JP2011013038A - 赤外線センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性の向上を図れるだけでなく感度の向上を図れる赤外線センサの製造方法を提供する。
【解決手段】サーモパイル３０ａが、ｎ形ポリシリコン層３４とｐ形ポリシリコン層３５とを、空洞部１１に重なる領域で第１の接続金属部３６により接合することで形成された複数の温接点Ｔ１、空洞部１１に重ならない領域で第２の接続金属部３７により接合することで形成された複数の冷接点Ｔ２を有する赤外線センサの製造方法であって、シリコン基板１ａにおける空洞部１１の形成予定領域のみにＳｉＯ_２層からなる犠牲層１２を形成してから、熱型赤外線検出部３の基礎となる積層構造部を形成し、積層構造部をパターニングすることにより熱型赤外線検出部３を形成するとともに犠牲層１２の一部を露出させ、その後、犠牲層１２を選択的にエッチングすることにより空洞部１１を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、赤外線センサの製造方法に関するものである。

従来から、シリコン基板と、当該シリコン基板の一表面側に形成された熱型赤外線検出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）。

ここで、上記特許文献１に開示された赤外線センサは、図２１に示すように、一表面が（１００）面のシリコン基板１ａ’と、当該シリコン基板１ａ’の上記一表面側に形成された熱型赤外線検出部３’とを備えている。図２１に示した構成の赤外線センサは、熱型赤外線検出部３’が、シリコン基板１ａ’の上記一表面側に形成されシリコン基板１ａ’に支持されたメンブレン部１１３’と、メンブレン部１１３’におけるシリコン基板１ａ’側とは反対側に形成された感温部３０’とを備え、シリコン基板１’の上記一表面側に、メンブレン部１１３’におけるシリコン基板１’側の表面を露出させる逆四角錘状の空洞部１１’が形成されている。ここにおいて、図２１に示した構成の赤外線センサは、空洞部１１’が、エッチング速度の結晶方位依存性を利用した湿式の異方性エッチングにより形成されたものであり、メンブレン部１１３’に、空洞部１１’に連通する複数のエッチングホール１１７’が形成されている。

また、上述の熱型赤外線検出部３’では、感温部３０’が、シリコン窒化膜からなるメンブレン部１１３’において空洞部１１’に重なる領域とシリコン基板１の空洞部１１’の周部に重なる領域とに跨って形成された細長のｐ形ポリシリコン層（ｐ形のポリシリコンエレメント）３５’および細長のｎ形ポリシリコン層（ｎ形のポリシリコンエレメント）３４’と、ｐ形ポリシリコン層３５’とｎ形ポリシリコン層３４’との一端部同士をメンブレン部１１３’においてシリコン基板１’の空洞部１１’の投影領域で電気的に接合した第１の接続金属部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、ｐ形ポリシリコン層３５’の上記一端部およびｎ形ポリシリコン層３４’の上記一端部と、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第１の接続金属部３６’とで温接点Ｔ１’を構成し、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第２の接続金属部３７’とで冷接点Ｔ２’を構成している。

また、上述の熱型赤外線検出部３’では、シリコン基板１ａ’の上記一表面側に感温部３０’およびメンブレン部１１３’において感温部３０’が形成されていない部位を覆うＢＰＳＧ膜からなる層間絶縁膜５０’が形成され、層間絶縁膜５０’および各接続金属部３６’，３７’を覆うようにシリコン窒化膜からなるパッシベーション膜６０’が形成され、パッシベーション膜６０’上において感温部３０’の各温接点Ｔ１’を含む所定領域を覆う金黒膜からなる赤外線吸収膜１１８’が形成されている。ここで、各接続金属部３６’，３７’は、上述の層間絶縁膜５０’により絶縁分離されている。また、図２１に示した構成の赤外線センサは、シリコン基板１ａ’の上記一表面に空洞部１１’を全周に亘って囲む矩形枠状のボロンドープのポリシリコン層１１２ｂ’が形成されており、メンブレン部１１３’のうち空洞部１１’の投影領域上に温接点Ｔ１’が形成され、メンブレン部１１３’のうちボロンドープのポリシリコン層１１２ｂ’に重なる領域上に冷接点Ｔ２’が形成されている。

ところで、図２１に示す構成の赤外線センサの製造にあたっては、まず、シリコン基板１ａ’の上記一表面における空洞部形成予定領域および当該空洞部形成予定領域の周部にノンドープのポリシリコン層を形成し、その後、当該ノンドープのポリシリコン層のうちボロンドープのポリシリコン層１１２ｂ’に対応する領域にボロンをドーピングすることによりボロンドープのポリシリコン層１１２ｂ’を形成し、その後、シリコン基板１ａ’の上記一表面側にシリコン基板１ａ’の上記一表面の露出部位およびノンドープのポリシリコン層からなる犠牲層およびボロンドープのポリシリコン層１１２ｂ’を覆うようにメンブレン部１１３’を形成する。続いて、メンブレン部１１３’上にｐ形ポリシリコン層３５’およびｎ形ポリシリコン層３４’を形成し、その後で、メンブレン部１１３’の露出部位、ｐ形ポリシリコン層３５’およびｎ形ポリシリコン層３４’を覆う層間絶縁膜５０’を形成する。次に、層間絶縁膜５０’にコンタクトホールを形成してから各接続金属部３６’，３７’を形成することで複数の温接点Ｔ１’および複数の冷接点Ｔ２’を有する感温部３０’を完成させ、その後、層間絶縁膜５０’、各温接点Ｔ１’および各冷接点Ｔ２’を覆うパッシベーション膜６０’を形成し、その後、パッシベーション膜６０’上に赤外線吸収部１１８’を形成する。続いて、メンブレン部１１３’とパッシベーション膜６０’との積層構造部に４つの正方形状のエッチングホール１１７’を形成してから、各エッチングホール１１７’を通してアルカリ系溶液を導入して上記犠牲層をエッチングするとともにシリコン基板１’を異方性エッチングすることによりシリコン基板１ａ’の上記一表面側に空洞部１１’を形成している。

