DE19539696A1

DE19539696A1 - Infrarotsensor und Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE19539696A1
Application number: DE19539696A
Authority: DE
Inventors: Tomohiro Ishikawa; Masashi Ueno; Osamu Kaneda
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-04-07
Filing date: 1995-10-25
Publication date: 1996-10-10
Also published as: US5640013A; CA2163731C; AU3432795A; JPH08278193A; JP3287173B2; CA2163731A1; AU675042B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sensor für Infrarotstrahlen vom Bolometer typ und ein Herstellungsverfahren dafür.

Ein Sensor für Infrarotstrahlen vom Bolometertyp besitzt einen Teil zum Nach weis von Infrarotstrahlen in Form einer wärmeempfindlichen Schicht, die ihren Widerstand entsprechend der Temperatur ändert, und der Teil zum Nachweis von Infrarotstrahlen ist aus einem metallischen Film, aus einer Keramik, wie zum Beispiel Vanadiumoxid, oder aus polykristallinem oder amorphem Silicium hergestellt. Wenn Infrarotstrahlen den Infrarotsensor bestrahlen, ändert sich der Widerstand der wärmeempfindlichen Schicht gemäß der Wärme, die von der benachbarten Absorptionsschicht oder dergleichen übertragen wird. Die Ände rung des Widerstandes wird nachgewiesen als eine Änderung der Spannung oder des Stromes, die beziehungsweise der an die wärmeempfindliche Schicht ange legt wird, um so die Bestrahlung mit Infrarotstrahlen nachzuweisen.

Die Leistung eines Infrarotsensors vom Bolometertyp hängt von der Kleinheit des Wertes der dem Rauschen entsprechenden Temperaturdifferenz (NETD) ab. Die NETD des Sensors wird wie folgt ausgedrückt:

NETD ∝ G(1+ω²τ²)^½/(I_bαR_eη) (1)

worin I_b einen Vorstrom durch die wärmeempfindliche Widerstandsschicht dar stellt, R_e einen Widerstand darstellt, α einen Temperaturkoeffizienten des Wi derstandes (TCR) darstellt, η ein Absorptionsverhältnis der Infrarotstrahlen des Infrarotsensors darstellt, G die thermische Leitfähigkeit zwischen dem Sensor und dem Träger darstellt, ω die Winkelfrequenz der Infrarotstrahlen darstellt und τ die thermische Antwortzeit darstellt.

Ein Infrarotsensor vom Bolometertyp genügt den folgenden Anforderungen:

(1) ist der Temperaturkoeffizient des Widerstandes (TCR), der die Nach weisempfindlichkeit für Infrarotstrahlen ausmacht, groß,
(2) ist die thermische Leitfähigkeit niedrig,
(3) ist die thermische Kapazität klein und
(4) ist das Absorptionsverhältnis der Infrarotstrahlen groß.

Das heißt, es ist erforderlich, daß die Absorptionsmenge und die Nachweisemp findlichkeit für die Infrarotstrahlen jeweils groß sind.

Wenn polykristallines oder amorphes Silicium als wärmeempfindliche Wider standschicht verwendet wird, kann die Empfindlichkeit vergrößert werden durch Einbringen von Verunreinigungen aus Bor, Phosphor, Arsen oder dergleichen, um einen gewünschten spezifischen Widerstand und einen hohen Temperatur koeffizienten des Widerstandes (TCR) zu verwirklichen. Was diesen Punkt be trifft, wird eine Technik zur Steuerung der Verunreinigungen, um den Tempera turkoeffizienten des Widerstandes zu steuern, für Bolometer unter Verwendung von polykristallinem oder amorphem Silicium als wärmeempfindlichem Wider stand zum Beispiel im US-Patent 5021663 und der internationalen Anmeldung WO91/16607 beschrieben.

Allerdings ist beim Infrarotsensor nach dem Stand der Technik, der polykri stallines oder amorphes Silicium umfaßt, wenn die zuzugebende Menge zur Verwirklichung eines gewünschten Temperaturkoeffizienten des Widerstandes sehr klein ist, auch die Menge der durch das polykristalline oder amorphe Silici um selbst absorbierten Infrarotstrahlen sehr klein.

Deshalb wurden, um die Absorption der Infrarotstrahlen zu verbessern, ver schiedene Strukturen für Infrarotsensoren vom Bolometertyp vorgeschlagen. Zum Beispiel wird ein Infrarotnachweisteil als wärmeempfindliche Halbleiter- oder Widerstandsschicht über einer Höhlung gebildet. Eine Oberfläche des Nachweisteils ist fast vollständig mit Elektroden zum Auslesen der Signale, die aus elektrisch leitfähigen Filmen bestehen, abgedeckt. Eine Wärmemenge in den Elektroden aufgrund der Absorption von Infrarotstrahlen wird in den Nachweis teil übertragen, wodurch die Nachweisempfindlichkeit für Infrarotstrahlen wächst. In einer anderen modifizierten Struktur wird eine Wärmeabsorptions schicht aus einem metallischen Dünnfilm genau über dem Infrarotnachweisteil bereitgestellt. Dann wird die Wärme, die von der Schicht absorbiert wurde, auf den Infrarotnachweisteil übertragen, um die Nachweisempfindlichkeit zu ver bessern. In einer anderen modifizierten Struktur umfassen elektrische Leitun gen zur Übertragung von Signalen von den Elektroden nach außen ein metalli sches Material, wie zum Beispiel TiN, und die Leitung spielen ebenfalls eine Rolle als Wärmeabsorptionsschicht. Dann tritt ein Problem auf, das darin be steht, daß eine zusätzliche Struktur erforderlich ist, die Infrarotstrahlen absor biert unter Verwendung eines Filmes, der etwas anderes darstellt als den wär meempfindlichen Halbleiter oder dergleichen und dazu dient, die Wärme auf den wärmeempfindlichen Halbleiter oder dergleichen zu übertragen, um die Infrarot strahlen wirkungsvoll nachzuweisen.

Weiter tritt ein Problem auf, das darin besteht, daß der Widerstand des Sensors vom Zustand an der Schnittstelle vom polykristallinen oder amorphen Silicium zur Elektrode und von den Metallsorten, ihrer Zusammensetzung und derglei chen abhängt. Insbesondere ist es, wenn die Verunreinigungskonzentration im polykristallinen oder amorphen Silicium niedrig ist, schwierig, einen zuverlässi gen ohm′schen Kontakt herzustellen.

Wenn weiter ein Infrarotsensor eine kleinere Größe besitzt, können die Sensoren in einer hohen Dichte angebracht werden. Allerdings gebt es ein Problem, das darin besteht, daß eine Fläche zum Empfangen von Infrarotstrahlen abnimmt, was die Empfindlichkeit verringert.

Ein Infrarotbildsensor umfaßt ein Matrixfeld aus den genannten Infrarotsenso ren und Auswahlschaltkreise zur Bestimmung der Abtastleitungen entlang der vertikalen Richtung und der horizontalen Richtung. Die Abtastleitungen sind an die Sensoren entlang der Reihen und Spalten des Matrixfeldes angeschlossen und ein Schaltelement, wie zum Beispiel ein Feldeffekttransistor, wird an jedem Schnittpunkt der Abtastleitungen oder für jeden Sensor bereitgestellt. So gibt es ein Problem, das darin besteht, daß eine Struktur kompliziert wird und daß die Auswahlschaltkreise und dergleichen eine große Fläche verbrauchen, so daß das Aufbringen der Sensoren mit hoher Dichte schwierig wird.

Wenn weiter ein integrierter Schaltkreis aus Silicium und der Infrarotsensor in der selben Produktionsstraße gebildet werden, tritt ein Problem auf, das darin besteht, daß große Temperaturen bei der Bildung der integrierten Schaltkreise dazu führen, daß Verunreinigungen von den Schichten mit einer hohen Verun reinigungskonzentration in den Infrarotnachweisteil diffundieren, was die Nachweisempfindlichkeit herabsetzt.

Weiter wird beim Herstellungsverfahren nach dem Stand der Technik für Infra rotsensoren ein Material, wie zum Beispiel Vanadiumoxid oder dergleichen als wärmeempfindliche Widerstandsschicht verwendet. Deshalb tritt ein Problem auf, das darin besteht, daß die Vorrichtung verschmutzt wird, wenn eine Herstel lungsvorrichtung für einen integrierten Siliciumhalbleiterschaltkreis verwendet wird. Deshalb kann der Sensor nicht unter Verwendung der gleichen Vorrich tung wie der integrierte Halbleiterschaltkreis hergestellt werden. Dadurch ent steht das Problem, daß sich die Ausbeute des Infrarotbildsensors verschlechtert, so daß er teuer wird.

