JP3409918B2 - 赤外線検知素子の製造方法 - Google Patents
赤外線検知素子の製造方法Info
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Classifications
-
- H05K999/00—
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、メンブレン構造を有す
る熱型の赤外線検知素子の製造方法に関する。
る熱型の赤外線検知素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】メンブレン構造を有する従来の熱型赤外
線検知素子としては、例えば図４に示すようなものがあ
る（特開平３−９４１２７号公報）。図において、１１
は（１００）面を主表面とするシリコン基板であり、そ
の主表面全域にＳｉＮのメンブレン１３が形成されてい
る。所要領域におけるメンブレン１３裏面側のシリコン
基板１１主表面部には、基板１１への熱伝達を防止する
ため四角錐台を逆さまにした形状の熱絶縁室１２が形成
されている。熱絶縁室１２上方のメンブレン１３の表面
には感温素子要素としてｐ型ポリシリコン１４とｎ型ポ
リシリコン１５のｐｎ接合によりダイオード１６が形成
されている。１７は保護膜であり、ダイオード１６を含
む受光領域における保護膜１７上には赤外線吸収膜１８
が形成されている。熱絶縁室１２及びこの熱絶縁室１２
上のメンブレン構造は、次のようにして形成されてい
る。即ち、基板エッチングを行う領域においてシリコン
基板１１とメンブレン１３の間に予めポリシリコン犠牲
層を堆積しておく。ポリシリコン犠牲層の所定領域上に
おける保護膜１７及びメンブレン１３を貫通しポリシリ
コン犠牲層に達するエッチング液注入用開口部１９を形
成する。開口部１９からヒドラジン、ＫＯＨ、ＥＤＰな
どの異方性エッチング液を注入する。このとき、ポリシ
リコンの面方位はマクロ的にはランダムであるために等
方的なエッチング特性を示し、ポリシリコン犠牲層は端
までエッチングが進行して全部がエッチング除去され
る。一方、シリコン基板は、異方性エッチング液による
（１１１）面のエッチング速度は（１００）面のそれに
比べると１／１００以下と非常に小さい。従って、上記
の異方性エッチング液でエッチングを行うと、シリコン
基板１１は、ポリシリコン犠牲層で限定された領域にお
いて上部の開口側を底面、（１１１）面を側面とする四
角錐あるいは四角錐台状の熱絶縁室１２が形成され、こ
れと同時に熱絶縁室１２上にメンブレン構造が形成され
る。このため、従来の赤外線検知素子では、メンブレン
１３やダイオード１６形成用のｐ，ｎ型ポリシリコン１
４，１５等がポリシリコン犠牲層の端の段差で屈曲する
ことになる。そして赤外線吸収膜１８に赤外線が入射す
ると、熱絶縁室１２でシリコン基板１１から熱分離され
ている中央のｐｎ接合部の温度が上昇し、ダイオード１
６の拡散電位が減少する。ダイオード１６を定電流駆動
している場合には順方向電圧降下が減少するので、この
変化量から赤外線の入射量が計測される。感温素子要素
としては、ダイオードの他にサーモパイルあるいはボロ
メータ等も用いられている。
線検知素子としては、例えば図４に示すようなものがあ
る（特開平３−９４１２７号公報）。図において、１１
は（１００）面を主表面とするシリコン基板であり、そ
の主表面全域にＳｉＮのメンブレン１３が形成されてい
る。所要領域におけるメンブレン１３裏面側のシリコン
基板１１主表面部には、基板１１への熱伝達を防止する
ため四角錐台を逆さまにした形状の熱絶縁室１２が形成
されている。熱絶縁室１２上方のメンブレン１３の表面
には感温素子要素としてｐ型ポリシリコン１４とｎ型ポ
リシリコン１５のｐｎ接合によりダイオード１６が形成
されている。１７は保護膜であり、ダイオード１６を含
む受光領域における保護膜１７上には赤外線吸収膜１８
が形成されている。熱絶縁室１２及びこの熱絶縁室１２
上のメンブレン構造は、次のようにして形成されてい
る。即ち、基板エッチングを行う領域においてシリコン
