JP2012063222A - Infrared sensor, and manufacturing method of the same - Google Patents

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剛志 梶本
Koji Tsuji
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an infrared sensor capable of reducing thermal noise, and a manufacturing method of the same.SOLUTION: An infrared sensor 100 includes: a thermal infrared detection part 3 which has a temperature sensitive part 30 constituted of thermo-piles 30a and which is formed on one surface side of a semiconductor substrate 1 and supported by the semiconductor substrate 1; and a MOS transistor 4 which is formed on the one surface side of the semiconductor substrate to extract an output voltage of the temperature sensitive part 30. A gate electrode 46 of the MOS transistor 4 has a conductive polysilicon layer 46a on a gate insulating film 45, and a silicide layer 46b covering the conductive polysilicon layer 46a.

Description

本発明は、赤外線センサおよびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to an infrared sensor and a method for manufacturing the same.

従来から、図26および図27に示す構成の赤外線センサ200が提案されている(特許文献1)。この赤外線センサ200は、赤外線を吸収する赤外線吸収部233の温度変化に応じた出力電圧を発生する熱電対型の感温部230を具備する熱型赤外線検出部203とMOSトランジスタ204とを有する画素部202を備えている。また、この赤外線センサ100は、a×b個(図27の例では、4×4個)の画素部202が、ベース基板201の一表面側において2次元アレイ状に配置されている。ここで、ベース基板201は、n形のシリコン基板201aを用いて形成されている。なお、図27(b)では、感温部230の等価回路を、当該熱電対型の感温部230の熱起電力に対応する電圧源で表してある。   Conventionally, an infrared sensor 200 configured as shown in FIGS. 26 and 27 has been proposed (Patent Document 1). The infrared sensor 200 includes a thermal infrared detector 203 having a thermocouple-type temperature sensing unit 230 that generates an output voltage corresponding to a temperature change of the infrared absorber 233 that absorbs infrared rays, and a MOS transistor 204. Part 202 is provided. In the infrared sensor 100, a × b (4 × 4 in the example of FIG. 27) pixel portions 202 are arranged in a two-dimensional array on the one surface side of the base substrate 201. Here, the base substrate 201 is formed using an n-type silicon substrate 201a. In FIG. 27B, the equivalent circuit of the temperature sensing unit 230 is represented by a voltage source corresponding to the thermoelectromotive force of the thermocouple type temperature sensing unit 230.

MOSトランジスタ204は、シリコン基板201aの上記一表面側にp形(p)のウェル領域241が形成され、ウェル領域241内に、n形(n)のドレイン領域243とn形(n)のソース領域244とが離間して形成されている。また、ウェル領域241内には、ドレイン領域243とソース領域244とを囲むp形(p++)のチャネルストッパ領域242が形成されている。ウェル領域241においてドレイン領域243とソース領域244との間に位置する部位の上には、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜245を介してn形のポリシリコン層からなるゲート電極246が形成されている。また、MOSトランジスタ204は、ドレイン領域243上にドレイン電極247が形成され、ソース領域244上にソース電極248が形成され、チャネルストッパ領域242上にグラウンド用電極249が形成されている。 MOS transistor 204, p-type on the first surface side of the silicon substrate 201a (p +) well region 241 is formed in, in the well region 241, drain region 243 and the n-type n-type (n +) (n + ) Source region 244 is formed apart from each other. Further, in the well region 241, a p-type (p ++ ) channel stopper region 242 surrounding the drain region 243 and the source region 244 is formed. A gate electrode 246 made of an n-type polysilicon layer is formed on a portion of the well region 241 located between the drain region 243 and the source region 244 via a gate insulating film 245 made of a silicon oxide film. Yes. In the MOS transistor 204, a drain electrode 247 is formed on the drain region 243, a source electrode 248 is formed on the source region 244, and a ground electrode 249 is formed on the channel stopper region 242.

上述の赤外線センサ200は、各列の複数の熱型赤外線検出部203の感温部230の一端がMOSトランジスタ204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207と、各行の熱型赤外線検出部203の感温部230に対応するMOSトランジスタ204のゲート電極246が各行ごとに共通接続された複数の水平信号線206とを備えている。また、赤外線センサ200は、各列のMOSトランジスタ204のウェル領域241が各列ごとに共通接続された複数のグラウンド線208と、各グラウンド線208が共通接続された共通グラウンド線209(図27(b)参照)とを備えている。さらに、赤外線センサ200は、各列の複数個の熱型赤外線検出部203の感温部230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205を備えている。   The infrared sensor 200 described above includes a plurality of vertical readout lines 207 in which one end of the temperature sensing unit 230 of each of the plurality of thermal infrared detection units 203 in each column is commonly connected to each column via the MOS transistor 204, and each row. The gate electrode 246 of the MOS transistor 204 corresponding to the temperature sensing unit 230 of the thermal infrared detection unit 203 is provided with a plurality of horizontal signal lines 206 commonly connected for each row. Further, the infrared sensor 200 includes a plurality of ground lines 208 in which the well regions 241 of the MOS transistors 204 in each column are commonly connected for each column, and a common ground line 209 in which the ground lines 208 are commonly connected (FIG. 27 ( b)). Further, the infrared sensor 200 includes a plurality of reference bias lines 205 in which the other ends of the temperature sensing units 230 of the plurality of thermal infrared detection units 203 in each column are commonly connected to each column.

また、赤外線センサ200は、各水平信号線206それぞれが、各別の画素選択用のパッドVselに電気的に接続され、各垂直読み出し線207それぞれが、各別の出力用のパッドVopに電気的に接続されている。   In the infrared sensor 200, each horizontal signal line 206 is electrically connected to a different pixel selection pad Vsel, and each vertical readout line 207 is electrically connected to a different output pad Vop. It is connected to the.

さらに、赤外線センサ200は、共通グラウンド線209が、グラウンド用のパッドGndに電気的に接続され、共通基準バイアス線205aが、基準バイアス用のパッドVrefinと電気的に接続され、シリコン基板201aが、基板用のパッドVddと電気的に接続されている。   Further, in the infrared sensor 200, the common ground line 209 is electrically connected to the ground pad Gnd, the common reference bias line 205a is electrically connected to the reference bias pad Vrefin, and the silicon substrate 201a is It is electrically connected to the substrate pad Vdd.

しかして、上述の赤外線センサ200では、MOSトランジスタ204が順次オン状態になるように各画素選択用のパッドVselの電位を制御することで各画素部202の出力電圧を順次読み出すことができる。   Therefore, in the above-described infrared sensor 200, the output voltage of each pixel unit 202 can be read sequentially by controlling the potential of each pixel selection pad Vsel so that the MOS transistors 204 are sequentially turned on.

ここで、特許文献1には、基準バイアス用のパッドVrefinの電位を1.65V、グラウンド用のパッドGndの電位を0V、基板用のパッドVddの電位を5Vとしておき、画素選択用のパッドVselの電位を5Vとすれば、MOSトランジスタ204がオンとなり、出力用のパッドVopから画素部202の出力電圧(1.65V+感温部230の出力電圧)が読み出され、画素選択用のパッドVselの電位を0Vとすれば、MOSトランジスタ204がオフとなり、出力用のパッドVopから画素部202の出力電圧は読み出されないことが記載されている。   Here, in Patent Document 1, the potential of the reference bias pad Vrefin is 1.65 V, the potential of the ground pad Gnd is 0 V, the potential of the substrate pad Vdd is 5 V, and the pixel selection pad Vsel is set. Is set to 5V, the MOS transistor 204 is turned on, and the output voltage of the pixel unit 202 (1.65V + the output voltage of the temperature sensing unit 230) is read from the output pad Vop, and the pixel selection pad Vsel is read out. Describes that the MOS transistor 204 is turned off and the output voltage of the pixel portion 202 is not read from the output pad Vop.

また、特許文献1には、図28に示すように、赤外線センサ200と、当該赤外線センサ200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300と、赤外線センサ200および信号処理ICチップ300が実装されたパッケージ350とを備えた赤外線センサモジュールが記載されている。ここで、特許文献1には、信号処理ICチッ300に、図29に示すように、赤外線センサ200の複数(図示例では、4つ)の出力用のパッドVop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)の入力用のパッドVin、入力用のパッドVinの出力電圧を増幅する増幅回路302、複数の入力用のパッドVinの出力電圧を択一的に増幅回路302に入力するマルチプレクサ301などを設ければ、赤外線画像を得ることができることが記載されている。   Further, in Patent Document 1, as shown in FIG. 28, an infrared sensor 200, a signal processing IC chip 300 that performs signal processing on an output voltage that is an output signal of the infrared sensor 200, an infrared sensor 200, and a signal processing IC chip. An infrared sensor module including a package 350 on which 300 is mounted is described. Here, in Patent Document 1, as shown in FIG. 29, a plurality of (four in the illustrated example) output pads Vop of the infrared sensor 200 are connected to the signal processing IC chip 300 by wires 80 each consisting of a bonding wire. A plurality of (four in the illustrated example) input pads Vin, an amplifier circuit 302 that amplifies the output voltage of the input pads Vin, and a plurality of input pads Vin that are electrically connected to each other via It is described that an infrared image can be obtained by providing a multiplexer 301 or the like that alternatively inputs an output voltage to the amplifier circuit 302.

また、従来から、シリコン基板の一表面側の多数の画素形成領域それぞれに、メンブレン構造の熱型センサ素子が配置された赤外線アレイセンサが提案されている(特許文献2)。   Conventionally, an infrared array sensor in which a thermal sensor element having a membrane structure is arranged in each of a large number of pixel formation regions on one surface side of a silicon substrate has been proposed (Patent Document 2).

特許文献2に開示された赤外線アレイセンサは、図30に示すように、シリコン基板411の一表面側において、画素形成領域420を4分割して、4つの熱型センサ素子430を配置してある。   In the infrared array sensor disclosed in Patent Document 2, as shown in FIG. 30, on one surface side of the silicon substrate 411, the pixel formation region 420 is divided into four, and four thermal sensor elements 430 are arranged. .

ここで、熱型センサ素子430は、ボロメータ型センサ素子であり、第1のSiO薄膜と、第1のSiO薄膜上の金属薄膜抵抗と、金属薄膜抵抗上の第2のSiO薄膜と、第2のSiO薄膜上の赤外線吸収膜との積層体からなるメンブレン構造体となっている。また、特許文献2には、画素形成領域420の4つの熱型センサ素子430の金属薄膜抵抗を直列に接続して4つの金属薄膜抵抗の直列回路の両端電圧を画素の出力とすることで、各画素の出力を温度変化に対して大きくできる旨が記載されている。また、特許文献2に記載された赤外線アレイセンサでは、画素ごとに赤外線の受光量に応じた信号が出力されるように、信号発生回路および選択回路が設けられている。 Here, thermal sensor element 430, a bolometer type sensor element, the first and SiO 2 thin film, a metal thin film resistance of the first SiO 2 thin film, a second SiO 2 film on the metal thin The membrane structure is formed of a laminate with an infrared absorption film on the second SiO 2 thin film. Patent Document 2 discloses that the metal thin film resistors of the four thermal sensor elements 430 in the pixel formation region 420 are connected in series, and the voltage across the series circuit of the four metal thin film resistors is used as the output of the pixel. It is described that the output of each pixel can be increased with respect to temperature change. In the infrared array sensor described in Patent Document 2, a signal generation circuit and a selection circuit are provided so that a signal corresponding to the amount of received infrared light is output for each pixel.

また、特許文献2には、熱型センサ素子430として、ボロメータ型のセンサ素子に限らず、サーモパイル型のセンサ素子を適用してもよい旨が記載されている。   Patent Document 2 describes that a thermopile type sensor element may be applied as the thermal type sensor element 430 in addition to a bolometer type sensor element.

特開2010−78451号公報JP 2010-78451 A 特開2001−309122号公報JP 2001-309122 A

上述のような赤外線センサモジュールにおいては、温度分解能のばらつきを小さくすることが望ましい。また、上述の赤外線センサモジュールの赤外線センサ200に代えて、上述の赤外線アレイセンサにおいて熱型センサ素子430をサーモパイル型のセンサ素子としたものを用いることも考えられるが、この場合も、温度分解能のばらつきを小さくすることが望ましい。   In the infrared sensor module as described above, it is desirable to reduce variations in temperature resolution. Further, instead of the infrared sensor 200 of the above-described infrared sensor module, it is conceivable to use a thermopile sensor element instead of the thermal sensor element 430 in the above-described infrared array sensor. It is desirable to reduce the variation.

ところで、上述の赤外線センサモジュールの全体のノイズをNtotal〔V〕、赤外線センサモジュールの温度分解能をNETD〔℃〕、感温部230の出力電圧をVAC〔V/℃〕とすると、
NETD=Ntotal/VAC〔℃〕 (式1)
となる。
By the way, if the total noise of the above infrared sensor module is N total [V], the temperature resolution of the infrared sensor module is NETD [° C.], and the output voltage of the temperature sensing unit 230 is V AC [V / ° C.]
NETD = N total / V AC [° C.] (Formula 1)
It becomes.

ここにおいて、赤外線センサモジュールの1/fノイズをN1/f〔V〕、赤外線センサ200の熱ノイズをNTh〔V〕、外来ノイズをNEMS〔V〕、赤外線センサ200以外(信号処理ICチップ300、パッケージ350など)からの熱ノイズや外部からの光ノイズを合わせたノイズをNT&E〔V〕とすると、
total=(N1/f+NTh+NEMS+NT&E1/2〔V〕 (式2)
となる。
Here, 1 / f noise of the infrared sensor module is N 1 / f [V], thermal noise of the infrared sensor 200 is N Th [V], external noise is N EMS [V], other than the infrared sensor 200 (signal processing IC) Let N T & E [V] be the noise that combines thermal noise from the chip 300, package 350, etc.) and optical noise from the outside.
N total = (N 1 / f + N Th + N EMS + N T & E ) 1/2 [V] (Formula 2)
It becomes.

また、上述の赤外線センサ200において信号読み出し時に直列接続される感温部230の抵抗とMOSトランジスタ204のオン抵抗との直列接続の合成抵抗をR12〔Ω〕とすると、NTh∝R12 1/2〔V〕となる。すなわち、赤外線センサ200の熱ノイズは、感温部230の抵抗をR1、MOSトランジスタ204のオン抵抗をR2とすると、抵抗R1とオン抵抗R2との直列接続の合成抵抗R12の平方根に比例する。 Further, assuming that the combined resistance of the series connection of the resistance of the temperature sensing unit 230 connected in series at the time of signal readout in the infrared sensor 200 and the ON resistance of the MOS transistor 204 is R 12 [Ω], N Th ∝R 12 1 / 2 [V]. That is, the thermal noise of the infrared sensor 200, the resistance of the temperature sensing portion 230 when the on-resistance of the R 1, MOS transistors 204 and R 2, resistors R 1 and the series connection of the on-resistance R 2 of the combined resistance R 12 It is proportional to the square root.

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、熱ノイズを低減することが可能な赤外線センサおよびその製造方法を提供することにある。   This invention is made | formed in view of the said reason, The objective is to provide the infrared sensor which can reduce a thermal noise, and its manufacturing method.

本発明の赤外線センサは、サーモパイルにより構成される感温部を有し半導体基板の一表面側に形成されて前記半導体基板に支持された熱型赤外線検出部と、前記半導体基板の前記一表面側に形成され前記感温部の出力電圧を取り出すためのMOSトランジスタとを備えた赤外線センサであって、前記MOSトランジスタのゲート電極は、ゲート絶縁膜上の導電性ポリシリコン層と、前記導電性ポリシリコン層を覆うシリサイド層とを有することを特徴とする。   The infrared sensor according to the present invention includes a thermal infrared detector that includes a thermosensitive portion formed of a thermopile and is formed on one surface side of a semiconductor substrate and supported by the semiconductor substrate, and the one surface side of the semiconductor substrate. And a MOS transistor for extracting the output voltage of the temperature sensing part, wherein the MOS transistor has a gate electrode comprising a conductive polysilicon layer on a gate insulating film and the conductive poly And a silicide layer covering the silicon layer.

この赤外線センサにおいて、前記サーモパイルの熱電対の2種類の熱電要素が、p形ポリシリコン層とn形ポリシリコン層とであり、前記p形ポリシリコン層および前記n形ポリシリコン層それぞれにおける温接点側の端部と冷接点側の端部とがシリサイド層により覆われてなることが好ましい。   In this infrared sensor, two types of thermoelectric elements of the thermopile thermocouple are a p-type polysilicon layer and an n-type polysilicon layer, and hot junctions in the p-type polysilicon layer and the n-type polysilicon layer, respectively. The end on the side and the end on the cold junction side are preferably covered with a silicide layer.

この赤外線センサにおいて、前記サーモパイルにおける前記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に形成されたシリサイド層の厚さと、前記ゲート電極における前記導電性ポリシリコン層に形成されたシリサイド層の厚さとが同一であることが好ましい。   In this infrared sensor, the thickness of the silicide layer formed on at least one of the p-type polysilicon layer and the n-type polysilicon layer in the thermopile, and the silicide formed on the conductive polysilicon layer in the gate electrode The layer thickness is preferably the same.

この赤外線センサにおいて、前記サーモパイルは、前記p形ポリシリコン層と前記n形ポリシリコン層とが互いに異なる面上に形成されてなることが好ましい。   In this infrared sensor, the thermopile preferably has the p-type polysilicon layer and the n-type polysilicon layer formed on different surfaces.

この赤外線センサにおいて、前記半導体基板の前記一表面側において前記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、前記熱型赤外線検出部は、前記半導体基板の前記一表面側で前記空洞部の周部に形成された支持部と、前記半導体基板の前記一表面側で平面視において前記空洞部を覆う第1の薄膜構造部とを備え、前記第1の薄膜構造部は、前記空洞部の周方向に沿って並設され前記支持部に支持された複数の第2の薄膜構造部と、互いに対向する前記第2の薄膜構造部同士を連結する連結片とを有し、前記各第2の薄膜構造部ごとに前記第2の薄膜構造部と前記支持部とに跨って前記サーモパイルが設けられるとともに、前記各サーモパイル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前記サーモパイルが電気的に接続されてなることが好ましい。   In this infrared sensor, a cavity is formed immediately below a part of the thermal infrared detector on the one surface side of the semiconductor substrate, and the thermal infrared detector is on the one surface side of the semiconductor substrate. And a first thin film structure portion that covers the cavity portion in plan view on the one surface side of the semiconductor substrate, and the first thin film structure portion includes: A plurality of second thin film structure portions arranged side by side along the circumferential direction of the hollow portion and supported by the support portion, and a connecting piece for connecting the second thin film structure portions facing each other. The thermopile is provided across the second thin film structure portion and the support portion for each second thin film structure portion, and the output change with respect to the temperature change as compared with the case where the output is taken out for each thermopile Connection becomes larger It is preferred that all of the thermopile in engagement, which are electrically connected.

