JP2010078451A - Infrared sensor and infrared sensor module - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an infrared sensor and an infrared sensor module which enable prevention of warping of a thin-film structure part, while making an infrared absorption part be a thin film. <P>SOLUTION: Compensative polysilicon layers 39a and 39b which protect the infrared absorption part 33 and suppress warping of an infrared absorption part 33c on the occasion of forming a p-type polysilicon layer 35 and an n-type polysilicon layer 34 are formed on the infrared incidence surface side of the infrared absorption part 33. Therefore, thinning of the infrared absorption part 33 due to etching can be suppressed in overetching on the occasion of etching a non-doped polysilicon layer to be the base of the p-type polysilicon layer 35 and the n-type polysilicon layer 34, and also the uniformity in a stress balance of the thin-film structure part 3a can be enhanced. Thus, it is possible to prevent warping of the thin-film structure part 3a, while making the infrared absorption part 33 be a thin film, and the sensitivity can be improved. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、赤外線センサおよび赤外線センサモジュールに関するものである。   The present invention relates to an infrared sensor and an infrared sensor module.

従来から、例えば人体から放射される赤外線(波長が8〜12μm程度の赤外線)を検出可能な赤外線センサとして、マイクロマシニング技術などを利用して形成され、赤外線を吸収して熱に変換する赤外線吸収部と、赤外線吸収部の温度変化を検出する感温部とを備えた赤外線センサが提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。   Conventionally, for example, as an infrared sensor capable of detecting infrared rays emitted from the human body (infrared rays having a wavelength of about 8 to 12 μm), infrared absorption that is formed using micromachining technology and absorbs infrared rays and converts them into heat. An infrared sensor including a temperature sensor and a temperature sensing unit that detects a temperature change of the infrared absorption unit has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

ここにおいて、上記特許文献1に開示された赤外線センサは、図13に示すように、シリコン基板1a’と当該シリコン基板1a’の一表面上に形成されたシリコン窒化膜1b’とで構成されるベース基板1’と、ベース基板1’におけるシリコン基板1a’の上記一表面に空洞11’を設けることにより形成され上記シリコン窒化膜1b’の一部からなるダイヤフラム状の赤外線吸収部33’と、赤外線吸収部33’の温度変化を検出する熱電対型の感温部30’と、ベース基板1’の上記一表面側で感温部30’および赤外線吸収部33’の露出部位を覆うように形成されたシリコン窒化膜からなるパッシベーション膜(保護膜)60’とを備え、感温部30’が、ベース基板1’と赤外線吸収部33’とに跨って形成されたp形ポリシリコン層35およびn形ポリシリコン層34と、赤外線吸収部33’の赤外線入射面側(図13(b)における上面側)でp形ポリシリコン層35とn形ポリシリコン層34とを電気的に接合した接続部36とで構成される複数の熱電対が直列接続されたサーモパイルにより構成されている。ここで、感温部30’を構成するサーモパイルは、赤外線吸収部33’上に配置されたp形ポリシリコン層35の一端部およびn形ポリシリコン層34の一端部と、対をなすp形ポリシリコン層35とn形ポリシリコン層34との上記一端部同士を接合した接続部36とで温接点を構成し、ベース基板1’上に配置され互いに異なる熱電対のp形ポリシリコン層35の他端部およびn形ポリシリコン層34の他端部と、これら他端部同士を接合した接続部37とで冷接点を構成している。   Here, as shown in FIG. 13, the infrared sensor disclosed in Patent Document 1 includes a silicon substrate 1a ′ and a silicon nitride film 1b ′ formed on one surface of the silicon substrate 1a ′. A base substrate 1 ′, and a diaphragm-like infrared absorbing portion 33 ′ formed by providing a cavity 11 ′ on the one surface of the silicon substrate 1a ′ in the base substrate 1 ′ and comprising a part of the silicon nitride film 1b ′; A thermocouple type temperature sensing unit 30 ′ for detecting a temperature change of the infrared absorption unit 33 ′ and the exposed portion of the temperature sensing unit 30 ′ and the infrared absorption unit 33 ′ on the one surface side of the base substrate 1 ′. And a passivation film (protective film) 60 ′ made of a silicon nitride film, and a temperature-sensitive portion 30 ′ formed across the base substrate 1 ′ and the infrared absorbing portion 33 ′. The con layer 35 and the n-type polysilicon layer 34 are electrically connected to the p-type polysilicon layer 35 and the n-type polysilicon layer 34 on the infrared incident surface side (upper surface side in FIG. 13B) of the infrared absorbing portion 33 ′. The thermopile includes a plurality of thermocouples connected in series and connected in series. Here, the thermopile constituting the temperature sensing part 30 ′ is a p-type that forms a pair with one end of the p-type polysilicon layer 35 and one end of the n-type polysilicon layer 34 disposed on the infrared absorption part 33 ′. A p-type polysilicon layer 35 of thermocouples which are arranged on the base substrate 1 ′ and are different from each other constitute a hot junction with the connection portion 36 where the one end portions of the polysilicon layer 35 and the n-type polysilicon layer 34 are joined. The other end of each other, the other end of the n-type polysilicon layer 34, and a connecting portion 37 joining these other ends constitute a cold junction.

なお、上記特許文献1に開示された赤外線センサは、赤外線吸収部33’、感温部30’の一部、パッシベーション膜60’の積層構造を有する薄膜構造部と感温部30’の出力を読み出すためのMOSトランジスタとを有する画素が2次元アレイ状に配列されている。   Note that the infrared sensor disclosed in the above-mentioned Patent Document 1 outputs the outputs of the thin-film structure portion having a laminated structure of the infrared absorption portion 33 ′, a part of the temperature sensing portion 30 ′, and the passivation film 60 ′ and the temperature sensing portion 30 ′. Pixels having MOS transistors for reading are arranged in a two-dimensional array.

また、上記特許文献2に開示された赤外線センサは、図14に示すように、シリコン基板1a”と当該シリコン基板1a”の一表面上に形成された絶縁膜1b”とで構成されるベース基板1”と、ベース基板1”の上記一表面から離間して配置された感温部30”と、感温部30”とベース基板1”とを熱絶縁する断熱部90”とを備え、感温部30”が、不純物濃度が1017〜1018cm−3のポリシリコン層301と、当該ポリシリコン層301の厚み方向の両側に形成され不純物濃度が1018〜1020cm−3の高濃度ポリシリコン層302,303と、各高濃度ポリシリコン層302,303それぞれにおけるポリシリコン層301側とは反対側に形成された電極304,305とを有するボロメータ型の赤外線検出素子により構成されている。ここで、断熱部90”は、ベース基板1”の上記一表面から離間して配置されベース基板1”側とは反対側に感温部30”が積層される支持部90a”と、支持部90a”の側縁から延長された2つの脚部90b”,90b”とで構成されており、支持部90a”とベース基板1”の上記一表面との間に間隙100”が形成され、感温部30”の電極304,305に接続された金属配線314,315が各脚部90b”,90b”それぞれに沿って形成されている。 Further, as shown in FIG. 14, the infrared sensor disclosed in Patent Document 2 is a base substrate composed of a silicon substrate 1a ″ and an insulating film 1b ″ formed on one surface of the silicon substrate 1a ″. 1 ″, a temperature sensing portion 30 ″ arranged away from the one surface of the base substrate 1 ″, and a heat insulation portion 90 ″ for thermally insulating the temperature sensing portion 30 ″ and the base substrate 1 ″. The warm portion 30 ″ is formed on the polysilicon layer 301 having an impurity concentration of 10 17 to 10 18 cm −3 , and on both sides in the thickness direction of the polysilicon layer 301 and has a high impurity concentration of 10 18 to 10 20 cm −3 . Bolometer-type infrared detection having concentration polysilicon layers 302 and 303 and electrodes 304 and 305 formed on the opposite sides of the polysilicon layers 301 in the respective high concentration polysilicon layers 302 and 303. It is comprised by the element. Here, the heat insulating portion 90 ″ is disposed so as to be separated from the one surface of the base substrate 1 ″, and a support portion 90a ″ in which the temperature sensitive portion 30 ″ is laminated on the opposite side to the base substrate 1 ″ side, and a support portion It is composed of two legs 90b "and 90b" extended from the side edges of 90a ", and a gap 100" is formed between the support 90a "and the one surface of the base substrate 1". Metal wirings 314 and 315 connected to the electrodes 304 and 305 of the warm portion 30 ″ are formed along the respective leg portions 90b ″ and 90b ″.

図14に示した構成の赤外線センサでは、高濃度ポリシリコン層302,303の不純物濃度が1018〜1020cm−3の範囲で適宜設定されているので、検出対象の赤外線の吸収率を高くしつつ赤外線の反射を抑制することができる。 In the infrared sensor having the configuration shown in FIG. 14, since the impurity concentration of the high-concentration polysilicon layers 302 and 303 is appropriately set in the range of 10 18 to 10 20 cm −3 , the infrared absorption rate of the detection target is increased. In addition, infrared reflection can be suppressed.

また、図14に示した構成の赤外線センサは、断熱部90”の支持部90a”が、赤外線の吸収率の高い絶縁材料により形成されており、赤外線を吸収する赤外線吸収部を兼ねているので、感度の向上を図れる。   Further, in the infrared sensor having the configuration shown in FIG. 14, the support portion 90 a ″ of the heat insulating portion 90 ″ is formed of an insulating material having a high infrared absorptivity, and also serves as an infrared absorbing portion that absorbs infrared rays. The sensitivity can be improved.

なお、上記特許文献2に開示された赤外線センサは、感温部30”と断熱部90”と感温部30”の出力を読み出すためのMOSトランジスタとを有する画素が2次元アレイ状に配列されている。
特許第2576259号公報 特許第3287173号公報
Note that the infrared sensor disclosed in Patent Document 2 includes a pixel having a temperature sensing unit 30 ″, a heat insulation unit 90 ″, and a MOS transistor for reading the output of the temperature sensing unit 30 ″ arranged in a two-dimensional array. ing.
Japanese Patent No. 2576259 Japanese Patent No. 3287173

ところで、図14に示した構成の赤外線センサでは、断熱部90”における各脚部90b”,90b”の全長を長くして各脚部90b”,90b”の熱コンダクタンスを小さくする(熱抵抗を大きくする)ために各脚部90b”,90b”の厚さ寸法を小さくすることが考えられ、応答速度の高速化を図るために支持部90a”の厚さ寸法を小さくすることが考えられるが、赤外線吸収部を兼ねている支持部90a”に反りが発生してしまい、構造安定性が低くなるとともに感度が低下してしまいう。   By the way, in the infrared sensor having the configuration shown in FIG. 14, the overall length of each leg 90b ″, 90b ″ in the heat insulating part 90 ″ is lengthened, and the thermal conductance of each leg 90b ″, 90b ″ is reduced (the thermal resistance is reduced). In order to increase the response speed, it is conceivable to reduce the thickness dimension of each leg 90b ″, 90b ″, and in order to increase the response speed, it is conceivable to reduce the thickness dimension of the support 90a ″. In other words, warping occurs in the support portion 90a "which also serves as an infrared absorption portion, resulting in a decrease in structural stability and a decrease in sensitivity.

また、図14に示した構成の赤外線センサでは、感温部30”がボロメータ形の赤外線検出素子により構成されているので、抵抗値の変化を検出する時に電流を流す必要があり、消費電力が大きくなるとともに、自己発熱が発生し、熱応力に起因して断熱部90”に反りが発生してしまう懸念がある。また、自己発熱による温度変化や周囲温度変化により抵抗温度係数が変化してしまうので、温度補償手段を設けないと高精度化が難しく、温度補償手段を設けるとセンサ全体が大型化し、コストが高くなってしまう。   Further, in the infrared sensor having the configuration shown in FIG. 14, since the temperature sensing unit 30 ″ is configured by a bolometer-type infrared detection element, it is necessary to pass a current when detecting a change in resistance value, and power consumption is reduced. There is a concern that self-heating is generated and the heat insulating portion 90 ″ is warped due to thermal stress as the size increases. Also, since the temperature coefficient of resistance changes due to temperature changes due to self-heating and ambient temperature changes, it is difficult to achieve high accuracy unless temperature compensation means are provided. If temperature compensation means are provided, the entire sensor becomes large and expensive. turn into.

これに対して、上述の図13に示した構成の赤外線センサでは、感温部30’がサーモパイルにより構成されており、感温部30’に電流を流す必要がなく、自己発熱が発生しないので、自己発熱に起因した反りが発生しないという利点や低消費電力化を図れるという利点や、温度によらず感度が一定であり高精度であるとう利点がある。   On the other hand, in the infrared sensor having the configuration shown in FIG. 13 described above, the temperature sensing unit 30 ′ is composed of a thermopile, and it is not necessary to pass a current through the temperature sensing unit 30 ′, and self-heating does not occur. There are advantages such as no warpage caused by self-heating, low power consumption, and constant sensitivity regardless of temperature and high accuracy.

しかしながら、図13に示した構成の赤外線センサでは、赤外線吸収部33’の厚さ寸法を大きくすると、赤外線吸収部33’の熱容量が大きくなって応答速度が低下してしまうので、赤外線吸収部33’の厚さ寸法を小さくすることが考えられるが、p形ポリシリコン層35およびn形ポリシリコン層34をパターニングするときに赤外線吸収部33’がエッチングされて赤外線吸収部33’、感温部30’の一部、パッシベーション膜60’の積層構造を有する薄膜構造部に反りが発生してしまい、構造安定性が低くなるとともに感度が低下してしまう。   However, in the infrared sensor having the configuration shown in FIG. 13, if the thickness dimension of the infrared absorbing portion 33 ′ is increased, the heat capacity of the infrared absorbing portion 33 ′ increases and the response speed decreases, so the infrared absorbing portion 33. It is conceivable to reduce the thickness dimension of ', but when the p-type polysilicon layer 35 and the n-type polysilicon layer 34 are patterned, the infrared absorbing portion 33' is etched to form an infrared absorbing portion 33 'and a temperature sensitive portion. Warpage occurs in a thin film structure portion having a laminated structure of a part of 30 'and a passivation film 60', resulting in a decrease in structural stability and a decrease in sensitivity.

