JP2014077783A - 熱電対、サーモパイル、赤外線センサー及び赤外線センサーの製造方法 - Google Patents

熱電対、サーモパイル、赤外線センサー及び赤外線センサーの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】サーモパイルの単位面積当たりのサーモパイルの対数を多くする。
【解決手段】サーモパイル５を備えた赤外線センサーにおいて、サーモパイル５は第一半導体材料３１と第二半導体材料３２を含んでいる。第一半導体材料３１と第二半導体材料３２は積層されている。第一半導体材料３１と第二半導体材料３２の層間に第一半導体材料３１の熱酸化膜からなる層間絶縁膜３５が形成されている。
【選択図】図１４

Description

本発明は、熱電対、サーモパイル、赤外線センサー及び赤外線センサーの製造方法に関するものである。
近年、ボロメータ、サーモパイル（熱電堆）、ダイオード等を使用した非冷却型の熱型赤外線アレイセンサー、熱型赤外線ラインセンサー等の開発が盛んに行われている。これらのセンサーは、中赤外から遠赤外の波長帯に感度を有するため、自動車向けの暗視カメラや、セキュリティー機器向けの人体検知センサー、電気電子機器の節電を目的とした人体検知センサー等に幅広く用いられている。
特に、サーモパイル方式のセンサーは、センサーの駆動電源が不要で低消費電力化が容易であることや、ポリシリコンやアルミニウム等の一般的なＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）プロセスで使用される材料で形成できることから、周辺回路とのモノシリック化が容易であるという特徴がある。このような点から、サーモパイルを利用した比較的小規模の赤外線アレイセンサーの開発が盛んに行われている。
また、サーモパイルの材料としては、ゼーベック係数の極性が互いに異なるＮ型ポリシリコンとＰ型ポリシリコンを対で使用したものが知られている（例えば特許文献１を参照。）。Ｎ型ポリシリコンとＰ型ポリシリコンを使用したサーモパイルでは、Ｎ型ポリシリコンとＰ型ポリシリコンは温接点と冷接点にまたがるように交互に配置され、導電材料で全てのＮ型ポリシリコンとＰ型ポリシリコンが直列接続される。
また、これらの赤外線センサーでは、微弱な赤外線に対して十分な感度を得るためにＭＥＭＳプロセスにより形成したブリッジ構造体やダイアフラム構造体などの断熱構造体上にサーモパイルの温接点を形成することが一般的である。
サーモパイル型の赤外線センサーの場合、センサーの感度はサーモパイルの対数に比例する。したがって、サーモパイルの対数を増やした方が感度は高くなる。一方で、サーモパイルの対数を増やすとセンサーのサイズが大きくなり、熱容量が増加して、応答特性が低下するという問題があった。
そこで、本発明は、サーモパイルの単位面積当たりのサーモパイルの対数を多くすることを目的とする。
本発明にかかる赤外線センサーは、サーモパイルを備えた赤外線センサーであって、上記サーモパイルは、第一半導体材料と第二半導体材料を含み、上記第一半導体材料と上記第二半導体材料は積層されており、上記第一半導体材料と上記第二半導体材料の層間に上記第一半導体材料の熱酸化膜を有することを特徴とするものである。
本発明は、サーモパイルの単位面積当たりのサーモパイルの対数を多くすることができる。
一実施例を説明するための概略的な図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ’位置での断面図である。 他の実施例を説明するための概略的な断面図である。 さらに他の実施例を説明するための概略的な図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ’位置での断面図である。 さらに他の実施例を説明するための概略的な図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＣ−Ｃ’位置での断面図である。 同実施例における半導体材料の接続部を拡大して示した概略的な断面図である。 さらに他の実施例を説明するための概略的な図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＤ−Ｄ’位置での断面図である。 同実施例における半導体材料の接続部を拡大して示した概略的な断面図である。 同実施例におけるサーモパイルの製造工程例を説明するための概略的な断面図である。 さらに他の実施例を説明するための概略的な断面図である。 さらに他の実施例を説明するための概略的な平面である。 、従来の赤外線センサーを説明するための概略的な図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ’位置での断面図である。 従来の赤外線センサーにおける熱電対材料と導電材料とのコンタクト部について説明するための図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ−Ｙ’位置での断面図である。 さらに他の実施例を説明するための概略的な図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＥ−Ｅ’位置での断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＦ−Ｆ’位置での断面図である。 図１３（Ｂ）の一点差線で囲まれた部分を拡大して示した概略的な断面図である。 図１３（Ｃ）の一点差線で囲まれた部分を拡大して示した概略的な断面図である。 同実施例におけるサーモパイルの製造工程例を製造方法の一実施例として説明するための概略的な断面図である。 図１６に示された複数の断面図のうちの一部の断面図に対応する概略的な平面図である。 さらに他の実施例を説明するための概略的な断面図である。
本発明の赤外線センサーにおいて、上記第一半導体材料と上記第二半導体材料の層間に、上記熱酸化膜に替えて又は上記熱酸化膜に積層されて、上記熱酸化膜とは異なる絶縁膜が配置されている例を挙げることができる。ここで熱酸化膜とは異なる絶縁膜の材料は特に限定されない。
本発明の赤外線センサーにおいて、上記第一半導体材料と上記第二半導体材料は、同じ極性のキャリアを生じる不純物が互いに異なる濃度で導入されており、かつ、ゼーベック係数の極性が互いに反対になっている例を挙げることができる。ただし、上記第一半導体材料と上記第二半導体材料はこれに限定されない。
さらに、本発明の赤外線センサーにおいて、上記第一半導体材料及び上記第二半導体材料は、ゼーベック係数の極性が互いに反対になるように上記不純物の濃度が選択又は調整されている例を挙げることができる。ただし、上記第一半導体材料と上記第二半導体材料はこれに限定されない。
また、本発明の赤外線センサーにおいて、上記第一半導体材料及び上記第二半導体材料は、シリコンを主とすることを特徴とする半導体材料である例を挙げることができる。ただし、上記第一半導体材料と上記第二半導体材料はシリコン以外の半導体を主とする半導体材料であってもよい。