Wenn ein kleiner Infrarotsensor gebildet wird, gibt es das Problem, daß eine Streuung von einer Charge zur anderen auftritt aufgrund einer Verschiebung der Maske, die im Fotolithografieprozeß verwendet wird.

Eine erste Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Infrarotsensor bereitzu stellen, der eine verbesserte Nachweisempfindlichkeit und Absorptionsempfind lichkeit für Infrarotstrahlen besitzt und sowohl die Absorption als auch den Nachweis der Infrarotstrahlen durch die wärmeempfindliche Halbleiterschicht selbst leistet.

Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Infrarotsensor bereitzu stellen, der eine Struktur besitzt, die mit einer niedrigen Spannung angesteuert werden kann, selbst, wenn der Sensor einen hohen spezifischen Widerstand be sitzt.

Noch eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Infrarotsensor be reitzustellen, der keine Leistungsverschlechterung aufweist nach dem Durchlau fen von Herstellungsverfahren mit hoher Temperatur für einen integrierten Schaltkreis, der gleichzeitig mit dem Sensor gebildet wird.

Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Infrarotbildsensor be reitzustellen, der einen Sensor in einem Infrarotbildsensor auswählen kann un ter Verwendung einer einfachen Struktur.

Noch eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Infrarotsensor be reitzustellen, der eine kleine Streuung der Leistung von einer Charge zur ande ren aufweist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Herstellungsverfahren für einen Infrarotsensor bereitzustellen, der eine hohe Präzision der Masken ausrichtung in fotolithografischen Prozessen besitzt.

In einem Gesichtspunkt der Erfindung umfaßt eine Infrarotsensorvorrichtung eine wärmeempfindliche Halbleiterschicht, die auf einer Isolierschicht gebildet ist, die auf einem Träger gebildet ist, wobei Schichten mit hoher Verunreini gungskonzentration die Halbleiterschicht zwischen sich einschließen wird, und Elektroden, die an die Schichten mit hoher Verunreinigungskonzentration ange schlossen sind. Die Halbleiterschicht besitzt einen von der Temperatur abhängi gen elektrischen Widerstand mit einem relativ großen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes. Deshalb wird die Nachweisempfindlichkeit für Infrarotstrah len der Halbleiterschicht selbst gesteigert. Weil die Effizienz der Absorption von Infrarotstrahlen der Schicht mit hoher Verunreinigungskonzentration groß ist, wird die Absorptionsmenge von Infrarotstrahlen gesteigert. Weiter wird, weil die Verbindung zu den Elektroden einen ohm′schen Kontakt besitzt, die Streuung der Signale verringert. So wird die Nachweisempfindlichkeit gesteigert, so daß die wärmeempfindliche Halbleiterschicht selbst die Infrarotstrahlen nachweisen kann.

In einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung umfaßt eine Infrarotsensorvor richtung eine Isolierschicht, die auf einem Träger gebildet ist, eine erste Elektro de, die auf der Isolierschicht gebildet ist, eine wärmeempfindliche Halbleiter schicht, die auf der ersten Elektrode gebildet ist, und eine zweite Elektrode, die auf einer zweiten Schicht mit hoher Verunreinigungskonzentration der wär meempfindlichen Halbleiterschicht (siehe folgende Beschreibung) gebildet ist. Die wärmeempfindliche Halbleiterschicht umfaßt eine erste Schicht mit hoher Verunreinigungskonzentration, die auf der ersten Elektrode gebildet ist, eine Halbleiterschicht, die auf der ersten Schicht mit hoher Verunreinigungskonzen tration gebildet ist und einen von der Temperatur abhängigen elektrischen Wi derstand mit einem relativ großen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes besitzt, und eine zweite Schicht mit hoher Verunreinigungskonzentration, die auf der Halbleiterschicht gebildet ist. Die erste und die zweite Schicht mit hoher Verunreinigungskonzentration sind auf den gesamten Dach- und Bodenoberflä chen der Halbleiterschicht gebildet. Weil die Halbleiterschicht einen von der Temperatur abhängigen elektrischen Widerstand mit einem relativ großem Tem peraturkoeffizienten des Widerstandes besitzt, ist die Nachweisempfindlichkeit für Infrarotstrahlen der Halbleiterschicht selbst verbessert. Die Absorptions menge für Infrarotstrahlen ist verbessert durch die Schichten mit hoher Verun reinigungskonzentration. Weil die Flächen der Schichten mit hoher Verunreini gungskonzentration groß sind, ist die Absorptionsmenge für Infrarotstrahlen größer. Da weiter die Verbindung zu den Elektroden einen ohm′schen Kontakt aufweist, ist das Streuen der Signale verringert. So ist die Empfindlichkeit ver bessert, so daß die wärmeempfindliche Halbleiterschicht selbst Infrarotstrahlen nachweisen kann.

Bevorzugt wird eine Diffusionsschutzschicht zwischen der Halbleiterschicht und einer der Schichten mit hoher Verunreinigungskonzentration bereitgestellt. Dann wird die Diffusion von Verunreinigungen von den Schichten mit hoher Verunreinigungskonzentration in die wärmeempfindliche Halbleiterschicht bei Hochtemperaturprozessen verhindert.

Bevorzugt erstreckt sich die Halbleiterschicht zwischen der ersten und der zwei ten Schicht mit hoher Verunreinigungskonzentration in Ebenen parallel zur Ebene des Trägers. Dann wird die Nachweisempfindlichkeit für Infrarotstrahlen der Halbleiterschicht selbst verbessert, ohne eine Wärmeabsorptionsschicht be reitzustellen. Weiter wird die Genauigkeit des fotolithografischen Prozesses zur Bestimmung der Breite der Halbleiterschicht verbessert.

Bevorzugt umfaßt die wärmeempfindliche Halbleiterschicht eine Diode. Dann kann im Infrarotbildsensor, der ein Matrixfeld aus Infrarotsensoren umfaßt, ein Strompfad jenseits des gewünschten Sensors blockiert werden.

In einem dritten Gesichtspunkt der Erfindung umfaßt ein Herstellungsverfahren für eine Infrarotsensorvorrichtung die folgenden Schritte:

(a) Bilden einer Isolierschicht auf einer Halbleiterschicht,
(b) Bilden einer ersten Resistmaske auf der Isolierschicht und Entfernen eines Teiles der Isolierschicht unter Verwendung der ersten Resistmaske als Maske,
(c) Einbringen von Verunreinigungen in die Halbleiterschicht zur Bildung der ersten Schicht mit hoher Verunreinigungskonzentration,
(d) Entfernen der ersten Resistmaske und Bilden einer zweiten Resistmaske unter Verwendung der Isolierschicht als Referenzposition,
(e) Einbringen von Verunreinigungen zur Bildung einer zweiten Schicht mit hoher Verunreinigungskonzentration.

Dabei wird ein Kantenbereich der Isolierschicht, die zusammen mit der ersten Resistmaske gebildet wurde, als Referenzmarkierung für die Ausrichtung der zweiten Resistmaske verwendet.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Nachweisempfindlichkeit ver bessert wird, so daß die wärmeempfindliche Halbleiterschicht selbst Infrarot strahlen nachweisen kann.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein Kantenbereich der Isolier schicht, die zusammen mit der ersten Resistmaske gebildet wurde, als Refe renzmarkierung zur Ausrichtung der zweiten Resistmaske verwendet wird.

Diese und andere Aufgaben und Besonderheiten der Erfindung werden verständ lich bei Berücksichtigung der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit ih ren bevorzugten Ausführungsformen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnun gen, in denen:

Fig. 1A eine Draufsicht eines Infrarotsensors einer ersten Ausführungsform der Erfindung und Fig. 1B eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 1A dar stellt,

Fig. 2A, 2B und 2C Schnittansichten einer vergrößerten Ansicht eines Teiles der verschiedenen wärmeempfindlichen Widerstandsschichten darstellen,

Fig. 3A und 3B Auftragungen des spezifischen Widerstandes des Polysiliciums und des Temperaturkoeffizienten des Widerstandes (TCR) gegen die Einbrin gungsmenge darstellen, worin offene Kreise (○) Daten, die in der Literatur be schrieben sind, und gefüllte Kreise (⚫) experimentelle Werte im Rahmen der Er findung bedeuten, und Fig. 3C eine Auftragung des spezifischen Widerstandes gegen den TCR darstellt,

Fig. 4A und 4B Auftragungen von Wellenlängenabhängigkeiten der optischen Durchlässigkeit einer Isolierschicht aus SiO₂ beziehungsweise SiN darstellen,

Fig. 5A eine Draufsicht eines Infrarotsensors einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und Fig. 5B eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 5A dar stellen,

Fig. 6A eine Draufsicht eines Infrarotsensors und Fig. 6B eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 6A darstellen,

Fig. 7A ein Diagramm eines Infrarotbildsensors, der Infrarotsensoren umfaßt, und Fig. 7B ein Diagramm eines Pixels oder Sensors in diesem Bildsensor dar stellen,

Fig. 8 ein Diagramm einer Struktur einer Infrarotsensorvorrichtung der Erfin dung darstellt,

Fig. 9A bis 9I Schnittansichten zur Veranschaulichung von Herstellungsschrit ten der ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Infrarotsensors dar stellen,

Fig. 10A bis 10C schematische Schnittansichten zur Veranschaulichung von Herstellungsschritten des Infrarotsensors der zweiten Ausführungsform der Er findung darstellen,

Fig. 11 ein Diagramm zur Veranschaulichung von Herstellungsschritten eines Infrarotnachweisteils darstellt,

Fig. 12A bis 12D schematische Schnittansichten zur Veranschaulichung ande rer Herstellungsschritte des Infrarotnachweisteils darstellen und

Fig. 13A bis 13F schematische Schnittansichten zur Veranschaulichung von Herstellungsschritten des Infrarotnachweisteils darstellen.