なお、図13に示した構成の赤外線センサの使用にあたっては、例えば、当該赤外線センサと、当該赤外線センサの出力信号を信号処理する信号処理ICチップと、赤外線センサおよび信号処理ICチップを実装したパッケージとを備えた赤外線センサモジュールを用いることが考えられる。   In using the infrared sensor having the configuration shown in FIG. 13, for example, the infrared sensor, a signal processing IC chip that performs signal processing on the output signal of the infrared sensor, and a package in which the infrared sensor and the signal processing IC chip are mounted. It is conceivable to use an infrared sensor module including

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、赤外線吸収部の薄膜化を図りながらも薄膜構造部の反りを防止することが可能な赤外線センサおよび赤外線センサモジュールを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned reasons, and an object thereof is to provide an infrared sensor and an infrared sensor module capable of preventing the thin film structure portion from warping while reducing the thickness of the infrared absorption portion. There is.

請求項1の発明は、ベース基板と、ベース基板の一表面側においてベース基板と空間的に分離して形成され赤外線を吸収する赤外線吸収部を有する薄膜構造部と、赤外線吸収部とベース基板とに跨って形成されたp形ポリシリコン層、n形ポリシリコン層、および赤外線吸収部の赤外線入射面側でp形ポリシリコン層とn形ポリシリコン層とを電気的に接合した接続部で構成される熱電対を有し赤外線吸収部とベース基板との温度差を検出する熱電対型の感温部とを備え、赤外線吸収部の赤外線入射面側に、p形ポリシリコン層およびn形ポリシリコン層の形成時に赤外線吸収部を保護し赤外線吸収部の反りを抑制する補償ポリシリコン層が形成されてなることを特徴とする。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a base substrate, a thin film structure portion having an infrared absorption portion that is spatially separated from the base substrate and absorbs infrared rays on one surface side of the base substrate, an infrared absorption portion, and the base substrate. The p-type polysilicon layer, the n-type polysilicon layer, and the connection part in which the p-type polysilicon layer and the n-type polysilicon layer are electrically joined on the infrared incident surface side of the infrared absorption part. A thermocouple-type temperature sensing part that detects a temperature difference between the infrared absorption part and the base substrate, and has a p-type polysilicon layer and an n-type polycrystal on the infrared incident surface side of the infrared absorption part. A compensation polysilicon layer is formed which protects the infrared absorbing portion and suppresses the warp of the infrared absorbing portion when the silicon layer is formed.

この発明によれば、感温部が、赤外線吸収部とベース基板とに跨って形成されたp形ポリシリコン層、n形ポリシリコン層、および赤外線吸収部の赤外線入射面側でp形ポリシリコン層とn形ポリシリコン層とを電気的に接合した接続部で構成される熱電対を有し赤外線吸収部とベース基板との温度差を検出する熱電対型の感温部なので、自己発熱による薄膜構造部の反りが生じることがなく、また、赤外線吸収部の赤外線入射面側に、p形ポリシリコン層およびn形ポリシリコン層の形成時に赤外線吸収部を保護し赤外線吸収部の反りを抑制する補償ポリシリコン層が形成されているので、p形ポリシリコン層およびn形ポリシリコン層の形成時に赤外線吸収部がエッチングされて薄くなるのを抑制することができるとともに薄膜構造部の応力バランスの均一性を高めることができ、赤外線吸収部の薄膜化を図りながらも薄膜構造部の反りを防止することが可能となり、感度の向上を図れる。   According to the present invention, the temperature sensitive part is a p-type polysilicon layer formed over the infrared absorption part and the base substrate, the n-type polysilicon layer, and the p-type polysilicon on the infrared incident surface side of the infrared absorption part. Because it is a thermocouple type temperature sensing part that has a thermocouple composed of a connection part in which an n-type polysilicon layer and an n-type polysilicon layer are electrically joined, and detects the temperature difference between the infrared absorption part and the base substrate, The thin film structure does not warp, and the infrared absorbing part is protected and the warp of the infrared absorbing part is suppressed when the p-type polysilicon layer and the n-type polysilicon layer are formed on the infrared incident surface side of the infrared absorbing part. Since the compensating polysilicon layer is formed, it is possible to prevent the infrared absorbing portion from being etched and thinned when forming the p-type polysilicon layer and the n-type polysilicon layer, and the thin film structure portion. It can enhance the uniformity of the force balance, while achieving thinning of the infrared absorbing section it is possible to prevent warping of the thin film structure, thereby improving the sensitivity.

請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記薄膜構造部は、前記ベース基板と前記赤外線吸収部とを連結するブリッジ部を有し、当該ブリッジ部は、前記ベース基板に対して一箇所で連結されてなることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the thin film structure portion includes a bridge portion that connects the base substrate and the infrared absorption portion, and the bridge portion is one piece from the base substrate. It is characterized by being connected at points.

この発明によれば、前記ベース基板が外部からの応力や熱応力などで変形した場合であっても前記薄膜構造部が変形するのを抑制することができて感度の変化を抑制できるので、高精度化を図れる。   According to this invention, even if the base substrate is deformed by external stress or thermal stress, it is possible to suppress the deformation of the thin film structure and suppress a change in sensitivity. Improve accuracy.

請求項3の発明は、請求項1または請求項2の発明において、前記p形ポリシリコン層と前記n形ポリシリコン層と前記補償ポリシリコン層とが同一の厚さに設定されてなることを特徴とする。   According to a third aspect of the invention, in the first or second aspect of the invention, the p-type polysilicon layer, the n-type polysilicon layer, and the compensation polysilicon layer are set to have the same thickness. Features.

この発明によれば、前記薄膜構造部の応力バランスの均一性が向上し、前記赤外線吸収部の反りを抑制することができる。   According to this invention, the uniformity of the stress balance of the thin film structure part can be improved, and the warp of the infrared absorption part can be suppressed.

請求項4の発明は、請求項1ないし請求項3の発明において、前記薄膜構造部は、前記p形ポリシリコン層と前記n形ポリシリコン層と前記補償ポリシリコン層とが同一平面上に形成されてなることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the invention, in the thin film structure portion, the p-type polysilicon layer, the n-type polysilicon layer, and the compensation polysilicon layer are formed on the same plane. It is characterized by being made.

この発明によれば、前記薄膜構造部の応力バランスの均一性が向上し、前記赤外線吸収部の反りを抑制することができる。   According to this invention, the uniformity of the stress balance of the thin film structure part can be improved, and the warp of the infrared absorption part can be suppressed.

請求項5の発明は、請求項1ないし請求項4の発明において、前記補償ポリシリコン層における前記ベース基板側とは反対側に赤外線吸収膜が形成されており、赤外線吸収膜の屈折率をn、吸収対象の赤外線の中心波長をλとするとき、赤外線吸収膜の厚さが、λ/4nに設定されてなることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the invention, an infrared absorption film is formed on the side of the compensation polysilicon layer opposite to the base substrate side, and the refractive index of the infrared absorption film is n. When the center wavelength of the infrared rays to be absorbed is λ, the thickness of the infrared absorbing film is set to λ / 4n.

この発明によれば、赤外線吸収膜での吸収対象の波長の赤外線の吸収効率を高めることができ、高感度化を図れる。   According to this invention, it is possible to increase the absorption efficiency of infrared light having a wavelength to be absorbed by the infrared absorption film, and to achieve high sensitivity.

請求項6の発明は、請求項1ないし請求項5の発明において、前記補償ポリシリコン層の不純物濃度が1018〜1020cm−3であり、前記補償ポリシリコン層として前記p形ポリシリコン層に連続一体に形成されたp形補償ポリシリコン層と、前記n形ポリシリコン層に連続一体に形成されたn形補償ポリシリコン層とがあることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the invention, in the first to fifth aspects of the invention, the impurity concentration of the compensation polysilicon layer is 10 18 to 10 20 cm −3 , and the p-type polysilicon layer is used as the compensation polysilicon layer. A p-type compensation polysilicon layer formed integrally with the n-type polysilicon layer and an n-type compensation polysilicon layer formed integrally with the n-type polysilicon layer.

この発明によれば、前記熱電対の抵抗値を低減でき、S/N比の向上を図れる。   According to this invention, the resistance value of the thermocouple can be reduced, and the S / N ratio can be improved.

請求項7の発明は、請求項1ないし請求項6の発明において、前記補償ポリシリコン層の不純物濃度が1018〜1020cm−3であり、前記補償ポリシリコン層の屈折率をn、吸収対象の赤外線の中心波長をλとするとき、前記p形ポリシリコン層、前記n形ポリシリコン層および前記補償ポリシリコン層それぞれの厚さがλ/4nであることを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the first to sixth aspects of the invention, the impurity concentration of the compensation polysilicon layer is 10 18 to 10 20 cm −3 , the refractive index of the compensation polysilicon layer is n, and absorption is performed. The thickness of each of the p-type polysilicon layer, the n-type polysilicon layer, and the compensation polysilicon layer is λ / 4n, where λ is the center wavelength of the target infrared ray.

この発明によれば、前記補償ポリシリコン層での吸収対象の波長の赤外線の吸収効率を高めることができ、高感度化を図れる。   According to the present invention, the absorption efficiency of infrared rays having a wavelength to be absorbed by the compensation polysilicon layer can be increased, and high sensitivity can be achieved.

請求項8の発明は、請求項1ないし請求項7の発明において、前記補償ポリシリコン層の不純物濃度が1018〜1020cm−3であり、前記p形ポリシリコン層と前記n形ポリシリコン層との少なくとも一方は、前記補償ポリシリコン層と同じ不純物を同じ濃度で含んでいることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the first to seventh aspects of the invention, the impurity concentration of the compensation polysilicon layer is 10 18 to 10 20 cm −3 , and the p-type polysilicon layer and the n-type polysilicon are provided. At least one of the layers includes the same impurity as the compensation polysilicon layer at the same concentration.

この発明によれば、前記p形ポリシリコン層と前記n形ポリシリコン層との少なくとも一方の不純物濃度が1018〜1020cm−3であるので、前記感温部の出力のS/N比を高めることができ、また、前記補償ポリシリコン層を前記p形ポリシリコン層と前記n形ポリシリコン層との少なくとも一方と同一工程で形成できるので、低コスト化を図れる。 According to the present invention, since the impurity concentration of at least one of the p-type polysilicon layer and the n-type polysilicon layer is 10 18 to 10 20 cm −3 , the S / N ratio of the output of the temperature sensitive part In addition, since the compensation polysilicon layer can be formed in the same process as at least one of the p-type polysilicon layer and the n-type polysilicon layer, the cost can be reduced.

請求項9の発明は、請求項1ないし請求項8の発明において、前記薄膜構造部を備えた画素が前記ベース基板の前記一表面側でアレイ状に配置されてなることを特徴とする。   According to a ninth aspect of the present invention, in the first to eighth aspects of the present invention, the pixels having the thin film structure portion are arranged in an array on the one surface side of the base substrate.

この発明によれば、赤外線画像センサを実現可能となる。   According to the present invention, an infrared image sensor can be realized.

請求項10の発明は、請求項9の発明において、前記各画素ごとに前記感温部の出力を読み出すためのMOSトランジスタを有することを特徴とする。   The invention of claim 10 is characterized in that, in the invention of claim 9, a MOS transistor for reading out the output of the temperature sensing section is provided for each of the pixels.

この発明によれば、出力用パッドの数を少なくでき、小型化および低コスト化を図れる。   According to the present invention, the number of output pads can be reduced, and the size and cost can be reduced.

請求項11の発明は、請求項10の発明において、前記MOSトランジスタのゲート電極を構成するポリシリコン層の厚さが、前記補償ポリシリコン層と同じ厚さに設定されてなることを特徴とする。   According to an eleventh aspect of the invention, in the tenth aspect of the invention, the thickness of the polysilicon layer constituting the gate electrode of the MOS transistor is set to the same thickness as the compensation polysilicon layer. .

この発明によれば、前記MOSトランジスタのゲート電極と前記補償ポリシリコン層とを同時に形成することが可能となり、製造工程数の削減による低コスト化を図れる。   According to the present invention, the gate electrode of the MOS transistor and the compensation polysilicon layer can be formed simultaneously, and the cost can be reduced by reducing the number of manufacturing steps.

請求項12の発明は、請求項1ないし請求項11のいずれか1項に記載の赤外線センサと、当該赤外線センサの出力信号を信号処理する信号処理ICチップと、赤外線センサおよび信号処理ICチップが実装されたパッケージとを備え、赤外線センサのベース基板は、外周形状が矩形状であり、感温部から出力される出力信号を取り出す全ての出力用パッドが外周縁の一辺に沿って並設され、信号処理ICチップは、外周形状が矩形状であり、赤外線センサの出力用パッドに電気的に接続される全ての入力用パッドが外周縁の一辺に沿って並設されてなり、ベース基板と信号処理ICチップとの前記一辺同士が他の辺同士に比べて近くなるように赤外線センサおよび信号処理ICチップが配置されてなることを特徴とする。   According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided the infrared sensor according to any one of the first to eleventh aspects, a signal processing IC chip that performs signal processing on an output signal of the infrared sensor, an infrared sensor, and a signal processing IC chip. The base board of the infrared sensor has a rectangular outer peripheral shape, and all output pads for taking out output signals output from the temperature sensing unit are arranged along one side of the outer peripheral edge. The signal processing IC chip has a rectangular outer peripheral shape, and all the input pads that are electrically connected to the output pads of the infrared sensor are arranged in parallel along one side of the outer peripheral edge. The infrared sensor and the signal processing IC chip are arranged so that the one side with the signal processing IC chip is closer than the other sides.