基板１１とメンブレン１３の間に予めポリシリコン犠牲
層を堆積しておく。ポリシリコン犠牲層の所定領域上に
おける保護膜１７及びメンブレン１３を貫通しポリシリ
コン犠牲層に達するエッチング液注入用開口部１９を形
成する。開口部１９からヒドラジン、ＫＯＨ、ＥＤＰな
どの異方性エッチング液を注入する。このとき、ポリシ
リコンの面方位はマクロ的にはランダムであるために等
方的なエッチング特性を示し、ポリシリコン犠牲層は端
までエッチングが進行して全部がエッチング除去され
る。一方、シリコン基板は、異方性エッチング液による
（１１１）面のエッチング速度は（１００）面のそれに
比べると１／１００以下と非常に小さい。従って、上記
の異方性エッチング液でエッチングを行うと、シリコン
基板１１は、ポリシリコン犠牲層で限定された領域にお
いて上部の開口側を底面、（１１１）面を側面とする四
角錐あるいは四角錐台状の熱絶縁室１２が形成され、こ
れと同時に熱絶縁室１２上にメンブレン構造が形成され
る。このため、従来の赤外線検知素子では、メンブレン
１３やダイオード１６形成用のｐ，ｎ型ポリシリコン１
４，１５等がポリシリコン犠牲層の端の段差で屈曲する
ことになる。そして赤外線吸収膜１８に赤外線が入射す
ると、熱絶縁室１２でシリコン基板１１から熱分離され
ている中央のｐｎ接合部の温度が上昇し、ダイオード１
６の拡散電位が減少する。ダイオード１６を定電流駆動
している場合には順方向電圧降下が減少するので、この
変化量から赤外線の入射量が計測される。感温素子要素
としては、ダイオードの他にサーモパイルあるいはボロ
メータ等も用いられている。
【０００３】前述のように、シリコン基板を異方性エッ
チング液でエッチングする場合、一般的に方形のエッチ
ング開口部を設けた場合には、アンダーエッチングは殆
んど進まずほぼ開口部の大きさの底面を持つ四角錐が形
成されるだけであり、ポリシリコン犠牲層の堆積無しで
は、メンブレン構造を形成することはできない。また、
円形の開口部の場合には開口部を内接円とした四角錐が
形成され、同様にメンブレン構造を形成することはでき
ない。このため、ポリシリコン犠牲層の堆積無しでメン
ブレン構造を形成するために、シリコン基板のオリエン
テーションフラット面又は開口部を（１１０）方向から
オフセットさせることも考えられている。しかし、この
場合には複数の開口部を設け、エッチングによってでき
る（１１１）面と表面の（１００）面の交線によって形
成される長方形が互いにオーバーラップしている必要が
ありメンブレンの形状に制約が生じる。
チング液でエッチングする場合、一般的に方形のエッチ
ング開口部を設けた場合には、アンダーエッチングは殆
んど進まずほぼ開口部の大きさの底面を持つ四角錐が形
成されるだけであり、ポリシリコン犠牲層の堆積無しで
は、メンブレン構造を形成することはできない。また、
円形の開口部の場合には開口部を内接円とした四角錐が
形成され、同様にメンブレン構造を形成することはでき
ない。このため、ポリシリコン犠牲層の堆積無しでメン
ブレン構造を形成するために、シリコン基板のオリエン
テーションフラット面又は開口部を（１１０）方向から
オフセットさせることも考えられている。しかし、この
場合には複数の開口部を設け、エッチングによってでき
る（１１１）面と表面の（１００）面の交線によって形
成される長方形が互いにオーバーラップしている必要が
ありメンブレンの形状に制約が生じる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の赤外線検知素子にあっては、ポリシリコン犠
牲層のほぼ全部をエッチング除去して熱絶縁室の形状を
決定するようにしていたため、熱絶縁室の端の部分の段
差でメンブレンが屈曲して強度が劣化し信頼性が低下す
るとともに薄くすることができず熱分離性の向上には限
界がある。また、熱絶縁室の端の段差でサーモパイル等
の感温素子要素に段切れが起こるためにサーモパイル等
を十分薄くすることができず検知特性の向上には限界が
あるという問題があった。
うな従来の赤外線検知素子にあっては、ポリシリコン犠
