JP2020077764A - 半導体センサ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】配線構造体との接続を確実に図ることができ、結果として信頼性が向上された半導体センサ装置および半導体センサ装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体センサ装置は、複数の信号線とセンサ検知部とが配置された半導体センサ装置であって、基板上に配置され、信号線を構成すると共に信号線の幅よりも小さい幅の開口部により上面が露出された導電膜と、導電膜上に形成され、開口部を介して導電膜と電気的に接続された導電性部材と、導電性部材の上面に形成され、信号線間もしくは信号線とセンサ検知部を接続するエアブリッジ構造からなる配線構造体と、を備え、導電性部材の上部表面は配線構造体と接触しており、側面は露出されていることを特徴とするものである。【選択図】図１Ｂ

Description

本願は、半導体センサ装置および半導体センサ装置の製造方法に関するものである。
従来、互いの空間で分離された状態で平面内に形成された配線を有する半導体センサ装置の代表例として、化合物半導体及びシリコン半導体を用いたモノリシックマイクロ波集積回路（Monolithic Microwave Integrated Circuit：ＭＭＩＣ）がある。従来の半導体センサ装置では、交差配線が設けられるエリアに対して宙に浮くエアブリッジ配線を適用することで、誘電率が１の空気が層間絶縁膜の代わりに構成されている。
従来、エアブリッジ配線構造を備えた半導体装置では、エアブリッジを含む第２の配線下層に金属膜もしくは絶縁膜からなる補強層を設けて強度向上を図ることが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、エアブリッジ配線を適用した熱型赤外線検出器では、温度センサと断熱支持脚と赤外吸収層が、互いに空間的に分離した異なる平面内に形成され、温度センサと赤外吸収層が赤外線の入射方向から見て断熱支持脚の全面を覆う領域に形成されたことが開示されている（例えば、特許文献２参照）。
さらにまた、エアブリッジ配線を適用した熱型赤外線固体撮像素子では、一対の支持部がダイヤフラムと同階層に設けられ、ダイヤフラムと一部で繋がる第一支持部と、ダイヤフラムと基板間との間の階層に設けられた第二支持部と、を有し、第二支持部は少なくとも１回以上の折り返し点を有する梁と、この梁の一端部に設けられた第一コンタクト部と、この梁の他端部に設けられた第二コンタクト部から成り、一対の支持部の梁及び第二コンタクト部はダイヤフラムを挟んでダイヤフラムの両外側に配置され、第一支持部と第二支持部の第一コンタクト部との間で機械的または電気的接続が形成されており、画素がダイヤフラム長及びダイヤフラム間ギャップのピッチでアレイ状に配置され、各々の画素の第二支持部の梁及び第二コンタクト部が他の画素のダイヤフラム下に存在することが開示されている（例えば、特許文献３参照）。
また、従来の半導体センサ装置では、信号線と配線構造との接続を図るためにコンタクト部が設けられており、このコンタクト部と信号線段差との間に間隙が形成されたコンタクト構造を備えている。
特開平１０‐１２７２２号公報 特許第３９４４４６５号公報 特許第５６２５２３２号公報
しかしながら、前述した特許文献３に開示された熱型赤外線固体撮像素子では、電極は第一絶縁膜の開口段差と犠牲層によって吊り上げられた先の第一配線先端の段差を跨ぐため断線の恐れがあるという問題があった。また、前述した従来の半導体センサにおいても配線構造の電極と接続される信号線のコンタクト部には、配線構造の下層絶縁膜のエッチングによって下層絶縁膜の厚み分の段差が形成されており、この段差が原因で電極の断線が起こる可能性があるという問題があった。
またさらに、前述した特許文献３に開示された熱型赤外線固体撮像素子では、犠牲層をミクロンオーダーの膜厚で設けると、開口部上の狭い領域に対して開口パターニングを施す必要性があるために、露光時にコンタクト開口不良が発生してしまい、第一犠牲層のコンタクト開口部の下底にレジストが残る可能性があり、この下底のレジスト除去をドライエッチングなどで処理することでサイドウォールによるオーバーハングの発生も起こり得るという問題があった。
本願は、前述のような課題を解決するためになされたものであり、高性能化等の要求により配線構造体が薄膜化または微細化した場合であっても、配線構造体との接続を確実に図ることができ、結果として信頼性が向上された半導体センサ装置および半導体センサ装置の製造方法を得ることを目的とする。
本願に開示される半導体センサ装置は、複数の信号線とセンサ検知部とが配置された半導体センサ装置であって、基板上に配置され、前記信号線を構成すると共に前記信号線の幅よりも小さい幅の開口部により上面が露出された導電膜と、前記導電膜上に形成され、前記開口部を介して前記導電膜と電気的に接続された導電性部材と、前記導電性部材の上面に形成され、前記信号線間もしくは前記信号線と前記センサ検知部を接続するエアブリッジ構造からなる配線構造体と、を備え、前記導電性部材の上部表面は前記配線構造体と接触しており、側面は露出されていることを特徴とするものである。
また、本願に開示される半導体センサ装置の製造方法は、基板上に複数の信号線とセンサ検知部を形成する工程と、前記複数の信号線と前記センサ検知部の上にそれぞれ開口部を有する犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層および前記開口部の表面上に導電性部材を形成する工程と、前記導電性部材の上に配線構造体を形成する工程と、前記犠牲層を除去する工程と、を備え、前記配線構造体を形成する工程の前に前記導電性部材が先行して設けられたことを特徴とするものである。
さらにまた、本願に開示される半導体センサ装置の製造方法は、基板上に複数の信号線とセンサ検知部を形成する工程と、前記複数の信号線と前記センサ検知部の上にそれぞれ開口部を有する有機材料系からなる第一犠牲層を形成する工程と、前記第一犠牲層および前記開口部の表面上に無機材料系からなる第二犠牲層を成膜する工程と、前記第二犠牲層の上に配線構造体を形成する工程と、前記第二犠牲層をパターニングする工程と、前記第一犠牲層を除去する工程と、を備え、前記配線構造体を形成する工程の前に前記第二犠牲層が成膜されており、前記配線構造体が形成された後に前記第二犠牲層がパターニングされたことを特徴とするものである。
本願に開示される半導体センサ装置および半導体センサ装置の製造方法によれば、高性能化等の要求により配線構造体が薄膜化または微細化した場合であっても、配線構造体との接続を確実に図ることができ、結果として信頼性が向上された半導体センサ装置および半導体センサ装置の製造方法を得ることができる。
