JP2994881B2 - ダイアフラム構造用の熱絶縁膜およびその製造方法 - Google Patents
ダイアフラム構造用の熱絶縁膜およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ダイアフラム構造用
の熱絶縁膜およびその製造方法に関し、詳しくは、薄膜
センサなどに利用されるダイアフラム構造において、セ
ンサの検出部などを、周囲と熱的に絶縁した状態で搭載
しておく熱絶縁膜と、このような熱絶縁膜を製造する方
法に関するものである。
の熱絶縁膜およびその製造方法に関し、詳しくは、薄膜
センサなどに利用されるダイアフラム構造において、セ
ンサの検出部などを、周囲と熱的に絶縁した状態で搭載
しておく熱絶縁膜と、このような熱絶縁膜を製造する方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】薄膜には、さまざまな機能を持たせたも
のがあり、各種のセンサその他の微細な機能部品の構成
部材として広く利用されている。このような機能部品の
構造として、ダイアフラム構造が採用されることがあ
る。ダイアフラム構造とは、基板などに周辺部分のみを
支持された中空状態で薄膜を形成しておき、この薄膜上
に各種の機能構造を設けておくものである。ダイアフラ
ム構造では、機能構造部分が、薄膜を介してのみ支持さ
れているので、機能構造部分と周囲の構造が絶縁隔離さ
れることになり、機能構造部分に対する周辺構造の影響
を極力少なくすることができる。
のがあり、各種のセンサその他の微細な機能部品の構成
部材として広く利用されている。このような機能部品の
構造として、ダイアフラム構造が採用されることがあ
る。ダイアフラム構造とは、基板などに周辺部分のみを
支持された中空状態で薄膜を形成しておき、この薄膜上
に各種の機能構造を設けておくものである。ダイアフラ
ム構造では、機能構造部分が、薄膜を介してのみ支持さ
れているので、機能構造部分と周囲の構造が絶縁隔離さ
れることになり、機能構造部分に対する周辺構造の影響
を極力少なくすることができる。
【０００３】ダイアフラム構造の適用例として、熱型の
赤外線検出素子がある。熱型赤外線検出素子では、赤外
線による熱エネルギーもしくは温度上昇を、サーミスタ
の温度変化などの電気的情報に変換するので、サーミス
タなどの赤外線検出部の熱が、周囲の基板などに逃げだ
さないように、赤外線検出部を熱的に絶縁隔離しておく
必要がある。そのために、熱絶縁膜によるダイアフラム
構造を採用し、この熱絶縁膜の中空部分に赤外線検出部
を設けておくことが行われる。
赤外線検出素子がある。熱型赤外線検出素子では、赤外
線による熱エネルギーもしくは温度上昇を、サーミスタ
の温度変化などの電気的情報に変換するので、サーミス
タなどの赤外線検出部の熱が、周囲の基板などに逃げだ
さないように、赤外線検出部を熱的に絶縁隔離しておく
必要がある。そのために、熱絶縁膜によるダイアフラム
構造を採用し、この熱絶縁膜の中空部分に赤外線検出部
を設けておくことが行われる。
【０００４】このような熱絶縁膜としては、熱伝導率の
低い材料が好ましく、従来は、酸化シリコン膜などが用
いられていた。しかし、酸化シリコンの単層膜では、製
造過程で、圧縮方向の大きな残留応力が発生することが
多く、この内部応力によって、熱絶縁膜に歪みや破壊が
生じてしまうことがあった。これは、ダイアフラム構造
における熱絶縁膜は、周辺部分だけが基板に支持されて
いるので、中空部分の熱絶縁膜に、前記のような残留応
力あるいは内部応力が発生すると、薄い熱絶縁膜は、容
易に歪みを生じたり破壊されてしまうことになるのであ
る。その結果、このようなダイアフラム構造は、生産歩
留りが低く、製造コストが高くつくという問題があっ
た。
低い材料が好ましく、従来は、酸化シリコン膜などが用
いられていた。しかし、酸化シリコンの単層膜では、製
造過程で、圧縮方向の大きな残留応力が発生することが
多く、この内部応力によって、熱絶縁膜に歪みや破壊が
生じてしまうことがあった。これは、ダイアフラム構造
における熱絶縁膜は、周辺部分だけが基板に支持されて
いるので、中空部分の熱絶縁膜に、前記のような残留応
力あるいは内部応力が発生すると、薄い熱絶縁膜は、容
易に歪みを生じたり破壊されてしまうことになるのであ
る。その結果、このようなダイアフラム構造は、生産歩