Unter Bezug auf die Zeichnungen, worin durchgängig in allen Ansichten gleiche Bezeichnungszeichen gleiche oder entsprechende Teile bezeichnen, werden nun die Ausführungsformen der Erfindung im folgenden erklärt.

Ausführungsform 1

Fig. 1A zeigt eine Draufsicht eines Infrarotsensors einer ersten Ausführungsform der Erfindung, und Fig. 1B zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 1A. Eine erste Isolierschicht 21 wird auf einem Siliciumträger 20 gebildet. Eine zweite Isolierschicht 22 wird auf einer Höhlung 25, die später erklärt wird, und auf der ersten Isolierschicht 21 gebildet, und die zweite Isolierschicht 22 be sitzt einen großen Absorptionskoeffizienten im Infrarotwellenlängenbereich.

Dann wird eine wärmeempfindliche Halbleiterschicht 23 auf der zweiten Isolier schicht 22 gebildet, und sie stellt eine Schicht mit veränderlichem Widerstand dar, die den Widerstand mit dem Anwachsen der Temperatur aufgrund der Ab sorption von Infrarotstrahlen ändert. Die wärmeempfindliche Halbleiterschicht 23 wird auf der Isolierschicht 22 gebildet, und sie umfaßt eine Halbleiterschicht 26 und Schichten mit hoher Verunreinigungskonzentration 27 und 28, die die Halbleiterschicht 26 von ihren Dach- und Bodenoberflächen her umschließen. Die Halbleiterschicht 26 besitzt einen relativ großen Temperaturkoeffizient des Widerstandes als Nachweisempfindlichkeit für Infrarotstrahlen, während die Schichten mit hoher Verunreinigungskonzentration 27 und 28 einen hohen Ab sorptionswert für Infrarotstrahlen besitzen. Die Halbleiterschicht 26 ist zum Beispiel eine polykristalline oder amorphe Siliciumschicht mit oder ohne einge brachten Verunreinigungen, damit sie eine erwünschten spezifischen Wider stand von zum Beispiel 10⁴ bis 10^-2 Ω·m und einen gewünschten Temperatur koeffizienten des Widerstandes (TCR) besitzt. Eine Nachweisfläche der Schicht 23 ist zum Beispiel 30 µm × 30 µm groß und ihre Dicke beträgt etwa 2000 Å.

Die Höhlung 25 wird zwischen den Isolierschichten 20 und 22 unter der wärme empfindlichen Halbleiterschicht 23 gebildet, um die Übertragung von Wärme aus der Schicht 23 in benachbarte Gebiete zu verhindern. Der zweite Isolierfilm 22 besitzt einen flachen Bereich parallel zur Ebene des Trägers 20 und einen Brückenbereich, der den flachen Bereich mit einem Basisbereich verbindet, der auf die erste Isolierschicht 20 aufgebracht ist. Die wärmeempfindliche Halblei terschicht 23 wird über dem flachen Bereich der zweiten Isolierschicht 22 gebil det.

Zwei breite Elektroden 24, die die Verbindung zu einem externen Signalverar beitungsschaltkreis herstellen, werden so angeschlossen, daß sie die dünne wär meempfindliche Halbleiterschicht 23 von oben und unter einschließen. Eine erste Elektrode der Elektroden 24 wird auf dem flachen Bereich der zweiten Isolier schicht 22 gebildet und erstreckt sich entlang einer Richtung zum Basisbereich derselben, und die wärmeempfindliche Halbleiterschicht 23 wird auf der Elek trode 24 gebildet. Eine zweite Elektrode der Elektroden 24 wird oben auf der wärmeempfindlichen Halbleiterschicht 23 gebildet und erstreckt sich entlang ei ner Richtung zum Basisbereich zur der ersten Elektrode gegenüberliegenden Seite hin. Weil die breiten Elektroden 24 von oben und unter auf die wärmeemp findliche Halbleiterschicht aufgebracht sind, kann der Widerstand zwischen den Elektroden 24 verringert werden, selbst wenn der spezifische Widerstand der wärmeempfindliche Halbleiterschicht 23 groß ist, so daß eine niedrige angelegte Spannung zum Ansteuern des Sensors verwendet wird, die angemessen für den Signalverarbeitungsschaltkreis ist.

Fig. 2A bis 2C zeigen verschiedene Typen der wärmeempfindlichen Halbleiter schicht 23, die in Fig. 1A und 1B dargestellt ist. Die wärmeempfindliche Halb leiterschicht 23, die in Fig. 2A dargestellt ist, ist ihrem Gegenstück, das in Fig. 1A und 1B dargestellt ist sehr ähnlich. Die Elektroden 24 werden auf der oberen und unteren Fläche der Schichten mit hoher Verunreinigungskonzentration 27 und 28 aufgebracht, während eine Schutzschicht 29 an den Seiten der Halblei terschicht 26 und den Schichten mit hoher Verunreinigungskonzentration 27 und 28 gebildet wird.

In der Struktur, die in Fig. 2B dargestellt ist, wird eine Elektrode 24 an einem Ende der Dachfläche der unteren Schicht mit hoher Verunreinigungskonzentra tion 27 gebildet, und eine andere Elektrode 24 wird an einem Ende der Dachflä che der anderen Schicht mit hoher Verunreinigungskonzentration 28 gebildet. Weiter wird eine Schutzschicht 29 als zum Schutz bereitgestellte Isolierschicht auf die Seiten der Halbleiterschicht 26 und der Schichten mit hoher Verunreini gungskonzentration 27 und 28 mit Ausnahme der Elektroden 24 aufgebracht.

Diese Struktur zeigt ein Beispiel, das die Herstellungsschritte der Elektroden 24 verringern kann, wie im folgenden erklärt wird.

Fig. 2C zeigt eine Struktur, bei der zwei Diffusionsschutzschichten oder Barrie reschichten 30 zwischen der Halbleiterschicht 26 und den Schichten mit hoher Verunreinigungskonzentration 27 und 28 gebildet wird. Die Diffusionsschutz schicht 30 verhindert die Diffusion von Phosphor oder dergleichen von den Schichten mit hoher Verunreinigungskonzentration 27 und 28 in die Halbleiter schicht 26 als einer Schicht mit niedriger Konzentration bei Hochtemperaturpro zessen, die in den Herstellungsschritten eines integrierten Schaltkreises oder dergleichen eingeschlossen sind, der gleichzeitig mit dem Infrarotsensor gebildet werden soll. Die Barriereschichten 30 können auch aus Siliciumnitrid oder Sili ciumdioxid hergestellt sein.

Die Einbringungsmenge von Verunreinigungen in die Halbleiterschicht 26, die in Fig. 1A bis 1B und 2A bis 2C dargestellt ist, wird wie folgt bestimmt: Fig. 3A zeigt eine grafische Darstellung eines Beispiels des spezifischen Widerstandes von polykristallinem Silicium, während Fig. 3B eine grafische Darstellung eines Beispiels des Temperaturkoeffizienten des Widerstandes (TCR) dargestellt, beide aufgetragen gegen die Einbringungsmenge von Bor. Der Temperaturkoeffizient des Widerstandes (TCR) der Halbleiterschicht 26 wird vergrößert, um die Nach weisempfindlichkeit des Infrarotsensors zu verbessern. Dann wird zum Beispiel eine Menge von etwa 10¹⁷ bis 10¹⁸/cm³ Bor eingebracht, um einen hohen Tempe raturkoeffizienten des Widerstandes gemäß Fig. 3A und 3B zu besitzen. Zum Beispiel wird bei der Halbleiterschicht 26 Bor in einer Menge von 2,2 × 10¹³/cm³ in das polykristalline Silicium bis zu einer Dicke von 200 nm eingebracht, oder es Bor wird in einer Menge von 1,1 × 10¹⁸/cm³ eingebracht, um einen spezifischen Widerstand von 110 mΩ·m und einem Temperaturkoeffizienten des Widerstan des von 2,0%/K zu erhalten.