実施の形態１による半導体センサ装置を示す平面図である。 図１ＡのＡ‐Ａ´線の断面図である。 実施の形態１による半導体センサ装置の製造方法を示す断面図である。 実施の形態１による半導体センサ装置の変形例を示す平面図および平面図におけるＢ‐Ｂ´線の断面図である。 実施の形態２よる半導体センサ装置の平面図および平面図におけるＣ‐Ｃ´線の断面図である。 実施の形態２による半導体センサ装置の製造方法を示す断面図および平面図である。 実施の形態２による半導体センサ装置の変形例を示す平面図および平面図におけるＣ‐Ｃ´線の断面図である。 実施の形態２による半導体センサ装置の変形例の製造方法を示す断面図である。 実施の形態１および実施の形態２による配線構造体の応力の解析結果を説明するための図である。 実施の形態１による半導体センサ装置を評価するためのＴＥＧの平面図、断面図、ＴＥＧを用いて接触抵抗を調査した結果を示すグラフである。
実施の形態１．
以下、図面に基づいて実施の形態１について説明する。なお、各図面において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。
図１Ａは、実施の形態１による半導体センサ装置を示す平面図である。また、図１Ｂは、図１ＡのＡ‐Ａ´線の断面図である。実施の形態１では、半導体センサ装置の１つである熱型非冷却赤外線センサアレイ（以下、赤外線センサアレイと称す）を事例として以下に説明を行う。
まず、図１Ａは、読み出し回路または端子等が形成された基板２００内に配置された半導体センサ装置である赤外線センサアレイ１００であり、一画素全体を示した構造平面図である。赤外線センサアレイ１００には、垂直方向１ａと水平方向１ｂにそれぞれ設けられた信号線１に囲まれた領域に半導体センサ検知部２が配置されている。半導体センサ検知部２は、例えば、２０ミクロンから２５ミクロンの正方形の画角サイズで形成されている。また、ここで述べる赤外線センサアレイ１００は、基板２００内に規則的に２次元配列された状態でマトリックス状に複数個一括して設けられている。また、半導体センサ検知部２では、物体から照射される赤外線の吸収によって生じた温度変化を、温度によって電気特性が変化する温度センサによって電気信号に変換させる検出機能が備わっている。
この半導体センサ検知部２には、例えば温度によって抵抗値が変わるボロメーター薄膜または焦電効果を有した強誘電体またはサーモパイルが設けられている。ボロメーター薄膜とは、例えば、酸化バナジウム、ポリシリコン、アモルファスシリコンなどであり、強誘電体にはＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）またはＢＳＴ（チタン酸バリウムストロンチウム）がある。またサーモパイルでは、例えば、ｐ型ポリシリコンとｎ型ポリシリコンとの結合がある。
図１Ａまたは図１Ｂに示すように、赤外線センサアレイ１００には、半導体センサ検知部２の下部および信号線１との間に空洞部３が設けられている。また、半導体センサ検知部２は、信号線１とは異なる空間に互いに分離された状態で形成されており、さらに平面内に分かれて配置されている。図１Ａ、図１Ｂに示すように、例えば二対の配線構造体４（以下、支持脚４ａ、４ｂと称す）は、その下部に絶縁膜を挟まない宙に浮いた状態で形成されている。半導体センサ検知部２は、支持脚４ａ、４ｂに支えられることで均衡を保ち、信号線１に囲まれた空洞部３の上方に支持脚４ａ、４ｂにより浮かせることが可能となっている。
また、配線構造体４である支持脚４ａ、４ｂは、半導体センサ検知部２を基板２００から断熱させると共に、支持脚４ａ、４ｂの電極９を通じて信号線１を経由したのちに信号読み出し回路と電気的に繋がっている。このため、半導体センサ検知部２に例えばボロメーター薄膜を適用した場合には、温度変化によるボロメーター薄膜の抵抗変化を電流または電圧に変化させて上述した回路に出力すると言う役割も持ち合わせている。また、配線構造体４である支持脚４ａ、４ｂが、半導体センサ検知部２と信号線１にそれぞれ接続される支持脚４ａ、４ｂの両端には半導体センサ検知部２と信号線１にそれぞれ設けられたコンタクト開口部５が配置されている。実施の形態１では、赤外線センサアレイ１００にコンタクト開口部５が合計４個設けられた構造を示す。
また、配線構造体４である支持脚４ａ、４ｂは、ボロメーター薄膜などの半導体センサ検知部２の断熱性を向上させて、半導体センサ装置である赤外線センサアレイ１００の高感度化を達成するために配線長が長く設計されている。図１Ａに示すように、支持脚４ａ、４ｂは半導体センサ検知部２と信号線１との間でＵ字に例えば複数回折り曲げられた状態で配置される。また、コンタクト開口部５と接続された支持脚４ａ、４ｂは二対あり、半導体センサ検知部２の中心付近を境に、左側に配置される支持脚４ａと右側に配置される支持脚４ｂに同等の配線長で分かれている。また、この支持脚４ａ、４ｂは信号線１または半導体センサ検知部２とは異なる空間で宙に浮いた状態で支持される。
次に、図１ＡのＡ−Ａ´線を切断することで得られた赤外線センサアレイ１００の断面構造について、図１Ｂを参照して説明する。二対ある支持脚４ａ、４ｂは、二対ある支持脚４ａ、４ｂの形成工程とコンタクト開口部５の形成工程が同じ工程であり、支持脚４ａ、４ｂはコンタクト開口部５を介して信号線１または半導体センサ検知部２に一括して接続されるため、何れか一方の支持脚４ａ、４ｂに関する説明は省略する。また、信号線１の断面図は、支持脚４ａ、４ｂとコンタクト開口部５の接続状態が分かり易いように信号線１を構成する金属膜６と保護膜７のみ図示されており、実施の形態１の説明に対して必要ではない基板２００内の読み出し回路または他の配線等の説明は省略する。
まず、赤外線センサアレイ１００が設けられたシリコン等からなる基板２００には、例えば、ｎ型の活性層とシリコン酸化膜からなる埋め込み酸化膜ならびに支持基板からなるＳｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ（以下、ＳＯＩと称す）ウェハを用いる。実施の形態１では、直径６インチφでウェハの厚みが６２５ミクロン仕様のＳＯＩウェハを使用した。
信号線１は例えばアルミからなる金属膜６である導電膜で構成されている。図１Ｂに示すように、金属膜６とその金属膜６を囲むように例えばシリコン窒化膜で設けられた絶縁膜である保護膜７が形成されている。なお、信号線１は金属膜６を加工する際に基板２００との間に信号線段差１４が形成されている。また、基板２００の信号線１の配線幅に対して金属膜６の幅の方が小さく形成されている。なお、ここで用いられる信号線１内の金属膜６の厚みは１ミクロン以下である。また、信号線１の線幅は５ミクロン以下になるよう設計されている。
一方、半導体センサ検知部２は、信号線１間であって、空洞部３の上方に支持脚４ａ、４ｂによって宙吊りで支えられており、半導体センサ検知部２には単結晶シリコン薄膜で設けられたダイオードが複数個配列されている。実施の形態１では、このダイオードは赤外線を検出する温度センサとして用いられている。
支持脚４ａ、４ｂは、信号線１または半導体センサ検知部２上にそれぞれ設けられたコンタクト開口部５に、まず橋桁１０を先行して膜付けを行い、図１Ｂに示すように橋桁１０を加工した後に、それら橋桁１０の上に形成される。橋桁１０は、配線構造体４である支持脚４ａ、４ｂの導電性下敷きパッド膜であり、例えばアルミ薄膜などの導電性部材で構成されている。配線構造体４を構成する上層絶縁膜８ａおよび下層絶縁膜８ｂは、テトラエトキシシラン（以下、ＴＥＯＳと称す）酸化膜により形成されており、電極９を上層絶縁膜８ａと下層絶縁膜８ｂとで挟んだ構造となっている。下層絶縁膜８ｂは、図１Ｂに示すように、橋桁１０上面の一部のみを露出させている。なお、ここで用いる配線構造体４である支持脚４ａ、４ｂの配線幅は１ミクロン以下である。