留りが低く、製造コストが高くつくという問題があっ
た。
【０００５】そこで、酸化シリコン膜とは逆向きの残留
応力が発生する薄膜と酸化シリコン膜とを交互に積層し
た多層構造からなる熱絶縁膜を用いることによって、両
層の圧縮応力と引張応力とを打ち消し、熱絶縁膜全体と
しての内部応力の緩和を図ることが考えられた。例え
ば、減圧ＣＶＤ装置を用いて、酸化シリコン層と窒化シ
リコン層とを交互に堆積させて多層構造の熱絶縁膜を作
製することが提案されている。酸化シリコン層と窒化シ
リコン層の膜厚比を適当に調整することによって、熱絶
縁膜全体としての残留応力を小さく抑えることができ
た。
応力が発生する薄膜と酸化シリコン膜とを交互に積層し
た多層構造からなる熱絶縁膜を用いることによって、両
層の圧縮応力と引張応力とを打ち消し、熱絶縁膜全体と
しての内部応力の緩和を図ることが考えられた。例え
ば、減圧ＣＶＤ装置を用いて、酸化シリコン層と窒化シ
リコン層とを交互に堆積させて多層構造の熱絶縁膜を作
製することが提案されている。酸化シリコン層と窒化シ
リコン層の膜厚比を適当に調整することによって、熱絶
縁膜全体としての残留応力を小さく抑えることができ
た。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
に、ダイアフラム構造の熱絶縁膜として、酸化シリコン
層と窒化シリコン層の多層膜を用いると、残留応力の低
減効果はある程度達成されるのであるが、熱絶縁膜の本
来の機能である熱絶縁性が低下するという問題があっ
た。
に、ダイアフラム構造の熱絶縁膜として、酸化シリコン
層と窒化シリコン層の多層膜を用いると、残留応力の低
減効果はある程度達成されるのであるが、熱絶縁膜の本
来の機能である熱絶縁性が低下するという問題があっ
た。
【０００７】これは、窒化シリコン膜は、酸化シリコン
膜に比べて、熱伝導率が１桁程度も大きいため、窒化シ
リコン層を含む多層膜では、熱絶縁性が低下してしまう
のである。また、従来、窒化シリコンと酸化シリコンの
多層膜からなる熱絶縁膜を作製する場合、それぞれの層
を１層形成する毎に、薄膜形成炉から基板を取り出し
て、薄膜形成炉内の雰囲気すなわち導入ガスを入れ換え
たりした後、次の薄膜を形成しなければならなかった。
そのため、工程数が増え、生産能率が低下し、コスト的
にも高くなってしまうという問題もあった。
膜に比べて、熱伝導率が１桁程度も大きいため、窒化シ
リコン層を含む多層膜では、熱絶縁性が低下してしまう
のである。また、従来、窒化シリコンと酸化シリコンの
多層膜からなる熱絶縁膜を作製する場合、それぞれの層
を１層形成する毎に、薄膜形成炉から基板を取り出し
て、薄膜形成炉内の雰囲気すなわち導入ガスを入れ換え
たりした後、次の薄膜を形成しなければならなかった。
そのため、工程数が増え、生産能率が低下し、コスト的
にも高くなってしまうという問題もあった。
【０００８】そこで、この発明の課題は、前記のような
ダイアフラム構造用の熱絶縁膜として、歪みや破壊の発
生がないとともに、熱絶縁性にも優れており、製造も簡
単なダイアフラム構造用の熱絶縁膜、および、その製造
方法を提供することにある。
ダイアフラム構造用の熱絶縁膜として、歪みや破壊の発
生がないとともに、熱絶縁性にも優れており、製造も簡
単なダイアフラム構造用の熱絶縁膜、および、その製造
方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する、こ
の発明にかかるダイアフラム構造用の熱絶縁膜は、周辺
のみを基板に支持された中空状態で形成されるダイアフ
ラム構造用の熱絶縁膜であって、基板側から順に、窒化
シリコン層、および、シリコンと酸素の組成比が異なる
複数の酸化シリコン層が積層されている。
の発明にかかるダイアフラム構造用の熱絶縁膜は、周辺
のみを基板に支持された中空状態で形成されるダイアフ
ラム構造用の熱絶縁膜であって、基板側から順に、窒化
シリコン層、および、シリコンと酸素の組成比が異なる
複数の酸化シリコン層が積層されている。
【００１０】基板は、シリコンなど通常のダイアフラム
構造における基板材料が用いられる。基板には、熱絶縁
膜を中空状態で支持するために、基板の一部が欠除され
た中空部を設けておく。中空部の形状や構造は、ダイア
フラム構造の利用目的に合わせて、自由に構成される。
窒化シリコン層は、上記のような中空部が形成された基