本発明の赤外線センサの製造方法は、前記半導体基板の前記一表面側にノンドープポリシリコン層を形成した後、前記ノンドープポリシリコン層のうち前記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に対応する部分と前記導電性ポリシリコン層に対応する部分とが残るように前記ノンドープポリシリコン層をパターニングし、その後、前記ノンドープポリシリコン層に不純物を注入して前記p形ポリシリコン層と前記n形ポリシリコン層との少なくとも一方と前記導電性ポリシリコン層とを形成し、その後、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表面側に前記サーモパイルにおける前記シリサイド層を形成するのと同時に、前記導電性ポリシリコン層の表面側に前記ゲート電極における前記シリサイド層を形成することを特徴とする。   In the method for manufacturing an infrared sensor of the present invention, after forming a non-doped polysilicon layer on the one surface side of the semiconductor substrate, the p-type polysilicon layer and the n-type polysilicon layer of the non-doped polysilicon layer are formed. The non-doped polysilicon layer is patterned so that a portion corresponding to at least one and a portion corresponding to the conductive polysilicon layer remain, and then an impurity is implanted into the non-doped polysilicon layer to form the p-type polysilicon layer. And at least one of the n-type polysilicon layer and the conductive polysilicon layer, and then, on the surface side of at least one of the p-type polysilicon layer and the n-type polysilicon layer, the thermopile Simultaneously with the formation of the silicide layer, the gate electrode is formed on the surface side of the conductive polysilicon layer. And forming the silicide layer that.

本発明の赤外線センサにおいては、熱ノイズを低減することが可能となる。   In the infrared sensor of the present invention, thermal noise can be reduced.

本発明の赤外線センサの製造方法においては、熱ノイズを低減することが可能な赤外線センサを提供することが可能となる。   In the manufacturing method of the infrared sensor of this invention, it becomes possible to provide the infrared sensor which can reduce a thermal noise.

実施形態の赤外線センサの要部を示し、(a)〜(c)は概略断面図である。The principal part of the infrared sensor of embodiment is shown, (a)-(c) is a schematic sectional drawing. 同上の赤外線センサの要部の平面レイアウト図である。It is a plane layout figure of the principal part of an infrared sensor same as the above. 同上の赤外線センサの平面レイアウト図である。It is a plane layout figure of an infrared sensor same as the above. 同上の赤外線センサの等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of an infrared sensor same as the above. 同上の赤外線センサの要部等価回路図である。It is a principal part equivalent circuit diagram of an infrared sensor same as the above. 同上の赤外線センサを備えた赤外線センサモジュールの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the infrared sensor module provided with the infrared sensor same as the above. 同上の赤外線センサの画素部の平面レイアウト図である。It is a plane layout figure of the pixel part of an infrared sensor same as the above. 同上の赤外線センサの画素部の平面レイアウト図である。It is a plane layout figure of the pixel part of an infrared sensor same as the above. 同上の赤外線センサの画素部の要部の平面レイアウト図である。It is a plane layout figure of the principal part of the pixel part of an infrared sensor same as the above. 同上の赤外線センサの画素部の要部の平面レイアウト図である。It is a plane layout figure of the principal part of the pixel part of an infrared sensor same as the above. 同上の赤外線センサの要部説明図である。It is principal part explanatory drawing of an infrared sensor same as the above. 同上の赤外線センサに関し、(a)は要部の平面レイアウト図、(b)は、(a)のツェナダイオードの拡大図である。Regarding the above infrared sensor, (a) is a plan layout view of the main part, and (b) is an enlarged view of the Zener diode of (a). 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. 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. 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. 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. 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他の構成例の要部概略断面図である。It is a principal part schematic sectional drawing of the other structural example of an infrared sensor same as the above. 同上の赤外線センサの他の構成例の要部概略断面図である。It is a principal part schematic sectional drawing of the other structural example of an infrared sensor same as the above. 同上の赤外線センサの他の構成例の要部概略断面図である。It is a principal part schematic sectional drawing of the other structural example of an infrared sensor same as the above. 同上の赤外線センサの別の構成例の要部概略断面図である。It is a principal part schematic sectional drawing of another structural example of an infrared sensor same as the above. 従来例の赤外線センサを示し、(a)は画素部の平面レイアウト図、(b)は(a)のD−E断面に対応する概略断面図である。The infrared sensor of a prior art example is shown, (a) is a plane layout figure of a pixel part, (b) is a schematic sectional drawing corresponding to the DE cross section of (a). 同上の赤外線センサを示し、(a)は平面レイアウト図、(b)は等価回路図である。The infrared sensor same as the above is shown, (a) is a planar layout diagram, (b) is an equivalent circuit diagram. 同上の赤外線センサを備えた赤外線センサ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 sensor 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センサモジュールの要部説明図である。It is principal part explanatory drawing of the infrared sensor module provided with the infrared sensor same as the above. 他の従来例を示す赤外線アレイセンサの要部概略斜視図である。It is a principal part schematic perspective view of the infrared array sensor which shows another prior art example.

(実施形態1)
以下、本実施形態の赤外線センサについて、図1〜図12を参照しながら説明する。なお、図1(a)は図2のA−B断面、図1(b)は図2のC−D断面、図1(c)は図2のE−F断面にそれぞれ相当している。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the infrared sensor of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1A corresponds to the cross section AB in FIG. 2, FIG. 1B corresponds to the CD cross section in FIG. 2, and FIG. 1C corresponds to the EF cross section in FIG.

赤外線センサ100は、a×b個(図3の例では、8×8個)の画素部2が、半導体基板1の一表面側において、a行b列(図3の例では、8行8列)の2次元アレイ状に配置されている。ここにおいて、画素部2は、赤外線による熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電変換部である感温部30と、感温部30の出力電圧を取り出すためのMOSトランジスタ4とを具備している。なお、図3の例では、a=8、b=8としてあるが、a≧2、b≧2であればよい。   In the infrared sensor 100, a × b (8 × 8 in the example of FIG. 3) pixel units 2 are arranged on one surface side of the semiconductor substrate 1 with a row and b columns (in the example of FIG. 3, 8 rows and 8 columns). Are arranged in a two-dimensional array. Here, the pixel unit 2 includes a temperature sensing unit 30 that is a thermoelectric conversion unit that converts thermal energy from infrared rays into electrical energy, and a MOS transistor 4 for extracting an output voltage of the temperature sensing unit 30. In the example of FIG. 3, a = 8 and b = 8, but a ≧ 2 and b ≧ 2 are acceptable.

上述のMOSトランジスタ4は、図1(a)に示すように、半導体基板1の上記一表面側に形成された第1導電形のウェル領域41内で、第2導電形のソース領域44と第2導電形のドレイン領域43とが離間して形成されている。本実施形態では、ウェル領域41がチャネル形成用領域を構成している。なお、図4には、第1導電形をp形、第2導電形をn形としてMOSトランジスタ4をnチャネルMOSトランジスタとした場合の等価回路図を示してある。また、図4の等価回路図では、感温部30を抵抗素子の図記号で表してある。   As shown in FIG. 1A, the above-described MOS transistor 4 includes a second conductivity type source region 44 and a first conductivity type well region 41 formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1. A drain region 43 of two conductivity types is formed apart from each other. In the present embodiment, the well region 41 constitutes a channel formation region. FIG. 4 shows an equivalent circuit diagram when the first conductivity type is p-type, the second conductivity type is n-type, and the MOS transistor 4 is an n-channel MOS transistor. Further, in the equivalent circuit diagram of FIG. 4, the temperature sensing unit 30 is represented by a graphic symbol of a resistance element.

また、赤外線センサ100は、各列のb個(8個)の画素部2の感温部30の一端がMOSトランジスタ4のソース領域44−ドレイン領域43を介して各列ごとに共通接続されたb個(8個)の第1の配線101を備えている。   Further, in the infrared sensor 100, one end of the temperature sensing unit 30 of the b (eight) pixel units 2 in each column is commonly connected to each column via the source region 44 and the drain region 43 of the MOS transistor 4. b (eight) first wirings 101 are provided.

また、赤外線センサ100は、各行の感温部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a個(8個)の第2の配線102と、各行のMOSトランジスタ4のウェル領域41が各列ごとに共通接続されたb個(8個)の第3の配線103と、各列のa個(8個)の感温部30の他端が各列ごとに共通接続されたb個(図示例では、8個)の第4の配線104とを備えている。   Further, the infrared sensor 100 includes a (eight) second wirings 102 in which the gate electrodes 46 of the MOS transistors 4 corresponding to the temperature sensing units 30 in the respective rows are commonly connected to the respective rows, and the MOS transistors 4 in the respective rows. B (eight) third wirings 103 in which the well regions 41 are commonly connected to each column, and the other ends of the a (eight) temperature sensing portions 30 in each column are common to each column. B (four in the illustrated example) connected to the fourth wiring 104.

上述の赤外線センサ100は、第1の配線101が各別に接続された出力用のb個の第1のパッドVout1〜Vout8と、第2の配線102が各別に接続された画素部選択用のa個の第2のパッドVsel1〜Vsel8と、各第3の配線103が共通接続された第3のパッドVchと、第4の配線104が共通接続された基準バイアス用の第4のパッドVrefinとを備えている。しかして、赤外線センサ100は、全ての感温部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。すなわち、MOSトランジスタ4が、順次、オン状態になるように各画素部2を選択するための第2のパッドVsel1〜Vsel8の電位を制御することで各画素部2の出力電圧を順次読み出すことができる。   In the infrared sensor 100 described above, the b first pads Vout1 to Vout8 for output to which the first wiring 101 is individually connected and the pixel part selection a to which the second wiring 102 is individually connected. The second pads Vsel1 to Vsel8, the third pad Vch to which each third wiring 103 is commonly connected, and the fourth pad Vrefin for reference bias to which the fourth wiring 104 is commonly connected. I have. Therefore, the infrared sensor 100 can read the outputs of all the temperature sensing units 30 in time series. That is, the output voltage of each pixel unit 2 can be read sequentially by controlling the potentials of the second pads Vsel1 to Vsel8 for selecting each pixel unit 2 so that the MOS transistor 4 is sequentially turned on. it can.

ところで、上述の赤外線センサ100を備えた赤外線センサモジュールの一例を図6に示す。この赤外線センサモジュールは、赤外線センサ100と、この赤外線センサ100を制御する制御手段であるIC素子122と、赤外線センサ100およびIC素子122が収納されたパッケージ133とを備えている。   An example of an infrared sensor module including the above-described infrared sensor 100 is shown in FIG. This infrared sensor module includes an infrared sensor 100, an IC element 122 which is a control means for controlling the infrared sensor 100, and a package 133 in which the infrared sensor 100 and the IC element 122 are housed.

ここにおいて、第1のパッドVout1〜Vout8の電位をVout、第2のパッドVsel1〜Vsel8の電位をVs、第3のパッドVchの電位をVwell、第4のパッドVrefinの電位をVref、感温部30の出力電圧をVo、チャネル形成用領域であるウェル領域41とソース領域44とで構成される第1の寄生ダイオードおよびウェル領域41とドレイン領域43とで構成される第2の寄生ダイオードのしきい値電圧をVthとするとき、制御手段であるIC素子122は、第2の配線102に接続されたa個(8個)のMOSトランジスタ4をオン状態とする際の第2のパッドVsel1〜Vsel8の電位VsをVon、第2の配線102に接続されたa個(8個)のMOSトランジスタ4をオフ状態とする際の第2のパッドVsel1〜Vsel8の電位VsをVoffとし、第2のパッドVsel1〜Vsel8の電位VsをVonとしたときに、
MOSトランジスタ4がnMOSトランジスタであれば、
−Vth<{Vwell−(Vref+Vo)}<Vth
MOSトランジスタ4がpMOSトランジスタであれば、
−Vth<{(Vref+Vo)−Vwell}<Vth
の関係を満たすように設定されたVref、Vwellの条件で赤外線センサ100を制御する。
Here, the potentials of the first pads Vout1 to Vout8 are Vout, the potentials of the second pads Vsel1 to Vsel8 are Vs, the potential of the third pad Vch is Vwell, the potential of the fourth pad Vrefin is Vref, and the temperature sensing unit. The output voltage of Vo is Vo, the first parasitic diode composed of the well region 41 and the source region 44, which are channel forming regions, and the second parasitic diode composed of the well region 41 and the drain region 43. When the threshold voltage is set to Vth, the IC element 122 serving as the control means uses the second pads Vsel1 to Vsel1 to turn on the a (eight) MOS transistors 4 connected to the second wiring 102. The potential Vs of Vsel8 is set to Von, the potential Vs of the second pads Vsel1 to Vsel8 when the a (eight) MOS transistors 4 connected to the second wiring 102 are turned off is set to Voff, and the second Pad Vsel1-V When the potential Vs of sel8 is Von,
If the MOS transistor 4 is an nMOS transistor,
−Vth <{Vwell− (Vref + Vo)} <Vth
If the MOS transistor 4 is a pMOS transistor,
−Vth <{(Vref + Vo) −Vwell} <Vth
The infrared sensor 100 is controlled under the conditions of Vref and Vwell set so as to satisfy the relationship.

本実施形態では、半導体基板1として第2導電形のシリコン基板を用いており、第1の寄生ダイオードおよび第2の寄生ダイオードの逆方向のブレークダウン電圧が−10V程度になる一方で、Vthが0.6V〜0.7V程度となる。そこで、IC素子122が、例えば、第4のパッドVrefinの電位Vrefを1.2V、第3のパッドVchの電位Vwellを1.2V、第2の配線102に接続されたa個(8個)のMOSトランジスタ4をオン状態とする際の第2のパッドVsel1〜Vsel8の電位VsであるVonを5Vとすれば、MOSトランジスタ4がオンとなり、第1のパッドVout1〜Vout8から画素部2の出力電圧(Vref+Vo)を読み出すことが可能となる。また、第2の配線102に接続されたa個(8個)のMOSトランジスタ4をオフ状態とする際の第2のパッドVsel1〜Vsel8の電位VsであるVoffを0Vとすれば、MOSトランジスタ4がオフとなり、第1のパッドVout1〜Vout8から画素部2の出力電圧は読み出されない。なお、半導体基板1は、シリコン基板に限らず、例えば、ゲルマニウム基板を用いてもよく、この場合には、Vthが0.2V〜0.3V程度となる。   In the present embodiment, a silicon substrate of the second conductivity type is used as the semiconductor substrate 1, and the reverse breakdown voltage of the first parasitic diode and the second parasitic diode is about −10V, while Vth is It becomes about 0.6V to 0.7V. Therefore, the IC element 122 has, for example, a potential (8) of the fourth pad Vrefin connected to the second wiring 102, the potential Vref of the fourth pad Vrefin being 1.2V, the potential Vwell of the third pad Vch being 1.2V. When Von, which is the potential Vs of the second pads Vsel1 to Vsel8 when the MOS transistor 4 is turned on, is set to 5 V, the MOS transistor 4 is turned on and the output of the pixel unit 2 is output from the first pads Vout1 to Vout8. The voltage (Vref + Vo) can be read out. Further, if Voff which is the potential Vs of the second pads Vsel1 to Vsel8 when the a (eight) MOS transistors 4 connected to the second wiring 102 are turned off is set to 0 V, the MOS transistor 4 Is turned off, and the output voltage of the pixel portion 2 is not read from the first pads Vout1 to Vout8. The semiconductor substrate 1 is not limited to a silicon substrate, and may be a germanium substrate, for example. In this case, Vth is about 0.2V to 0.3V.

上述の赤外線センサモジュールでは、上記関係を満たすように設定されたVref、Vwellの条件で赤外線センサ100を制御するので、MOSトランジスタ4がオンのときに、第1の寄生ダイオードおよび第2の寄生ダイオードにリーク電流が流れるのを抑制することができ、S/N比の向上を図れる。すなわち、本実施形態における赤外線センサモジュールでは、MOSトランジスタ4がオンのときに、チャネル形成用領域であるウェル領域41を通るリーク電流が流れるのを抑制することができ、S/N比の向上を図れる。   In the above infrared sensor module, the infrared sensor 100 is controlled under the conditions of Vref and Vwell set so as to satisfy the above relationship. Therefore, when the MOS transistor 4 is on, the first parasitic diode and the second parasitic diode are used. Leakage current can be suppressed, and the S / N ratio can be improved. That is, in the infrared sensor module according to the present embodiment, when the MOS transistor 4 is on, it is possible to suppress the leakage current flowing through the well region 41 that is the channel formation region, and to improve the S / N ratio. I can plan.

赤外線センサモジュールは、IC素子122が、Vref=Vwellとするようにすれば、感温部30の出力電圧Voが小さい場合でも、第1の寄生ダイオードおよび第2の寄生ダイオードにリーク電流が流れるのを抑制することができる。赤外線センサモジュールでは、IC素子122が、VrefとVwellとを略同じとすることが好ましく、Vref=Vwellとすることがより好ましい。   In the infrared sensor module, if the IC element 122 is set to Vref = Vwell, a leakage current flows through the first parasitic diode and the second parasitic diode even when the output voltage Vo of the temperature sensing unit 30 is small. Can be suppressed. In the infrared sensor module, the IC element 122 preferably has substantially the same Vref and Vwell, and more preferably Vref = Vwell.

また、赤外線センサ100は、各MOSトランジスタ4のゲート電極46・ソース電極48間に過電圧が印加されるのを防止するために各第2の配線102それぞれにカソードが接続された複数のツェナダイオードZD(図4および図5参照)を備えている。ここで、ツェナダイオードZDは、図12に示すように、半導体基板1の上記一表面側に形成された第1導電形の第1拡散領域81内に第2導電形の第2拡散領域82が形成されたものである。そして、赤外線センサ100は、各ツェナダイオードZDの第1拡散領域81が共通接続された第5のパッドVzdを備えており、第5のパッドVzdの電位をVhogoとするとき、IC素子122は、VhogoとVwellとを異ならせる。ここで、IC素子122は、例えば、上述のように、第3のパッドVchの電位Vwellを1.2Vとする場合、第5のパッドVzdの電位Vhogoを0Vとする。したがって、赤外線センサモジュールは、IC素子122が、VhogoとVwellとを異ならせるので、MOSトランジスタ4のゲート絶縁膜45を保護しつつ、S/N比の向上を図れる。   In addition, the infrared sensor 100 includes a plurality of Zener diodes ZD each having a cathode connected to each second wiring 102 in order to prevent an overvoltage from being applied between the gate electrode 46 and the source electrode 48 of each MOS transistor 4. (See FIG. 4 and FIG. 5). Here, as shown in FIG. 12, the Zener diode ZD has a second diffusion region 82 of the second conductivity type in the first diffusion region 81 of the first conductivity type formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1. It is formed. The infrared sensor 100 includes a fifth pad Vzd to which the first diffusion regions 81 of the respective Zener diodes ZD are commonly connected. When the potential of the fifth pad Vzd is Vhogo, the IC element 122 is Make Vhogo and Vwell different. Here, for example, as described above, when the potential Vwell of the third pad Vch is 1.2 V, the IC element 122 sets the potential Vhogo of the fifth pad Vzd to 0 V. Accordingly, in the infrared sensor module, since the IC element 122 makes Vhogo and Vwell different, the S / N ratio can be improved while protecting the gate insulating film 45 of the MOS transistor 4.