この発明によれば、請求項1ないし請求項11のいずれか1項に記載の赤外線センサを備えていることにより、赤外線センサの赤外線吸収部の薄膜化を図りながらも薄膜構造部の反りを防止することができて感度を向上でき、しかも、赤外線センサのベース基板は、外周形状が矩形状であり、感温部から出力される出力信号を取り出す全ての出力用パッドが外周縁の一辺に沿って並設され、信号処理ICチップは、外周形状が矩形状であり、赤外線センサの出力用パッドに電気的に接続される全ての入力用パッドが外周縁の一辺に沿って並設されてなり、ベース基板と信号処理ICチップとの前記一辺同士が他の辺同士に比べて近くなるように赤外線センサおよび信号処理ICチップが配置されているので、赤外線センサの出力用パッドと信号処理ICチップの入力用パッドとを接続する配線を短くでき、外来ノイズの影響を低減できるから、耐ノイズ性が向上する。   According to this invention, by providing the infrared sensor according to any one of claims 1 to 11, the thin film structure portion is prevented from warping while the infrared absorption portion of the infrared sensor is reduced in thickness. In addition, the base plate of the infrared sensor has a rectangular outer peripheral shape, and all output pads for taking out output signals output from the temperature sensing part are along one side of the outer peripheral edge. The signal processing IC chips have a rectangular outer peripheral shape, and all input pads electrically connected to the output pads of the infrared sensor are arranged in parallel along one side of the outer peripheral edge. Since the infrared sensor and the signal processing IC chip are arranged so that the one side of the base substrate and the signal processing IC chip is closer than the other sides, the output pad of the infrared sensor and the signal The wiring connecting the input pads of the processing IC chip can be shortened, because it is possible to reduce the influence of external noise, noise resistance is improved.

請求項1の発明は、赤外線吸収部の薄膜化を図りながらも薄膜構造部の反りを防止することが可能となり、感度の向上を図れるという効果がある。   The invention of claim 1 can prevent the thin film structure from warping while reducing the thickness of the infrared absorbing portion, and has an effect of improving the sensitivity.

請求項12の発明は、赤外線センサにおいて赤外線吸収部の薄膜化を図りながらも薄膜構造部の反りを防止することが可能となり、感度の向上を図れ、また、赤外線センサの出力用パッドと信号処理ICチップの入力用パッドとを接続する配線を短くでき、耐ノイズ性が向上するという効果がある。   According to the invention of claim 12, it is possible to prevent the thin film structure from warping while reducing the thickness of the infrared absorbing portion in the infrared sensor, and to improve the sensitivity. Also, the infrared sensor output pad and the signal processing The wiring connecting the input pads of the IC chip can be shortened, and the noise resistance is improved.

(実施形態1)
本実施形態の赤外線センサAは、赤外線イメージセンサであり、図1および図2に示すように熱型赤外線検出部3と画素選択用スイッチング素子であるMOSトランジスタ4とを有する画素2がベース基板1の一表面側においてアレイ状(ここでは、2次元アレイ状)に配列されている。ここで、ベース基板1は、シリコン基板1aを用いて形成されている。なお、本実施形態では、1つのベース基板1の上記一表面側にm×n個(図示例では、4×4個)の画素2が形成されているが、画素2の数や配列は特に限定するものではない。また、図2(b)では、熱型赤外線検出部3における熱電対型の感温部30の等価回路を、当該熱電対型の感温部30の熱起電力に対応する電圧源Vsで表してある。
(Embodiment 1)
The infrared sensor A of the present embodiment is an infrared image sensor. As shown in FIGS. 1 and 2, a pixel 2 having a thermal infrared detector 3 and a MOS transistor 4 serving as a pixel selection switching element is a base substrate 1. Are arranged in an array (here, a two-dimensional array) on one surface side. Here, the base substrate 1 is formed using a silicon substrate 1a. In the present embodiment, m × n (4 × 4 in the illustrated example) pixels 2 are formed on the one surface side of one base substrate 1, but the number and arrangement of the pixels 2 are particularly limited. It is not limited. In FIG. 2B, an equivalent circuit of the thermocouple type temperature sensing unit 30 in the thermal type infrared detection unit 3 is represented by a voltage source Vs corresponding to the thermoelectromotive force of the thermocouple type temperature sensing unit 30. It is.

また、本実施形態の赤外線センサAは、各列の複数の熱型赤外線検出部3の感温部30の一端が上述のMOSトランジスタ4を介して各列ごとに共通接続された複数の垂直読み出し線7と、各行の熱型赤外線検出部3の感温部30に対応するMOSトランジスタ4のゲート電極46が各行ごとに共通接続された複数の水平信号線6と、各列のMOSトランジスタ4のp形ウェル領域41が各列ごとに共通接続された複数のグラウンド線8と、各グラウンド線8が共通接続された共通グラウンド線9と、各列の複数個の熱型赤外線検出部3の感温部30の他端が各列ごとに共通接続された複数の基準バイアス線5とを備えており、全ての熱型赤外線検出部3の感温部30の出力を時系列的に読み出すことができるようになっている。要するに、本実施形態の赤外線センサAは、ベース基板1の上記一表面側に熱型赤外線検出部3と当該熱型赤外線検出部3に並設され当該熱型赤外線検出部3の出力を読み出すためのMOSトランジスタ4とを有する複数の画素2が形成されている。ここで、MOSトランジスタ4は、ゲート電極46が水平信号線6に接続され、ソース電極48が感温部30を介して基準バイアス線5に接続され、各基準バイアス線5が共通基準バイアス線5aに共通接続され、ドレイン電極47が垂直読み出し線7に接続されており、各水平信号線6それぞれが各別の画素選択用パッドVselに電気的に接続され、各垂直読み出し線7それぞれが各別の出力用パッドVoutに電気的に接続され、共通グラウンド線9がグラウンド用パッドGndに電気的に接続され、共通基準バイアス線5aが基準バイアス用パッドVrefと電気的に接続され、シリコン基板1aが基板用パッドVddに電気的に接続されている。 In addition, the infrared sensor A of the present embodiment has a plurality of vertical readouts in which one end of the temperature sensing unit 30 of each of the plurality of thermal infrared detectors 3 in each column is commonly connected to each column via the MOS transistor 4 described above. A plurality of horizontal signal lines 6 in which the line 7 and the gate electrode 46 of the MOS transistor 4 corresponding to the temperature sensing unit 30 of the thermal infrared detector 3 in each row are connected in common to each row, and the MOS transistors 4 in each column A plurality of ground lines 8 in which p + -type well regions 41 are commonly connected for each column, a common ground line 9 in which each ground line 8 is commonly connected, and a plurality of thermal infrared detectors 3 in each column. The other end of the temperature sensing unit 30 is provided with a plurality of reference bias lines 5 commonly connected to each column, and the outputs of the temperature sensing units 30 of all the thermal infrared detection units 3 are read in time series. Can be done. In short, the infrared sensor A of the present embodiment is arranged in parallel with the thermal infrared detector 3 and the thermal infrared detector 3 on the one surface side of the base substrate 1 to read the output of the thermal infrared detector 3. A plurality of pixels 2 having the MOS transistors 4 are formed. Here, in the MOS transistor 4, the gate electrode 46 is connected to the horizontal signal line 6, the source electrode 48 is connected to the reference bias line 5 via the temperature sensing unit 30, and each reference bias line 5 is connected to the common reference bias line 5a. Are connected in common, the drain electrode 47 is connected to the vertical readout line 7, each horizontal signal line 6 is electrically connected to each pixel selection pad Vsel, and each vertical readout line 7 is individually connected to each other. Are electrically connected to the output pad Vout, the common ground line 9 is electrically connected to the ground pad Gnd, the common reference bias line 5a is electrically connected to the reference bias pad Vref, and the silicon substrate 1a is electrically connected. It is electrically connected to the substrate pad Vdd.

しかして、MOSトランジスタ4が順次オン状態になるように各画素選択用パッドVselの電位を制御することで各画素2の出力電圧を順次読み出すことができる。例えば、基準バイアス用パッドVrefの電位を1.65、グラウンド用パッドGndの電位を0V、基板用パッドVddの電位を5Vとしておき、画素選択用パッドVselの電位を5Vとすれば、MOSトランジスタ4がオンとなり、出力用パッドVoutから画素2の出力電圧(1.65V+感温部30の出力電圧)が読み出され、画素選択用パッドVselの電位を0Vとすれば、MOSトランジスタ4がオフとなり、出力用パッドVoutから画素2の出力電圧は読み出されない。したがって、図3に示すように、赤外線センサAと、当該赤外線センサAの出力信号である出力電圧を信号処理する信号処理ICチップBと、赤外線センサAおよび信号処理ICチップBが実装されたパッケージCとを備えた赤外線センサモジュールを構成する場合、信号処理ICチップBには、図4に示すように、赤外線センサAの複数(図示例では、4つ)の出力用パッドVoutそれぞれがボンディングワイヤからなる配線80を介して各別に電気的に接続される複数(図示例では、4つ)の入力用パッドVin、入力用パッドVinの出力電圧を増幅する増幅回路AMP、複数の入力用パッドVinの出力電圧を択一的に増幅回路AMPに入力するマルチプレクサMUXなどを設ければ、赤外線画像を得ることができる。なお、上述のパッケージCは、一面開口した矩形箱状に形成されており、内底面に赤外線センサAおよび信号処理ICチップBが搭載され、赤外線センサAにおける熱型赤外線検出部3の後述の赤外線吸収部33へ赤外線を収束するレンズを備えたパッケージ蓋(図示せず)が覆着されている。   Thus, the output voltage of each pixel 2 can be read sequentially by controlling the potential of each pixel selection pad Vsel so that the MOS transistors 4 are sequentially turned on. For example, if the potential of the reference bias pad Vref is 1.65, the potential of the ground pad Gnd is 0 V, the potential of the substrate pad Vdd is 5 V, and the potential of the pixel selection pad Vsel is 5 V, the MOS transistor 4 Is turned on, the output voltage of the pixel 2 (1.65 V + the output voltage of the temperature sensing unit 30) is read from the output pad Vout, and the MOS transistor 4 is turned off when the potential of the pixel selection pad Vsel is set to 0V. The output voltage of the pixel 2 is not read from the output pad Vout. Therefore, as shown in FIG. 3, an infrared sensor A, a signal processing IC chip B that performs signal processing of an output voltage that is an output signal of the infrared sensor A, and a package in which the infrared sensor A and the signal processing IC chip B are mounted. 4, the signal processing IC chip B includes a plurality of output pads Vout (four in the illustrated example) of the infrared sensor A, as shown in FIG. A plurality of (four in the illustrated example) input pads Vin, an amplifier circuit AMP that amplifies the output voltage of the input pads Vin, and a plurality of input pads Vin. An infrared image can be obtained by providing a multiplexer MUX or the like that selectively inputs the output voltage of the output to the amplifier circuit AMP. The above-mentioned package C is formed in a rectangular box shape that is open on one side, and an infrared sensor A and a signal processing IC chip B are mounted on the inner bottom surface. A package lid (not shown) provided with a lens for converging infrared rays to the absorber 33 is covered.

ところで、上述の赤外線センサモジュールでは、赤外線センサAのベース基板1は、外周形状が矩形状であり、感温部30から出力される出力信号を取り出す全ての出力用パッドVoutがベース基板1の外周縁の一辺に沿って並設され、信号処理ICチップBは、外周形状が矩形状であり、赤外線センサAの出力用パッドVoutに電気的に接続される全ての入力用パッドVinが信号処理ICチップBの外周縁の一辺に沿って並設されており、ベース基板1と信号処理ICチップBとの上記一辺同士が他の辺同士に比べて近くなるように赤外線センサAおよび信号処理ICチップBが配置されているので、赤外線センサAの出力用パッドVoutと信号処理ICチップBの入力用パッドVinとを接続する配線80を短くでき、外来ノイズの影響を低減できるから、耐ノイズ性が向上する。   By the way, in the above-described infrared sensor module, the base substrate 1 of the infrared sensor A has a rectangular outer peripheral shape, and all output pads Vout for taking out output signals output from the temperature sensing unit 30 are outside the base substrate 1. The signal processing IC chip B is arranged in parallel along one side of the periphery, and the outer peripheral shape of the signal processing IC chip B is rectangular, and all the input pads Vin electrically connected to the output pads Vout of the infrared sensor A are signal processing ICs. The infrared sensor A and the signal processing IC chip are arranged side by side along one side of the outer periphery of the chip B so that the one side of the base substrate 1 and the signal processing IC chip B is closer to each other than the other sides. Since B is arranged, the wiring 80 connecting the output pad Vout of the infrared sensor A and the input pad Vin of the signal processing IC chip B can be shortened, and the influence of external noise can be reduced. Therefore, noise resistance is improved.

以下、熱型赤外線検出部3およびMOSトランジスタ4それぞれの構造について説明する。なお、本実施形態では、上述のシリコン基板1aとして、導電形がn形で上記一表面が(100)面の単結晶シリコン基板を用いている。   Hereinafter, the structures of the thermal infrared detector 3 and the MOS transistor 4 will be described. In the present embodiment, as the silicon substrate 1a, a single crystal silicon substrate having an n-type conductivity and the (100) plane of the one surface is used.