板に隣接する面に設けられる。この窒化シリコン層は、
基板に中空部を形成する際に、エッチング遮断層として
機能すればよいので、このような機能を果たせるだけの
必要最小限の厚みがあれば充分である。この発明では、
窒化シリコン層には、酸化シリコン層の残留応力を打ち
消す作用は、それほど要求しないが、後述する複数の酸
化シリコン層に加えて、窒化シリコン層の残留応力によ
り、熱絶縁膜全体の応力が緩和される作用もある。
構造における基板材料が用いられる。基板には、熱絶縁
膜を中空状態で支持するために、基板の一部が欠除され
た中空部を設けておく。中空部の形状や構造は、ダイア
フラム構造の利用目的に合わせて、自由に構成される。
窒化シリコン層は、上記のような中空部が形成された基
板に隣接する面に設けられる。この窒化シリコン層は、
基板に中空部を形成する際に、エッチング遮断層として
機能すればよいので、このような機能を果たせるだけの
必要最小限の厚みがあれば充分である。この発明では、
窒化シリコン層には、酸化シリコン層の残留応力を打ち
消す作用は、それほど要求しないが、後述する複数の酸
化シリコン層に加えて、窒化シリコン層の残留応力によ
り、熱絶縁膜全体の応力が緩和される作用もある。
【００１１】複数の酸化シリコン層は、シリコンと酸素
の組成比が異なる、２層あるいはそれ以上の複数層を積
層する。酸化シリコン層は、シリコンと酸素の組成比が
異なると、製造過程で生じる残留応力の向きや大きさが
変わる。そこで、複数の酸化シリコン層を、互いの残留
応力が良好に打ち消されるように、シリコンと酸素の組
成比を調整して、積層しておくのが好ましい。
の組成比が異なる、２層あるいはそれ以上の複数層を積
層する。酸化シリコン層は、シリコンと酸素の組成比が
異なると、製造過程で生じる残留応力の向きや大きさが
変わる。そこで、複数の酸化シリコン層を、互いの残留
応力が良好に打ち消されるように、シリコンと酸素の組
成比を調整して、積層しておくのが好ましい。
【００１２】窒化シリコン層および複数の酸化シリコン
層を形成する手段としては、従来の熱絶縁膜形成その他
の薄膜形成に利用されていた通常の薄膜形成手段が採用
できるが、イオンクラスタービーム（ＩＣＢ）蒸着法を
採用するのが好ましい。すなわち、このＩＣＢ蒸着法
で、蒸発源として、Ｓｉ ３Ｎ４およびＳｉＯを用い、蒸
着中に、雰囲気ガスの酸素濃度あるいは窒素濃度を変化
させることによって、窒化シリコン層、および、複数の
酸化シリコン層を順次積層形成させることができる。Ｉ
ＣＢ蒸着法の具体的処理条件は、通常の各種膜形成にお
けるＩＣＢ蒸着法の処理条件と同様でよい。
層を形成する手段としては、従来の熱絶縁膜形成その他
の薄膜形成に利用されていた通常の薄膜形成手段が採用
できるが、イオンクラスタービーム（ＩＣＢ）蒸着法を
採用するのが好ましい。すなわち、このＩＣＢ蒸着法
で、蒸発源として、Ｓｉ ３Ｎ４およびＳｉＯを用い、蒸
着中に、雰囲気ガスの酸素濃度あるいは窒素濃度を変化
させることによって、窒化シリコン層、および、複数の
酸化シリコン層を順次積層形成させることができる。Ｉ
ＣＢ蒸着法の具体的処理条件は、通常の各種膜形成にお
けるＩＣＢ蒸着法の処理条件と同様でよい。
【００１３】上記した熱絶縁膜の構成以外の、ダイアフ
ラム構造の構成、たとえば、熱絶縁膜の上に形成する機
能センサ部分などの構造は、従来の各種センサその他に
おけるダイアフラム構造の構造が採用できる。具体的に
は、サーミスタなどからなる赤外線検出部をダイアフラ
ム構造の熱絶縁膜上に形成しておく、熱型赤外線検出素
子などが挙げられる。
ラム構造の構成、たとえば、熱絶縁膜の上に形成する機
能センサ部分などの構造は、従来の各種センサその他に
おけるダイアフラム構造の構造が採用できる。具体的に
は、サーミスタなどからなる赤外線検出部をダイアフラ
ム構造の熱絶縁膜上に形成しておく、熱型赤外線検出素
子などが挙げられる。
【００１４】
【作用】熱絶縁膜として、シリコンと酸素の組成比が異
なる複数の酸化シリコン層が積層された多層膜を用いる
と、それぞれの酸化シリコン層毎に、残留応力の方向お
よび大きさが異なるので、互いの残留応力が打ち消し合
うことになり、熱絶縁膜全体に生じる内部応力が小さく
なる。
なる複数の酸化シリコン層が積層された多層膜を用いる
と、それぞれの酸化シリコン層毎に、残留応力の方向お