以上のように、実施の形態１による赤外線センサアレイ１００は、複数の信号線１と半導体センサ検知部２とが配置されており、基板２００上に配置され、信号線１を構成すると共に信号線１の幅よりも小さい寸法（幅）のコンタクト開口部５により上面が露出された導電膜と、この導電膜上に形成され、コンタクト開口部５を介して導電膜と電気的に接続された導電性部材の橋桁１０を備えている。また、赤外線センサアレイ１００は、導電性部材の上面に形成され、信号線１間もしくは信号線１と半導体センサ検知部２を接続するエアブリッジ構造からなる配線構造体４を備えている。そして、赤外線センサアレイ１００は、導電性部材の上部表面は配線構造体４と接触しており、側面は、空洞部３に露出されており、例えば絶縁膜に被覆されていない構造となっている。
次に、実施の形態１による半導体センサ装置の製造方法について説明する。図２は、実施の形態１による半導体センサ装置の製造方法を示す断面図である。ここでは、支持脚４ａ、４ｂを半導体センサ検知部２と信号線１の双方に接続する工程について詳細に説明を行う。なお、図２は、配線構造体４と信号線１との接続について図示されており、半導体センサ検知部２との接続については省略されている。
図２の２Ａに示すように、まずＳＯＩウェハからなる基板２００の全面を覆うように、例えば厚膜用フォトレジストまたはポリイミドなどの有機感光性材料を用いてスピンコートなどにより塗布を行い、熱処理を行う。続いてアライナーまたはステッパーなどの露光機と現像で接続されるコンタクト開口部５が開口したマスクパターンニングを行い犠牲層１２が設けられる。この犠牲層１２は、例えば信号線１のコンタクト開口部５上に厚さが１μｍから３μｍの範囲内で設けられる条件で塗布されている。なおこの犠牲層形成工程では、コンタクト開口部５の形成領域以外の基板２００全面がフォトマスクで覆われる。
次に、犠牲層１２上に橋桁１０を先行して設けるために必要なアルミ薄膜を蒸着またはスパッタ法で膜付けを行う。成膜終了後はポジ型フォトレジストで残したい領域を覆い、続けて例えば混酸液で加温しながら湿式エッチングすることで図２の２Ａのような断面構造の橋桁１０を設ける。湿式法で形成された下敷きパッド膜である橋桁１０は、等方性エッチングで処理されるため、橋桁先端２３の断面は円弧状に丸みを有する円弧形状である。最後にレジストマスクを例えばアッシング等で除去すれば必要とする形状の橋桁１０を得ることができる。ここで用いる橋桁１０は、金属膜６のコンタクト開口部５と接続する下底側の直径を１としたとき、上部側（一方の橋桁先端２３から他方の橋桁先端２３まで）を例えば下底側の直径の１．５倍としている。
続いて、図２の２Ｂに示すように、犠牲層１２および橋桁１０を含む基板２００上にＴＥＯＳを成膜する。そして、下層絶縁膜８ｂであるＴＥＯＳのエッチングをおこない、絶縁膜開口部２７が形成される。続いて、下層絶縁膜８ｂおよび絶縁膜開口部２７の上面を含む基板２００全面にスパッタまたは蒸着法によって電極９を成膜する。電極９は、この成膜工程時に絶縁膜開口部２７により露出された橋桁１０の一部と接続される。実施の形態１では、電極９にチタン系の材料を用いている。
次に、図２の２Ｃに示すように、上層絶縁膜８ａであるＴＥＯＳを例えば下層絶縁膜８ｂと同じ膜厚で成膜する。上層絶縁膜８ａは先に設けた電極９と下層絶縁膜８ｂを足した膜応力に対して、支持脚４ａ、４ｂを宙吊り保持させるために膜質をコントロールしており、引っ張り応力になるように膜質を制御して成膜を行っている。上層絶縁膜８ａおよび下層絶縁膜８ｂの膜厚は上下合わせて２００ｎｍとした。
次に、写真製版によってレジストマスクを残したいエリアに形成したのちに、リアクティブイオンエッチング（以下ＲＩＥと称す）または物理エッチング法などを用いて上層絶縁膜８ａ、下層絶縁膜８ｂおよび電極９の加工を行うことで、図１Ａ、図１Ｂおよび図２の２Ｄに示す二対の配線長がほぼ等しくなるよう配置された支持脚４ａ、４ｂを得るためのプロセスが完了する。
この支持脚４ａ、４ｂを形成するための写真製版では、支持脚４ａ、４ｂと橋桁先端２３が交わる（重なる）箇所に対して、曲げまたは捻れに対する負荷を改善させる目的として円弧状の曲線加工４５が両方の角に施されている。他にも支持脚４ａ、４ｂが折り曲げられる箇所も同様に曲線加工４５が設けられている。
続いて、半導体センサ検知部２上には支持脚４ａ、４ｂが図示された状態で配置されており、他の領域はエッチングによって犠牲層１２が剥き出しの状態となっている。この犠牲層１２（図２の２Ｄの点線エリア）は、図２の２Ｄに示すように、例えばアッシングまたはシンナー等の薬液を用いて除去することが可能であり、犠牲層１２が無くなることで支持脚４ａ、４ｂはエアブリッジ配線の構造のように、一定空間において宙吊り状態を保った状態となり、信号線１と半導体センサ検知部２との接続が図られる。なお、図２の２Ｄにおいて、点線で図示された領域は、犠牲層１２が除去された領域を示す。
最後に、半導体センサ検知部２の下部に空洞部３を設けるためのエッチング処理を行う。例えば、濃度が２０％を超える水酸化テトラメチルアンモニウム（以下ＴＭＡＨと称す）と水の混合液を浴槽に準備して、薬液を加温しながら半導体センサ装置である赤外線センサアレイ１００が設けられた基板２００を浸漬する湿式エッチングをおこなう。このようにして、図１Ａおよび図１Ｂで示した半導体センサ装置である赤外線センサアレイ１００の製造方法のプロセスが完了する。
以上のように、実施の形態１による赤外線センサアレイの製造方法は、基板２００上に複数の信号線１と半導体センサ検知部２を形成する工程と、複数の信号線１と半導体センサ検知部２の上にそれぞれ開口部を有する犠牲層１２を形成する工程と、犠牲層１２および開口部の表面上に導電性部材である橋桁１０を形成する工程と、導電性部材である橋桁１０の上に配線構造体４を形成する工程と、犠牲層１２を除去する工程と、を備えている。また、配線構造体４を形成する工程の前に導電性部材である橋桁１０が先行して設けられたものである。
ここで橋桁１０を支持脚４ａ、４ｂに先行して設けている理由について、信号線１との接続を事例にして説明する。従来技術のように、犠牲層１２上に配線構造体４である支持脚４ａ、４ｂを形成して信号線１と接続する場合、下層絶縁膜８ｂを設けた後で信号線１との接続を図ろうとすると、信号線１のコンタクト開口部５内にフォトレジストで絶縁膜開口のための接続穴を設ける必要がある。この処理では、露光における重ね合わせ精度の要求が厳しくなると共に、例えば直径が１μｍΦを切る抜きパターンである接続穴の中にレジストが残る不具合が問題となる。橋桁１０を先行して設けることで信号線１および半導体センサ検知部２に設けられたコンタクト開口部５との接続が絶縁膜開口を設けるよりも容易に行える。また、橋桁１０と配線構造体４の電極９との接続を目的で設けられる下層絶縁膜８ｂの開口エッチングは、橋桁１０が先にあることで、コンタクト開口部５の開口径よりも接触面積を広く設計することが出来る。
