JP2014016295A - 半導体物理量センサ - Google Patents

Abstract

【課題】受光素子の感度が低下してしまうのをより抑制することのできる半導体物理量センサを得る。
【解決手段】半導体物理量センサ１０は、キャビティ２１が形成された半導体基材２０と、キャビティ２１上に配置される誘電体薄板部６１を有し、半導体基材２０の一面２０ａ側に固定される誘電体６０と、誘電体薄板部６１上に配置される受光素子４０と、を備えている。そして、誘電体６０の一部に形成された固定部６２によって誘電体６０を半導体基材２０に部分的に固定し、半導体基材２０の一面２０ａと誘電体薄板部６１における一面側の面６１ａとの間に隙間Ｓが形成されるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体物理量センサに関する。

従来、半導体物理量センサとして、キャビティが形成された半導体基板と、キャビティ上に配置される薄板部を有し、半導体基板の一面側に固定される誘電体と、誘電体の薄板部上に配置される受光素子と、を備える赤外線センサが知られている（例えば特許文献１参照）。

この特許文献１では、受光素子として焦電体を用いている。この焦電体は、外力を受けない場合においても結晶部内部において自発分極を有する材料であり、結晶の温度が変化した場合に、自発分極の温度依存性に起因した電荷が結晶表面にあらわれる材料である。このように、特許文献１には、上述した焦電体の機能特性を利用して温度の変化を検出するようにした赤外線センサが開示されている。

特開平１１−１４８８６８号公報

ところで、上述したような赤外線センサは、一般的に、検出部から半導体基板へと導くための金属配線を配置することで、検出部において発生する電位を測定できるようにしている。したがって、検出部で受けた熱は、金属配線を介して検出部から半導体基板へと伝達されることとなり、検出部の感度が低下してしまう。

また、受光素子の検出部周囲の基材容積が大きくなると、その分熱容量が大きくなって、検出部で受けた熱に対する応答が遅くなるため、検出部の感度が低下してしまう。

そこで、上記特許文献１では、はり部を介して薄板部を半導体基板に固定している。このように、薄板部の半導体基板への固定構造をはり構造とすることで、検出部周囲の基材容積の体積を低減させることができる上、薄板部の半導体基板との接合領域をより少なくすることができる。すなわち、検出部周囲の熱容量をより小さくすることができる上、検出部から半導体基板への熱伝導を抑制することができる。その結果、検出感度が低下してしまうのを抑制することができるようになる。

このように、上記特許文献１に記載の半導体物理量センサを用いても、検出感度が低下してしまうのを抑制することが可能であるが、検出感度が低下してしまうのをより抑制できるようにするのが好ましい。

そこで、本発明は、受光素子の感度が低下してしまうのをより抑制することのできる半導体物理量センサを得ることを目的とする。

本発明の第１の特徴は、キャビティが形成された半導体基材と、前記キャビティ上に配置される誘電体薄板部を有し、前記半導体基材の一面側に固定される誘電体と、前記誘電体薄板部上に配置される受光素子と、を備える半導体物理量センサであって、前記誘電体は、当該誘電体の一部に形成された固定部によって前記半導体基材に部分的に固定されており、前記半導体基材の一面と前記誘電体薄板部における前記一面側の面との間に隙間が形成されていることを要旨とする。

本発明の第２の特徴は、前記固定部は、前記半導体基材における前記キャビティの外周部の周囲の一部に固定されていることを要旨とする。

本発明の第３の特徴は、前記受光素子において発生する電位を取り出す電位取り出し部を前記半導体基材の一面から離間した状態で配置したことを要旨とする。

本発明の第４の特徴は、前記固定部上に前記電位取り出し部を配置したことを要旨とする。

本発明の第５の特徴は、前記固定部と前記誘電体とが同一の材料で形成されていることを要旨とする。

本発明の第６の特徴は、前記半導体基材が単結晶シリコンで形成されており、前記キャビティは、前記半導体基材の一面側から異方性エッチングを施すことにより形成されていることを要旨とする。

本発明の第７の特徴は、前記半導体基材が単結晶シリコンで形成されており、当該単結晶シリコンで形成された半導体基材に高濃度不純物拡散部を形成し、当該高濃度不純物拡散部上に半導体基材の電位を取り出す電位取り出し部を設けたことを要旨とする。

本発明の第８の特徴は、前記誘電体薄板部がはり部を備えており、当該はり部に前記固定部が形成されていることを要旨とする。

本発明の第９の特徴は、前記受光素子が焦電体であることを要旨とする。

本発明によれば、誘電体に形成した固定部によって、誘電体を半導体基材に局所的に固定している。このとき、半導体基材の一面と誘電体薄板部における一面側の面との間に隙間が形成されるように、誘電体を半導体基材に固定している。その結果、受光素子が形成される誘電体薄板部と半導体基材とをより熱的に絶縁された状態に近づかせることができるようになり、受光素子の感度が低下してしまうのをより抑制することができる。