よび大きさが異なるので、互いの残留応力が打ち消し合
うことになり、熱絶縁膜全体に生じる内部応力が小さく
なる。
【００１５】また、同じ酸化シリコン層で、そのシリコ
ンと酸素の組成比が異なるだけであれば、ひとつの薄膜
形成炉に基板を入れたままで、雰囲気ガスの組成割合を
変えるなどするだけで、複数の酸化シリコン層を連続的
に形成することができる。但し、酸化シリコン層のみか
らなる熱絶縁膜では、熱絶縁膜を中空状態で基板上に形
成するのが難しい。すなわち、熱絶縁膜を基板上に中空
状態で形成するには、熱絶縁膜を基板上に形成した後、
熱絶縁膜の反対側から基板をエッチングして、熱絶縁膜
の裏側を欠除させて中空部を形成する必要がある。この
エッチングの際には、基板のみがエッチングされて、熱
絶縁膜はエッチングされないようにしなければならな
い。しかし、ダイアフラム構造の基板として一般的に使
用されているシリコンからなる基板のみをエッチングし
て、酸化シリコン層からなる熱絶縁膜はエッチングされ
ないようにする実用的な方法が見当たらないのである。
ンと酸素の組成比が異なるだけであれば、ひとつの薄膜
形成炉に基板を入れたままで、雰囲気ガスの組成割合を
変えるなどするだけで、複数の酸化シリコン層を連続的
に形成することができる。但し、酸化シリコン層のみか
らなる熱絶縁膜では、熱絶縁膜を中空状態で基板上に形
成するのが難しい。すなわち、熱絶縁膜を基板上に中空
状態で形成するには、熱絶縁膜を基板上に形成した後、
熱絶縁膜の反対側から基板をエッチングして、熱絶縁膜
の裏側を欠除させて中空部を形成する必要がある。この
エッチングの際には、基板のみがエッチングされて、熱
絶縁膜はエッチングされないようにしなければならな
い。しかし、ダイアフラム構造の基板として一般的に使
用されているシリコンからなる基板のみをエッチングし
て、酸化シリコン層からなる熱絶縁膜はエッチングされ
ないようにする実用的な方法が見当たらないのである。
【００１６】そこで、この発明では、熱絶縁膜のうち、
基板と隣接する側に、窒化シリコン層を形成し、その上
に前記のような酸化シリコン層の多層膜を形成してお
く。窒化シリコン層は、シリコンなどのダイアフラム構
造用の基板に対するエッチング液ではエッチングされに
くい（エッチングレートが非常に小さい）ので、その上
の酸化シリコン層がエッチングされるのを確実に阻止す
ることができる。窒化シリコン層は、上記のように、エ
ッチングストップ層としての機能を果たしさえすればよ
いので、その厚みは薄くてよく、その上に形成された酸
化シリコン層の多層膜の上に、各種の機能構造が形成さ
れるので、これらの機能構造から基板への熱の伝達は酸
化シリコン層の多層膜によって確実に遮断され、熱絶縁
膜全体の熱伝導率は充分に小さくなり、良好な熱絶縁性
を発揮することができる。
基板と隣接する側に、窒化シリコン層を形成し、その上
に前記のような酸化シリコン層の多層膜を形成してお
く。窒化シリコン層は、シリコンなどのダイアフラム構
造用の基板に対するエッチング液ではエッチングされに
くい（エッチングレートが非常に小さい）ので、その上
の酸化シリコン層がエッチングされるのを確実に阻止す
ることができる。窒化シリコン層は、上記のように、エ
ッチングストップ層としての機能を果たしさえすればよ
いので、その厚みは薄くてよく、その上に形成された酸
化シリコン層の多層膜の上に、各種の機能構造が形成さ
れるので、これらの機能構造から基板への熱の伝達は酸
化シリコン層の多層膜によって確実に遮断され、熱絶縁
膜全体の熱伝導率は充分に小さくなり、良好な熱絶縁性
を発揮することができる。
【００１７】上記のような、窒化シリコン層と複数層の
酸化シリコン層からなる熱絶縁膜を作製する方法とし
て、イオンクラスタービーム法を採用すると、薄膜形成
炉に配置する蒸発源を切り換えたり、雰囲気ガスの組成
割合を変えたりすることで、窒化シリコン層、および、
シリコンと酸素の組成割合が異なる複数の酸化シリコン
層の全ての層を、同じ薄膜形成炉中で連続的に膜形成す
ることができるのである。
酸化シリコン層からなる熱絶縁膜を作製する方法とし
て、イオンクラスタービーム法を採用すると、薄膜形成
炉に配置する蒸発源を切り換えたり、雰囲気ガスの組成
割合を変えたりすることで、窒化シリコン層、および、
シリコンと酸素の組成割合が異なる複数の酸化シリコン
層の全ての層を、同じ薄膜形成炉中で連続的に膜形成す