牲層のほぼ全部をエッチング除去して熱絶縁室の形状を
決定するようにしていたため、熱絶縁室の端の部分の段
差でメンブレンが屈曲して強度が劣化し信頼性が低下す
るとともに薄くすることができず熱分離性の向上には限
界がある。また、熱絶縁室の端の段差でサーモパイル等
の感温素子要素に段切れが起こるためにサーモパイル等
を十分薄くすることができず検知特性の向上には限界が
あるという問題があった。
【０００５】本発明は、このような従来の問題に着目し
てなされたもので、メンブレンの機械的強度を増して破
壊に対する信頼性を向上させ、また熱分離性を良好にし
て検知特性を向上させることができる赤外線検知素子の
製造方法を提供することを目的とする。
てなされたもので、メンブレンの機械的強度を増して破
壊に対する信頼性を向上させ、また熱分離性を良好にし
て検知特性を向上させることができる赤外線検知素子の
製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、第１に、半導体基板の主表面上にポリシ
リコン犠牲層となるポリシリコン層を堆積し、所定形状
にパターニングする工程と、前記ポリシリコン層の中に
選択的にボロンをドープして前記ポリシリコン層の周辺
部に環状領域を形成する工程と、前記半導体基板の主表
面から前記ポリシリコン層上面にかけて耐エッチング材
料からなるメンブレンを形成する工程と、前記メンブレ
ン上に受熱部が前記ポリシリコン犠牲層の上方に位置す
るように感温素子要素を形成する工程と、前記感温素子
要素及びメンブレン上に耐エッチング材料からなる絶縁
膜を被覆形成する工程と、前記ポリシリコン犠牲層の所
要領域上における前記絶縁膜及びメンブレンを貫通する
エッチング液注入用の開口部を形成する工程と、前記感
温素子要素における受熱部に対応した前記絶縁膜上の位
置に赤外線吸収膜を形成する工程と、前記開口部を介し
てエッチング液を注入し前記ポリシリコン犠牲層及び前
記半導体基板の一部をエッチング除去して熱分離室を形
成する工程とを有することを要旨とする。
に、本発明は、第１に、半導体基板の主表面上にポリシ
リコン犠牲層となるポリシリコン層を堆積し、所定形状
にパターニングする工程と、前記ポリシリコン層の中に
選択的にボロンをドープして前記ポリシリコン層の周辺
部に環状領域を形成する工程と、前記半導体基板の主表
面から前記ポリシリコン層上面にかけて耐エッチング材
料からなるメンブレンを形成する工程と、前記メンブレ
ン上に受熱部が前記ポリシリコン犠牲層の上方に位置す
るように感温素子要素を形成する工程と、前記感温素子
要素及びメンブレン上に耐エッチング材料からなる絶縁
膜を被覆形成する工程と、前記ポリシリコン犠牲層の所
要領域上における前記絶縁膜及びメンブレンを貫通する
エッチング液注入用の開口部を形成する工程と、前記感
温素子要素における受熱部に対応した前記絶縁膜上の位
置に赤外線吸収膜を形成する工程と、前記開口部を介し
てエッチング液を注入し前記ポリシリコン犠牲層及び前
記半導体基板の一部をエッチング除去して熱分離室を形
成する工程とを有することを要旨とする。
【０００７】第２に、前記感温素子要素は、温接点を前
記受熱部とし、冷接点が前記環状領域上方部の前記メン
ブレン上に位置するサーモパイルであることを要旨とす
る。
記受熱部とし、冷接点が前記環状領域上方部の前記メン
ブレン上に位置するサーモパイルであることを要旨とす
る。
【０００８】
【作用】上記構成において、第１に、ポリシリコン犠牲
層及び半導体基板の一部をエッチング除去して熱分離室
を形成する際、ボロンドープのポリシリコンはエッチン
グ速度が極めて遅くなることからポリシリコン犠牲層周
辺の環状領域が残る。したがってメンブレンの屈曲部が
その環状領域で補強され、機械的強度が増大する。ま
た、機械的強度が増大することからメンブレンを薄くす
ることができて熱分離性が良好となり、入射する被検出
赤外線で受熱部が効果的に温度上昇し、検知特性が向上
する。
層及び半導体基板の一部をエッチング除去して熱分離室
を形成する際、ボロンドープのポリシリコンはエッチン
グ速度が極めて遅くなることからポリシリコン犠牲層周