また、本発明の赤外線センサーにおいて、上記不純物はＮ型不純物である例を挙げることができる。ただし、上記不純物はＰ型不純物であってもよい。
また、本発明の赤外線センサーにおいて、上記第一半導体材料と上記第二半導体材料のうち一方は、上記不純物の濃度が固溶限に達している例を挙げることができる。ただし、上記第一半導体材料及び上記第二半導体材料において、上記不純物の濃度は固溶限に達していなくてもよい。
また、本発明の赤外線センサーにおいて、積層されている上記第一半導体材料及び上記第二半導体材料の長手方向に沿った側面は同一面に配置されている例を挙げることができる。ただし、上記第一半導体材料及び上記第二半導体材料の長手方向に沿った側面は互いに異なる面に配置されていてもよい。
本発明にかかる赤外線センサーの製造方法は、本発明の赤外線センサーの製造方法であって、上記第一半導体材料と上記第二半導体材料を同時にエッチングする工程を含むことを特徴とする。ただし、本発明の赤外線センサーは、上記第一半導体材料と上記第二半導体材料を同時にエッチングする工程を含まない製造方法によって形成されるものも含む。
次に、従来の赤外線センサーについて説明する。
図１１は、従来の赤外線センサーを説明するための概略的な図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ’位置での断面図である。
基板１０１上に、サーモパイル１０２を構成する第一熱電対材料１０３と第二熱電対材料１０４が導電材料１０５で接続されて熱電対が形成されている。この熱電対が導電材料１０５で直列に複数段接続されてサーモパイル１０２（熱電堆）が形成されている。
第一熱電対材料１０３と第二熱電対材料１０４としては、ゼーベック係数の極性が異なるＮ型ポリシリコンとＰ型ポリシリコンが対で使用される場合が一般的である。第一熱電対材料１０３と第二熱電対材料１０４はコンタクトホール１０６を介してアルミニウム等の導電材料１０５で接続されている。
また、微弱な赤外線を感度良く検出するために、サーモパイル１０２の下部には、空洞部１０７が形成されて断熱構造体となっている。空洞部１０７によって基板１０１から断熱された薄膜部上にあるサーモパイル１０２の接点が温接点となり、空洞部１０７のない基板１上に形成されているサーモパイル１０２の接点が冷接点となっている。また、サーモパイル１０２の温接点を覆うように赤外線吸収膜１０８が形成されている。
第一熱電対材料１０３及び第二熱電対材料１０４は、基板１０１上に形成された絶縁膜１０９上に形成されている。絶縁膜１０９上に第一熱電対材料１０３及び第二熱電対材料１０４を覆って層間絶縁膜が形成され、その層間絶縁膜上に導電材料１０５が形成されている。第一熱電対材料１０３及び第二熱電対材料１０４と導電材料１０５の間の層間絶縁膜にコンタクトホール１０６が形成されている。その層間絶縁膜上に導電材料１０５を覆って他の層間絶縁膜が形成されている。これらの層間絶縁膜（（Ａ）での図示は省略）は一体化して図示されており、符号１１０で記されている。層間絶縁膜１１０上に赤外線吸収膜１０８が形成されている。
基板１０１としては、断熱構造の形成にシリコンのＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）プロセスが利用されることから、シリコン基板が使用されることが一般的である。絶縁膜１０９はシリコンの熱酸化膜、層間絶縁膜１１０はシリコンのプラズマ酸化膜やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）膜が一般的である。赤外線吸収膜１０８は、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜、金黒膜等が使用される。
図１２は、従来の赤外線センサーにおける熱電対材料と導電材料とのコンタクト部について説明するための図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ−Ｙ’位置での断面図である。図１２において、図１１に示した構成と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。
第一熱電対材料１０３と導電材料１０５は、第一熱電対材料１０３のコンタクト部１０３ａ上に設けられたコンタクトホール１０６を介して電気的に接続されている。第二熱電対材料１０４と導電材料１０５は、第二熱電対材料１０４のコンタクト部１０４ａ上に設けられたコンタクトホール１０６を介して電気的に接続されている。
このとき、確実に導通を得るためにコンタクトホール１０６のサイズ、及びコンタクトホール１０６と各材料１０３，１０４，１０５とのオーバーラップ量がデザインルールによって規定されている。そのため、熱電対材料１０３，１０４の幅に対してコンタクト部分１０３ａ，１０４ａのサイズが大きくなり、レイアウトの自由度が制限される問題があった。
例えば、所定の面積内にサーモパイル１０２（図１１を参照）をレイアウトする場合、コンタクト部１０３ａ，１０４ａの面積が必要なために、サーモパイル１０２を最密に配置することができない。したがって、サーモパイル１０２の熱電対段数が減り、センサー感度が低下するという課題があった。
また、所定の段数のサーモパイル１０２をレイアウトしようとした場合、コンタクト部１０３ａ，１０４ａの面積が必要なために空洞部１０７のサイズを大きくする必要があり、薄膜部の熱容量が増加し、センサーの応答速度が低下するという課題があった。
例えば特許文献１では、この課題に対して、コンタクト部１０３ａ，１０４ａの面積が最小となるようにレイアウトを工夫しているが、コンタクト部１０３ａ，１０４ａがなくなるわけではなく、この課題は完全には解決されていない。
さらに、第一熱電対材料１０３のコンタクト部１０３ａと導電材料１０５との接点、及び第二熱電対材料１０４のコンタクト部１０４ａと導電材料１０５との接点は、コンタクトホール１０６によって導通が取られている。したがって、コンタクトホール１０６及び導電材料１０５の厚みの分だけ層間絶縁膜１１０が厚くなる。層間絶縁膜１１０が厚くなると、センサーの熱容量が増加するため、センサーの応答速度が低下するという課題があった。
このように、Ｐ型ポリシリコンとＮ型ポリシリコンで形成されるサーモパイルを用いた従来の赤外線センサーでは、導電材料を介して各ポリシリコンを接続する必要がある。Ｐ型ポリシリコンとＮ型ポリシリコンを直接接続すると接続面近傍に空乏層が形成されるからである。したがって、従来の赤外線センサーでは、ポリシリコンと導電材料との導通を取るためのコンタクト部分が必ず必要となる。
そのために、従来の赤外線センサーでは、このコンタクト部分の影響で、ある面積の断熱構造体上に形成できるサーモパイルの本数が制限されたり、ある本数のサーモパイルを形成するための断熱構造体のサイズが大きくなったりしていた。したがって、従来の赤外線センサーは、十分なセンサーの感度や応答速度が得られないという問題があった。
本発明の第２の目的は、熱電対材料間の電気的接続について他の導電材料を介するコンタクト部分をなくすことを目的とする。