熱型赤外線検出部3は、シリコン基板1aの上記一表面側の各画素2それぞれにおける熱型赤外線検出部3の形成用領域A1に形成されており、MOSトランジスタ4は、シリコン基板1aの上記一表面側の各画素2それぞれにおけるMOSトランジスタ4の形成用領域A2に形成されている。   The thermal infrared detector 3 is formed in the formation area A1 of the thermal infrared detector 3 in each pixel 2 on the one surface side of the silicon substrate 1a, and the MOS transistor 4 is connected to the one of the silicon substrate 1a. It is formed in the formation region A2 of the MOS transistor 4 in each pixel 2 on the surface side.

熱型赤外線検出部3は、シリコン基板1aを基礎とするベース基板1の上記一表面側においてベース基板1と空間的に分離して形成され赤外線を吸収する赤外線吸収部33を有する薄膜構造部3aと、赤外線吸収部33とベース基板1とに跨って形成されたp形ポリシリコン層35、n形ポリシリコン層34、および赤外線吸収部33の赤外線入射面側(図1(b)の上面側)でp形ポリシリコン層35とn形ポリシリコン層34とを電気的に接合した接続部36で構成される熱電対を有し赤外線吸収部33とベース基板1との温度差を検出する熱電対型の感温部30とを備え、赤外線吸収部33の赤外線入射面側に、p形ポリシリコン層35およびn形ポリシリコン層34の形成時に赤外線吸収部33を保護し赤外線吸収部33の反りを抑制する補償ポリシリコン層39a,39bが形成されている。   The thermal infrared detecting section 3 is a thin film structure section 3a having an infrared absorbing section 33 which is formed spatially separated from the base substrate 1 on the one surface side of the base substrate 1 based on the silicon substrate 1a and absorbs infrared rays. And the p-type polysilicon layer 35, the n-type polysilicon layer 34, and the infrared incident surface side of the infrared absorbing portion 33 (the upper surface side of FIG. 1B) formed across the infrared absorbing portion 33 and the base substrate 1. ) To detect a temperature difference between the infrared absorbing portion 33 and the base substrate 1, which has a thermocouple including a connection portion 36 in which the p-type polysilicon layer 35 and the n-type polysilicon layer 34 are electrically joined. A pair of temperature sensitive parts 30, and the infrared absorbing part 33 is protected when the p-type polysilicon layer 35 and the n-type polysilicon layer 34 are formed on the infrared incident surface side of the infrared absorbing part 33. Suppress warping Compensation polysilicon layer 39a, 39b are formed to be.

ここで、図1(a)における右側の補償ポリシリコン層39aは、p形ポリシリコン層35と同じp形不純物(例えば、ボロンなど)を同じ濃度(例えば、1018〜1020cm−3)で含んでおり、p形ポリシリコン層35に連続一体に形成されている。また、図1(a)における左側の補償ポリシリコン層39bは、n形ポリシリコン層34と同じn形不純物(例えば、リンなど)を同じ濃度(例えば、1018〜1020cm−3)で含んでおり、n形ポリシリコン層34に連続一体に形成されている。以下では、導電形がp形の補償ポリシリコン層39aをp形補償ポリシリコン層と称し、導電形がn形の補償ポリシリコン層39bをn形補償ポリシリコン層と称することもある。本実施形態では、各補償ポリシリコン層39a,39bの不純物濃度が1018〜1020cm−3であり、p形ポリシリコン層35に連続一体に形成されたp形補償ポリシリコン層39aと、n形ポリシリコン層34に連続一体に形成されたn形補償ポリシリコン層39bとを有しているので、熱電対の抵抗値を低減でき、S/N比の向上を図れる。 Here, the compensation polysilicon layer 39a on the right side in FIG. 1A has the same concentration (for example, 10 18 to 10 20 cm −3 ) of the same p-type impurity (for example, boron) as the p-type polysilicon layer 35. And is formed integrally with the p-type polysilicon layer 35 continuously. In addition, the left side compensation polysilicon layer 39b in FIG. 1A has the same n-type impurity (for example, phosphorus) as the n-type polysilicon layer 34 at the same concentration (for example, 10 18 to 10 20 cm −3 ). The n-type polysilicon layer 34 is continuously and integrally formed. Hereinafter, the p-type compensation polysilicon layer 39a having the conductivity type may be referred to as a p-type compensation polysilicon layer, and the n-type compensation polysilicon layer 39b having the conductivity type may be referred to as an n-type compensation polysilicon layer. In this embodiment, each of the compensation polysilicon layers 39a and 39b has an impurity concentration of 10 18 to 10 20 cm −3 , and a p-type compensation polysilicon layer 39a formed integrally with the p-type polysilicon layer 35, Since it has the n-type compensating polysilicon layer 39b formed integrally with the n-type polysilicon layer 34, the resistance value of the thermocouple can be reduced and the S / N ratio can be improved.

ところで、本実施形態では、p形ポリシリコン層35、n形ポリシリコン層34および各補償ポリシリコン層39a,39bの屈折率をn、これら各ポリシリコン層35,34,39a,39bの吸収対象(赤外線センサAの検出対象)の赤外線の中心波長をλとするとき、p形ポリシリコン層35、n形ポリシリコン層34および各補償ポリシリコン層39a,39bそれぞれの厚さt1をλ/4nに設定するようにしているので、検出対象の波長(例えば、8〜12μm)の赤外線の吸収効率を高めることができ、高感度化を図れる。例えば、n=3.6、λ=10μmの場合には、t1≒0.69μmとすればよい。   By the way, in this embodiment, the refractive index of the p-type polysilicon layer 35, the n-type polysilicon layer 34, and the compensation polysilicon layers 39a and 39b is n, and the absorption targets of these polysilicon layers 35, 34, 39a, and 39b. When the center wavelength of infrared rays of (infrared sensor A detection target) is λ, the thickness t1 of each of the p-type polysilicon layer 35, the n-type polysilicon layer 34, and each of the compensation polysilicon layers 39a and 39b is λ / 4n. Therefore, it is possible to increase the absorption efficiency of infrared light having a wavelength to be detected (for example, 8 to 12 μm), and to achieve high sensitivity. For example, when n = 3.6 and λ = 10 μm, t1≈0.69 μm may be set.

また、本実施形態では、各補償ポリシリコン層39a,39bの不純物濃度が1018〜1020cm−3であり、p形ポリシリコン層35、n形ポリシリコン層34それぞれが、p形補償ポリシリコン層39a、n形補償ポリシリコン層39bそれぞれと同じ不純物を同じ濃度で含んでおり、p形ポリシリコン層35およびn形ポリシリコン層34それぞれの不純物濃度が1018〜1020cm−3であるので、上記特許文献2に記載されているように赤外線の吸収率を高くしつつ赤外線の反射を抑制することができて、感温部30の出力のS/N比を高めることができ、また、p形補償ポリシリコン層39aをp形ポリシリコン層35と同一工程で形成でき、n形補償ポリシリコン層39bをn形ポリシリコン層34と同一工程で形成できるから、低コスト化を図れる。なお、p形ポリシリコン層35とn形ポリシリコン層34との少なくとも一方の不純物濃度を1018〜1020cm−3とすれば、感温部30の出力のS/N比を高めることができ、両方の不純物濃度を1018〜1020cm−3とすれば、感温部30の出力のS/N比をより高めることができる。また、少なくとも、p形補償ポリシリコン層39aとp形ポリシリコン層35との不純物および不純物濃度を同じにするか、n形補償ポリシリコン層39bとn形ポリシリコン層34との不純物および不純物濃度を同じにすれば、低コスト化を図れる。 Further, in the present embodiment, the impurity concentration of each of the compensation polysilicon layers 39a and 39b is 10 18 to 10 20 cm −3 , and the p-type polysilicon layer 35 and the n-type polysilicon layer 34 are respectively made of p-type compensation poly. The silicon layer 39a and the n-type compensation polysilicon layer 39b contain the same impurities at the same concentration, and the impurity concentrations of the p-type polysilicon layer 35 and the n-type polysilicon layer 34 are 10 18 to 10 20 cm −3 , respectively. Therefore, as described in the above-mentioned Patent Document 2, it is possible to suppress the reflection of infrared rays while increasing the infrared absorption rate, and to increase the S / N ratio of the output of the temperature sensing unit 30, Further, the p-type compensating polysilicon layer 39a can be formed in the same process as the p-type polysilicon layer 35, and the n-type compensating polysilicon layer 39b is formed in the same process as the n-type polysilicon layer 34. Therefore, the cost can be reduced. If the impurity concentration of at least one of the p-type polysilicon layer 35 and the n-type polysilicon layer 34 is set to 10 18 to 10 20 cm −3 , the S / N ratio of the output of the temperature sensing unit 30 can be increased. If both impurity concentrations are 10 18 to 10 20 cm −3 , the S / N ratio of the output of the temperature sensing unit 30 can be further increased. Further, at least the impurity and impurity concentration of the p-type compensation polysilicon layer 39a and the p-type polysilicon layer 35 are made the same, or the impurity and impurity concentration of the n-type compensation polysilicon layer 39b and the n-type polysilicon layer 34 are set. If the same is set, the cost can be reduced.

上述の薄膜構造部3aは、ベース基板1と赤外線吸収部33とを連結するブリッジ部3bを有し、当該ブリッジ部3bは、赤外線吸収部33に対して2箇所で連結される一方で、ベース基板1に対して一箇所で連結されている。しかして、本実施形態では、ブリッジ部3bがベース基板1に対して一箇所で連結されていることにより、ベース基板1が外部からの応力や熱応力などで変形した場合であっても薄膜構造部3aが変形するのを抑制することができて感度の変化を抑制できるので、高精度化を図れる。ここで、ブリッジ部3bは、平面視コ字状であって両脚片の先端部が赤外線吸収部33に連結され赤外線吸収部33の外周縁に沿って配置された第1の連結片3bと、当該第1の連結片3bの中央片の中央部から赤外線吸収部33側とは反対側へ延長されベース基板1に連結された第2の連結片3bとを有している。また、ベース基板1のうち平面視において薄膜構造部3aを囲む部位は矩形枠状の形状となっている。なお、ブリッジ部3bは、赤外線吸収部33およびベース基板1それぞれとの連結部位以外の部分が2つのスリット13により赤外線吸収部33およびベース基板1と空間的に分離されている。ここで、各スリット13の幅は、例えば、0.2μm〜5μm程度の範囲で適宜設定すればよい。また、本実施形態の赤外線センサAは、シリコン基板1aにおける各熱型赤外線検出部3それぞれに対応する部位ごとに熱絶縁用の空洞11が形成されている。 The thin film structure portion 3a described above has a bridge portion 3b that connects the base substrate 1 and the infrared absorption portion 33. The bridge portion 3b is connected to the infrared absorption portion 33 at two locations, while the base portion 1b. It is connected to the substrate 1 at one place. Thus, in the present embodiment, since the bridge portion 3b is connected to the base substrate 1 at a single location, even if the base substrate 1 is deformed by external stress or thermal stress, the thin film structure Since the deformation of the portion 3a can be suppressed and the change in sensitivity can be suppressed, high accuracy can be achieved. Here, the bridge portion 3b is U-shaped in a plan view, and the front end portions of both leg pieces are connected to the infrared absorbing portion 33, and the first connecting piece 3b 1 is disposed along the outer peripheral edge of the infrared absorbing portion 33. The first connecting piece 3b 1 has a second connecting piece 3b 2 which is extended from the center of the central piece of the first connecting piece 3b 1 to the side opposite to the infrared absorbing portion 33 side and connected to the base substrate 1. Further, the portion of the base substrate 1 surrounding the thin film structure portion 3a in plan view has a rectangular frame shape. Note that the bridge portion 3 b is spatially separated from the infrared absorbing portion 33 and the base substrate 1 by two slits 13 except for the connecting portion between the infrared absorbing portion 33 and the base substrate 1. Here, the width of each slit 13 may be appropriately set within a range of about 0.2 μm to 5 μm, for example. In addition, in the infrared sensor A of the present embodiment, a thermal insulation cavity 11 is formed for each part corresponding to each thermal infrared detector 3 in the silicon substrate 1a.