さらに、犠牲層１２上に下層絶縁膜８ｂを設けてからコンタクト開口部５への写真製版を行う場合は、写真製版をやり直す際に用いるアッシングまたは薬液処理で犠牲層１２にダメージを与えてしまうためにレジストを剥いでのやり直しが困難となる。配線構造体４で用いる上層絶縁膜８ａおよび下層絶縁膜８ｂは極力薄い膜厚で設けることで赤外線センサアレイ１００の高感度化には望ましい。下敷きパッド膜である橋桁１０は、下層絶縁膜８ｂよりも厚く設けることができるので、仮に写真製版の再生等で写真製版をやり直す場合であっても犠牲層１２がダメージを受ける影響を回避させることができる。また、図１Ｂでは、コンタクト開口部５内に橋桁１０を形成した事例を用いているが、橋桁１０はコンタクト開口部５内に設ける制約はなく、例えば間隙１１の範囲まで達する開口径で設けても良いので、写真製版の精度はさほど厳しくはない。
実施の形態１では、信号線１または半導体センサ検知部２のコンタクト開口部５にまず橋桁１０を設けた後に支持脚４ａ、４ｂを形成している。支持脚４ａ、４ｂは、捻じれまたは曲げによる外圧または膜応力によって、機械的強度が弱いとされる支持脚４ａ、４ｂの屈曲部１３に負荷集中が加わる恐れがある。実施の形態１の赤外線センサアレイ１００では、断面形状が屈曲部を有するＵ型もしくはＶ型の橋桁１０を設けたことで、支持脚４ａ、４ｂの屈曲部１３への負荷集中から橋桁先端２３側へ支点を移動させている。さらに、支点移動した橋桁先端２３の付け根２２またはＵ字に折り返された箇所には、円弧状の曲線加工４５が施されている。図１Ｂでは、Ｕ型の断面形状を示したが、Ｖ型の断面形状を有する橋桁１０は、コンタクト開口部５をテーパー形状に設けることで実現される。
また、支持脚４ａ、４ｂは、半導体センサ検知部２を宙吊り状態で支える役割を担っている。支持脚４ａ、４ｂを構成する上層絶縁膜８ａ、下層絶縁膜８ｂおよび電極９それぞれの内部応力を成膜段階で制御することで宙吊りバランスを得ることができ、支持脚４ａ、４ｂとしての性能を満たしている。この膜バランスが崩れると、支持脚４ａ、４ｂが反り返ったり垂れたりすることで、半導体センサ検知部２のバランスも失われる。状況によっては支持脚４ａ、４ｂが、半導体センサ検知部２と接触すると低熱コンダクタンスとしての機能が損なわれ、配線構造体４を複数回折り返して設けた意味がなくなる。さらに、支持脚４ａ、４ｂが、信号線１と接触して断熱構造が機能しないことも想定されるので、支持脚４ａ、４ｂの膜応力制御は赤外線センサアレイ１００の歩留りを左右する重要な要素である。
また、実施の形態１の赤外線センサアレイ１００では、半導体センサ検知部２の画角を２０μｍから２５μｍのサイズとしているが、これに限定される必要はなくさらに小さく形成して半導体センサ装置である赤外線センサアレイ１００を小型化してもよい。
実施の形態１の赤外線センサアレイ１００では、左側と右側で支持脚４ａ、４ｂの形状または折り返される位置が異なっているが、この形状に限定される必要はなく、コンタクト開口部５の位置も同様に図示されたエリアに限定される必要はない。また、半導体センサ検知部２の中心付近を境に、左右に配置される支持脚４ａ、４ｂは同等の配線長で設けるとしているが、コンタクト開口部５の配置によっては左右の支持脚４ａ、４ｂの長さが異なることもあり得る。その場合は、支持脚４ａ、４ｂの形状、配線長の両方を考慮して、半導体センサ検知部２のバランスが崩れないようにコンタクト開口部５の位置または支持脚４ａ、４ｂの長さを設計する必要がある。
また、実施の形態１の赤外線センサアレイ１００では、直径６インチφでウェハの厚みが６２５ミクロン仕様のＳＯＩウェハを用いているが、ボロメーター薄膜または焦電効果を有した強誘電体またはサーモパイルであれば熱酸化膜付または通常の単結晶シリコン基板を用いても構わない。また、半導体センサ検知部２に設けられる検出部はダイオード以外のボロメーター薄膜または焦電効果を有した強誘電体またはサーモパイルを適用しても良い。また、実施の形態１では半導体センサ検知部２の下部に空洞部３を設けているが、例えば、ウェハ内に空洞部３を設けたのちに貼り合わせなどによって結合された特殊なウェハを適用しても良い。
また、信号線１は、アルミからなる金属膜６とそれを囲むシリコン窒化膜からなる保護膜７としているが、金属膜６は純アルミ以外のチタン、チタン合金、モリブデン、タングステン、アルミ合金を用いても良い。絶縁膜である保護膜７は、シリコン窒化膜またはシリコン酸窒化膜を適用しても構わない。また、実施の形態１の赤外線センサアレイ１００では、信号線段差１４を備えた構造としているが、これに限定される必要はなく、信号線段差１４のない信号線１が形成可能であればそれを適用しても良い。金属膜６の厚さは通常１ミクロンを超えて設けることは無いと考えるが、膜厚が０．１ミクロンを下回るとコンタクト接続時にプラズマエッチングによる影響で突き抜ける可能性が出てくる。信号線１の線幅も５ミクロン以下に限定される訳ではなく、幅を太くしてコンタクト径を大きく設計できればその方が良い。但し、信号線１の幅を太くすると半導体センサ検知部２のサイズが同じでも画素エリアは広くなる。
また、橋桁１０にはアルミ薄膜を用いたが、アルミ合金以外にチタン合金を含むチタンまたはタングステン、銅またはモリブデンを用いても構わない。ただし、実施の形態１では橋桁１０の一部が外部である空洞部３に露出された構造となるために、支持脚４ａ、４ｂの形成時または空洞部３のエッチング時にダメージを受けない材料ガスまたは設備選定が必要となる。
また、配線構造体４を構成する上層絶縁膜８ａおよび下層絶縁膜８ｂにテトラエトキシシラン（以下ＴＥＯＳと称す）酸化膜を用いたが、他の材料としてシリコン窒化膜またはシリコン酸窒化膜、ダイヤモンドライクカーボンまたはアルミナを絶縁材料として用いても構わない。また、支持脚４ａ、４ｂを構成する上層絶縁膜８ａ、下層絶縁膜８ｂおよび電極９を同時に成膜できる機能を有する設備を保有していれば積層して形成する際に連続的に設けても良い。また支持脚４ａ、４ｂの厚みは２００ｎｍとしているが、更に薄くして成膜しても構わない。
また、実施の形態１の赤外線センサアレイ１００では、犠牲層１２の厚さが１ミクロンから３ミクロンの範囲内で設けられる条件としたが、これに限定される訳ではなく信号線１の高さと同等もしくは信号線１の高さを超える厚さで設けられていればこれに限定される必要はない。また、犠牲層１２は、ポリイミドまたはフォトレジスト以外では、例えば厚く塗布することができかつ脱ガス等で支持脚４ａ、４ｂ工程に問題を起さないような材料を選ぶ必要がある。
また、橋桁１０をパターニングする際に、混酸液に浸漬させる湿式エッチングを例として取り上げたが、他の方法として例えばミリングなどの物理エッチングあるいは塩素ガスによるメタルエッチングで処理することも可能である。
また、レジストマスクはアッシング装置で灰化して除去する方法を取り上げているが、湿式である剥離液またはアセトン等のシンナーで除去しても良い。
また、半導体センサ検知部２の下部に空洞部３を設けるためのエッチング処理に、ＴＭＡＨと水の混合液を用いて空洞部３形成を行っているがこれに限定される訳ではなく、例えば二フッ化キセノン昇華ガスによる等方性エッチングを用いても良い。また、支持脚４ａ、４ｂまたは半導体センサ検知部２へのプラズマまたはチャージによるダメージを考慮しない構造であれば、ドライエッチングによる等方性エッチングを用いることは可能である。