また、赤外線センサモジュールは、半導体基板1の導電形が第2導電形であって、第1導電形がp形、第2導電形がn形であり、IC素子122が、Vhogo≦Voff、且つ、Vhogo≦Vsubとすることにより、ツェナダイオードZDのリーク電流を抑制することができる。ここにおいて、第1導電形がp形、第2導電形がn形である一例(この一例では、MOSトランジスタ4は、nMOSトランジスタである)について説明したが、第1導電形がn形、第2導電形がp形でもよく、この場合(この場合、MOSトランジスタ4は、pMOSトランジスタである)、制御手段であるIC素子122が、Vhogo≧Voff、且つ、Vhogo≧Vsubとすることにより、ツェナダイオードZDのリーク電流を抑制することができる。   In the infrared sensor module, the conductivity type of the semiconductor substrate 1 is the second conductivity type, the first conductivity type is p-type, the second conductivity type is n-type, and the IC element 122 has Vhogo ≦ Voff, and By setting Vhogo ≦ Vsub, the leakage current of the Zener diode ZD can be suppressed. Here, an example in which the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type (in this example, the MOS transistor 4 is an nMOS transistor) has been described, but the first conductivity type is n-type, In this case (in this case, the MOS transistor 4 is a pMOS transistor), the IC element 122 serving as a control means sets Vhogo ≧ Voff and Vhogo ≧ Vsub, thereby causing a Zener. The leakage current of the diode ZD can be suppressed.

また、赤外線センサ100は、半導体基板1が接続された基板バイアス用の第6のパッドVsuを備えており、第6のパッドVsuの電位をVsubとするとき、IC素子122は、Vwell=Vsubとする。すなわち、IC素子122は、例えば、上述のように、第3のパッドVchの電位Vwellを1.2Vとする場合、第6のパッドVsuの電位Vsubを1.2Vとする。要するに、赤外線センサモジュールでは、Vwell=Vsubとするので、チャネル形成用領域であるウェル領域41と半導体基板1との電位差をなくすことが可能となり、ウェル領域41と半導体基板1とで構成される第3の寄生ダイオードD3(図5参照)にリーク電流が流れるのを抑制することが可能となる。なお、図5の等価回路図には、ウェル領域41と半導体基板1とで構成される第3の寄生ダイオードD3、第1拡散領域81と半導体基板1とで構成される第4の寄生ダイオードD4も記載してある。   The infrared sensor 100 includes a sixth substrate Vsu for substrate bias to which the semiconductor substrate 1 is connected. When the potential of the sixth pad Vsu is Vsub, the IC element 122 has Vwell = Vsub. To do. That is, for example, as described above, when the potential Vwell of the third pad Vch is 1.2 V, the IC element 122 sets the potential Vsub of the sixth pad Vsu to 1.2 V. In short, in the infrared sensor module, since Vwell = Vsub, it is possible to eliminate the potential difference between the well region 41 which is a channel formation region and the semiconductor substrate 1, and the first structure constituted by the well region 41 and the semiconductor substrate 1. 3 can be prevented from flowing through the parasitic diode D3 (see FIG. 5). In the equivalent circuit diagram of FIG. 5, a third parasitic diode D3 composed of the well region 41 and the semiconductor substrate 1 and a fourth parasitic diode D4 composed of the first diffusion region 81 and the semiconductor substrate 1 are shown. Is also described.

IC素子122は、ASIC(:Application Specific IC)であり、シリコン基板を用いて形成されている。また、IC素子122としてベアチップを用いている。しかして、本実施形態では、IC素子122がベアチップをパッケージングしたものである場合に比べて、パッケージ133の小型化を図れる。   The IC element 122 is an ASIC (Application Specific IC) and is formed using a silicon substrate. Further, a bare chip is used as the IC element 122. Therefore, in the present embodiment, the package 133 can be reduced in size as compared with the case where the IC element 122 is a bare chip packaged.

IC素子122は、赤外線センサ100を制御する制御回路、赤外線センサ100の各パッドVout1〜Vout8,Vsel1〜Vsel8,Vrefin,Vsu,Vzdそれぞれと電気的に接続される複数のパッド(図示せず)と、第1のパッドVout1〜Vout8それぞれに電気的に接続されたパッドの出力電圧を増幅する増幅回路、第1のパッドVout1〜Vout8それぞれに電気的に接続されたパッドの出力電圧を択一的に上記増幅回路に入力するマルチプレクサなどを備えた回路構成としてあるが、回路構成は特に限定するものではない。また、IC素子122は、後述の自己診断回路も備えている。また、パッケージ133内において、赤外線センサ100の近傍に、絶対温度を測定するためのサーミスタを配置して、IC素子122が、上記サーミスタの出力と感温部30の出力とに基づいて温度を演算するようにしてもよい。   The IC element 122 includes a control circuit that controls the infrared sensor 100, and a plurality of pads (not shown) that are electrically connected to the pads Vout1 to Vout8, Vsel1 to Vsel8, Vrefin, Vsu, and Vzd of the infrared sensor 100, respectively. An amplifier circuit that amplifies the output voltage of the pad electrically connected to each of the first pads Vout1 to Vout8, and alternatively the output voltage of the pad electrically connected to each of the first pads Vout1 to Vout8 Although the circuit configuration includes a multiplexer or the like for input to the amplifier circuit, the circuit configuration is not particularly limited. The IC element 122 also includes a self-diagnosis circuit described later. In the package 133, a thermistor for measuring the absolute temperature is arranged in the vicinity of the infrared sensor 100, and the IC element 122 calculates the temperature based on the output of the thermistor and the output of the temperature sensing unit 30. You may make it do.

パッケージ133は、図6に示すように、赤外線センサ100およびIC素子122が実装されたパッケージ本体134と、パッケージ本体134との間に赤外線センサ100およびIC素子122を囲む形でパッケージ本体134に気密的に接合されたパッケージ蓋135とを有している。   As shown in FIG. 6, the package 133 is hermetically sealed in the package body 134 so as to surround the infrared sensor 100 and the IC element 122 between the package body 134 and the package body 134 in which the infrared sensor 100 and the IC element 122 are mounted. And a package lid 135 joined together.

上述の赤外線センサモジュールは、パッケージ133の内部空間(気密空間)165を、ドライ窒素雰囲気としてあるが、これに限らず、例えば、真空雰囲気としてもよい。   In the above-described infrared sensor module, the internal space (airtight space) 165 of the package 133 is a dry nitrogen atmosphere, but is not limited thereto, and may be a vacuum atmosphere, for example.

パッケージ本体134は、IC素子122と赤外線センサ100とが横並びで実装されている。一方、パッケージ蓋135は、赤外線センサ100での検知対象の赤外線を透過する機能および導電性を有している。   The package body 134 is mounted with the IC element 122 and the infrared sensor 100 side by side. On the other hand, the package lid 135 has a function of transmitting infrared rays to be detected by the infrared sensor 100 and conductivity.

パッケージ本体134は、絶縁材料からなる基体134aに金属材料からなる配線パターン(図示せず)および電磁シールド層144が形成されており、電磁シールド層144により電磁シールド機能を有している。一方、パッケージ蓋135は、レンズ153が導電性を有するとともに、レンズ153がメタルキャップ152に後述の接合部158により固着されており、導電性を有している。そして、パッケージ蓋135は、パッケージ本体134の電磁シールド層144と電気的に接続されている。しかして、本実施形態では、パッケージ本体134の電磁シールド層144とパッケージ蓋135とを同電位とすることができる。その結果、パッケージ133は、赤外線センサ100とIC素子122と上記配線パターンと後述のボンディングワイヤ(図示せず)と含んで構成されるセンサ回路(図示せず)への外来の電磁ノイズを防止する電磁シールド機能を有している。   In the package body 134, a wiring pattern (not shown) made of a metal material and an electromagnetic shield layer 144 are formed on a base 134a made of an insulating material, and the electromagnetic shield layer 144 has an electromagnetic shield function. On the other hand, the package lid 135 is conductive because the lens 153 has conductivity and the lens 153 is fixed to the metal cap 152 by a joint 158 described later. The package lid 135 is electrically connected to the electromagnetic shield layer 144 of the package body 134. Therefore, in the present embodiment, the electromagnetic shield layer 144 of the package body 134 and the package lid 135 can be set to the same potential. As a result, the package 133 prevents external electromagnetic noise to a sensor circuit (not shown) including the infrared sensor 100, the IC element 122, the wiring pattern, and a bonding wire (not shown) described later. Has an electromagnetic shielding function.

パッケージ本体134は、赤外線センサ100およびIC素子122が一表面側に実装される平板状のセラミック基板により構成してある。要するに、パッケージ本体134は、基体134aが絶縁材料であるセラミックスにより形成されており、上記配線パターンのうち基体134aの一表面側に形成された部位に、赤外線センサ100の各パッドVout1〜Vout8,Vsel1〜Vsel8,Vrefin,Vsu,VzdおよびIC素子122の上記パッドが、適宜、ボンディングワイヤを介して接続されている。なお、赤外線センサモジュールにおいて、赤外線センサ100とIC素子122とは、ボンディングワイヤなどを介して電気的に接続されている。各ボンディングワイヤとしては、Alワイヤに比べて耐腐食性の高いAuワイヤを用いることが好ましい。また、パッケージ本体134は、上述の配線パターンの一部により構成される外部接続電極(図示せず)が、基体134aの他表面と側面とに跨って形成されている。   The package body 134 is configured by a flat ceramic substrate on which the infrared sensor 100 and the IC element 122 are mounted on one surface side. In short, the package body 134 is formed of ceramics whose base material 134a is an insulating material, and each pad Vout1 to Vout8, Vsel1 of the infrared sensor 100 is formed on a part of the wiring pattern formed on one surface side of the base material 134a. ~ Vsel8, Vrefin, Vsu, Vzd and the pads of the IC element 122 are appropriately connected via bonding wires. In the infrared sensor module, the infrared sensor 100 and the IC element 122 are electrically connected via a bonding wire or the like. As each bonding wire, it is preferable to use an Au wire having higher corrosion resistance than an Al wire. Further, the package body 134 is formed with external connection electrodes (not shown) constituted by a part of the above-described wiring pattern across the other surface and side surfaces of the base 134a.

また、赤外線センサ100は、パッケージ本体134に対して、第1のダイボンド剤(例えば、シリコーン樹脂など)からなる複数の接合部115を介して実装されている。また、IC素子122は、パッケージ本体134に対して、第2のダイボンド剤(例えば、シリコーン樹脂など)からなる接合部125を介して実装されている。各ダイボンド剤としては、低融点ガラスやエポキシ系樹脂やシリコーン系樹脂などの絶縁性接着剤、半田(鉛フリー半田、Au−Sn半田など)や銀ペーストなどの導電性接着剤を用いればよい。また、各ダイボンド剤を用いずに、例えば、常温接合法や、Au−Sn共晶もしくはAu−Si共晶を利用した共晶接合法などにより接合してもよい。   The infrared sensor 100 is mounted on the package body 134 via a plurality of joints 115 made of a first die bond agent (for example, silicone resin). Further, the IC element 122 is mounted on the package main body 134 via a bonding portion 125 made of a second die bond agent (for example, silicone resin). As each die bond agent, an insulating adhesive such as low melting glass, epoxy resin, or silicone resin, or conductive adhesive such as solder (lead-free solder, Au—Sn solder, etc.) or silver paste may be used. Further, without using each die-bonding agent, for example, bonding may be performed by a room temperature bonding method or a eutectic bonding method using Au—Sn eutectic or Au—Si eutectic.

上述の赤外線センサ100は、複数の接合部115を介してパッケージ本体134に実装してあるので、赤外線センサ100それぞれの裏面の全体が接合部115を介してパッケージ本体134に接合される場合に比べて、赤外線センサ100とパッケージ本体134との間の空間116が断熱部として機能することと、接合部115の断面積の低減とにより、パッケージ本体134から赤外線センサ100へ熱が伝達しにくくなる。   Since the infrared sensor 100 described above is mounted on the package body 134 via a plurality of joints 115, the entire back surface of each infrared sensor 100 is joined to the package body 134 via the joints 115. As a result, the space 116 between the infrared sensor 100 and the package main body 134 functions as a heat insulating portion, and the cross-sectional area of the joint 115 is reduced, so that heat is hardly transferred from the package main body 134 to the infrared sensor 100.

この接合部115の数は、特に限定するものではないが、赤外線センサ100の外周形状が矩形状(正方形状ないし長方形状)の場合には、例えば、3つが好ましく、この場合には、赤外線センサ100の外周形状に基づいて規定した仮想三角形の3つの頂点に対応する3箇所に設けることにより、パッケージ本体134への実装時などの温度変化に起因したパッケージ本体134の変形が赤外線センサ100の傾きとして伝わるから、赤外線センサ100が変形するのを抑制することができ、赤外線センサ100に生じる応力を低減することが可能となる。なお、本実施形態では、赤外線センサ100の外周形状が例えば正方形状の場合、赤外線センサ100の外周の1辺の両端の2箇所と、当該1辺に平行な辺の1箇所との3箇所に頂点を有する仮想三角形を規定しているが、仮想三角形の頂点の位置は、赤外線センサ100の外周形状、赤外線センサ100の各パッドVout1〜Vout8,Vsel1〜Vsel8,Vrefin,Vsu,Vzdへのワイヤボンディング時の接合信頼性(言い換えれば、赤外線センサ100の各パッドVout1〜Vout8,Vsel1〜Vsel8,Vrefin,Vsu,Vzdの位置)を考慮して規定することが好ましい。接合部115には、赤外線センサ100とパッケージ本体134との距離を規定するスペーサを混入させてもよく、このようなスペーサを混入させておけば、赤外線センサモジュールの製品間での赤外線センサ100とパッケージ本体134との間の熱絶縁性能のばらつきを低減可能となる。ただし、赤外線センサ100の裏面全体を、接合部115を介してパッケージ本体134に接合してもよい。   The number of the joint portions 115 is not particularly limited, but when the outer peripheral shape of the infrared sensor 100 is rectangular (square or rectangular), for example, three are preferable. In this case, the infrared sensor By providing it at three locations corresponding to the three vertices of the virtual triangle defined based on the outer peripheral shape of 100, the deformation of the package main body 134 due to temperature changes such as when mounted on the package main body 134 causes the tilt of the infrared sensor 100 Therefore, the deformation of the infrared sensor 100 can be suppressed, and the stress generated in the infrared sensor 100 can be reduced. In the present embodiment, when the outer peripheral shape of the infrared sensor 100 is, for example, a square shape, there are two locations on both ends of one side of the outer periphery of the infrared sensor 100 and one location on a side parallel to the one side. Although a virtual triangle having vertices is defined, the positions of the vertices of the virtual triangle are the outer peripheral shape of the infrared sensor 100 and wire bonding to the pads Vout1 to Vout8, Vsel1 to Vsel8, Vrefin, Vsu, and Vzd of the infrared sensor 100. It is preferable to define it in consideration of the bonding reliability at the time (in other words, the positions of the pads Vout1 to Vout8, Vsel1 to Vsel8, Vrefin, Vsu, and Vzd) of the infrared sensor 100. A spacer that defines the distance between the infrared sensor 100 and the package body 134 may be mixed in the joint portion 115. If such a spacer is mixed, the infrared sensor 100 between the products of the infrared sensor module can be mixed. Variations in thermal insulation performance with the package body 134 can be reduced. However, the entire back surface of the infrared sensor 100 may be bonded to the package body 134 via the bonding portion 115.

パッケージ蓋135は、パッケージ本体134側の一面が開放された箱状に形成され赤外線センサ100に対応する部位に開口窓152aが形成されたメタルキャップ152と、メタルキャップ152の開口窓152aを閉塞する形でメタルキャップ152に接合されたレンズ153とで構成されており、メタルキャップ152の上記一面がパッケージ本体134により閉塞される形でパッケージ本体134に気密的に接合されている。ここで、パッケージ本体134の上記一表面の周部には、パッケージ本体134の外周形状に沿った枠状の金属パターン147(図6参照)が全周に亘って形成されており、パッケージ蓋135とパッケージ本体134の金属パターン147とは、シーム溶接(抵抗溶接法)により金属接合されており、気密性および電磁シールド効果を高めることができる。なお、パッケージ蓋135のメタルキャップ152は、コバールにより形成されており、Niめっきが施されている。また、パッケージ本体134の金属パターン147は、コバールにより形成され、Niのめっきが施され、さらにAuのめっきが施されている。   The package lid 135 is formed in a box shape in which one surface on the package body 134 side is opened, and a metal cap 152 in which an opening window 152a is formed at a portion corresponding to the infrared sensor 100, and the opening window 152a of the metal cap 152 is closed. The lens 153 is joined to the metal cap 152 in a form, and the one surface of the metal cap 152 is hermetically joined to the package body 134 in a form closed by the package body 134. Here, a frame-like metal pattern 147 (see FIG. 6) along the outer peripheral shape of the package main body 134 is formed on the peripheral portion of the one surface of the package main body 134 over the entire periphery, and the package lid 135 is formed. The metal pattern 147 of the package body 134 is metal-bonded by seam welding (resistance welding method), and airtightness and electromagnetic shielding effect can be enhanced. Note that the metal cap 152 of the package lid 135 is formed of Kovar and is plated with Ni. Further, the metal pattern 147 of the package body 134 is formed by Kovar, plated with Ni, and further plated with Au.

パッケージ蓋135とパッケージ本体134の金属パターン147との接合方法は、シーム溶接に限らず、他の溶接(例えば、スポット溶接)や、導電性樹脂により接合してもよい。ここで、導電性樹脂として異方導電性接着剤を用いれば、樹脂(バインダー)中に分散された導電粒子の含有量が少なく、接合時に加熱・加圧を行うことでパッケージ蓋135とパッケージ本体134との接合部の厚みを薄くできるので、外部からパッケージ133内へ水分やガス(例えば、水蒸気、酸素など)が侵入するのを抑制できる。また、導電性樹脂として、酸化バリウム、酸化カルシウムなどの乾燥剤を混入させたものを用いてもよい。   The joining method of the package lid 135 and the metal pattern 147 of the package body 134 is not limited to seam welding, and may be joined by other welding (for example, spot welding) or conductive resin. Here, if an anisotropic conductive adhesive is used as the conductive resin, the content of the conductive particles dispersed in the resin (binder) is small, and the package lid 135 and the package main body are heated and pressed during bonding. Since the thickness of the joint with 134 can be reduced, it is possible to prevent moisture and gas (for example, water vapor, oxygen, etc.) from entering the package 133 from the outside. Further, a conductive resin in which a desiccant such as barium oxide or calcium oxide is mixed may be used.

なお、パッケージ本体134およびパッケージ蓋135の外周形状は矩形状としてあるが、矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。また、パッケージ蓋135のメタルキャップ152は、パッケージ本体134側の端縁から全周に亘って外方に延設された鍔部152bを備えており、鍔部152bが全周に亘ってパッケージ本体134と接合されている。   In addition, although the outer peripheral shape of the package main body 134 and the package lid 135 is a rectangular shape, it is not limited to a rectangular shape, and may be a circular shape, for example. Further, the metal cap 152 of the package lid 135 includes a flange portion 152b extending outward from the edge on the package body 134 side over the entire circumference, and the flange portion 152b extends over the entire periphery. 134.