本発明の第１実施形態にかかる半導体物理量センサを示す平面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第１実施形態にかかる誘電体の製造方法を（ａ）から（ｄ）にかけて模式的に示す断面図である。 本発明の第２実施形態にかかる半導体物理量センサを示す要部拡大断面図である。 本発明の第３実施形態にかかる半導体物理量センサを示す平面図である。 図５のＢ−Ｂ断面図である。 図５のＣ−Ｃ断面図である。 本発明の第４実施形態にかかる半導体物理量センサを示す平面図である。 図８のＤ−Ｄ断面図である。 本発明の第５実施形態にかかる半導体物理量センサを示す平面図である。 図１０のＥ−Ｅ断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。以下では、半導体物理量センサとして、赤外線センサを例示する。

また、以下の複数の実施形態には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、それら同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
本実施形態にかかる赤外線センサ（半導体物理量センサ）１０は、図１および図２に示すように、キャビティ２１が形成された半導体基板（半導体基材）２０を備えている。また、赤外線センサ１０は、半導体基板２０のキャビティ２１上に配置される誘電体薄板部６１を有する誘電体６０を備えており、この誘電体６０は、半導体基板２０の表面（一面）２０ａ側に固定されている。そして、誘電体６０の誘電体薄板部６１上には、焦電体（受光素子）４０が配置されている。

半導体基板２０は、単結晶シリコンを用いて形成されており、平面視で輪郭形状が矩形状となるように形成されている。そして、単結晶シリコンで形成された半導体基板２０の任意の部位（本実施形態では、半導体基板２０の四隅の一角）には、高濃度不純物拡散部２２が形成されており、当該高濃度不純物拡散部２２上に半導体基板２０の電位を取り出す電位取り出し部２３が設けられている。

キャビティ２１は、本実施形態では略円柱状をしており、半導体基板２０を厚さ方向に貫通するように形成されている。

このキャビティ２１は、公知の半導体プロセス、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）などにより垂直エッチング加工をすることで形成することができる。反応性イオンエッチングとしては、例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）を備えたエッチング装置によるＩＣＰ加工を利用することができる。

高濃度不純物拡散部２２は、単結晶シリコンで形成された半導体基板２０に、当該半導体基板２０と同一導電型の不純物をイオン注入するあるいは不純物拡散により導入することで形成することができる。このような高濃度不純物拡散部２２を設けることで、当該高濃度不純物拡散部２２に導電性を持たせることができるようになる。

電位取り出し部２３は、Ｃｒ，Ａｕなどの導電性を有する金属材料で形成されており、図示せぬワイヤボンディングを介して、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などのＩＣチップ（図示せず）に電気的に接続されている。本実施形態では、この電位取り出し部２３を介して半導体基板２０が所定の電位（例えば、グランド電位などの基準となる電位）で保持されるようにしている。なお、電位取り出し部２３は、高濃度不純物拡散部２２に設ける必要はなく、半導体基板２０の高濃度不純物拡散部２２以外の部位に設けてもよい。

誘電体６０は、ガラスや窒化珪素などの材料によって薄板状に形成されており、この誘電体６０の中央部には、略円板状の誘電体薄板部６１が形成されている。そして、誘電体薄板部６１の径方向の両端には、はり部６３がそれぞれ径外方向に突出するように形成されており、このはり部６３の先端を半導体基板２０の表面２０ａに固定することで、誘電体６０が半導体基板２０に固定されている。

本実施形態では、２つのはり部６３は、それぞれ反対方向に突出するように薄板部６１に設けられており、それぞれのはり部６３が矩形状の半導体基板２０の対角線上に位置するようにした状態で、誘電体６０を半導体基板２０に固定している。このとき、誘電体６０は、平面視で誘電体薄板部６１がキャビティ２１を覆うように半導体基板２０に固定される。すなわち、本実施形態では、誘電体薄板部６１は、キャビティ２１の径よりも大径となるように形成されており、キャビティ２１と同心状に配置されている。

焦電体４０は、外力を受けない場合においても結晶部内部において自発分極を有する材料であり、結晶の温度が変化した場合に、自発分極の温度依存性に起因した電荷が結晶表面にあらわれる材料である。この焦電体４０の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの高誘電率材料が一般的に利用されるが、これ以外にも、例えば、ＡＩＮ、ＺｎＯおよびＦ−ＢＡＲなどの材料を用いることができる。

