JP3497797B2 - 赤外線センサの製造方法 - Google Patents
赤外線センサの製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線センサおよ
びその製造方法に係わるものであり、特に、非冷却型の
赤外線センサの画素構造およびその製造方法に係わり、
高感度の非冷却型赤外線センサおよびその製造方法を提
供するものである。
びその製造方法に係わるものであり、特に、非冷却型の
赤外線センサの画素構造およびその製造方法に係わり、
高感度の非冷却型赤外線センサおよびその製造方法を提
供するものである。
【０００２】
【従来の技術】赤外線撮像は、昼夜にかかわらず撮像可
能であるとともに、可視光よりも煙や霧などに対する透
過性が高いという特長があり、さらに被写体の温度情報
をも得ることができることから、防衛分野をはじめ監視
カメラや火災検知カメラとして広い応用範囲を有する。
能であるとともに、可視光よりも煙や霧などに対する透
過性が高いという特長があり、さらに被写体の温度情報
をも得ることができることから、防衛分野をはじめ監視
カメラや火災検知カメラとして広い応用範囲を有する。
【０００３】従来の主流の量子型赤外線固体撮像装置の
最大の欠点は、低温動作のための冷却機構を必要とする
ことであったが、近年、冷却機構を必要としない「非冷
却型赤外線固体撮像素子」の開発が盛んになってきてい
る。非冷却型すなわち熱型の赤外線固体撮像装置におい
ては、波長１０μ程度の入射赤外線を吸収構造により熱
に変換した上で、この微弱な熱により生じる感熱部の温
度変化をなんらかの熱電変換手段により電気的信号に変
換し、この電気的信号を読み出すことで赤外線画像情報
を得ている。
最大の欠点は、低温動作のための冷却機構を必要とする
ことであったが、近年、冷却機構を必要としない「非冷
却型赤外線固体撮像素子」の開発が盛んになってきてい
る。非冷却型すなわち熱型の赤外線固体撮像装置におい
ては、波長１０μ程度の入射赤外線を吸収構造により熱
に変換した上で、この微弱な熱により生じる感熱部の温
度変化をなんらかの熱電変換手段により電気的信号に変
換し、この電気的信号を読み出すことで赤外線画像情報
を得ている。
【０００４】このような非冷却型赤外線センサの感度を
向上するためには、大きく分類して３種類の方法があ
る。
向上するためには、大きく分類して３種類の方法があ
る。
【０００５】ひとつは、被写体の温度変化：ｄＴｓに対
する、赤外線検出部に入射する赤外線パワー：ｄＰの
比、すなわち、ｄＰ／ｄＴｓを向上する方法である。こ
の方法は、主に光学系による感度向上であり、赤外線レ
ンズの大口径化、反射防止膜コート、低吸収レンズ材料
の使用や、赤外線検出部の赤外線吸収率の向上、赤外線
吸収面積の向上などがこれに該当する。近年の非冷却型
赤外線センサの多画素化ととも、単位画素のサイズは４
０μｍ×４０μｍ程度が主流となっており、上述した項
目のうち、赤外線検出部における赤外線吸収面積の向上
が、比較的重要課題として残されていた。
する、赤外線検出部に入射する赤外線パワー：ｄＰの
比、すなわち、ｄＰ／ｄＴｓを向上する方法である。こ
の方法は、主に光学系による感度向上であり、赤外線レ
ンズの大口径化、反射防止膜コート、低吸収レンズ材料
の使用や、赤外線検出部の赤外線吸収率の向上、赤外線
吸収面積の向上などがこれに該当する。近年の非冷却型
赤外線センサの多画素化ととも、単位画素のサイズは４
０μｍ×４０μｍ程度が主流となっており、上述した項
目のうち、赤外線検出部における赤外線吸収面積の向上
が、比較的重要課題として残されていた。
【０００６】しかし、赤外線吸収層を画素上部に積層形
成することで赤外線吸収面積を画素面積の役９０％にま
で向上した事が報告され(Tomohiro Ishikawa, et al.,
Proc. SPIE Vol.3698, p.556, 1999)、これ以上の大幅
な感度向上を、光学的手段で得ることは難しい。
成することで赤外線吸収面積を画素面積の役９０％にま
で向上した事が報告され(Tomohiro Ishikawa, et al.,
Proc. SPIE Vol.3698, p.556, 1999)、これ以上の大幅
な感度向上を、光学的手段で得ることは難しい。
【０００７】ふたつめは、入射赤外線パワー：ｄＰと、
赤外線検出部の温度変化：ｄＴｄとの比、すなわち、ｄ
Ｔｄ／ｄＰを向上する方法であり、上述した方法が光学
的手法であるのに対して、これは熱的な方法であるとい
える。一般的に、真空パッケージに実装される非冷却型
赤外線センサにおいては、いまのところ、赤外線検出部
からの支持基板への熱輸送は、赤外線検出部を支持基板
内部の中空構造上に支持する支持構造の熱伝導によるも
のが支配的である。したがって、低熱伝導率の材料から
なる脚状の支持構造を、設計上可能な範囲で、より細
く、より長くレイアウトすることが行われている（たと
えば、Tomohiro Ishikawa, et al., Proc.SPIE Vol.369
8, p.556, 1999）。
赤外線検出部の温度変化：ｄＴｄとの比、すなわち、ｄ
Ｔｄ／ｄＰを向上する方法であり、上述した方法が光学
的手法であるのに対して、これは熱的な方法であるとい
える。一般的に、真空パッケージに実装される非冷却型
赤外線センサにおいては、いまのところ、赤外線検出部
からの支持基板への熱輸送は、赤外線検出部を支持基板
内部の中空構造上に支持する支持構造の熱伝導によるも
のが支配的である。したがって、低熱伝導率の材料から
なる脚状の支持構造を、設計上可能な範囲で、より細
く、より長くレイアウトすることが行われている（たと
えば、Tomohiro Ishikawa, et al., Proc.SPIE Vol.369
8, p.556, 1999）。
【０００８】しかし、画素サイズが４０μｍ×４０μｍ
程度に微細化されつつある中で、すでにシリコンＬＳＩ
プロセスレベルの微細加工を行っているために支持構造
のレイアウト上の工夫によって、これ以上の大幅な感度
向上を実現することは難しい。同様に、支持構造の材料
特性である熱伝導率をさらに低減することも困難であ
り、特に、赤外線検出部からの電気信号を出力するため
の配線については、その機構が類似している電気伝導と
熱伝導に対して相反する要求があり、材料的に大幅な感
度向上を実現することも難しい。
程度に微細化されつつある中で、すでにシリコンＬＳＩ
プロセスレベルの微細加工を行っているために支持構造
のレイアウト上の工夫によって、これ以上の大幅な感度
向上を実現することは難しい。同様に、支持構造の材料
特性である熱伝導率をさらに低減することも困難であ
り、特に、赤外線検出部からの電気信号を出力するため
の配線については、その機構が類似している電気伝導と
熱伝導に対して相反する要求があり、材料的に大幅な感
度向上を実現することも難しい。
【０００９】みっつめは、赤外線検出部の温度変化：ｄ
Ｔｄと、熱電変換手段により発生する電気信号変化：ｄ
Ｓとの比、すなわちｄＳ／ｄＴｄを向上する手段であ
り、これは電気的な方法である。この方法については、
他のふたつの方法と異なり、単純な高感度化すなわちｄ
Ｓ／ｄＴｄの向上を目的としながらも、同時に発生する
各種の電気的な雑音を低減することが非常に重要であり
これまでに、いろいろな熱電変換の手段が検討されてき
ている。
Ｔｄと、熱電変換手段により発生する電気信号変化：ｄ
Ｓとの比、すなわちｄＳ／ｄＴｄを向上する手段であ
り、これは電気的な方法である。この方法については、
他のふたつの方法と異なり、単純な高感度化すなわちｄ
Ｓ／ｄＴｄの向上を目的としながらも、同時に発生する
各種の電気的な雑音を低減することが非常に重要であり
これまでに、いろいろな熱電変換の手段が検討されてき
ている。
【００１０】その主なものを挙げると以下の如くであ
る。
る。
【００１１】（１）ゼーベック効果により温度差を電位
差に変換するサーモパイル（たとえば、 Toshio Kanno,
et al., Proc. SPIE Vol.2269, pp.450-459, 199
4）、 （２）抵抗体の変化温度により温度変化を抵抗変化に変
換するボロメータ（たとえば、A.Wood, Proc. IEDM, p
p.175-177, 1993）、 （３）焦電効果により温度変化を電荷に変換する焦電素
子（たとえば、Charles Hanson, et al., Proc. SPIE V
ol.2020, pp.330-339, 1993）、 （４）一定の順方向電流により温度変化を電圧変化に変
換するシリコンｐｎ接合（たとえば、Tomohiro Ishikaw
a, et al., Proc. SPIE Vol.3698, p.556,1999） しかしながら、各方式の比較において、その熱電変換特
性や雑音特性、そして製造方法とを総合的に見て、他の
方式より決定的に優れている方式があるとは言えないの
が現状である。例えば、温度分解能的にはボロメータが
優れるが、製造工程上ではシリコンＬＳＩ工程のみ製造
できるシリコンｐｎ接合が優れる、という具合である。
差に変換するサーモパイル（たとえば、 Toshio Kanno,
et al., Proc. SPIE Vol.2269, pp.450-459, 199
4）、 （２）抵抗体の変化温度により温度変化を抵抗変化に変
換するボロメータ（たとえば、A.Wood, Proc. IEDM, p
p.175-177, 1993）、 （３）焦電効果により温度変化を電荷に変換する焦電素
子（たとえば、Charles Hanson, et al., Proc. SPIE V
ol.2020, pp.330-339, 1993）、 （４）一定の順方向電流により温度変化を電圧変化に変
換するシリコンｐｎ接合（たとえば、Tomohiro Ishikaw
a, et al., Proc. SPIE Vol.3698, p.556,1999） しかしながら、各方式の比較において、その熱電変換特
性や雑音特性、そして製造方法とを総合的に見て、他の
方式より決定的に優れている方式があるとは言えないの
が現状である。例えば、温度分解能的にはボロメータが
優れるが、製造工程上ではシリコンＬＳＩ工程のみ製造
できるシリコンｐｎ接合が優れる、という具合である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、非冷
却型赤外線センサを高感度化するための方法の一つとし
て、入射赤外線パワー：ｄＰと、赤外線検出部の温度変
化：ｄＴｄとの比、すなわち、ｄＴｄ／ｄＰを向上する
という、熱的な方法がある。
却型赤外線センサを高感度化するための方法の一つとし
て、入射赤外線パワー：ｄＰと、赤外線検出部の温度変
化：ｄＴｄとの比、すなわち、ｄＴｄ／ｄＰを向上する
という、熱的な方法がある。
【００１３】一般的に、赤外線検出部からの支持基板へ
の熱輸送は、赤外線検出部を支持基板内部の中空構造上
に支持する支持構造の熱伝導によるものが支配的であ
り、低熱伝導率の材料からなる脚状の支持構造を、設計