本発明にかかる熱電対は、電気的に接続される第一半導体材料と第二半導体材料を備え、上記第一半導体材料と上記第二半導体材料は、同じ極性のキャリアを生じる不純物が互いに異なる濃度で導入されており、かつ、ゼーベック係数の極性が互いに反対になっていることを特徴とするものである。
本発明の熱電対において、上記第一半導体材料及び上記第二半導体材料は、ゼーベック係数の極性が互いに反対になるように上記不純物の濃度が選択又は調整されている例を挙げることができる。ただし、上記第一半導体材料と上記第二半導体材料はこれに限定されない。
また、本発明の熱電対において、上記第一半導体材料及び上記第二半導体材料は、シリコンを主とすることを特徴とする半導体材料である例を挙げることができる。ただし、上記第一半導体材料と上記第二半導体材料はシリコン以外の半導体を主とする半導体材料であってもよい。
また、本発明の熱電対において、上記不純物はＮ型不純物である例を挙げることができる。ただし、上記不純物はＰ型不純物であってもよい。
また、本発明の熱電対において、上記第一半導体材料と上記第二半導体材料のうち一方は、上記不純物の濃度が固溶限に達している例を挙げることができる。ただし、上記第一半導体材料及び上記第二半導体材料において、上記不純物の濃度は固溶限に達していなくてもよい。
また、本発明の熱電対において、上記第一半導体材料及び上記第二半導体材料は、互いに異なる層の半導体材料で形成されている例を挙げることができる。ただし、上記第一半導体材料及び上記第二半導体材料は同一層の半導体材料で形成されていてもよい。
本発明にかかるサーモパイルは、複数の熱電対が直列又は並列に接続されたサーモパイルであって、上記熱電対として本発明の熱電対を備えていることを特徴とするものである。
本発明にかかる赤外線センサーの第２態様は、複数の熱電対が直列に接続されたサーモパイルを備えた赤外線センサーであって、上記サーモパイルとして本発明のサーモパイルを備えていることを特徴とするものである。
本発明の赤外線センサーにおいて、同一基板上に上記サーモパイルと周辺回路が形成されている例を挙げることができる。ただし、上記サーモパイルが形成されている基板に上記周辺回路が形成されていなくてもよい。
本発明の赤外線センサーにおいて、複数の上記サーモパイルがアレイ状に配置されている例を挙げることができる。ただし、本発明の赤外線センサーにおいて、複数の上記サーモパイルがアレイ状とは異なる配置で設けられていてもよい。例えば、複数の上記サーモパイルは直線状又は千鳥状に配置されていてもよい。また、本発明の赤外線センサーにおいて、上記サーモパイルは１つであってもよい。
本発明の熱電対は、電気的に接続される第一半導体材料と第二半導体材料を備え、第一半導体材料と第二半導体材料は、同じ極性のキャリアを生じる不純物が互いに異なる濃度で導入されており、かつ、ゼーベック係数の極性が互いに反対になっている。本発明の熱電対において、第一半導体材料と第二半導体材料が直接接続されても第一半導体材料と第二半導体材料の間に空乏層は形成されない。したがって、本発明の熱電対は熱電対材料間の電気的接続について他の導電材料を介するコンタクト部分をなくすことができる。
本発明のサーモパイルは、熱電対として本発明の熱電対を備えているので、熱電対材料間の電気的接続について他の導電材料を介するコンタクト部分をなくすことができ、熱電対材料の配置間隔を小さくすることができる。これにより、本発明のサーモパイルは、サーモパイルの配置面積を小さくしたり、同一面積に対する熱電対配置本数を増加させたりすることができる。
本発明の赤外線センサーの第２態様は、サーモパイルとして本発明のサーモパイルを備えているので、サーモパイルの配置面積を小さくしたり、同一面積に対する熱電対配置本数を増加させたりすることができる。したがって、本発明の赤外線センサーの第２態様は、赤外線センサー自体の面積を小さくしたり、センサー感度を向上させたりすることができる。
図１は、一実施例を説明するための概略的な図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ’位置での断面図である。
基板１上に形成された絶縁膜２上に、複数の熱電対を構成する第一半導体材料３と第二半導体材料４が複数形成されている。複数の半導体材料３，４が交互に直列に接続されてサーモパイル５が形成されている。半導体材料３と４半導体材料は直接接続されていることによって電気的に接続されている。
半導体材料３，４には、同じ極性のキャリアを生じる不純物が互いに異なる濃度で導入されている。さらに、半導体材料３，４は、ゼーベック係数の極性が互いに反対になっている。第一半導体材料３の不純物濃度は、第二半導体材料４の不純物濃度に比べて高くてもよいし低くてもよい。
半導体材料３，４は同一の半導体層が加工されて形成されたものである。半導体材料３，４への不純物の導入は、半導体層の加工前であってもよいし、半導体層の加工後であってもよい。また、半導体層の加工前に、半導体材料３，４のうちいずれか一方の形成予定位置に不純物を導入し、半導体層の加工後に他方の形成予定位置に不純物を導入してもよい。この場合、半導体層の加工後の不純物の導入工程において、半導体層の加工前に不純物を導入した領域に追加で不純物を導入してもよい。また、半導体層の形成時に不純物を導入してもよい。
微弱な赤外線を感度良く検出するために、サーモパイル５の下部の基板１に空洞部６が形成されて、断熱構造体が形成されている。空洞部６によって基板１から熱的に分離された絶縁膜２上に配置されているサーモパイル５の接点（第一半導体材料３と第二半導体材料４が接続されている箇所）は温接点を構成している。空洞部６のない基板１上に配置されているサーモパイル５の接点は冷接点を構成している。
絶縁膜２上に、サーモパイル５を覆って層間絶縁膜７（Ａでの図示は省略）が形成されている。層間絶縁膜７上には、上方から見てサーモパイル５の温接点を覆う位置に赤外線吸収膜８が形成されている。
図１（Ｂ）に示されるように、赤外線センサーの構成は、基板１、絶縁膜２、半導体材料３，４、層間絶縁膜７、赤外線吸収膜８が積層された構成になっている。基板１としては、断熱構造の形成にシリコンを用いたＭＥＭＳプロセスが利用されることが多いので、シリコン基板が使用されることが一般的である。
絶縁膜２は例えばシリコンの熱酸化膜である。層間絶縁膜７は例えばシリコンのプラズマ酸化膜又はＣＶＤ膜である。赤外線吸収膜８は、例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜又は金黒膜等で形成されている。ただし、各層の材料はこれらに限定されない。
本実施例の構成で図１１に示された従来の赤外線センサーと異なる点は、第一半導体材料３と第二半導体材料４との接続が半導体材料３，４とは別の導電材料によって行われるのではなく、半導体材料３，４４が直接接続されていることである。この実施例において、半導体材料３，４は、同じ極性のキャリア（正孔又は電子）を発生させる不純物が導入された半導体材料から構成され、かつ、半導体材料３，４のゼーベック係数の極性が互いに逆となるように不純物濃度を調整されている。したがって、半導体材料３，４は同じ導電型の半導体材料である。