レンズ153は、平凸型の非球面レンズである。しかして、上述の赤外線センサモジュールでは、レンズ153の薄型化を図りながらも、赤外線センサ100での赤外線の受光効率の向上による高感度化を図れる。また、上述の赤外線センサモジュールでは、赤外線センサ100の検知エリアをレンズ153により設定することが可能となる。レンズ153は、赤外線センサ100の半導体基板1とは別の半導体基板(半導体ウェハ)を用いて形成されている。すなわち、レンズ153は、所望のレンズ形状に応じて半導体基板(ここでは、シリコン基板)との接触パターンを設計した陽極を半導体基板の一表面側に半導体基板との接触がオーミック接触となるように形成した後に半導体基板の構成元素の酸化物をエッチング除去する溶液からなる電解液中で半導体基板の他表面側を陽極酸化することで除去部位となる多孔質部を形成してから当該多孔質部を除去することにより形成された半導体レンズ(ここでは、シリコンレンズ)により構成されている。しかして、レンズ153は、導電性を有している。なお、この種の陽極酸化技術を応用した半導体レンズの製造方法については、例えば、特許第3897055号公報、特許第3897056号公報などに開示されている製造方法を適宜適用すればよい。   The lens 153 is a plano-convex aspherical lens. Therefore, in the above-described infrared sensor module, it is possible to increase the sensitivity by improving the infrared light receiving efficiency of the infrared sensor 100 while reducing the thickness of the lens 153. In the infrared sensor module described above, the detection area of the infrared sensor 100 can be set by the lens 153. The lens 153 is formed using a semiconductor substrate (semiconductor wafer) different from the semiconductor substrate 1 of the infrared sensor 100. That is, the lens 153 has an anode whose contact pattern is designed with a semiconductor substrate (here, a silicon substrate) according to a desired lens shape so that the contact with the semiconductor substrate becomes ohmic contact with one surface side of the semiconductor substrate. After the formation, the porous portion is formed as a removal site by anodizing the other surface side of the semiconductor substrate in an electrolytic solution composed of a solution for removing the oxide of the constituent element of the semiconductor substrate by etching. It is comprised by the semiconductor lens (here silicon lens) formed by removing. Therefore, the lens 153 has conductivity. For example, a manufacturing method disclosed in Japanese Patent No. 3897055 and Japanese Patent No. 3897056 may be appropriately applied to a manufacturing method of a semiconductor lens to which this kind of anodization technology is applied.

赤外線センサモジュールでは、赤外線センサ100の検知エリアを上述の半導体レンズからなるレンズ153により設定することができる。また、赤外線センサモジュールは、レンズ153として、球面レンズよりも短焦点で且つ開口径が大きく収差が小さな半導体レンズを採用しているので、短焦点化により、パッケージ133の薄型化を図れる。   In the infrared sensor module, the detection area of the infrared sensor 100 can be set by the lens 153 made of the above-described semiconductor lens. In addition, since the infrared sensor module employs a semiconductor lens having a shorter focal point, a larger aperture diameter, and smaller aberration than the spherical lens as the lens 153, the package 133 can be made thinner by shortening the focal point.

また、レンズ153は、メタルキャップ152における開口部152aの周部に導電性接着剤(例えば、鉛フリー半田、銀ペーストなど)からなる接合部158により固着されている。しかして、赤外線センサモジュールでは、レンズ153が、接合部158およびメタルキャップ152を介してパッケージ本体134の電磁シールド層144に電気的に接続されるので、電磁ノイズに対するシールド性を高めることができ、外来の電磁ノイズに起因したS/N比の低下を防止することができる。   The lens 153 is fixed to the periphery of the opening 152a in the metal cap 152 by a joint 158 made of a conductive adhesive (for example, lead-free solder, silver paste, etc.). Thus, in the infrared sensor module, the lens 153 is electrically connected to the electromagnetic shield layer 144 of the package body 134 via the joint 158 and the metal cap 152, so that the shielding property against electromagnetic noise can be improved. A decrease in S / N ratio due to external electromagnetic noise can be prevented.

上述のレンズ153には、赤外線センサ100での検知対象の赤外線の波長を含む所望の波長域の赤外線を透過し当該波長域以外の赤外線を反射する光学多層膜(多層干渉フィルタ膜)からなるフィルタ部(図示せず)を設けることが好ましい。このようなフィルタ部を設けることにより、所望の波長域以外の不要な波長域の赤外線や可視光をフィルタ部によりカットすることが可能となり、太陽光などによるノイズの発生を抑制することができ、高感度化を図れる。   The above-mentioned lens 153 is a filter formed of an optical multilayer film (multilayer interference filter film) that transmits infrared rays in a desired wavelength range including the wavelength of infrared rays to be detected by the infrared sensor 100 and reflects infrared rays outside the wavelength range. It is preferable to provide a part (not shown). By providing such a filter part, it becomes possible to cut infrared rays and visible light in an unnecessary wavelength range other than the desired wavelength range by the filter part, and it is possible to suppress the generation of noise due to sunlight, High sensitivity can be achieved.

以下では、パッケージ本体134において、赤外線センサ100を実装する領域を第1の領域140、IC素子122を実装する領域を第2の領域142と称する。   Hereinafter, in the package main body 134, a region where the infrared sensor 100 is mounted is referred to as a first region 140, and a region where the IC element 122 is mounted is referred to as a second region 142.

上述の赤外線センサモジュールでは、パッケージ本体134において、第1の領域140に比べて、第2の領域142の厚みを薄くしてある。ここで、パッケージ本体134の第2の領域142は、基体134aの上記一表面に凹部134bを設けることにより、第1の領域140よりも厚みを薄くしてある。また、パッケージ本体134の第2の領域142では、電磁シールド層144が露出している。   In the infrared sensor module described above, the thickness of the second region 142 is made thinner in the package body 134 than in the first region 140. Here, the second region 142 of the package body 134 is made thinner than the first region 140 by providing a recess 134b on the one surface of the base body 134a. Further, the electromagnetic shield layer 144 is exposed in the second region 142 of the package body 134.

また、パッケージ本体134の第2の領域142では、金属材料(例えば、Cuなど)からなる複数のビア(サーマルビア)145が基体134aの厚み方向に貫設されており、各ビア145が電磁シールド層144と接して熱結合されている。   Further, in the second region 142 of the package body 134, a plurality of vias (thermal vias) 145 made of a metal material (for example, Cu) are provided in the thickness direction of the base body 134a, and each via 145 is an electromagnetic shield. It is thermally bonded in contact with layer 144.

ここで、IC素子122は、第2の領域142において電磁シールド層144に接合部125を介して実装されている。しかして、IC素子122で発生した熱を電磁シールド層144におけるIC素子122の直下の部位およびビア145を通してパッケージ133の外側へ効率良く放熱させることが可能となる。   Here, the IC element 122 is mounted on the electromagnetic shield layer 144 via the bonding portion 125 in the second region 142. Therefore, it is possible to efficiently dissipate heat generated in the IC element 122 to the outside of the package 133 through a portion of the electromagnetic shield layer 144 immediately below the IC element 122 and the via 145.

上述の赤外線センサモジュールの製造にあたっては、パッケージ本体134に赤外線センサ100およびIC素子122を実装する実装工程を行ってから、所望の雰囲気中でパッケージ蓋135とパッケージ本体134とを接合する接合工程を行うようにすればよい。   In manufacturing the above-described infrared sensor module, after performing the mounting process of mounting the infrared sensor 100 and the IC element 122 on the package body 134, the bonding process of bonding the package lid 135 and the package body 134 in a desired atmosphere is performed. You just have to do it.

以下、赤外線センサ100についてさらに説明するが、図7、図9、図10、図12では、サーモパイル30aのn形ポリシリコン層34とp形ポリシリコン層35との接続関係を分かりやすくするために、n形ポリシリコン層34およびp形ポリシリコン層35それぞれの幅を狭く記載してある。   Hereinafter, the infrared sensor 100 will be further described. In FIGS. 7, 9, 10, and 12, the connection relationship between the n-type polysilicon layer 34 and the p-type polysilicon layer 35 of the thermopile 30a is easily understood. The width of each of the n-type polysilicon layer 34 and the p-type polysilicon layer 35 is narrowly described.

赤外線センサ100は、感温部30が埋設された熱型赤外線検出部3とMOSトランジスタ4とを有する複数(a×b個)の画素部2が、半導体基板1の上記一表面側において2次元アレイ状に配置されている。ここで、半導体基板1の上記一表面は、Si(100)面としてある。感温部30は、複数個(ここでは、6個)のサーモパイル30a(図1および図7参照)を直列接続することにより構成されている。   The infrared sensor 100 includes a plurality of (a × b) pixel units 2 each having a thermal infrared detection unit 3 and a MOS transistor 4 in which a temperature sensing unit 30 is embedded, two-dimensionally on the one surface side of the semiconductor substrate 1. Arranged in an array. Here, the one surface of the semiconductor substrate 1 is a Si (100) plane. The temperature sensing unit 30 is configured by connecting a plurality of (here, six) thermopiles 30a (see FIGS. 1 and 7) in series.

各画素部2の熱型赤外線検出部3は、半導体基板1の上記一表面側において熱型赤外線検出部3の形成用領域に形成されている。また、各画素部2のMOSトランジスタ4は、半導体基板1の上記一表面側においてMOSトランジスタ4の形成用領域に形成されている。   The thermal infrared detector 3 of each pixel unit 2 is formed in a region for forming the thermal infrared detector 3 on the one surface side of the semiconductor substrate 1. Further, the MOS transistor 4 of each pixel unit 2 is formed in the formation region of the MOS transistor 4 on the one surface side of the semiconductor substrate 1.

赤外線センサ100は、半導体基板1の上記一表面側において熱型赤外線検出部3の一部の直下に空洞部11が形成されている。熱型赤外線検出部3は、半導体基板1の上記一表面側で空洞部11の周部に形成された支持部3dと、半導体基板1の上記一表面側で平面視において空洞部11を覆う第1の薄膜構造部3aとを備えている。第1の薄膜構造部3aは、赤外線を吸収する赤外線吸収部33(図7参照)を備えている。ここで、第1の薄膜構造部3aは、空洞部11の周方向に沿って並設され支持部3dに支持された複数の第2の薄膜構造部3aaと、隣接する第2の薄膜構造部3aa同士を連結する連結片3c(図2および図7参照)とを有している。なお、図7の例の熱型赤外線検出部3では、複数の線状のスリット13を設けることにより、第1の薄膜構造部3aが6つの第2の薄膜構造部3aaに分離されている。以下では、赤外線吸収部33(第1の赤外線吸収部33と称する)のうち第2の薄膜構造部3aaそれぞれに対応して分割された各部位を第2の赤外線吸収部33aと称する。   In the infrared sensor 100, a cavity 11 is formed immediately below a part of the thermal infrared detector 3 on the one surface side of the semiconductor substrate 1. The thermal infrared detector 3 includes a support 3d formed on the periphery of the cavity 11 on the one surface side of the semiconductor substrate 1, and a first cover that covers the cavity 11 in plan view on the one surface side of the semiconductor substrate 1. 1 thin film structure portion 3a. The first thin film structure portion 3a includes an infrared absorbing portion 33 (see FIG. 7) that absorbs infrared rays. Here, the first thin film structure portion 3a includes a plurality of second thin film structure portions 3aa arranged in parallel along the circumferential direction of the cavity portion 11 and supported by the support portion 3d, and adjacent second thin film structure portions. It has the connection piece 3c (refer FIG. 2 and FIG. 7) which connects 3aa. In the thermal infrared detector 3 in the example of FIG. 7, the first thin film structure 3 a is separated into six second thin film structures 3 aa by providing a plurality of linear slits 13. Below, each part divided | segmented corresponding to each 2nd thin film structure part 3aa among the infrared absorption parts 33 (it calls 1st infrared absorption part 33) is called 2nd infrared absorption part 33a.

熱型赤外線検出部3は、第2の薄膜構造部3aaごとにサーモパイル30aが設けられている。ここで、サーモパイル30aは、温接点T1が、第2の薄膜構造部3aaに設けられ、冷接点T2が、支持部3dに設けられている。要するに、温接点T1は、熱型赤外線検出部3において空洞部11に重なる領域に形成され、冷接点T2は、熱型赤外線検出部3において空洞部11に重ならない領域に形成されている。   The thermal infrared detector 3 is provided with a thermopile 30a for each second thin film structure 3aa. Here, in the thermopile 30a, the hot junction T1 is provided in the second thin film structure portion 3aa, and the cold junction T2 is provided in the support portion 3d. In short, the hot junction T1 is formed in a region overlapping the cavity 11 in the thermal infrared detector 3, and the cold junction T2 is formed in a region not overlapping the cavity 11 in the thermal infrared detector 3.

また、熱型赤外線検出部3の感温部30は、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。図7の例では、感温部30は、6個のサーモパイル30aを直列接続してある。ただし、上述の接続関係は、複数個のサーモパイル30aの全てを直列接続する接続関係に限らない。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れば、6個のサーモパイル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る。また、6個のサーモパイル30aの全て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。   In addition, the temperature sensing unit 30 of the thermal infrared detection unit 3 has a connection relationship in which the output change with respect to the temperature change is larger than when the output is taken out for each thermopile 30a, and all the thermopile 30a are electrically connected. Yes. In the example of FIG. 7, the temperature sensing unit 30 has six thermopiles 30a connected in series. However, the connection relationship described above is not limited to the connection relationship in which all of the plurality of thermopiles 30a are connected in series. For example, if a series circuit of three thermopiles 30a is connected in parallel, the sensitivity can be increased as compared with the case where six thermopiles 30a are connected in parallel or the output is taken out for each thermopile 30a. . In addition, compared to the case where all of the six thermopiles 30a are connected in series, the electrical resistance of the temperature sensing unit 30 can be lowered and the thermal noise is reduced, so the S / N ratio is improved.

ここで、熱型赤外線検出部3では、第2の薄膜構造部3aaごとに、支持部3dと第2の赤外線吸収部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いる。これにより、2つのブリッジ部3bb,3bbと第2の赤外線吸収部33aとを空間的に分離し空洞部11に連通する平面視U字状のスリット14が形成されている。熱型赤外線検出部3のうち、平面視において第1の薄膜構造部3aを囲む部位である支持部3dは、矩形枠状の形状となっている。なお、ブリッジ部3bbは、上述の各スリット13,14により、第2の赤外線吸収部33aおよび支持部3dそれぞれとの連結部位以外の部分が、第2の赤外線吸収部33aおよび支持部3dと空間的に分離されている。ここで、第2の薄膜構造部3aaは、支持部3dからの延長方向の寸法を93μm、この延長方向に直交する幅方向の寸法を75μmとし、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。   Here, in the thermal-type infrared detection unit 3, for each second thin film structure unit 3aa, the two bridge portions 3bb and 3bb having a rectangular shape in plan view connecting the support unit 3d and the second infrared absorption unit 33a are hollow. The portions 11 are formed so as to be separated from each other in the circumferential direction. As a result, a slit 14 having a U-shape in plan view that spatially separates the two bridge portions 3bb, 3bb and the second infrared absorbing portion 33a and communicates with the cavity portion 11 is formed. The support part 3d which is a site | part surrounding the 1st thin film structure part 3a in planar view among the thermal-type infrared detection parts 3 has a rectangular frame shape. Note that the bridge portion 3bb has a space other than the second infrared absorption portion 33a and the support portion 3d, and the space between the second infrared absorption portion 33a and the support portion 3d. Separated. Here, in the second thin film structure portion 3aa, the dimension in the extending direction from the support part 3d is 93 μm, the dimension in the width direction orthogonal to the extending direction is 75 μm, the width dimension of each bridge portion 3bb is 23 μm, and each slit Although the widths 13 and 14 are set to 5 μm, these values are merely examples and are not particularly limited.

第1の薄膜構造部3aは、半導体基板1の上記一表面側に形成された第1のシリコン酸化膜31と、当該第1のシリコン酸化膜31上に形成された第1のシリコン窒化膜32aと、第1のシリコン窒化膜32a上に形成された第2のシリコン窒化膜32bと、第2のシリコン窒化膜32bの表面側に形成された感温部30と、第2のシリコン窒化膜32bの表面側で感温部30の大部分を覆うように形成された絶縁膜50と、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形成されている。絶縁膜50は、それぞれBPSG膜からなる第2〜第5のシリコン酸化膜52a〜52dの積層膜により構成してある。パッシベーション膜60は、BPSG膜により構成してあるが、これに限らず、例えば、PSG膜と当該PSG膜上に形成されたNSG膜との積層膜や、シリコン窒化膜などにより構成してもよい。   The first thin film structure portion 3a includes a first silicon oxide film 31 formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1 and a first silicon nitride film 32a formed on the first silicon oxide film 31. A second silicon nitride film 32b formed on the first silicon nitride film 32a, a temperature sensing part 30 formed on the surface side of the second silicon nitride film 32b, and a second silicon nitride film 32b It is formed by patterning a laminated structure portion of an insulating film 50 formed so as to cover most of the temperature sensitive portion 30 on the surface side thereof and a passivation film 60 formed on the insulating film 50. The insulating film 50 is composed of a laminated film of second to fifth silicon oxide films 52a to 52d each made of a BPSG film. The passivation film 60 is composed of a BPSG film, but is not limited thereto, and may be composed of, for example, a laminated film of a PSG film and an NSG film formed on the PSG film, a silicon nitride film, or the like. .

上述の熱型赤外線検出部3では、各シリコン窒化膜32a,32bのうち第1の薄膜構造部3aのブリッジ部3bb,3bb以外の部位が第1の赤外線吸収部33を構成している。また、支持部3dは、第1のシリコン酸化膜31と各シリコン窒化膜32a,32bと絶縁膜50とパッシベーション膜60とで構成されている。   In the thermal infrared detector 3 described above, the portions of the silicon nitride films 32a and 32b other than the bridge portions 3bb and 3bb of the first thin film structure portion 3a constitute the first infrared absorber 33. The support portion 3d is composed of the first silicon oxide film 31, the silicon nitride films 32a and 32b, the insulating film 50, and the passivation film 60.

また、赤外線センサ100は、絶縁膜50とパッシベーション膜60との積層膜が、半導体基板1の上記一表面側において、熱型赤外線検出部3の形成用領域とMOSトランジスタ4の形成用領域とに跨って形成されている。   In addition, in the infrared sensor 100, the laminated film of the insulating film 50 and the passivation film 60 is formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1 between the formation region of the thermal infrared detector 3 and the formation region of the MOS transistor 4. It is formed straddling.

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X字状に形成されており、第2の薄膜構造部3aaの延長方向に交差する斜め方向において隣接する第2の薄膜構造部3aa,3aa同士、第2の薄膜構造部3aaの延長方向において隣接する第2の薄膜構造部3aa,3aa同士、第2の薄膜構造部3aaの延長方向に直交する方向において隣接する第2の薄膜構造部3aa,3aa同士を連結している。   Further, in each pixel portion 2, the inner peripheral shape of the cavity portion 11 is rectangular, and the connecting piece 3c is formed in an X shape in plan view, and intersects with the extending direction of the second thin film structure portion 3aa. The second thin film structure portions 3aa and 3aa adjacent in the oblique direction, the second thin film structure portions 3aa and 3aa adjacent in the extension direction of the second thin film structure portion 3aa, and the extension direction of the second thin film structure portion 3aa The second thin film structure portions 3aa and 3aa adjacent to each other in the direction orthogonal to are connected to each other.