上述の薄膜構造部3aは、シリコン基板1aの上記一表面側に形成されたシリコン酸化膜1bと、当該シリコン酸化膜1b上に形成されたシリコン窒化膜32と、当該シリコン窒化膜32上に形成された熱電対型の感温部30と、シリコン窒化膜32の表面側で感温部30を覆うように形成されたBPSG膜からなる層間絶縁膜50と、層間絶縁膜50上に形成されたPSG膜と当該PSG膜上に形成されたNSG膜との積層膜からなるパッシベーション膜60との積層構造部をパターニングすることにより形成されている。なお、本実施形態では、シリコン窒化膜32のうち薄膜構造部3aのブリッジ部3b以外の部位が上述の赤外線吸収部33を構成し、シリコン基板1aとシリコン酸化膜1bとシリコン窒化膜32と層間絶縁膜50とパッシベーション膜60とでベース基板1を構成している。また、本実施形態では、層間絶縁膜50とパッシベーション膜60との積層膜が、熱型赤外線検出部3の形成用領域A1とMOSトランジスタ4の形成用領域A2とに跨って形成されているが、熱型赤外線検出部3の形成用領域A1に形成された部分が赤外線吸収膜70を兼ねている。ここで、赤外線吸収膜70の屈折率をn、赤外線吸収膜70の吸収対象(赤外線センサAの検出対象)の赤外線の中心波長をλとするとき、赤外線吸収膜70の厚さt2をλ/4nに設定するようにしているので、検出対象の波長(例えば、8〜12μm)の赤外線の吸収効率を高めることができ、高感度化を図れる。例えば、n=1.4、λ=10μmの場合には、t2≒1.8μmとすればよい。なお、本実施形態では、層間絶縁膜50の膜厚を0.8μm(8000Å)、パッシベーション膜60の膜厚を1μm(PSG膜の膜厚を5000Å、NSG膜の膜厚を5000Å)としてある。   The thin film structure 3a is formed on the silicon oxide film 1b formed on the one surface side of the silicon substrate 1a, the silicon nitride film 32 formed on the silicon oxide film 1b, and the silicon nitride film 32. The thermocouple-type temperature sensing part 30 formed, the interlayer insulating film 50 made of a BPSG film formed so as to cover the temperature sensing part 30 on the surface side of the silicon nitride film 32, and the interlayer insulating film 50 are formed. It is formed by patterning a laminated structure part of a passivation film 60 made of a laminated film of a PSG film and an NSG film formed on the PSG film. In the present embodiment, the portion of the silicon nitride film 32 other than the bridge portion 3b of the thin film structure portion 3a constitutes the infrared absorbing portion 33 described above, and the silicon substrate 1a, the silicon oxide film 1b, the silicon nitride film 32, and the interlayer The insulating film 50 and the passivation film 60 constitute the base substrate 1. In the present embodiment, the laminated film of the interlayer insulating film 50 and the passivation film 60 is formed across the formation area A1 of the thermal infrared detector 3 and the formation area A2 of the MOS transistor 4. The portion formed in the formation region A1 of the thermal infrared detector 3 also serves as the infrared absorption film 70. Here, when the refractive index of the infrared absorbing film 70 is n and the center wavelength of infrared rays of the absorption target of the infrared absorbing film 70 (detection target of the infrared sensor A) is λ, the thickness t2 of the infrared absorbing film 70 is λ / Since it is set to 4n, the absorption efficiency of infrared rays with a wavelength to be detected (for example, 8 to 12 μm) can be increased, and high sensitivity can be achieved. For example, when n = 1.4 and λ = 10 μm, t2≈1.8 μm may be set. In the present embodiment, the thickness of the interlayer insulating film 50 is 0.8 μm (8000 mm), the thickness of the passivation film 60 is 1 μm (PSG film thickness is 5000 mm, and NSG film thickness is 5000 mm).

熱電対型の感温部30は、上述のシリコン窒化膜32上に形成されたn形ポリシリコン層34とp形ポリシリコン層35とを有している。ここで、n形ポリシリコン層34およびp形ポリシリコン層35は、赤外線吸収部33とブリッジ部3bとベース基板1とに跨って形成されている。また、感温部30は、赤外線吸収部33の中央部の表面側でn形ポリシリコン層34の一端部とp形ポリシリコン層35の一端部とを電気的に接合した金属材料(例えば、Al−Siなど)からなる接続部36を備えており、n形ポリシリコン層34とp形ポリシリコン層35と接続部36とで熱電対を構成している。また、感温部30は、n形ポリシリコン層34、p形ポリシリコン層35それぞれの他端部上に電極38a,38bが形成されている。   The thermocouple-type temperature sensing unit 30 has an n-type polysilicon layer 34 and a p-type polysilicon layer 35 formed on the silicon nitride film 32 described above. Here, the n-type polysilicon layer 34 and the p-type polysilicon layer 35 are formed across the infrared absorption portion 33, the bridge portion 3 b, and the base substrate 1. In addition, the temperature sensing unit 30 is a metal material (for example, an electrical connection between one end of the n-type polysilicon layer 34 and one end of the p-type polysilicon layer 35 on the surface side of the central portion of the infrared absorption unit 33) The n-type polysilicon layer 34, the p-type polysilicon layer 35, and the connection part 36 constitute a thermocouple. Further, in the temperature sensing unit 30, electrodes 38a and 38b are formed on the other end portions of the n-type polysilicon layer 34 and the p-type polysilicon layer 35, respectively.

ここで、感温部30の接続部36と2つの電極38a,38bとは、ベース基板1の上記一表面側において上述の層間絶縁膜50により絶縁分離されている。すなわち、接続部36は、層間絶縁膜50に形成したコンタクトホール50a,50aを通して両ポリシリコン層34,35の上記各一端部と電気的に接続され、一方の電極38aは、層間絶縁膜50に形成されたコンタクトホール50bを通してn形ポリシリコン層34の上記他端部と電気的に接続され、他方の電極38bは、層間絶縁膜50に形成されたコンタクトホール50cを通してp形ポリシリコン層35の上記他端部と電気的に接続されている。 Here, the connection part 36 of the temperature sensing part 30 and the two electrodes 38 a and 38 b are insulated and separated by the interlayer insulating film 50 on the one surface side of the base substrate 1. That is, the connecting portion 36 is electrically connected to the one end portions of the polysilicon layers 34 and 35 through contact holes 50a 1 and 50a 2 formed in the interlayer insulating film 50, and one electrode 38a is connected to the interlayer insulating film. The other end of the n-type polysilicon layer 34 is electrically connected through the contact hole 50b formed in the contact hole 50b, and the other electrode 38b is connected to the p-type polysilicon layer through the contact hole 50c formed in the interlayer insulating film 50. 35 is electrically connected to the other end portion.

また、MOSトランジスタ4は、上述のように、シリコン基板1aの上記一表面側における各画素2それぞれにおけるMOSトランジスタ4の形成用領域A2に形成されている。ここで、MOSトランジスタ4は、シリコン基板1aの上記一表面側にp形ウェル領域41が形成され、p形ウェル領域41内に、n形ドレイン領域43とn形ソース領域44とが離間して形成されている。また、p形ウェル領域41内には、n形ドレイン領域43とn形ソース領域44とを囲むp++形チャネルストッパ領域42が形成されている。また、p形ウェル領域41においてn形ドレイン領域43とn形ソース領域44との間に位置する部位の上には、シリコン酸化膜(熱酸化膜)からなるゲート絶縁膜45を介してn形ポリシリコン層からなるゲート電極46が形成されている。また、n形ドレイン領域43上には金属材料(例えば、Al−Siなど)からなるドレイン電極47が形成され、n形ソース領域44上には金属材料(例えば、Al−Siなど)からなるソース電極48が形成されている。ここで、ゲート電極46、ドレイン電極47およびソース電極48は、上述の層間絶縁膜50により絶縁分離されている。すなわち、ドレイン電極47は、層間絶縁膜50に形成したコンタクトホール50dを通してn形ドレイン領域43と電気的に接続され、ソース電極48は、層間絶縁膜50に形成したコンタクトホール50eを通してn形ソース領域44と電気的に接続されている。 Further, as described above, the MOS transistor 4 is formed in the formation region A2 of the MOS transistor 4 in each of the pixels 2 on the one surface side of the silicon substrate 1a. Here, in the MOS transistor 4, a p + -type well region 41 is formed on the one surface side of the silicon substrate 1 a, and an n + -type drain region 43 and an n + -type source region 44 are formed in the p + -type well region 41. Are formed apart from each other. Further, the p + -type well region 41, p ++ type channel stopper region 42 which surrounds the n + -type drain region 43 and the n + -type source region 44 is formed. Further, on the site located between the n + -type drain region 43 and the n + -type source region 44 in the p + -type well region 41, a gate insulating film 45 made of silicon oxide film (thermal oxide film) A gate electrode 46 made of an n-type polysilicon layer is formed. A drain electrode 47 made of a metal material (for example, Al—Si) is formed on the n + -type drain region 43, and a metal material (for example, Al—Si) is formed on the n + -type source region 44. A source electrode 48 is formed. Here, the gate electrode 46, the drain electrode 47, and the source electrode 48 are insulated and separated by the interlayer insulating film 50 described above. That is, the drain electrode 47 is electrically connected to the n + -type drain region 43 through the contact hole 50 d formed in the interlayer insulating film 50, and the source electrode 48 is connected to the n + -type through the contact hole 50 e formed in the interlayer insulating film 50. It is electrically connected to the source region 44.

ところで、本実施形態の赤外線センサAの各画素2では、MOSトランジスタ4のソース電極48と感温部30の上記他方の電極38bとが電気的に接続され、感温部30の上記一方の電極38aが基準バイアス線5に連続一体に形成された金属配線(例えば、Al−Si配線)59を介して基準バイアス線5と電気的に接続されている。また、本実施形態の赤外線センサAの各画素2では、MOSトランジスタ4のドレイン電極47が垂直読み出し線7と電気的に接続され、ゲート電極46が当該ゲート電極46と連続一体に形成されたn形ポリシリコン配線からなる水平信号線6と電気的に接続されている。また、各画素2では、MOSトランジスタ4のp++形チャネルストッパ領域42上に金属材料(例えば、Al−Siなど)からなるグラウンド用電極49が形成されており、当該グラウンド用電極49が、当該p++形チャネルストッパ領域42をn形ドレイン領域43およびn形ソース領域44よりも低電位にバイアスして素子分離するための共通グラウンド線8と電気的に接続されている。なお、グラウンド用電極49は、層間絶縁膜50に形成したコンタクトホール50fを通してp++形チャネルストッパ領域42と電気的に接続されている。 By the way, in each pixel 2 of the infrared sensor A of the present embodiment, the source electrode 48 of the MOS transistor 4 and the other electrode 38b of the temperature sensing unit 30 are electrically connected, and the one electrode of the temperature sensing unit 30 is provided. Reference numeral 38 a is electrically connected to the reference bias line 5 via a metal wiring (for example, Al—Si wiring) 59 formed integrally with the reference bias line 5. Further, in each pixel 2 of the infrared sensor A of the present embodiment, the drain electrode 47 of the MOS transistor 4 is electrically connected to the vertical readout line 7, and the gate electrode 46 is formed continuously and integrally with the gate electrode 46. It is electrically connected to a horizontal signal line 6 made of a poly-silicon wiring. In each pixel 2, a ground electrode 49 made of a metal material (for example, Al—Si) is formed on the p ++ -type channel stopper region 42 of the MOS transistor 4. The p ++ -type channel stopper region 42 is electrically connected to the common ground line 8 for element isolation by biasing it to a lower potential than the n + -type drain region 43 and the n + -type source region 44. The ground electrode 49 is electrically connected to the p ++ type channel stopper region 42 through a contact hole 50f formed in the interlayer insulating film 50.

以下、本実施形態の赤外線センサAの製造方法について図5および図6を参照しながら簡説明する。   Hereinafter, the manufacturing method of the infrared sensor A of the present embodiment will be briefly described with reference to FIGS.

まず、シリコン基板1aの上記一表面側に第1の所定膜厚(例えば、3000Å)の第1のシリコン酸化膜31と第2の所定膜厚(例えば、900Å)のシリコン窒化膜32との積層膜からなる絶縁層を形成する絶縁層形成工程を行い、その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して当該絶縁層のうち熱型赤外線検出部3の形成用領域A1に対応する部分の一部を残してMOSトランジスタ4の形成用領域A2に対応する部分をエッチング除去する絶縁層パターニング工程を行うことによって、図5(a)に示す構造を得る。ここにおいて、シリコン酸化膜31は、シリコン基板1aを所定温度(例えば、1100℃)で熱酸化することにより形成し、シリコン窒化膜32は、LPCVD法により形成している。   First, a first silicon oxide film 31 having a first predetermined film thickness (for example, 3000 mm) and a silicon nitride film 32 having a second predetermined film thickness (for example, 900 mm) are stacked on the one surface side of the silicon substrate 1a. An insulating layer forming step of forming an insulating layer made of a film is performed, and then a part of the insulating layer corresponding to the formation region A1 of the thermal infrared detector 3 is utilized by using a photolithography technique and an etching technique. The structure shown in FIG. 5A is obtained by performing an insulating layer patterning process in which a portion corresponding to the formation region A2 of the MOS transistor 4 is removed by etching. Here, the silicon oxide film 31 is formed by thermally oxidizing the silicon substrate 1a at a predetermined temperature (for example, 1100 ° C.), and the silicon nitride film 32 is formed by LPCVD.

上述の絶縁層パターニング工程の後、シリコン基板1aの上記一表面側にp形ウェル領域41を形成するウェル領域形成工程を行い、続いて、シリコン基板1の上記一表面側におけるp形ウェル領域41内にp++形チャネルストッパ領域42を形成するチャネルストッパ領域形成工程を行い、その後、p形ウェル領域41におけるn形ドレイン領域43およびn形ソース領域44それぞれの形成予定領域にn形不純物(例えば、リンなど)のイオン注入を行ってからドライブを行うことによりn形ドレイン領域43およびn形ソース領域44を形成するソース・ドレイン形成工程を行うことによって、図5(b)に示す構造を得る。ここで、ウェル領域形成工程では、シリコン基板1の上記一表面側の露出部位を所定温度で熱酸化することにより第2のシリコン酸化膜(熱酸化膜)51を選択的に形成し、その後、p形ウェル領域41を形成するためのマスクを利用したフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン酸化膜51をパターニングし、続いて、p形不純物(例えば、ボロンなど)のイオン注入を行ってから、ドライブインを行うことにより、p形ウェル領域41を形成する。また、チャネルストッパ領域形成工程では、シリコン基板1aの上記一表面側を所定温度で熱酸化することにより第3のシリコン酸化膜(熱酸化膜)52を選択的に形成し、その後、p++形チャネルストッパ領域42を形成するためのマスクを利用したフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン酸化膜52をパターニングし、続いて、p形不純物(例えば、ボロンなど)のイオン注入を行ってから、ドライブインを行うことにより、p++形チャネルストッパ領域42を形成する。なお、第1のシリコン酸化膜31と第2のシリコン酸化膜51と第3のシリコン酸化膜52とでシリコン基板1aの上記一表面側のシリコン酸化膜1bを構成している。 After the above-described insulating layer patterning step, a well region forming step for forming a p + -type well region 41 on the one surface side of the silicon substrate 1a is performed, and subsequently, a p + -type well on the one surface side of the silicon substrate 1 is performed. A channel stopper region forming step for forming a p ++ -type channel stopper region 42 in the region 41 is performed, and then the n + -type drain region 43 and the n + -type source region 44 in the p + -type well region 41 are respectively formed in the planned formation regions. n-type impurities (e.g., phosphorus, etc.) by performing the source and drain formation step of forming a n + -type drain region 43 and the n + -type source region 44 by performing the drive from performing ion implantation, FIG. 5 ( The structure shown in b) is obtained. Here, in the well region forming step, the second silicon oxide film (thermal oxide film) 51 is selectively formed by thermally oxidizing the exposed portion on the one surface side of the silicon substrate 1 at a predetermined temperature. The silicon oxide film 51 is patterned using a photolithographic technique and an etching technique using a mask for forming the p + -type well region 41, and then ion implantation of a p-type impurity (for example, boron) is performed. Then, drive-in is performed to form the p + -type well region 41. Further, in the channel stopper region forming step, a third silicon oxide film (thermal oxide film) 52 is selectively formed by thermally oxidizing the one surface side of the silicon substrate 1a at a predetermined temperature, and thereafter, p ++ type The silicon oxide film 52 is patterned by using a photolithography technique and an etching technique using a mask for forming the channel stopper region 42, and then ion implantation of a p-type impurity (for example, boron) is performed. The p ++ type channel stopper region 42 is formed by performing drive-in. The first silicon oxide film 31, the second silicon oxide film 51, and the third silicon oxide film 52 constitute the silicon oxide film 1b on the one surface side of the silicon substrate 1a.