そして、下部電極３０および上部電極５０が焦電体４０の表裏面を挟むように設けられている。

下部電極３０は、例えば、Ｃｒ，Ａｕなどの導電性を有する金属材料を用いて形成することができる。そして、この下部電極３０には金属配線３２が連結されており、この金属配線３２を介して電位取り出し部３１が下部電極３０に電気的に接続されている。この電位取り出し部３１は、誘電体６０を介して半導体基板２０の表面２０ａに配置されている。具体的には、図１に示すように、２つのはり部６３のうち一方のはり部（図１の左下のはり部）６３の半導体基板２０への取り付け部分に、電位取り出し部３１が配置されており、この電位取り出し部３１と下部電極３０とを連結（電気的に接続）するように金属配線３２が設けられている。なお、金属配線３２は、誘電体６０上（誘電体薄板部６１上および一方のはり部６３上）に設けられている。

そして、この電位取り出し部３１も、Ｃｒ，Ａｕなどの導電性を有する金属材料で形成されており、図示せぬワイヤボンディングを介して、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などのＩＣチップ（図示せず）に電気的に接続されている。こうして、下部電極３０の電位がＩＣチップ（図示せず）に出力されるようにしている。

一方、上部電極５０は、Ｃｒ，Ａｕなどの導電性を有する金属材料を用いて形成することができる。そして、この上部電極５０には金属配線５２が連結されており、この金属配線５２を介して電位取り出し部５１が上部電極５０に電気的に接続されている。この電位取り出し部５１も、誘電体６０を介して半導体基板２０の表面２０ａに配置されている。具体的には、図１に示すように、２つのはり部６３のうち他方のはり部（図１の右上のはり部）６３の半導体基板２０への取り付け部分に、電位取り出し部５１が配置されており、この電位取り出し部５１と上部電極５０とを連結（電気的に接続）するように金属配線５２が設けられている。この金属配線５２も誘電体６０上（誘電体薄板部６１上および他方のはり部６３上）に設けられている。なお、本実施形態では、図１および図２に示すように、誘電体６０側から下部電極３０、焦電体４０、上部電極５０の順に積層されており、この順に径が小径となるように形成されている。そのため、上部電極５０から誘電体６０にかけて絶縁層７０を形成し、この絶縁層７０上に金属配線５２を配置することで、上部電極５０と下部電極３０との短絡を防止している。

そして、電位取り出し部５１も、Ｃｒ，Ａｕなどの導電性を有する金属材料で形成されており、図示せぬワイヤボンディングを介して、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などのＩＣチップ（図示せず）に電気的に接続されている。こうして、上部電極５０の電位がＩＣチップ（図示せず）に出力されるようにしている。

ここで、本実施形態では、誘電体６０を、当該誘電体６０の一部に形成された突起部（固定部）６２によって半導体基板（半導体基材）２０に部分的に固定させるようにしている。

具体的には、誘電体６０の一部である誘電体薄板部６１の外周部に、周方向に沿って等間隔に点在するように複数（本実施形態では、８つ）の突起部６２を設けている。この突起部６２は、誘電体薄板部６１の外周部の裏面６１ａ側から半導体基板２０の表面（一面）２０ａ側に向けて突出するように形成されている。そして、複数の突起部６２を、半導体基板（半導体基材）２０におけるキャビティ２１の外周部２０ｂの周囲にそれぞれ固定している。こうすることで、半導体基板２０の表面（一面）２０ａと誘電体薄板部６１の裏面（誘電体薄板部における一面側の面）６１ａとの間に隙間Ｓが形成されるようにしている。

このように、本実施形態では、突起部６２は、半導体基板（半導体基材）２０におけるキャビティ２１の外周部２０ｂの周囲の一部に固定されている。すなわち、半導体基板（半導体基材）２０におけるキャビティ２１の外周部２０ｂの周囲の全周が固定部（突起部６２）によって固定されないようにしている。

さらに、本実施形態では、金属配線３１、５１が配置されるはり部６３の延在部６３ａを誘電体薄板部６１と平行に延設することで、延在部６３ａが半導体基板２０の表面（一面）２０ａから離間配置されるようにしている。また、延在部６３ａの先端を略垂直に屈曲させることで、電極固定部６３ｂを形成している。そして、半導体基板２０の表面（一面）２０ａに固定された電極固定部６３ｂ上に電位取り出し部３１，５１を配置している。

また、突起部（固定部）６２と誘電体６０とを同一の材料で形成するのが好適である。こうすれば、誘電体６０を形成する際に、突起部（固定部）６２を一体に形成することが可能となる。

以下、突起部（固定部）６２を誘電体６０と一体に形成する方法の一例を説明する。

まず、図３（ａ）に示す半導体基板（半導体基材）２０の表面（一面）２０ａ上に犠牲層８１を形成する（図３（ｂ）参照）。この犠牲層８１は、酸化シリコンなどの材料をスピンコートなどによってパターニングすることで形成することができる。なお、犠牲層８１には貫通孔８１ａが形成されている。

