JP2014016296A - 半導体物理量センサ - Google Patents

Abstract

【課題】検知精度が低下してしまうのを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は、可撓性を有し、誘電体薄板部６１から突設されて半導体基材２０に固定されるはり部６３を備えている。また、誘電体６０は、当該誘電体６０の一部に形成された支持部６２によって、半導体基材２０に部分的に支持されるようになっている。そして、はり部６３の自由状態で、半導体基材２０の一面２０ａと支持部６２との間に隙間Ｓ２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、半導体基板上にキャビティを介して配置される誘電体薄板部を有する誘電体と、誘電体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６−０３７３６１号公報

しかしながら、上記特許文献１では、誘電体は、当該誘電体の全周が半導体基板に固定されている。そのため、周囲温度が変化した場合などに、誘電体と半導体基板との材料の相違（線膨張係数の相違）に起因した引っ張り力や圧縮力、または、ねじれ力が固定部分に作用して、受光素子が位置ずれしたり、誘電体薄板部や半導体基板の形状が変形したりするおそれがある。このように、受光素子が位置ずれしたり、誘電体薄板部や半導体基板の形状が変形したりすると、半導体物理量センサの検知精度が低下してしまうおそれがある。

そこで、本発明は、検知精度が低下してしまうのを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、可撓性を有し、誘電体薄板部から突設されて前記半導体基材に固定されるはり部を備え、前記誘電体は、当該誘電体の一部に形成された支持部によって、前記半導体基材に部分的に支持されるようになっており、前記支持部は、前記はり部の自由状態で、前記半導体基材の一面と前記支持部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、前記支持部は、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当接するように形成されていることを要旨とする。

本発明の第３の特徴は、前記受光素子を挟むように電極が配置されており、当該電極は、平面視で前記キャビティよりも小さくなるように形成されていることを要旨とする。

本発明の第４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は高濃度不純物拡散部が形成されており、平面視で前記半導体基材の一面における前記誘電体とのオーバーラップ部分に前記高濃度不純物拡散部が形成されていることを要旨とする。

本発明の第５の特徴は、前記支持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、前記誘電体薄板部が第２のはり部を備えており、当該第２のはり部に前記支持部が形成されていることを要旨とする。

本発明の第８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、誘電体薄板部から突設されて可撓性を有するはり部を半導体基材に固定することで、誘電体を半導体基材に固定している。そして、誘電体は、当該誘電体の一部に形成された支持部によって、半導体基材に部分的に支持されるようになっている。このとき、はり部の自由状態で、半導体基材の一面と支持部との間に隙間が形成されるように、支持部を形成している。このような構成とすることで、誘電体の内部や表面に帯電した電荷によって生じる静電気力を利用して誘電体薄板部を半導体基材側に引き付け、誘電体に形成された支持部によって誘電体薄板部を半導体基材に支持させることができる。すなわち、半導体基材と誘電体薄板部とが完全固定されることなく支持部を介して支持することができるようになるため、半導体基材と誘電体薄板部との熱膨張率の相違によって生じる応力に起因した半導体基材や誘電体薄板部の形状変化を抑制することができる。その結果、半導体物理量センサの検知精度が低下してしまうのを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平面図である。 図４のＢ−Ｂ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６のＣ−Ｃ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２３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。

さらに、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にも高濃度不純物拡散部２２を形成している。

そして、本実施形態では、外周部２０ｂおよび外周部２０ｂから図１の右下方向へ突出するように高濃度不純物拡散部２２を設けることで、当該突出部分に電位取り出し部２３を設けている。すなわち、電位取り出し部２３が設けられる部位と外周部２０ｂとで１つの高濃度不純物拡散部２２が形成されている。

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の径方向の一端には、はり部６３が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によって、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。

はり部６３は、誘電体薄板部６１と平行に延設される延在部６３ａと、延在部６３ａの先端を屈曲させることで形成される電極固定部６３ｂとを備えている。そして、半導体基板２０に固定した状態で、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。したがって、誘電体薄板部６１も半導体基板２０の表面（一面）２０ａから離間配置されている。

さらに、はり部６３は可撓性を有しており、誘電体薄板部６１は、このはり部６３に半導体基板２０の厚さ方向に揺動可能に支持されている。

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、はり部６３の電極固定部６３ｂの一方側に、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、延在部６３ａ上および電極固定部６３ｂ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、はり部６３の電極固定部６３ｂの他方側に、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。なお、金属配線５２も延在部６３ａ上および電極固定部６３ｂ上に設けられている。このとき、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とは、電気的に絶縁された状態で誘電部６０上に配置されている。

なお、本実施形態では、図１および図２に示すように、下部電極３０、焦電体４０、上部電極５０は略円柱状をしており、誘電体６０側から下部電極３０、焦電体４０、上部電極５０の順に積層されている。そして、下部電極３０、焦電体４０、上部電極５０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。