上可能な範囲で、より細く、より長くレイアウトするこ
とが行われているが、画素サイズが４０μｍ×４０μｍ
程度に微細化されつつある中で、すでにシリコンＬＳＩ
プロセスレベルの微細加工を行っているために支持構造
のレイアウト上の工夫によって、これ以上の大幅な感度
向上を実現することは難しい。
の熱輸送は、赤外線検出部を支持基板内部の中空構造上
に支持する支持構造の熱伝導によるものが支配的であ
り、低熱伝導率の材料からなる脚状の支持構造を、設計
上可能な範囲で、より細く、より長くレイアウトするこ
とが行われているが、画素サイズが４０μｍ×４０μｍ
程度に微細化されつつある中で、すでにシリコンＬＳＩ
プロセスレベルの微細加工を行っているために支持構造
のレイアウト上の工夫によって、これ以上の大幅な感度
向上を実現することは難しい。
【００１４】本発明は、かかる課題の認識にもとづいて
なされたものであり、その目的は、赤外線検出部を支持
する支持構造の断面積を従来よりも大幅に縮小し熱の
「逃げ」を抑制することによって検出感度を顕著に改善
した赤外線センサ及びその製造方法を提供することにあ
る。
なされたものであり、その目的は、赤外線検出部を支持
する支持構造の断面積を従来よりも大幅に縮小し熱の
「逃げ」を抑制することによって検出感度を顕著に改善
した赤外線センサ及びその製造方法を提供することにあ
る。
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】上記目的を達成するため、本発明の第１の
赤外線センサの製造方法は、単結晶シリコン支持基板上
に、入射赤外線を吸収し熱に変換する吸収部と前記吸収
部において発生した熱による温度変化を電気信号に変換
する熱電変換部とを有する複数の赤外線検出部が設けら
れ、前記複数の赤外線検出部のそれぞれが、前記赤外線
検出部の側面まで延伸する少なくとも一つ以上の支持体
によって前記単結晶シリコン支持基板から離間して支持
されてなる赤外線センサの製造方法であって、前記単結
晶シリコン支持基板と埋め込み絶縁層と単結晶シリコン
層とをこの順に積層してなるＳＯＩ基板の前記単結晶シ
リコン層の一部をエッチング除去して前記埋め込み絶縁
層に達する第１の凹部を形成する工程と、前記第１の凹
部に素子分離絶縁層を埋め込む工程と、前記素子分離絶
縁層の一部をエッチング除去しさらにその下の前記埋め
込み絶縁層をエッチング除去して前記単結晶シリコン支
持基板に達する第２の凹部を形成する工程と、前記第２
の凹部に犠牲シリコン層を埋め込む工程と、前記単結晶
シリコン層にｐｎ接合を設けることにより前記熱電変換
部を形成する工程と、前記熱電変換部から電気信号を出
力するための配線層と第１の絶縁層とを含んだ積層体を
形成する工程と、前記積層体上に第２の絶縁層を形成す
る工程と、前記犠牲シリコン層の上に形成された前記積
層体及び前記第２の絶縁層を部分的にエッチング除去す
ることにより前記支持体を形成する工程と、前記犠牲シ
リコン層をエッチング除去する工程と、前記犠牲シリコ
ン層をエッチング除去することにより露出した前記単結
晶シリコン支持基板をエッチングして前記赤外線検出部
を前記単結晶シリコン支持基板から離間させる工程と、
を備えたものである。
赤外線センサの製造方法は、単結晶シリコン支持基板上
に、入射赤外線を吸収し熱に変換する吸収部と前記吸収
部において発生した熱による温度変化を電気信号に変換
する熱電変換部とを有する複数の赤外線検出部が設けら
れ、前記複数の赤外線検出部のそれぞれが、前記赤外線
検出部の側面まで延伸する少なくとも一つ以上の支持体
によって前記単結晶シリコン支持基板から離間して支持
されてなる赤外線センサの製造方法であって、前記単結
晶シリコン支持基板と埋め込み絶縁層と単結晶シリコン
層とをこの順に積層してなるＳＯＩ基板の前記単結晶シ
リコン層の一部をエッチング除去して前記埋め込み絶縁
層に達する第１の凹部を形成する工程と、前記第１の凹
部に素子分離絶縁層を埋め込む工程と、前記素子分離絶
縁層の一部をエッチング除去しさらにその下の前記埋め
込み絶縁層をエッチング除去して前記単結晶シリコン支
持基板に達する第２の凹部を形成する工程と、前記第２
の凹部に犠牲シリコン層を埋め込む工程と、前記単結晶
シリコン層にｐｎ接合を設けることにより前記熱電変換
部を形成する工程と、前記熱電変換部から電気信号を出
力するための配線層と第１の絶縁層とを含んだ積層体を
形成する工程と、前記積層体上に第２の絶縁層を形成す
る工程と、前記犠牲シリコン層の上に形成された前記積
層体及び前記第２の絶縁層を部分的にエッチング除去す
ることにより前記支持体を形成する工程と、前記犠牲シ
リコン層をエッチング除去する工程と、前記犠牲シリコ
ン層をエッチング除去することにより露出した前記単結
晶シリコン支持基板をエッチングして前記赤外線検出部
を前記単結晶シリコン支持基板から離間させる工程と、
を備えたものである。
【００２３】また、本発明の第２の赤外線センサの製造
方法は、単結晶シリコン支持基板上に、入射赤外線を吸
収し熱に変換する吸収部と前記吸収部において発生した
熱による温度変化を電気信号に変換する熱電変換部とを
有する複数の赤外線検出部が設けられ、前記複数の赤外
線検出部のそれぞれが、前記赤外線検出部の側面まで延
伸する少なくとも一つ以上の支持体によって前記単結晶
シリコン支持基板から離間して支持されてなる赤外線セ
ンサの製造方法であって、前記単結晶シリコン支持基板
と埋め込み絶縁層と単結晶シリコン層とをこの順に積層
してなるＳＯＩ基板の前記単結晶シリコン層の一部をエ
ッチング除去して前記埋め込み絶縁層に達する第１の凹
部を形成する工程と、前記第１の凹部に素子分離絶縁層
を埋め込む工程と、前記単結晶シリコン層にｐｎ接合を
設けることにより前記熱電変換部を形成する工程と、第
１の絶縁層を堆積する工程と、前記第１の凹部を形成し
た領域の一部において、前記第１の絶縁層とその下の前
記素子分離絶縁層とその下の前記埋め込み絶縁層をそれ
ぞれエッチング除去して前記単結晶シリコン支持基板に
達する第２の凹部を形成する工程と、前記第２の凹部に
犠牲シリコン層を埋め込む工程と、第２の絶縁層を堆積
する工程と、前記熱電変換部から電気信号を出力するた
めのコンタクト部を前記第１及び第２の絶縁層に形成し
さらに配線を形成する工程と、第３の絶縁層を堆積する
工程と、前記犠牲シリコン層の上に形成された前記第２
の絶縁層及び前記第３の絶縁層を部分的にエッチング除
去することにより前記支持体を形成する工程と、前記犠
牲シリコン層をエッチング除去する工程と、前記犠牲シ
リコン層をエッチング除去することにより露出した前記
単結晶シリコン支持基板をエッチングして前記赤外線検
出部を前記単結晶シリコン支持基板から離間させる工程
と、を備えたことを特徴とする。
方法は、単結晶シリコン支持基板上に、入射赤外線を吸
収し熱に変換する吸収部と前記吸収部において発生した
熱による温度変化を電気信号に変換する熱電変換部とを
有する複数の赤外線検出部が設けられ、前記複数の赤外
線検出部のそれぞれが、前記赤外線検出部の側面まで延
伸する少なくとも一つ以上の支持体によって前記単結晶
シリコン支持基板から離間して支持されてなる赤外線セ
ンサの製造方法であって、前記単結晶シリコン支持基板
と埋め込み絶縁層と単結晶シリコン層とをこの順に積層
してなるＳＯＩ基板の前記単結晶シリコン層の一部をエ
ッチング除去して前記埋め込み絶縁層に達する第１の凹
部を形成する工程と、前記第１の凹部に素子分離絶縁層
を埋め込む工程と、前記単結晶シリコン層にｐｎ接合を
設けることにより前記熱電変換部を形成する工程と、第
１の絶縁層を堆積する工程と、前記第１の凹部を形成し
た領域の一部において、前記第１の絶縁層とその下の前
記素子分離絶縁層とその下の前記埋め込み絶縁層をそれ
ぞれエッチング除去して前記単結晶シリコン支持基板に
達する第２の凹部を形成する工程と、前記第２の凹部に
犠牲シリコン層を埋め込む工程と、第２の絶縁層を堆積
する工程と、前記熱電変換部から電気信号を出力するた
めのコンタクト部を前記第１及び第２の絶縁層に形成し
さらに配線を形成する工程と、第３の絶縁層を堆積する
工程と、前記犠牲シリコン層の上に形成された前記第２
の絶縁層及び前記第３の絶縁層を部分的にエッチング除
去することにより前記支持体を形成する工程と、前記犠
牲シリコン層をエッチング除去する工程と、前記犠牲シ
リコン層をエッチング除去することにより露出した前記
単結晶シリコン支持基板をエッチングして前記赤外線検
出部を前記単結晶シリコン支持基板から離間させる工程
と、を備えたことを特徴とする。
【００２４】上述したいずれの製造方法においても、前
記支持体を形成する工程あるいはその後に、前記支持体
の上面に露出する前記絶縁層をエッチングすることによ
り、前記支持体における当該絶縁層の層厚を前記赤外線
検出部の上面に露出する前記絶縁層よりも薄くしても良
い。
記支持体を形成する工程あるいはその後に、前記支持体
の上面に露出する前記絶縁層をエッチングすることによ
り、前記支持体における当該絶縁層の層厚を前記赤外線
検出部の上面に露出する前記絶縁層よりも薄くしても良
い。
【００２５】本発明によれば、以上説明した構成によっ
て、赤外線検出部と支持基板との間の支持体を大幅に薄
く形成することが可能となり、微細加工水準等により制
限される平面上でのレイアウトが同一であっても支持体
の断面積を大幅に低減することが可能である。したがっ
て赤外線検出部と支持体との間の熱輸送を支配する、支
持体の熱伝導を大幅に低減することが可能となり、その
結果として、高感度の非冷却型赤外線センサを得ること
ができる。
て、赤外線検出部と支持基板との間の支持体を大幅に薄
く形成することが可能となり、微細加工水準等により制
限される平面上でのレイアウトが同一であっても支持体
の断面積を大幅に低減することが可能である。したがっ
て赤外線検出部と支持体との間の熱輸送を支配する、支
持体の熱伝導を大幅に低減することが可能となり、その
結果として、高感度の非冷却型赤外線センサを得ること
ができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て具体例を参照しつつ詳細に説明する。
て具体例を参照しつつ詳細に説明する。
【００２７】（第１の実施の形態）図１は、本発明の第
１の実施の形態に係わる赤外線センサの全体構成図であ
る。入射赤外線を電気信号に変換する赤外線検出画素１
が半導体基板上に２次元的に配置され、画素選択のため
の垂直アドレス回路および水平アドレス回路が赤外線検
出画素アレイ２に隣接配置され、選択された画素からの
信号を順次出力するための出力部を有している。
１の実施の形態に係わる赤外線センサの全体構成図であ
る。入射赤外線を電気信号に変換する赤外線検出画素１
が半導体基板上に２次元的に配置され、画素選択のため
の垂直アドレス回路および水平アドレス回路が赤外線検
出画素アレイ２に隣接配置され、選択された画素からの
信号を順次出力するための出力部を有している。
【００２８】図１における赤外線検出画素１は順バイア
スされたｐｎ接合であり、画素のｐｎ接合を順バイアス