上述のソース・ドレイン形成工程の後、シリコン基板1aの上記一表面側に熱酸化により所定膜厚(例えば、600Å)のシリコン酸化膜(熱酸化膜)からなるゲート絶縁膜45を形成するゲート絶縁膜形成工程を行い、続いて、シリコン基板1aの上記一表面側の全面にゲート電極46、水平信号線6(図1(a)参照)、n形ポリシリコン層34、p形ポリシリコン層35および補償ポリシリコン層39a,39bの基礎となる所定膜厚(例えば、0.69μm)のノンドープポリシリコン層をLPCVD法により形成するポリシリコン層形成工程を行い、その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上記ノンドープポリシリコン層のうちゲート電極46、水平信号線6、n形ポリシリコン層34、p形ポリシリコン層35および各補償ポリシリコン層39a,39bそれぞれに対応する部分が残るようにパターニングするポリシリコン層パターニング工程を行い、続いて、上記ノンドープポリシリコン層のうちp形ポリシリコン層35およびp形補償ポリシリコン層39aに対応する部分にp形不純物(例えば、ボロンなど)のイオン注入を行ってからドライブを行うことによりp形ポリシリコン層35およびp形補償ポリシリコン層39aを形成するp形ポリシリコン層形成工程を行い、その後、上記ノンドープポリシリコン層のうちn形ポリシリコン層34、n形補償ポリシリコン層39b、ゲート電極46および水平信号線6に対応する部分にn形不純物(例えば、リンなど)のイオン注入を行ってからドライブを行うことによりn形ポリシリコン層34、n形補償ポリシリコン層39b、ゲート電極46および水平信号線6を形成するn形ポリシリコン層形成工程を行うことによって、図5(c)に示す構造を得る。なお、p形ポリシリコン層形成工程とn形ポリシリコン層形成工程との順序は逆でもよい。   After the above-described source / drain formation step, gate insulation for forming a gate insulating film 45 made of a silicon oxide film (thermal oxide film) having a predetermined film thickness (for example, 600 mm) on the one surface side of the silicon substrate 1a by thermal oxidation. A film forming step is performed, and then, the gate electrode 46, the horizontal signal line 6 (see FIG. 1A), the n-type polysilicon layer 34, and the p-type polysilicon layer 35 are formed on the entire surface of the silicon substrate 1a on the one surface side. And a polysilicon layer forming step of forming a non-doped polysilicon layer having a predetermined film thickness (for example, 0.69 μm) serving as a basis of the compensation polysilicon layers 39a and 39b by LPCVD, and thereafter performing a photolithography technique and an etching technique. Among the non-doped polysilicon layers, the gate electrode 46, the horizontal signal line 6, the n-type polysilicon layer 34, the p-type polysilicon are used. Then, a polysilicon layer patterning process is performed so that portions corresponding to the layer 35 and the respective compensation polysilicon layers 39a and 39b remain, and then the p-type polysilicon layer 35 and the p-type compensation layer of the non-doped polysilicon layer are performed. A p-type polysilicon layer is formed by implanting p-type impurities (for example, boron) into a portion corresponding to the polysilicon layer 39a and then driving the p-type polysilicon layer 35 and the p-type compensating polysilicon layer 39a. A silicon layer forming step is performed, and then, n-type impurities (for example, n-type polysilicon layer 34, n-type compensating polysilicon layer 39b, gate electrode 46 and horizontal signal line 6 in the non-doped polysilicon layer are formed in the portion corresponding to the n-type polysilicon layer 34, N-type polysilicon by driving after ion implantation of phosphorus) The structure shown in FIG. 5C is obtained by performing an n-type polysilicon layer forming step for forming the layer 34, the n-type compensating polysilicon layer 39b, the gate electrode 46 and the horizontal signal line 6. The order of the p-type polysilicon layer forming step and the n-type polysilicon layer forming step may be reversed.

上述のp形ポリシリコン層形成工程およびn形ポリシリコン層形成工程が終了した後、シリコン基板1aの上記一表面側に層間絶縁膜50を形成する層間絶縁膜形成工程を行い、続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して層間絶縁膜50に上記各コンタクトホール50a,50a,50b,50c,50d,50e,50f(図1(a)参照)を形成するコンタクトホール形成工程を行うことによって、図5(d)に示す構造を得る。ここで、層間絶縁膜形成工程では、シリコン基板1aの上記一表面側に所定膜厚(例えば、8000Å)のBPSG膜をCVD法により堆積させてから、所定温度(例えば、800℃)でリフローすることにより平坦化された層間絶縁膜50を形成する。 After the p-type polysilicon layer forming step and the n-type polysilicon layer forming step are completed, an interlayer insulating film forming step for forming an interlayer insulating film 50 on the one surface side of the silicon substrate 1a is performed, A contact hole forming step for forming the contact holes 50a 1 , 50a 2 , 50b, 50c, 50d, 50e, and 50f (see FIG. 1A) in the interlayer insulating film 50 is performed using the lithography technique and the etching technique. As a result, the structure shown in FIG. Here, in the interlayer insulating film forming step, a BPSG film having a predetermined film thickness (for example, 8000 mm) is deposited on the one surface side of the silicon substrate 1a by the CVD method, and then reflowed at a predetermined temperature (for example, 800 ° C.). Thereby, the planarized interlayer insulating film 50 is formed.

上述のコンタクトホール形成工程の後、シリコン基板1aの上記一表面側の全面に接続部36、電極38a,38b、ドレイン電極47、ソース電極48、基準バイアス線5、金属配線59、垂直読み出し線7、グラウンド線8、共通グラウンド線9および各パッドVout,Vsel,Vref,Vdd,Gndの基礎となる所定膜厚(例えば、2μm)の金属膜(例えば、Al−Si膜)をスパッタ法などにより形成する金属膜形成工程を行い、続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して金属膜をパターニングすることで接続部36、電極38a,38b、ドレイン電極47、ソース電極48、基準バイアス線5、垂直読み出し線7、グラウンド線8、共通グラウンド線9および各パッドVout,Vsel,Vref,Vdd,Gndを形成する金属膜パターニング工程を行うことによって、図6(a)に示す構造を得る。なお、金属膜パターニング工程におけるエッチングはRIEにより行っている。   After the contact hole forming step, the connection portion 36, electrodes 38a and 38b, drain electrode 47, source electrode 48, reference bias line 5, metal wiring 59, vertical read line 7 are formed on the entire surface of the silicon substrate 1a. Further, a metal film (for example, Al-Si film) having a predetermined film thickness (for example, 2 μm) serving as a basis for the ground line 8, the common ground line 9, and the pads Vout, Vsel, Vref, Vdd, and Gnd is formed by sputtering or the like. A metal film forming step, and then patterning the metal film using a photolithography technique and an etching technique to connect the connection portion 36, the electrodes 38a and 38b, the drain electrode 47, the source electrode 48, the reference bias line 5, Metal forming the vertical readout line 7, the ground line 8, the common ground line 9, and the pads Vout, Vsel, Vref, Vdd, and Gnd By performing the film patterning step, the structure shown in FIG. 6A is obtained. Etching in the metal film patterning step is performed by RIE.

上述の金属膜パターニング工程の後、シリコン基板1aの上記一表面側(つまり、層間絶縁膜50の表面側)に所定膜厚(例えば、5000Å)のPSG膜と所定膜厚(例えば、5000Å)のNSG膜との積層膜からなるパッシベーション膜60をCVD法により形成するパッシベーション膜形成工程を行うことによって、図6(b)に示す構造を得る。なお、パッシベーション膜60は、PSG膜とNSG膜との積層膜に限らず、例えば、シリコン窒化膜でもよい。   After the metal film patterning step, a PSG film having a predetermined thickness (for example, 5000 mm) and a predetermined film thickness (for example, 5000 mm) are formed on the one surface side of the silicon substrate 1a (that is, the surface side of the interlayer insulating film 50). By performing a passivation film forming step of forming a passivation film 60 made of a laminated film with an NSG film by a CVD method, the structure shown in FIG. 6B is obtained. Note that the passivation film 60 is not limited to a stacked film of a PSG film and an NSG film, and may be a silicon nitride film, for example.

上述のパッシベーション膜形成工程の後、シリコン酸化膜31とシリコン窒化膜32との積層膜からなる熱絶縁層と、当該熱絶縁層上に形成された感温部30と、熱絶縁層の表面側で感温部30を覆うように形成された層間絶縁膜50と、層間絶縁膜50上に形成されたパッシベーション膜60との積層構造部をパターニングすることにより上述の薄膜構造部3aを形成する積層構造部パターニング工程を行うことによって、図6(c)に示す構造を得る。なお、積層構造部パターニング工程では、積層構造部の厚み方向に貫通し赤外線吸収部33とベース基板1とを離間させる複数(本実施形態では、2つ)のスリット13(図1(a)参照)を形成することで薄膜構造部3aを形成している。   After the above-described passivation film forming step, a thermal insulating layer composed of a laminated film of the silicon oxide film 31 and the silicon nitride film 32, a temperature sensitive portion 30 formed on the thermal insulating layer, and a surface side of the thermal insulating layer The above-mentioned thin film structure portion 3a is formed by patterning the laminated structure portion of the interlayer insulating film 50 formed so as to cover the temperature sensitive portion 30 and the passivation film 60 formed on the interlayer insulating film 50. The structure shown in FIG. 6C is obtained by performing the structure patterning step. In the laminated structure portion patterning step, a plurality (two in this embodiment) of slits 13 (see FIG. 1A) that penetrate in the thickness direction of the laminated structure portion and separate the infrared absorbing portion 33 and the base substrate 1 are used. ) Is formed to form the thin film structure portion 3a.

上述の積層構造部パターニング工程の後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して各パッドVout,Vsel,Vref,Vdd,Gndを露出させる開口部(図示せず)を形成する開口部形成工程を行い、続いて、上述の各スリット13をエッチング液導入孔としてエッチング液を導入してシリコン基板1aを異方性エッチングすることによりシリコン基板1aに空洞11を形成する空洞形成工程を行うことによって、図6(d)に示す構造の画素2が2次元アレイ状に配列された赤外線センサを得る。ここで、開口部形成工程におけるエッチングはRIEにより行っている。また、空洞形成工程では、エッチング液として所定温度(例えば、85℃)に加熱したTMAH溶液を用いているが、エッチング液はTMAH溶液に限らず、他のアルカリ系溶液(例えば、KOH溶液など)を用いてもよい。なお、空洞形成工程が終了するまでの全工程はウェハレベルで行うので、空洞形成工程が終了した後、個々の赤外線センサに分離する分離工程を行えばよい。また、上述の説明から分かるように、MOSトランジスタ4の製造方法に関してみれば、周知の一般的なMOSトランジスタの製造方法を採用しており、熱酸化による熱酸化膜の形成、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術による熱酸化膜のパターニング、不純物のイオン注入、ドライブイン(不純物の拡散)の基本工程を繰り返すことにより、p形ウェル領域41、p++形チャネルストッパ領域42、n形ドレイン領域43とn形ソース領域44を形成している。 After the above-described laminated structure patterning step, an opening forming step for forming openings (not shown) for exposing the pads Vout, Vsel, Vref, Vdd, and Gnd is performed using a photolithography technique and an etching technique. Subsequently, by performing the cavity forming step of forming the cavity 11 in the silicon substrate 1a by introducing the etching solution using the slits 13 as the etching solution introduction holes and anisotropically etching the silicon substrate 1a, the process shown in FIG. An infrared sensor in which the pixels 2 having the structure shown in 6 (d) are arranged in a two-dimensional array is obtained. Here, the etching in the opening forming step is performed by RIE. In the cavity forming step, a TMAH solution heated to a predetermined temperature (for example, 85 ° C.) is used as an etching solution. However, the etching solution is not limited to the TMAH solution, and other alkaline solutions (for example, a KOH solution). May be used. Since all processes until the cavity forming process is completed are performed at the wafer level, after the cavity forming process is completed, a separation process for separating into individual infrared sensors may be performed. Further, as can be seen from the above description, as for the manufacturing method of the MOS transistor 4, a well-known general MOS transistor manufacturing method is adopted, and a thermal oxide film is formed by thermal oxidation, a photolithography technique and etching. patterning the thermal oxide film by techniques, ion implantation of an impurity, by repeating the basic steps of the drive-in (diffusion of impurities), and p + -type well region 41, p ++ type channel stopper region 42, n + form drain regions 43 An n + -type source region 44 is formed.