例えば、非特許文献１，２では、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板の薄膜単結晶シリコン層（活性層）におけるリンの不純物濃度とシリコンのゼーベック係数の関係が述べられている。非特許文献１，２には、リンの不純物濃度によってシリコンのゼーベック係数の極性が反転することが示されている。
図１に戻って赤外線センサーの実施例の説明を続ける。
半導体材料３，４の基材の一例はポリシリコンである。第一半導体材料３には１×１０18〜１×１０19ｃｍ-3程度の不純物濃度となるようにリンが導入されている。第二半導体材料４には、シリコンに対するリンの固溶限である５×１０20ｃｍ-3程度の不純物濃度のリンが導入されている。
また、他の例として、第一半導体材料３には１×１０18〜１×１０19ｃｍ-3程度の不純物濃度のホウ素が導入され、第二半導体材料４にはシリコンに対するホウ素の固溶限である１×１０20ｃｍ-3程度の不純物濃度のホウ素が導入されるようにしてもよい。半導体材料３，４の基材はポリシリコンである。
ここで、Ｎ型不純物が導入された半導体材料、例えばＮ型ポリシリコンは、Ｐ型不純物が導入された半導体材料、例えばＰ型ポリシリコンに比べて抵抗値が低い。したがって、サーモパイル５としてＮ型不純物が導入された半導体材料３，４を用いるようにすれば、赤外線センサーのＳ／Ｎ比を向上させることができる。
不純物の導入については、イオン注入や表面拡散などの方法を用いて半導体材料３，４に適当な濃度の不純物導入を行えばよい。また、半導体材料３，４について、不純物濃度が高いほうの半導体材料は、不純物が固溶限まで導入されていなくてもよい。なお、Ｎ型の半導体材料３，４に、Ｎ型不純物であるリンと砒素の両方が導入されていてもよい。
また、半導体材料３，４の材料や不純物の種類、不純物濃度は一例である。半導体材料３，４は、同じ導電型のキャリアを発生させる不純物を導入した半導体材料で形成され、かつ、半導体材料３，４のゼーベック係数の極性が逆となるように不純物濃度が調整されていればよい。半導体材料３，４の材料や不純物の種類、不純物濃度は実施例に限定されない。また、半導体材料３，４の基材の半導体材料は互いに異なるものであってもよい。
ところで、Ｐ型ポリシリコンとＮ型ポリシリコンで構成される熱電対をサーモパイルとして使用する従来の赤外線センサーにおいて、仮に、Ｐ型ポリシリコンとＮ型ポリシリコンを直接接続される。この場合、Ｐ型ポリシリコンとＮ型ポリシリコンの接続部で空乏層が形成される。したがって、従来の赤外線センサーにおいては、必ず別の導電材料でＰ型ポリシリコンとＮ型ポリシリコンを接続し、オーム性接触を得る必要があった（図１１を参照。）。
これに対し、図１に示された実施例では、サーモパイル５を構成する半導体材料３，４は、同じ導電型の半導体材料で形成されている。したがって、半導体材料３，４が直接接続されても空乏層は生じず、半導体材料３，４の接続のために別の導電材料を使用する必要がない。
この実施例では、半導体材料３，４間を接続するための他の導電材料とそれらのコンタクト部が不要となったので、レイアウト上の制約が緩和される。したがって、この実施例は、図１１の従来の赤外線センサーよりも、サーモパイル５を構成する半導体材料３，４（熱電対）の直列数を増やすことができ、センサーの感度を増大させることができる。また、この実施例は、同じ直列段数のサーモパイルをより小さい面積に形成できるので、断熱構造の薄膜部面積を小さくでき、センサーの熱容量を低減してセンサーの応答速度を向上させることができる。
さらに、半導体材料３，４は直接接続されている。したがって、この実施例は、熱電対材料よりも上層に配置された他の導電材料及びコンタクト部によって熱電対材料間が接続される従来の赤外線センサー（図１１を参照）に比べて、空洞部６上に配置される層間絶縁膜の厚みを薄くできる。そして、この実施例は、従来の赤外線センサーよりもセンサーの熱容量を低減することができ、センサーの応答速度を向上させることができる。
図２は、他の実施例を説明するための概略的な断面図である。この実施例の平面図は図１（Ａ）と同じである。図２において、図１に示した構成と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。
図１に示された実施例ではテーパー形状の空洞部６が形成されているが、この実施例では、空洞部６は基板１の底面に対してテーパーを持たずに垂直に形成されている。図２に示された空洞部６の形状は異方性のドライエッチングによって形成できる。図１に示された空洞部６の形状はアルカリ溶液を用いた単結晶シリコンに対するウェットエッチングによって形成できる。なお、空洞部６の形状はどのような形状であってもよい。
図３は、さらに他の実施例を説明するための概略的な図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ’位置での断面図である。図３において、図１に示した構成と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。
この実施例は、図１に示された実施例と比較して、断熱構造体の形状が異なっている。この実施例の断熱構造は、層間絶縁膜７及び絶縁膜２を貫通して設けられた４箇所の開口部１６で挟まれた４本の梁部１７を持つ構造となっている。４本の梁部１７によってサーモパイル５の温接点が形成されている薄膜部を支持する構成となっている。その他の部分に関しては、図１と同様であるので説明は省略する。
このような梁形状にすることによって、断熱性が高まり、センサーの感度を向上させることができる。図３に示された形状は一例であり、それ以外にも開口部１６の形状や個数を変えることによって、梁部１７の形状や本数も様々に変えることができ、上記の形状に限定されるものではない。
図３に示された構造において、空洞部６は、開口部１６からＫＯＨやＴＭＡＨ等のアルカリエッチャントを用いたウェットエッチングプロセスで形成される。なお、図１又は図２に示された構造においても層間絶縁膜７及び絶縁膜２を貫通した開口部を設けることにより、梁部を形成することができる。
ところで、上記実施例において、第一半導体材料３と第二半導体材料４は同一の半導体層に形成されている。また、一例としてあげた半導体材料の高濃度の不純物濃度（１０20ｃｍ-3オーダー）を実現するためには、イオン注入では長時間が必要でありスループットが低下する。ただし、同一半導体層に写真製版技術及びイオン注入技術を用いて第一半導体材料３と第二半導体材料４を形成してもよい。
半導体材料において高濃度不純物濃度を実現するには、表面拡散法で不純物を導入する方がよい場合がある。その場合、不純物は横方向にも拡散する。したがって、表面拡散法を用いて同一半導体層に第一半導体材料３と第二半導体材料４を作り分けるためには、第一半導体材料３と第二半導体材料４の間にある程度の距離を設ける必要がある。そのため、サーモパイル５の占有面積が大きくなる。