辺の環状領域が残る。したがってメンブレンの屈曲部が
その環状領域で補強され、機械的強度が増大する。ま
た、機械的強度が増大することからメンブレンを薄くす
ることができて熱分離性が良好となり、入射する被検出
赤外線で受熱部が効果的に温度上昇し、検知特性が向上
する。
【０００９】第２に、サーモパイルがメンブレン上に平
面で形成される。したがってサーモパイルも薄く形成す
ることが可能となり、熱分離性が良好となって検知特性
が一層向上する。
面で形成される。したがってサーモパイルも薄く形成す
ることが可能となり、熱分離性が良好となって検知特性
が一層向上する。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図１乃至図３に基づ
いて説明する。図１、図２を用いて、まず赤外線検知素
子の構成を説明する。シリコン基板１の主表面上には、
Ｂ（ボロン）ドープのポリシリコン層３ｂが四角環状に
形成されている。その中央部のノンドープポリシリコン
からなるポリシリコン犠牲層３ａは後述するエッチング
によって消失している。シリコン基板１の主表面からＢ
ドープしたポリシリコン層３ｂの上面部にかけてＳｉＮ
のメンブレン４が形成されている。Ｂドープのポリシリ
コン層３ｂ上面側のメンブレン４上には、ｎ型ポリシリ
コン５ａとｐ型ポリシリコン５ｂが形成され、その両端
がＡｌ−Ｓｉからなる温接点５ｃ、冷接点５ｄで相互に
接続されて感温素子要素としてのサーモパイル５が構成
されている。６はＢＰＳＧなどの層間絶縁膜、７はＰＳ
Ｇ又はＳｉＮによる保護膜である。ポリシリコン犠牲層
３ａの所定領域上におけるメンブレン４、層間絶縁膜
６、保護膜７の部分には、エッチング液をポリシリコン
犠牲層３ａ及びシリコン基板１に到達させるための開口
部８が形成されている。開口部８は図の例では４個形成
されている。開口部８から導入されたエッチング液によ
ってまずポリシリコン犠牲層３ａがエッチングされ、次
いでこのポリシリコン犠牲層３ａ直下のシリコン基板１
の部分がエッチングされて四角錐又は四角錐台を逆さま
にした形状の熱分離室２が形成されている。熱分離室２
の底面の形状は、シリコン基板１の面方位、ポリシリコ
ン犠牲層３ａの平面形状によって一義的に決定され、側
面は（１１１）面で形成されている。このように形成さ
れた熱分離室２上方の保護膜７上にはＡｕ−Ｂｌａｃｋ
膜による赤外線吸収膜９が形成されている。
いて説明する。図１、図２を用いて、まず赤外線検知素
子の構成を説明する。シリコン基板１の主表面上には、
Ｂ（ボロン）ドープのポリシリコン層３ｂが四角環状に
形成されている。その中央部のノンドープポリシリコン
からなるポリシリコン犠牲層３ａは後述するエッチング
によって消失している。シリコン基板１の主表面からＢ
ドープしたポリシリコン層３ｂの上面部にかけてＳｉＮ
のメンブレン４が形成されている。Ｂドープのポリシリ
コン層３ｂ上面側のメンブレン４上には、ｎ型ポリシリ
コン５ａとｐ型ポリシリコン５ｂが形成され、その両端
がＡｌ−Ｓｉからなる温接点５ｃ、冷接点５ｄで相互に
接続されて感温素子要素としてのサーモパイル５が構成
されている。６はＢＰＳＧなどの層間絶縁膜、７はＰＳ
Ｇ又はＳｉＮによる保護膜である。ポリシリコン犠牲層
３ａの所定領域上におけるメンブレン４、層間絶縁膜
６、保護膜７の部分には、エッチング液をポリシリコン
犠牲層３ａ及びシリコン基板１に到達させるための開口
部８が形成されている。開口部８は図の例では４個形成
されている。開口部８から導入されたエッチング液によ
ってまずポリシリコン犠牲層３ａがエッチングされ、次
いでこのポリシリコン犠牲層３ａ直下のシリコン基板１
の部分がエッチングされて四角錐又は四角錐台を逆さま
にした形状の熱分離室２が形成されている。熱分離室２
の底面の形状は、シリコン基板１の面方位、ポリシリコ
ン犠牲層３ａの平面形状によって一義的に決定され、側
面は（１１１）面で形成されている。このように形成さ
れた熱分離室２上方の保護膜７上にはＡｕ−Ｂｌａｃｋ
膜による赤外線吸収膜９が形成されている。
【００１１】次に、本実施例の製造方法について説明す