以上説明した本実施形態の赤外線センサAによれば、感温部30が、赤外線吸収部33とベース基板1とに跨って形成されたp形ポリシリコン層35、n形ポリシリコン層34、および赤外線吸収部33の赤外線入射面側でp形ポリシリコン層35とn形ポリシリコン層34とを電気的に接合した接続部36で構成される熱電対を有し赤外線吸収部33とベース基板1との温度差を検出する熱電対型の感温部なので、自己発熱による薄膜構造部3aの反りが生じることがなく、また、赤外線吸収部33の赤外線入射面側に、p形ポリシリコン層35およびn形ポリシリコン層34の形成時に赤外線吸収部33を保護し赤外線吸収部33cの反りを抑制する補償ポリシリコン層39a,39bが形成されているので、p形ポリシリコン層35およびn形ポリシリコン層34の形成時に赤外線吸収部33がエッチングされて薄くなるのを抑制する(ここでは、上述のポリシリコン層パターニング工程でp形ポリシリコン層35およびn形ポリシリコン層34の基礎となるノンドープポリシリコン層をエッチングする際のオーバーエッチング時に赤外線吸収部33がエッチングされて薄くなるのを抑制する)ことができるとともに薄膜構造部3aの応力バランスの均一性を高めることができ、赤外線吸収部33の薄膜化を図りながらも薄膜構造部3aの反りを防止することが可能となり、感度の向上を図れる。ここで、補償ポリシリコン層39a,39bは、当該補償ポリシリコン層39a,39bと感温部30とで赤外線吸収部33の略全面を覆うように形成することが好ましい。ただし、p形補償ポリシリコン層39aとn形補償ポリシリコン層39bとは直接接しないように電気的に絶縁分離する必要があり、また、上述の空洞形成工程において用いるエッチング液(例えば、TMAH溶液など)によりエッチングされるのを防止するため、スリット13の内側面に露出しないように平面視形状を設計する必要がある(平面視において赤外線吸収部33の外周部を覆わないようにする必要がある)。   According to the infrared sensor A of the present embodiment described above, the temperature sensing unit 30 includes the p-type polysilicon layer 35, the n-type polysilicon layer 34, and the n-type polysilicon layer 34, which are formed across the infrared absorption unit 33 and the base substrate 1. The infrared absorption part 33 and the base substrate 1 have a thermocouple including a connection part 36 in which the p-type polysilicon layer 35 and the n-type polysilicon layer 34 are electrically joined to each other on the infrared incident surface side of the infrared absorption part 33. Therefore, the thin film structure 3a is not warped due to self-heating, and the p-type polysilicon layer 35 is formed on the infrared incident surface side of the infrared absorbing portion 33. Since the compensation polysilicon layers 39a and 39b that protect the infrared absorbing portion 33 and suppress the warpage of the infrared absorbing portion 33c are formed when the n-type polysilicon layer 34 is formed, the p-type polysilicon layer 35 In addition, the infrared absorbing portion 33 is prevented from being etched and thinned when the n-type polysilicon layer 34 is formed (here, the p-type polysilicon layer 35 and the n-type polysilicon layer 34 are not formed in the above-described polysilicon layer patterning step). The infrared absorbing portion 33 can be prevented from being etched and thinned during overetching when etching the underlying non-doped polysilicon layer) and the uniformity of the stress balance of the thin film structure portion 3a can be improved. While reducing the thickness of the infrared absorbing portion 33, it is possible to prevent the thin film structure portion 3a from warping, and the sensitivity can be improved. Here, it is preferable that the compensation polysilicon layers 39a and 39b are formed so that the compensation polysilicon layers 39a and 39b and the temperature sensing part 30 cover substantially the entire surface of the infrared absorption part 33. However, the p-type compensation polysilicon layer 39a and the n-type compensation polysilicon layer 39b must be electrically insulated and separated so as not to be in direct contact with each other, and an etching solution (for example, a TMAH solution used in the above-described cavity forming step). In order to prevent etching, it is necessary to design the shape in plan view so as not to be exposed on the inner surface of the slit 13 (in order to prevent the outer peripheral portion of the infrared absorbing portion 33 from being covered in plan view). is there).

また、本実施形態の赤外線センサAでは、p形ポリシリコン層35とn形ポリシリコン層34と補償ポリシリコン層39a,39bとが同一の厚さに設定されているので、薄膜構造部3aの応力バランスの均一性が向上し、赤外線吸収部33の反りを抑制することができる。また、本実施形態の赤外線センサAでは、薄膜構造部3aにおいてp形ポリシリコン層35とn形ポリシリコン層34と補償ポリシリコン層39a,39bとが同一平面上に形成されているので、薄膜構造部3aの応力バランスの均一性が向上し、赤外線吸収部33の反りを抑制することができる。   In the infrared sensor A of the present embodiment, the p-type polysilicon layer 35, the n-type polysilicon layer 34, and the compensation polysilicon layers 39a and 39b are set to have the same thickness. The uniformity of the stress balance is improved, and the warp of the infrared absorbing portion 33 can be suppressed. In the infrared sensor A of the present embodiment, the p-type polysilicon layer 35, the n-type polysilicon layer 34, and the compensation polysilicon layers 39a and 39b are formed on the same plane in the thin film structure portion 3a. The uniformity of the stress balance of the structure part 3a is improved, and the warp of the infrared absorption part 33 can be suppressed.

また、本実施形態の赤外線センサAは、各画素2ごとに感温部30の出力を読み出すためのMOSトランジスタ4を有しているので、出力用パッドVoutの数を少なくでき、小型化および低コスト化を図れる。また、本実施形態の赤外線センサAでは、MOSトランジスタ4のゲート電極36を構成するポリシリコン層であるn形ポリシリコン層の厚さがn形補償ポリシリコン層39bと同じ厚さに設定されているので、MOSトランジスタ4のゲート電極36とn形補償ポリシリコン層39bとを同時に形成することが可能となり、製造工程数の削減による低コスト化を図れる。   In addition, since the infrared sensor A of the present embodiment includes the MOS transistor 4 for reading the output of the temperature sensing unit 30 for each pixel 2, the number of output pads Vout can be reduced, and the size and the size of the sensor can be reduced. Cost can be reduced. In the infrared sensor A of the present embodiment, the thickness of the n-type polysilicon layer that is the polysilicon layer constituting the gate electrode 36 of the MOS transistor 4 is set to the same thickness as that of the n-type compensation polysilicon layer 39b. Therefore, the gate electrode 36 of the MOS transistor 4 and the n-type compensation polysilicon layer 39b can be formed simultaneously, and the cost can be reduced by reducing the number of manufacturing steps.

(実施形態2)
本実施形態の赤外線センサAの基本構成は実施形態1と略同じであって、図7に示すように、熱電対型の感温部30が、n形ポリシリコン層34とp形ポリシリコン層35と接続部36とで構成される4つの熱電対を直列接続したサーモパイルにより構成されている点、各画素2に、実施形態1にて説明したMOSトランジスタ4を設けていない点などが相違する。なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 2)
The basic configuration of the infrared sensor A of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. As shown in FIG. 7, the thermocouple type temperature sensing unit 30 includes an n-type polysilicon layer 34 and a p-type polysilicon layer. The difference is that it is constituted by a thermopile in which four thermocouples constituted by 35 and a connection part 36 are connected in series, and each pixel 2 is not provided with the MOS transistor 4 described in the first embodiment. . In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted.

感温部30は、ベース基板1の上記一表面側で互いに隣り合う熱電対のp形ポリシリコン層34の他端部とn形ポリシリコン層35の他端部とが金属材料(例えば、Al−Siなど)からなる接続部37により接合され電気的に接続されている。   The temperature sensing unit 30 is composed of a metal material (for example, Al) with the other end of the p-type polysilicon layer 34 and the other end of the n-type polysilicon layer 35 of the thermocouple adjacent to each other on the one surface side of the base substrate 1. -Si and the like) are joined and electrically connected.

ここで、感温部30を構成するサーモパイルは、n形ポリシリコン層34の上記一端部とp形ポリシリコン層35の上記一端部と接続部36とで赤外線吸収部33側の温接点を構成し、p形ポリシリコン層34の上記他端部とn形ポリシリコン層35の上記他端部と接続部37とでベース基板1側の冷接点を構成している。   Here, the thermopile constituting the temperature sensing unit 30 constitutes a thermal contact on the infrared absorption unit 33 side by the one end of the n-type polysilicon layer 34, the one end of the p-type polysilicon layer 35 and the connection part 36. The other end of the p-type polysilicon layer 34, the other end of the n-type polysilicon layer 35, and the connecting portion 37 constitute a cold junction on the base substrate 1 side.

また、本実施形態の赤外線センサの製造方法は実施形態1と略同じであり、シリコン酸化膜31とシリコン窒化膜32との積層膜からなる熱絶縁層と、当該熱絶縁層上に形成された感温部30と、熱絶縁層の表面側で感温部30を覆うように形成された層間絶縁膜50と、層間絶縁膜50上に形成されたパッシベーション膜60との積層構造部をパターニングすることにより上述の薄膜構造部3aを形成する積層構造部パターニング工程において、シリコン基板1aにおける空洞11の形成予定領域の投影領域の四隅に、積層構造部の厚み方向に貫通する4つの矩形状のスリット14を形成することで薄膜構造部3aを形成し、空洞形成工程において、4つのスリット14をエッチング液の導入孔として利用する。なお、本実施形態の赤外線センサAは、上述のようにMOSトランジスタ4を備えておらず、実施形態1にて説明した第1のシリコン酸化膜31のみでシリコン酸化膜1bが構成されている。   Further, the manufacturing method of the infrared sensor of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and is formed on the thermal insulation layer composed of the laminated film of the silicon oxide film 31 and the silicon nitride film 32, and the thermal insulation layer. The laminated structure portion of the temperature sensitive portion 30, the interlayer insulating film 50 formed so as to cover the temperature sensitive portion 30 on the surface side of the thermal insulating layer, and the passivation film 60 formed on the interlayer insulating film 50 is patterned. Thus, in the laminated structure portion patterning step for forming the thin film structure portion 3a, four rectangular slits penetrating in the thickness direction of the laminated structure portion are formed at the four corners of the projected region of the region where the cavity 11 is to be formed in the silicon substrate 1a. By forming the thin film structure portion 3a, the four slits 14 are used as etching solution introduction holes in the cavity forming step. Note that the infrared sensor A of the present embodiment does not include the MOS transistor 4 as described above, and the silicon oxide film 1b is configured only by the first silicon oxide film 31 described in the first embodiment.

また、本実施形態の赤外線センサAは、図7および図8に示すように、各感温部30それぞれの一端が各別に接続された複数(図示例では、4つ)の出力用パッドVoutと、各列の複数(図示例では、2つ)の熱型赤外線検出部3の感温部30の他端が共通接続された1個の基準バイアス用パッドVrefとを備えており、全ての熱型赤外線検出部3の出力を時系列的に読み出すことができるようになっている。なお、サーモパイルからなる感温部30は、一端が垂直読み出し線7を介して出力用パッドVoutと電気的に接続され、他端が基準バイアス用パッドVrefに接続された共通基準バイアス線5aに基準バイアス線5を介して電気的と接続されている。   In addition, as shown in FIGS. 7 and 8, the infrared sensor A of the present embodiment includes a plurality (four in the illustrated example) of output pads Vout each having one end of each temperature sensing unit 30 connected thereto. , Each reference line includes a plurality of (two in the illustrated example) thermal type infrared detectors 3 and one reference bias pad Vref to which the other ends of the temperature sensing units 30 are commonly connected. The output of the mold infrared detector 3 can be read in time series. Note that the thermosensitive portion 30 made of a thermopile is connected to the common reference bias line 5a whose one end is electrically connected to the output pad Vout via the vertical readout line 7 and the other end is connected to the reference bias pad Vref. It is electrically connected via the bias line 5.

ここで、例えば、基準バイアス用パッドVrefの電位を1.65Vとしておけば、出力用パッドVoutからは画素2の出力電圧(1.65V+感温部30の出力電圧)が読み出される。したがって、図9に示すように、赤外線センサAと、当該赤外線センサAの出力信号である出力電圧を信号処理する信号処理ICチップBと、赤外線センサAおよび信号処理ICチップBが実装されたパッケージCとを備えた赤外線センサモジュールを構成する場合、信号処理ICチップBには、図10に示すように、赤外線センサAの複数(図示例では、4つ)の出力用パッドVoutそれぞれがボンディングワイヤからなる配線80を介して各別に電気的に接続される複数(図示例では、4つ)の入力用パッドVin、赤外線センサAの基準バイアス用パッドVrefへ基準電圧を与えるためのパッドVref’、入力用パッドVinの出力電圧を増幅する増幅回路AMP、複数の入力用パッドVinの出力電圧を択一的に増幅回路AMPに入力するマルチプレクサMUXなどを設ければ、赤外線画像を得ることができる。   For example, if the potential of the reference bias pad Vref is set to 1.65 V, the output voltage of the pixel 2 (1.65 V + the output voltage of the temperature sensing unit 30) is read from the output pad Vout. Therefore, as shown in FIG. 9, an infrared sensor A, a signal processing IC chip B that performs signal processing on an output voltage that is an output signal of the infrared sensor A, and a package in which the infrared sensor A and the signal processing IC chip B are mounted. 10, the signal processing IC chip B includes a plurality of (four in the illustrated example) output pads Vout of the infrared sensor A, as shown in FIG. A plurality of (four in the illustrated example) input pads Vin that are electrically connected to each other via a wiring 80 comprising: a pad Vref ′ for applying a reference voltage to the reference bias pad Vref of the infrared sensor A, An amplifier circuit AMP that amplifies the output voltage of the input pad Vin, and a multiplexer that alternatively inputs the output voltages of the plurality of input pads Vin to the amplifier circuit AMP. Be provided such as grasses MUX, it is possible to obtain an infrared image.