サーモパイル30aは、第2のシリコン窒化膜32bの表面側で第2の薄膜構造部3aaと支持部3dとに跨って形成されたn形ポリシリコン層34とp形ポリシリコン層35との一端部同士を接続部(以下、第1の接続部と称する)36により電気的に接続した複数個の熱電対を有している。また、サーモパイル30aは、半導体基板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の他端部とが接続部(以下、第2の接続部と称する)37により電気的に接続されている。   The thermopile 30a has one end portion of an n-type polysilicon layer 34 and a p-type polysilicon layer 35 formed on the surface side of the second silicon nitride film 32b and straddling the second thin film structure portion 3aa and the support portion 3d. A plurality of thermocouples that are electrically connected to each other by a connecting portion (hereinafter referred to as a first connecting portion) 36 are provided. In addition, the thermopile 30a has a connection portion (hereinafter referred to as a first connection) between the other end portion of the n-type polysilicon layer 34 and the other end portion of the p-type polysilicon layer 35 of the thermocouple adjacent to each other on the one surface side of the semiconductor substrate 1. 2) (referred to as a connecting portion 2).

要するに、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の接続部36とを含む温接点T1を有し、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の接続部37とを含む冷接点T2を有している。   In short, the thermopile 30a has the hot junction T1 including the one end portion of the n-type polysilicon layer 34, the one end portion of the p-type polysilicon layer 35, and the first connection portion 36, and the n-type polysilicon layer 34. The other end of the p-type polysilicon layer 35 and the second connecting portion 37.

また、n形ポリシリコン層34とp形ポリシリコン層35とは、図1に示すように、互いに異なる面上に形成されている。ここで、各ブリッジ部3bbでは、図1および図2に示すようにn形ポリシリコン層34とp形ポリシリコン層35とが平面視において縞状に配列されている。さらに説明すれば、本実施形態の赤外線センサ100は、各ブリッジ部3bbの平面視においてn形ポリシリコン層34とp形ポリシリコン層35とが交互に配列されているが、n形ポリシリコン層34とp形ポリシリコン層35とが互いに異なる面上に形成されているので、n形ポリシリコン層34とp形ポリシリコン層35とが同一面上に形成されている場合に比べて、平面視において隣り合うn形ポリシリコン層34とp形ポリシリコン層35との隙間を短くすることができ、サーモパイル30aにおける熱電対の数を増やすことができ、高感度化を図れる。   The n-type polysilicon layer 34 and the p-type polysilicon layer 35 are formed on different surfaces as shown in FIG. Here, in each bridge portion 3bb, as shown in FIGS. 1 and 2, the n-type polysilicon layer 34 and the p-type polysilicon layer 35 are arranged in stripes in plan view. More specifically, in the infrared sensor 100 of the present embodiment, the n-type polysilicon layers 34 and the p-type polysilicon layers 35 are alternately arranged in a plan view of each bridge portion 3bb. Since the p-type polysilicon layer 35 and the p-type polysilicon layer 35 are formed on different planes, the plane is larger than when the n-type polysilicon layer 34 and the p-type polysilicon layer 35 are formed on the same plane. The gap between the n-type polysilicon layer 34 and the p-type polysilicon layer 35 adjacent to each other can be shortened, the number of thermocouples in the thermopile 30a can be increased, and high sensitivity can be achieved.

また、サーモパイル30aは、n形ポリシリコン層34のうち、上述の各ブリッジ部3bbに形成されている第1の部位以外の第2の部位に、シリサイド層38が積層されている。同様に、p形ポリシリコン層35のうち上述の各ブリッジ部3bbに形成されている第3の部位以外の第4の部位に、シリサイド層38が積層されている。シリサイド層38は、高融点金属のシリサイドの一種であるタングステンシリサイド(WSi2)層により構成してあるが、これに限らず、例えば、チタンシリサイド(TiSi2)層により構成してもよい。 In the thermopile 30a, a silicide layer 38 is stacked in a second portion of the n-type polysilicon layer 34 other than the first portion formed in each bridge portion 3bb described above. Similarly, a silicide layer 38 is stacked in a fourth portion of the p-type polysilicon layer 35 other than the third portion formed in each of the bridge portions 3bb described above. The silicide layer 38 is composed of a tungsten silicide (WSi 2 ) layer that is a kind of refractory metal silicide, but is not limited thereto, and may be composed of, for example, a titanium silicide (TiSi 2 ) layer.

要するに、サーモパイル30aは、熱電対の2種類の熱電要素が、p形ポリシリコン層35とn形ポリシリコン層34とであり、p形ポリシリコン層35およびn形ポリシリコン層34それぞれにおける温接点T1側の端部と冷接点T2側の端部とがシリサイド層38により覆われている。   In short, in the thermopile 30a, two types of thermoelectric elements of the thermocouple are the p-type polysilicon layer 35 and the n-type polysilicon layer 34, and the hot junctions in the p-type polysilicon layer 35 and the n-type polysilicon layer 34, respectively. The end portion on the T1 side and the end portion on the cold junction T2 side are covered with the silicide layer 38.

また、赤外線センサ100は、空洞部11の形状が、四角錘状であり、平面視における中央部の方が周部に比べて深さ寸法が大きくなっているので、第1の薄膜構造部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。   Further, in the infrared sensor 100, the cavity portion 11 has a quadrangular pyramid shape, and the central portion in plan view has a depth dimension larger than that of the peripheral portion, so the first thin film structure portion 3a. The planar layout of the thermopile 30a in each pixel unit 2 is designed so that the hot junction T1 gathers at the center of the pixel.

すなわち、図7の上下方向における真ん中の2つの第2の薄膜構造部3aaでは、図7および図9に示すように、3つの第2の薄膜構造部3aaの並設方向に沿って温接点T1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つの第2の薄膜構造部3aaでは、図7および図10に示すように、3つの第2の薄膜構造部3aaの並設方向において真ん中の第2の薄膜構造部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つの第2の薄膜構造部3aaでは、図7に示すように、3つの第2の薄膜構造部3aaの並設方向において真ん中の第2の薄膜構造部3aaに近い側に温接点T1を集中して配置してある。   That is, in the two second thin film structure portions 3aa in the middle in the vertical direction of FIG. 7, as shown in FIGS. 7 and 9, the hot junction T1 is arranged along the juxtaposed direction of the three second thin film structure portions 3aa. Are arranged side by side, in the upper two second thin film structure portions 3aa in the vertical direction, as shown in FIG. 7 and FIG. 10, the juxtaposed direction of the three second thin film structure portions 3aa In FIG. 7, the hot junctions T1 are concentratedly arranged on the side close to the middle second thin film structure portion 3aa, and in the two lower second thin film structure portions 3aa in the vertical direction, as shown in FIG. In the direction in which the three second thin film structure portions 3aa are arranged side by side, the hot junctions T1 are concentrated on the side close to the middle second thin film structure portion 3aa.

しかして、本実施形態の赤外線センサ100では、図7の上下方向における上側、下側の第2の薄膜構造部3aaの複数の温接点T1の配置が、真ん中の第2の薄膜構造部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。なお、本実施形態では、空洞部11の最深部の深さを200μmに設定してあるが、この値は一例であり、特に限定するものではない。   Thus, in the infrared sensor 100 of the present embodiment, the arrangement of the plurality of hot junctions T1 of the upper and lower second thin film structure portions 3aa in the vertical direction in FIG. 7 is the same as that of the second thin film structure portion 3aa in the middle. Since the temperature change of the hot junction T1 can be increased compared to the case where the arrangement of the multiple hot junctions T1 is the same, the sensitivity can be improved. In the present embodiment, the depth of the deepest portion of the cavity portion 11 is set to 200 μm, but this value is an example and is not particularly limited.

また、第2の薄膜構造部3aaは、第2のシリコン窒化膜32b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、第2の薄膜構造部3aaの反りを抑制するとともに赤外線を吸収するp形ポリシリコン層からなる赤外線吸収層39が形成されている。また、隣接する第2の薄膜構造部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p形ポリシリコン層からなる補強層39b(図7、図9、10参照)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、赤外線センサ100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、連結片3cの長さ寸法を24μm、幅寸法を5μm、補強層39bの幅寸法を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。ただし、半導体基板1としてシリコン基板を用いており、補強層39bがp形ポリシリコン層により形成される場合には、空洞部11の形成時に補強層39bがエッチングされるのを防止するために、補強層39bの幅寸法は、連結片3cの幅寸法よりも小さく設定し、平面視において補強層39bの両側縁が連結片3cの両側縁よりも内側に位置する必要がある。   Further, the second thin film structure portion 3aa suppresses the warp of the second thin film structure portion 3aa and absorbs infrared rays in a region where the thermopile 30a is not formed on the infrared incident surface side of the second silicon nitride film 32b. An infrared absorption layer 39 made of a p-type polysilicon layer is formed. Further, a reinforcing layer 39b made of a p-type polysilicon layer that reinforces the connecting piece 3c is provided on the connecting piece 3c that connects the adjacent second thin film structures 3aa, 3aa (see FIGS. 7, 9, and 10). Is provided. Here, the reinforcing layer 39 b is formed integrally with the infrared absorption layer 39. Thus, in the infrared sensor 100, since the connecting piece 3c is reinforced by the reinforcing layer 39b, it is possible to prevent damage due to stress generated due to external temperature change or impact during use, and damage during manufacture. And the production yield can be improved. In the present embodiment, the length dimension of the connecting piece 3c is set to 24 μm, the width dimension is set to 5 μm, and the width dimension of the reinforcing layer 39b is set to 1 μm. However, these numerical values are merely examples and are not particularly limited. Absent. However, when a silicon substrate is used as the semiconductor substrate 1 and the reinforcing layer 39b is formed of a p-type polysilicon layer, in order to prevent the reinforcing layer 39b from being etched during the formation of the cavity 11, The width dimension of the reinforcing layer 39b is set to be smaller than the width dimension of the connecting piece 3c, and both side edges of the reinforcing layer 39b need to be positioned inside the both side edges of the connecting piece 3c in plan view.

また、赤外線センサ100は、図11(b)に示すように、連結片3cの両側縁と第2の薄膜構造部3aaの側縁との間にそれぞれ面取り部3d,3dが形成され、X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、赤外線センサ100では、図11(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と第2の薄膜構造部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、図示した例では、各面取り部3d,3eをR(アール)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。   In addition, as shown in FIG. 11 (b), the infrared sensor 100 has chamfered portions 3d and 3d formed between both side edges of the connecting piece 3c and side edges of the second thin film structure portion 3aa, respectively. A chamfered portion 3e is also formed between the substantially perpendicular side edges of the connecting piece 3c. Therefore, in the infrared sensor 100, the stress concentration at the connection portion between the connection piece 3c and the second thin film structure portion 3aa is reduced as compared with the case where the chamfered portion is not formed as shown in FIG. In addition, it is possible to reduce the residual stress generated at the time of manufacturing, reduce the damage at the time of manufacturing, and improve the manufacturing yield. Further, it is possible to prevent damage due to stress generated due to an external temperature change or impact during use. In the illustrated example, each of the chamfered portions 3d and 3e is an R chamfered portion having an R (R) of 3 μm, but is not limited to the R chamfered portion, and may be a C chamfered portion, for example.

また、赤外線センサ100は、各熱型赤外線検出部3に、支持部3dと一方のブリッジ部3bbと第2の赤外線吸収部33aと他方のブリッジ部3bbと支持部3dとに跨るように引き回されたp形ポリシリコン層からなる故障診断用配線(故障診断用のヒータ)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、a×b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。   The infrared sensor 100 is routed to each thermal infrared detector 3 so as to straddle the support 3d, one bridge 3bb, the second infrared absorber 33a, the other bridge 3bb, and the support 3d. A failure diagnosis wiring (heat failure diagnosis heater) 139 made of the p-type polysilicon layer is provided, and all the failure diagnosis wirings 139 are connected in series. Accordingly, it is possible to detect the presence or absence of breakage such as breakage of the bridge portion 3bb by energizing the series circuit of the a × b failure diagnosis wirings 139.

要するに、赤外線センサ100は、製造途中での検査時や使用時において、a×b個の故障診断用配線139の直列回路への通電の有無によって、ブリッジ部3bbの折れや故障診断用配線139の断線などを検出することができる。また、赤外線センサ100では、上述の検査時や使用時において、a×b個の故障診断用配線139の直列回路へ通電して各感温部30の出力を検出することにより、感温部30の断線の有無や感度のばらつき(感温部30の出力のばらつき)などを検知することが可能となる。ここにおいて、感度のばらつきに関しては、画素部2ごとの感度のばらつきを検知することが可能であり、例えば、第1の薄膜構造部3aの反りや第1の薄膜構造部3aの半導体基板1へのスティッキングなどに起因した感度のばらつきを検知することが可能となる。また、赤外線センサ100は、平面視において、故障診断用配線139を複数の温接点T1の群の付近において折り返され蛇行した形状としてある。したがって、故障診断用配線139へ通電することにより発生するジュール熱によって、各温接点T1を効率良く温めることができる。上述の故障診断用配線139は、サーモパイル30aのp形ポリシリコン層35と同一平面上に同一厚さで形成されている。   In short, the infrared sensor 100 is configured such that the bridge portion 3bb is broken or the failure diagnosis wiring 139 is changed depending on whether or not the series circuit of the a × b failure diagnosis wirings 139 is energized at the time of inspection or use during manufacture. Disconnection can be detected. Further, in the infrared sensor 100, the temperature sensing unit 30 is detected by energizing the series circuit of the a × b failure diagnosis wirings 139 and detecting the output of each temperature sensing unit 30 during the above-described inspection and use. It is possible to detect the presence / absence of disconnection and variations in sensitivity (variations in the output of the temperature sensing unit 30). Here, regarding the sensitivity variation, it is possible to detect the sensitivity variation for each pixel unit 2. For example, the warp of the first thin film structure unit 3 a or the semiconductor substrate 1 of the first thin film structure unit 3 a. It is possible to detect variations in sensitivity due to sticking or the like. In addition, the infrared sensor 100 has a shape in which the fault diagnosis wiring 139 is folded and meandered in the vicinity of the group of the plurality of hot junctions T1 in a plan view. Therefore, each hot junction T1 can be efficiently warmed by Joule heat generated by energizing the failure diagnosis wiring 139. The above-described failure diagnosis wiring 139 is formed with the same thickness on the same plane as the p-type polysilicon layer 35 of the thermopile 30a.

上述の赤外線吸収層39および故障診断用配線139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)を同じ不純物濃度(例えば、1018〜1020cm−3)で含んでおり、p形ポリシリコン層35と同時に形成されている。また、n形ポリシリコン層34は、n形不純物として、例えば、リンを採用すればよく、不純物濃度を例えば1018〜1020cm−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1018〜1020cm−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および故障診断用配線139は、p形ポリシリコン層35と同じp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、n形ポリシリコン層34と同じ不純物を同じ不純物濃度でドーピングしてもよい。 The infrared absorption layer 39 and the failure diagnosis wiring 139 described above contain the same p-type impurity (for example, boron) as the p-type polysilicon layer 35 at the same impurity concentration (for example, 10 18 to 10 20 cm −3 ). The p-type polysilicon layer 35 is formed at the same time. In addition, the n-type polysilicon layer 34 may employ, for example, phosphorus as the n-type impurity, and the impurity concentration may be appropriately set within a range of, for example, about 10 18 to 10 20 cm −3 . In the present embodiment, the impurity concentration of each of the n-type polysilicon layer 34 and the p-type polysilicon layer 35 is 10 18 to 10 20 cm −3 , the resistance value of the thermocouple can be reduced, and the S / N ratio can be improved. I can plan. The infrared absorption layer 39 and the failure diagnosis wiring 139 are doped with the same p-type impurity as the p-type polysilicon layer 35 at the same impurity concentration. However, the present invention is not limited to this. For example, the n-type polysilicon layer 34 The same impurity may be doped with the same impurity concentration.

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、および故障診断用配線139の屈折率をn、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、および故障診断用配線139それぞれの厚さt1をλ/4nに設定するようにしている。しかして、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 the present embodiment, the refractive index of the n-type polysilicon layer 34, the p-type polysilicon layer 35, the infrared absorption layer 39, and the failure diagnosis wiring 139 is n 1 , and the center wavelength of the detection target infrared is λ. time, so as to set the n-type polysilicon layer 34, p-type polysilicon layer 35, the infrared-absorbing layer 39, and the failure diagnosis wirings 139 respectively thicknesses t1 to lambda / 4n 1. Therefore, the absorption efficiency of infrared rays having 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 = 3.6 and λ = 10 μm, t 1 ≈0.69 μm may be set.

また、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、および故障診断用配線139それぞれの不純物濃度が1018〜1020cm−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る。また、赤外線吸収層39および故障診断用配線139をp形ポリシリコン層35と同一工程で形成できるから、低コスト化を図れる。 In the present embodiment, since the n-type polysilicon layer 34, the p-type polysilicon layer 35, the infrared absorption layer 39, and the failure diagnosis wiring 139 have impurity concentrations of 10 18 to 10 20 cm −3 , the infrared The reflection of infrared rays can be suppressed while increasing the absorption rate of the light, and the S / N ratio of the output of the temperature sensing unit 30 can be increased. Further, since the infrared absorption layer 39 and the failure diagnosis wiring 139 can be formed in the same process as the p-type polysilicon layer 35, the cost can be reduced.

ここで、感温部30の第1の接続部36と第2の接続部37とは、半導体基板1の上記一表面側において、絶縁膜50によって絶縁分離されている(図1参照)。第1の接続部36および第2の接続部37は、各ポリシリコン層34,35上のシリサイド層38の表面および絶縁膜50のコンタクトホール50aの内周面に沿って形成された第1の金属材料(例えば、チタンナイトライドなど)からなる密着層(adhesion layer)53と、コンタクトホール50a内に密着層53を介して埋め込まれた第2の金属材料(例えば、タングステンなど)からなる埋込部(メタルプラグ)54と、p形ポリシリコン層35に接続された埋込部54とn形ポリシリコン層34に接続された埋込部54とに跨って形成された第3の金属材料(例えば、アルミニウムなど)からなる導電部55とを有している。   Here, the first connection part 36 and the second connection part 37 of the temperature sensing part 30 are insulated and separated by the insulating film 50 on the one surface side of the semiconductor substrate 1 (see FIG. 1). The first connection portion 36 and the second connection portion 37 are formed along the surface of the silicide layer 38 on the polysilicon layers 34 and 35 and the inner peripheral surface of the contact hole 50a of the insulating film 50. An adhesion layer 53 made of a metal material (for example, titanium nitride) and a second metal material (for example, tungsten) buried in the contact hole 50a via the adhesion layer 53. Portion (metal plug) 54, a third metal material (straddling the embedded portion 54 connected to the p-type polysilicon layer 35 and the embedded portion 54 connected to the n-type polysilicon layer 34 ( For example, it has a conductive portion 55 made of aluminum or the like.