するための定電流源も赤外線検出画素アレイ２に隣接し
て配置されている。ここで、図１では赤外線検出画素ア
レイ２として２行×２列の４画素のアレイを示した。
スされたｐｎ接合であり、画素のｐｎ接合を順バイアス
するための定電流源も赤外線検出画素アレイ２に隣接し
て配置されている。ここで、図１では赤外線検出画素ア
レイ２として２行×２列の４画素のアレイを示した。
【００２９】垂直アドレス回路により選択された赤外線
検出画素行には、定電流源から供給される順バイアス電
流が、垂直信号線３、選択画素、水平アドレス線４の電
流パスを流れ、垂直信号線３に発生した信号電圧は、水
平アドレス回路により順次選択され出力される。
検出画素行には、定電流源から供給される順バイアス電
流が、垂直信号線３、選択画素、水平アドレス線４の電
流パスを流れ、垂直信号線３に発生した信号電圧は、水
平アドレス回路により順次選択され出力される。
【００３０】図１においては、最も単純な例として、垂
直信号線３に発生した信号電圧を、水平アドレス回路に
より順次選択される列選択トランジスタ５を介して、直
接出力する構造を示しているが、この信号電圧は微弱で
あるので、必要に応じて信号電圧を列単位で増幅する構
造を設けてもよい。
直信号線３に発生した信号電圧を、水平アドレス回路に
より順次選択される列選択トランジスタ５を介して、直
接出力する構造を示しているが、この信号電圧は微弱で
あるので、必要に応じて信号電圧を列単位で増幅する構
造を設けてもよい。
【００３１】図２は、図１の赤外線検出画素１の等価回
路図である。高感度化のためにｐｎ接合はｎ個直列接続
されており、ｐｎ接合に直列に付加抵抗：Ｒａが存在し
ている。
路図である。高感度化のためにｐｎ接合はｎ個直列接続
されており、ｐｎ接合に直列に付加抵抗：Ｒａが存在し
ている。
【００３２】付加抵抗：Ｒａは、ｐｎ接合と水平アドレ
ス線４およびｐｎ接合と垂直信号線５との間の画素内部
配線抵抗：Ｒｌ、この配線とｐｎ接合とのコンタクト抵
抗：Ｒｃ、およびｐｎ接合のｐ領域およびｎ領域の抵
抗：Ｒｓとからなっている。
ス線４およびｐｎ接合と垂直信号線５との間の画素内部
配線抵抗：Ｒｌ、この配線とｐｎ接合とのコンタクト抵
抗：Ｒｃ、およびｐｎ接合のｐ領域およびｎ領域の抵
抗：Ｒｓとからなっている。
【００３３】図３（ａ）は図２に表した赤外線検出画素
の平面構成図であり、図３（ｂ）はそのＡ−Ａ’線断面
図である。赤外線検出画素は、単結晶シリコン支持基板
６内部に形成された中空構造７の上に、赤外線吸収層１
８と、熱電変換のために形成されたＳＯＩ層８内部のｐ
ｎ接合と、このＳＯＩ層８を支持している埋め込みシリ
コン酸化膜層９とから成るセンサ部１０と、このセンサ
部１０を中空構造７上に支持するとともにセンサ部１０
からの電気信号を出力するための支持部１１と、このセ
ンサ部１０と垂直信号線４および水平アドレス線５とを
接続する接続部（不図示）からなっている。
の平面構成図であり、図３（ｂ）はそのＡ−Ａ’線断面
図である。赤外線検出画素は、単結晶シリコン支持基板
６内部に形成された中空構造７の上に、赤外線吸収層１
８と、熱電変換のために形成されたＳＯＩ層８内部のｐ
ｎ接合と、このＳＯＩ層８を支持している埋め込みシリ
コン酸化膜層９とから成るセンサ部１０と、このセンサ
部１０を中空構造７上に支持するとともにセンサ部１０
からの電気信号を出力するための支持部１１と、このセ
ンサ部１０と垂直信号線４および水平アドレス線５とを
接続する接続部（不図示）からなっている。
【００３４】センサ部１０および支持部１１が中空構造
７上に設けられることにより、入射赤外線によるセンサ
部１０の温度の変調を効率良く行う構造になっている。
図３では、ｎ＝２の場合の構造を示している。
７上に設けられることにより、入射赤外線によるセンサ
部１０の温度の変調を効率良く行う構造になっている。
図３では、ｎ＝２の場合の構造を示している。
【００３５】そして、本発明においては、支持部１１の
厚さＴ１がセンサ部１０の厚さＴ２よりも薄くなるよう
に形成されている。特に、本具体例の場合には、支持部
１１の下面１１Ｂを、基板６からみて、センサ部１０の
下面１０Ｂよりも高い位置に形成することにより、厚さ
Ｔ１をＴ２よりも小さくしている。このように、支持部
の厚さＴ１を薄くすることにより、熱の「逃げ」を抑制
し、赤外線に対する感度を大幅に向上することができ
る。
厚さＴ１がセンサ部１０の厚さＴ２よりも薄くなるよう
に形成されている。特に、本具体例の場合には、支持部
１１の下面１１Ｂを、基板６からみて、センサ部１０の
下面１０Ｂよりも高い位置に形成することにより、厚さ
Ｔ１をＴ２よりも小さくしている。このように、支持部
の厚さＴ１を薄くすることにより、熱の「逃げ」を抑制
し、赤外線に対する感度を大幅に向上することができ
る。
【００３６】次に、図３に示す赤外線検出画素の製造工
程について説明する。
程について説明する。
【００３７】図４及び図５は、赤外線検出画素の製造工
程を表す要部工程断面図である。
程を表す要部工程断面図である。
【００３８】まず、半導体基板として単結晶シリコン支
持基板６上に埋め込みシリコン酸化膜層９、単結晶シリ
コン層８が順次積層された、いわゆるＳＯＩ基板を準備
する（図４（ａ））。
持基板６上に埋め込みシリコン酸化膜層９、単結晶シリ
コン層８が順次積層された、いわゆるＳＯＩ基板を準備
する（図４（ａ））。
【００３９】次に、素子分離としてＳＴＩ（Shallow-Tr
ench-Isolation）と同様の工程を行う。すなわち、フォ
トリソグラフィー等の技術をもちいて素子分離領域を定
義し、素子分離領域の単結晶シリコン層８を、たとえば
ＲＩＥ（Reactive-Ion-Etching）等の技術によりエッチ
ング除去した後に、素子分離シリコン酸化膜１４をＣＶ
Ｄ（Chemical-Vapor-Deposition）等の技術により埋め
込み、ＣＭＰ（Chemical-Mechanical-Polishing）等の
技術で平坦化する（図４（ｂ））。このとき、支持部１
１の領域も素子分離領域として定義され、素子分離シリ
コン酸化膜１４が埋め込まれることは言うまでも無い。
ench-Isolation）と同様の工程を行う。すなわち、フォ
トリソグラフィー等の技術をもちいて素子分離領域を定
義し、素子分離領域の単結晶シリコン層８を、たとえば
ＲＩＥ（Reactive-Ion-Etching）等の技術によりエッチ
ング除去した後に、素子分離シリコン酸化膜１４をＣＶ
Ｄ（Chemical-Vapor-Deposition）等の技術により埋め
込み、ＣＭＰ（Chemical-Mechanical-Polishing）等の
技術で平坦化する（図４（ｂ））。このとき、支持部１
１の領域も素子分離領域として定義され、素子分離シリ
コン酸化膜１４が埋め込まれることは言うまでも無い。
【００４０】次に、素子分離領域のうち、支持部１１を
形成するための支持構造用素子分離領域の、素子分離シ
リコン酸化膜１４と埋め込みシリコン酸化膜層９とを、
たとえばＲＩＥ（Reactive-Ion-Etching）等の技術によ
りエッチング除去した後に、犠牲シリコン膜２１をＣＶ
Ｄ（Chemical-Vapor-Deposition）等の技術により埋め
込み、ＣＭＰ（Chemical-Mechanical-Polishing）等の
技術で平坦化する（図４（ｂ））。
形成するための支持構造用素子分離領域の、素子分離シ
リコン酸化膜１４と埋め込みシリコン酸化膜層９とを、
たとえばＲＩＥ（Reactive-Ion-Etching）等の技術によ
りエッチング除去した後に、犠牲シリコン膜２１をＣＶ
Ｄ（Chemical-Vapor-Deposition）等の技術により埋め
込み、ＣＭＰ（Chemical-Mechanical-Polishing）等の
技術で平坦化する（図４（ｂ））。
【００４１】この犠牲シリコン膜２１は、後に行う工程
である支持基板６のエッチングにおいてエッチングされ
るための、いわゆる犠牲層であるので、単結晶、多結
晶、非晶質のいずれの構造であっても構わない。
である支持基板６のエッチングにおいてエッチングされ
るための、いわゆる犠牲層であるので、単結晶、多結
晶、非晶質のいずれの構造であっても構わない。
【００４２】この犠牲シリコン膜２１を支持構造用素子
分離領域内に埋め込んだ後の、ＣＭＰ等による平坦化工
程おいて、単結晶シリコン層８が露出する、いわゆる活
性領域での単結晶シリコン層８の表面を保護するため
に、支持構造用素子分離領域のシリコン酸化膜エッチン
グ工程に先立ち、単結晶シリコン層８表面をシリコン酸
化膜等で保護する工程を実施することがより好ましい。
分離領域内に埋め込んだ後の、ＣＭＰ等による平坦化工
程おいて、単結晶シリコン層８が露出する、いわゆる活
性領域での単結晶シリコン層８の表面を保護するため
に、支持構造用素子分離領域のシリコン酸化膜エッチン
グ工程に先立ち、単結晶シリコン層８表面をシリコン酸
化膜等で保護する工程を実施することがより好ましい。
【００４３】次に、アドレス回路、出力部、定電流源等
の周辺回路のソース・ドレイン領域と同様にセンサ部の
ｐｎ接合のためのｎ型不純物領域１５をフォトリソグラ
フィー技術とイオン注入等のドーピング技術とにより形
成し、周辺回路およびｐｎ接合の配線のためのコンタク
トホール１６形成、および金属配線１７形成の、いわゆ
るメタライゼーション工程を行う。
の周辺回路のソース・ドレイン領域と同様にセンサ部の
ｐｎ接合のためのｎ型不純物領域１５をフォトリソグラ
フィー技術とイオン注入等のドーピング技術とにより形
成し、周辺回路およびｐｎ接合の配線のためのコンタク
トホール１６形成、および金属配線１７形成の、いわゆ
るメタライゼーション工程を行う。
【００４４】次に、センサ部には赤外線吸収層を形成す
るが、本実施形態のように、メタライゼーション工程に
おいて形成する層間絶縁膜およびパッシベーション膜１
８を流用することも可能である。（図４（ｄ））。
るが、本実施形態のように、メタライゼーション工程に
おいて形成する層間絶縁膜およびパッシベーション膜１
８を流用することも可能である。（図４（ｄ））。
【００４５】次に、支持部１１を形成するとともに、中
空構造７を形成するためのエッチングホール１９を形成
するために、パッシベーション膜１８および層間絶縁膜
をＲＩＥ（Reactive-Ion-Etching）等のエッチングを行
う（図５（ａ））。
空構造７を形成するためのエッチングホール１９を形成
するために、パッシベーション膜１８および層間絶縁膜
をＲＩＥ（Reactive-Ion-Etching）等のエッチングを行
う（図５（ａ））。
【００４６】次に、このエッチングホール１９を介し
て、犠牲シリコン膜２１を、たとえばＴＭＡＨ（Tetra-
Methyl-Ammonium-Hydroxide）等の薬液によりエッチン
グし除去する（図５（ｂ））。
て、犠牲シリコン膜２１を、たとえばＴＭＡＨ（Tetra-
Methyl-Ammonium-Hydroxide）等の薬液によりエッチン