そして、貫通孔８１ａが形成された犠牲層８１の上面に、誘電層６０Ａをパターニングする（図３（ｃ）参照）。このとき、貫通孔８１ａの内部に誘電層６０Ａが入り込むように、誘電層６０Ａをパターニングする。最後に、犠牲層８１を取り除くことで、突起部（固定部）６２を有する誘電体６０が形成される（図３（ｄ）参照）。

かかる構成とした赤外線センサ１０を用いることで、図示せぬ被検知物体（例えば、人の手など）が赤外線センサ１０の近傍に存在しているか否かを検知することができる。

具体的には、まず、図示せぬ被検知物体（例えば、人の手など）からの赤外線が焦電体４０に入射、吸収されると、焦電体４０内の結晶の温度が変化する。このように、焦電体４０内の結晶の温度が変化すると、自発分極の温度依存性に起因した電荷が結晶表面にあらわれる。そして、結晶表面に電荷があらわれることで、上部電極５０と下部電極３０との電位差が変化し、この電位差の変化がＩＣチップ（図示せず）に出力されることで、図示せぬ被検知物体（例えば、人の手など）が赤外線センサ１０の近傍に存在していることが、赤外線センサ１０によって検知される。

以上、説明したように、本実施形態では、誘電体６０を、当該誘電体６０の一部に形成された突起部（固定部）６２によって半導体基板（半導体基材）２０に部分的に固定させるようにしている。具体的には、誘電体６０は、当該誘電体６０に形成した突起部（固定部）６２によって、半導体基板（半導体基材）２０に局所的に固定されている。このとき、半導体基板（半導体基材）２０の表面（一面）２０ａと誘電体薄板部６１の裏面（誘電体薄板部における一面側の面）６１ａとの間に隙間Ｓが形成されるように、誘電体６０を半導体基板（半導体基材）２０に固定している。

このように、本実施形態では、誘電体６０は、半導体基板２０の表面２０ａと誘電体薄板部６１の裏面６１ａとの間に隙間Ｓが形成された状態で、突起部（固定部）６２によって半導体基板２０に局所的に固定されている。その結果、誘電体薄板部６１と半導体基板２０との接触面積を低減させて誘電体薄板部６１から半導体基板２０への熱伝導を抑制することができる上、隙間Ｓによっても誘電体薄板部６１から半導体基板２０への熱伝導を抑制することができるようになる。このように、本実施形態によれば、焦電体４０が形成される誘電体薄板部６１と半導体基板２０とをより熱的に絶縁された状態に近づかせることができるようになり、焦電体（受光素子）４０の感度が低下してしまうのをより抑制することができる。

また、本実施形態によれば、突起部６２は、半導体基板（半導体基材）２０におけるキャビティ２１の外周部２０ｂの周囲の一部に固定されている。すなわち、半導体基板（半導体基材）２０におけるキャビティ２１の外周部２０ｂの周囲の全周が固定部（突起部６２）によって固定されないようにしている。そのため、誘電体薄板部６１と半導体基板２０との接触面積をさらに低減させることができ、誘電体薄板部６１から半導体基板２０への熱伝導をより一層抑制することができるようになる。

また、本実施形態によれば、はり部６３の延在部６３ａが半導体基板２０の表面（一面）２０ａから離間配置されるようにしている。

ところで、延在部６３ａには、誘電体６０よりも熱伝導性が高い金属配線３２、５２が配置されている。そのため、延在部６３ａを半導体基板２０の表面（一面）２０ａ上に直接配置すると、焦電体（受光素子）４０に吸収された熱が、金属配線３２、５２から半導体基板２０へと伝導してしまい、焦電体（受光素子）４０の感度が低下してしまうおそれがある。

しかしながら、本実施形態のように、延在部６３ａを半導体基板２０の表面（一面）２０ａから離間配置させれば、延在部６３ａを半導体基板２０の表面（一面）２０ａ上に直接配置した場合に比べて、金属配線３２、５２から半導体基板２０へと熱が伝導してしまうのを抑制することができる。その結果、焦電体４０が形成される誘電体薄板部６１と半導体基板２０とをより熱的に絶縁された状態に近づかせることができるようになり、焦電体（受光素子）４０の感度が低下してしまうのをより抑制することができる。

また、本実施形態によれば、突起部（固定部）６２と誘電体６０とを同一の材料で形成している。こうすれば、誘電体薄板部６１を形成（薄膜成膜）する際に、突起部（固定部）６２を同時に形成することが可能となり、製造工程の簡素化および構造の簡素化を図ることができるようになる。