Fig. 3C zeigt eine Auftragung des spezifischen Widerstandes gegen den Tempe raturkoeffizienten des Widerstandes (TCR). Wenn der Temperaturkoeffizient des Widerstandes (TCR) vergrößert wird, vergrößert sich der spezifische Widerstand der Halbleiterschicht 26. Deshalb muß die Einbringungsmenge von Verunreini gungen so bestimmt werden, das der Temperaturkoeffizient des Widerstandes (TCR) maximiert wird, so lange nicht der spezifische Widerstand einen Wert überschreitet, bis zu dem die genannten Strukturen der wärmeempfindlichen Halbleiterschicht 23 des Infrarotsensors noch ansteuerbar sind, unter Bezug auf Fig. 3A und 3B. Zum Beispiel kann gemäß Fig. 3A bis 3C die Einbringungs menge an Bor in die polykristalline Siliciumschicht so ausgewählt werden, daß sie etwa 10¹⁷ bis 10¹⁸/cm³ beträgt.

Die Art der einzubringenden Verunreinigungsionen ist nicht auf Bor begrenzt, sondern Phosphor, Arsen und dergleichen können ähnlich Eigenschaften ver wirklichen.

Auf der anderen Seite können die Schichten 28 und 29 mit hoher Verunreini gungskonzentration aufgrund der Absorption durch freie Elektronen Infrarot strahlen absorbieren, und die Absorptionsmenge wächst mit dem Ansteigen der Einbringungsmenge. So werden sie als Schichten zum Absorbieren von Infrarot strahlen verwendet. Wenn sie aus polykristallinem Silicium hergestellt sind, wächst die Absorptionsmenge der Infrarotstrahlen bei der Einbringungsmenge des Bors von 10¹⁸/cm³ oder mehr. Wenn allerdings die Einbringungsmenge des Bors auf 10²⁰/cm³ oder mehr anwächst, vergrößert sich die Reflexion an der Oberfläche. Deshalb ist diese Mange nicht vorteilhaft von Gesichtspunkt der Ab sorption von Infrarotstrahlen her gesehen. Dann wird die Einbringungsmenge auf etwa 10¹⁸ bis 10²⁰/cm³ festgelegt.

Wie in Fig. 3A dargestellt, kann, wenn die Menge der Ioneneinbringung in die Schichten mit hoher Verunreinigungskonzentration 27 und 28 auf 10¹⁸/cm³ oder mehr festgelegt wird, der spezifische Widerstand auf 10^-2 Ω·m oder weniger ver ringert werden, und der Kontakt mit der Elektrode 24 ist ein ohm′scher Kontakt. Deshalb gibt es keine Signaldämpfung am Verbindungsteil mit der Elektrode oder die nachgewiesenen Signale können wirkungsvoll abgeleitet werden.

Weiter wird im Infrarotsensor die Isolierschicht 22 aus einem Material gebildet, das einen großen Absorptionskoeffizienten für ein Licht im Infrarotbereich auf weist, um die Nachweisempfindlichkeit für Infrarotstrahlen zu verbessern durch Übertragen der absorbierten Infrarotstrahlen auf die wärmeempfindliche Halb leiterschicht 26. Es wird zum Beispiel beobachtet, daß, wie in Fig. 4A dargestellt, Siliciummonoxid einen Absorptionskoeffizienten von etwa 40% bei einer Wellen länge von 9,5 µm besitzt, während, wie in Fig. 4B dargestellt, Siliciumnitrid ei nen Absorptionskoeffizient von etwa 30% bei einer Wellenlänge von 12 µm be sitzt.

Als nächstes wird die Wirkungsweise des genannten- Infrarotsensors erklärt. Wenn Infrarotstrahlen in einem Wellenlängenbereich von 7 bis 12 µm die wär meempfindliche Halbleiterschicht 23, die aus polykristallinem oder amorphem Silicium hergestellt ist, bestrahlen, absorbiert die Schicht 23 die Infrarotstrah len, so daß ihre Temperatur steigt, was ihren Widerstand ändert. Die Wider standsänderung kann ausgelesen werden als Änderung der Spannung oder des Stromes, die beziehungsweise der an die Elektroden 24 an den beiden Enden der wärmeempfindlichen Halbleiterschicht 23 angelegt ist.

In der Struktur der Infrarotsensorvorrichtung werden die erste und die zweite Schicht mit hoher Verunreinigungskonzentration 27 und 28 auf der gesamten Oberfläche oberhalb und unterhalb der Halbleiterschicht 26 gebildet, und die breiten Elektroden 24 werden über der Halbleiterschicht 26 gebildet. Deshalb fließt ein Strom senkrecht durch die Dicke der wärmeempfindlichen Wider standsschicht 23. Im allgemeinen wird der Widerstand R einer Widerstands schicht ausgedrückt als:

R = ρ·l/S

worin ρ den spezifischen Widerstand eines Materials der Widerstandsschicht darstellt, l eine Länge des Materials darstellt und S eine Schnittfläche der Wi derstandsschicht darstellt. Deshalb kann der Widerstand des Infrarotsensors verringert werden durch Verringern der Dicke der Halbleiterschicht 26, die eine Entfernung zwischen den Schichten mit hoher Verunreinigungskonzentration 27 und 28 darstellt, und durch Vergrößern der Fläche der Schichten 27 und 28, selbst, wenn der spezifische Widerstand der wärmeempfindlichen Halbleiter schicht 23 groß ist. Dann kann er mit einer niedrigen Spannung betrieben wer den, die angemessen ist für einen Signalverarbeitungsschaltkreis.

Im Infrarotsensor kann ein Sensor mit großem Temperaturkoeffizienten des Wi derstandes (TCR) als großer Nachweisempfindlichkeit für Infrarotstrahlen ver wirklicht werden unter Verwendung der Halbleiterschicht 26, die aus polykri stallinem oder amorphem Silicium und mit oder ohne Bor, Phosphor oder Arsen in einer angemessenen kleinen Menge bei niedriger Konzentration hergestellt ist. So kann ein Infrarotsensor vom Bolometertyp mit hoher Nachweisempfind lichkeit für Infrarotstrahlen bereitgestellt werden. Weiter werden, wie vorste hend erklärt, die Schichten mit hoher Verunreinigungskonzentration 27 und 28 als Schichten zum Absorbieren von Infrarotstrahlen verwendet. Weiter ist die Verbindung dieser Schichten mit den Elektroden 24 ohmisch. So können durch Verbesserung der Absorption und Nachweisempfindlichkeit der Infrarotstrahlen durch die wärmeempfindliche Halbleiterschicht 23 selbst Infrarotstrahlen nach gewiesen werden mit ausschließlicher Hilfe der wärmeempfindlichen Halbleiter schicht 23.

Weiter wirkt, da die Isolierschicht 22 im Infrarotsensor einen großen Absorpti onskoeffizienten für Licht im Infrarotbereich besitzt, die Schicht 22 als Isolier schicht durch Auswahl eines geeigneten Isoliermaterials gemäß der Wellenlänge der Infrarotstrahlen, die verwendet werden sollen, während die Infrarotstrahlen durch die Halbleiterschicht 26 absorbiert werden, wodurch der Halbleiterschicht 26 Wärme zugeführt wird, was die Empfindlichkeit der Infrarotsensors steigert.

Noch darüber hinaus wird durch Bereitstellen der Höhlung 25 zwischen der wärmeempfindlichen Halbleiterschicht 23 und dem Träger 20 im Infrarotsensor der ersten Ausführungsform die wärmeempfindliche Halbleiterschicht 23 nur durch Brücken unterstützt, die die Elektrode 24 und die Isolierschicht 22 unter der Elektrode 24 umfaßt. Deshalb ist Wärme, die in der wärmeempfindlichen Halbleiterschicht 23 erzeugt wird, thermisch vom Träger 20 oder der Umgebung getrennt, so daß eine Menge der empfangenen Infrarotstrahlen wirkungsvoll nachgewiesen werden kann.