グし除去する（図５（ｂ））。
【００４７】最後に、単結晶シリコンの異方性エッチャ
ントとして、たとえばＴＭＡＨ（Tetra-Methyl-Ammoniu
m-Hydroxide）等の薬液を用いた単結晶シリコンの異方
性エッチングを行うことで、単結晶シリコン支持基板６
内部に中空構造７を形成し、図３の赤外線検出画素の構
造を得ることができる（図５（ｃ））。
ントとして、たとえばＴＭＡＨ（Tetra-Methyl-Ammoniu
m-Hydroxide）等の薬液を用いた単結晶シリコンの異方
性エッチングを行うことで、単結晶シリコン支持基板６
内部に中空構造７を形成し、図３の赤外線検出画素の構
造を得ることができる（図５（ｃ））。
【００４８】図５の説明においては、犠牲シリコン膜２
１のエッチング除去工程と、それに続く支持単結晶シリ
コン基板６の異方性エッチング工程として、独立に説明
したが、これらのエッチングに用いる薬液は、基本的に
同一の薬液であるので、実際の工程においては、図５
（ａ）の形状となった後に、たとえばＴＭＡＨ等の薬液
によるエッチングを行うことで、図５（ｂ）の形状を意
識することなく、最終形状である図５（ｃ）の構造を得
ることができる。
１のエッチング除去工程と、それに続く支持単結晶シリ
コン基板６の異方性エッチング工程として、独立に説明
したが、これらのエッチングに用いる薬液は、基本的に
同一の薬液であるので、実際の工程においては、図５
（ａ）の形状となった後に、たとえばＴＭＡＨ等の薬液
によるエッチングを行うことで、図５（ｂ）の形状を意
識することなく、最終形状である図５（ｃ）の構造を得
ることができる。
【００４９】もちろん、周辺回路で用いるトランジスタ
形成のためのゲート電極形成工程が必要なことは言うま
でも無いが、赤外線検出画素の製造工程とは直接の関係
が無い工程であるので、上記の説明の中では省略してい
る。
形成のためのゲート電極形成工程が必要なことは言うま
でも無いが、赤外線検出画素の製造工程とは直接の関係
が無い工程であるので、上記の説明の中では省略してい
る。
【００５０】図３に表したように、本実施形態のセンサ
構造においては、素子分離工程の直後において、支持部
用素子分離領域に犠牲シリコン膜２１を埋め込み形成
し、その後、この犠牲シリコン層をエッチング除去する
ことで、支持部の底部が単結晶シリコン層８の表面と同
程度の高さに形成されている。そのために支持部１１は
大幅に薄く形成されており、したがって、支持部１１の
断面積は大幅に低減され、センサ部１０と支持基板６と
の間の熱コンダクタンスは大幅に低減される。本実施形
態との比較のために、従来例の断面構造として、図１８
に表した断面構造図との比較からも、その断面積の低減
は明らかである。
構造においては、素子分離工程の直後において、支持部
用素子分離領域に犠牲シリコン膜２１を埋め込み形成
し、その後、この犠牲シリコン層をエッチング除去する
ことで、支持部の底部が単結晶シリコン層８の表面と同
程度の高さに形成されている。そのために支持部１１は
大幅に薄く形成されており、したがって、支持部１１の
断面積は大幅に低減され、センサ部１０と支持基板６と
の間の熱コンダクタンスは大幅に低減される。本実施形
態との比較のために、従来例の断面構造として、図１８
に表した断面構造図との比較からも、その断面積の低減
は明らかである。
【００５１】すなわち、図１８（ａ）は従来の赤外線検
出画素の平面構成図であり、図１８（ｂ）はそのＡ−
Ａ’線断面図である。同図については、図３と同様の要
素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
出画素の平面構成図であり、図１８（ｂ）はそのＡ−
Ａ’線断面図である。同図については、図３と同様の要
素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５２】図３に表した本実施形態の支持部１１と、
図１８に表した従来の支持部１１とを比較すると、本実
施形態においては、支持部１１の断面積が大幅に小さく
なっていることが分かる。その結果として、センサ部１
０からの熱の「逃げ」が大幅に低減し、入射赤外線パワ
ーに対するセンサ部の温度変化の比、いわゆる熱感度は
大幅に向上するので、高い赤外線感度を有する赤外線セ
ンサを得ることができる。
図１８に表した従来の支持部１１とを比較すると、本実
施形態においては、支持部１１の断面積が大幅に小さく
なっていることが分かる。その結果として、センサ部１
０からの熱の「逃げ」が大幅に低減し、入射赤外線パワ
ーに対するセンサ部の温度変化の比、いわゆる熱感度は
大幅に向上するので、高い赤外線感度を有する赤外線セ
ンサを得ることができる。
【００５３】ここで、図５（ａ）の形状を形成した後
に、支持部１１を除く領域をフォトレジスト等により保
護した状態で、支持部１１の表面側のパッシベーション
膜１８を適当量エッチングし、その後に犠牲シリコン膜
２１および支持単結晶シリコン基板６のエッチング処理
することにより、図６に表した構造を得ることも可能で
ある。
に、支持部１１を除く領域をフォトレジスト等により保
護した状態で、支持部１１の表面側のパッシベーション
膜１８を適当量エッチングし、その後に犠牲シリコン膜
２１および支持単結晶シリコン基板６のエッチング処理
することにより、図６に表した構造を得ることも可能で
ある。
【００５４】すなわち、図６に表した構造では、支持部
１１の底面１１Ｂが単結晶シリコン層８の上面と同程度
の高さに形成されているだけでなく、支持部１１の上面
１１Ｔが、センサ部１０の上面１０Ｔより低い位置に形
成されている。この図６の構造によれば、図３の構造と
比較して、支持部１１の断面積はより低減されており、
したがって、熱の「逃げ」をさらに抑制して、赤外線セ
ンサをより高感度化できる。
１１の底面１１Ｂが単結晶シリコン層８の上面と同程度
の高さに形成されているだけでなく、支持部１１の上面
１１Ｔが、センサ部１０の上面１０Ｔより低い位置に形
成されている。この図６の構造によれば、図３の構造と
比較して、支持部１１の断面積はより低減されており、
したがって、熱の「逃げ」をさらに抑制して、赤外線セ
ンサをより高感度化できる。
【００５５】このように、支持部の上面１１Ｔをエッチ
ングしてセンサ部の上面１０Ｔよりも低く形成すること
は、実際上は、利点が大きい。それは、センサの感度を
向上させるためには、センサ部１０のシリコン酸化膜１
８を厚く形成する必要があるからである。
ングしてセンサ部の上面１０Ｔよりも低く形成すること
は、実際上は、利点が大きい。それは、センサの感度を
向上させるためには、センサ部１０のシリコン酸化膜１
８を厚く形成する必要があるからである。
【００５６】図７は、このようにシリコン酸化膜１８を
厚く形成した例を表す概念図である。
厚く形成した例を表す概念図である。
【００５７】すなわち、赤外線に対する感度を上げるた
めには、センサ部１０のシリコン酸化膜１８が赤外線を
十分に吸収するように厚く形成する必要がある。実際に
は、シリコン酸化膜１８の膜厚を５００ｎｍあるいはそ
れ以上に厚く形成する場合もある。さらに、この上に光
吸収膜として窒化シリコン膜３０を３００ｎｍ程度の厚
みに堆積する場合もある。このような場合に、支持部１
１の上面をエッチングして、その上面１１Ｔをセンサ部
の上面１０Ｔよりも低く形成すれば、支持部１１の断面
積を大幅に縮小して感度をさらに改善することが可能と
なる。
めには、センサ部１０のシリコン酸化膜１８が赤外線を
十分に吸収するように厚く形成する必要がある。実際に
は、シリコン酸化膜１８の膜厚を５００ｎｍあるいはそ
れ以上に厚く形成する場合もある。さらに、この上に光
吸収膜として窒化シリコン膜３０を３００ｎｍ程度の厚
みに堆積する場合もある。このような場合に、支持部１
１の上面をエッチングして、その上面１１Ｔをセンサ部
の上面１０Ｔよりも低く形成すれば、支持部１１の断面
積を大幅に縮小して感度をさらに改善することが可能と
なる。
【００５８】また、図８は、本実施形態にかかる赤外線
センサのもうひとつの具体例を表す概念図である。すな
わち、この具体例においては、単結晶シリコン層８と配
線７とがより離れて設けられ、深いコンタクトホール１
６により接続されている。この構成は、センサ部１０の
周辺に設けられる周辺回路の構成上、必要になる場合が
あり、この点については、後に詳述する。
センサのもうひとつの具体例を表す概念図である。すな
わち、この具体例においては、単結晶シリコン層８と配
線７とがより離れて設けられ、深いコンタクトホール１
６により接続されている。この構成は、センサ部１０の
周辺に設けられる周辺回路の構成上、必要になる場合が
あり、この点については、後に詳述する。
【００５９】一方、図４及び図５に表した工程によれ
ば、完成した図３の構造の赤外線センサが高感度化する
という効果の他にも、製造工程をより容易な工程とする
という効果もある。この点を説明するために、まず、比
較のために、図１８に表した従来構造の赤外線センサの
製造工程を説明する。
ば、完成した図３の構造の赤外線センサが高感度化する
という効果の他にも、製造工程をより容易な工程とする
という効果もある。この点を説明するために、まず、比
較のために、図１８に表した従来構造の赤外線センサの
製造工程を説明する。
【００６０】図１９及び図２０は、図１８に表した従来
の赤外線センサの製造工程の要部を表す工程断面図であ
る。これらの図面に関しては、支持構造用素子分離領域
に犠牲シリコン膜２１を埋め込まないという点と、この
犠牲シリコン膜２１をエッチング除去する工程が無いと
いう点を除けば、図４及び図５と同様であるので、その
詳細は省略する。
の赤外線センサの製造工程の要部を表す工程断面図であ
る。これらの図面に関しては、支持構造用素子分離領域
に犠牲シリコン膜２１を埋め込まないという点と、この
犠牲シリコン膜２１をエッチング除去する工程が無いと
いう点を除けば、図４及び図５と同様であるので、その
詳細は省略する。
【００６１】これらの製造工程を参照しつつ、図３に表
した本発明と図１８に表した従来の構造における支持部
１１の断面積から、熱伝導率をそれぞれ算出すると以下
の如くである。
した本発明と図１８に表した従来の構造における支持部
１１の断面積から、熱伝導率をそれぞれ算出すると以下
の如くである。
【００６２】まず、支持部１１における絶縁材料として
シリコン酸化膜、配線１７の材料としてチタンを各々用
いた場合を想定する。また、チタン配線の幅を０．６
［μｍ］、厚さを０．０５［μｍ］とする。また、支持
部１１を構成する絶縁材料の幅は、チタン配線の保護の
ため１．０［μｍ］とする。
シリコン酸化膜、配線１７の材料としてチタンを各々用
いた場合を想定する。また、チタン配線の幅を０．６
［μｍ］、厚さを０．０５［μｍ］とする。また、支持
部１１を構成する絶縁材料の幅は、チタン配線の保護の
ため１．０［μｍ］とする。
【００６３】図１８の従来構造として、絶縁層の厚さ
が、埋め込みシリコン酸化膜層：０．２μｍ、ＳＯＩ
層：０．２μｍ、配線下のシリコン酸化膜厚：１μｍ＋
