数量,因此可以减小红外线传感器1B的尺寸并且减少其制造成本。此外,每个像素2无需被提供有MOS晶体管4。
图31示出该实施例的红外线传感器1B的第一修改。第一修改与图13至图30所示的实施例的红外线传感器1B的基本示例的不同之处在于薄膜结构300B。
根据红外线传感器1B的第一修改的薄膜结构300B,较小薄膜结构301被布置为在其延伸方向(较小薄膜结构的长度方向,即图31中的横向方向)上彼此邻近,并且通过在与延伸方向交叉的方向(较小薄膜结构301的宽度方向)上彼此间隔的两个连接构件320耦合。
根据第一修改,较小薄膜结构301中的每一个使其第一端(延伸方向上的第一端)直接连接到基底10中的腔体11的一个边缘,并且使其第二端(延伸方向上的第二端)通过使用连接构件320和另一较小薄膜结构301连接到基底中的腔体11的另一边缘。如上所述,较小薄膜结构301中的每一个在其相对端被支撑到基底10。因此,可以减少较小薄膜结构301的可能弯曲,并因此可以稳定灵敏度,并且可以改进制造良率。此外,在延伸方向上彼此并置的较小薄膜结构301可以在其宽度中心通过单个连接构件320彼此耦合。
图32示出该实施例的红外线传感器1B的第二修改。第二修改与基本示例不同之处在于薄膜结构300B。
根据第二修改的红外线传感器1B,在与较小薄膜结构的延伸方向垂直的方向(较小薄膜结构301的宽度方向,即图32中的上/下方向)上彼此并置的较小薄膜结构301在除了支撑构件310之外的部分通过单个连接构件320彼此耦合。此外,连接构件320优选地位于远离支撑构件310。
根据第二修改,较小薄膜结构301中的每一个具有提高的抗扭刚度,因此可以防止每个较小薄膜结构301的扭矩变形。因此,可以稳定灵敏度,并且可以提高制造良率。
图33和图34示出该实施例的红外线传感器1B的第三修改。第三修改与基本示例不同之处在于像素2。
在红外线传感器1B的第三修改中,每个像素2形成为六边形。多个像素2以蜂窝方式布置。
第三修改的薄膜结构300B被多个(在所示实例中,六个)缝隙15划分为多个(在所示实例中,六个)较小薄膜结构301。多个较小薄膜结构301通过连接构件320彼此连接。
前述第三修改可以防止每个较小薄膜结构301的变形。此外,可以改进较小薄膜结构301的密度以及像素2的密度。
图35示出该实施例的红外线传感器1B的第四修改。第四修改与基本示例的不同在于,从基底10的第二表面(在图35中,下表面)形成基底10的腔体11。
为了制造第四修改的红外线传感器1B,如下修改腔体形成步骤。在腔体形成步骤中,通过用感应耦合类型等的等离子体(ICP)的干法蚀刻装置的各向异性蚀刻来蚀刻为了在基底10的第二表面(在图35中,即硅衬底1a的下表面)中形成腔体11而预留的区域,以形成腔体11。
第四修改可以抑制从薄膜结构300B的较小薄膜结构310中的每一个传递到基底10的热量,由此更加改进灵敏度。
图36示出该实施例的红外线传感器1B的第五修改。第五修改与基本示例的不同在于,基底10的腔体11使其内表面成形为凹入的表面。
例如,通过各向同性蚀刻形成第五实施例的腔体11。
根据第五修改,腔体11的内表面可以把穿过薄膜结构300B的红外线朝向薄膜结构300反射。因此,可以增加红外线吸收构件33的红外线吸收量,因此可以改进灵敏度。
图37示出该实施例的红外线传感器1B的第六修改。第六修改与基本示例不同在于,基底10的第二表面具有被配置为通到多个腔体11的开孔12。
通过用ICP类型等的干法蚀刻装置的各向异性蚀刻来蚀刻为了形成基底10的第二表面(例如,在图37中,硅衬底1a的下表面)的开孔12而预留的区域,可以形成开孔12。
第六修改可以更加抑制从薄膜结构300B的较小薄膜结构310中的每一个到基底10的热传递,由此更加改进灵敏度。
(第四实施例)
以下参照图38至图44说明该实施例的红外线传感器1C。
该实施例的红外线传感器1C与第三实施例的红外线传感器1B主要不同在于薄膜结构300C。此外,对于红外线传感器1B和红外线传感器1共同的组件用相同标号表示,并且不必再作说明。
该实施例的薄膜结构300C与薄膜结构300B不同在于,薄膜结构300C没有连接构件320。简而言之,根据薄膜结构300c,较小薄膜结构301中的每一个以悬臂方式被支撑到基底10。
红外线传感器1C在其在较小薄膜结构301的延伸方向上的尖端与其宽度端部中的每一个之间形成的角部处切削。因此,能够防止当不如此切削红外线传感器时可能产生的在制造红外线传感器1C时红外线传感器1C的破坏,如图42所示。因此,也可以容易地形成腔体11。因此,可以改进制造良率。此外,在所示实例中,切削的表面中的每一个都是C表面,但可以是R表面。
除了不形成连接构件320和加强构件330之外,用于制造红外线传感器1C的方法与用于制造第三实施例的红外线传感器1B的方法相同。因此,未说明用于制造红外线传感器1C的方法。
在以上说明的该实施例的红外线传感器1C中,薄膜结构300C被多个线性缝隙15划分为多个较小薄膜结构301。所述多个较小薄膜结构301在腔体11的圆周方向上对准。较小薄膜结构301中的每一个以悬臂方式被支撑到基底10。此外,每个较小薄膜结构301被提供有温度检测构件30B。所有温度检测构件30B彼此电连接的关系使得提供比温度检测构件30B的任何单独一个更大的取决于温度的输出。
因此,该实施例的红外线传感器1C可以改进其响应速度和灵敏度。此外,甚至在基底10中存在应力或经历外部应力或热应力的情况下,可以抑制每个较小薄膜结构301的变形。由此,可以改进红外线传感器的结构稳定度,并且稳定红外线传感器的灵敏度。
或者,如图43和图44所示,每个像素2可以形成为六边形。在此情况下,像素2优选地以蜂窝方式布置。
通过这种布置,可以防止每个较小薄膜结构301的变形。此外,可以提高较小薄膜结构301的密度以及像素2的密度。