また、MOSトランジスタ4は、上述のように、半導体基板1の上記一表面側においてMOSトランジスタ4の形成用領域に形成されている。   Further, as described above, the MOS transistor 4 is formed in the formation region of the MOS transistor 4 on the one surface side of the semiconductor substrate 1.

MOSトランジスタ4は、図1に示すように、半導体基板1の上記一表面側に第1導電形であるp形(p)のウェル領域41が形成され、ウェル領域41内に、第2導電形であるn形(n)のドレイン領域43と第2導電形であるn形(n)のソース領域44とが離間して形成されている。さらに、半導体基板1の上記一表面側には、素子間分離用絶縁膜42が形成されている。 In the MOS transistor 4, a p-type (p + ) well region 41, which is the first conductivity type, is formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1, and the second conductivity is formed in the well region 41. The n-type (n + ) drain region 43 that is the type and the n-type (n + ) source region 44 that is the second conductivity type are formed apart from each other. Further, an inter-element isolation insulating film 42 is formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1.

ウェル領域41においてドレイン領域43とソース領域44との間に位置する部位の上には、ゲート絶縁膜45を介してゲート電極46が形成されている。   A gate electrode 46 is formed on a portion of the well region 41 located between the drain region 43 and the source region 44 with a gate insulating film 45 interposed therebetween.

ゲート絶縁膜45は、シリコン酸化膜(熱酸化膜)により構成してあるが、シリコン酸化膜に限定するものではない。   The gate insulating film 45 is composed of a silicon oxide film (thermal oxide film), but is not limited to a silicon oxide film.

ゲート電極46は、ゲート絶縁膜45上のn形ポリシリコン層からなる導電性ポリシリコン層46aと、この導電性ポリシリコン層46aを覆うシリサイド層46bとを有している。本実施形態では、サーモパイル30aにおけるp形ポリシリコン層35およびn形ポリシリコン層34とゲート電極46における導電性ポリシリコン層46aとが同一厚さである。また、本実施形態では、サーモパイル30aにおけるシリサイド層38とゲート電極46におけるシリサイド層46bとの厚さを同一としてある。ゲート電極46におけるシリサイド層46bは、サーモパイル30aにおけるシリサイド層38と同様に、タングステンシリサイド層により構成してあるが、これに限らず、例えば、チタンシリサイド層により構成してもよい。   The gate electrode 46 has a conductive polysilicon layer 46a made of an n-type polysilicon layer on the gate insulating film 45, and a silicide layer 46b covering the conductive polysilicon layer 46a. In the present embodiment, the p-type polysilicon layer 35 and the n-type polysilicon layer 34 in the thermopile 30a and the conductive polysilicon layer 46a in the gate electrode 46 have the same thickness. In the present embodiment, the thickness of the silicide layer 38 in the thermopile 30a and the thickness of the silicide layer 46b in the gate electrode 46 are the same. The silicide layer 46b in the gate electrode 46 is composed of a tungsten silicide layer, like the silicide layer 38 in the thermopile 30a, but is not limited to this, and may be composed of, for example, a titanium silicide layer.

ドレイン領域43上には、ドレイン電極47が形成され、ソース領域44上には、ソース電極48が形成されている。   A drain electrode 47 is formed on the drain region 43, and a source electrode 48 is formed on the source region 44.

ゲート電極46、ドレイン電極47およびソース電極48は、上述の絶縁膜50およびゲート絶縁膜45に連続したシリコン酸化膜45bによって絶縁分離されている。ドレイン電極47は、絶縁膜50とシリコン酸化膜45bとの積層膜に形成したコンタクトホール50bを通してドレイン領域43と電気的に接続され、ソース電極48は、絶縁膜50とシリコン酸化膜45bとの積層膜に形成したコンタクトホール50cを通してソース領域44と電気的に接続されている。   The gate electrode 46, the drain electrode 47, and the source electrode 48 are insulated and separated by the silicon oxide film 45 b that is continuous with the insulating film 50 and the gate insulating film 45 described above. The drain electrode 47 is electrically connected to the drain region 43 through a contact hole 50b formed in the laminated film of the insulating film 50 and the silicon oxide film 45b, and the source electrode 48 is laminated of the insulating film 50 and the silicon oxide film 45b. It is electrically connected to the source region 44 through a contact hole 50c formed in the film.

上述のドレイン電極47は、ドレイン領域43の表面およびコンタクトホール50bの内周面に沿って形成された導電性材料(例えば、チタンナイトライドなど)からなる密着層53と、コンタクトホール50b内に密着層53を介して埋め込まれた金属材料(例えば、タングステンなど)からなる埋込部54と、埋込部54の表面と絶縁膜50の表面とに跨って形成された金属材料(例えば、アルミニウムなど)からなる導電部56とを有している。同様に、ソース電極48は、ソース領域44の表面およびコンタクトホール50cの内周面に沿って形成された密着層53と、コンタクトホール50c内に密着層53を介して埋め込まれた埋込部54と、埋込部54の表面と絶縁膜50の表面とに跨って形成された導電部56とを有している。   The drain electrode 47 described above is in close contact with the adhesion layer 53 made of a conductive material (for example, titanium nitride) formed along the surface of the drain region 43 and the inner peripheral surface of the contact hole 50b, and the contact hole 50b. An embedded portion 54 made of a metal material (for example, tungsten) embedded through the layer 53, and a metal material (for example, aluminum or the like) formed across the surface of the embedded portion 54 and the surface of the insulating film 50 ). Similarly, the source electrode 48 includes an adhesion layer 53 formed along the surface of the source region 44 and the inner peripheral surface of the contact hole 50c, and a buried portion 54 embedded in the contact hole 50c via the adhesion layer 53. And a conductive portion 56 formed across the surface of the embedded portion 54 and the surface of the insulating film 50.

赤外線センサ100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の他端が第4の配線104に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のドレイン電極47が、第1の配線101と電気的に接続され、ゲート電極46が、n形ポリシリコン配線からなる第2の配線102と電気的に接続されている。また、各画素部2では、ウェル領域41における素子分離用絶縁膜42近傍の部位上に、電極49が形成されている。しかして、ウェル領域41は、電極49を介して、第3の配線103と電気的に接続されている。ここで、電極49は、シリコン酸化膜45bと絶縁膜50との積層膜に形成したコンタクトホール50dを通してウェル領域41と電気的に接続されている。この電極49は、ウェル領域41の表面およびコンタクトホール50dの内周面に沿って形成された密着層53と、コンタクトホール50d内にバリア層53を介して埋め込まれた埋込部54と、埋込部54の表面と絶縁膜50の表面とに跨って形成された導電部56とを有している。   In each pixel unit 2 of the infrared sensor 100, the source electrode 48 of the MOS transistor 4 and one end of the temperature sensing unit 30 are electrically connected, and the other end of the temperature sensing unit 30 is electrically connected to the fourth wiring 104. Has been. In each pixel unit 2, the drain electrode 47 of the MOS transistor 4 is electrically connected to the first wiring 101, and the gate electrode 46 is electrically connected to the second wiring 102 made of n-type polysilicon wiring. It is connected. In each pixel portion 2, an electrode 49 is formed on a portion of the well region 41 near the element isolation insulating film 42. Thus, the well region 41 is electrically connected to the third wiring 103 through the electrode 49. Here, the electrode 49 is electrically connected to the well region 41 through a contact hole 50d formed in the laminated film of the silicon oxide film 45b and the insulating film 50. The electrode 49 includes an adhesion layer 53 formed along the surface of the well region 41 and the inner peripheral surface of the contact hole 50d, a buried portion 54 buried in the contact hole 50d through the barrier layer 53, and a buried layer 54. The conductive portion 56 is formed across the surface of the embedded portion 54 and the surface of the insulating film 50.

また、上述のツェナダイオードZDは、図12に示すように、第1拡散領域81上にアノード電極83が形成され、第2拡散領域82上に2つのカソード電極84a,84bが形成されている。このツェナダイオードZDは、アノード電極83が、第5のパッドVzdと電気的に接続され、一方のカソード電極84aが、1つの第2の配線102を介して当該第2の配線102に接続されたMOSトランジスタ4のゲート電極46と電気的に接続され、他方のカソード電極84bが、当該第2の配線102に接続された第2のパッドVsel1〜Vsel8の1つと電気的に接続されている。   In the above Zener diode ZD, as shown in FIG. 12, the anode electrode 83 is formed on the first diffusion region 81, and the two cathode electrodes 84a and 84b are formed on the second diffusion region 82. In this Zener diode ZD, the anode electrode 83 is electrically connected to the fifth pad Vzd, and one cathode electrode 84a is connected to the second wiring 102 via one second wiring 102. The MOS transistor 4 is electrically connected to the gate electrode 46, and the other cathode electrode 84 b is electrically connected to one of the second pads Vsel 1 to Vsel 8 connected to the second wiring 102.

上述の赤外線センサ100によれば、故障診断用配線139を備えているので、故障診断用配線139へ通電することによりジュール熱を発生させて温接点T1を温め、サーモパイル30aの出力を測定することにより、サーモパイル30aの断線などの故障の有無を判断することが可能となって、信頼性の向上を図れる。しかも、赤外線センサ100は、故障診断用配線139が、熱型赤外線検出部3において半導体基板1の空洞部11に重なる領域でサーモパイル30aと重ならないように配置されているので、故障診断用配線139によるサーモパイル30aの温接点T1の熱容量の増大を防止でき、感度および応答速度の向上を図れる。   According to the infrared sensor 100 described above, since the failure diagnosis wiring 139 is provided, by energizing the failure diagnosis wiring 139, Joule heat is generated to warm the hot junction T1, and the output of the thermopile 30a is measured. Thus, it is possible to determine the presence or absence of a failure such as disconnection of the thermopile 30a, and the reliability can be improved. Moreover, the infrared sensor 100 is arranged so that the failure diagnosis wiring 139 does not overlap the thermopile 30a in a region where the failure detection wiring 139 overlaps the cavity 11 of the semiconductor substrate 1 in the thermal infrared detection unit 3. The increase in the heat capacity of the hot junction T1 of the thermopile 30a can be prevented, and the sensitivity and response speed can be improved.

ここで、赤外線センサ100は、使用時において自己診断を行わない通常時において、故障診断用配線139も外部からの赤外線を吸収するので、複数の温接点T1の温度の均一化を図れ、感度の向上を図れる。なお、赤外線センサ100では、赤外線吸収層39および補強層39bも外部からの赤外線を吸収するので、複数の温接点T1の温度の均一化を図れ、感度の向上を図れる。また、赤外線センサ100の使用時の自己診断は、IC素子122に設けられた自己診断回路(図示せず)により定期的に行われるが、必ずしも定期的に行う必要はない。   Here, the infrared sensor 100 also absorbs infrared rays from the outside in the normal state when the self-diagnosis is not performed during use, so that the temperature of the plurality of hot junctions T1 can be made uniform and the sensitivity can be improved. Improvements can be made. In the infrared sensor 100, since the infrared absorbing layer 39 and the reinforcing layer 39b also absorb infrared rays from the outside, the temperature of the plurality of hot junctions T1 can be made uniform, and the sensitivity can be improved. Further, the self-diagnosis when using the infrared sensor 100 is periodically performed by a self-diagnosis circuit (not shown) provided in the IC element 122, but it is not always necessary to perform it periodically.

また、赤外線センサ100は、第1の薄膜構造部3aが、複数の線状のスリット13を設けることによって、空洞部11の内周方向に沿って並設されそれぞれ熱型赤外線検出部3において空洞部11を囲む部位である支持部3dから内方へ延長された複数の第2の薄膜構造部3aaに分離され、各第2の薄膜構造部3aaごとにサーモパイル30aの温接点T1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ので、応答速度および感度の向上を図れる。また、赤外線センサ100は、全ての第2の薄膜構造部3aaに跨って故障診断用配線139が形成されているので、熱型赤外線検出部3の全てのサーモパイル30aを一括して自己診断することが可能となる。また、赤外線センサ100は、隣接する第2の薄膜構造部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、各第2の薄膜構造部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。   In addition, the infrared sensor 100 includes a plurality of linear slits 13 provided in the first thin film structure portion 3 a along the inner circumferential direction of the cavity portion 11. It is separated into a plurality of second thin film structure parts 3aa extending inward from the support part 3d that is a part surrounding the part 11, and a hot junction T1 of the thermopile 30a is provided for each second thin film structure part 3aa. Since all the thermopile 30a are electrically connected in a connection relationship in which the output change with respect to the temperature change is larger than when the output is taken out for each thermopile 30a, the response speed and the sensitivity can be improved. In addition, since the failure diagnosis wiring 139 is formed across all the second thin film structures 3aa, the infrared sensor 100 performs self-diagnosis of all the thermopiles 30a of the thermal infrared detection unit 3 at once. Is possible. Moreover, the infrared sensor 100 can reduce the curvature of each 2nd thin film structure part 3aa by forming the connection piece 3c which connects 2nd adjacent thin film structure parts 3aa and 3aa, and structural stability The sensitivity is stabilized.

また、赤外線センサ100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、第2の薄膜構造部3aaの応力バランスの均一性が向上し、第2の薄膜構造部3aaの反りを抑制することができ、製品ごとの感度のばらつきや、画素部2ごとの感度のばらつきを低減することが可能となる。   In the infrared sensor 100, the n-type polysilicon layer 34, the p-type polysilicon layer 35, the infrared absorption layer 39, the reinforcing layer 39b, and the failure diagnosis wiring 139 are set to the same thickness. The uniformity of the stress balance of the thin film structure portion 3aa can be improved, the warpage of the second thin film structure portion 3aa can be suppressed, and the variation in sensitivity among products and the variation in sensitivity among pixel portions 2 can be reduced. It becomes possible.

また、赤外線センサ100は、故障診断用配線139が、第1の熱電要素であるn形ポリシリコン層34もしくは第2の熱電要素であるp形ポリシリコン層35と同じ材料により形成されているので、故障診断用配線139を第1の熱電要素もしくは第2の熱電要素と同時に形成することが可能となり、製造プロセスの簡略化による低コスト化を図れる。   Further, in the infrared sensor 100, the failure diagnosis wiring 139 is formed of the same material as the n-type polysilicon layer 34 as the first thermoelectric element or the p-type polysilicon layer 35 as the second thermoelectric element. The fault diagnosis wiring 139 can be formed simultaneously with the first thermoelectric element or the second thermoelectric element, and the cost can be reduced by simplifying the manufacturing process.

また、赤外線センサ100は、赤外線吸収部33および故障診断用配線139を備えた複数の画素部2が、半導体基板1の上記一表面側で2次元アレイ状に設けられているので、製造時や使用時の自己診断に際して各画素部2それぞれの故障診断用配線139に通電することにより、各画素部2それぞれの感温部30の感度のばらつきを把握することが可能となる。   In addition, since the infrared sensor 100 is provided with a plurality of pixel portions 2 including the infrared absorbing portion 33 and the failure diagnosis wiring 139 in a two-dimensional array on the one surface side of the semiconductor substrate 1, By energizing the failure diagnosis wiring 139 of each pixel unit 2 at the time of self-diagnosis at the time of use, it becomes possible to grasp variation in sensitivity of the temperature sensing unit 30 of each pixel unit 2.

以下、赤外線センサ100の製造方法の一例について図13〜図21を参照しながら説明する。なお、図13〜図21において、(a)は図2のA−B断面に対応する工程断面図、(b)は図2のC−D断面に対応する工程断面図、(c)は図2のE−F断面に対応する工程断面図である。   Hereinafter, an example of a method for manufacturing the infrared sensor 100 will be described with reference to FIGS. 13 to 21, (a) is a process sectional view corresponding to the section AB in FIG. 2, (b) is a process sectional view corresponding to the section CD in FIG. 2, and (c) is a diagram. It is process sectional drawing corresponding to the EF cross section of 2. FIG.

まず、第2導電形のシリコン基板からなる半導体基板1の上記一表面側に第1のシリコン酸化膜31と第1のシリコン窒化膜32a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う。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13に示す構造を得る。ここにおいて、第1のシリコン酸化膜31は、半導体基板1を熱酸化することにより形成し、第1のシリコン窒化膜32aは、LPCVD法により形成している。   First, an insulating layer forming step of forming an insulating layer made of a laminated film of the first silicon oxide film 31 and the first silicon nitride film 32a on the one surface side of the semiconductor substrate 1 made of the second conductivity type silicon substrate. I do. Thereafter, using the photolithography technique and the etching technique, the part corresponding to the formation region of the MOS transistor 4 is etched while leaving a part of the insulating layer corresponding to the formation region of the thermal infrared detector 3. By performing the insulating layer patterning step to be removed, the structure shown in FIG. 13 is obtained. Here, the first silicon oxide film 31 is formed by thermally oxidizing the semiconductor substrate 1, and the first silicon nitride film 32a is formed by LPCVD.

上述の絶縁層パターニング工程の後、半導体基板1の上記一表面側に第1導電形であるp形(p)のウェル領域41を形成するウェル領域形成工程を行う。続いて、半導体基板1の上記一表面側において素子分離部42の形成予定領域に対応する部位に、溝42aを形成する溝形成工程を行うことによって、図14に示す構造を得る。 After the insulating layer patterning step, a well region forming step for forming a p-type (p + ) well region 41 of the first conductivity type on the one surface side of the semiconductor substrate 1 is performed. Subsequently, a structure shown in FIG. 14 is obtained by performing a groove forming process for forming a groove 42a in a portion corresponding to a region where the element isolation portion 42 is to be formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1.

ウェル領域形成工程では、まず、半導体基板1の上記一表面側の露出部位を所定温度でパイロジェニック酸化することにより、第6のシリコン酸化膜(熱酸化膜)51を選択的に形成する。その後、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第6のシリコン酸化膜51をパターニングする。続いて、第1導電形の不純物(ここでは、p形の不純物であり、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、ウェル領域41を形成する。   In the well region forming step, first, a sixth silicon oxide film (thermal oxide film) 51 is selectively formed by pyrogenic oxidation of the exposed portion on the one surface side of the semiconductor substrate 1 at a predetermined temperature. Thereafter, the sixth silicon oxide film 51 is patterned using a photolithography technique and an etching technique using a mask for forming the well region 41. Subsequently, the well region 41 is formed by performing ion implantation of a first conductivity type impurity (here, p-type impurity, for example, boron) and then performing drive-in.

また、溝形成工程では、まず、半導体基板1の上記一表面側の全面に第2のシリコン窒化膜32bをLPCVD法などにより形成し、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第2のシリコン窒化膜32bをパターニングする。続いて、第2のシリコン窒化膜32bをマスクとして、第6のシリコン酸化膜51および半導体基板1における上記一表面側の一部をエッチングすることにより、溝42aを形成する。   In the groove forming step, first, the second silicon nitride film 32b is formed on the entire surface of the one surface side of the semiconductor substrate 1 by the LPCVD method or the like, and thereafter, the second silicon nitride film 32b is utilized using the photolithography technique and the etching technique. The silicon nitride film 32b is patterned. Subsequently, by using the second silicon nitride film 32b as a mask, the sixth silicon oxide film 51 and a portion of the semiconductor substrate 1 on the one surface side are etched, thereby forming a groove 42a.