る。主表面が（１００）面であるシリコン基板１の所定
の領域にポリシリコン層を減圧ＣＶＤ法により堆積し所
要形状にパターニングする。熱分離室２を形成する領域
以外のポリシリコン層周辺部の環状領域にＢをドーズ量
にして５×１０15〜１×１０16（ｃｍ-2）イオン注入
し、その熱分離室２を形成する領域はノンドープポリシ
リコンからなるポリシリコン犠牲層３ａとする。Ｂのド
ーズ量とエッチング速度との関係を図３に示すが、１×
１０16（ｃｍ-2）注入した場合には、ポリシリコン犠牲
層３ａであるノンドープポリシリコンとの選択比は約２
０である。シリコン基板１の主表面及びポリシリコン層
上面を覆うように、メンブレン４となるＳｉＮを減圧Ｃ
ＶＤ法を用いて基板温度７８０℃程度で堆積し、その上
にサーモパイル５となるポリシリコン層を減圧ＣＶＤ法
を用いて基板温度６２０℃程度で堆積しパターニングす
る。ポリシリコンの電気伝導度を向上させるために、パ
ターニングしたポリシリコン層にＢ，Ｐなどのドーパン
トをイオン注入法によってドーズ量５×１０15（ｃ
ｍ-2）程度ドープし、９５０℃で２０分程度のアニール
を行い電気的に活性させてｐ型ポリシリコン５ｂ、ｎ型
ポリシリコン５ａとする。その上に層間絶縁膜６を堆積
させ、両ポリシリコン５ａ，５ｂの接続部にコンタクト
ホールを形成する。Ａｌ−Ｓｉをスパッタ法によって堆
積を行いパターニングし、温接点５ｃ及び冷接点５ｄを
形成してｐ型ポリシリコン５ｂとｎ型ポリシリコン５ａ
とを相互に接続し、サーモパイル５を形成する。その上
にＰＳＧやプラズマＣＶＤ法によるＳｉＮを保護膜７と
して堆積させる。受熱部となる温接点５ｃ上方の保護膜
７上の部分に、Ａｕ−Ｂｌａｃｋを蒸着しパターニング
して赤外線吸収膜９を形成する。ポリシリコン犠牲層３
ａの所定領域上におけるメンブレン４、層間絶縁膜６、
保護膜７の部分に熱分離室２を形成するための開口部８
をドライエッチング法によって形成し、この開口部８を
介してポリシリコン犠牲層３ａ及びドラジンでシリコン
基板１のエッチングを行い、熱分離室２を形成する。エ
ッチング時の液温は約７８℃である。なお、メンブレン
４上に形成される感温素子要素はサーモパイルに限った
ものではなく、図４のダイオードやボロメータなども同
様の方法で形成できる。
る。主表面が（１００）面であるシリコン基板１の所定
の領域にポリシリコン層を減圧ＣＶＤ法により堆積し所
要形状にパターニングする。熱分離室２を形成する領域
以外のポリシリコン層周辺部の環状領域にＢをドーズ量
にして５×１０15〜１×１０16（ｃｍ-2）イオン注入
し、その熱分離室２を形成する領域はノンドープポリシ
リコンからなるポリシリコン犠牲層３ａとする。Ｂのド
ーズ量とエッチング速度との関係を図３に示すが、１×
１０16（ｃｍ-2）注入した場合には、ポリシリコン犠牲
層３ａであるノンドープポリシリコンとの選択比は約２
０である。シリコン基板１の主表面及びポリシリコン層
上面を覆うように、メンブレン４となるＳｉＮを減圧Ｃ
ＶＤ法を用いて基板温度７８０℃程度で堆積し、その上
にサーモパイル５となるポリシリコン層を減圧ＣＶＤ法
を用いて基板温度６２０℃程度で堆積しパターニングす
る。ポリシリコンの電気伝導度を向上させるために、パ
ターニングしたポリシリコン層にＢ，Ｐなどのドーパン
トをイオン注入法によってドーズ量５×１０15（ｃ
ｍ-2）程度ドープし、９５０℃で２０分程度のアニール
を行い電気的に活性させてｐ型ポリシリコン５ｂ、ｎ型
ポリシリコン５ａとする。その上に層間絶縁膜６を堆積
させ、両ポリシリコン５ａ，５ｂの接続部にコンタクト
ホールを形成する。Ａｌ−Ｓｉをスパッタ法によって堆
積を行いパターニングし、温接点５ｃ及び冷接点５ｄを
形成してｐ型ポリシリコン５ｂとｎ型ポリシリコン５ａ
とを相互に接続し、サーモパイル５を形成する。その上
にＰＳＧやプラズマＣＶＤ法によるＳｉＮを保護膜７と
して堆積させる。受熱部となる温接点５ｃ上方の保護膜
７上の部分に、Ａｕ−Ｂｌａｃｋを蒸着しパターニング
して赤外線吸収膜９を形成する。ポリシリコン犠牲層３