(実施形態3)
本実施形態の赤外線センサの基本構成は実施形態2と略同じであって、図11に示すように、熱電対型の感温部30が、n形ポリシリコン層34とp形ポリシリコン層35と接続部36とで構成される2つの熱電対を直列接続したサーモパイルにより構成されている点、薄膜構造部3aが2つのブリッジ部3bによりベース基板1と連結されている点が相違する。他の構成は実施形態2と同様なので説明を省略する。
(Embodiment 3)
The basic configuration of the infrared sensor of the present embodiment is substantially the same as that of the second embodiment. As shown in FIG. 11, the thermocouple type temperature sensing unit 30 includes an n-type polysilicon layer 34 and a p-type polysilicon layer 35. And a thermopile in which two thermocouples constituted by the connection portion 36 are connected in series, and the thin film structure portion 3a is connected to the base substrate 1 by two bridge portions 3b. Since other configurations are the same as those of the second embodiment, description thereof is omitted.

(実施形態4)
本実施形態の赤外線センサの基本構成は実施形態2と略同じであって、図12に示すように、空洞11をシリコン基板1aの厚み方向に貫通するように形成することで薄膜構造部3aがダイヤフラム状に形成されている点が相違する。他の構成は実施形態2と同様なので説明を省略する。
(Embodiment 4)
The basic configuration of the infrared sensor of the present embodiment is substantially the same as that of the second embodiment. As shown in FIG. 12, the thin film structure 3a is formed by forming the cavity 11 so as to penetrate in the thickness direction of the silicon substrate 1a. The difference is that it is formed in a diaphragm shape. Since other configurations are the same as those of the second embodiment, description thereof is omitted.

ところで、上記各実施形態1〜4では赤外線センサAとして、画素2が2次元アレイ状に配列されている赤外線イメージセンサを例示したが、赤外線センサAは熱型赤外線検出部3を1つだけ備えたものでもよい。   In each of the first to fourth embodiments, an infrared image sensor in which the pixels 2 are arranged in a two-dimensional array is illustrated as the infrared sensor A. However, the infrared sensor A includes only one thermal infrared detector 3. May be good.

実施形態1の赤外線センサを示し、(a)は画素の平面レイアウト図、(b)は(a)のA−A’断面に対応する概略断面図、(c)は(a)のB−B’断面に対応する概略断面図である。1 shows an infrared sensor according to Embodiment 1, wherein (a) is a plan layout diagram of a pixel, (b) is a schematic cross-sectional view corresponding to the AA ′ cross section of (a), and (c) is a BB line of (a). It is a schematic sectional view corresponding to the section. 同上を示し、(a)は平面レイアウト図、(b)は等価回路図である。FIG. 4A is a plan layout diagram, and FIG. 4B is an equivalent circuit diagram. 同上の赤外線センサを備えた赤外線モジュールの要部概略平面図である。It is a principal part schematic plan view of the infrared module provided with the infrared sensor same as the above. 同上の赤外線センサを備えた赤外線モジュールの要部説明図である。It is principal part explanatory drawing of an infrared module provided with the infrared sensor same as the above. 同上の赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。It is principal process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of an infrared sensor same as the above. 同上の赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。It is principal process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of an infrared sensor same as the above. 実施形態2の赤外線センサを示し、(a)は平面レイアウト図、(b)は画素の平面レイアウト図、(c)は(b)のA−A’断面に対応する概略断面図である。FIG. 4 shows an infrared sensor according to Embodiment 2, wherein (a) is a plan layout view, (b) is a plan view layout diagram of a pixel, and (c) is a schematic cross-sectional view corresponding to the A-A ′ section of (b). 同上の等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram same as the above. 同上の赤外線センサを備えた赤外線モジュールの要部概略平面図である。It is a principal part schematic plan view of the infrared module provided with the infrared sensor same as the above. 同上の赤外線センサを備えた赤外線モジュールの要部説明図である。It is principal part explanatory drawing of an infrared module provided with the infrared sensor same as the above. 実施形態3の赤外線センサを示し、(a)は画素の平面レイアウト図、(b)は(a)のA−A’断面に対応する概略断面図である。FIG. 5 shows an infrared sensor according to Embodiment 3, wherein (a) is a plan layout view of a pixel, and (b) is a schematic sectional view corresponding to the A-A ′ section of (a). 実施形態4の赤外線センサを示し、(a)は画素の平面レイアウト図、(b)は(a)のA−A’断面に対応する概略断面図である。FIG. 6 shows an infrared sensor according to Embodiment 4, wherein (a) is a plan layout view of a pixel, and (b) is a schematic sectional view corresponding to the A-A ′ section of (a). 従来例を示し、(a)は要部概略平面図、(b)は要部概略断面図である。A prior art example is shown, (a) is a principal part schematic plan view, (b) is a principal part schematic sectional drawing. 他の従来例を示し、(a)は要部概略平面図、(b)は要部概略断面図である。Another example is shown, (a) is a principal part schematic plan view, (b) is a principal part schematic sectional drawing.

符号の説明Explanation of symbols

A 赤外線センサ
B 信号処理ICチップ
C パッケージ
Vout 出力用パッド
Vin 入力用パッド
1 ベース基板
2 画素
3a 薄膜構造部
3b ブリッジ部
4 MOSトランジスタ
30 感温部
33 赤外線吸収部
34 n形ポリシリコン層
35 p形ポリシリコン層
39a 補償ポリシリコン層(p形補償ポリシリコン層)
39b 補償ポリシリコン層(n形補償ポリシリコン層)
46 ゲート電極
70 赤外線吸収膜
A Infrared sensor B Signal processing IC chip C Package Vout Output pad Vin Input pad 1 Base substrate 2 Pixel 3a Thin film structure part 3b Bridge part 4 MOS transistor 30 Temperature sensing part 33 Infrared absorption part 34 n-type polysilicon layer 35 p-type Polysilicon layer 39a Compensation polysilicon layer (p-type compensation polysilicon layer)
39b Compensation polysilicon layer (n-type compensation polysilicon layer)
46 Gate electrode 70 Infrared absorbing film

Claims (12)

ベース基板と、ベース基板の一表面側においてベース基板と空間的に分離して形成され赤外線を吸収する赤外線吸収部を有する薄膜構造部と、赤外線吸収部とベース基板とに跨って形成されたp形ポリシリコン層、n形ポリシリコン層、および赤外線吸収部の赤外線入射面側でp形ポリシリコン層とn形ポリシリコン層とを電気的に接合した接続部で構成される熱電対を有し赤外線吸収部とベース基板との温度差を検出する熱電対型の感温部とを備え、赤外線吸収部の赤外線入射面側に、p形ポリシリコン層およびn形ポリシリコン層の形成時に赤外線吸収部を保護し赤外線吸収部の反りを抑制する補償ポリシリコン層が形成されてなることを特徴とする赤外線センサ。   A base substrate, a thin film structure portion having an infrared absorption portion that is formed spatially separated from the base substrate on one surface side of the base substrate and absorbs infrared rays, and a p formed across the infrared absorption portion and the base substrate And a thermocouple including a connection portion in which a p-type polysilicon layer and an n-type polysilicon layer are electrically joined to each other on the infrared incident surface side of the infrared absorption portion. It has a thermocouple type temperature sensing part that detects the temperature difference between the infrared absorption part and the base substrate, and absorbs infrared rays when forming the p-type polysilicon layer and the n-type polysilicon layer on the infrared incident surface side of the infrared absorption part. An infrared sensor characterized in that a compensation polysilicon layer is formed to protect the portion and suppress warping of the infrared absorption portion. 前記薄膜構造部は、前記ベース基板と前記赤外線吸収部とを連結するブリッジ部を有し、当該ブリッジ部は、前記ベース基板に対して一箇所で連結されてなることを特徴とする請求項1記載の赤外線センサ。   2. The thin film structure portion includes a bridge portion that connects the base substrate and the infrared absorption portion, and the bridge portion is connected to the base substrate at one location. The described infrared sensor. 前記p形ポリシリコン層と前記n形ポリシリコン層と前記補償ポリシリコン層とが同一の厚さに設定されてなることを特徴とする請求項1または請求項2記載の赤外線センサ。   3. The infrared sensor according to claim 1, wherein the p-type polysilicon layer, the n-type polysilicon layer, and the compensation polysilicon layer are set to have the same thickness. 前記薄膜構造部は、前記p形ポリシリコン層と前記n形ポリシリコン層と前記補償ポリシリコン層とが同一平面上に形成されてなることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の赤外線センサ。   4. The thin film structure portion according to claim 1, wherein the p-type polysilicon layer, the n-type polysilicon layer, and the compensation polysilicon layer are formed on the same plane. The infrared sensor according to item 1. 前記補償ポリシリコン層における前記ベース基板側とは反対側に赤外線吸収膜が形成されており、赤外線吸収膜の屈折率をn、吸収対象の赤外線の中心波長をλとするとき、赤外線吸収膜の厚さが、λ/4nに設定されてなることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の赤外線センサ。   An infrared absorption film is formed on the side of the compensation polysilicon layer opposite to the base substrate side, where n is the refractive index of the infrared absorption film and λ is the center wavelength of the infrared ray to be absorbed. The infrared sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the thickness is set to λ / 4n. 前記補償ポリシリコン層の不純物濃度が1018〜1020cm−3であり、前記補償ポリシリコン層として前記p形ポリシリコン層に連続一体に形成されたp形補償ポリシリコン層と、前記n形ポリシリコン層に連続一体に形成されたn形補償ポリシリコン層とがあることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の赤外線センサ。 The compensation polysilicon layer has an impurity concentration of 10 18 to 10 20 cm −3 , and a p-type compensation polysilicon layer continuously formed integrally with the p-type polysilicon layer as the compensation polysilicon layer, and the n-type 6. The infrared sensor according to claim 1, further comprising an n-type compensating polysilicon layer formed integrally with the polysilicon layer. 前記補償ポリシリコン層の不純物濃度が1018〜1020cm−3であり、前記補償ポリシリコン層の屈折率をn、吸収対象の赤外線の中心波長をλとするとき、前記p形ポリシリコン層、前記n形ポリシリコン層および前記補償ポリシリコン層それぞれの厚さがλ/4nであることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の赤外線センサ。 When the impurity concentration of the compensation polysilicon layer is 10 18 to 10 20 cm −3 , the refractive index of the compensation polysilicon layer is n, and the center wavelength of infrared light to be absorbed is λ, the p-type polysilicon layer The infrared sensor according to claim 1, wherein each of the n-type polysilicon layer and the compensation polysilicon layer has a thickness of λ / 4n. 前記補償ポリシリコン層の不純物濃度が1018〜1020cm−3であり、前記p形ポリシリコン層と前記n形ポリシリコン層との少なくとも一方は、前記補償ポリシリコン層と同じ不純物を同じ濃度で含んでいることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の赤外線センサ。 Said compensating impurity concentration of the polysilicon layer is 10 18 ~10 20 cm -3, at least one of the same concentration of the same impurity as the compensation polysilicon layer and said n-type polysilicon layer and the p-type polysilicon layer The infrared sensor according to claim 1, wherein the infrared sensor is included. 前記薄膜構造部を備えた画素が前記ベース基板の前記一表面側でアレイ状に配置されてなることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の赤外線センサ。   The infrared sensor according to any one of claims 1 to 8, wherein pixels having the thin film structure portion are arranged in an array on the one surface side of the base substrate. 前記各画素ごとに前記感温部の出力を読み出すためのMOSトランジスタを有することを特徴とする請求項9記載の赤外線センサ。   The infrared sensor according to claim 9, further comprising a MOS transistor for reading out the output of the temperature sensing unit for each pixel. 前記MOSトランジスタのゲート電極を構成するポリシリコン層の厚さが、前記補償ポリシリコン層と同じ厚さに設定されてなることを特徴とする請求項10記載の赤外線センサ。   11. The infrared sensor according to claim 10, wherein the thickness of the polysilicon layer constituting the gate electrode of the MOS transistor is set to the same thickness as that of the compensation polysilicon layer. 請求項1ないし請求項11のいずれか1項に記載の赤外線センサと、当該赤外線センサの出力信号を信号処理する信号処理ICチップと、赤外線センサおよび信号処理ICチップが実装されたパッケージとを備え、赤外線センサのベース基板は、外周形状が矩形状であり、感温部から出力される出力信号を取り出す全ての出力用パッドが外周縁の一辺に沿って並設され、信号処理ICチップは、外周形状が矩形状であり、赤外線センサの出力用パッドに電気的に接続される全ての入力用パッドが外周縁の一辺に沿って並設されてなり、ベース基板と信号処理ICチップとの前記一辺同士が他の辺同士に比べて近くなるように赤外線センサおよび信号処理ICチップが配置されてなることを特徴とする赤外線センサモジュール。   An infrared sensor according to any one of claims 1 to 11, a signal processing IC chip that performs signal processing on an output signal of the infrared sensor, and a package on which the infrared sensor and the signal processing IC chip are mounted. The base plate of the infrared sensor has a rectangular outer peripheral shape, and all output pads for taking out an output signal output from the temperature sensing unit are arranged along one side of the outer peripheral edge, and the signal processing IC chip is The outer peripheral shape is rectangular, and all the input pads that are electrically connected to the output pads of the infrared sensor are juxtaposed along one side of the outer peripheral edge, and the base substrate and the signal processing IC chip are An infrared sensor module, wherein an infrared sensor and a signal processing IC chip are arranged so that one side is closer than another side.
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