上述の溝形成工程の後、第2のシリコン窒化膜32bをマスクとしてLOCOS(LocalOxidation of Silicon)法により素子分離用絶縁膜42を形成する素子分離工程を行うことによって、図15に示す構造を得る。   After the above-described groove forming process, an element isolation process is performed to form an element isolation insulating film 42 by a LOCOS (Local Oxidation of Silicon) method using the second silicon nitride film 32b as a mask, thereby obtaining the structure shown in FIG. .

その後、半導体基板1の上記一表面側において第6のシリコン酸化膜51および第2のシリコン膜32bの不要部分をエッチング除去する。続いて、半導体基板1の上記一表面側に例えば熱酸化によりシリコン酸化膜(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う。その後、半導体基板1の上記一表面側の全面にゲート電極46の導電性ポリシリコン層46a、第2の配線102(図7参照)、p形ポリシリコン層35、赤外線吸収層39および故障診断用配線139の基礎となる第1のノンドープポリシリコン層120をLPCVD法により形成する第1のポリシリコン層形成工程を行う。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第1のノンドープポリシリコン層120をパターニングする第1のポリシリコン層パターニング工程を行うことによって、図16に示す構造を得る。この第1のポリシリコン層パターニング工程では、第1のノンドープポリシリコン層120のうちゲート電極46の導電性ポリシリコン層46a、第2の配線102、p形ポリシリコン層35、赤外線吸収層39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、第1のノンドープポリシリコン層120をパターニングする。   Thereafter, unnecessary portions of the sixth silicon oxide film 51 and the second silicon film 32 b are removed by etching on the one surface side of the semiconductor substrate 1. Subsequently, a gate insulating film forming step for forming a gate insulating film 45 made of a silicon oxide film (thermal oxide film) on the one surface side of the semiconductor substrate 1 by, for example, thermal oxidation is performed. Thereafter, the conductive polysilicon layer 46a of the gate electrode 46, the second wiring 102 (see FIG. 7), the p-type polysilicon layer 35, the infrared absorption layer 39, and the fault diagnosis are formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 on the one surface side. A first polysilicon layer forming step is performed in which the first non-doped polysilicon layer 120 which is the basis of the wiring 139 is formed by the LPCVD method. Subsequently, a structure shown in FIG. 16 is obtained by performing a first polysilicon layer patterning step of patterning the first non-doped polysilicon layer 120 using photolithography technology and etching technology. In the first polysilicon layer patterning step, the conductive polysilicon layer 46a of the gate electrode 46, the second wiring 102, the p-type polysilicon layer 35, the infrared absorption layer 39 and the first non-doped polysilicon layer 120 The first non-doped polysilicon layer 120 is patterned so that portions corresponding to the respective fault diagnosis wirings 139 remain.

上述の第1のポリシリコン層パターニング工程の後、第1のノンドープポリシリコン層120のうちp形ポリシリコン層35、赤外線吸収層39および故障診断用配線139に対応する部分にp形の不純物(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形ポリシリコン層35、赤外線吸収層39および故障診断用配線139を形成するp形ポリシリコン層形成工程を行う。続いて、半導体基板1の上記一表面側にBPSG膜からなる第2のシリコン酸化膜52aを形成する第2のシリコン酸化膜形成工程を行う。その後、第2のシリコン酸化膜52aのうち、p形ポリシリコン層35においてシリサイド層38を積層する部位、第1のノンドープポリシリコン層120において導電性ポリシリコン層46aの基礎となる部位、第1のノンドープポリシリコン層120において第2の配線102の基礎となる部位、ウェル領域41におけるドレイン領域43の形成予定領域、およびウェル領域41におけるソース領域44の形成予定領域それぞれの上方に形成されている部分をエッチングする。続いて、第1のノンドープポリシリコン層120のうち導電性ポリシリコン層46aに対応する部位および第2の配線102に対応する部分、ウェル領域41におけるドレイン領域43の形成予定領域およびソース領域44の形成予定領域に、n形の不純物(例えば、リンなど)のイオン注入を行ってからドライブインを行うことにより、導電性ポリシリコン層46aおよび第2の配線102、ドレイン領域43およびソース領域44を形成することによって、図17に示す構造を得る。   After the above-described first polysilicon layer patterning step, p-type impurities (in the portions corresponding to the p-type polysilicon layer 35, the infrared absorption layer 39, and the failure diagnosis wiring 139 in the first non-doped polysilicon layer 120). For example, a p-type polysilicon layer forming step of forming the p-type polysilicon layer 35, the infrared absorption layer 39, and the failure diagnosis wiring 139 by performing drive-in after ion implantation of boron or the like is performed. Subsequently, a second silicon oxide film forming step for forming a second silicon oxide film 52a made of a BPSG film on the one surface side of the semiconductor substrate 1 is performed. Thereafter, in the second silicon oxide film 52a, a portion where the silicide layer 38 is stacked in the p-type polysilicon layer 35, a portion serving as the basis of the conductive polysilicon layer 46a in the first non-doped polysilicon layer 120, the first The non-doped polysilicon layer 120 is formed above the portion serving as the basis of the second wiring 102, the region where the drain region 43 is to be formed in the well region 41, and the region where the source region 44 is to be formed in the well region 41. Etch the part. Subsequently, a portion of the first non-doped polysilicon layer 120 corresponding to the conductive polysilicon layer 46a and a portion corresponding to the second wiring 102, a region where the drain region 43 is to be formed in the well region 41, and the source region 44 Conductive polysilicon layer 46a and second wiring 102, drain region 43 and source region 44 are formed by performing drive-in after ion implantation of an n-type impurity (for example, phosphorus) into the region to be formed. By forming, the structure shown in FIG. 17 is obtained.

その後、p形ポリシリコン層35、導電性ポリシリコン層46aそれぞれにシリサイド層38,46bを形成するとともに、第2の配線102にシリサイド層(図示せず)を形成する第1のシリサイド層形成工程を行うことによって、図18に示す構造を得る。第1のシリサイド層形成工程において、シリサイド層38,46bの形成にあたっては、半導体基板1の上記一表面側の全面にタングステン層をスパッタ法などにより成膜した後、熱処理により生じるシリサイド反応を利用して選択的にタングステンシリサイド層からなるシリサイド層38,46bを形成し、その後、不要なタングステン層をエッチング除去する。なお、シリサイド層38,46bがチタンシリサイド層の場合には、タングステン層の代わりに、チタン層をスパッタ法などにより成膜してから選択的にチタンシリサイド層からなるシリサイド層38,46bを形成し、その後、不要なチタン層をエッチング除去すればよい。   Thereafter, silicide layers 38 and 46b are formed on the p-type polysilicon layer 35 and the conductive polysilicon layer 46a, respectively, and a silicide layer (not shown) is formed on the second wiring 102. To obtain the structure shown in FIG. In forming the silicide layers 38 and 46b in the first silicide layer forming step, a tungsten layer is formed on the entire surface of the one surface side of the semiconductor substrate 1 by a sputtering method or the like, and then a silicide reaction generated by heat treatment is used. Then, silicide layers 38 and 46b made of tungsten silicide layers are selectively formed, and then unnecessary tungsten layers are removed by etching. In the case where the silicide layers 38 and 46b are titanium silicide layers, instead of the tungsten layer, a titanium layer is formed by sputtering or the like, and then the silicide layers 38 and 46b made of a titanium silicide layer are selectively formed. Thereafter, an unnecessary titanium layer may be removed by etching.

続いて、半導体基板1の上記一表面側にBPSG膜からなる第3のシリコン酸化膜52bを形成する第3のシリコン酸化膜形成工程を行う。その後、半導体基板1の上記一表面側の全面にn形ポリシリコン層34の基礎となる第2のノンドープポリシリコン層(図示せず)をLPCVD法により形成する第2のポリシリコン層形成工程を行う。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第2のノンドープポリシリコン層をパターニングする第2のポリシリコン層パターニング工程を行う。その後、第2のノンドープポリシリコン層にn形の不純物(例えば、リンなど)のイオン注入を行ってからドライブインを行うことによりn形ポリシリコン層34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19に示す構造を得る。上述の第2のポリシリコン層パターニング工程では、第2の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に対応する部分が残るように、第2のノンドープポリシリコン層をパターニングする。   Subsequently, a third silicon oxide film forming step for forming a third silicon oxide film 52b made of a BPSG film on the one surface side of the semiconductor substrate 1 is performed. Thereafter, a second polysilicon layer forming step of forming a second non-doped polysilicon layer (not shown) serving as a base of the n-type polysilicon layer 34 on the entire surface of the one surface side of the semiconductor substrate 1 by the LPCVD method. Do. Subsequently, a second polysilicon layer patterning step of patterning the second non-doped polysilicon layer using a photolithography technique and an etching technique is performed. Thereafter, an n-type polysilicon layer forming step of forming an n-type polysilicon layer by performing ion implantation of an n-type impurity (for example, phosphorus) into the second non-doped polysilicon layer and then driving in. By doing so, the structure shown in FIG. 19 is obtained. In the second polysilicon layer patterning step described above, the second non-doped polysilicon layer is patterned so that a portion corresponding to the n-type polysilicon layer 34 remains in the second non-doped polysilicon layer.

上述のn形ポリシリコン層形成工程の後、半導体基板1の上記一表面側にBPSG膜からなる第4のシリコン酸化膜52cを形成する第4のシリコン酸化膜形成工程を行う。その後、第4のシリコン酸化膜52cのうち、第2のノンドープポリシリコン層の上方に形成されている部分をエッチングする。続いて、n形ポリシリコン層34にシリサイド層38を形成する第2のシリサイド層形成工程を行うことによって、図20に示す構造を得る。第2のシリサイド層形成工程において、シリサイド層38の形成にあたっては、半導体基板1の上記一表面側の全面にタングステン層をスパッタ法などにより成膜した後、熱処理により生じるシリサイド反応を利用して選択的にタングステンシリサイド層からなるシリサイド層38を形成し、その後、タングステン層をエッチング除去する。なお、シリサイド層38がチタンシリサイド層の場合には、タングステン層の代わりに、チタン層を採用すればよい。   After the above-described n-type polysilicon layer forming step, a fourth silicon oxide film forming step for forming a fourth silicon oxide film 52c made of a BPSG film on the one surface side of the semiconductor substrate 1 is performed. Thereafter, a portion of the fourth silicon oxide film 52c formed above the second non-doped polysilicon layer is etched. Subsequently, by performing a second silicide layer forming step of forming a silicide layer 38 on the n-type polysilicon layer 34, the structure shown in FIG. 20 is obtained. In forming the silicide layer 38 in the second silicide layer forming step, a tungsten layer is formed on the entire surface of the one surface side of the semiconductor substrate 1 by sputtering or the like, and then selected using a silicide reaction generated by heat treatment. A silicide layer 38 made of a tungsten silicide layer is formed, and then the tungsten layer is removed by etching. When the silicide layer 38 is a titanium silicide layer, a titanium layer may be employed instead of the tungsten layer.

第2のシリサイド層形成工程の後、BPSG膜からなる第5のシリコン酸化膜52dを形成する第5のシリコン酸化膜形成工程を行う。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絶縁膜50に各コンタクトホール50aを形成するとともに、シリコン酸化膜45bと絶縁膜50との積層膜にコンタクトホール50b,50c,50dを形成するコンタクトホール形成工程を行う。上述の第2〜第5のシリコン酸化膜形成工程では、半導体基板1の上記一表面側に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第2〜第5のシリコン酸化膜52a〜52dを形成する。   After the second silicide layer forming step, a fifth silicon oxide film forming step for forming a fifth silicon oxide film 52d made of a BPSG film is performed. Subsequently, the contact holes 50a are formed in the insulating film 50 using photolithography technology and etching technology, and the contact holes 50b, 50c, and 50d are formed in the laminated film of the silicon oxide film 45b and the insulating film 50. A hole formation process is performed. In the second to fifth silicon oxide film forming steps described above, a BPSG film is deposited on the one surface side of the semiconductor substrate 1 by the CVD method, and then planarized by reflowing at a predetermined temperature (for example, 800 ° C.). The formed second to fifth silicon oxide films 52a to 52d are formed.

上述のコンタクトホール形成工程の後、半導体基板1の上記一表面側に第1の接続部36、第2の接続部37、ドレイン電極47、ソース電極48、電極49、第4の配線104、第1の配線101、第3の配線103、各パッドVout1〜Vout8,Vsel1〜Vsel8,Vrefin,Vsuなど(図3、図4参照)を形成することによって、図21に示す構造を得る。ここで、第1の接続部36、第2の接続部37、ドレイン電極47、ソース電極48、電極49の形成にあたっては、例えば、半導体基板1の上記一表面側にTi膜をスパッタ法などにより成膜してから熱処理を行うことにより、チタンナイトライド膜からなる密着層53を形成する。続いて、半導体基板1の上記一表面側にタングステン膜をCVD法により成膜してから、エッチバックを行うことにより半導体基板1の上記一表面側の平坦化を行うことによって埋込部54を形成し、その後、半導体基板1の上記一表面側にアルミニウム膜をスパッタ法などにより成膜し、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アルミニウム膜をパターニングすることにより導電部55,56、第4の配線104、第1の配線101、第3の配線103、各パッドVout1〜Vout8,Vsel1〜Vsel8,Vrefin,Vsuなどを形成する。   After the contact hole forming step, the first connection portion 36, the second connection portion 37, the drain electrode 47, the source electrode 48, the electrode 49, the fourth wiring 104, The structure shown in FIG. 21 is obtained by forming the first wiring 101, the third wiring 103, the pads Vout1 to Vout8, Vsel1 to Vsel8, Vrefin, Vsu, and the like (see FIGS. 3 and 4). Here, in forming the first connection portion 36, the second connection portion 37, the drain electrode 47, the source electrode 48, and the electrode 49, for example, a Ti film is formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1 by a sputtering method or the like. By performing heat treatment after the film formation, the adhesion layer 53 made of a titanium nitride film is formed. Subsequently, after a tungsten film is formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1 by a CVD method, the buried portion 54 is formed by performing planarization on the one surface side of the semiconductor substrate 1 by performing etch back. After that, an aluminum film is formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1 by a sputtering method or the like, and then the aluminum film is patterned using a photolithography technique and an etching technique to thereby conduct the conductive portions 55 and 56. The fourth wiring 104, the first wiring 101, the third wiring 103, the pads Vout1 to Vout8, Vsel1 to Vsel8, Vrefin, Vsu, and the like are formed.

上述の図21の構造を得た後、半導体基板1の上記一表面側(つまり、絶縁膜50の表面側)にBPSG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。そして、第1のシリコン酸化膜31、第1のシリコン窒化膜32a、第2のシリコン窒化膜32b、絶縁膜50、パッシベーション膜60などを備え、感温部30などが埋設された積層構造部をパターニングすることにより、第2の薄膜構造部3aa、連結片3c、および各スリット13,14を形成する積層構造部パターニング工程を行う。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各パッドVout1〜Vout8,Vsel1〜Vsel8,Vrefin,Vsu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う。次に、各スリット13,14をエッチング液導入孔としてエッチング液を導入し半導体基板1を異方性エッチング(結晶異方性エッチング)することにより半導体基板1に空洞部11を形成する空洞部形成工程を行うことで、図1に示す構造の赤外線センサ100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、空洞部形成工程では、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100に分離する分離工程を行えばよい。また、上述の製造方法では、ツェナダイオードZDの製造工程について説明を省略したが、一般的なツェナダイオードの製造方法を適宜採用すればよい。   After obtaining the structure of FIG. 21 described above, a passivation film forming step of forming a passivation film 60 made of a BPSG film on the one surface side of the semiconductor substrate 1 (that is, the surface side of the insulating film 50) is performed. A laminated structure portion including the first silicon oxide film 31, the first silicon nitride film 32 a, the second silicon nitride film 32 b, the insulating film 50, the passivation film 60, etc., in which the temperature sensitive portion 30 is embedded. By patterning, a laminated structure portion patterning step for forming the second thin film structure portion 3aa, the connecting piece 3c, and the slits 13 and 14 is performed. Thereafter, an opening forming process for forming openings (not shown) for exposing the pads Vout1 to Vout8, Vsel1 to Vsel8, Vrefin, and Vsu using a photolithography technique and an etching technique is performed. Next, the cavity is formed by forming the cavity 11 in the semiconductor substrate 1 by introducing the etchant with the slits 13 and 14 as the etchant introduction holes and anisotropically etching the semiconductor substrate 1 (crystal anisotropic etching). By performing the process, the infrared sensor 100 having the structure shown in FIG. 1 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 the etching solution. However, the etching solution is not limited to the TMAH solution, and other alkaline solutions (for example, a KOH solution, etc.) ) May be used. In addition, since all the processes until the cavity part forming process is completed are performed at the wafer level, a separation process for separating the individual infrared sensors 100 may be performed after the cavity part forming process is completed. In the manufacturing method described above, the description of the manufacturing process of the Zener diode ZD is omitted, but a general method of manufacturing a Zener diode may be adopted as appropriate.

上述の赤外線センサ100では、半導体基板1として上記一表面が(100)面の単結晶のシリコン基板を用いて、エッチング速度の結晶面方位依存性を利用した異方性エッチングにより形成する空洞部11を四角錘状の形状としてあるが、四角錘状の形状に限らず、四角錘台状の形状でもよい。また、半導体基板1の上記一表面の面方位は特に限定するものではなく、例えば、半導体基板1として上記一表面がSi(110)面の単結晶のシリコン基板を用いてもよい。   In the infrared sensor 100 described above, the cavity 11 is formed by anisotropic etching using the crystal plane orientation dependence of the etching rate, using the single crystal silicon substrate whose one surface is the (100) plane as the semiconductor substrate 1. However, the shape is not limited to the quadrangular pyramid shape, and may be a quadrangular frustum shape. The plane orientation of the one surface of the semiconductor substrate 1 is not particularly limited. For example, a single crystal silicon substrate having the Si (110) surface as the one surface may be used as the semiconductor substrate 1.

また、半導体基板1の導電形は、n形に限らず、例えば、図22〜図24に示すようにp形でもよい。図22は、p形の半導体基板1がチャネル形成用領域を構成し、ドレイン領域43およびソース領域44の導電形をn形(n)とする例である。また、図23は、p形の半導体基板1に形成したp形(p)のウェル領域41がチャネル形成用領域を構成し、ドレイン領域43およびソース領域44の導電形をn形(n)とする例である。また、図24は、p形の半導体基板1に形成したn形のウェル領域41がチャネル形成用領域を構成し、ドレイン領域43およびソース領域44の導電形をp形(p)とする例である。 Further, the conductivity type of the semiconductor substrate 1 is not limited to the n-type, and may be, for example, a p-type as shown in FIGS. FIG. 22 shows an example in which the p-type semiconductor substrate 1 forms a channel formation region, and the conductivity type of the drain region 43 and the source region 44 is n-type (n + ). In FIG. 23, a p-type (p + ) well region 41 formed in the p-type semiconductor substrate 1 constitutes a channel formation region, and the conductivity type of the drain region 43 and the source region 44 is n-type (n + ). FIG. 24 shows an example in which the n-type well region 41 formed in the p-type semiconductor substrate 1 constitutes a channel formation region, and the conductivity type of the drain region 43 and the source region 44 is p-type (p + ). It is.