また、本実施形態によれば、半導体基板（半導体基材）２０を単結晶シリコンで形成し、単結晶シリコンで形成した半導体基板（半導体基材）２０に不純物を注入して高濃度不純物拡散部２２を形成した。そして、高濃度不純物拡散部２２上に半導体基板（半導体基材）２０の電位を取り出す電位取り出し部２３を設けた。このように、導電性を持たせた高濃度不純物拡散部２２に電位取り出し部２３を設けることで、半導体基板（半導体基材）２０の電位調整が行いやすくなり、より容易に半導体基板（半導体基材）２０を所望の電位となるように保持することができるようになる。その結果、赤外線センサ１０のノイズを低減させることができるようになる。

また、受光素子として焦電体４０を用いることで、赤外線センサ１０をより安価に製造することができる。

（第２実施形態）
本実施形態にかかる赤外線センサ（半導体物理量センサ）１０Ａは、基本的に上記第１実施形態の赤外線センサ（半導体物理量センサ）１０と同様の構成をしている。

すなわち、赤外線センサ（半導体物理量センサ）１０Ａは、単結晶シリコンで形成され、キャビティ２１が形成された半導体基板（半導体基材）２０を備えている。また、赤外線センサ１０は、半導体基板２０のキャビティ２１上に配置される誘電体薄板部６１を有する誘電体６０を備えており、この誘電体６０は、半導体基板２０の表面（一面）２０ａ側に固定されている。そして、誘電体６０の誘電体薄板部６１上には、焦電体（受光素子）４０が配置されている。

そして、下部電極３０および上部電極５０が焦電体４０の表裏面を挟むように設けられている。

また、誘電体薄板部６１には、延在部６３ａと電極固定部６３ｂとを有するはり部６３が突設されており、このはり部６３の先端を半導体基板２０の表面２０ａに固定することで、誘電体６０を半導体基板２０に固定している。そして、はり部６３の延在部６３ａおよび電極固定部６３ｂ上には、金属配線３２、５２および電位取り出し部３１，５１が配置されている。

また、本実施形態においても、誘電体６０を、当該誘電体６０の一部に形成された突起部（固定部）６２によって半導体基板（半導体基材）２０に部分的に固定させるようにしている。このとき、誘電体６０は、半導体基板２０の表面２０ａと誘電体薄板部６１の裏面６１ａとの間に隙間Ｓが形成された状態で、突起部（固定部）６２によって半導体基板２０に局所的に固定されている。

ここで、本実施形態にかかる赤外線センサ（半導体物理量センサ）１０Ａが上記第１実施形態の赤外線センサ（半導体物理量センサ）１０と主に異なる点は、焦電体（受光素子）４０において発生する電位を取り出す電位取り出し部３１，５１を半導体基板（半導体基材）２０の表面（一面）２０ａから離間した状態で配置した点にある。

本実施形態では、はり部６３の電極固定部６３ｂに対応する部位を厚肉にすることで、電位取り出し部３１，５１を半導体基板（半導体基材）２０の表面（一面）２０ａから離間配置させている。

具体的には、図４に示すように、はり部６３の電極固定部６３ｂに対応する部位を半導体基板２０の厚さ方向に複数回屈曲させて第２の突起部６４を形成することで、電極固定部６３ｂの厚さが誘電体薄板部６１（誘電体６０）の層厚よりも厚くなるようにしている。この第２の突起部６４は、突起部（固定部）６２と同様に、誘電体６０と同一の材料で形成されており、誘電体薄板部６１を形成（薄膜成膜）する際に、第２の突起部６４も同時に形成している。なお、第２の突起部６４は、誘電体６０とは別体に形成することも可能である。

そして、第２の突起部６４を半導体基板２０の表面２０ａに固定し、第２の突起部６４を有する電極固定部６３ｂ上に電位取り出し部３１，５１を配置することで、電位取り出し部３１，５１が半導体基板（半導体基材）２０の表面（一面）２０ａから離間した状態で配置されるようにしている。なお、図４では、電位取り出し部３１の配置状態のみ示しているが、電位取り出し部５１の配置状態も図４と同様である。

以上の本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。

また、本実施形態によれば、焦電体（受光素子）４０において発生する電位を取り出す電位取り出し部３１，５１を半導体基板（半導体基材）２０の表面（一面）２０ａから離間した状態で配置している。そのため、焦電体（受光素子）４０に吸収され、金属配線３２，５２を介して電位取り出し部３１，５１に伝導した熱が、電位取り出し部３１，５１から半導体基板（半導体基材）２０に伝導してしまうのを抑制することができる。そのため、焦電体４０が形成される誘電体薄板部６１と半導体基板２０とをより熱的に絶縁された状態に近づかせることができるようになり、焦電体（受光素子）４０の感度が低下してしまうのをより抑制することができる。

（第３実施形態）
本実施形態にかかる赤外線センサ（半導体物理量センサ）１０Ｂは、基本的に上記第２実施形態の赤外線センサ（半導体物理量センサ）１０Ａとほぼ同様の構成をしている。