ることができるのである。
【００１８】
【実施例】ついで、この発明の実施例について、図面を
参照しながら以下に説明する。図１に、ダイアフラム構
造を採用した熱型赤外線検出素子の概略構造を表してい
る。シリコンからなる基板１０の中央には、概略正方形
状の中空部１２が形成されている。基板１０の中空部１
２を覆って、熱絶縁膜２０が形成されている。熱絶縁膜
２０は、中空部１２の周辺部分で基板１０に一体接合さ
れている。熱絶縁膜２０は、基板１０側から、窒化シリ
コン層２２、および、複数層の酸化シリコン層２３〜２
５で構成されている。酸化シリコン層２３〜２５は、シ
リコンと酸素の組成比が異なり、酸化シリコン層２３、
２５はＳｉＯｘ（ｘ＝０．６〜１．０）で表され、酸化
シリコン層２４はＳｉ０2 で表される。
参照しながら以下に説明する。図１に、ダイアフラム構
造を採用した熱型赤外線検出素子の概略構造を表してい
る。シリコンからなる基板１０の中央には、概略正方形
状の中空部１２が形成されている。基板１０の中空部１
２を覆って、熱絶縁膜２０が形成されている。熱絶縁膜
２０は、中空部１２の周辺部分で基板１０に一体接合さ
れている。熱絶縁膜２０は、基板１０側から、窒化シリ
コン層２２、および、複数層の酸化シリコン層２３〜２
５で構成されている。酸化シリコン層２３〜２５は、シ
リコンと酸素の組成比が異なり、酸化シリコン層２３、
２５はＳｉＯｘ（ｘ＝０．６〜１．０）で表され、酸化
シリコン層２４はＳｉ０2 で表される。
【００１９】熱絶縁膜２０の上で、中空部１２の中央に
は、アモルファスシリコンなどからなるサーミスタ４０
が設けられており、サーミスタ４０の上下面には、クロ
ムなどからなる電極３０、３０が設けられている。電極
３０、３０は、中空部１２の外側まで延長され、その端
部にパッド３２が設けられている。サーミスタ４０の上
面は、酸化シリコンなどからなる赤外線吸収膜５０で覆
われている。
は、アモルファスシリコンなどからなるサーミスタ４０
が設けられており、サーミスタ４０の上下面には、クロ
ムなどからなる電極３０、３０が設けられている。電極
３０、３０は、中空部１２の外側まで延長され、その端
部にパッド３２が設けられている。サーミスタ４０の上
面は、酸化シリコンなどからなる赤外線吸収膜５０で覆
われている。
【００２０】このように、サーミスタ４０を上下の電極
３０、３０で挟んだサンドイッチ構造にしておくと、電
極３０、３０に挟まれるサーミスタ４０の体積を大きく
とって、ノイズを低減できる利点がある。上記のような
構造の赤外線検出素子を製造する方法を説明する。ま
ず、シリコン基板上に、熱絶縁膜を形成する。ＩＣＢ蒸
着法で、５００Åの窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）層、１
５００ÅのＳｉＯｘ層、２０００ÅのＳｉＯ 2 層、１５
００ÅのＳｉＯｘ層の、合計４層構造からなる熱絶縁膜
を形成した。
３０、３０で挟んだサンドイッチ構造にしておくと、電
極３０、３０に挟まれるサーミスタ４０の体積を大きく
とって、ノイズを低減できる利点がある。上記のような
構造の赤外線検出素子を製造する方法を説明する。ま
ず、シリコン基板上に、熱絶縁膜を形成する。ＩＣＢ蒸
着法で、５００Åの窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）層、１
５００ÅのＳｉＯｘ層、２０００ÅのＳｉＯ 2 層、１５
００ÅのＳｉＯｘ層の、合計４層構造からなる熱絶縁膜
を形成した。
【００２１】具体的には、ＩＣＢ蒸着炉として、複数の
蒸着源を配置して、操作盤から使用する蒸着源を選択切
り換えできるようになった装置を用い、蒸発源として、
Ｓｉ３Ｎ４と、ＳｉＯを配置しておいた。そして、ま
ず、蒸発源としてＳｉ３Ｎ４を選択し、窒素雰囲気中で
Ｓｉ３Ｎ４層を蒸着形成した。つぎに、蒸発源をＳｉＯ
に変え、蒸着中に雰囲気中の酸素濃度を変えることによ
って、前記ＳｉＯｘ層、ＳｉＯ２層、ＳｉＯｘ層の３層
を連続して順次蒸着形成した。これらの酸化シリコン層
の成膜条件は、ＳｉＯｘ層の成膜時は、酸素濃度０、基
板音頭２００℃、加速電圧１．０ｋＶであり、ＳｉＯ２
層の成膜時は、酸素濃度を１．０×１０−４Ｔｏｒｒに
した以外は、ＳｉＯｘ層の成膜時と同じであった。
蒸着源を配置して、操作盤から使用する蒸着源を選択切