ａの所定領域上におけるメンブレン４、層間絶縁膜６、
保護膜７の部分に熱分離室２を形成するための開口部８
をドライエッチング法によって形成し、この開口部８を
介してポリシリコン犠牲層３ａ及びドラジンでシリコン
基板１のエッチングを行い、熱分離室２を形成する。エ
ッチング時の液温は約７８℃である。なお、メンブレン
４上に形成される感温素子要素はサーモパイルに限った
ものではなく、図４のダイオードやボロメータなども同
様の方法で形成できる。
【００１２】次いで、赤外線検知素子の作用を説明す
る。赤外線吸収膜９によって吸収された入射赤外線は熱
に変換され赤外線吸収膜９の温度が上昇する。この熱
は、伝導によって温接点５ｃに伝えられ温接点５ｃの温
度を上昇させる。温接点５ｃ近傍のシリコン基板１部分
にはエッチングによって除去され熱分離室２が形成され
ているために温接点５ｃと冷接点５ｄとは熱抵抗が高い
メンブレン４、ポリシリコン層５ａ，５ｂ、絶縁膜６，
７などで接続されているだけなので温接点５ｃの熱は冷
接点５ｄには伝わりにくくなっている。その結果、両接
点５ｃ，５ｄ間に温度差が生じ、ゼーベック効果によっ
てサーモパイル５に起電力が生じる。図１の構成では、
サーモパイル５全体の熱起電力Ｓは、ｎ型ポリシリコン
５ａにおける両接点５ｃ，５ｄ間の熱起電力とｐ型ポリ
シリコン５ｂにおける両接点５ｃ，５ｄ間の熱起電力と
の和になり、次の（１）式で表わされる。
る。赤外線吸収膜９によって吸収された入射赤外線は熱
に変換され赤外線吸収膜９の温度が上昇する。この熱
は、伝導によって温接点５ｃに伝えられ温接点５ｃの温
度を上昇させる。温接点５ｃ近傍のシリコン基板１部分
にはエッチングによって除去され熱分離室２が形成され
ているために温接点５ｃと冷接点５ｄとは熱抵抗が高い
メンブレン４、ポリシリコン層５ａ，５ｂ、絶縁膜６，
７などで接続されているだけなので温接点５ｃの熱は冷
接点５ｄには伝わりにくくなっている。その結果、両接
点５ｃ，５ｄ間に温度差が生じ、ゼーベック効果によっ
てサーモパイル５に起電力が生じる。図１の構成では、
サーモパイル５全体の熱起電力Ｓは、ｎ型ポリシリコン
５ａにおける両接点５ｃ，５ｄ間の熱起電力とｐ型ポリ
シリコン５ｂにおける両接点５ｃ，５ｄ間の熱起電力と
の和になり、次の（１）式で表わされる。
【００１３】
Ｓ＝ｎ・α・Ｒth・Ｐ …（１）
ｎはサーモパイル５における熱電対の対数、αはｎ型ポ
リシリコン５ａとｐ型ポリシリコン５ｂの両方を足し合
わせたゼーベック係数、Ｒthは熱抵抗、Ｐは入射エネル
ギーである。上記（１）式から熱起電力Ｓを大きくする
にはゼーベック係数の大きい材料を用い、熱抵抗を大き
くする必要がある。また、熱型赤外線検知素子の性能指
数Ｄ* は次の（２）式のように書ける。
リシリコン５ａとｐ型ポリシリコン５ｂの両方を足し合
わせたゼーベック係数、Ｒthは熱抵抗、Ｐは入射エネル
ギーである。上記（１）式から熱起電力Ｓを大きくする
にはゼーベック係数の大きい材料を用い、熱抵抗を大き
くする必要がある。また、熱型赤外線検知素子の性能指
数Ｄ* は次の（２）式のように書ける。
【００１４】
【数１】
Ｄ* ＝√［Ａd ／（４ｋＴ）］・ｎ・（α・Ｒth／√Ｒd ）・（Ｐ／Ｐd ）
…（２）
Ａd は赤外線吸収膜の面積、ｎは熱電対の対数、Ｒd は
電気抵抗、Ｐd は実効的な入射エネルギーである。この
（２）式は、吸収膜の面積、対数、熱抵抗及びエネルギ
ーの伝達効率を大きく、電気抵抗を小さくする必要があ
ることを示している。
電気抵抗、Ｐd は実効的な入射エネルギーである。この
（２）式は、吸収膜の面積、対数、熱抵抗及びエネルギ
ーの伝達効率を大きく、電気抵抗を小さくする必要があ
ることを示している。
【００１５】
【発明の効果】以上説明してきたように、各請求項記載
の発明によれば、それぞれ次のような効果を奏する。
の発明によれば、それぞれ次のような効果を奏する。
【００１６】請求項１記載の発明によれば、半導体基板
の主表面上にポリシリコン犠牲層となるポリシリコン層
を堆積し、所定形状にパターニングする工程と、前記ポ
リシリコン層の中に選択的にボロンをドープして前記ポ