また、上記特許文献２に開示された赤外線センサは、図２２に示すように、シリコン基板１０１ａ”と、当該シリコン基板１０１ａ”の上記一表面側に形成された熱型赤外線検出部３”とを備えている。図２２に示した構成の赤外線センサは、熱型赤外線検出部３”が、シリコン基板１０１ａ”の上記一表面側に形成されシリコン基板１０１ａ”に支持されたメンブレン部１１３”と、メンブレン部１１３”におけるシリコン基板１ａ’側とは反対側に形成された感温部３０”とを備え、シリコン基板１０１ａ”の上記一表面とメンブレン部１１３”との間に空洞部１１”が形成されている。ここにおいて、図２２に示した構成の赤外線センサは、図２３（ａ）に示すようにシリコン基板１０１ａ”上の埋込酸化膜層１０１ｂ”上にシリコン層１０１ｃ”を有するＳＯＩ基板を用いて形成されており、埋込酸化膜層１０１ｂ”とメンブレン部１１３”と両者の間に介在する枠状の絶縁層１１１”とで囲まれた空間が空洞部１１”を構成しており、熱型赤外線検出部３”に、空洞部１１”に連通する複数のエッチングホール１１７”が形成されている。

図２２に示した構成の赤外線センサの製造にあたっては、図２３（ａ）に示すＳＯＩ基板の一表面側のシリコン層１０１ｃ”をパターニングすることでシリコン層１０１ｃ”の一部からなる犠牲層１１２”を形成してから、ＳＯＩ基板の上記一表面側に埋込酸化膜層１０１ｂ”および犠牲層１１２”を覆うようにＳｉＯ_２層からなる絶縁層１１１”を形成し（図２３（ｂ）参照）、続いて、犠牲層１１２”上の絶縁層１１１”を研磨して平坦化し（図２３（ｃ）参照）、その後、ＳＯＩ基板の上記一表面側にメンブレン部１１３”を形成し、その後、ｎ形ポリシリコン層３４”とｐ形ポリシリコン層３５”とで構成される複数の熱電対を有するサーモパイルからなる感温部３０”をメンブレン部１１３”上に形成し、その後、ＳＯＩ基板の上記一表面側にポリイミド樹脂からなるパッシベーション膜６０”を形成し、続いて、パッシベーション膜６０”上に、赤外線吸収色素を含有する樹脂からなる赤外線吸収膜１１８”を形成している。

なお、図２１および図２２に示した構成の赤外線センサでは、シリコン基板１ａ’，１０１ａ”の上記一表面側に熱型赤外線検出部３’，３”が１つだけ設けられているが、熱型赤外線検出部３’，３”と熱型赤外線検出部３’，３”の感温部３０’，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部が２次元アレイ状に配列されたものも考えられる。

特開平７−３１８４１７号公報 特開２００８−１３４１１３号公報

ところで、図２２に示した構成の赤外線センサでは、空洞部１１”が冷接点（図示せず）の下方まで広がるのを防止することができるので、センサ特性（感度、Ｓ／Ｎ比など）のばらつきを低減できて製造歩留まりの向上を図れる。

しかしながら、図２２に示した構成の赤外線センサでは、上記冷接点の下方においてメンブレン部１１３”とシリコン基板１０１ａ”との間に絶縁層１１１’と埋込酸化膜層１０１ｂ”との積層膜が存在するので、温接点Ｔ１”と冷接点（図示せず）との温度差が小さくなってしまい、感度およびＳ／Ｎ比が低下してしまう。

また、図２１に示した構成の赤外線センサでは、空洞部１１’を形成するために、エッチングホール１１７’を通してノンドープのポリシリコン層からなる犠牲層とシリコン基板１ａ’の一部とを、アルカリ系溶液からなるエッチャントによりエッチングする必要があるので、例えば、温接点Ｔ１’や冷接点Ｔ２’での段差などに起因して、パッシベーション膜６０’および層間絶縁膜５０’にパッシベーション膜６０’の表面から深さ方向へ走るクラックやピンホールなどが発生すると、空洞部１１’を形成する際のエッチャントにより、サーモパイルからなる感温部３０’が浸食されて信頼性や製造歩留まりが低下してしまう恐れがある。

また、図２２に示した構成の赤外線センサにおいても、空洞部１１”を形成するために、エッチングホール１１７’を通してシリコン層１０１ｃ”（図２３（ａ）参照）の一部からなる犠牲層１１２”（図２３（ｂ），（ｃ）参照）をエッチングする必要があるので、例えば、温接点Ｔ１”や上記冷接点での段差などに起因して、パッシベーション膜６０”および層間絶縁膜５０”にパッシベーション膜６０”の表面から深さ方向へ走るクラックやピンホールなどが発生すると、空洞部１１”を形成する際のエッチャントにより、サーモパイルからなる感温部３０”が浸食されて信頼性や製造歩留まりが低下してしまう恐れがある。