Ausführungsform 2

Fig. 5A stellt eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform eines erfindungs gemäßen Infrarotsensors dar, und Fig. 5B stellt eine Querschnittsansicht ent lang der Linie A-A in Fig. 5A dar. Der Infrarotsensor besitzt einen anderen Typ einer wärmeempfindlichen Halbleiterschicht. Ähnlich der Struktur, die in Fig. 1A und 1B dargestellt ist, wird eine erste Isolierschicht 21 auf einem Silicium träger 20 und eine zweite Isolierschicht 22 auf einer Höhlung 25 und auf der er sten Isolierschicht 21 gebildet. Die zweite Isolierschicht 22 besitzt einen großen Absorptionskoeffizienten im Infrarotwellenlängenbereich. Dann wird eine wär meempfindliche Halbleiterschicht 123 auf der Isolierschicht 22 gebildet. Die wär meempfindliche Halbleiterschicht 123 ist eine Schicht mit veränderlichem Wi derstand, die ihren Widerstand mit Anwachsen der Temperatur aufgrund der Absorption von Infrarotstrahlen ändert, und sie umfaßt eine enge Halbleiterregion 126, die aus einer polykristallinen oder amorphen Siliciumregion mit oder ohne Verunreinigungen einer niedrigen Konzentration hergestellt ist, und zwei Regionen mit hoher Verunreinigungskonzentration 127 und 128, die die Halblei terregion 126 von beiden Seiten her einschließt. Die Halbleiterregion 126 und die Regionen mit hoher Verunreinigungskonzentration 127 und 128 werden auf ei nem flachen Bereich der Isolierschicht 22 oberhalb der Höhlung 25 parallel zur Ebene des Trägers 20 gebildet. Zwei Elektroden 124 sind an die Regionen mit hoher Verunreinigungskonzentration 127 und 128 angeschlossen und erstrecken sich entlang entgegengesetzter Richtungen zur einem Basisbereich der Isolier schicht 22. Weiter wird eine Schutzschicht 129 an den Seiten der wärmeemp findlichen Halbleiterschicht 123 gebildet, um sie zu schützen.

Ähnlich der wärmeempfindlichen Halbleiterschicht 23 der ersten Ausführungs form besitzt die Halbleiterregion 126 einen relativ großen Temperaturkoeffizien ten des Widerstandes als Nachweisempfindlichkeit für Infrarotstrahlen, wäh rend die Regionen mit hoher Verunreinigungskonzentration 127 und 128 eine große Absorptionsfähigkeit für Infrarotstrahlen besitzen. Die Halbleiterregion 126 besteht zum Beispiel aus einer polykristallinen oder amorphen Siliciumregi on mit oder ohne eingebrachten Verunreinigungen, die einen erwünschten spezi fischen Widerstand von zum Beispiel 10⁴ bis 10^-2 Ω·m und einen erwünschten Temperaturkoeffizienten des Widerstandes (TCR) besitzt.

Die Abmessung der wärmeempfindlichen Halbleiterschicht 123 beträgt zum Bei spiel 30 µm × 30 µm, worin die Halbleiterregion 126 eine Fläche von 2 µm × 30 µm einnimmt und die Regionen mit hoher Verunreinigungskonzen tration 127 und 128 an beiden Seiten der Halbleiterregion 126 angeordnet sind.

Infrarotstrahlen werden auf der breiten Fläche der Regionen mit hoher Verun reinigungskonzentration 127 und 128 absorbiert, und sie werden in der Halblei terregion 126 nachgewiesen.

Der Sensor mit dieser Struktur besitzt einen höheren Widerstand als der der er sten Ausführungsform, wenn ein Material mit dem gleichen spezifischen Wider stand verwendet wird, und das erfordert eine höhere angelegte Spannung.

Allerdings kann in einem Infrarotsensor, der ein Matrixfeld von Sensoren um faßt, das Streuen der Leistungen bei einem Satz aus vielen Sensoren ein Pro blem darstellen. Das Streuen wird gesteuert durch die Breite der Halbleiterregion 126 beim Herstellungsprozeß. In der zweiten Ausführungsform, in der ein Pfad des Signalstroms parallel zum Träger verläuft, ist eine Ausrichtung einer Maske mit hoher Präzision möglich, was eine korrekte Breite der Halbleiterregi on 126 bildet, wie später erklärt wird. Deshalb ist es ein Vorteil des Sensors der zweiten Ausführungsform, das ein zuverlässiger Bildsensor für Infrarotstrahlen bereitgestellt werden kann.

Wie in Fig. 6A und 6B dargestellt, sind die Schichten mit hoher Verunreini gungskonzentration 27 und 28 und 127 und 128 an beiden Seiten der Halbleiter schichten 26 und 126 in der ersten und zweiten Ausführungsform gebildet und können unterschiedlich von einander vom Leitungstyp n+ und n- hergestellt wer den. In anderen Worten kann durch eine Kombination der Halbleiterschicht 26 beziehungsweise 126 und der Schichten mit hoher Konzentration von Verunrei nigungen 27 und 28 beziehungsweise 127 und 128 eine Diode konstruiert wer den. Die Halbleiterschicht 26 kann von Leitungstyp i, n oder p sein. Es ist fest zustellen, daß aktive Elemente, wie zum Beispiel ein Feldeffekttransistor, im Gegensatz zur Situation beim Bildsensor des Standes der Technik nicht verwen det werden.

Fig. 7A zeigt einen Infrarotbildsensor, der Infrarotsensoren umfaßt, die als ein Matrixfeld aus den genannten Infrarotsensoren 14 angeordnet sind. Der Bild sensor umfaßt weiter einen Schaltkreis 15 zum Auswählen eines Sensors entlang der vertikalen Richtung, einen Schaltkreis 16 zum Auswählen eines Sensors entlang der horizontalen Richtung und Abtastleitungen, die an die Schaltkreise 15 und 16 angeschlossen sind.

Wie in Fig. 7B dargestellt, werden die Abtastleitungen 5 und 6 durch die Elek troden 24 und 124 an die Sensoren angeschlossen, die entlang Zeilen und Spal ten des Matrixfeldes angeordnet sind, ohne Verwendung von Schaltelementen, wie zum Beispiel Feldeffekttransistoren, im Gegensatz zum Bildsensor nach dem Stand der Technik. Fig. 7B zeigt einen Pixel oder einen Sensor, der in Fig. 6A und Fig. 6B im Matrixfeld dargestellt ist. Das heißt, die Halbleiterregion 126 und die Regionen mit hoher Verunreinigungskonzentration 127 und 128 besitzen verschiedene Leitungstypen und bilden so eine Diode.

Ein Pixel oder Sensor im Matrixfeld wird wie folgt ausgewählt: Wenn zum Bei spiel eine Spannung an den dritten Ausgang des Schaltkreises 15 zur Auswahl eines Sensors entlang der vertikalen Richtung und an den zweiten Ausgang des Schaltkreises 16 zur Auswahl eines Sensors der horizontalen Richtung angelegt wird, fließt ein elektrischer Strom durch einen Pfad "abcd", wodurch der Sensor 14 ausgewählt ist. Obwohl keine Schaltelemente verwendet werden, fließen ent lang der Pfade, wie zum Beispiel "abefghÿcd", die in Fig. 7A dargestellt sind, keine Kreisströme, wie zum Beispiel "ji" und "fe", und ein gewünschter Sensor kann ohne Schaltelemente ausgewählt werden. Deshalb wird keine große Fläche für Schaltelemente gebraucht, und die Sensoren können mit hoher Dichte ange ordnet werden. Weil, wie vorstehend erklärt wurde, die wärmeempfindliche Halbleiterschicht die Wirkung einer Diode besitzt, wird eine Struktur einer Schaltung für die Auswahl eines Sensors einfacher, und die Sensoren können mit höherer Dichte im Bildsensor angebracht werden.

Eine Diode kann gebildet werden unter Verwendung einer Kombination aus Halbleiterregionen verschiedener Leitungstypen, und die folgenden Modifikatio nen sind möglich: Sie kann ausgewählt werden gemäß der Polarität des Abtast schaltkreises und der Amplitude der angelegten Spannung.

In einer Diodenstruktur umfaßt die wärmeempfindliche Halbleiterschicht 123 eine Region mit hoher Verunreinigungskonzentration vom p-Typ 127, eine Halb leiterregion 126 aus einem polykristallinen oder amorphen Silicium vom n-Typ mit niedriger Verunreinigungskonzentration oder ohne ein gebrachte Verunreini gungen und eine Region mit hoher Verunreinigungskonzentration vom n-Typ 128.

In einer anderen Diodenstruktur umfaßt die wärmeempfindliche Halbleiter schicht 123 eine Region mit hoher Verunreinigungskonzentration von p-Typ 127, eine Halbleiterregion 126 aus polykristallinem oder amorphem Silicium vom p-Typ mit niedriger Verunreinigungskonzentration oder ohne eingebrachte Ver unreinigungen und eine Region mit hoher Verunreinigungskonzentration vom n-Typ 128.