第一半導体材料３と第二半導体材料４を互いに異なる層の半導体材料で形成すれば、一方の半導体材料の形成に表面拡散法を用いても、第一半導体材料３と第二半導体材料４の間隔を小さくできる。図４を参照して、第一半導体材料３と第二半導体材料４が互いに異なる層の半導体材料で形成された実施例を説明する。
図４は、さらに他の実施例を説明するための概略的な図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＣ−Ｃ’位置での断面図である。図５は、この実施例における半導体材料３，４の接続部を拡大して示した概略的な断面図である。図４及び図５において、図１に示した構成と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。
第一半導体材料３と第二半導体材料４は互いに異なる層の半導体材料で形成されている。サーモパイル５の温接点及び冷接点において、下層側の第一半導体材料３の上に上層側の第二半導体材料４が配置されている。この実施例では半導体材料３，４の接続部のみが重なっている構造となっている。ただし、半導体材料３，４が重なって配置されている位置はこれに限定されない。
図５に示されるように、第一半導体材料３の表面は第二半導体材料４との接続部を除いて絶縁膜１８で覆われている。第一半導体材料３と第二半導体材料４は絶縁膜１８に形成された開口を介して電気的に接続されている。
形成方法としては、下層の第一半導体材料３を形成するための半導体層を形成し、その半導体層をパターニングして第一半導体材料３を形成した後に絶縁膜１８を形成し、さらにその上に上層の第二半導体材料４を形成する。絶縁膜１８は例えばプラズマＣＶＤ等で形成したＢＰＳＧ、ＮＳＧ、ＴＥＯＳ等のシリコン酸化膜である。絶縁膜１８の膜厚は特に限定されない。また、絶縁膜１８は複数層の膜が積層された積層膜であってもよい。
また、下層の第一半導体材料３がポリシリコン、アモルファスシリコン又は単結晶シリコンの場合は、第一半導体材料３の表面を熱酸化させたシリコン酸化膜を絶縁膜１８としてもよい。
また、上層の第二半導体材料４を形成する際は、まず、第一半導体材料３と第二半導体材料４の接続部の絶縁膜１８を除去する。そして、第二半導体材料４を形成するための半導体層を形成し、その半導体層をパターニングして第二半導体材料４を形成することにより、第一半導体材料３と第二半導体材料４の導通を取ることが可能である。
半導体材料３，４のうちいずれか一方は表面拡散法で不純物が導入される。表面拡散法による不純物の導入は、半導体層をパターニングする前であってもよいし、半導体層をパターニングした後であってもよい。また、イオン注入法による不純物の導入は、半導体層をパターニングする前であってもよいし、半導体層をパターニングした後であってもよい。また、半導体層の成膜時に同時に不純物を導入してもよい。
図６は、さらに他の実施例を説明するための概略的な図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＤ−Ｄ’位置での断面図である。図７は、この実施例における半導体材料３，４の接続部を拡大して示した概略的な断面図である。図６及び図７において、図４及び図５に示した構成と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。
この実施例は、サーモパイル５の熱電対を構成する半導体材料３，４の直列段数をさらに増やした構成である。この実施例では、ほぼ全ての領域において第一半導体材料３と第二半導体材料４が積層構造になっている。このことにより、上記実施例に対して約２倍のサーモパイル直列段数を得ることが可能である。これによりセンサー感度を向上することが可能である。
第一半導体材料３は絶縁膜１８で覆われている。第一半導体材料３と第二半導体材料４の接続部は絶縁膜１８が除去されている。
図８は、この実施例におけるサーモパイル５の製造工程例を説明するための概略的な断面図である。以下に説明する各工程のかっこ数字は図８中のかっこ数字に対応している。
（１）基板１上に形成された絶縁膜２上に第一半導体材料３を形成するための半導体層を形成する。半導体層は例えばポリシリコンである。その半導体層をパターニングして第一半導体材料３を形成する。第一半導体材料３への不純物の導入は、半導体層をパターニングする前であってもよいし、パターニングした後であってもよい。
（２）第一半導体材料３の表面に絶縁膜１８を形成する。絶縁膜１８は例えば第一半導体材料３の表面を熱酸化させたシリコン酸化膜である。ただし、絶縁膜１８はこれに限定されず、プラズマＣＶＤ等で形成したＢＰＳＧ、ＮＳＧ、ＴＥＯＳ等のシリコン酸化膜であってもよい。この場合、絶縁膜１８は絶縁膜２上にも形成される。また、絶縁膜１８は他の種類の絶縁膜であってもよいし、複数層の膜が積層された積層膜であってもよい。
（３）半導体材料３，４の接続部の形成予定位置の絶縁膜を除去する。
（４）第二半導体材料４を形成するための半導体層４ａを形成する。半導体層４ａは例えばポリシリコンである。
（５）半導体層４ａをパターニングして第二半導体材料４を形成する。これにより、サーモパイル５が形成される。第二半導体材料４への不純物の導入は、半導体層４ａをパターニングする前であってもよいし、パターニングした後であってもよい。その後、層間絶縁膜７や赤外線吸収膜８が形成され、最後に空洞部６が形成される（図６及び図７を参照）。なお、空洞部６の形成時期は、赤外線吸収膜８の形成後に限定されず、どのようなタイミングで行なわれてもよい。
図９は、さらに他の実施例を説明するための概略的な断面図である。図９において、図４及び図５に示した構成と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。
この実施例はサーモパイル５を備えたセンサー部１９と、周辺回路部２０とをモノリシックに構成にしたものである。また、ポリシリコンからなる半導体材料３，４を備えたサーモパイル５と、周辺回路部２０のＰＩＰ（Polysilicon Insulator Polysilicon）容量２２は、共通のプロセスで同時に形成されたものである。
センサー部１９の周辺に周辺回路部２０を形成している。周辺回路部２０は、その概略として、ＭＯＳＦＥＴ部２１とＰＩＰ容量２２が図示されている。ＰＩＰ容量２２はポリシリコンの二層構造となっており、ＣＭＯＳプロセスでは一般的に用いられる素子である。
また、ＭＯＳＦＥＴ部２１におけるゲート電極と第二半導体材料４は同一の半導体層から形成されたものである。ただし、ＭＯＳＦＥＴ部２１におけるゲート電極は、第一半導体材料３と同一の半導体層から形成されたものであってもよい。
図４及び図５を参照して説明した実施例、並びに図６及び図７を参照して説明した実施例において、サーモパイル５では、半導体材料３，４は互いに別の層のポリシリコンから形成されており、ＰＩＰ容量２２と同様の構造である。よって、センサー部１９と周辺回路部２０をモノシリック構成とする場合には、ＰＩＰ容量２２とサーモパイル５のポリシリコンのプロセスを共通化することが可能である。詳細なプロセスについては図８で説明したものと同様であるため、ここでは省略する。