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、信頼性の向上を図れるだけでなく感度の向上を図れる赤外線センサの製造方法を提供することにある。

請求項１の発明は、シリコン基板と、赤外線を吸収して熱に変換する赤外線吸収部および当該赤外線吸収部の温度変化を検出するサーモパイルおよび当該サーモパイルを覆う最表層側のパッシベーション膜を有しシリコン基板の一表面側に形成されてシリコン基板に支持された熱型赤外線検出部とを備え、シリコン基板において熱型赤外線検出部の一部の直下に空洞部が形成されてなり、サーモパイルが、異種導電形の２つのポリシリコンエレメントを熱型赤外線検出部においてシリコン基板の空洞部に重なる領域で第１の接続金属部により接合することで形成された複数の温接点を有するとともに、異種導電形の２つのポリシリコンエレメントを熱型赤外線検出部において空洞部に重ならない領域で第２の接続金属部により接合することで形成された複数の冷接点を有する赤外線センサの製造方法であって、シリコン基板における空洞部の形成予定領域のみにシリコンに対して選択エッチングが可能な材料よりなる犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、犠牲層形成工程の後でシリコン基板の前記一表面側に熱型赤外線検出部の基礎となる積層構造部を形成する積層構造部形成工程と、積層構造部形成工程の後で積層構造部をパターニングすることにより熱型赤外線検出部を形成するとともに犠牲層の一部を露出させる積層構造部パターニング工程と、積層構造部パターニング工程の後で犠牲層を選択的にエッチングすることにより空洞部を形成する空洞部形成工程とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、シリコン基板における空洞部の形成予定領域のみにシリコンに対して選択エッチングが可能な材料からなる犠牲層を形成する犠牲層形成工程を行った後、シリコン基板の一表面側に熱型赤外線検出部の基礎となる積層構造部を形成する積層構造部形成工程を行い、その後、積層構造部をパターニングすることにより熱型赤外線検出部を形成するとともに犠牲層の一部を露出させる積層構造部パターニング工程を行い、その後、犠牲層を選択的にエッチングすることにより空洞部を形成する空洞部形成工程を行うので、空洞部形成工程において、シリコンに対して選択エッチングが可能な材料からなる犠牲層を選択的にエッチングすることにより空洞部を形成することによって、空洞部を形成する際にサーモパイルが浸食されるのを防止することができて信頼性の向上を図れるとともに、温接点と冷接点との温度差を大きくできて感度の向上を図れる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記犠牲層形成工程では、前記犠牲層としてＳｉＯ_２層若しくはＳｉＧｅ層を形成することを特徴とする。

この発明によれば、前記犠牲層の耐熱温度が高く且つ熱酸化により前記シリコン基板の前記一表面側の全面にシリコン酸化膜を形成することが可能となるので、前記シリコン基板の前記一表面側に熱型赤外線検出部と協働するＭＯＳトランジスタを形成するような場合に、ＭＯＳトランジスタを一般的な製造プロセスにより形成することができる。

請求項１の発明は、信頼性の向上を図れるだけでなく感度の向上を図れる赤外線センサを提供することができるという効果がある。

実施形態１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。 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。 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。 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。 同上の赤外線センサの平面レイアウト図である。 同上の赤外線センサの等価回路図である。 同上の赤外線センサにおける画素部の平面レイアウト図である。 同上の赤外線センサにおける画素部の要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面に対応する概略断面図である。 同上の赤外線センサにおける画素部の要部の平面レイアウト図である。 同上の赤外線センサにおける画素部の要部の平面レイアウト図である。 同上の赤外線センサにおける画素部の要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面に対応する概略断面図である。 同上の赤外線センサにおける冷接点を含む要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は概略断面図である。 同上の赤外線センサにおける温接点を含む要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は概略断面図である。 同上の赤外線センサにおける画素部の要部の概略断面図である。 同上の赤外線センサにおける画素部の要部の概略断面図である。 同上の赤外線センサの要部説明図である。 実施形態２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。 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。 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。 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。 従来例の赤外線センサを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’概略断面図である。 他の従来例の赤外線センサの概略断面図である。 同上の赤外線センサの製造方法の説明図である。

（実施形態１）
以下、本実施形態の赤外線センサＡの構成について図５〜図１６に基づいて説明してから、製造方法について図１〜図４に基づいて説明する。

本実施形態の赤外線センサＡは、赤外線アレイセンサであって、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とを有する複数の画素部２（図５参照）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。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５および図６に示した例では、８×８個）の画素部２が形成されているが、画素部２の数や配列は特に限定するものではない。また、本実施形態では、熱型赤外線検出部３の感温部３０が、複数個（ここでは、６個）のサーモパイル３０ａ（図７参照）を直列接続することにより構成されており、図６では、熱型赤外線検出部３における感温部３０の等価回路を、当該感温部３０の熱起電力に対応する電圧源Ｖｓで表してある。

また、本実施形態の赤外線センサＡは、図６〜図８に示すように、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部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。

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。なお、図５では、画素選択用パッドＶsel、基準バイアス用パッドＶref、グラウンド用パッドＧnd、出力用パッドＶoutなどを区別せずに全てパッド８０として図示してある。

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。

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部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部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。