また、実施の形態１による赤外線センサアレイ１００では、犠牲層１２のコンタクト開口部５は、信号線１の金属膜６に対して垂直な断面形状を図示しているが、コンタクト開口部５の断面がテーパー形状のものを用いて橋桁１０に傾斜を形成しても構わない。但し、橋桁１０の傾斜の角度を広く取ると、支持脚４ａ、４ｂの配置の妨げになるため、支持脚４ａ、４ｂの配置を考慮する必要がある。また実施の形態１では、橋桁１０は信号線１のコンタクト開口部５の金属膜６が露出するエリア内に設けられているが、信号線１の間隙１１までコンタクト開口部５を広く設けても構わない。
さらに、信号線１は信号線段差１４のある断面構造で説明を行ったが、例えば犠牲層１２のパターニング時にオーバー露光になり金属膜６の幅を超えた開口径が出来たとした場合、橋桁１０の厚みで信号線段差１４を覆うように膜付けすることで、支持脚４ａ、４ｂの断線を防ぐことができる。
実施の形態１では、コンタクト開口部５と接続する橋桁１０の下底側の直径を１として、橋桁先端２３が得られる上部側を下底側の１．５倍の直径で設けているが、橋桁１０の下底側よりも上部側を広くすることが目的であるためであり、この数値に限定される訳ではない。
図３は、実施の形態１による半導体センサ装置の変形例を示す平面図および平面図におけるＢ‐Ｂ´線の断面図である。実施の形態１において、赤外線センサアレイ１００に設けた半導体センサ検知部２に赤外線吸収構造２０を備えた変形例ならびに支持脚４ａ、４ｂの配線長を長くする目的で、信号線１を越えて隣接する赤外線センサアレイ１００まで支持脚４ａ、４ｂを延長させて折り返して配置した変形例について、図３を用いて説明を行う。
図３の３Ａの赤外線センサアレイ１００は、支持脚４ａ、４ｂが延長して設けられた半導体センサ検知部２に赤外線吸収構造２０が配置されている。なお、図３の３Ａでは、信号線１の図示を省略している。また、図３の３Ｂに示すように、赤外線吸収構造２０は、半導体センサ検知部２の上方に、半導体センサ検知部２と支持脚４ａ、４ｂとは異なる空間に配置されており、例えば半導体センサ検知部２が形成された領域を覆うように配置されている。この赤外線吸収構造２０は、赤外線の受光面積を広くして感度向上を図る目的で設けられている。
まず、図３の３Ａおよび３Ｂに示すように、赤外線吸収構造２０の支柱２１は、半導体センサ検知部２の中心部に設けられており、半導体センサ検知部２と接続されている。この支柱２１により赤外線吸収構造２０が支えられている。赤外線吸収構造２０の形成領域は、半導体センサ検知部２と空洞部３までの領域であり、隣接する赤外線吸収構造２０との接触が起きない範囲で設けられている。
半導体センサ検知部２の上方には、支持脚４ａ、４ｂが設けられおり、この支持脚４ａ、４ｂは、半導体センサ検知部２に設けられたコンタクト開口部５を介して信号線１との接続が図られており、図１Ａの平面図とは配線形状及び折り返される位置が異なって図示されている。
図３の３Ｂは、赤外線吸収構造２０が半導体センサ検知部２に接続された状態を示している。図３の３Ｂに示すように、赤外線吸収構造２０はＴ型の断面構造を有しており、この半導体センサ検知部２と赤外線吸収構造２０との間には支持脚４ａ、４ｂが設けられている。この支持脚４ａ、４ｂは下層絶縁膜８ｂ、電極９、上層絶縁膜８ａの順で設けられており、支持脚４ａ、４ｂと赤外線吸収構造２０は接触しないように一定の空間を保った状態で配置される。また赤外線吸収構造２０を支持脚４ａ、４ｂの上方に張り出した状態で設けたことで、赤外線検出器となる半導体センサ検知部２の開口率を高めることが可能となるため高感度化が達成できる利点が得られる。
実施の形態１による赤外線センサアレイ１００では、支持脚４ａ、４ｂを信号線１の付近から折り返して半導体センサ検知部２のコンタクト開口部５へ接続を図っているが、支持脚４ａ、４ｂの配線幅を狭くして配線間のピッチを狭くすることで複数折り返して配置しても構わない。また、コンタクト開口部５の位置または支持脚４ａ、４ｂの形状もこれに限定される訳ではない。また、折り曲げられる箇所は信号線１または隣接する半導体センサ検知部２を跨いで設けられてもよい。また、図３の説明においては、赤外線吸収構造２０の形成領域を半導体センサ検知部２と空洞部３までの領域としているが、これに限定される訳ではなく、信号線１まで達する領域（面積）まで形成しても構わない。但し、隣接する赤外線吸収構造２０との接触が起きないことが前提となる。隣接する互いの赤外線吸収構造２０の間隔を狭く配置するほど、配線構造体４または半導体センサ検知部２への異物混入を防ぐことが可能となる。
実施の形態２．
図４は、実施の形態２よる半導体センサ装置の平面図および平面図におけるＣ‐Ｃ´線の断面図である。
実施の形態２による半導体センサ装置では、犠牲層１２を二層に分けることを特徴としており、犠牲層１２の高さを確保するために最初に有機材料系からなる第一犠牲層２５を設けて、その第一犠牲層２５の上に無機材料系からなる第二犠牲層２６を積層構造で形成している。ここで、無機材料系からなる第二犠牲層２６は、例えば、アルミニウムからなる導電性部材である。
図４の４Ａでは、信号線１に設けられたコンタクト開口部５に配線構造体４を設けており、配線構造体４の下方には透けた状態で橋桁１０とコンタクト開口部５が図示されている。なお、配線構造体４がコンタクト開口部５から伸びた先には半導体センサ検知部２が配置されるが、図４の４Ａでは、信号線１のコンタクト開口部５を中心に説明を行うためこれらについては省略する。また、配線構造体４が伸びる方向にはエッチングによって残る橋桁凸部２８が形成されている。これは、第二犠牲層２６を湿式法などでエッチングすることで残ることで形成されたものである。実施の形態２では、橋桁１０を設ける工程を含まず、第二犠牲層２６を最後の工程で除去することで、橋桁１０による段差の無い構造が得られる。
図４の４Ｂに示すように、橋桁１０の上面には配線構造体４が設けられており、橋桁１０の一部、具体的には導電性部材である橋桁１０の側面は外部に露出された構造となっている。信号線１のコンタクト開口部５上には橋桁１０が設けられており、信号線１を構成する金属膜６はこの橋桁１０を介して電極９と接続される。また、下層絶縁膜８ｂの開口パターニングは橋桁１０のエリア内で行われ、橋桁先端２３の上には、配線構造体４を構成する上層絶縁膜８ａ、下層絶縁膜８ｂおよび電極９が成膜された状態のままで形成される。
図５は、実施の形態２による半導体センサ装置の製造方法を示す断面図および平面図であり、左側に断面図を示し、右側にその断面図に対応した平面図を示している。図５に示すように、実施の形態２による半導体センサ装置の製造方法は、第二犠牲層２６を橋桁１０として利用した赤外線センサアレイ１００の構造を得るためのフローである。
まず、図５の５Ａに示すように、赤外線センサアレイ１００の信号線１である金属膜６に設けたコンタクト開口部５上に、例えばポリイミドまたはフォトレジストなどの有機材料系である第一犠牲層２５をスピンコートなどによって塗布したのち、写真製版および現像によってコンタクト開口部５に開口を設けるためのパターニングを行う。第一犠牲層２５の膜厚は信号線１のコンタクト開口部５の面位置から０．５〜２ミクロン高くなるようスピンコートの回転数を調整して必要とする膜厚を得る。