また、周辺回路部２０では複数層の配線層を使用することが一般的であるため、層間絶縁膜７が厚くなる。よって、センサー部１９ではセンサーの応答速度向上のために不要な層間絶縁膜７をエッチングで除去し、空洞部６の上方に位置する薄膜部分の厚みを薄くすることが好ましい。
また、赤外線吸収膜８は、別途成膜することもできるが、層間絶縁膜７やパッシベーション膜等で代用することが可能である。このようにすれば、特殊な金黒等の材料を使用する必要がなく、一般的なＣＭＯＳプロセスとの親和性がより高くなる。
図１０は、さらに他の実施例を説明するための概略的な平面である。図１０において、上記実施例で説明した構成と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。
この実施例は、これまで説明したサーモパイル型赤外線センサーのセンサー部１９をアレイセンサーとして使用する場合の構成である。センサー部１９がアレイセンサーの１画素を構成している。
開口部１６で囲まれた薄膜部を梁部１７で支持する構成となっており、その薄膜部上にサーモパイル５が形成されている。梁部１７の形状や配置、薄膜部の形状、面積等はセンサー用途や、仕様によって異なるため、図１０の構成に限定されない。
また、一例として、サーモパイル５は半導体材料３，４が積層された構造を有する（図７を参照。）。各画素の出力は行選択線２３と列選択線２４によって選択され、信号処理回路（図示せず）に送られて処理される。
この実施例のように、半導体材料３，４が積層されたサーモパイル５を用いることによって、限られた幅の梁部１７上により多くのサーモパイルを形成することが可能であり、アレイセンサーの画素感度を向上することが可能である。
図１３は、さらに他の実施例を説明するための概略的な図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＥ−Ｅ’位置での断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＦ−Ｆ’位置での断面図である。図１３において、図１に示した構成と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。
基板１上に、サーモパイル５を構成する第一半導体材料３１と第二半導体材料３２が積層形状で形成されている。各第一半導体材料３１，３２の端部に電気的接続を得るためのコンタクトホール３３が形成されている。コンタクトホール３３と導電材料３４を介してサーモパイル５を構成する第一半導体材料３１と第二半導体材料３２が電気的に接続されている。
第一半導体材料３１は例えばＮ型ポリシリコンである。第二半導体材料３２は例えばＰ型ポリシリコンである。一対の第一半導体材料３１と第二半導体材料３２が接続されたものが熱電対である。この熱電対がそれぞれコンタクトホール３３及び導電材料３４を介して直列に複数段接続されてサーモパイル５（熱電堆）が形成されている。
サーモパイル５を構成する第一半導体材料３１及び第二半導体材料３２としては、ゼーベック係数の極性が異なる異種材料を対にして用いればよい。例えばＣＭＯＳプロセスで一般的に使用されるＮ型ポリシリコンとＰ型ポリシリコンの対が使用されることが一般的である。コンタクトホール３３に埋め込まれる導電材料や配線として用いられる導電材料３４は、例えばＣＭＯＳプロセスで一般的に使用される材料でよい。その材料は例えばアルミニウムである。
また、微弱な赤外線を感度良く検出するために、サーモパイル５の下部に、空洞部６が形成されて断熱構造体となっている。空洞部６によって基板１から断熱された薄膜部の上に配置されているサーモパイル５の接点は温接点を構成している。空洞部６のない基板１上に配置されているサーモパイル５の接点は冷接点を構成している。
サーモパイル５の温接点を覆うように赤外線吸収膜８が形成されている。赤外線吸収膜８で赤外線が吸収され、薄膜部が温まると、温接点と冷接点の間に温度差が生じ、サーモパイル５に熱起電力が生じる。
この実施例の層構成は、基板１上に形成された絶縁膜２上に、第一半導体材料３１、第二半導体材料３２、コンタクトホール３３、導電材料３４、各層の層間絶縁膜７、赤外線吸収膜８となっている。
各層の材料例について説明する。基板１としては断熱構造の形成にシリコンのＭＥＭＳプロセスが利用されることから、シリコン基板が使用されることが一般的である。絶縁膜２はシリコンの熱酸化膜が一般的である。層間絶縁膜７はシリコンのプラズマ酸化膜やＣＶＤ膜が一般的である。赤外線吸収膜８としてはシリコン酸化膜やシリコン窒化膜、金黒膜等が使用される。
サーモパイル５の下部には空洞部６が形成されており、サーモパイル５の温接点部の断熱性を高めている。図１３ではテーパー形状の空洞部６が形成されている構造が示されているが、空洞部６が基板１に対してテーパーを持たずに垂直に形成された形状であってもよい。また、空洞部６は基板１を貫通している形状が示されているが、これに限らず、サーモパイル５の温接点部と基板１との間に空隙が形成されて断熱性が得られる構造であれば問題ない。
図１３（Ｂ）及び（Ｃ）に示されるように、この実施例のサーモパイル５は、第一半導体材料３１と第二半導体材料３２が積層構造になっていることが特徴である。
図１４は、図１３（Ｂ）の一点差線で囲まれた部分を拡大して示した概略的な断面図である。図１５は、図１３（Ｃ）の一点差線で囲まれた部分を拡大して示した概略的な断面図である。
第一半導体材料３１と第二半導体材料３２は積層形状に形成されている。第一半導体材料３１と第二半導体材料３２は、それらの長手方向に沿った側面に関して例えば同時にパターニングされて形成されたものである。第一半導体材料３１と第二半導体材料３２の間の層間絶縁膜３５が形成されている。層間絶縁膜３５は非常に薄く形成されている。
層間絶縁膜３５の形成方法は、例えば第一半導体材料３１の熱酸化膜等を利用してもよいし、第一半導体材料３１の表面にシリコンのプラズマ酸化膜やＣＶＤ酸化膜を薄く堆積してもよい。特に第一半導体材料３１としてポリシリコンが使用される場合は、層間絶縁膜３５として第一半導体材料３１の熱酸化膜を使用することは薄膜化に有利であり、膜質の安定性でも有利である。
また、下層の第一半導体材料３１は上層の第二半導体材料３２よりも長く形成されている。これは、第一半導体材料３１及び第二半導体材料３２の両端部のそれぞれに電気的接続を取るためのコンタクトホール３３を形成するためである。
形成プロセスの詳細は後述するが、この実施例の赤外線センサーの特徴の一つは、第一半導体材料３１及び第二半導体材料３２の長手方向に沿った側面に関して第一半導体材料３１と第二半導体材料３２が同時にパターニングされて形成されている点である。そのプロセスによって形成される場合、図１５に示されるように、第一半導体材料３１の長手方向に沿った側面と第二半導体材料３２の長手方向に沿った側面が同一面に形成される特徴がある。
この実施例の赤外線センサーは、第一半導体材料３１と第二半導体材料３２が積層されている熱電対を用いているので、サーモパイル５の単位面積当たりのサーモパイル５の対数（熱電対の数）を多くすることができる。