り換えできるようになった装置を用い、蒸発源として、
Ｓｉ３Ｎ４と、ＳｉＯを配置しておいた。そして、ま
ず、蒸発源としてＳｉ３Ｎ４を選択し、窒素雰囲気中で
Ｓｉ３Ｎ４層を蒸着形成した。つぎに、蒸発源をＳｉＯ
に変え、蒸着中に雰囲気中の酸素濃度を変えることによ
って、前記ＳｉＯｘ層、ＳｉＯ２層、ＳｉＯｘ層の３層
を連続して順次蒸着形成した。これらの酸化シリコン層
の成膜条件は、ＳｉＯｘ層の成膜時は、酸素濃度０、基
板音頭２００℃、加速電圧１．０ｋＶであり、ＳｉＯ２
層の成膜時は、酸素濃度を１．０×１０−４Ｔｏｒｒに
した以外は、ＳｉＯｘ層の成膜時と同じであった。
【００２２】このようにして形成された各層のうち、Ｓ
ｉ3 Ｎ4 層と、ｘ＝０．６〜１．０のＳｉＯｘ層は、引
張の残留応力を示し、ＳｉＯ2 層は圧縮の残留応力を示
すことになり、これらの各層が積層された熱絶縁膜全体
としては、わずかな残留応力しか示さない。つぎに、熱
絶縁膜の上に、電子ビーム蒸着法により、基板温度２０
０℃で厚さ５００Åのクロムを成膜し、フォトリソ工程
でパターン化して、下部側の電極を形成した。電極の形
状は、中央部は１．９×１．９mmの正方形で、その外周
に細い延長部分を備えている。なお、クロムには、適当
な不純物を添加しておくことによって、熱伝導率を小さ
くでき、素子の検出感度を向上させることができる。ま
た、クロムの代わりに、熱伝導率の小さなニッケルクロ
ムを用いることもできる。
ｉ3 Ｎ4 層と、ｘ＝０．６〜１．０のＳｉＯｘ層は、引
張の残留応力を示し、ＳｉＯ2 層は圧縮の残留応力を示
すことになり、これらの各層が積層された熱絶縁膜全体
としては、わずかな残留応力しか示さない。つぎに、熱
絶縁膜の上に、電子ビーム蒸着法により、基板温度２０
０℃で厚さ５００Åのクロムを成膜し、フォトリソ工程
でパターン化して、下部側の電極を形成した。電極の形
状は、中央部は１．９×１．９mmの正方形で、その外周
に細い延長部分を備えている。なお、クロムには、適当
な不純物を添加しておくことによって、熱伝導率を小さ
くでき、素子の検出感度を向上させることができる。ま
た、クロムの代わりに、熱伝導率の小さなニッケルクロ
ムを用いることもできる。
【００２３】電極の上に、グロー放電分解法で、厚さ１
μｍのｐ型ａ−ＳｉＣを成膜し、フォトリソ工程で、２
×２mmの正方形にパターン化して、サーミスタを形成し
た。このときの成膜条件は、９００モル％のメタン、
０．２５モル％のジボランを加えた水素希釈のモノシラ
ンを用い、基板温度１８０℃、圧力０．９Torr、周波数
１３．５６MHz 、放電電力２０Ｗとした。
μｍのｐ型ａ−ＳｉＣを成膜し、フォトリソ工程で、２
×２mmの正方形にパターン化して、サーミスタを形成し
た。このときの成膜条件は、９００モル％のメタン、
０．２５モル％のジボランを加えた水素希釈のモノシラ
ンを用い、基板温度１８０℃、圧力０．９Torr、周波数
１３．５６MHz 、放電電力２０Ｗとした。
【００２４】サーミスタの上に、電子ビーム蒸着法によ
り、基板温度２００℃で厚さ５００Åのクロムを成膜
し、フォトリソ工程で所定形状にパターン化して、上部
側の電極を形成した。その形状は、下部側の電極と同じ
であるが、外周への延長部分は、下部側電極とは異なる
方向に延びている。上部側電極の上に、グロー放電分解
法で、厚さ１μｍの酸化シリコン層を形成し、フォトリ
ソ工程で、２×２mmの正方形にパターン化して、赤外線
吸収膜とした。このときの成膜条件は、７００モル％の
一酸化二窒素ガスを用い、基板温度２５０℃、圧力１To
rr、周波数１３．５６MHz 、放電電力３０Ｗとした。
り、基板温度２００℃で厚さ５００Åのクロムを成膜
し、フォトリソ工程で所定形状にパターン化して、上部
側の電極を形成した。その形状は、下部側の電極と同じ
であるが、外周への延長部分は、下部側電極とは異なる
方向に延びている。上部側電極の上に、グロー放電分解
法で、厚さ１μｍの酸化シリコン層を形成し、フォトリ
ソ工程で、２×２mmの正方形にパターン化して、赤外線
吸収膜とした。このときの成膜条件は、７００モル％の
一酸化二窒素ガスを用い、基板温度２５０℃、圧力１To
rr、周波数１３．５６MHz 、放電電力３０Ｗとした。
【００２５】赤外線吸収膜の上から、電子ビーム蒸着法
で、アルミを成膜し、パターン化して、上下の電極の端
部にパッドを形成した。このようにして、基板の上に熱