次に、信号線１の間隙１１まで開口を広げた犠牲層開口側壁２４を有する開口部の上に、例えば純アルミニウムからなる膜厚１００から１０００ｎｍの第二犠牲層２６を成膜する。第二犠牲層２６を成膜する時に、例えば第一犠牲層２５上に純アルミニウムを２００ｎｍほど成膜したのちに、基板２００側にバイアス印加を加えて残りの第二犠牲層２６の膜厚分をバイアススパッタすることで第一犠牲層２５の下地形状によって出来る凸凹またはうねりを第二犠牲層２６で平坦になるよう改善させている。
次に、図５の５Ｂに示すように、例えばＴＥＯＳを用いた下層絶縁膜８ｂの成膜と絶縁膜開口部２７の形成のための開口パターニング、続けて電極９の成膜を順次行う。図５の５Ｂに示すように、信号線１のコンタクト開口部５上には第二犠牲層２６が膜付けされているが、この段階では橋桁１０となる第二犠牲層２６のパターニング（形成）は行われない。
図５の５Ｃに示すように、例えばＴＥＳＯ酸化膜からなる上層絶縁膜８ａの成膜を行う。続けて図５の５Ｄに示すように、配線構造体４（具体的には支持脚４ａ、４ｂ）の形状を得るためのパターニング加工を行う。パターニングは、例えばリアクティブイオンエッチャー（ＲＩＥ）またはイオンエッチャー（ＩＥ）などのエッチャーまたは物理エッチングで処理されている。この配線構造体４のパターニングを行う際に、第二犠牲層２６はエッチストッパーとしての役割も兼ねている。例えば、有機材料系の犠牲層１２上に形成された配線構造体４をパターニングする際に、犠牲層１２のプラズマダメージにより装置内を有機材料で汚染してしまう場合もがあったが、実施の形態２では、無機材料系からなる第二犠牲層２６で有機材料系からなる第一犠牲層２５の全面を覆うことで、汚染の心配は無くなる。配線構造体４のパターニングが完了したら、パターニング時に用いたレジストマスクを除去する。
最後に、図５の５Ｅに示すように、第二犠牲層２６のパターニングを行い、橋桁１０の形状を得る。エッチングには例えばリン酸、硝酸を含む混合液を用いてウェットエッチングを行う。ウェットエッチングは、配線構造体４のエッチングによって露出している第二犠牲層２６から始まり、配線構造体４の裏面側の第二犠牲層２６が先に除去される。配線構造体４の付け根２２から先の信号線１上は、信号線１の幅と同じ長さの広い矩形パターンが残されており、この矩形パターンに第二犠牲層２６が覆われているので、線幅の細い配線構造体４の下部の犠牲層の方が先に除去される。これにより、配線構造体４の支持脚４ａ、４ｂの付け根２２部分の橋桁１０の面には、橋桁凸部２８が残る。最後に、第一犠牲層２５をアッシング等で除去することで必要とする赤外線センサアレイ１００を得ることができる。
実施の形態２による赤外線センサアレイ１００では、第二犠牲層２６の一部分を除去することで橋桁１０が設けられる。このため、橋桁１０を形成するための写真製版、フォトリソ工程が不要となる。また、橋桁１０を最終工程である犠牲層除去工程によって設けることで、配線構造体４である支持脚４ａ、４ｂが橋桁先端２３に乗り上げることが無くなる。また、犠牲層を二層化して有機材料系と無機材料系を積層することで設けたので有機材料系の犠牲層固有の有機材料系残渣が配線構造体４である支持脚４ａ、４ｂに残ることが無くなる。有機材料系である第一犠牲層２５と接する第二犠牲層２６との間に有機材料系残渣が残る可能性はあるが、実施の形態２では先に第二犠牲層２６を除去するので、第二犠牲層２６と配線構造体４である支持脚４ａ、４ｂには有機材料系残渣は発生しない。
実施の形態２では、第二犠牲層２６に純アルミニウムを用いたが、橋桁１０としての利用を想定しているため、導電性材料が望ましく、例えば他の材料としてアルミ合金、チタン合金を含むチタン、モリブデン、モリブデン合金、タングステン、銅を用いても構わない。
また、第一犠牲層２５の膜厚は信号線１のコンタクト開口部５の面位置から０．５〜２ミクロン高くなるよう膜厚調整して設けるとしているが、コンタクト開口部５の開口径を広く設計できるのであれば、２ミクロンを超えた厚さで設けても構わない。
また、第二犠牲層２６の膜厚を１００から１０００ｎｍとしているが、これに限定される訳ではなく、橋桁先端２３への配線構造体４の支持脚４ａ、４ｂの乗り上げが無いので厚くする方向で設けても良い。また、厚くすることでバイアススパッタの効果が得られるため、犠牲層平坦化の改善効果のためには望ましい。また、実施の形態２では、第二犠牲層２６をバイアススパッタするとしているが、第一犠牲層２５のうねりによる影響が配線構造体４などへ認められないのであれば通常のスパッタ法で成膜しても構わない。
また、上層絶縁膜８ａ、下層絶縁膜８ｂにＴＥＯＳ酸化膜を用いたが、応力制御が可能な絶縁膜として例えばシリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、アルミナを適用しても構わない。また、第二犠牲層２６のパターニングにリン酸、硝酸を含む混合液を用いているが、メタルエッチャーまたは物理エッチングを用いても良い。なお、第一犠牲層２５ではポリイミドまたはフォトレジストを使用するとしたが、例えばＳＯＧ（Spin on glass）などの塗布型の絶縁材料を用いても良い。
図６は、実施の形態２による半導体センサ装置の変形例を示す平面図および平面図におけるＣ‐Ｃ´線の断面図である。図６は図４と比較すると、橋桁１０構造に屈曲された部分が設けられず第二犠牲層２６の厚みにより橋桁１０の厚みが形成されている点が異なっている。実施の形態２の変形例においても、橋桁１０をウェットエッチングで形成するため橋桁凸部２８は同じように設けられる。
図７は、実施の形態２による半導体センサ装置の変形例の製造方法を示す断面図である。図７の７Ａから７Ｅまでの工程は、先に説明した図５とほぼ同じであるためここでは説明を省略する。
実施の形態２による赤外線センサアレイ１００の変形例の製造方法の特徴は、橋桁１０を第二犠牲層２６の膜厚で代用しているために、配線構造体４の屈曲部１３が無く、電極９が段差を乗り上げる回数が下層絶縁膜８ｂでできた絶縁膜開口部２７の１箇所だけで済むことである。信号線１のコンタクト開口部５の直上には第二犠牲層２６が設けられるが、第一犠牲層２５の開口のための工程が不要であるため、第二犠牲層２６には橋桁先端２３が設けられる程度で、明らかな段差は発生しない。
また、実施の形態２では犠牲層を二層に分けて全面被覆しており、写真製版等のやり直しによってアッシング処理を行う場合、有機材料系の第一犠牲層２５がダメージを受けて一部が除去されるような問題は起こり難くなる。また、犠牲層の形成のうち第一犠牲層２５に有機材料系を用いた理由については、第一犠牲層２５で半導体センサ検知部２、空洞部３、信号線１にできる凹凸をある程度埋めてしまいたいためであり、第一犠牲層２５には有機材料系などのゾルゲルの材料を選定して塗布した方が望ましい。
図８は、実施の形態１および実施の形態２で得られる配線構造体４の付け根２２の構造の最適化を図るために、両エッジ型と片エッジ型とに付け根２２の形状としてエッジ状、テーパー状、円弧状の曲線加工をそれぞれ設けて、Ｘ方向、Ｚ方向、Ｘ＋Ｚ方向の３方向に負荷を与えた際の応力値を解析した結果と、それぞれの構造平面図である。図８において、８Ａは両エッジ型の配線構造体４の平面図とその解析結果を示し、８Ｂは片エッジ型の配線構造体４の平面図とその解析結果を示す。以下に、支持脚４ａ、４ｂの付け根２２に曲線加工４６を施した構造の解析を行った結果を説明する。配線構造体４の寸法は配線構造体４の支持脚４ａ、４ｂの幅を片エッジ型、両エッジ型とも１としている。また、両エッジ型は、支持脚４ａ、４ｂから付け根２２までの長さを５として、付け根２２には３×３の面積を有する構造体が設けられている。また、片エッジ型には、３×３の面積を有する構造体が設けられており、右寄りに配線構造体４の支持脚４ａ、４ｂが接続され、支持脚４ａ、４ｂの先端から構造体までの長さを８としたモデルを作製している。