すなわち、赤外線センサ（半導体物理量センサ）１０Ｂは、単結晶シリコンで形成され、キャビティ２１が形成された半導体基板（半導体基材）２０を備えている。また、赤外線センサ１０は、半導体基板２０のキャビティ２１上に配置される誘電体薄板部６１を有する誘電体６０を備えており、この誘電体６０は、半導体基板２０の表面（一面）２０ａ側に固定されている。そして、誘電体６０の誘電体薄板部６１上には、焦電体（受光素子）４０が配置されている。

そして、下部電極３０および上部電極５０が焦電体４０の表裏面を挟むように設けられている。

なお、本実施形態では、キャビティ２１、誘電体薄板部６１、下部電極３０、焦電体４０および上部電極５０が平面視で略矩形状をしている。そして、誘電体薄板部６１をキャビティ２１よりも小さくなるように形成し、平面視で、誘電体薄板部６１の外周部にキャビティ２１が露出するようにしている。

そして、誘電体薄板部６１の外周のキャビティ２１露出部分には、延在部６３ａと電極固定部６３ｂとを有するはり部６３が誘電体薄板部６１から延設されており、このはり部６３の先端を半導体基板２０の表面（一面）２０ａに固定することで、誘電体６０を半導体基板２０に固定している。このとき、はり部６３先端の電極固定部６３ｂに第２の突起部６４を形成して、電極固定部６３ｂを肉厚にしている。そして、電極固定部６３ｂ上に電位取り出し部３１，５１を配置することで、焦電体（受光素子）４０において発生する電位を取り出す電位取り出し部３１，５１が半導体基板（半導体基材）２０の表面（一面）２０ａから離間した状態となるようにしている。

また、本実施形態においても、誘電体６０を、当該誘電体６０の一部に形成された突起部（固定部）６２によって半導体基板（半導体基材）２０に部分的に固定させるようにしている。このとき、誘電体６０は、半導体基板２０の表面２０ａと誘電体薄板部６１の裏面６１ａとの間に隙間Ｓが形成された状態で、突起部（固定部）６２によって半導体基板２０に局所的に固定されている。

ここで、本実施形態にかかる赤外線センサ（半導体物理量センサ）１０Ｂが上記第２実施形態の赤外線センサ（半導体物理量センサ）１０Ａと主に異なる点は、突起部（固定部）６２上に電位取り出し部３１，５１を配置した点にある。

具体的には、図５および図６に示すように、電極固定部６３ｂに形成した第２の突起部６４に、誘電体６０を半導体基板（半導体基材）２０に部分的に固定させるための突起部（固定部）６２としての機能を持たせ、第２の突起部６４が突起部（固定部）６２も兼ねるようにした。こうして、突起部（固定部）６２上に電位取り出し部３１，５１を配置させるようにした。

以上の本実施形態によっても、上記第２実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。

また、本実施形態によれば、突起部（固定部）６２上に電位取り出し部３１，５１を配置させている。その結果、電位取り出し部３１，５１を半導体基板（半導体基材）２０の表面（一面）２０ａから離間配置させるための第２の突起部６４を突起部（固定部）６２とは別に設ける必要がなくなり、誘電体薄板部６１と半導体基板２０との接触面積を低減させて誘電体薄板部６１から半導体基板２０への熱伝導をより一層抑制することができる上、製造工程の簡素化および構造の簡素化を図ることができるようになる。

また、誘電体薄板部６１をキャビティ２１よりも小さくなるように形成することで、誘電体薄板部６１の容積が小さくなるため、熱容量を低減させることができるようになり、焦電体（受光素子）４０の感度が低下してしまうのをより一層抑制することができる。

（第４実施形態）
本実施形態にかかる赤外線センサ（半導体物理量センサ）１０Ｃは、基本的に上記第１実施形態の赤外線センサ（半導体物理量センサ）１０と同様の構成をしている。

すなわち、赤外線センサ（半導体物理量センサ）１０Ｃは、単結晶シリコンで形成され、キャビティ２１が形成された半導体基板（半導体基材）２０を備えている。また、赤外線センサ１０は、半導体基板２０のキャビティ２１上に配置される誘電体薄板部６１を有する誘電体６０を備えており、この誘電体６０は、半導体基板２０の表面（一面）２０ａ側に固定されている。そして、誘電体６０の誘電体薄板部６１上には、焦電体（受光素子）４０が配置されている。

そして、下部電極３０および上部電極５０が焦電体４０の表裏面を挟むように設けられている。

なお、本実施形態では、キャビティ２１、誘電体薄板部６１、下部電極３０、焦電体４０および上部電極５０が平面視で略矩形状をしている。そして、誘電体薄板部６１をキャビティ２１よりも大きくなるように形成し、平面視で誘電体薄板部６１がキャビティ２１を覆うようにしている。