また、上部電極５０および下部電極３０は、平面視でキャビティ２１よりも小さくなるように形成されている。本実施形態では、上部電極５０および下部電極３０の径をキャビティ２１の径よりも小さくし、それぞれ平面視で同心円状に配置することで、上部電極５０および下部電極３０が、平面視で半導体基板２０の表面（一面）２０ａとオーバーラップしないようにしている。

ここで、本実施形態では、当該誘電体６０の一部に突起部（支持部）６２を形成し、誘電体６０が突起部（支持部）６２によって半導体基板（半導体基材）２０に部分的に支持されるようにしている。

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の周囲にそれぞれ当接できるようにしている。こうすることで、はり部６３の自由状態で、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Ｓ１が形成されることなる。

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の周囲の一部に当接するように形成されている。すなわち、支持部（突起部６２）が、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の周囲の全周にわたって当接することがないようにしている。

さらに、本実施形態では、可撓性を有するはり部６３の自由状態で、半導体基板（半導体基材）２０の表面（一面）２０ａと突起部（支持部）６２との間に隙間Ｓ２が形成されるように、突起部（支持部）６２を形成している。

具体的には、突起部（支持部）６２の突出量を隙間Ｓ１よりも小さくなるように形成することで、半導体基板（半導体基材）２０の表面（一面）２０ａと突起部（支持部）６２との間に隙間Ｓ２が形成されるようにしている。

この突起部（支持部）６２は、誘電体６０と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（支持部）６２を一体に形成することが可能となる。

以下、突起部（支持部）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）に示すように、半導体基板（半導体基材）２０の表面（一面）２０ａ上に第１犠牲層８１を形成する。この第１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。

次に、図３（ａ）に示すように、第１犠牲層８１上に第２犠牲層８２を形成する。この第２犠牲層８２も、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、第２犠牲層８２には貫通孔８２ａが形成されている。

そして、貫通孔８２ａが形成された第２犠牲層８２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８２ａ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、第１犠牲層８１および第２犠牲層８２を取り除くことで、突起部（支持部）６２を有する誘電体６０が形成される（図３（ｄ）参照）。

かかる構成とすることで、赤外線センサ１０を駆動させた際には、誘電体６０に形成された電極（下部電極３０や上部電極５０）と半導体基板（半導体基材）２０との間に電位差が与えられ、誘電体６０の内部および表面に電荷が帯電する。このように電荷が帯電すると、誘電体６０と半導体基板（半導体基材）２０との間に静電気力が発生する。そしてこの静電気力を利用して、誘電体薄板部６１を半導体基板（半導体基材）２０側へ引き付けるようにすることで、誘電体薄板部６１に形成された突起部（支持部）６２が半導体基板（半導体基材）２０に当接して、誘電体薄板部６１が突起部（支持部）６２によって支持される。

このとき、平面視で半導体基板（半導体基材）２０の表面（一面）２０ａにおける誘電体薄板部６１（誘電体６０）とのオーバーラップ部分（本実施形態では、外周部２０ｂ）に高濃度不純物拡散部２２が形成されるようにしている。

さらに、突起部（支持部）６２は、半導体基板（半導体基材）２０に当接する際に、高濃度不純物拡散部２２に当接するようにしている。

なお、赤外線センサ１０の駆動を停止した際や、水分などの影響によって帯電した電荷が飛んだ際などには、誘電体６０と半導体基板（半導体基材）２０との間に静電気力が生じなくなったり静電気力が弱まったりして、突起部（支持部）６２が半導体基板（半導体基材）２０の表面（一面）２０ａから離間することがある。そして、突起部（支持部）６２が半導体基板（半導体基材）２０の表面（一面）２０ａから離間する際に、誘電体薄板部６１が半導体基板（半導体基材）２０の表面（一面）２０ａから離れる方向に揺動しすぎると、はり部６３が変形してしまうおそれがある。そのため、本実施形態では、半導体基板（半導体基材）２０にストッパ９０を設け、誘電体薄板部６１の半導体基板（半導体基材）２０の表面（一面）２０ａから離れる方向への揺動を規制するようにしている。本実施形態では、誘電体薄板部６１の周方向に沿って複数のストッパ９０を設けている。