ところで、各画素部２は、赤外線を吸収する赤外線吸収部３３（図８（ｂ）参照）を備えており、各画素部２では、シリコン基板１ａに赤外線吸収部３３を当該シリコン基板１ａから熱絶縁するための空洞部１１が形成され、シリコン基板１ａの上記一表面側で平面視において空洞部１１の内側に赤外線吸収部３３を有し空洞部１１を覆う薄膜構造部３ａが形成されている。また、各画素部２では、薄膜構造部３ａが複数の線状のスリット１３により空洞部１１の周方向に沿って並設されそれぞれベース基板１における空洞部１１の周部から内方へ延長された複数（図７に示した例では、６つ）の小薄膜構造部３ａａに分離され、各小薄膜構造部３ａａごとにサーモパイル３０ａが設けられるとともに、各サーモパイル３０ａごとに出力を取り出す場合に比べて温度変化に対する出力変化が大きくなるように全てのサーモパイル３０ａが直列接続されており、隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結する連結片３ｃが形成されている。以下では、赤外線吸収部３３のうち各小薄膜構造部３ａａそれぞれに対応して分割された各部位を分割赤外線吸収部３３ａと称する。

なお、必ずしも、薄膜構造部３ａに形成された複数のサーモパイル３０ａの全て、上述の例では、６つ全てのサーモパイル３０ａを直列接続する必要はなく、例えば、それぞれ３個のサーモパイル３０ａの直列回路を並列接続するようにしてもよく、この場合には、６つ全てのサーモパイル３０ａが並列接続されている場合や各サーモパイル３０ａごとに出力を取り出す場合に比べて感度を高めることができ、また、６つ全てのサーモパイル３０ａが直列接続されている場合に比べて、感温部３０の電気抵抗を低くできて熱雑音が低減されるから、Ｓ／Ｎ比が向上する。

ここで、画素部２では、小薄膜構造部３ａａごとに、ベース基板１と分割赤外線吸収部３３ａとを連結する２つの平面視短冊状のブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂが空洞部１１の周方向に離間して形成されており、当該２つのブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂと分割赤外線吸収部３３ａとを空間的に分離し空洞部１１に連通する平面視コ字状のスリット１４が形成されている。ここにおいて、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３ｂｂ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上述の各スリット１３，１４により分割赤外線吸収部３３ａおよびベース基板１と空間的に分離されている。ここで、小薄膜構造部３ａａのベース基板１からの延長方向の寸法を９３μｍ、小薄膜構造部３ａａの延長方向に直交する幅方向の寸法を７５μｍ、各ブリッジ部３ｂｂの幅寸法を２３μｍ、各スリット１３，１４の幅を５μｍに設定してあるが、これらの値は一例であって特に限定するものではない。

上述の熱型赤外線検出部３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膜上のＮＳＧ膜と当該ＮＳＧ膜上のシリコン窒化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。

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３ｂｂ，３ｂｂ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（図８（ｂ）参照）を兼ねている。ここで、赤外線吸収膜７０の屈折率をｎ_２、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_２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。

また、各画素部２では、空洞部１１の内周形状が矩形状であり、連結片３ｃは、平面視十字状に形成されており、小薄膜構造部３ａａの延長方向に交差する斜め方向において隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士、小薄膜構造部３ａａの延長方向において隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士、小薄膜構造部３ａａの延長方向に直交する方向において隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結している。

サーモパイル３０ａは、シリコン窒化膜３２上に形成され小薄膜構造部３ａａとベース基板１とに跨って形成された細長のｎ形ポリシリコン層（ｎ形のポリシリコンエレメント）３４と細長のｐ形ポリシリコン層（ｐ形のポリシリコンエレメント）３５との一端部同士を分割赤外線吸収部３３ａの赤外線入射面側で金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる第１の接続金属部３６により電気的に接続した複数個（図３に示した例では、９個）の熱電対を有しており、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ｎ形ポリシリコン層３４の他端部とｐ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）からなる第２の接続金属部３７により接合され電気的に接続されている。ここで、サーモパイル３０ａ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の上記一端部と第１の接続金属部３６とで分割赤外線吸収部３３ａ側の温接点Ｔ１を構成し、ｎ形ポリシリコン層３４の上記他端部とｐ形ポリシリコン層３５の上記他端部と第２の接続金属部３７とでベース基板１側の冷接点Ｔ２を構成している。なお、本実施形態の赤外線センサＡでは、サーモパイル３０ａの各ｎ形ポリシリコン層３４および各ｐ形ポリシリコン層３５それぞれにおいて上述のブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂに形成されている部位およびベース基板１のシリコン窒化膜３２上に形成されている部位でも赤外線を吸収することができる。

ここにおいて、本実施形態の赤外線センサＡでは、薄膜構造部３ａの中央部に温接点Ｔ１が集まるように各画素部２におけるサーモパイル３０ａの平面レイアウトを設計してある。すなわち、図３の上下方向における真ん中の２つの小薄膜構造部３ａａでは、図７および図９に示すように、３つの小薄膜構造部３ａａの並設方向に沿って接続部３６を並べて配置してあるのに対し、当該上下方向における上側の２つの小薄膜構造部３ａａでは、図７および図１０に示すように、３つの小薄膜構造部３ａａの並設方向において真ん中の小薄膜構造部３ａａに近い側に温接点Ｔ１を集中して配置してあり、当該上下方向における下側の２つの小薄膜構造部３ａａでは、図７に示すように、３つの小薄膜構造部３ａａの並設方向において真ん中の小薄膜構造部３ａａに近い側に温接点Ｔ１を集中して配置してある。しかして、本実施形態の赤外線センサＡでは、図７の上下方向における上側、下側の小薄膜構造部３ａａの複数の温接点Ｔ１の配置が、真ん中の小薄膜構造部３ａａの複数の温接点Ｔ１の配置と同じである場合に比べて、温接点Ｔ１の温度変化を大きくできるので、感度を向上できる。