絶縁膜および赤外線検出部を作製した後、赤外線検出部
が作製された側とは反対側から、基板を水酸化カリウム
で異方性エッチングして中空部を形成した。水酸化カリ
ウムによるエッチングでは、熱絶縁膜のＳｉ3 Ｎ4 層は
エッチングされなかった。その結果、中空部分の熱絶縁
膜は、２．５×２．５mmの正方形になった。
で、アルミを成膜し、パターン化して、上下の電極の端
部にパッドを形成した。このようにして、基板の上に熱
絶縁膜および赤外線検出部を作製した後、赤外線検出部
が作製された側とは反対側から、基板を水酸化カリウム
で異方性エッチングして中空部を形成した。水酸化カリ
ウムによるエッチングでは、熱絶縁膜のＳｉ3 Ｎ4 層は
エッチングされなかった。その結果、中空部分の熱絶縁
膜は、２．５×２．５mmの正方形になった。
【００２６】このようにして製造された赤外線検出素子
は、熱絶縁膜部が歪んだり、破壊されたりすることな
く、使用時には高い感度を示し、良好な使用性能が発揮
された。
は、熱絶縁膜部が歪んだり、破壊されたりすることな
く、使用時には高い感度を示し、良好な使用性能が発揮
された。
【００２７】
【発明の効果】以上に述べた、この発明にかかるダイア
フラム構造用の熱絶縁膜は、窒化シリコン層、および、
シリコンと酸素の組成比が異なる複数の酸化シリコン層
を組み合わせていることにより、残留応力が小さくな
り、熱絶縁膜に歪みや破壊が生じるのを良好に防止する
ことができるとともに、熱伝導率を低下させることがな
く、優れた熱絶縁性を発揮することができる。
フラム構造用の熱絶縁膜は、窒化シリコン層、および、
シリコンと酸素の組成比が異なる複数の酸化シリコン層
を組み合わせていることにより、残留応力が小さくな
り、熱絶縁膜に歪みや破壊が生じるのを良好に防止する
ことができるとともに、熱伝導率を低下させることがな
く、優れた熱絶縁性を発揮することができる。
【００２８】その結果、ダイアフラム構造の製造歩留り
を向上させて、生産性を高め、生産コストを低減させる
ことができるとともに、熱絶縁性能に優れた高性能なダ
イアフラム構造を提供することができる。熱絶縁膜の製
造方法として、前記のようなイオンクラスタービーム法
を採用すれば、連続した成膜工程中に、蒸発源や雰囲気
ガスを変えるだけで、窒化シリコン層および組成比の異
なる酸化シリコン層を形成することができるので、製造
の手間がかからず、生産能率が向上し、生産コストも低
減できる。特に、酸化シリコン層の多層膜を形成する際
に、シリコンと酸素の組成比を容易に調整することがで
きるので、熱絶縁膜全体の残留応力が出来るだけ小さく
なるように、各酸化シリコン層に生じる残留応力の大き
さおよび方向を、正確に制御することができ、熱絶縁膜
の歪みおよび破壊防止にも大きな効果がある。
を向上させて、生産性を高め、生産コストを低減させる
ことができるとともに、熱絶縁性能に優れた高性能なダ
イアフラム構造を提供することができる。熱絶縁膜の製
造方法として、前記のようなイオンクラスタービーム法
を採用すれば、連続した成膜工程中に、蒸発源や雰囲気
ガスを変えるだけで、窒化シリコン層および組成比の異
なる酸化シリコン層を形成することができるので、製造
の手間がかからず、生産能率が向上し、生産コストも低
減できる。特に、酸化シリコン層の多層膜を形成する際
に、シリコンと酸素の組成比を容易に調整することがで
きるので、熱絶縁膜全体の残留応力が出来るだけ小さく
なるように、各酸化シリコン層に生じる残留応力の大き
さおよび方向を、正確に制御することができ、熱絶縁膜
の歪みおよび破壊防止にも大きな効果がある。
【図１】 この発明の実施例となるダイアフラム構造を
採用した赤外線検出素子の断面図
採用した赤外線検出素子の断面図
１０ 基板 １２ 中空部 ２０ 熱絶縁膜 ２２ 窒化シリコン層 ２３ ＳｉＯｘ（ｘ＝０．６〜１．０）層 ２４ ＳｉＯ2 層 ２５ ＳｉＯｘ（ｘ＝０．６〜１．０）層 ３０ 電極 ４０ サーミスタ ５０ 赤外線吸収膜