０．１μｍ、配線上のシリコン酸化膜厚：０．５μｍと
すると、合計膜厚は２μｍである。
が、埋め込みシリコン酸化膜層：０．２μｍ、ＳＯＩ
層：０．２μｍ、配線下のシリコン酸化膜厚：１μｍ＋
０．１μｍ、配線上のシリコン酸化膜厚：０．５μｍと
すると、合計膜厚は２μｍである。
【００６４】図３の本発明の場合は、上記の従来の絶縁
膜のうちで、埋め込み酸化膜（０．２μｍ）、ＳＯＩ層
（０．２μｍ）および配線下のシリコン酸化膜厚（１μ
ｍ）が不要となる。従って、絶縁膜の合計膜厚は０．６
μｍとなる。
膜のうちで、埋め込み酸化膜（０．２μｍ）、ＳＯＩ層
（０．２μｍ）および配線下のシリコン酸化膜厚（１μ
ｍ）が不要となる。従って、絶縁膜の合計膜厚は０．６
μｍとなる。
【００６５】ここで、Ｔｉ配線の単位長さあたりの熱伝
導率は、本発明も従来例も同一であり、次式により得ら
れる。
導率は、本発明も従来例も同一であり、次式により得ら
れる。
【００６６】２．２×１０−５［Ｗ／μｍ／Ｋ］×０．
６［μｍ］×０．０５［μｍ］＝６．６×１０−７［μ
ｍ・Ｗ／Ｋ］ また、シリコン酸化膜の単位長さあたりの熱伝導率は、
以下の如くである。
６［μｍ］×０．０５［μｍ］＝６．６×１０−７［μ
ｍ・Ｗ／Ｋ］ また、シリコン酸化膜の単位長さあたりの熱伝導率は、
以下の如くである。
【００６７】従来例では：
１．４×１０−６［Ｗ／μｍ／Ｋ］×１．０［μｍ］×
２．０［μｍ］＝２．８×１０−６［μｍ・Ｗ／Ｋ］ 本発明では： １．４×１０−６［Ｗ／μｍ／Ｋ］×１．０［μｍ］×
０．６［μｍ］＝８．４×１０−７［μｍ・Ｗ／Ｋ］ Ｔｉとシリコン酸化膜の熱伝導を合計すると、従来例で
は３．５×１０−６［Ｗ／μｍ／Ｋ］であり、本発明で
は１．５×１０−６［Ｗ／μｍ／Ｋ］となる。
２．０［μｍ］＝２．８×１０−６［μｍ・Ｗ／Ｋ］ 本発明では： １．４×１０−６［Ｗ／μｍ／Ｋ］×１．０［μｍ］×
０．６［μｍ］＝８．４×１０−７［μｍ・Ｗ／Ｋ］ Ｔｉとシリコン酸化膜の熱伝導を合計すると、従来例で
は３．５×１０−６［Ｗ／μｍ／Ｋ］であり、本発明で
は１．５×１０−６［Ｗ／μｍ／Ｋ］となる。
【００６８】つまり、本発明では、熱伝導が（１．５／
３．５）倍すなわち約１／２以下に低減され、その結果
として感度が２倍以上に向上する。
３．５）倍すなわち約１／２以下に低減され、その結果
として感度が２倍以上に向上する。
【００６９】以上、支持部１１における熱の「逃げ」の
抑制効果について定量的に説明した。
抑制効果について定量的に説明した。
【００７０】次に、実際の作成上のメリットについて説
明する。
明する。
【００７１】まず、図２０（ａ）に示した、支持部１１
の形成とエッチングホール１９の形成とを兼ねたシリコ
ン酸化膜エッチング直後の断面構造と、本実施形態にお
ける図５（ａ）の断面構造とを比較する。
の形成とエッチングホール１９の形成とを兼ねたシリコ
ン酸化膜エッチング直後の断面構造と、本実施形態にお
ける図５（ａ）の断面構造とを比較する。
【００７２】この工程におけるシリコン酸化膜エッチン
グのパターンは、限定された画素領域内部において、セ
ンサ部８をできる限り大面積にし、支持部１１をできる
限り細くかつ長くするために、フォトリソグラフィーで
加工可能な最小寸法で設計されている。また、この最小
寸法で設計されたレイアウトを厳密に加工するために、
シリコン酸化膜エッチングは、異方性のエッチングであ
るＲＩＥを用いることが一般的である。
グのパターンは、限定された画素領域内部において、セ
ンサ部８をできる限り大面積にし、支持部１１をできる
限り細くかつ長くするために、フォトリソグラフィーで
加工可能な最小寸法で設計されている。また、この最小
寸法で設計されたレイアウトを厳密に加工するために、
シリコン酸化膜エッチングは、異方性のエッチングであ
るＲＩＥを用いることが一般的である。
【００７３】ＲＩＥによるエッチングにおいて、その開
口幅とエッチング深さとの比として定義される、いわゆ
るアスペクト比が、ＲＩＥ工程を実施する際の技術的困
難さの指標となることが一般的に知られている。すなわ
ち、同一の開口幅であっても、より深いエッチング深さ
を要求される従来工程（図１９及びＣ）および従来構造
（図１８）は、より困難なＲＩＥ工程であり、逆に言え
ば、本実施形態による製造工程は、より容易なＲＩＥ工
程である。
口幅とエッチング深さとの比として定義される、いわゆ
るアスペクト比が、ＲＩＥ工程を実施する際の技術的困
難さの指標となることが一般的に知られている。すなわ
ち、同一の開口幅であっても、より深いエッチング深さ
を要求される従来工程（図１９及びＣ）および従来構造
（図１８）は、より困難なＲＩＥ工程であり、逆に言え
ば、本実施形態による製造工程は、より容易なＲＩＥ工
程である。
【００７４】さらに、本実施形態によれば、支持部１１
を薄く形成することによる高感度化の効果と、製造工程
が容易になる効果の他に、製造工程が容易になることに
起因する副次的な高感度化の効果もある。
を薄く形成することによる高感度化の効果と、製造工程
が容易になる効果の他に、製造工程が容易になることに
起因する副次的な高感度化の効果もある。
【００７５】すなわち、異方性エッチングであるＲＩＥ
は、そのエッチングのイオン性を利用して、イオン入射
の方向、すなわち基板に対して垂直な異方性エッチング
を実現する。しかしながら、上述のエッチング深さが深
くなり、また、エッチング開口幅が狭くなり、そのアス
ペクトが高い場合には、入射イオンの方向性が悪くな
り、現実には、そのエッチング断面は垂直ではなく、わ
ずかながらテーパー形状が発生することも一般的事実と
して広く知られている。
は、そのエッチングのイオン性を利用して、イオン入射
の方向、すなわち基板に対して垂直な異方性エッチング
を実現する。しかしながら、上述のエッチング深さが深
くなり、また、エッチング開口幅が狭くなり、そのアス
ペクトが高い場合には、入射イオンの方向性が悪くな
り、現実には、そのエッチング断面は垂直ではなく、わ
ずかながらテーパー形状が発生することも一般的事実と
して広く知られている。
【００７６】ここで、図２０（ａ）を参考に、高アスペ
クト比のシリコン酸化膜ＲＩＥを考えてみる。すると、
図２０（ａ）では、垂直に表現しているエッチングホー
ル断面は、実際にはわずかながら、テーパー形状が発生
している。このエッチングホール形状のテーパー形状を
考慮すると、以下の二つの理由により、実際に作成され
る支持部１１の断面積は図２０（ａ）や図１８に示すも
のよりも大面積になることが判る。
クト比のシリコン酸化膜ＲＩＥを考えてみる。すると、
図２０（ａ）では、垂直に表現しているエッチングホー
ル断面は、実際にはわずかながら、テーパー形状が発生
している。このエッチングホール形状のテーパー形状を
考慮すると、以下の二つの理由により、実際に作成され
る支持部１１の断面積は図２０（ａ）や図１８に示すも
のよりも大面積になることが判る。
【００７７】そのひとつめの理由は、エッチングホール
１９断面のテーパー形状は、支持部１１断面の逆テーパ
ー形状をもたらすために、支持部１１の断面は上底より
も下底が長い台形形状となり、その断面積は上底と厚さ
で設計される断面積より大きくなるからである。
１９断面のテーパー形状は、支持部１１断面の逆テーパ
ー形状をもたらすために、支持部１１の断面は上底より
も下底が長い台形形状となり、その断面積は上底と厚さ
で設計される断面積より大きくなるからである。
【００７８】もうひとつの理由は、エッチングホール１
９がテーパー形状となった場合に、支持単結晶シリコン
基板６のエッチング工程において、エッチング薬液が供
給されるエッチングホール１９底部の開口面積が低下す
る問題である。すなわち、エッチングホール１９断面の
テーパー形状を考慮した上で、エッチングホール底部で
の開口面積を確保するためには、エッチングホール１９
上底部を、若干ながら拡大したレイアウトを行うことが
必要となる。したがって、支持部１１の断面積はさらに
増大し、赤外線センサの感度はさらに悪化することにな
る。
９がテーパー形状となった場合に、支持単結晶シリコン
基板６のエッチング工程において、エッチング薬液が供
給されるエッチングホール１９底部の開口面積が低下す
る問題である。すなわち、エッチングホール１９断面の
テーパー形状を考慮した上で、エッチングホール底部で
の開口面積を確保するためには、エッチングホール１９
上底部を、若干ながら拡大したレイアウトを行うことが
必要となる。したがって、支持部１１の断面積はさらに
増大し、赤外線センサの感度はさらに悪化することにな
る。
【００７９】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施形態について説明する。本実施形態にかかわる赤
外線センサの全体構成、および赤外線検出画素の等価回
路は、第１の実施形態と同様に各々図１および図２に表
したものと同様であり、その説明は省略する。
の実施形態について説明する。本実施形態にかかわる赤
外線センサの全体構成、および赤外線検出画素の等価回
路は、第１の実施形態と同様に各々図１および図２に表
したものと同様であり、その説明は省略する。
【００８０】図９は、本実施形態にかかわる赤外線検出
画素の断面構造と平面構造とを説明するための概略構造
図である。図９に示した構造は、第１の実施形態で示し
た図３とほぼ同様のものであるが、支持部１１の底面１
１Ｂが、基板６からみて単結晶シリコン層８の高さより
高く、配線１７とほぼ同程度の高さに形成されている点
が異なっている。
画素の断面構造と平面構造とを説明するための概略構造
図である。図９に示した構造は、第１の実施形態で示し
た図３とほぼ同様のものであるが、支持部１１の底面１
１Ｂが、基板６からみて単結晶シリコン層８の高さより
高く、配線１７とほぼ同程度の高さに形成されている点
が異なっている。
【００８１】本実施形態においても、支持部１１の厚さ
Ｔ１は、センサ部１０の厚さＴ２よりも薄く形成され、
熱の「逃げ」を抑制できる構成とされている。
Ｔ１は、センサ部１０の厚さＴ２よりも薄く形成され、
熱の「逃げ」を抑制できる構成とされている。
【００８２】また、図３と比較して、センサ部１０にお
けるコンタクトホール１６の深さが深くなっている。こ
れは、本実施形態を説明するにあたり、第１の実施形態
との違いを理解しやすくするという目的によるものであ
る。
けるコンタクトホール１６の深さが深くなっている。こ
れは、本実施形態を説明するにあたり、第１の実施形態
との違いを理解しやすくするという目的によるものであ
る。
【００８３】本実施形態と前述した第１実施形態との相
異点については、図９に示す本実施形態と図６に示す第
１の実施形態とを比較すると、より理解しやすい。第１
の実施形態を説明している図３と図６の違いは、センサ
部１０におけるコンタクトホール１６の深さが深くなっ
ているという部分のみである。図８は、図３よりも、よ
り実際の断面構造に近い構造を表現していると言える。
それは、図３には示されない、アドレス回路や出力回路