また、小薄膜構造部３ａａは、シリコン窒化膜３２の赤外線入射面側においてサーモパイル３０ａを形成していない領域に、小薄膜構造部３ａａの反りを抑制するとともに赤外線を吸収するｎ形ポリシリコン層からなる赤外線吸収層３９（図７、図８および図１４参照）が形成されている。また、隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結する連結片３ｃには、当該連結片３ｃを補強するｎ形ポリシリコン層からなる補強層３９ｂ（図１１参照）が設けられている。ここで、補強層３９ｂは、赤外線吸収層３９と連続一体に形成されている。しかして、本実施形態の赤外線センサＡでは、連結片３ｃが補強層３９ｂにより補強されているので、使用中の外部の温度変化や衝撃に起因して発生する応力による破損を防止でき、また、製造時の破損を低減でき、製造歩留まりの向上を図れる。なお、本実施形態では、図１１に示す連結片３ｃの連結片３ｃの長さ寸法Ｌ１を２４μｍ、幅寸法Ｌ２を５μｍ、補強層３９ｂの幅寸法Ｌ３を１μｍに設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。

また、本実施形態の赤外線センサＡは、図１１および図１６（ｂ）に示すように、連結片３ｃの両側縁と小薄膜構造部３ａａの側縁との間にそれぞれ面取り部３ｄ，３ｄが形成され、十字状の連結片３ｃの略直交する側縁間にも面取り部３ｅが形成されている。しかして、本実施形態の赤外線センサＡでは、図１６（ａ）に示すように面取り部が形成されていない場合に比べて連結片３ｃと小薄膜構造部３ａａとの連結部位での応力集中を緩和でき、製造時に発生する残留応力を低減できるとともに製造時の破損を低減でき、製造歩留まりの向上を図れる。また、使用中の外部の温度変化や衝撃に起因して発生する応力による破損を防止できる。なお、図１１に示した例では、各面取り部３ｄ，３ｅをＲが３μｍのＲ面取り部としてあるが、Ｒ面取り部に限らず、例えば、Ｃ面取り部としてもよい。

また、本実施形態の赤外線センサＡは、各画素部２に、ベース基板１と一方のブリッジ部３ｂｂと分割赤外線吸収部３３ａと他方のブリッジ部３ｂｂとベース基板１とに跨るように引き回されたｎ形ポリシリコン層からなる故障診断用配線１３９を設けて、全ての故障診断用配線１３９を直列接続してある。しかして、ｍ×ｎ個の故障診断用配線１３９の直列回路へ通電することで、ブリッジ部３ｂｂの折れなどの破損の有無を検出することができる。

上述の赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび故障診断用配線１３９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）を同じ不純物濃度（例えば、１０^１８〜１０^２０ｃｍ^−３）で含んでおり、ｎ形ポリシリコン層３４に同時に形成されている。また、ｐ形ポリシリコン層３５のｐ形不純物として例えばボロンを採用すればよく、不純物濃度を例えば１０^１８〜１０^２０ｃｍ^−３程度の範囲で適宜設定すればよい。本実施形態では、ｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５それぞれの不純物濃度が１０^１８〜１０^２０ｃｍ^−３であり、熱電対の抵抗値を低減でき、Ｓ／Ｎ比の向上を図れる。なお、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび故障診断用配線１３９は、ｎ形ポリシリコン層３４と同じｎ形不純物を同じ不純物濃度でドーピングしてあるが、これに限らず、例えば、ｐ形ポリシリコン層３５と同じ不純物を同じ不純物濃度でドーピングするようにしてもよい。

ところで、本実施形態では、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび故障診断用配線１３９の屈折率をｎ_１、検出対象の赤外線の中心波長をλとするとき、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび故障診断用配線１３９それぞれの厚さｔ１をλ／４ｎ_１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＝３．６、λ＝１０μｍの場合には、ｔ１≒０．６９μｍとすればよい。

また、本実施形態では、ｎ形ポリシリコン層２４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび故障診断用配線１３９それぞれの不純物濃度が１０^１８〜１０^２０ｃｍ^−３であるので、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、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび故障診断用配線１３９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。

ここで、感温部３０の第１の接続金属部３６と第２の接続金属部３７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（図１２および図１３参照）。すなわち、温接点Ｔ１側の第１の接続金属部３６は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ａ_１，５０ａ_２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、冷接点Ｔ２側の第２の接続金属部３７は、層間絶縁膜５０に形成されたコンタクトホール５０ａ_３，５０ａ_４を通して両ポリシリコン層３４，３５の上記各他端部と電気的に接続されている。

上述の説明から分かるように、本実施形態の赤外線センサＡは、薄膜構造部３ａおよびベース基板１の最表層側に薄膜構造部３ａとベース基板１との両者に跨ってパッシベーション膜６０が形成されており、サーモパイル３０ａが、異種導電形であるｎ形ポリシリコン層（ｎ形のポリシリコンエレメント）３４とｐ形ポリシリコン層（ｐ形のポリシリコンエレメント）３５とを薄膜構造部３ａにおいて第１の接続金属部３６により接合することで形成された複数の温接点Ｔ１を有するとともに、異種導電形であるｎ形ポリシリコン層（ｎ形のポリシリコンエレメント）３４とｐ形ポリシリコン層（ｐ形のポリシリコンエレメント）３５をベース基板１における空洞部１１の周部において第２の接続金属部３７により接合することで形成された複数の冷接点Ｔ２を有している。