Fig. 8 stellt einen Infrarotsensor dar, worin ein Reflexionsfilm 32 auf dem Boden der Höhlung 25 auf der ersten Isolierschicht 21 im Infrarotsensor der ersten und der zweiten Ausführungsform bereitgestellt ist, um die Absorption der Schicht aus polykristallinem oder amorphem Siliciummaterial zur Absorption von Infra rotstrahlen zu verbessern. Der Reflexionsfilm 32 ist, aus einem Material mit ho her Reflexionsfähigkeit hergestellt, wie zum Beispiel aus Aluminium, Wolfram Wolframsilicid, Titansilicid, Platinsilicid oder dergleichen. Der Reflexionsfilm 32 wird verwendet, um reflektiertes Licht der Infrarotstrahlen zu sammeln, um das reflektierte Licht wirkungsvoll zu verwenden. Dann können die empfangenen In frarotstrahlen wirkungsvoller nachgewiesen werden.

Wenn die Entfernung zwischen der wärmeempfindlichen Halbleiterschicht 23 und dem Boden des Trägers 20 auf λ/4 eingestellt ist, um eine optische Reso nanzstruktur zu bilden, kann das Licht wirkungsvoller gesammelt werden. Die Entfernung kann eingestellt werden durch Steuern der Dicke einer Opferschicht 35, die später erklärt wird, wenn die Höhlung 25 gebildet wird. Die Entfernung beträgt 2,5 µm in einem Raum mit einem Brechungsindex von 1 für eine nach zuweisende Wellenlänge von etwa 10 µm. Allerdings muß die Entfernung nicht 2,5 µm betragen, solange der Vorteil der Lichtsammlung beobachtet wird.

Ausführungsform 3

Fig. 9A bis 9I zeigen Herstellungsschritte des Infrarotsensors der ersten Aus führungsform der Erfindung.

Zuerst wird, wie in Fig. 9A dargestellt, ein Isolierfilm 21, der aus Siliciumdioxid oder Siliciumnitrid besteht, auf einem Siliciumträger 20 mit einem chemischen Dampfabscheidungsverfahren (CVD) oder dergleichen gebildet.

Als nächstes wird, wie in Fig. 9B dargestellt, eine Schicht aus polykristallinem oder amorphem Silicium mit der Niederdruck-CVD, der Plasma-CVD, der Sput tertechnik oder dergleichen gebildet, und die Schicht wird gemustert zur Bildung einer Schicht, die als Opferschicht 35 dient.

Als nächstes wird, wie in Fig. 9C dargestellt, eine Isolierschicht 22 aus Silici umdioxid oder Siliciumnitrid mit CVD auf der Opferschicht 35 gebildet.

Ein solches Material für die Schicht wird als Dünnfilm ausgebildet, um einen gu ten Temperaturanstieg des Infrarotsensors sicherzustellen. Allerdings wird die Filmdicke unter Berücksichtigung der mechanischen Festigkeit festgelegt. Im Falle des Siliciumdioxids wird die Schicht mit einer Dicke von 200 nm abge schieden.

Als nächstes wird, wie in Fig. 9D dargestellt, eine Schicht, die aus Metall oder Titannitrid besteht, auf der Isolierschicht 22 durch Reaktivsputtern gebildet, und die Schicht wird zur Bildung einer Elektrode 24 gemustert.

Als nächstes wird, wie in Fig. 9E dargestellt, eine Halbleiterschicht 26 aus poly kristallinem oder amorphem Silicium darauf gebildet.

Als nächstes wird, wie in Fig. 9F dargestellt, die Einbringung von Ionen eines Verunreinigungselementes, wie zum Beispiel Phosphor, in hoher Konzentration durchgeführt, um eine Halbleiterschicht mit hoher Verunreinigungskonzentrati on 27 zu bilden.

Als nächstes wird, wie in Fig. 9G dargestellt, eine Halbleiterschicht 26, die aus polykristallinem oder amorphem Silicium besteht, auf der Elektrode 24 gebildet.

Zu dieser Zeit können in die Halbleiterschicht 26 Verunreinigungen aus Phos phor oder dergleichen in niedriger Konzentration eingebracht werden, um den gewünschten Temperaturkoeffizient des Widerstandes (TCR) zu verwirklichen oder keine Verunreinigung eingebracht werden.

Als nächstes wird, wie in Fig. 9H dargestellt, eine polykristalline oder amorphe Siliciumschicht auf der Schicht 26 gebildet, und die Ioneneinbringung eines Ver unreinigungselementes, wie zum Beispiel von Phosphor, mit hoher Konzentrati on wird auf der Siliciumschicht durchgeführt zur Bildung einer Schicht mit ho her Verunreinigungskonzentration 28.

Der Phosphor mit hoher Konzentration wird in die Schichten mit hoher Verun reinigungskonzentration 27 und 28 eingebracht, um einen bestimmten spezifi schen Widerstand von 10^-2 Ω·m oder weniger zu verwirklichen.

Phosphor wird in dieser Ausführungsform als Verunreinigungselement für die Schichten mit hoher Verunreinigungskonzentration 27 und 28 verwendet. Al lerdings kann Arsen, Bor oder dergleichen ebenfalls anstelle von Phosphor ver wendet werden.

Wenn die Halbleiterschicht 26 als eine auf verschiedene Weise aus polykristalli nem oder amorphem Silicium gebildete Schicht mit Plasma-CVD oder Nieder druck-CVD unter Verwendung eines Materials, wie zum Beispiel Silan, Phos phin oder dergleichen, gebildet wird, kann gleichzeitig ein laminierter Film ge bildet werden als kontinuierlicher Prozeß zur Bildung der Schichten mit hoher Verunreinigungskonzentration 27 und 28 und der Halbleiterschicht 26 als Schicht mit niedriger Verunreinigungskonzentration oder dergleichen.

Weiter wird als Alternative jede Ioneneinbringung durchgeführt, und jedes Ver unreinigungsatom kann von der Siliciumdioxidschicht her eindiffundiert werden einschließlich Phosphor mit hoher Konzentration.

Als nächstes wird, wie in Fig. 9I dargestellt, nachdem eine Isolierschicht 31 ge bildet wurde, eine Elektrode 24 auf der wärmeempfindlichen Halbleiterschicht gebildet, die die Halbleiterschicht 26 und die Schichten mit hoher Verunreini gungskonzentration 27 und 28 umfaßt.

Als nächstes wird, obwohl nicht dargestellt, ein Loch von der Isolierschicht 22 als äußere Seite des Musters der wärmeempfindlichen Halbleiterschicht zur Opfer schicht 35 gebildet. Dann wird eine Lösung aus Kaliumhydroxid, Hydrazin oder dergleichen in das Loch eingeführt, um so die Opfermuster 35 aufzulösen, um so eine Höhlung 25 zu bilden.

Ausführungsform 4

Fig. 10A bis 10C zeigen Schritte eines Herstellungsverfahren für Infrarotsenso ren, die in Fig. 5A und 5B dargestellt sind, worin der Strom in der wärmeemp findlichen Halbleiterschicht 123 parallel zur Ebene des Siliciumträgers 20 fließt. Wie in Fig. 10A dargestellt, wird, nachdem die Isolierschicht 22 auf der Opfer schicht 35 gebildet wurde, wie in Fig. 9C dargestellt, eine wärmeempfindliche Halbleiterschicht 123 gemäß Verfahren gebildet, die später erklärt werden.

Als nächstes wird, wie in Fig. 10B dargestellt, nachdem die Isolierschicht 131 gebildet wurde, eine Elektrode 124 in Nachbarschaft zur wärmeempfindlichen Halbleiterschicht 123 gebildet.

Als nächstes wird, wie in Fig. 10C dargestellt, die Opferschicht 35 zur Bildung der Höhlung 25 ähnlich wie im Verfahren der dritten Ausführungsform gelöst.

Fig. 11 zeigt ein Verfahren zur Steuerung der Breite der Halbleiterregion 126 des Infrarotsensors. Auf einer Isolierschicht 21, die aus Siliciumdioxid oder der gleichen besteht und über dem Siliciumträger 20 (nicht dargestellt) gebildet wurde, wird eine Halbleiterschicht 26 aus polykristallinem oder amorphem Sili cium gebildet. Als nächstes wird eine organische Resistmaske 133 mit der ge wünschten Gestalt gebildet, und die Ioneneinbringung von Phosphor, Bor oder dergleichen wird durchgeführt unter Verwendung der Maske, wodurch die Re gionen mit einer hohen Verunreinigungskonzentration 127 und 128 durch Io neneinbringung der selben Art von Ionen gebildet werden.