そして、誘電体薄板部６１の外周には、延在部６３ａと電極固定部６３ｂとを有するはり部６３が誘電体薄板部６１から延設されており、このはり部６３の先端を半導体基板２０の表面（一面）２０ａに固定することで、誘電体６０を半導体基板２０に固定している。なお、本実施形態では、１つのはり部６３のみが形成されており、このはり部６３に、金属配線３２および電位取り出し部３１と金属配線５２および電位取り出し部５１とが、電気的に絶縁された状態で配置されている。

また、本実施形態においても、誘電体６０を、当該誘電体６０の一部に形成された突起部（固定部）６２によって半導体基板（半導体基材）２０に部分的に固定させるようにしている。このとき、誘電体６０は、半導体基板２０の表面２０ａと誘電体薄板部６１の裏面６１ａとの間に隙間Ｓが形成された状態で、突起部（固定部）６２によって半導体基板２０に局所的に固定されている。

具体的には、複数の突起部６２を、半導体基板（半導体基材）２０におけるキャビティ２１の外周部２０ｂの周囲にそれぞれ固定している。こうすることで、半導体基板２０の表面（一面）２０ａと誘電体薄板部６１の裏面（誘電体薄板部における一面側の面）６１ａとの間に隙間Ｓが形成されるようにしている。

ここで、本実施形態にかかる赤外線センサ（半導体物理量センサ）１０Ｃが上記第１実施形態の赤外線センサ（半導体物理量センサ）１０と主に異なる点は、半導体基板（半導体基材）２０の表面（一面）２０ａ側から異方性エッチングを施すことによりキャビティ２１を形成した点にある。

具体的には、キャビティ２１は、アルカリ性湿式異方性エッチング液（例えば、ＫＯＨ（水酸化カリウム水溶液）、ＴＭＡＨ（テトラメチル水酸化アンモニウム水溶液）等）を用いたシリコン異方性エッチングにより半導体基板（半導体基材）２０の一部を除去することで形成している。このとき、キャビティ２１は、図８および図９に示すように、半導体基板（半導体基材）２０を厚さ方向に貫通しないように凹状に形成されている。

以上の本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。

また、本実施形態によれば、半導体基板（半導体基材）２０の表面（一面）２０ａ側から異方性エッチングを施すことによりキャビティ２１を形成している。このように、異方性エッチングを利用することで、ドライエッチングを利用して裏面側から掘り込む方法とくらべて、キャビティ２１の形状精度を高めることができる。

なお、本実施形態にあっても、上記第２，第３実施形態で示したように、電位取り出し部３１，５１を半導体基板（半導体基材）２０の表面（一面）２０ａから離間配置させるようにすることができる。

（第５実施形態）
本実施形態にかかる赤外線センサ（半導体物理量センサ）１０Ｄは、基本的に上記第１実施形態の赤外線センサ（半導体物理量センサ）１０と同様の構成をしている。

すなわち、赤外線センサ（半導体物理量センサ）１０Ｄは、単結晶シリコンで形成され、キャビティ２１が形成された半導体基板（半導体基材）２０を備えている。また、赤外線センサ１０は、半導体基板２０のキャビティ２１上に配置される誘電体薄板部６１を有する誘電体６０を備えており、この誘電体６０は、半導体基板２０の表面（一面）２０ａ側に固定されている。そして、誘電体６０の誘電体薄板部６１上には、焦電体（受光素子）４０が配置されている。

そして、下部電極３０および上部電極５０が焦電体４０の表裏面を挟むように設けられている。

そして、誘電体薄板部６１をキャビティ２１よりも小さくなるように形成し、平面視で、誘電体薄板部６１の外周部にキャビティ２１が露出するようにしている。

また、誘電体薄板部６１には、延在部６３ａと電極固定部６３ｂとを有するはり部６３が突設されており、このはり部６３の先端を半導体基板２０の表面２０ａに固定することで、誘電体６０を半導体基板２０に固定している。なお、本実施形態では、１つのはり部６３のみが形成されており、このはり部６３に、金属配線３２および電位取り出し部３１と金属配線５２および電位取り出し部５１とが、電気的に絶縁された状態で配置されている。

また、本実施形態においても、誘電体６０を、当該誘電体６０の一部に形成された突起部（固定部）６２によって半導体基板（半導体基材）２０に部分的に固定させるようにしている。このとき、誘電体６０は、半導体基板２０の表面２０ａと誘電体薄板部６１の裏面６１ａとの間に隙間Ｓが形成された状態で、突起部（固定部）６２によって半導体基板２０に局所的に固定されている。