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部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、図８および図１５に示すように、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。

ところで、本実施形態の赤外線センサＡの各画素部２では、ＭＯＳトランジスタ４のソース電極４８と感温部３０の一端とが電気的に接続され、感温部３０の他端が基準バイアス線５に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の各画素部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、各画素部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。

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１〜図４を参照しながら説明する。

まず、シリコン基板１ａにおける空洞部１１の形成予定領域のみにＳｉＯ_２層からなる犠牲層１２を形成する犠牲層形成工程を行ってから、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、０．３μｍ）の第１のシリコン酸化膜３１と第２の所定膜厚（例えば、０．１μｍ）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２（ａ）に示す構造を得る。ここにおいて、ＳｉＯ_２層からなる犠牲層１２は、シリコン基板１ａにおける空洞部１１の形成予定領域に酸素イオンを注入してから所定温度（１３００℃以上）で熱処理を行うことにより形成している。また、犠牲層形成工程では、犠牲層１２を形成した後でシリコン基板１ａの一表面側をＣＭＰ法により研磨することでシリコン基板１ａの上記一表面側の平坦化も行っている。また、第１のシリコン酸化膜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。

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うことによって、図２（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１ａ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第３のシリコン酸化膜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。

上述のチャネルストッパ領域形成工程の後、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い、当該ソース・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７参照）、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび故障診断用配線１３９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、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび故障診断用配線１３９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、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂ、故障診断用配線１３９、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、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂ、故障診断用配線１３９、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３（ａ）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。

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_１，５０ａ_２，５０ａ_３，５０ａ_４，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ（図１２、図１３および図１５参照）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３（ｂ）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、０．８μｍ）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。

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第１の接続金属部３６、第２の接続金属部３７、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など（図６参照）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第１の接続金属部３６、第２の接続金属部３７、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など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４（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。また、この金属膜パターニング工程を行うことにより、温接点Ｔ１および冷接点Ｔ２が形成される。

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、０．２μｍ）のＰＳＧ膜と所定膜厚（例えば、０．２μｍ）のＮＳＧ膜と所定膜厚（例えば、０．１μｍ）のシリコン窒化膜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４（ｂ）に示す構造を得る。

上述のパッシベーション膜形成工程の後、シリコン基板１ａの一部（シリコン基板１ａにおいて犠牲層１２よりも上記一表面側の部分）とシリコン酸化膜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小薄膜構造部３ａａ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１（ａ）に示す構造を得る。なお、積層構造部パターニング工程において、上述の各スリット１３，１４を形成している。また、本実施形態では、上述の、絶縁層形成工程と、絶縁層パターニング工程と、ポリシリコン層形成工程と、ポリシリコン層パターニング工程と、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、層間絶縁膜形成工程と、コンタクトホール形成工程と、金属膜形成工程と、金属膜パターニング工程と、パッシベーション膜形成工程とで、シリコン基板１ａの上記一表面側に熱型赤外線検出部３の基礎となる積層構造部を形成する積層構造部形成工程を構成している。

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を露出させるパッド用開口部（図示せず）を形成するパッド用開口部形成工程を行い、続いて、上述の各スリット１３，１４を通して犠牲層１２を選択的にエッチングすることによりシリコン基板１ａに空洞部１１を形成する空洞部形成工程を行うことによって、図１（ｂ）に示す構造の画素部２が２次元アレイ状に配列された赤外線センサＡを得る。ここで、パッド用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、空洞部形成工程では、エッチングガスとして、シリコンに対してＳｉＯ_２を選択的にエッチングできるＨＦガスを用いている。ここで、積層構造部のパッシベーション膜６０は、最表層がシリコン窒化膜により構成されているので、ＨＦガスに対する耐性を有している。また、サーモパイル３０ａなどの形成位置は、ＨＦガスによるＮＳＧ膜やＰＳＧ膜などのサイドエッチング量を考慮して設計してある。なお、空洞部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、空洞部形成工程が終了した後、個々の赤外線センサＡ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。

以上説明した本実施形態の赤外線センサＡの製造方法によれば、シリコン基板１ａにおける空洞部１１の形成予定領域のみにシリコンに対して選択エッチングが可能な材料からなる犠牲層１２を形成する犠牲層形成工程を行った後、シリコン基板１ａの上記一表面側に熱型赤外線検出部３の基礎となる積層構造部を形成する積層構造部形成工程を行い、その後、当該積層構造部をパターニングすることにより熱型赤外線検出部３を形成するとともに犠牲層１２の一部を露出させる積層構造部パターニング工程を行い、その後、犠牲層１２を選択的にエッチングすることにより空洞部１１を形成する空洞部形成工程を行うので、空洞部形成工程において、シリコンに対して選択エッチングが可能な材料からなる犠牲層１２を選択的にエッチングすることにより空洞部１１を形成することによって、空洞部１１を形成する際にサーモパイル３０ａが浸食されるのを防止することができて信頼性の向上を図れるとともに、温接点Ｔ１と冷接点Ｔ２との温度差を大きくできて感度の向上を図れる。