このような赤外線センサ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、誘電体薄板部６１から突設されて可撓性を有するはり部６３を半導体基板（半導体基材）２０に固定することで、誘電体６０を半導体基板（半導体基材）２０に固定している。そして、誘電体６０は、当該誘電体６０の一部に形成された突起部（支持部）６２によって、半導体基板（半導体基材）２０に部分的に支持されるようになっている。このとき、はり部６３の自由状態で、半導体基板（半導体基材）２０の表面（一面）２０ａと突起部（支持部）６２との間に隙間Ｓ２が形成されるように、突起部（支持部）６２を形成している。このような構成とすることで、誘電体６０の内部や表面に帯電した電荷によって生じる静電気力を利用して誘電体薄板部６１を半導体基板（半導体基材）２０側に引き付け、誘電体６０に形成された突起部（支持部）６２によって誘電体薄板部６０を半導体基板（半導体基材）２０に支持させることができる。すなわち、半導体基板（半導体基材）２０と誘電体薄板部６０とが完全固定されることなく、半導体基板（半導体基材）２０に対して相対移動可能な突起部（支持部）６２を介して支持することができるようになる。そのため、半導体基板（半導体基材）２０と誘電体薄板部６１との熱膨張率の相違によって生じる応力に起因した半導体基板（半導体基材）２０や誘電体薄板部６１の形状変化を抑制することができる。その結果、赤外線センサ（半導体物理量センサ）１０の検知精度が低下してしまうのを抑制することができる。

また、本実施形態によれば、上部電極５０および下部電極３０を、平面視でキャビティ２１よりも小さくなるように形成した。そのため、比熱（Ｊ／ｇＫ）が比較的低い上部電極５０および下部電極３０を半導体基板（半導体基材）２０とオーバーラップさせないようにすることができる。したがって、上部電極５０および下部電極３０を半導体基板（半導体基材）２０とオーバーラップさせ場合と比べて、焦電体（受光素子）４０に吸収された熱が、上部電極５０および下部電極３０から半導体基板２０へと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（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、平面視で半導体基板（半導体基材）２０の表面（一面）２０ａにおける誘電体薄板部６１（誘電体６０）とのオーバーラップ部分（本実施形態では、外周部２０ｂ）に高濃度不純物拡散部２２が形成されるようにしている。その結果、導電性が高い高濃度不純物拡散部２２を誘電体薄板部６１に対向させることができるため、誘電体薄板部６１内および表面への電荷のチャージを効率的に行なうことができるようになる。

また、本実施形態によれば、突起部（支持部）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（支持部）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、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Ｓ１が形成された状態で、突起部（支持部）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Ｓ１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、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、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。

また、平面視で半導体基板（半導体基材）２０の表面（一面）２０ａにおける誘電体薄板部６１（誘電体６０）とのオーバーラップ部分（本実施形態では、外周部２０ｂ）に高濃度不純物拡散部２２が形成されるようにしている。

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とを有する可撓性のはり部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は、当該誘電体６０の一部に形成された突起部（支持部）６２によって、半導体基板（半導体基材）２０に部分的に支持されるようになっている。そして、はり部６３の自由状態で、半導体基板（半導体基材）２０の表面（一面）２０ａと突起部（支持部）６２との間に隙間Ｓ２が形成されるように、突起部（支持部）６２を形成している。

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）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、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４および図５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。

（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とを有する可撓性のはり部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は、当該誘電体６０の一部に形成された突起部（支持部）６２によって、半導体基板（半導体基材）２０に部分的に支持されるようになっている。そして、はり部６３の自由状態で、半導体基板（半導体基材）２０の表面（一面）２０ａと突起部（支持部）６２との間に隙間Ｓ２が形成されるように、突起部（支持部）６２を形成している。なお、図７では、突起部（支持部）６２が半導体基板（半導体基材）２０の表面（一面）２０ａに当接した状態の図を例示したが、はり部６３の自由状態では、半導体基板（半導体基材）２０の表面（一面）２０ａと突起部（支持部）６２との間に隙間Ｓ２が形成されている。

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（支持部）６２を形成した点にある。

本実施形態では、図６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（支持部）６２を形成し、当該突起部（支持部）６２が半導体基板（半導体基材）２０におけるキャビティ２１の外周部２０ｂの周囲にそれぞれ当接できるようになっている。

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（支持部）６２が形成されている。

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、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（支持部）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。

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 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
４０ 焦電体（受光素子）
６０ 誘電体
６１ 誘電体薄板部
６２ 突起部（支持部）
６５ 第２のはり部
Ｓ２ 隙間

Claims (8)

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、可撓性を有し、誘電体薄板部から突設されて前記半導体基材に固定されるはり部を備え、
   前記誘電体は、当該誘電体の一部に形成された支持部によって、前記半導体基材に部分的に支持されるようになっており、
   前記支持部は、前記はり部の自由状態で、前記半導体基材の一面と前記支持部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. 前記支持部は、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当接するように形成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. 前記受光素子を挟むように電極が配置されており、当該電極は、平面視で前記キャビティよりも小さくなるように形成されている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は高濃度不純物拡散部が形成されており、
   平面視で前記半導体基材の一面における前記誘電体とのオーバーラップ部分に前記高濃度不純物拡散部が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の半導体物理量センサ。
5. 前記支持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. 前記誘電体薄板部が第２のはり部を備えており、当該第２のはり部に前記支持部が形成されている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. 前記受光素子が焦電体であ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。

Images