さらに、この実施例の赤外線センサーは、第一半導体材料３１と第二半導体材料３２の間の層間絶縁膜３５として第一半導体材料の熱酸化膜を備えているので、熱酸化膜以外の層間絶縁膜を用いる場合に比べて層間絶縁膜３５の厚みを低減することができる。これにより、この実施例の赤外線センサーは熱容量を低減することができ、センサーの応答特性を向上させることができる。
さらに、この実施例の赤外線センサーでは、第一半導体材料３１と第二半導体材料３２の長手方向に沿った側面は同一面に形成されている。したがって、例えば第一半導体材料の幅寸法が第二半導体材料の幅寸法に比べて大きく形成されている場合に比べて、この実施例の赤外線センサーは第一半導体材料３１と第二半導体材料３２を含む熱電対の幅寸法を小さくすることができる。これにより、この実施例の赤外線センサーは、サーモパイル５の単位面積当たりのサーモパイル５の対数を多くすることができる。
図１６は、この実施例におけるサーモパイル５の製造工程例を製造方法の一実施例として説明するための概略的な断面図である。図１６の断面は図１３（Ａ）のＥ−Ｅ’位置に対応している。図１７は、図１６に示された複数の断面図のうちの一部の断面図に対応する概略的な平面図である。以下に説明する各工程のかっこ数字は図１６及び図１７中のかっこ数字に対応している。
（１）基板１上に形成した絶縁膜２上に第一半導体材料３１を堆積する。第一半導体材料３１に適当な不純物導入を行う。不純物導入の方法は例えばイオン注入や表面拡散を用いて行う。
（２）最終的にサーモパイル５が形成されるおおよその領域を残すように第一半導体材料３１をパターニングする。ここでパターニングとは、レジストを用いたフォトリソグラフィーによりレジストからなるエッチングマスク形成する工程、そのエッチングマスクを用いてエッチングを行う工程、エッチングマスクを除去する一連の工程を指している。なお、エッチングマスクは、電子ビーム描画法やインプリント法で形成されたマスクパターンなど、フォトリソグラフィーとは異なる方法で形成されたものであってもよい。
層間絶縁膜３５（図１７での図示は省略）を形成する。層間絶縁膜３５は例えば第一半導体材料３１の熱酸化膜によって形成される。ただし、層間絶縁膜３５の材料はこれに限定されない。例えば、第一半導体材料３１又はその熱酸化膜の上にシリコンのプラズマ酸化膜やＣＶＤ酸化膜を薄く堆積して層間絶縁膜３５を形成してもよい。層間絶縁膜３５の材料は第一半導体材料３１と後工程で形成される第二半導体材料３２とを電気的に絶縁できる材料及び厚みであれば特に限定されない。サーモパイル５には大きな電圧は生じないので、層間絶縁膜３５の厚みは下層の第一半導体材料３１と上層の第二半導体材料３２が電気的に短絡しないだけの最低限の薄さの膜厚とすることが好ましい。
（３）第二半導体材料３２を堆積する。第二半導体材料３２に適当な不純物導入を行う。不純物導入の方法は例えばイオン注入や表面拡散を用いて行う。
（４）最終的に第二半導体材料３２が配置されるおおよその領域を残すように第二半導体材料３２をパターニングする。なお、図１３における各第二半導体材料３２の長手方向の寸法及び端面の位置はこのパターニング工程で決定される。
（５）第一半導体材料３１、層間絶縁膜３５及び第二半導体材料３２の積層構造に対してエッチングを同時に行う。これにより、第一半導体材料３１、層間絶縁膜３５及び第二半導体材料３２の最終形状が形成される。
（６）第一半導体材料３１、層間絶縁膜３５及び第二半導体材料３２を含む熱電対と後工程で形成される配線層との間の層間絶縁膜７ａを形成する。層間絶縁膜７ａにコンタクトホール３３を形成する。なお、層間絶縁膜７ａは図１３における層間絶縁膜７の一部の層を構成している。
（７）導電材料３４を堆積し、所望の配線パターン形状にパターニングする。これにより、サーモパイル５が形成される。
図１３を参照してこれ以降の工程を説明すると、表面保護用のパッシベーション膜を形成して層間絶縁膜７の形成を完了し、その後、赤外線吸収膜８、空洞部６等を形成すれば、サーモパイル型の熱型赤外線センサーが完成する。
この製造方法の実施例は、異なる層に形成した第一半導体材料３１と第二半導体材料３２を一括でエッチングするプロセスを用いて積層型のサーモパイル５を形成する。ところで、第一半導体材料と第二半導体材料を別々にパターニングするプロセスの場合、第一半導体材料と第二半導体材料の間の層間絶縁膜を平坦化する処理が必要となる場合がある。この製造方法の実施例は、その平坦化処理が不要であり、第一半導体材料３１と第二半導体材料３２の間の層間絶縁膜３５が非常に薄い積層型のサーモパイル５を形成する。したがって、この製造方法の実施例は、センサーの応答速度を向上することができる。
上記の製造方法の実施例は第二半導体材料３２を形成する上記工程（３）の前に上記工程（２）で第一半導体材料３１をパターニングする工程を含んでいるが、本発明の赤外線センサーの製造方法はこれに限定されない。本発明の赤外線センサーの製造方法は、第二半導体材料を形成する前に第一半導体材料をパターニングする工程を含まなくてもよい。
図１８は、さらに他の実施例を説明するための概略的な断面図である。図１７において、図９及び図１３に示された構成と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。
この実施例は、サーモパイル５を備えたセンサー部１９と、周辺回路部２０がモノリシックに形成されていることを特徴とする。周辺回路２０は例えばＣＭＯＳプロセスで形成される。周辺回路２０は例えばＭＯＳＦＥＴ部２１とＰＩＰ容量２２を含んでいる。ＰＩＰ容量２２は下部電極と上部電極がポリシリコンで形成された容量素子である。
センサー部１９とセンサー周辺回路２０をモノリシックに形成する場合にプロセスの簡略化が必要となる。そこで、サーモパイル５の第一半導体材料３１とＰＩＰ容量２２の下部電極が共通のポリシリコンで形成されることが好ましい。さらに、サーモパイル５の第二半導体材料３２とＰＩＰ容量２２の上部電極が共通のポリシリコンで形成されることが好ましい。また、第一半導体材料３１と第二半導体材料３２のいずれかがＭＯＳＦＥＴ部２１のポリシリコンゲート電極と共通のポリシリコンで形成されることが好ましい。
このように、本発明の赤外線センサーは、第一半導体材料３１、第二半導体材料３２の両方をＣＭＯＳプロセスと共通のプロセスで形成可能であるため、ＣＭＯＳプロセスとの親和性が非常に高く、プロセスの簡略化が可能である。
また、周辺回路部２０では複数層の配線層を使用することが一般的であるため、層間絶縁膜７が厚くなる。よって、センサー部１９ではセンサーの応答速度向上のために不要な層間絶縁膜７をエッチングで除去し、空洞部６の上方に位置する薄膜部分の厚みを薄くすることが好ましい。
また、赤外線吸収膜８は、別途成膜することもできるが、層間絶縁膜７やパッシベーション膜等で代用することが可能である。このようにすれば、特殊な金黒等の材料を使用する必要がなく、一般的なＣＭＯＳプロセスとの親和性がより高くなる。
図１３から図１７を参照して説明した実施例及び製造方法例では、第一半導体材料３１はＮ型ポリシリコンであり、第二半導体材料３２はＰ型ポリシリコンであるが、第一半導体材料３１及び第二半導体材料３２はこれらに限定されない。第一半導体材料３１はＰ型ポリシリコンであり、第二半導体材料３２はＮ型ポリシリコンであってもよい。