リシリコン層の周辺部に環状領域を形成する工程と、前
記半導体基板の主表面から前記ポリシリコン層上面にか
けて耐エッチング材料からなるメンブレンを形成する工
程と、前記メンブレン上に受熱部が前記ポリシリコン犠
牲層の上方に位置するように感温素子要素を形成する工
程と、前記感温素子要素及びメンブレン上に耐エッチン
グ材料からなる絶縁膜を被覆形成する工程と、前記ポリ
シリコン犠牲層の所要領域上における前記絶縁膜及びメ
ンブレンを貫通するエッチング液注入用の開口部を形成
する工程と、前記感温素子要素における受熱部に対応し
た前記絶縁膜上の位置に赤外線吸収膜を形成する工程
と、前記開口部を介してエッチング液を注入し前記ポリ
シリコン犠牲層及び前記半導体基板の一部をエッチング
除去して熱分離室を形成する工程とを具備させたため、
メンブレンの屈曲部が、エッチング工程の際に残ったボ
ロンドープポリシリコン層からなる環状領域で補強さ
れ、メンブレンの機械的強度が増して破壊に対する信頼
性が向上する。また、機械的強度が増すことからメンブ
レンを薄くすることができて熱分離性が良好となり、被
検出入射赤外線で受熱部が効果的に上昇し、検知特性向
上させることができる。
の主表面上にポリシリコン犠牲層となるポリシリコン層
を堆積し、所定形状にパターニングする工程と、前記ポ
リシリコン層の中に選択的にボロンをドープして前記ポ
リシリコン層の周辺部に環状領域を形成する工程と、前
記半導体基板の主表面から前記ポリシリコン層上面にか
けて耐エッチング材料からなるメンブレンを形成する工
程と、前記メンブレン上に受熱部が前記ポリシリコン犠
牲層の上方に位置するように感温素子要素を形成する工
程と、前記感温素子要素及びメンブレン上に耐エッチン
グ材料からなる絶縁膜を被覆形成する工程と、前記ポリ
シリコン犠牲層の所要領域上における前記絶縁膜及びメ
ンブレンを貫通するエッチング液注入用の開口部を形成
する工程と、前記感温素子要素における受熱部に対応し
た前記絶縁膜上の位置に赤外線吸収膜を形成する工程
と、前記開口部を介してエッチング液を注入し前記ポリ
シリコン犠牲層及び前記半導体基板の一部をエッチング
除去して熱分離室を形成する工程とを具備させたため、
メンブレンの屈曲部が、エッチング工程の際に残ったボ
ロンドープポリシリコン層からなる環状領域で補強さ
れ、メンブレンの機械的強度が増して破壊に対する信頼
性が向上する。また、機械的強度が増すことからメンブ
レンを薄くすることができて熱分離性が良好となり、被
検出入射赤外線で受熱部が効果的に上昇し、検知特性向
上させることができる。
【００１７】請求項２記載の発明によれば、前記感温素
子要素は、温接点を前記受熱部とし、冷接点が前記環状
領域上方部の前記メンブレン上に位置するサーモパイル
で構成したため、サーモパイルがメンブレン上に平面で
形成されることからサーモパイルを薄くすることができ
て熱分離性が良好となり、検知特性を一層向上させるこ
とができる。
子要素は、温接点を前記受熱部とし、冷接点が前記環状
領域上方部の前記メンブレン上に位置するサーモパイル
で構成したため、サーモパイルがメンブレン上に平面で
形成されることからサーモパイルを薄くすることができ
て熱分離性が良好となり、検知特性を一層向上させるこ
とができる。
【図１】本発明に係る赤外線検知素子の製造方法の実施
例で製造される赤外線検知素子の平面図である。
例で製造される赤外線検知素子の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】ポリシリコンへのボロンのドーズ量とエッチン
グ速度の関係を示す図である。
グ速度の関係を示す図である。
【図４】従来の赤外線検知素子の平面図及び断面図であ
る。
る。
１ シリコン基板
２ 熱分離室
３ａ ポリシリコン犠牲層
３ｂ ボロンドープのポリシリコン層
４ メンブレン
５ サーモパイル（感温素子要素）
５ｃ 温接点
５ｄ 冷接点
６ 層間絶縁膜
７ 保護膜
８ 開口部
９ 赤外線吸収膜
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01J 1/02