解析の拘束条件として、固定端４２で構造体の固定を行い、支持脚４ａ、４ｂの先端にある黒太線部の強制変位部４３に負荷を加える。その時の支持脚４ａ、４ｂの応力を解析した結果を表にまとめた。
付け根２２の構造は、標準エッジ４４とテーパー加工４７、円弧状の曲線加工４６の３通りについて解析を行っている。また、強制変位させる方向は、Ｘ方向、Ｚ方向（高さ方向）、ＸとＺを足した方向の３方向とした。また、片エッジ型、両エッジ型で得られた解析結果は標準エッジ４４との相対比を数字で示しており、標準エッジ４４を基準となる１００としている。この値が１００を超過する程、標準エッジ４４の形状よりも応力が高い事を示している。また、この解析で得られる応力値はＭＰａ（メガパスカル）である。
まず、両エッジ型の結果から説明する。付け根２２がテーパー加工４７のものは強制変位させる方向に係わらず標準エッジ４４の形状を越えた応力値を示した。逆に円弧状の曲線加工４６の方は、テーパー加工４７と比較して特にＸ方向、Ｘ＋Ｚ方向への強制変位に対して応力緩和に優れている事が明らかになった。
片エッジ型の結果も同じように、付け根２２がテーパー加工４７のものは強制変位させる方向に係わらず標準エッジ４４の形状を越えているのに対して、円弧状の曲線加工４６の方はＺ方向の結果が標準エッジ４４の形状と同じ結果であった以外は低い応力値を示す結果となった。
以上の結果により、配線構造体４である支持脚４ａ、４ｂの付け根２２の応力緩和に適した形状は、円弧状の曲線加工４６であることが明らかになった。
図９は、実施の形態１で用いた橋桁１０と配線構造体４で試作したコンタクト評価用ＴＥＧ４１の平面構造図と、平面構造図のＤ−Ｄ´線の一点鎖線部を切り出して得られる構造断面図およびコンタクト評価用ＴＥＧ４１を用いて接触抵抗を調査した結果をグラフ化した図である。
図９の９Ａに示す平面構造図と９Ｂに示す断面構造図ならびに９Ｃに示すグラフは、アイランド３９状のコンタクトパターンを２列に直列配置して、その間を配線構造体４で接続を行ったコンタクト評価用ＴＥＧ（Ｔｅｓｔ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｇｒｏｕｐ Ｃｈｉｐ：ＴＥＧ）４１である。このコンタクト評価用ＴＥＧ４１には、コンタクト径が１μｍ２（ｓｑｕａｒｅ ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ）を切るものから最大２００μｍ２を超えるものまでがそれぞれ設けられており、マニュアルプローバーで端子４０に針当てして得られた接触抵抗変化をグラフ化している。
コンタクト評価用ＴＥＧ４１の平面構造は、図９の９Ａに示す通り、コンタクトパターンを有する１２個のアイランド３９を１１個の配線構造体４で接続されている。コンタクト評価用ＴＥＧ４１には、マニュアルプローバーで測定するための端子４０が２つ設けられている。また、コンタクトパターン間のギャップは例えば５ミクロンで設計されている。
図９の９Ｂは９ＡのＤ−Ｄ´線をカットして得られる構造をイメージした断面構造図である。２つあるコンタクトパターンを配線構造体４で繋いでおり、先に橋桁１０を設けて、その上に配線構造体４を形成する構造で接続されている。
図９の９Ｃは、接触抵抗の変化とコンタクトパターンのコンタクト径をグラフ化したグラフである。この評価では、橋桁１０を設けない従来の配線構造体４と橋桁１０を設けた本願の配線構造体４の２種類の比較を行った。
図９の９Ｃに示すように、コンタクト開口径が大きい側は従来構造との差は見られないが、２５μｍ２（ｓｑｕａｒｅ ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ）から１００μｍ２のコンタクト径においては、従来構造では接触抵抗値に変化が現れ始めて、２μｍ２以下の領域では２５μｍ２のコンタクト径で得られた抵抗値よりも大きい接触抵抗が得られている。これに対してコンタクト開口部５に橋桁１０を設けた構造では、接触抵抗にほとんど変化は見られない。従来構造は配線構造体４の接続部にコンタクトを妨げるバリア層または下層絶縁膜８ｂが残ったか、もしくはコンタクト開口部５の底部に犠牲層１２が薄く残った可能性が推察される。以上により、橋桁１０を配線構造体４である支持脚４ａ、４ｂに先行して設けた実施の形態１または実施の形態２の配線構造体４は、接触抵抗における変化に強いことが明らかになった。
また、実施の形態１または実施の形態２では、半導体センサ装置の１つである赤外線センサアレイ１００を例として取り上げたが、これに限定される訳ではなく例えば配線構造体４と類似したエアブリッジ配線構造を適用した化合物半導体及びシリコン半導体を用いたモノリシックマイクロ波集積回路または半導体加速度センサ、圧電検出素子または脚が動的変形することでミラーが可変する走査マイクロミラーを用いたデバイスへの適用も可能である。
以上のように、実施の形態１または実施の形態２によれば、半導体センサ検知部２と信号線１のコンタクト開口部５に設けられた配線構造体４の両端に断面形状が屈曲部を有するＵ型もしくはＶ型の橋桁１０を配線構造体４の形成に先行して設けたことで、配線構造体４の電極接続時に半導体センサ検知部２と信号線１のコンタクト開口部５の開口径よりも広い接触面積を得ることができる。
また、橋桁１０の膜厚を厚くすることで、オーバー露光またはオーバー現像などで信号線段差１４にまで達したコンタクト開口部５に出来た落ち込み段差を橋桁１０の膜厚で埋めてしまうことも出来る。更に、信号線１にできたサイドウォールによるオーバーハングも橋桁１０の膜で埋めてしまうことが可能である。
また、橋桁１０を配置することで、配線構造体４の中で最も弱いとされる屈曲部１３の補強効果が得られると共に、エアブリッジ配線の屈曲部１３に加わる曲げまたは捻じれ等の負荷集中を橋桁先端２３に支点移動させることが可能となる。
また、橋桁１０上に設けた絶縁膜開口部２７は、橋桁１０があることで半導体センサ検知部２または信号線１のコンタクト開口部５の開口径よりも接触面積を広くすることができる。従来のように信号線１のコンタクト開口部５の開口径内に絶縁膜開口部２７の開口径を収めるような制約がなくなり、写真製版での重ね合わせ精度が向上される。
さらに、支点移動された橋桁先端２３の付け根２２には、配線構造を構成する下層絶縁膜８ｂ、電極９、上層絶縁膜８ａの３層が成膜されたそのままの状態で配置されるので、従来の配線構造体４の下層絶縁膜８ｂが残ることによる曲げまたは捻れなどに比べて配線構造体４の機械的強度向上が図れる。
さらに、橋桁先端２３と配線構造体４が交わる（重なる）付け根２２の部分に対して、少なくとも何れか一方の配線構造体４に円弧で構成される曲線加工４５を施すことで、更なる配線構造体４の機械的強度向上が図れる。