等の周辺回路を構成するトランジスタやキャパシタの存
在によって、センサ部８内部におけるコンタクトホール
１６が深くなってしまうという状況を反映しているから
である。その状況を、図１０を用いて説明する。
異点については、図９に示す本実施形態と図６に示す第
１の実施形態とを比較すると、より理解しやすい。第１
の実施形態を説明している図３と図６の違いは、センサ
部１０におけるコンタクトホール１６の深さが深くなっ
ているという部分のみである。図８は、図３よりも、よ
り実際の断面構造に近い構造を表現していると言える。
それは、図３には示されない、アドレス回路や出力回路
等の周辺回路を構成するトランジスタやキャパシタの存
在によって、センサ部８内部におけるコンタクトホール
１６が深くなってしまうという状況を反映しているから
である。その状況を、図１０を用いて説明する。
【００８４】図１０は、左から、センサ部、トランジス
タ、キャパシタを並べて、その断面構造を比較して表し
た概念図である。センサ部１０の構造は、前述した通り
であるので説明は省略する。ｎ−チャネル型のＭＯＳト
ランジスタ部Ｔｒは、ソース／ドレインを構成するＮ型
不純物領域と、ゲート酸化膜上に形成されるゲート電極
２２からなっており、キャパシタＣは、素子分離シリコ
ン酸化膜１４上にキャパシタ下部電極２３と、この下部
電極上に誘電体膜を介して積層形成されるキャパシタ上
部電極２４とからなっている。
タ、キャパシタを並べて、その断面構造を比較して表し
た概念図である。センサ部１０の構造は、前述した通り
であるので説明は省略する。ｎ−チャネル型のＭＯＳト
ランジスタ部Ｔｒは、ソース／ドレインを構成するＮ型
不純物領域と、ゲート酸化膜上に形成されるゲート電極
２２からなっており、キャパシタＣは、素子分離シリコ
ン酸化膜１４上にキャパシタ下部電極２３と、この下部
電極上に誘電体膜を介して積層形成されるキャパシタ上
部電極２４とからなっている。
【００８５】そして、これらの各領域に形成される配線
１７は共通の配線であり、配線１７を形成する前の絶縁
膜表面はＣＭＰ等の技術により平坦化されている。従っ
て、図１０に表すように、トランジスタのゲート電極２
２や、キャパシタ上部電極２４よりも高い位置に、絶縁
膜を介した状態で配線１７を形成することが必要であ
る。したがって、実際のセンサ部の断面構造は、図１０
あるいは図８に表したように、深いコンタクトホール１
６を有する構造となる。そして、実際のキャパシタ構造
を考慮すると、その深さは１μｍ程度にもなってしま
う。
１７は共通の配線であり、配線１７を形成する前の絶縁
膜表面はＣＭＰ等の技術により平坦化されている。従っ
て、図１０に表すように、トランジスタのゲート電極２
２や、キャパシタ上部電極２４よりも高い位置に、絶縁
膜を介した状態で配線１７を形成することが必要であ
る。したがって、実際のセンサ部の断面構造は、図１０
あるいは図８に表したように、深いコンタクトホール１
６を有する構造となる。そして、実際のキャパシタ構造
を考慮すると、その深さは１μｍ程度にもなってしま
う。
【００８６】同様に、周辺回路の存在に起因して形成さ
れるセンサ部の深いコンタクトホールを考慮した場合の
従来構造の赤外線センサの画素構造を図Ｄに表す。
れるセンサ部の深いコンタクトホールを考慮した場合の
従来構造の赤外線センサの画素構造を図Ｄに表す。
【００８７】ここで、図９に表した本実施形態の説明に
戻る。
戻る。
【００８８】図９に表した構造は、第１実施形態として
表した図３とほぼ同様のものであるが、支持構造１１の
底部が、単結晶シリコン層８の高さより高く、配線１７
とほぼ同程度の高さに形成されている部分が異なってい
る。したがって、第１の実施形態よりもさらに、支持部
１１の断面積を低減可能であり、より高い感度の赤外線
センサを得ることができる。ここで、図１０に関して前
述した説明からも理解されるように、本実施形態におけ
る支持部１１の厚さは、第１実施形態における支持部１
１の厚さよりも、約１μｍも薄く形成されていることに
なる。
表した図３とほぼ同様のものであるが、支持構造１１の
底部が、単結晶シリコン層８の高さより高く、配線１７
とほぼ同程度の高さに形成されている部分が異なってい
る。したがって、第１の実施形態よりもさらに、支持部
１１の断面積を低減可能であり、より高い感度の赤外線
センサを得ることができる。ここで、図１０に関して前
述した説明からも理解されるように、本実施形態におけ
る支持部１１の厚さは、第１実施形態における支持部１
１の厚さよりも、約１μｍも薄く形成されていることに
なる。
【００８９】次に、本実施形態の赤外線センサの画素を
製造する工程を、図１１〜図１３の工程断面図を用いて
説明する。
製造する工程を、図１１〜図１３の工程断面図を用いて
説明する。
【００９０】まず、半導体基板として単結晶シリコン支
持基板６上に埋め込みシリコン酸化膜層９、単結晶シリ
コン層８が順次積層された、いわゆるＳＯＩ基板を準備
する（図１１（ａ））。
持基板６上に埋め込みシリコン酸化膜層９、単結晶シリ
コン層８が順次積層された、いわゆるＳＯＩ基板を準備
する（図１１（ａ））。
【００９１】次に、素子分離としてＳＴＩ（Shallow-Tr
ench-Isolation）と同様の工程を行う。すなわち、フォ
トリソグラフィー等の技術をもちいて素子分離領域を定
義し、素子分離領域の単結晶シリコン層８を、たとえば
ＲＩＥ（Reactive-Ion-Etching）等の技術によりエッチ
ング除去した後に、素子分離シリコン酸化膜１４をＣＶ
Ｄ（Chemical-Vapor-Deposition）等の技術により埋め
込み、ＣＭＰ（Chemical-Mechanical-Polishing）等の
技術で平坦化する（図１１（ｂ））。このとき、支持部
１１の領域も素子分離領域として定義され、素子分離シ
リコン酸化膜１４が埋め込まれることは言うまでも無
い。
ench-Isolation）と同様の工程を行う。すなわち、フォ
トリソグラフィー等の技術をもちいて素子分離領域を定
義し、素子分離領域の単結晶シリコン層８を、たとえば
ＲＩＥ（Reactive-Ion-Etching）等の技術によりエッチ
ング除去した後に、素子分離シリコン酸化膜１４をＣＶ
Ｄ（Chemical-Vapor-Deposition）等の技術により埋め
込み、ＣＭＰ（Chemical-Mechanical-Polishing）等の
技術で平坦化する（図１１（ｂ））。このとき、支持部
１１の領域も素子分離領域として定義され、素子分離シ
リコン酸化膜１４が埋め込まれることは言うまでも無
い。
【００９２】次に、アドレス回路、出力部、定電流源等
の周辺回路のソース・ドレイン領域と同様にセンサ部の
ｐｎ接合のためのｎ型不純物領域１５をフォトリソグラ
フィー技術とイオン注入等のドーピング技術とにより形
成したのちに、絶縁層２５を形成する（図１１
（ｃ））。
の周辺回路のソース・ドレイン領域と同様にセンサ部の
ｐｎ接合のためのｎ型不純物領域１５をフォトリソグラ
フィー技術とイオン注入等のドーピング技術とにより形
成したのちに、絶縁層２５を形成する（図１１
（ｃ））。
【００９３】次に、素子分離領域のうち、支持部１１を
形成するための支持構造用素子分離領域の、絶縁層２５
と、素子分離シリコン酸化膜１４と、埋め込みシリコン
酸化膜層９とを、たとえばＲＩＥ（Reactive-Ion-Etchi
ng）等の技術によりエッチング除去する（図１１
（ｄ））。
形成するための支持構造用素子分離領域の、絶縁層２５
と、素子分離シリコン酸化膜１４と、埋め込みシリコン
酸化膜層９とを、たとえばＲＩＥ（Reactive-Ion-Etchi
ng）等の技術によりエッチング除去する（図１１
（ｄ））。
【００９４】次に、犠牲シリコン膜２１をＣＶＤ（Chem
ical-Vapor-Deposition）等の技術により埋め込み、Ｃ
ＭＰ（Chemical-Mechanical-Polishing）等の技術で平
坦化する（図１２（ａ））。この犠牲シリコン膜２１
は、後に行う工程である支持基板６のエッチングにおい
てエッチングされるための、いわゆる犠牲層であるの
で、単結晶、多結晶、非晶質のいずれの構造であっても
構わない。
ical-Vapor-Deposition）等の技術により埋め込み、Ｃ
ＭＰ（Chemical-Mechanical-Polishing）等の技術で平
坦化する（図１２（ａ））。この犠牲シリコン膜２１
は、後に行う工程である支持基板６のエッチングにおい
てエッチングされるための、いわゆる犠牲層であるの
で、単結晶、多結晶、非晶質のいずれの構造であっても
構わない。
【００９５】次に、全領域に絶縁膜２６を形成し、犠牲
シリコン層２１と配線１７との間の絶縁層を形成する。
この支持部１１において、配線１７の下に形成される絶
縁層２６が、最終的に支持部１１の底面となる（図１２
（ｂ））。
シリコン層２１と配線１７との間の絶縁層を形成する。
この支持部１１において、配線１７の下に形成される絶
縁層２６が、最終的に支持部１１の底面となる（図１２
（ｂ））。
【００９６】次に、周辺回路およびｐｎ接合の配線のた
めのコンタクトホール１６形成、および金属配線１７形
成の、いわゆるメタライゼーション工程を行う。
めのコンタクトホール１６形成、および金属配線１７形
成の、いわゆるメタライゼーション工程を行う。
【００９７】次に、センサ部には赤外線吸収層を形成す
るが、本実施形態のように、メタライゼーション工程に
おいて形成する層間絶縁膜およびパッシベーション膜１
８を流用することも可能である。（図１２（ｃ））。
るが、本実施形態のように、メタライゼーション工程に
おいて形成する層間絶縁膜およびパッシベーション膜１
８を流用することも可能である。（図１２（ｃ））。
【００９８】次に、支持部１１を形成するとともに、中
空構造７を形成するためのエッチングホール１９を形成
するために、パッシベーション膜１８および絶縁膜２６
をＲＩＥ（Reactive-Ion-Etching）等によりエッチング
する（図１３（ａ））。
空構造７を形成するためのエッチングホール１９を形成
するために、パッシベーション膜１８および絶縁膜２６
をＲＩＥ（Reactive-Ion-Etching）等によりエッチング
する（図１３（ａ））。
【００９９】次に、このエッチングホール１９を介し
て、犠牲シリコン膜２１を、たとえばＴＭＡＨ（Tetra-
Methyl-Ammonium-Hydroxide）等の薬液によりエッチン
グし除去する（図１３（ｂ））。
て、犠牲シリコン膜２１を、たとえばＴＭＡＨ（Tetra-
Methyl-Ammonium-Hydroxide）等の薬液によりエッチン
グし除去する（図１３（ｂ））。
【０１００】最後に、単結晶シリコンの異方性エッチャ
ントとして、たとえばＴＭＡＨ（Tetra-Methyl-Ammoniu
m-Hydroxide）等の薬液を用いた単結晶シリコンの異方
性エッチングを行うことで、単結晶シリコン支持基板６
内部に中空構造７を形成し、図９の赤外線検出画素の構
造を得ることができる（図１３（ｃ））。