また、第一半導体材料３１及び第二半導体材料３２は、同じ極性のキャリアを生じる不純物が互いに異なる濃度で導入され、かつ、ゼーベック係数の極性が互いに反対になっているものであってもよい。第一半導体材料３１及び第二半導体材料３２は、例えば図１を参照して説明した実施例における半導体材料３，４の材料によって形成されていてもよい。
また、図１３等を参照して説明した実施例の赤外線センサーは、例えば図１０に示された実施例と同様に、複数のサーモパイル５がアレイ状に配置されている構成に適用することができる。
以上、本発明の実施例を説明したが、上記実施例での数値、材料、配置、個数等は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
例えば、本発明の熱電対及び本発明の赤外線センサーにおいて、第一半導体材料と第二半導体材料は基材をポリシリコンとするものに限定されない。第一半導体材料と第二半導体材料は、同じ極性のキャリアを生じる不純物が互いに異なる濃度で導入されており、かつ、ゼーベック係数の極性が互いに反対になっているものであればよい。例えば、第一半導体材料と第二半導体材料の基材は、単結晶シリコンやアモルファスシリコン、シリコン系以外の半導体材料であってもよい。
また、上記実施例では、熱電対はサーモパイルに適用されているが、本発明の熱電対はサーモパイルに適用されるものに限定されず、本発明の熱電対の用途はサーモパイル以外の用途であってもよい。
また、上記実施例では、サーモパイルは複数の熱電対が直列に接続されたものであるが、本発明のサーモパイルは複数の熱電対が並列に接続されたものであってもよい。
また、上記実施例の赤外線センサーは空洞部を備えているが、本発明の赤外線センサーは、これに限定されず、複数の熱電対が直列に接続されたサーモパイルを備えた赤外線センサーであれば適用できる。
３ 第一半導体材料
４ 第二半導体材料
５ サーモパイル
２０ 周辺回路部
３１ 第一半導体材料
３２ 第二半導体材料
３５ 層間絶縁膜（熱酸化膜）
特開２０００−３０７１５９号公報
ＩＥＩＣＥ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ、ＥＤ２００９−１９７、ＳＤＭ２００９−１９４（２０１０−２）、ｐｐ．５−９ ＩＥＩＣＥ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ、ＥＤ２０１０−１９４、ＳＤＭ２０１０−２２９（２０１１−２）、ｐｐ．１３−１７

Claims (19)

  1. サーモパイルを備えた赤外線センサーにおいて、
    前記サーモパイルは、第一半導体材料と第二半導体材料を含み、
    前記第一半導体材料と前記第二半導体材料は積層されており、
    前記第一半導体材料と前記第二半導体材料の層間に前記第一半導体材料の熱酸化膜を有することを特徴とする赤外線センサー。
  2. 前記第一半導体材料と前記第二半導体材料の層間に、前記熱酸化膜に替えて又は前記熱酸化膜に積層されて、前記熱酸化膜とは異なる絶縁膜が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサー。
  3. 前記第一半導体材料と前記第二半導体材料は、同じ極性のキャリアを生じる不純物が互いに異なる濃度で導入されており、かつ、ゼーベック係数の極性が互いに反対になっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外線センサー。
  4. 前記第一半導体材料及び前記第二半導体材料は、ゼーベック係数の極性が互いに反対になるように前記不純物の濃度が選択又は調整されていることを特徴とする請求項３に記載の赤外線センサー。
  5. 前記第一半導体材料及び前記第二半導体材料は、シリコンを主とすることを特徴とする半導体材料である請求項３又４に記載の赤外線センサー。
  6. 前記不純物はＮ型不純物であることを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載の赤外線センサー。
  7. 前記第一半導体材料と前記第二半導体材料のうち一方は、前記不純物の濃度が固溶限に達していることを特徴とする請求項３から６のいずれか一項に記載の赤外線センサー。
  8. 積層されている前記第一半導体材料及び前記第二半導体材料の長手方向に沿った側面は同一面に配置されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の赤外線センサー。
  9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の赤外線センサーの製造方法であって、
    前記第一半導体材料と前記第二半導体材料を同時にエッチングする工程を含むことを特徴とする赤外線センサーの製造方法。
  10. 電気的に接続される第一半導体材料と第二半導体材料を備え、
    前記第一半導体材料と前記第二半導体材料は、同じ極性のキャリアを生じる不純物が互いに異なる濃度で導入されており、かつ、ゼーベック係数の極性が互いに反対になっていることを特徴とする熱電対。
  11. 前記第一半導体材料及び前記第二半導体材料は、ゼーベック係数の極性が互いに反対になるように前記不純物の濃度が選択又は調整されていることを特徴とする請求項１０に記載の熱電対。
  12. 前記第一半導体材料及び前記第二半導体材料は、シリコンを主とする半導体材料であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の熱電対。
  13. 前記不純物はＮ型不純物であることを特徴とする請求項１０から１２のいずれか一項に記載の熱電対。
  14. 前記第一半導体材料と前記第二半導体材料のうち一方は、前記不純物の濃度が固溶限に達していることを特徴とする請求項１０から１３のいずれか一項に記載の熱電対。
  15. 前記第一半導体材料及び前記第二半導体材料は、互いに異なる層の半導体材料で形成されていることを特徴とする請求項１０から１４のいずれか一項に記載の熱電対。
  16. 複数の熱電対が直列又は並列に接続されたサーモパイルにおいて、
    前記熱電対として請求項１０から１５のいずれか一項に記載の熱電対を備えていることを特徴とするサーモパイル。
  17. 複数の熱電対が直列に接続されたサーモパイルを備えた赤外線センサーにおいて、
    前記サーモパイルとして請求項１６に記載のサーモパイルを備えていることを特徴とする赤外線センサー。
  18. 同一基板上に前記サーモパイルと周辺回路が形成されていることを特徴とする請求項１から７又は１７のいずれか一項に記載の半導体センサー。
  19. 複数の前記サーモパイルがアレイ状に配置されていることを特徴とする請求項１から７、１７又は１８のいずれか一項に記載の半導体センサー。
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