また、配線構造体４の電極９は橋桁１０の上に設けた下層絶縁膜８ｂの絶縁膜開口部２７の段差を乗り上げるように膜付けされるので、従来のような断線問題を改善することが出来る。
また、配線構造体４は半導体センサ検知部２上に配置されており、その一部は信号線１ならびに隣接する半導体センサ装置を跨いでＵ字に複数回折り曲げられたのちに各々のコンタクト開口部５に接続されて半導体センサ検知部２を宙吊り状態で保持することで、配線長を長く設計することができるため半導体センサ装置の高性能化が期待できる。
また、犠牲層を有機材料系と無機材料系の２層に分けて設けることで、下地の影響で有機材料系の第一犠牲層２５を設けた際に出来るうねり成分または凸凹を無機材料系の第二犠牲層２６の形成時に埋めるよう膜付けすることができ、第二犠牲層２６の上に設けた配線構造体４の形状変形を改善する事ができる。
さらに、配線構造体４を設けたのちに有機材料系で設けた犠牲層の除去を行うと、配線構造体４に有機材料系固有のポリマー状残渣が残ることがあるが、犠牲層を２層に分けることで配線構造体４が完了したのち先に無機材料系の第二犠牲層２６を除去することでポリマー状異物が配線構造体４の裏に残る問題を改善することができる。
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
１ 信号線、２ 半導体センサ検知部、３ 空洞部、４ 配線構造体、４ａ、４ｂ 支持脚、５ コンタクト開口部、６ 金属膜、７ 保護膜、８ａ 上層絶縁膜、８ｂ 下層絶縁膜、９ 電極、１０ 橋桁、１１ 間隙、１２ 犠牲層、１３ 屈曲部、１４ 信号線段差、２０ 赤外線吸収構造、２１ 支柱、２２ 付け根、２３ 橋桁先端、２４ 犠牲層開口側壁、２５ 第一犠牲層、２６ 第二犠牲層、２７ 絶縁膜開口部、２８ 橋桁凸部、３９ アイランド、４０ 端子、４１ コンタクト評価用ＴＥＧ、４２ 固定端、４３ 強制変位部、４４ 標準エッジ、４５ 曲線加工、４６ 曲線加工、４７ テーパー加工、１００ 赤外線センサアレイ、２００ 基板
本願は、半導体センサ装置に関するものである。
本願は、前述のような課題を解決するためになされたものであり、高性能化等の要求により配線構造体が薄膜化または微細化した場合であっても、配線構造体との接続を確実に図ることができ、結果として信頼性が向上された半導体センサ装置を得ることを目的とする。
本願に開示される半導体センサ装置は、複数の信号線とセンサ検知部とが配置された半導体センサ装置であって、基板上に配置され、前記信号線を構成すると共に前記信号線の幅よりも小さい幅の開口部により上面が露出された導電膜と、前記導電膜上に形成され、前記開口部を介して前記導電膜と電気的に接続された導電性部材と、前記導電性部材の上面に形成され、前記信号線間もしくは前記信号線と前記センサ検知部を接続するエアブリッジ構造からなる配線構造体と、を備え、前記配線構造体は、下層絶縁膜とこの下層絶縁膜上に形成された電極とこの電極上に形成された上層絶縁膜とを有し、前記電極を前記下層絶縁膜と前記上層絶縁膜とで挟んだ構造となっており、前記導電性部材の上部表面は、前記下層絶縁膜に形成された絶縁膜開口部を介して前記配線構造体の前記電極と接続されており、側面は露出されていることを特徴とするものである。
本願に開示される半導体センサ装置によれば、高性能化等の要求により配線構造体が薄膜化または微細化した場合であっても、配線構造体との接続を確実に図ることができ、結果として信頼性が向上された半導体センサ装置を得ることができる。

Claims (9)

  1. 複数の信号線とセンサ検知部とが配置された半導体センサ装置であって、
    基板上に配置され、前記信号線を構成すると共に前記信号線の幅よりも小さい幅の開口部により上面が露出された導電膜と、
    前記導電膜上に形成され、前記開口部を介して前記導電膜と電気的に接続された導電性部材と、
    前記導電性部材の上面に形成され、前記信号線間もしくは前記信号線と前記センサ検知部を接続するエアブリッジ構造からなる配線構造体と、を備え、
    前記導電性部材の上部表面は前記配線構造体と接触しており、側面は露出されていることを特徴とする半導体センサ装置。
  2. 前記導電性部材は、断面形状が屈曲部を有するＵ型またはＶ型であり、
    前記導電性部材の先端部は、円弧状に丸みを有する形状であることを特徴とする請求項１に記載の半導体センサ装置。
  3. 前記センサ検知部は、前記複数の信号線に囲まれた領域に配置され、前記信号線とは異なる空間で互いに分離された状態で形成されており、
    前記センサ検知部の下部および前記信号線との間には空洞部が設けられており、
    前記配線構造体は、前記信号線または前記センサ検知部とは異なる空間で宙に浮いた状態で支持されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体センサ装置。
  4. 前記配線構造体は、前記センサ検知部の上方でＵ字状に複数回折り曲げられた状態で配置されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体センサ装置。
  5. 前記導電性部材の先端と前記配線構造体が重なる前記配線構造体の付け根部分には、少なくとも一方に円弧で構成された曲線加工が施されたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体センサ装置。
  6. 前記センサ検知部の上方に前記配線構造体とは異なる空間に配置された赤外線吸収構造を有し、
    前記赤外線吸収構造は、前記センサ検知部が形成された領域を覆うように形成されたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の半導体センサ装置。
  7. 前記赤外線吸収構造は、中心部に設けられた支柱により前記センサ検知部と接続されたことを特徴とする請求項６に記載の半導体センサ装置。
  8. 基板上に複数の信号線とセンサ検知部を形成する工程と、
    前記複数の信号線と前記センサ検知部の上にそれぞれ開口部を有する犠牲層を形成する工程と、
    前記犠牲層および前記開口部の表面上に導電性部材を形成する工程と、
    前記導電性部材の上に配線構造体を形成する工程と、
    前記犠牲層を除去する工程と、を備え、
    前記配線構造体を形成する工程の前に前記導電性部材が先行して設けられたことを特徴とする半導体センサ装置の製造方法。
  9. 基板上に複数の信号線とセンサ検知部を形成する工程と、
    前記複数の信号線と前記センサ検知部の上にそれぞれ開口部を有する有機材料系からなる第一犠牲層を形成する工程と、
    前記第一犠牲層および前記開口部の表面上に無機材料系からなる第二犠牲層を成膜する工程と、
    前記第二犠牲層の上に配線構造体を形成する工程と、
    前記第二犠牲層をパターニングする工程と、
    前記第一犠牲層を除去する工程と、を備え、
    前記配線構造体を形成する工程の前に前記第二犠牲層が成膜されており、前記配線構造体が形成された後に前記第二犠牲層がパターニングされたことを特徴とする半導体センサ装置の製造方法。
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