ントとして、たとえばＴＭＡＨ（Tetra-Methyl-Ammoniu
m-Hydroxide）等の薬液を用いた単結晶シリコンの異方
性エッチングを行うことで、単結晶シリコン支持基板６
内部に中空構造７を形成し、図９の赤外線検出画素の構
造を得ることができる（図１３（ｃ））。
【０１０１】図１３（ｂ）〜（ｃ）の説明においては、
犠牲シリコン膜２１のエッチング除去工程と、それに続
く支持単結晶シリコン基板６の異方性エッチング工程と
して、独立に説明したが、これらのエッチングに用いる
薬液は、基本的に同一の薬液であるので、実際の工程に
おいては、図１３（ａ）の形状となった後に、たとえば
ＴＭＡＨ等の薬液によるエッチングを行うことで、図１
３（ｂ）の形状を意識することなく、最終形状である図
１３（ｃ）の構造を得ることができる。
犠牲シリコン膜２１のエッチング除去工程と、それに続
く支持単結晶シリコン基板６の異方性エッチング工程と
して、独立に説明したが、これらのエッチングに用いる
薬液は、基本的に同一の薬液であるので、実際の工程に
おいては、図１３（ａ）の形状となった後に、たとえば
ＴＭＡＨ等の薬液によるエッチングを行うことで、図１
３（ｂ）の形状を意識することなく、最終形状である図
１３（ｃ）の構造を得ることができる。
【０１０２】もちろん、周辺回路で用いるトランジスタ
形成のためのゲート電極形成工程が必要なことは言うま
でも無いが、赤外線検出画素の製造工程とは直接の関係
が無い工程であるので、上記の説明の中では省略してい
る。
形成のためのゲート電極形成工程が必要なことは言うま
でも無いが、赤外線検出画素の製造工程とは直接の関係
が無い工程であるので、上記の説明の中では省略してい
る。
【０１０３】図９に表したように、本実施形態のセンサ
構造においては、メタライゼーション工程の前に実施さ
れる、絶縁膜２５の平坦化工程において、支持部用素子
分離領域に犠牲シリコン膜２１を埋め込み形成し、その
後、この犠牲シリコン層をエッチング除去することで、
支持部の底部１１Ｂが配線１７の表面と同程度の高さに
形成されている。そのために支持部１１は、さらに大幅
に薄く形成されており、したがって、支持部１１の断面
積はさらに大幅に低減され、センサ部１０と支持基板６
との間の熱コンダクタンスはさらに大幅に低減される。
本実施形態との比較のために、従来例として、図Ｄに表
した断面構造図との比較からも、支持部１１の断面積の
低減は明らかである。
構造においては、メタライゼーション工程の前に実施さ
れる、絶縁膜２５の平坦化工程において、支持部用素子
分離領域に犠牲シリコン膜２１を埋め込み形成し、その
後、この犠牲シリコン層をエッチング除去することで、
支持部の底部１１Ｂが配線１７の表面と同程度の高さに
形成されている。そのために支持部１１は、さらに大幅
に薄く形成されており、したがって、支持部１１の断面
積はさらに大幅に低減され、センサ部１０と支持基板６
との間の熱コンダクタンスはさらに大幅に低減される。
本実施形態との比較のために、従来例として、図Ｄに表
した断面構造図との比較からも、支持部１１の断面積の
低減は明らかである。
【０１０４】その結果、入射赤外線パワーに対するセン
サ部の温度変化の比、いわゆる熱感度は大幅に向上する
ので、高い赤外線感度を有する赤外線センサを得ること
ができる。
サ部の温度変化の比、いわゆる熱感度は大幅に向上する
ので、高い赤外線感度を有する赤外線センサを得ること
ができる。
【０１０５】また、図１３（ａ）の形状を形成した後
に、支持部１１を除く領域をフォトレジスト等により保
護した状態で、支持部１１の表面側のパッシベーション
膜１８を適当量エッチングし、その後に犠牲シリコン膜
２１を除去（図１４（ｂ））と、さらに支持単結晶シリ
コン基板６のエッチング処理（図１４（ｃ））すること
により、図１５に表した構造を得ることも可能である。
に、支持部１１を除く領域をフォトレジスト等により保
護した状態で、支持部１１の表面側のパッシベーション
膜１８を適当量エッチングし、その後に犠牲シリコン膜
２１を除去（図１４（ｂ））と、さらに支持単結晶シリ
コン基板６のエッチング処理（図１４（ｃ））すること
により、図１５に表した構造を得ることも可能である。
【０１０６】すなわち、図１５に表した構造では、支持
部１１の底面１１Ｂが配線１７の表面と同程度の高さに
形成されているだけでなく、支持部１１の上面１１Ｔ
が、センサ部１０の表面１０Ｔより低い高さに形成され
ている。この構造によれば、図９の構造と比較して、支
持部１１の断面積はさらに低減されており、したがっ
て、赤外線センサをより高感度化できるので、より好ま
しい。
部１１の底面１１Ｂが配線１７の表面と同程度の高さに
形成されているだけでなく、支持部１１の上面１１Ｔ
が、センサ部１０の表面１０Ｔより低い高さに形成され
ている。この構造によれば、図９の構造と比較して、支
持部１１の断面積はさらに低減されており、したがっ
て、赤外線センサをより高感度化できるので、より好ま
しい。
【０１０７】以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の
形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具
体例に限定されるものではない。
形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具
体例に限定されるものではない。
【０１０８】例えば、本発明の赤外線センサにおいて設
ける配線１７についてさらに補足すると、センサ部１０
における配線と支持部１１における配線は、同一材料に
限定されない。例えば、センサ部１０における配線１７
の材料としては通常のＬＳＩ工程で使用されるアルミニ
ウム（Ａｌ）等の金属配線材料を用い、支持部１１の配
線１７の材料には熱伝導率が低いチタン（Ｔｉ）を用い
ると熱の「逃げ」をさらに低減することが可能であり、
より好ましい。
ける配線１７についてさらに補足すると、センサ部１０
における配線と支持部１１における配線は、同一材料に
限定されない。例えば、センサ部１０における配線１７
の材料としては通常のＬＳＩ工程で使用されるアルミニ
ウム（Ａｌ）等の金属配線材料を用い、支持部１１の配
線１７の材料には熱伝導率が低いチタン（Ｔｉ）を用い
ると熱の「逃げ」をさらに低減することが可能であり、
より好ましい。
【０１０９】この場合には、配線１７の形成工程を、セ
ンサ部１０におけるアルミニウム配線を形成する第１の
配線形成工程と、支持部１１におけるチタン配線を形成
する第２の配線工程との２回行うことになる。このと
き、アルミニウム配線とチタン配線との間に層間絶縁膜
を形成し、両配線の接続のためのコンタクトホールを形
成する方法も可能であるが、以下の方法も可能であり、
より好ましい。
ンサ部１０におけるアルミニウム配線を形成する第１の
配線形成工程と、支持部１１におけるチタン配線を形成
する第２の配線工程との２回行うことになる。このと
き、アルミニウム配線とチタン配線との間に層間絶縁膜
を形成し、両配線の接続のためのコンタクトホールを形
成する方法も可能であるが、以下の方法も可能であり、
より好ましい。
【０１１０】それは、第２の配線パターンが第１の配線
パターン上に必ず形成されるように設計した上で、第１
の配線形成工程の直後に第２の配線工程を実施するとい
う方法である。もちろん支持部１１には第２の配線パタ
ーンのみを形成する。この方法によれば、上記の絶縁層
形成・コンタクト形成工程が不要となるばかりでなく、
上層に膜厚が極めて薄いチタン配線を形成するコンタク
トホールにおけるチタン配線の段切れによるコンタクト
不良の発生を防止することが可能である。このチタン配
線の膜厚を極めて薄くするのは、支持部１１の熱伝導を
低減し高感度化する目的であることは言うまでも無い。
パターン上に必ず形成されるように設計した上で、第１
の配線形成工程の直後に第２の配線工程を実施するとい
う方法である。もちろん支持部１１には第２の配線パタ
ーンのみを形成する。この方法によれば、上記の絶縁層
形成・コンタクト形成工程が不要となるばかりでなく、
上層に膜厚が極めて薄いチタン配線を形成するコンタク
トホールにおけるチタン配線の段切れによるコンタクト
不良の発生を防止することが可能である。このチタン配
線の膜厚を極めて薄くするのは、支持部１１の熱伝導を
低減し高感度化する目的であることは言うまでも無い。
【０１１１】一方、以上説明した第１および第２の実施
形態はいずれも、赤外線検出画素を２次元的にアレイ配
置して構成された赤外線センサであるが、もちろん赤外
線検出画素を１次元的に配列した１次元センサや、アレ
イ配置されない単一の赤外線センサに適用しても、同様
の効果が得られることは言うまでも無い。
形態はいずれも、赤外線検出画素を２次元的にアレイ配
置して構成された赤外線センサであるが、もちろん赤外
線検出画素を１次元的に配列した１次元センサや、アレ
イ配置されない単一の赤外線センサに適用しても、同様
の効果が得られることは言うまでも無い。
【０１１２】また、上述した具体例に加えて赤外線吸収
層を積層した構成としても良い。
層を積層した構成としても良い。
【０１１３】図１６は、赤外線吸収層を積層形成した赤
外線センサの構成を表す概念図である。すなわち、本発
明の実施の形態として前述したいずれかの構成におい
て、センサ部１０の上に、赤外線吸収層１００を積層さ
せる。赤外線吸収層１００は、反射層１００Ａと絶縁層
１００Ｂと吸収層１００Ｃとを積層した構成を有し、赤
外線を吸収して熱をセンサ部１０に供給する。このよう
な赤外線吸収層１００は、センサ部１０よりもはるかに
大きい検出面積を有するので、赤外線吸収面積を拡大
し、光学的な感度向上効果と相まって、より高感度な赤
外線センサを得ることが可能となる。
外線センサの構成を表す概念図である。すなわち、本発
明の実施の形態として前述したいずれかの構成におい
て、センサ部１０の上に、赤外線吸収層１００を積層さ
せる。赤外線吸収層１００は、反射層１００Ａと絶縁層
１００Ｂと吸収層１００Ｃとを積層した構成を有し、赤
外線を吸収して熱をセンサ部１０に供給する。このよう
な赤外線吸収層１００は、センサ部１０よりもはるかに
大きい検出面積を有するので、赤外線吸収面積を拡大
し、光学的な感度向上効果と相まって、より高感度な赤
外線センサを得ることが可能となる。
【０１１４】また、本発明において熱電変換手段として
用いるｐｎ接合は、プレーナ構造のｐｎ接合に限定され
るものでは無く、ラテラル構造のｐｎ接合も熱電変換手
段として同様に採用することができる。
用いるｐｎ接合は、プレーナ構造のｐｎ接合に限定され
るものでは無く、ラテラル構造のｐｎ接合も熱電変換手
段として同様に採用することができる。
【０１１５】図１７は、このようなラテラル構造の要部
を概念的に表す斜視透視図である。すなわち、同図に例
示したものでは、基板２００上に形成された埋め込み酸
化膜２１０の上にＳＯＩ膜からなる複数のラテラル型ｐ
ｎ接合ダイオード２２０が設けられ、金属ストラップ２
３０により直列接続されている。本発明においては、こ