ところで、図２１に示した構成の赤外線センサでは、シリコン基板１ａ’の上記一表面上に矩形枠状のポリシリコン層１１２ｂ’が形成されているので、ポリシリコン層１１２ｂ’に起因して、メンブレン部１１３’に感温部３０’を囲むように段差が形成されてしまい、感温部３０’から引き出された金属配線３７ｂ’，３７ｂ’が段差に起因して断線して信頼性が低下する恐れがあり、特に、感温部３０’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部が２次元アレイ状に配列した赤外線センサを構成する場合には、断線の起こる可能の高い箇所が増えてしまう。

これに対して、本実施形態の赤外線センサＡの製造方法によれば、犠牲層形成工程において犠牲層１２の形成後にシリコン基板１ａの上記一表面側の平坦化を行っているので、積層構造部形成工程において熱型赤外線検出部３の基礎となる積層構造部を平坦化されたシリコン基板１ａの上記一表面側に形成することによって、サーモパイル３０ａなどの断線を防止することができて信頼性を向上できる。

また、本実施形態の赤外線センサＡの製造方法によれば、犠牲層形成工程において、犠牲層１２としてＳｉＯ_２層を形成するので、犠牲層１２の耐熱温度が高く且つ熱酸化によりシリコン基板１ａの上記一表面側の全面にシリコン酸化膜を形成することが可能となるから、上述のように、シリコン基板１ａの上記一表面側に熱型赤外線検出部３と協働するＭＯＳトランジスタ４を形成するような場合に、ＭＯＳトランジスタ４を一般的な製造プロセスにより形成することができる。

また、本実施形態の赤外線センサＡによれば、各画素部２では、薄膜構造部３ａが複数の線状のスリット１３により空洞部１１の周方向に沿って並設されそれぞれベース基板１における空洞部１１の周部から内方へ延長された複数の小薄膜構造部３ａａに分離され、各小薄膜構造部３ａａごとにサーモパイル３０ａが設けられるとともに、各サーモパイル３０ａごとに出力を取り出す場合に比べて温度変化に対する出力変化が大きくなる接続関係で全てのサーモパイル３０ａが電気的に接続されていることにより、応答速度および感度の向上を図れ、しかも、隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結する連結片３ｃが形成されていることにより、各小薄膜構造部３ａａの反りを低減でき、構造安定性の向上を図れ、感度が安定する。

また、本実施形態の赤外線センサＡでは、シリコン窒化膜３２の赤外線入射面側に、ｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５の他に、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂ、故障診断用配線１３９が形成されているので、ｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５の形成時にシリコン窒化膜３２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ｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５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シリコン窒化膜３２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小薄膜構造部３ａａ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。

また、本実施形態の赤外線センサＡでは、ｎ形ポリシリコン層３４とｐ形ポリシリコン層３５と赤外線吸収層３９と補強層３９ｂと故障診断用配線１３９とが同一の厚さに設定されているので、小薄膜構造部３ａａの応力バランスの均一性が向上し、小薄膜構造部３ａａ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は、各画素部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。

ところで、上記各実施形態の赤外線センサＡは、各画素部２にＭＯＳトランジスタ４を設けてあるが、ＭＯＳトランジスタ４は必ずしも設ける必要はない。また、赤外線センサＡは、必ずしも画素部２をアレイ状に備えた赤外線アレイセンサである必要はなく、少なくとも１つのサーモパイル３０ａを備えたものであればよい。

（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２０（ｂ）に示すように、空洞部１１が、シリコン基板１ａの上記一表面側の第１のシリコン酸化膜３１の直下に形成されている点が相違するだけである。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。

しかして、本実施形態の赤外線センサＡでは、熱型赤外線検出部３の薄膜構造部３ａの厚みを実施形態１に比べて薄くすることができ、薄膜構造部３ａの熱容量を低減して応答速度の高速化を図ることができる。

以下、本実施形態の赤外線センサの製造方法について図１７〜図２０に基づいて説明するが、実施形態１と同様の工程については説明を適宜省略する。

まず、シリコン基板１ａにおける空洞部１１の形成予定領域のみにＳｉＧｅ層からなる犠牲層１２を形成する犠牲層形成工程を行ってから、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、０．３μｍ）の第１のシリコン酸化膜３１と第２の所定膜厚（例えば、０．１μｍ）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、絶縁層パターニング工程を行うことによって、図１７（ａ）に示す構造を得る。ここにおいて、犠牲層形成工程では、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基板１ａにおける空洞部１１の形成予定領域に開口部を形成してから、シリコン基板１ａの上記一表面側にＳｉＧｅ層からなる犠牲層１２を成膜し、その後、シリコン基板１ａの一表面側をＣＭＰ法により研磨することで平坦化している。

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うことによって、図１７（ｂ）に示す構造を得る。

上述のチャネルストッパ領域形成工程の後、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い、当該ソース・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７参照）、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび故障診断用配線１３９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、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび故障診断用配線１３９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、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂ、故障診断用配線１３９、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、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂ、故障診断用配線１３９、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１８（ａ）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。

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_１，５０ａ_２，５０ａ_３，５０ａ_４，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ（図１２、図１３および図１５参照）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１８（ｂ）に示す構造を得る。

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第１の接続金属部３６、第２の接続金属部３７、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など（図６参照）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第１の接続金属部３６、第２の接続金属部３７、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など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１９（ａ）に示す構造を得る。