Die Präzision der Breite der Halbleiterregion 126 wird bestimmt durch die Prä zision eines Passerkreuzes, das für einen fotolithografischen Prozeß hergestellt wird. Durch Entfernen der organischen Resistmaske. 133 und der zurückbleiben den Siliciumdioxidschicht wird ein Bolometer mit einer wärmeempfindlichen Halbleiterschicht 123 fertiggestellt.

Fig. 12A bis 12D zeigen Prozesse eines Herstellungsverfahrens zur Bildung der Regionen mit hoher Verunreinigungskonzentration 127 und 128 unter Verwen dung der Ioneneinbringung verschiedener Arten von Ionen auf beiden Seiten der Halbleiterregion 126.

Wie in Fig. 12A dargestellt, wird zuerst eine Halbleiterregion 126 aus polykri stallinem oder amorphem Silicium auf der Isolierschicht 21 gebildet, die aus Si liciumdioxid besteht und auf dem Siliciumträger 20 (nicht dargestellt) gebildet ist.

Als nächstes wird, wie in Fig. 12B dargestellt, eine erste organische Resistmaske 134 auf der Halbleiterregion 126 gebildet, und Verunreinigungsionen einer er sten hohen Konzentration werden unter Verwendung der Maske eingebracht, wodurch eine erste Region mit hoher Verunreinigungskonzentration 128 gebildet wird. Dann wird die erste organische Resistmaske 134 durch Ätzen entfernt.

Als nächstes wird, wie in Fig. 12C dargestellt, eine zweite organische Resistmas ke 135 auf der Halbleiterregion 126 und der ersten Region mit hoher Verunrei nigungskonzentration 128 gebildet, und die Verunreinigungsionen einer zweiten hohen Konzentration werden unter Verwendung der Maske eingebracht. Dann wird die zweite organische Resistmaske 135 durch Ätzen entfernt, wodurch eine zweite Region mit hoher Verunreinigungskonzentration 127 gebildet wird.

Bei diesem Verfahren besitzt ein Muster, das durch Ausrichten der ersten orga nischen Resistmaske 134 gegenüber einer ersten Markierung (nicht dargestellt) gebildet wurde, einen ersten Fehler aufgrund der Ausrichtung. Dann verschwin det die erste Maske durch Ätzen und die zweite organische Resistmaske 135 wird ebenfalls durch Ausrichten derselben gegenüber der ersten Markierung gebildet, was einen zweiten Fehler ergibt. Deshalb besitzt ein Fehler der Musterentfer nung aufgrund der ersten und der zweiten Maske eine relative Beziehung nur über eine erste Markierung, so daß er eine Summe des ersten und des zweiten Fehlers darstellt und deshalb groß werden kann,

Fig. 13A bis 13F zeigen ein anderes Beispiel, worin verschiedene Arten von Io nen auf beiden Seiten der Halbleiterregion 126 eingebracht werden zur Bildung der Regionen mit hoher Verunreinigungskonzentration 127 und 128.

Wie in Fig. 13A dargestellt, wird eine Halbleiterregion 126, die aus polykristalli nem oder amorphem Silicium besteht, auf einer Isolierschicht 21 aus Siliciumdi oxid oder dergleichen gebildet, die zuvor auf einem Siliciumträger gebildet wurde (nicht dargestellt).

Als nächstes wird, wie in Fig. 13B dargestellt, eine Siliciumdioxidschicht 136 auf der Halbleiterschicht 126 durch Oxidation, CVD oder dergleichen gebildet.

Als nächstes wird, wie in Fig. 13C dargestellt, eine organische Resistschicht dar auf gebildet und sie ist gemustert, damit sie die gewünschte Gestalt besitzt, um ein erstes organisches Resistmuster 134 zu bilden.

Als nächstes wird ein Teil der Siliciumdioxidschicht 136 entfernt unter Verwen dung des Musters 134 als Maske.

Dann werden die Verunreinigungen 137 aus Phosphor oder dergleichen mit ho her Konzentration unter Verwendung der Maske 134 eingebracht zur Bildung einer ersten Region 128 mit hoher Verunreinigungskonzentration.

Als nächstes wird, wie in Fig. 13D dargestellt, nachdem das erste organische Resistmuster 134 entfernt wurde, eine zweite organische Resistschicht darauf gebildet und gemustert zur Bildung eines zweiten organischen Resistmusters 134. Dann wird unter Verwendung des Musters 134 als Maske ein Teil der Sili ciumdioxidschicht 136 entfernt.

Dann wird eine zweite Region mit hoher Verunreinigungskonzentration 127 durch eine zweite Ioneneinbringung von Verunreinigungen 138 gebildet.

Als nächstes wird, wie in Fig. 13E dargestellt, die zweite organische Resistmaske 135 entfernt und, wie in Fig. 13F dargestellt, die zurückbleibende Siliciumdi oxidschicht 136 entfernt, um ein wärmeempfindliches Bolometer zu vervollstän digen.

In den fotolithografischen Prozessen, die im vorstehend genannten Verfahren verwendet werden, kann zuerst die erste organische Resistmaske 134, die in Fig. 13C dargestellt ist, unter Bezug auf die erste Markierung (nicht dargestellt) aus gerichtet werden zur Bildung einer ersten Region mit hoher Verunreinigungs konzentration 128. Dann verbleibt nach dem Entfernen der ersten organischen Resistmaske 134 ein Kantenbereich der Siliciumdioxidschicht an einer Randlinie der ersten Region mit hoher Verunreinigungskonzentration 128. Allerdings wird die zweite organische Resistmaske unter Verwendung des Kantenbereiches als zweite Maske gebildet. Deshalb kann die Breite der wärmeempfindlichen Halb leiterregion 126 präzise geformt werden.

Weiter kann, wie in Fig. 2C dargestellt, der erfindungsgemäße Infrarotsensor Diffusionsschutzschichten oder Barriereschichten 30 zwischen der Halbleiter schicht 26 aus polykristallinem oder amorphem Silicium und den Schichten mit hoher Verunreinigungskonzentration 27 und 28 in der wärmeempfindlichen Halbleiterschicht 23 einschließen. Die Barriereschicht 30 wird bereitgestellt, um die Diffusion von Phosphor oder dergleichen von den Schichten hoher Verunrei nigungskonzentration 27 und 28 in die Halbleiterschicht 26 als Schicht mit niedriger Verunreinigungskonzentration bei Hochtemperaturprozessen zu ver hindern, die in das Herstellungsverfahren eines integrierten Schaltkreises oder dergleichen, der gleichzeitig mit dem Infrarotsensor gebildet wird, eingeschlos sen sind. Ähnlich dem Sensor der zweiten Ausführungsform können die Diffusi onsschutzschichten oder Barriereschichten auch zwischen der Halbleiterregion 126 und den Regionen mit hoher Verunreinigungskonzentration 127 und 128 in der wärmeempfindlichen Halbleiterschicht 123 bereitgestellt werden.

Zum Beispiel wird beim Infrarotsensor der ersten Ausführungsform, nachdem die Schicht mit hoher Verunreinigungskonzentration 27, wie in Fig. 9F darge stellt, gebildet wurde, seine Oberfläche oxidiert oder nitridiert zur Bildung einer Barriereschicht 30 einer Dicke von wenigen Nanometern. Als Beispiel für die Ni tridierung wird ein ECR-Plasmaprozeß oder ein Lampentempern in Stick stoffumgebung durchgeführt. Dann wird die Halbleiterschicht 26 gebildet und ihre Oberfläche oxidiert oder nitridiert zur Bildung einer Barriereschicht 30 mit einer Dicke von wenigen nm. Dann kehrt der Ablaufplan des Verfahrens zurück zu den Prozessen der dritten Ausführungsform.

Wie vorstehend erklärt, werden die Diffusionsschutzschichten 30 zwischen der Halbleiterschicht und den Schichten mit hoher Verunreinigungskonzentration bereitgestellt. Weil die Diffusion von Verunreinigungen bei hoher Temperatur verhindert werden kann, ändert sich die Leistung des Sensors nicht nach Her stellungsprozessen bei hoher Temperatur.

Es wurde bestätigt, daß die Barriereschicht 30 nicht die Bewegung von Ladungs trägern behindert, aber die Diffusion der Verunreinigungselemente unterdrückt (zum Beispiel "International Conference of Solid State Device and Material" [Internationale Konferenz über Festkörpervorrichtungen und -Materialien] 1994, Seite 422).