のようなラテラル構造のｐｎ接合も熱電変換手段として
同様に採用することができる。
を概念的に表す斜視透視図である。すなわち、同図に例
示したものでは、基板２００上に形成された埋め込み酸
化膜２１０の上にＳＯＩ膜からなる複数のラテラル型ｐ
ｎ接合ダイオード２２０が設けられ、金属ストラップ２
３０により直列接続されている。本発明においては、こ
のようなラテラル構造のｐｎ接合も熱電変換手段として
同様に採用することができる。
【０１１６】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形実施可能である。
で、種々変形実施可能である。
【０１１７】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
センサ部を中空構造上に支持するための支持体を、従来
構造と比較して大幅に薄くし、その断面積を大幅に低減
し、熱コンダクタンスを大幅に低減可能し、その結果と
して極めて感度の高い赤外線センサを得ることができ
る。
センサ部を中空構造上に支持するための支持体を、従来
構造と比較して大幅に薄くし、その断面積を大幅に低減
し、熱コンダクタンスを大幅に低減可能し、その結果と
して極めて感度の高い赤外線センサを得ることができ
る。
【０１１８】また、本発明によれば、支持体領域の絶縁
層をエッチングし、犠牲シリコン膜を埋め込むので、支
持脚を形成するための絶縁層ＲＩＥのアスペクト比を大
幅に低減し、工程を容易にするとともに、副次的効果と
してさらに支持脚の断面積を低減し、より高感度化する
ことが可能である。
層をエッチングし、犠牲シリコン膜を埋め込むので、支
持脚を形成するための絶縁層ＲＩＥのアスペクト比を大
幅に低減し、工程を容易にするとともに、副次的効果と
してさらに支持脚の断面積を低減し、より高感度化する
ことが可能である。
【０１１９】すなわち、本発明によれば、従来よりも高
感度の非冷却赤外線センサを容易且つ確実に得ることが
可能となり、各種の応用分野において高性能のセンサを
低コストで提供することができる点で産業上のメリット
は多大である。
感度の非冷却赤外線センサを容易且つ確実に得ることが
可能となり、各種の応用分野において高性能のセンサを
低コストで提供することができる点で産業上のメリット
は多大である。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる赤外線セン
サの全体構成図である。
サの全体構成図である。
【図２】図１の赤外線検出画素１の等価回路図である。
【図３】図３（ａ）は図２に表した赤外線検出画素の平
面構成図であり、図３（ｂ）はそのＡ−Ａ’線断面図で
ある。
面構成図であり、図３（ｂ）はそのＡ−Ａ’線断面図で
ある。
【図４】赤外線検出画素の製造工程を表す要部工程断面
図である。
図である。
【図５】赤外線検出画素の製造工程を表す要部工程断面
図である。
図である。
【図６】図６（ａ）は、赤外線検出画素の平面構成図で
あり、図６（ｂ）はそのＡ−Ａ’線断面図である。
あり、図６（ｂ）はそのＡ−Ａ’線断面図である。
【図７】シリコン酸化膜１８を厚く形成した例を表す概
念図である。
念図である。
【図８】本発明の第１実施形態にかかる赤外線センサの
もうひとつの具体例を表す概念図である。
もうひとつの具体例を表す概念図である。
【図９】本発明の第２実施形態にかかわる赤外線検出画
素の平面構成と断面構造とを説明するための概略構造図
である。
素の平面構成と断面構造とを説明するための概略構造図
である。
【図１０】左から、センサ部、トランジスタ、キャパシ
タを並べて、その断面構造を比較して表した概念図であ
る。
タを並べて、その断面構造を比較して表した概念図であ
る。
【図１１】本発明の第２実施形態の赤外線センサの画素
を製造する工程を表す工程断面図である。
を製造する工程を表す工程断面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態の赤外線センサの画素
を製造する工程を表す工程断面図である。
を製造する工程を表す工程断面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態の赤外線センサの画素
を製造する工程を表す工程断面図である。
を製造する工程を表す工程断面図である。
【図１４】本発明の第２実施形態の赤外線センサの画素
を製造する工程を表す工程断面図である。
を製造する工程を表す工程断面図である。
【図１５】支持部１１の上面１１Ｔが、センサ部１０の
表面１０Ｔより低い高さに形成された赤外線センサの概
念図である。
表面１０Ｔより低い高さに形成された赤外線センサの概
念図である。
【図１６】赤外線吸収層を積層形成した赤外線センサの
構成を表す概念図である。
構成を表す概念図である。
【図１７】ラテラル構造の要部を概念的に表す斜視透視
図である。
図である。
【図１８】図１８（ａ）は従来の赤外線検出画素の平面
構成図であり、図１８（ｂ）はそのＡ−Ａ’線断面図で
ある。
構成図であり、図１８（ｂ）はそのＡ−Ａ’線断面図で
ある。
【図１９】従来の赤外線センサの製造工程の要部を表す
工程断面図である。
工程断面図である。
【図２０】従来の赤外線センサの製造工程の要部を表す
工程断面図である。
工程断面図である。
【図２１】図２１（ａ）は従来の赤外線検出画素の平面
構成図であり、図２１（ｂ）はそのＡ−Ａ’線断面図で
ある。
構成図であり、図２１（ｂ）はそのＡ−Ａ’線断面図で
ある。
１ 赤外線検出画素
２ 赤外線検出画素アレイ
３ 垂直信号線
４ 水平アドレス線
５ 列選択トランジスタ
６ 単結晶シリコン支持基板
７ 中空構造（中空部）
８ 単結晶シリコン層
９ 埋め込みシリコン酸化膜層
１０ センサ部
１１ 支持部（支持体）
１４ 素子分離シリコン酸化膜
１５ Ｎ型不純物領域
１６ コンタクトホール
１７ 金属配線
１８ パッシベーション膜
１９ エッチングホール
２１ 犠牲シリコン膜
２２ ＭＯＳトランジスタゲート電極
２３ キャパシタ下部電極
２４ キャパシタ上部電極
２５、２６ 絶縁層
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０１Ｌ 35/00 Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｋ
(56)参考文献 特開 平10−185681（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−274561（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−258039（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−280957（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01J 5/00 - 5/62
G01J 1/00 - 1/60
Claims (3)
- 【請求項１】単結晶シリコン支持基板上に、入射赤外線
を吸収し熱に変換する吸収部と前記吸収部において発生
した熱による温度変化を電気信号に変換する熱電変換部
とを有する複数の赤外線検出部が設けられ、前記複数の
赤外線検出部のそれぞれが、前記赤外線検出部の側面ま
で延伸する少なくとも一つ以上の支持体によって前記単
結晶シリコン支持基板から離間して支持されてなる赤外
線センサの製造方法であって、 前記単結晶シリコン支持基板と埋め込み絶縁層と単結晶
シリコン層とをこの順に積層してなるＳＯＩ基板の前記
単結晶シリコン層の一部をエッチング除去して前記埋め
込み絶縁層に達する第１の凹部を形成する工程と、 前記第１の凹部に素子分離絶縁層を埋め込む工程と、 前記素子分離絶縁層の一部をエッチング除去しさらにそ
の下の前記埋め込み絶縁層をエッチング除去して前記単
結晶シリコン支持基板に達する第２の凹部を形成する工
程と、 前記第２の凹部に犠牲シリコン層を埋め込む工程と、 前記単結晶シリコン層にｐｎ接合を設けることにより前
記熱電変換部を形成する工程と、 前記熱電変換部から電気信号を出力するための配線層と
第１の絶縁層とを含んだ積層体を形成する工程と、 前記積層体上に第２の絶縁層を形成する工程と、 前記犠牲シリコン層の上に形成された前記積層体及び前
記第２の絶縁層を部分的にエッチング除去することによ
り前記支持体を形成する工程と、 前記犠牲シリコン層をエッチング除去する工程と、 前記犠牲シリコン層をエッチング除去することにより露
出した前記単結晶シリコン支持基板をエッチングして前
記赤外線検出部を前記単結晶シリコン支持基板から離間
させる工程と、 を備えたことを特徴とする赤外線センサの製造方法。 - 【請求項２】単結晶シリコン支持基板上に、入射赤外線
を吸収し熱に変換する吸収部と前記吸収部において発生
した熱による温度変化を電気信号に変換する熱電変換部
とを有する複数の赤外線検出部が設けられ、前記複数の
赤外線検出部のそれぞれが、前記赤外線検出部の側面ま
で延伸する少なくとも一つ以上の支持体によって前記単
結晶シリコン支持基板から離間して支持されてなる赤外
線センサの製造方法であって、 前記単結晶シリコン支持基板と埋め込み絶縁層と単結晶
シリコン層とをこの順に積層してなるＳＯＩ基板の前記
単結晶シリコン層の一部をエッチング除去して前記埋め
込み絶縁層に達する第１の凹部を形成する工程と、 前記第１の凹部に素子分離絶縁層を埋め込む工程と、 前記単結晶シリコン層にｐｎ接合を設けることにより前
記熱電変換部を形成する工程と、 第１の絶縁層を堆積する工程と、 前記第１の凹部を形成した領域の一部において、前記第
１の絶縁層とその下の前記素子分離絶縁層とその下の前
記埋め込み絶縁層をそれぞれエッチング除去して前記単
結晶シリコン支持基板に達する第２の凹部を形成する工
程と、 前記第２の凹部に犠牲シリコン層を埋め込む工程と、 第２の絶縁層を堆積する工程と、 前記熱電変換部から電気信号を出力するためのコンタク
ト部を前記第１及び第２の絶縁層に形成しさらに配線を
形成する工程と、 第３の絶縁層を堆積する工程と、 前記犠牲シリコン層の上に形成された前記第２の絶縁層
及び前記第３の絶縁層を部分的にエッチング除去するこ
とにより前記支持体を形成する工程と、 前記犠牲シリコン層をエッチング除去する工程と、 前記犠牲シリコン層をエッチング除去することにより露
出した前記単結晶シリコン支持基板をエッチングして前
記赤外線検出部を前記単結晶シリコン支持基板から離間
させる工程と、 を備えたことを特徴とする赤外線センサの製造方法。 - 【請求項３】前記支持体を形成する工程あるいはその後
に、前記支持体の上面に露出する前記絶縁層をエッチン
グすることにより、前記支持体における当該絶縁層の層
厚を前記赤外線検出部の上面に露出する前記絶縁層より
も薄くすることを特徴とする請求項１または２に記載の
赤外線センサの製造方法。
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