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１９（ｂ）に示す構造を得る。

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小薄膜構造部３ａａ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２０（ａ）に示す構造を得る。なお、積層構造部パターニング工程において、上述の各スリット１３，１４を形成している。また、本実施形態においても、上述の、絶縁層形成工程と、絶縁層パターニング工程と、ポリシリコン層形成工程と、ポリシリコン層パターニング工程と、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、層間絶縁膜形成工程と、コンタクトホール形成工程と、金属膜形成工程と、金属膜パターニング工程と、パッシベーション膜形成工程とで、シリコン基板１ａの上記一表面側に熱型赤外線検出部３の基礎となる積層構造部を形成する積層構造部形成工程を構成している。

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を露出させるパッド用開口部（図示せず）を形成するパッド用開口部形成工程を行い、続いて、上述の各スリット１３，１４を通して犠牲層１２を選択的にエッチングすることによりシリコン基板１ａに空洞部１１を形成する空洞部形成工程を行うことによって、図２０（ｂ）に示す構造の画素部２が２次元アレイ状に配列された赤外線センサＡを得る。ここで、パッド用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、空洞部形成工程では、エッチングガスとして、シリコンに対してＳｉＧｅを選択的にエッチングできるガス（例えば、ＣｌＦ_３ガス、ＣＦ_４ガスなど）を用いる。

以上説明した本実施形態の赤外線センサＡの製造方法によれば、実施形態１と同様、シリコン基板１ａにおける空洞部１１の形成予定領域のみにシリコンに対して選択エッチングが可能な材料からなる犠牲層１２を形成する犠牲層形成工程を行った後、シリコン基板１ａの上記一表面側に熱型赤外線検出部３の基礎となる積層構造部を形成する積層構造部形成工程を行い、その後、当該積層構造部をパターニングすることにより熱型赤外線検出部３を形成するとともに犠牲層１２の一部を露出させる積層構造部パターニング工程を行い、その後、犠牲層１２を選択的にエッチングすることにより空洞部１１を形成する空洞部形成工程を行うので、積層構造部形成工程において熱型赤外線検出部３の基礎となる積層構造部を平坦化されたシリコン基板１ａの上記一表面側に形成することによって、サーモパイル３０ａなどの断線を防止することができて信頼性を向上でき、空洞部形成工程において、シリコンに対して選択エッチングが可能な材料からなる犠牲層１２を選択的にエッチングすることにより空洞部１１を形成することによって、空洞部１１を形成する際にサーモパイル３０ａが浸食されるのを防止することができて信頼性の向上を図れるとともに、温接点Ｔ１と冷接点Ｔ２との温度差を大きくできて感度の向上を図れる。

また、本実施形態の赤外線センサＡの製造方法によれば、犠牲層形成工程において、犠牲層１２としてＳｉＧｅ層を形成するので、犠牲層１２の耐熱温度が高く且つ熱酸化によりシリコン基板１ａの上記一表面側の全面にシリコン酸化膜を形成することが可能となるので、上述のように、シリコン基板１ａの上記一表面側に熱型赤外線検出部３と協働するＭＯＳトランジスタ４を形成するような場合に、ＭＯＳトランジスタ４を一般的な製造プロセスにより形成することができる。

Ａ 赤外線センサ
１ ベース基板
１ａ シリコン基板
３ 熱型赤外線検出部
１１ 空洞部
１２ 犠牲層
３０ａ サーモパイル
３３ 赤外線吸収部
３４ ｎ形ポリシリコン層（ｎ形のポリシリコンエレメント）
３５ ｐ形ポリシリコン層（ｐ形のポリシリコンエレメント）
３６ 第１の接続金属部
３７ 第２の接続金属部
６０ パッシベーション膜
Ｔ１ 温接点
Ｔ２ 冷接点

Claims (2)

1. シリコン基板と、赤外線を吸収して熱に変換する赤外線吸収部および当該赤外線吸収部の温度変化を検出するサーモパイルおよび当該サーモパイルを覆う最表層側のパッシベーション膜を有しシリコン基板の一表面側に形成されてシリコン基板に支持された熱型赤外線検出部とを備え、シリコン基板において熱型赤外線検出部の一部の直下に空洞部が形成されてなり、サーモパイルが、異種導電形の２つのポリシリコンエレメントを熱型赤外線検出部においてシリコン基板の空洞部に重なる領域で第１の接続金属部により接合することで形成された複数の温接点を有するとともに、異種導電形の２つのポリシリコンエレメントを熱型赤外線検出部において空洞部に重ならない領域で第２の接続金属部により接合することで形成された複数の冷接点を有する赤外線センサの製造方法であって、シリコン基板における空洞部の形成予定領域のみにシリコンに対して選択エッチングが可能な材料よりなる犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、犠牲層形成工程の後でシリコン基板の前記一表面側に熱型赤外線検出部の基礎となる積層構造部を形成する積層構造部形成工程と、積層構造部形成工程の後で積層構造部をパターニングすることにより熱型赤外線検出部を形成するとともに犠牲層の一部を露出させる積層構造部パターニング工程と、積層構造部パターニング工程の後で犠牲層を選択的にエッチングすることにより空洞部を形成する空洞部形成工程とを備えることを特徴とする赤外線センサの製造方法。
2. 前記犠牲層形成工程では、前記犠牲層としてＳｉＯ_２層若しくはＳｉＧｅ層を形成することを特徴とする請求項１記載の赤外線センサの製造方法。

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