ここで、本実施形態にかかる赤外線センサ（半導体物理量センサ）１０Ｄが上記第１実施形態の赤外線センサ（半導体物理量センサ）１０と主に異なる点は、誘電体薄板部６１が第２のはり部（はり部）６５を備えており、当該第２のはり部６５に突起部（固定部）６２を形成した点にある。

本実施形態では、図１０に示すように、誘電体薄板部６１の周縁部から、キャビティ２１の露出部分を跨ぐように、複数の第２のはり部６５が放射状に形成されている。そして、それぞれの第２のはり部６５に下方に突出する突起部（固定部）６２を形成し、当該突起部（固定部）６２を半導体基板（半導体基材）２０におけるキャビティ２１の外周部２０ｂの周囲にそれぞれ固定している。こうすることで、半導体基板２０の表面（一面）２０ａと誘電体薄板部６１の裏面（誘電体薄板部における一面側の面）６１ａとの間に隙間Ｓが形成されるようにしている。

なお、本実施形態では、延在部６３ａと電極固定部６３ｂとを有するはり部６３にも、突起部（固定部）６２が形成されており、このはり部６３が第２のはり部６５も兼ねるようにしている。

以上の本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。

また、本実施形態によれば、誘電体薄板部６１が第２のはり部（はり部）６５を備えており、当該第２のはり部６５に突起部（固定部）６２を形成している。このように、誘電体薄板部６１を微細な第２のはり部６５によって半導体基板２０に固定することで、焦電体（受光素子）４０に吸収された熱が、半導体基板（半導体基材）２０に伝導されてしまうのを抑制することができる。その結果、焦電体４０が形成される誘電体薄板部６１と半導体基板２０とをより熱的に絶縁された状態に近づかせることができるようになり、焦電体（受光素子）４０の感度が低下してしまうのをより抑制することができる。

また、誘電体薄板部６１をキャビティ２１よりも小さくなるように形成することで、誘電体薄板部６１の容積が小さくなるため、熱容量を低減させることができるようになり、焦電体（受光素子）４０の感度が低下してしまうのをより一層抑制することができる。

なお、本実施形態にあっても、上記第２，第３実施形態で示したように、電位取り出し部３１，５１を半導体基板（半導体基材）２０の表面（一面）２０ａから離間配置させるようにすることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。

例えば、上記各実施形態では、半導体物理量センサとして赤外線センサを例示したが、これに限ることなく、その他の半導体物理量センサであっても本発明を適用することができる。

また、キャビティや誘電体薄板部その他細部のスペック（形状、大きさ、レイアウト等）も適宜に変更可能である。

１０，１０Ａ、１０Ｂ,１０Ｃ，１０Ｄ 赤外線センサ（半導体物理量センサ）
２０ 半導体基板（半導体基材）
２０ａ 表面（一面）
２１ キャビティ
２２ 高濃度不純物拡散部
２３ 電位取り出し部
４０ 焦電体（受光素子）
６０ 誘電体
６１ 誘電体薄板部
６１ａ 裏面（半導体基材の一面側の面）
６２ 突起部（固定部）
６４ 第２の突起部
６５ 第２のはり部（はり部）
Ｓ 隙間

Claims (9)

1. キャビティが形成された半導体基材と、前記キャビティ上に配置される誘電体薄板部を有し、前記半導体基材の一面側に固定される誘電体と、前記誘電体薄板部上に配置される受光素子と、を備える半導体物理量センサであって、
   前記誘電体は、当該誘電体の一部に形成された固定部によって前記半導体基材に部分的に固定されており、
   前記半導体基材の一面と前記誘電体薄板部における前記一面側の面との間に隙間が形成されていることを特徴とする半導体物理量センサ。
2. 前記固定部は、前記半導体基材における前記キャビティの外周部の周囲の一部に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体物理量センサ。
3. 前記受光素子において発生する電位を取り出す電位取り出し部を前記半導体基材の一面から離間した状態で配置したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体物理量センサ。
4. 前記固定部上に前記電位取り出し部を配置したことを特徴とする請求項３に記載の半導体物理量センサ。
5. 前記固定部と前記誘電体とが同一の材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の半導体物理量センサ。
6. 前記半導体基材が単結晶シリコンで形成されており、前記キャビティは、前記半導体基材の一面側から異方性エッチングを施すことにより形成されていることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の半導体物理量センサ。
7. 前記半導体基材が単結晶シリコンで形成されており、当該単結晶シリコンで形成された半導体基材に高濃度不純物拡散部を形成し、当該高濃度不純物拡散部上に半導体基材の電位を取り出す電位取り出し部を設けたことを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の半導体物理量センサ。
8. 前記誘電体薄板部がはり部を備えており、当該はり部に前記固定部が形成されていることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１項に記載の半導体物理量センサ。
9. 前記受光素子が焦電体であることを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか１項に記載の半導体物理量センサ。

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