Diese Verfahren können leicht in üblichen Vorrichtungen für integrierte Schalt kreise durchgeführt werden. Die Oberfläche der Halbleiterschicht 26 wird auch der gleiche Behandlung unterzogen.

Als nächstes wird ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens zur Bildung der Elektrode 24 nach der Bildung der wärmeempfindlichen Halbleiterschicht, wie in Fig. 2B dargestellt, erklärt. Bei diesem Herstellungsverfahren der dritten Ausführungsform wird eine Struktur, die in Fig. 2B dargestellt ist, zuerst herge stellt. Dann wird, nachdem die Schicht mit hoher Verunreinigungskonzentration 28 gebildet wurde, die Elektrode 24 gleichzeitig gebildet. Deshalb kann ein Ver fahrensschritt weggelassen werden.

Wie vorstehend erläutert, wird bei einem Verfahren zur Bestimmung der Breite der Halbleiterschicht, nachdem die erste Resistmaske entfernt wurde, die zweite Resistmaske unter Verwendung der übriggebliebenen Isolierschicht als Refe renzposition gebildet. Deshalb kann eine Ausrichtung beider Seiten der Breite durchgeführt werden unter Verwendung der selben Referenzposition. So ist un ter Verwendung des Herstellungsverfahrens das Streuen der Leistung der Sen soren von einer Charge zur anderen klein und ihre Präzision ist größer.

Obwohl die Erfindung vollständig beschrieben wurde in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsformen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, muß festgestellt werden, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen für den Fachmann offensichtlich sind. Solche Änderungen und Modifikationen müs sen als im Umfang der Erfindung eingeschlossen angesehen werden, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, sofern sie nicht davon abweichen.

Um die Empfindlichkeit einer wärmeempfindlichen Halbleiterschicht zum Nachweis und zur Absorption von Infrarotstrahlen in einem Infrarotsensor zu verbessern, umfaßt der Sensor einen Träger, eine Isolierschicht auf dem Träger, eine wärmeempfindliche Halbleiterschicht, die auf der Isolierschicht gebildet ist, wobei die Halbleiterschicht eine Halbleiterschicht mit einem von der Temperatur abhängigen elektrischen Widerstand mit relativ großem Temperaturkoeffizien ten des Widerstandes und Schichten mit hoher Verunreinigungskonzentration die die Halbleiterschicht umschließen, umfaßt, und eine Elektrode, die an die Schicht mit hoher Verunreinigungskonzentration angeschlossen ist. So leistet die wärmeempfindliche Halbleiterschicht selbst sowohl den Nachweis als auch die Absorption mit oder ohne Bereitstellung einer wärmeabsorbierenden Schicht zum Nachweis von Infrarotstrahlen nur mit Hilfe der wärmeempfindlichen Halbleiterschicht.

Claims

1. Sensor zum Nachweis von Infrarotstrahlen, umfassend:

- Einen Träger,
- eine Isolierschicht, die auf diesem Träger gebildet ist,
- eine erste Elektrode, die auf dieser Isolierschicht gebildet ist,
- eine wärmeempfindliche Halbleiterschicht, umfassend eine erste Schicht mit hoher Verunreinigungskonzentration, die auf der ersten Elektrode gebildet ist, eine Halbleiterschicht, die auf der ersten Schicht mit hoher Verunreini gungskonzentration gebildet ist und einen von der Temperatur abhängigen elektrischen Widerstand besitzt, und eine zweite Schicht mit hoher Verun reinigungskonzentration, die auf der Halbleiterschicht gebildet ist, und
- eine zweite Elektrode, die auf der zweiten Schicht mit hoher Verunreini gungskonzentration gebildet ist,

worin die erste und zweite Schicht mit Verunreinigungen auf den gesamten Dach- und Bodenoberflächen der Halbleiterschicht gebildet sind.

2. Sensor nach Anspruch 1, worin die erste und die zweite Elektrode sich über die gesamten Flächen der hochempfindlichen Halbleiterschichten erstrecken.

3. Sensor nach Anspruch 1, worin die Halbleiterschicht zwischen der ersten und der zweiten Schicht mit hoher Verunreinigungskonzentration sich in einer Ebene parallel zur Ebene des Trägers erstreckt.

4. Sensor nach Anspruch 3, worin eine Höhlung unter der Isolierschicht gebildet wird, und ein Teil der Isolierschicht eine Ebene parallel zur Ebene des Trägers bereitstellt.

5. Sensor nach Anspruch 1, worin die Schichten mit hoher Verunreinigungskon zentration in der wärmeempfindlichen Halbleiterschicht Leitungstypen besitzen, die von einander verschieden sind.

6. Sensor nach Anspruch 1, worin die Region mit hoher Verunreinigungskonzen tration ohm′schen Kontakt zur Elektrode herstellt.

7. Sensor nach Anspruch 1, der weiter eine Diffusionsschutzschicht zwischen der Halbleiterschicht und einer der Schichten mit hoher Verunreinigungskonzen tration umfaßt.

8. Sensor nach Anspruch 3, der weiter eine Diffusionsschutzschicht zwischen der Halbleiterschicht und einer der Schichten mit hoher Verunreinigungskonzen tration umfaßt.

9. Sensor zum Nachweis von Infrarotstrahlen, umfassend:

- Einen Träger,
- eine Isolierschicht, die auf diesem Träger gebildet ist,
- eine wärmeempfindliche Halbleiterschicht, umfassend eine Halbleiterregion mit einem von der Temperatur abhängigen elektrischen Widerstand und Regionen mit hoher Verunreinigungskonzentration, die die Halbleiterregion zwischen sich einschließen, wobei die Halbleiterregion und die Regionen mit hoher Verunreinigungskonzentration auf der Isolierschicht gebildet sind, und
- Elektroden, die an die Regionen mit hoher Verunreinigungskonzentration angeschlossen sind.

10. Sensor nach Anspruch 9, worin die Halbleiterschicht sich in einer Ebene parallel zu einer Ebene des Trägers erstreckt.

11. Sensor nach Anspruch 10, worin eine Höhlung unter der Isolierschicht gebil det wird, und ein Teil der Isolierschicht eine Ebene parallel zur Ebene des Trä gers bereitstellt.

12. Sensor nach Anspruch 9, worin die Schichten mit hoher Verunreinigungs konzentration in der wärmeempfindlichen Halbleiterschicht Leitungstypen be sitzen, die von einander verschieden sind.

13. Sensor nach Anspruch 9, worin die Region mit hoher Verunreinigungskon zentration ohm′schen Kontakt zur Elektrode herstellt.

14. Sensor nach Anspruch 9, der weiter eine Diffusionsschutzschicht zwischen der Halbleiterschicht und einer der Schichten mit hoher Verunreinigungskon zentration umfaßt.

15. Bildsensor, umfassend:

- Eine Vielzahl von Infrarotsensoren, die als Matrixfeld angeordnet sind, wo bei die Infrarotsensoren einen Infrarotnachweisteil umfassen und der Infra rotnachweisteil eine Halbleiterschicht, die einen von der Temperatur ab hängigen elektrischen Widerstand besitzt, zwei Regionen mit hoher Verun reinigungskonzentration, die die Halbleiterschicht umschließen, und zwei Elektroden, die an die zwei Regionen mit hoher Verunreinigungskonzentra tion angeschlossen sind, umfaßt,
- Abtastleitungen, die entlang der vertikalen und der horizontalen Richtung angeordnet sind, wobei zwei Abtastleitungen an jedem Schnittpunkt an die zwei Elektroden eines der Infrarotsensoren angeschlossen sind,
- ein erster Schaltkreis zum Auswählen einer Abtastleitung entlang der ver tikalen Richtung und
- ein zweiter Schaltkreis zum Auswählen einer Abtastleitung entlang der ho rizontalen Richtung,

worin die Regionen hoher Verunreinigungskonzentration in jedem Sensor von einander verschiedene Leitungstypen besitzen.

16. Herstellungsverfahren für eine Infrarotsensorvorrichtung, umfassend folgen de Schritte:

- Bilden einer Isolierschicht auf einer Halbleiterschicht,
- Bilden einer ersten Resistmaske auf der Isolierschicht und Entfernen eines Teiles der Isolierschicht unter Verwendung der ersten Resistmaske,
- Einbringen von Verunreinigungen in die Halbleiterschicht zur Bildung einer ersten Schicht mit hoher Verunreinigungskonzentration,
- Entfernen der ersten Resistmaske und Bilden einer zweiten Resistmaske unter Verwendung der Isolierschicht als Referenzposition,
- Einbringen von Verunreinigungen zur Bildung einer zweiten Schicht mit hoher Verunreinigungskonzentration und der Verwendung der zweiten Re sistmaske.