フロントページの続き (72)発明者 粟井 崇善 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工 株式会社内 (72)発明者 柿手 啓治 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−157031（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−50680（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−241134（ＪＰ，Ａ) 特表 平４−501040（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/316 H01L 21/318 H01L 29/84
Claims (2)
- 【請求項１】 周辺のみを基板に支持された中空状態で
形成されるダイアフラム構造用の熱絶縁膜であって、基
板側から順に、窒化シリコン層、および、シリコンと酸
素の組成比が異なる複数の酸化シリコン層が積層されて
いることを特徴とするダイアフラム構造用の熱絶縁膜。 - 【請求項２】 請求項１の熱絶縁膜を製造する方法であ
って、イオンクラスタービーム法で、蒸発源として、Ｓ
ｉ ３Ｎ４およびＳｉＯを用い、蒸着中に、雰囲気ガスの
酸素濃度あるいは窒素濃度を変化させることによって、
窒化シリコン層、および、複数の酸化シリコン層を順次
積層形成させることを特徴とするダイアフラム用の熱絶
縁膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4284506A JP2994881B2 (ja) | 1992-10-22 | 1992-10-22 | ダイアフラム構造用の熱絶縁膜およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4284506A JP2994881B2 (ja) | 1992-10-22 | 1992-10-22 | ダイアフラム構造用の熱絶縁膜およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06132277A JPH06132277A (ja) | 1994-05-13 |
| JP2994881B2 true JP2994881B2 (ja) | 1999-12-27 |
Family
ID=17679393
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4284506A Expired - Lifetime JP2994881B2 (ja) | 1992-10-22 | 1992-10-22 | ダイアフラム構造用の熱絶縁膜およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2994881B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4590764B2 (ja) * | 2001-03-28 | 2010-12-01 | 株式会社デンソー | ガスセンサ及びその製造方法 |
| JP4590790B2 (ja) * | 2001-07-03 | 2010-12-01 | 株式会社デンソー | 半導体センサの製造方法 |
| JP4770549B2 (ja) * | 2006-03-28 | 2011-09-14 | パナソニック電工株式会社 | 赤外線センサ |
| US8057882B2 (en) | 2006-03-28 | 2011-11-15 | Kobe Steel, Ltd. | Membrane structure element and method for manufacturing same |
| JP5054628B2 (ja) * | 2008-07-15 | 2012-10-24 | パナソニック株式会社 | 赤外線センサ |
| US11769780B2 (en) | 2020-02-26 | 2023-09-26 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Image sensors with stress adjusting layers |
-
1992
- 1992-10-22 JP JP4284506A patent/JP2994881B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06132277A (ja) | 1994-05-13 |
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