G01J 5/02
G01J 5/12
G01V 9/04
H01L 35/32
H01L 37/00 - 37/02
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板の主表面上にポリシリコン犠
牲層となるポリシリコン層を堆積し、所定形状にパター
ニングする工程と、前記ポリシリコン層の中に選択的に
ボロンをドープして前記ポリシリコン層の周辺部に環状
領域を形成する工程と、前記半導体基板の主表面から前
記ポリシリコン層上面にかけて耐エッチング材料からな
るメンブレンを形成する工程と、前記メンブレン上に受
熱部が前記ポリシリコン犠牲層の上方に位置するように
感温素子要素を形成する工程と、前記感温素子要素及び
メンブレン上に耐エッチング材料からなる絶縁膜を被覆
形成する工程と、前記ポリシリコン犠牲層の所要領域上
における前記絶縁膜及びメンブレンを貫通するエッチン
グ液注入用の開口部を形成する工程と、前記感温素子要
素における受熱部に対応した前記絶縁膜上の位置に赤外
線吸収膜を形成する工程と、前記開口部を介してエッチ
ング液を注入し前記ポリシリコン犠牲層及び前記半導体
基板の一部をエッチング除去して熱分離室を形成する工
程とを有することを特徴とする赤外線検知素子の製造方
法。 - 【請求項２】 前記感温素子要素は、温接点を前記受熱
部とし、冷接点が前記環状領域上方部の前記メンブレン
上に位置するサーモパイルであることを特徴とする請求
項１記載の赤外線検知素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11261494A JP3409918B2 (ja) | 1994-05-26 | 1994-05-26 | 赤外線検知素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11261494A JP3409918B2 (ja) | 1994-05-26 | 1994-05-26 | 赤外線検知素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07318417A JPH07318417A (ja) | 1995-12-08 |
| JP3409918B2 true JP3409918B2 (ja) | 2003-05-26 |
Family
ID=14591150
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11261494A Expired - Lifetime JP3409918B2 (ja) | 1994-05-26 | 1994-05-26 | 赤外線検知素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3409918B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002103618A (ja) | 2000-01-17 | 2002-04-09 | Seiko Epson Corp | インクジェット式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録装置 |
| JP2010256181A (ja) * | 2009-04-24 | 2010-11-11 | Panasonic Electric Works Co Ltd | 赤外線センサの製造方法 |
| CN102128685A (zh) * | 2010-11-22 | 2011-07-20 | 烟台睿创微纳技术有限公司 | 一种微机械cmos热电堆红外测温传感器 |
-
1994
- 1994-05-26 JP JP11261494A patent/JP3409918B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07318417A (ja) | 1995-12-08 |
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