以上説明した本実施形態の赤外線センサ100は、サーモパイル30aにより構成される感温部30を有し半導体基板1の一表面側に形成されて半導体基板1に支持された熱型赤外線検出部3と、半導体基板1の上記一表面側に形成され感温部30の出力電圧を取り出すためのMOSトランジスタ4とを備え、MOSトランジスタ4のゲート電極46が、ゲート絶縁膜45上の導電性ポリシリコン層46aと、導電性ポリシリコン層46aを覆うシリサイド層38とを有しているので、MOSトランジスタ4のゲート電極46の抵抗を低減することができ、熱ノイズを低減することが可能となる。   The infrared sensor 100 according to the present embodiment described above includes the thermal infrared detector 3 that is formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1 and is supported on the semiconductor substrate 1, having the temperature-sensitive portion 30 constituted by the thermopile 30 a. And a MOS transistor 4 formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1 for taking out the output voltage of the temperature sensing unit 30, and the gate electrode 46 of the MOS transistor 4 is a conductive polysilicon layer on the gate insulating film 45. 46a and the silicide layer 38 covering the conductive polysilicon layer 46a, the resistance of the gate electrode 46 of the MOS transistor 4 can be reduced, and the thermal noise can be reduced.

また、本実施形態の赤外線センサ100は、サーモパイル30aの熱電対の2種類の熱電要素が、p形ポリシリコン層35とn形ポリシリコン層34とであり、p形ポリシリコン層35およびn形ポリシリコン層34それぞれにおける温接点T1側の端部と冷接点T2側の端部とがシリサイド層38により覆われているので、感度の低下を抑制しつつサーモパイル30aの抵抗を低減することができ、熱ノイズを、より低減することが可能となる。   Further, in the infrared sensor 100 of the present embodiment, two types of thermoelectric elements of the thermocouple of the thermopile 30a are the p-type polysilicon layer 35 and the n-type polysilicon layer 34, and the p-type polysilicon layer 35 and the n-type polysilicon layer 34 are included. Since the end portion on the warm junction T1 side and the end portion on the cold junction T2 side in each of the polysilicon layers 34 are covered with the silicide layer 38, the resistance of the thermopile 30a can be reduced while suppressing a decrease in sensitivity. In addition, thermal noise can be further reduced.

また、本実施形態の赤外線センサ100は、サーモパイル30aにおける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に形成されたシリサイド層38の厚さと、ゲート電極46における導電性ポリシリコン層46aに形成されたシリサイド層46bの厚さとが同一であるので、サーモパイル30におけるシリサイド層38とゲート電極46におけるシリサイド層46bとを同時に形成することが可能となり、製造コストの低減を図れる。   In addition, the infrared sensor 100 of this embodiment includes the thickness of the silicide layer 38 formed on at least one of the p-type polysilicon layer 35 and the n-type polysilicon layer 34 in the thermopile 30a, and the conductive polysilicon in the gate electrode 46. Since the thickness of the silicide layer 46b formed in the layer 46a is the same, the silicide layer 38 in the thermopile 30 and the silicide layer 46b in the gate electrode 46 can be formed at the same time, and the manufacturing cost can be reduced.

この赤外線センサ100の製造にあたっては、半導体基板1の上記一表面側にノンドープポリシリコン層を形成した後、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とn形ポリシリコン層34との少なくとも一方に対応する部分と導電性ポリシリコン層46aに対応する部分とが残るようにノンドープポリシリコン層をパターニングし、その後、ノンドープポリシリコン層に不純物を注入して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と導電性ポリシリコン層46aとを形成し、その後、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表面側にサーモパイル30aにおけるシリサイド層38を形成するのと同時に、導電性ポリシリコン層46aの表面側にゲート電極46におけるシリサイド層46bを形成すればよい。   In manufacturing the infrared sensor 100, after forming a non-doped polysilicon layer on the one surface side of the semiconductor substrate 1, at least one of the p-type polysilicon layer 35 and the n-type polysilicon layer 34 among the non-doped polysilicon layers. The non-doped polysilicon layer is patterned so as to leave a portion corresponding to the conductive polysilicon layer 46a and a portion corresponding to the conductive polysilicon layer 46a, and then impurities are implanted into the non-doped polysilicon layer to form the p-type polysilicon layer 35 and the n-type polysilicon. At least one of the silicon layer 34 and the conductive polysilicon layer 46a are formed, and then a silicide layer 38 in the thermopile 30a is formed on at least one surface side of the p-type polysilicon layer 35 and the n-type polysilicon layer 34. At the same time, the gate electrode 46 is formed on the surface side of the conductive polysilicon layer 46a. May be formed takes silicide layer 46b.

上述の図1の例では、p形ポリシリコン層35のシリサイド層38とゲート電極46のシリサイド層46bとを同時に形成することができる。また、上述の図13〜図21および図1を参照しながら説明した製造方法の例では、第1のノンドープポリシリコン層120を形成した後、第1のノンドープポリシリコン層120のうちp形ポリシリコン層35に対応する部分と導電性ポリシリコン層46aに対応する部分とが残るように第1のノンドープポリシリコン層120をパターニングし、その後、第1のノンドープポリシリコン層120に不純物を注入してp形ポリシリコン層35と導電性ポリシリコン層46aとを形成し、その後、p形ポリシリコン層35の表面側にサーモパイル30aにおけるシリサイド層38を形成するのと同時に、導電性ポリシリコン層46aの表面側にゲート電極46におけるシリサイド層46bを形成している。   In the example of FIG. 1 described above, the silicide layer 38 of the p-type polysilicon layer 35 and the silicide layer 46b of the gate electrode 46 can be formed simultaneously. Further, in the example of the manufacturing method described with reference to FIGS. 13 to 21 and FIG. 1 described above, after forming the first non-doped polysilicon layer 120, the p-type poly-silicon in the first non-doped polysilicon layer 120 is formed. The first non-doped polysilicon layer 120 is patterned so that a portion corresponding to the silicon layer 35 and a portion corresponding to the conductive polysilicon layer 46a remain, and then impurities are implanted into the first non-doped polysilicon layer 120. Then, the p-type polysilicon layer 35 and the conductive polysilicon layer 46a are formed. Thereafter, the silicide layer 38 in the thermopile 30a is formed on the surface side of the p-type polysilicon layer 35, and at the same time, the conductive polysilicon layer 46a. A silicide layer 46b in the gate electrode 46 is formed on the surface side of the substrate.

なお、サーモパイル30aにおけるp形ポリシリコン層35およびn形ポリシリコン層34とゲート電極46における導電性ポリシリコン層46aとを同一厚さとし、サーモパイル30におけるシリサイド層38とゲート電極46におけるシリサイド層46bとの厚さを同一としてもよく、サーモパイル30におけるシリサイド層38とゲート電極46におけるシリサイド層46bとを同時に形成することが可能となり、製造コストの低減を図れる。   The p-type polysilicon layer 35 and the n-type polysilicon layer 34 in the thermopile 30a and the conductive polysilicon layer 46a in the gate electrode 46 have the same thickness, and the silicide layer 38 in the thermopile 30 and the silicide layer 46b in the gate electrode 46 The silicide layer 38 in the thermopile 30 and the silicide layer 46b in the gate electrode 46 can be formed at the same time, and the manufacturing cost can be reduced.

また、本実施形態の赤外線センサ100は、半導体基板1の上記一表面側において熱型赤外線検出部3の一部の直下に空洞部11が形成されており、熱型赤外線検出部3が、半導体基板1の上記一表面側で空洞部11の周部に形成された支持部3dと、半導体基板1の上記一表面側で平面視において空洞部11を覆う第1の薄膜構造部3aとを備え、第1の薄膜構造部3aが、空洞部11の周方向に沿って並設され支持部3dに支持された複数の第2の薄膜構造部3aaと、互いに対向する第2の薄膜構造部3aa同士を連結する連結片3cとを有し、各第2の薄膜構造部3aaごとに第2の薄膜構造部3aaと支持部3dとに跨ってサーモパイル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。しかして、本実施形態の赤外線センサ100では、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、感度の向上を図れる。また、本実施形態の赤外線センサ100では、第1の薄膜構造部3aが、空洞部11の周方向に沿って並設され支持部3dに支持された複数の第2の薄膜構造部3aaと、互いに対向する第2の薄膜構造部3aa,3aa同士を連結する連結片3cとを有し、各第2の薄膜構造部3aaごとに第2の薄膜構造部3aaと支持部3dとに跨ってサーモパイル30aが設けられていることにより、各第2の薄膜構造部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。   Further, in the infrared sensor 100 of the present embodiment, a cavity 11 is formed immediately below a part of the thermal infrared detector 3 on the one surface side of the semiconductor substrate 1, and the thermal infrared detector 3 is a semiconductor. A support portion 3d formed on the peripheral portion of the cavity portion 11 on the one surface side of the substrate 1 and a first thin film structure portion 3a that covers the cavity portion 11 in plan view on the one surface side of the semiconductor substrate 1 are provided. The first thin film structure portion 3a is arranged in parallel along the circumferential direction of the cavity portion 11 and the plurality of second thin film structure portions 3aa supported by the support portion 3d, and the second thin film structure portions 3aa facing each other. Each of the second thin film structure portions 3aa is provided with a thermopile 30a straddling the second thin film structure portion 3aa and the support portion 3d, and an output is provided for each thermopile 30a. Take out the temperature compared to All of the thermopile 30a are electrically connected with output change becomes large connection relationship of. Therefore, in the infrared sensor 100 of the present embodiment, all the thermopile 30a is electrically connected in a connection relationship in which the output change with respect to the temperature change is larger than when the output is taken out for each thermopile 30a. The sensitivity can be improved. Further, in the infrared sensor 100 of the present embodiment, the first thin film structure portion 3a includes a plurality of second thin film structure portions 3aa arranged in parallel along the circumferential direction of the cavity portion 11 and supported by the support portion 3d; The second thin film structure portions 3aa, 3aa facing each other, and a connecting piece 3c for connecting the two thin film structure portions 3aa to each other, and the thermopile straddling the second thin film structure portion 3aa and the support portion 3d for each second thin film structure portion 3aa. By providing 30a, the warpage of each second thin film structure portion 3aa can be reduced, the structural stability can be improved, and the sensitivity is stabilized.

また、本実施形態の赤外線センサ100は、サーモパイル30aが、p形ポリシリコン層35とn形ポリシリコン層34とが互いに異なる面上に形成されているので、p形ポリシリコン層35とn形ポリシリコン層34とが同一面上に形成されている場合に比べて、サーモパイル30aにおける熱電対の数を増やすことが可能となり、高感度化を図ることが可能となる。   Further, in the infrared sensor 100 of the present embodiment, the thermopile 30a is formed on the surfaces where the p-type polysilicon layer 35 and the n-type polysilicon layer 34 are different from each other, and therefore the p-type polysilicon layer 35 and the n-type polysilicon layer 35 are formed. Compared with the case where the polysilicon layer 34 is formed on the same surface, the number of thermocouples in the thermopile 30a can be increased, and high sensitivity can be achieved.

ところで、上述の赤外線センサ100では、n形ポリシリコン層34とp形ポリシリコン層35とを互いに異なる2つの層に分けて配置してあるが、これに限らず、例えば、図25に示すように、互いに異なる4つの層にn形ポリシリコン層34およびp形ポリシリコン層35を分けて配置するようにしてもよい。   By the way, in the infrared sensor 100 described above, the n-type polysilicon layer 34 and the p-type polysilicon layer 35 are divided into two different layers, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. In addition, the n-type polysilicon layer 34 and the p-type polysilicon layer 35 may be separately arranged in four different layers.

また、上述の赤外線センサ100において、半導体基板1の空洞部11は、半導体基板1の厚み方向に貫通する形で形成してもよく、この場合は、空洞部11を形成する空洞部形成工程において、半導体基板1の上記一表面とは反対の他表面側から、半導体基板1における空洞部11の形成予定領域を、例えば誘導結合プラズマ(ICP)型のドライエッチング装置を用いた異方性エッチング技術を利用して形成すればよい。また、赤外線センサ100は、感温部30を構成するサーモパイル30aの数も複数に限らず、1つでもよい。   In the infrared sensor 100 described above, the cavity 11 of the semiconductor substrate 1 may be formed so as to penetrate in the thickness direction of the semiconductor substrate 1. In this case, in the cavity forming process for forming the cavity 11. An anisotropic etching technique using, for example, an inductively coupled plasma (ICP) type dry etching apparatus, to form a region where the cavity 11 is to be formed in the semiconductor substrate 1 from the other surface side opposite to the one surface of the semiconductor substrate 1 What is necessary is just to form using. In addition, the infrared sensor 100 is not limited to a plurality of thermopiles 30a constituting the temperature sensing unit 30, and may be one.

1 半導体基板
3 熱型赤外線検出部
3a 第1の薄膜構造部
3aa 第2の薄膜構造部
3c 連結片
3d 支持部
4 MOSトランジスタ
11 空洞部
30 感温部
30a サーモパイル
34 n形ポリシリコン層
35 p形ポリシリコン層
38 シリサイド層
45 ゲート絶縁膜
46 ゲート電極
46a 導電性ポリシリコン層
46b シリサイド層
100 赤外線センサ
120 第1のノンドープポリシリコン層
T1 温接点
T2 冷接点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 3 Thermal infrared detection part 3a 1st thin film structure part 3aa 2nd thin film structure part 3c Connection piece 3d Support part 4 MOS transistor 11 Cavity part 30 Temperature sensing part 30a Thermopile 34 n-type polysilicon layer 35 p-type Polysilicon layer 38 Silicide layer 45 Gate insulating film 46 Gate electrode 46a Conductive polysilicon layer 46b Silicide layer 100 Infrared sensor 120 First non-doped polysilicon layer T1 Hot junction T2 Cold junction

Claims (6)

サーモパイルにより構成される感温部を有し半導体基板の一表面側に形成されて前記半導体基板に支持された熱型赤外線検出部と、前記半導体基板の前記一表面側に形成され前記感温部の出力電圧を取り出すためのMOSトランジスタとを備えた赤外線センサであって、前記MOSトランジスタのゲート電極は、ゲート絶縁膜上の導電性ポリシリコン層と、前記導電性ポリシリコン層を覆うシリサイド層とを有することを特徴とする赤外線センサ。   A thermal infrared detector formed on one surface side of a semiconductor substrate having a temperature sensitive portion constituted by a thermopile and supported by the semiconductor substrate; and the temperature sensitive portion formed on the one surface side of the semiconductor substrate And an MOS sensor for taking out the output voltage of the MOS transistor, wherein the gate electrode of the MOS transistor includes a conductive polysilicon layer on a gate insulating film, a silicide layer covering the conductive polysilicon layer, and An infrared sensor characterized by comprising: 前記サーモパイルの熱電対の2種類の熱電要素が、p形ポリシリコン層とn形ポリシリコン層とであり、前記p形ポリシリコン層および前記n形ポリシリコン層それぞれにおける温接点側の端部と冷接点側の端部とがシリサイド層により覆わ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。   Two types of thermoelectric elements of the thermopile thermocouple are a p-type polysilicon layer and an n-type polysilicon layer, and the end portions on the hot junction side in the p-type polysilicon layer and the n-type polysilicon layer, respectively 2. The infrared sensor according to claim 1, wherein an end portion on the cold junction side is covered with a silicide layer. 前記サーモパイルにおける前記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に形成されたシリサイド層の厚さと、前記ゲート電極における前記導電性ポリシリコン層に形成されたシリサイド層の厚さとが同一であることを特徴とする請求項2記載の赤外線センサ。   The thickness of the silicide layer formed on at least one of the p-type polysilicon layer and the n-type polysilicon layer in the thermopile, and the thickness of the silicide layer formed on the conductive polysilicon layer in the gate electrode The infrared sensor according to claim 2, wherein the infrared sensors are the same. 前記サーモパイルは、前記p形ポリシリコン層と前記n形ポリシリコン層とが互いに異なる面上に形成されてなることを特徴とする請求項2または請求項3記載の赤外線センサ。   4. The infrared sensor according to claim 2, wherein the thermopile includes the p-type polysilicon layer and the n-type polysilicon layer formed on different surfaces. 5. 前記半導体基板の前記一表面側において前記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、前記熱型赤外線検出部は、前記半導体基板の前記一表面側で前記空洞部の周部に形成された支持部と、前記半導体基板の前記一表面側で平面視において前記空洞部を覆う第1の薄膜構造部とを備え、前記第1の薄膜構造部は、前記空洞部の周方向に沿って並設され前記支持部に支持された複数の第2の薄膜構造部と、互いに対向する前記第2の薄膜構造部同士を連結する連結片とを有し、前記各第2の薄膜構造部ごとに前記第2の薄膜構造部と前記支持部とに跨って前記サーモパイルが設けられるとともに、前記各サーモパイル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前記サーモパイルが電気的に接続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。   A cavity is formed immediately below a part of the thermal infrared detector on the one surface side of the semiconductor substrate, and the thermal infrared detector is formed on the one surface side of the semiconductor substrate. A support portion formed on a peripheral portion; and a first thin film structure portion that covers the cavity portion in plan view on the one surface side of the semiconductor substrate, and the first thin film structure portion is formed of the cavity portion. A plurality of second thin film structure portions arranged side by side along the circumferential direction and supported by the support portion; and a connecting piece for connecting the second thin film structure portions facing each other; A connection relationship in which the thermopile is provided across the second thin film structure portion and the support portion for each thin film structure portion, and the output change with respect to the temperature change is larger than when the output is taken out for each thermopile. In all the thermopies There infrared sensor according to any one of claims 1 to 3, characterized by comprising electrically connected. 請求項3記載の赤外線センサの製造方法であって、前記半導体基板の前記一表面側にノンドープポリシリコン層を形成した後、前記ノンドープポリシリコン層のうち前記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に対応する部分と前記導電性ポリシリコン層に対応する部分とが残るように前記ノンドープポリシリコン層をパターニングし、その後、前記ノンドープポリシリコン層に不純物を注入して前記p形ポリシリコン層と前記n形ポリシリコン層との少なくとも一方と前記導電性ポリシリコン層とを形成し、その後、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表面側に前記サーモパイルにおける前記シリサイド層を形成するのと同時に、前記導電性ポリシリコン層の表面側に前記ゲート電極における前記シリサイド層を形成することを特徴とする赤外線センサの製造方法。   4. The method of manufacturing an infrared sensor according to claim 3, wherein after forming a non-doped polysilicon layer on the one surface side of the semiconductor substrate, the p-type polysilicon layer and the n-type polysilicon in the non-doped polysilicon layer. The non-doped polysilicon layer is patterned so that a portion corresponding to at least one of the silicon layers and a portion corresponding to the conductive polysilicon layer remain, and then impurities are implanted into the non-doped polysilicon layer to form the p Forming at least one of a p-type polysilicon layer and the n-type polysilicon layer and the conductive polysilicon layer, and then forming at least one surface side of the p-type polysilicon layer and the n-type polysilicon layer; Simultaneously with forming the silicide layer in the thermopile, the gate is formed on the surface side of the conductive polysilicon layer. Method for manufacturing an infrared sensor, and forming the silicide layer in the gate electrode.
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