JP3728916B2 - 赤外線検出素子の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、赤外線検出素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に赤外線検出素子は、非接触の温度計として物体の検出や、特殊環境下における温度計測などに使用されている。
最近の赤外線検出素子には、シリコンのマイクロマシーニング技術を用いて熱容量が小さく熱抵抗の大きな熱分離構造を形成し、その熱分離構造部に赤外線検知領域を備え、入射する赤外線の吸収による赤外線検知領域の温度上昇を、サーモパイルで検知する方式がある。
【０００３】
図２６は従来の赤外線検出素子を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図、（ｃ）はそのＡ１−Ａ１断面図である。
この赤外線検出素子は、全体平面形状が四角形のシリコン基板に梁を介して赤外線検知領域を支持し、梁上にサーモパイルを形成して構成される。
すなわち、シリコン基板３１はその上面が外周の各辺に沿ってポリシリコンエッチングストッパ４４で幅寸法を画定された基枠とされ、基枠の内側は四角錐状の凹部となっている。
【０００４】
基枠の各角部近傍からは隣接する辺に平行にかつ所定幅の間隙を設けてシリコン窒化膜の梁３８がいずれも同方向（図２６では時計方向）に隣の梁近傍まで延びている。各梁３８の内側には、さらに各梁３８との間に所定の間隙を設けて同じくシリコン窒化膜の四角形の赤外線検知領域３２が設けられ、その４つの角部がそれぞれ各梁３８の先端に接続している。この接続のため各梁３８の先端部は赤外線検知領域３２に向かって直角に曲がっている。
【０００５】
赤外線検知領域上には赤外線吸収膜４０が形成され、また各梁３８上にはその全長にわたってサーモパイルが設けられている。サーモパイルは、ｐ型ポリシリコンとｎ型ポリシリコンからなり、ｐ型ポリシリコンサーモパイル３３、３３’が互いに対向し、ｎ型ポリシリコンサーモパイル３４、３４’が互いに対向するように配置されている。各サーモパイル間をアルミ配線３５が接続する。
【０００６】
図２６の（ｃ）に示すように、梁３８と赤外線検知領域３２は基枠表面（すなわちポリシリコンエッチングストッパ４４の上面）の高さに当該表面と平行に配置され、赤外線検知領域３２は梁３８によってシリコン基板３１の四角錐状の凹部空間内に支持されている。
【０００７】
次に図２７〜図３０は上記の赤外線検出素子の製造方法を説明した図である。図２７〜図３０の（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ部断面図である。
まず、シリコン基板３１上面全域にポリシリコンエッチング犠牲層４５をＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学的気相成長）により形成し、その外周部にそってボロンを注入することにより四角枠形状のポリシリコンエッチングストッパ４４を形成する。この状態が図２７である。
次にポリシリコンエッチング犠牲層４５及びポリシリコンエッチングストッパ４４の上面に梁３８と赤外線検知領域３２とになるシリコン窒化膜の構造体をＣＶＤにより形成する。この状態が図２８である。
【０００８】
次に各サーモパイル３３、３３’、３４、３４’が、梁３８の上面に形成される。
次に赤外線検知領域３２の上面には赤外線を受光する赤外線吸収膜４０の層が蒸着により形成される。この状態が図２９である。
【０００９】
次に強アルカリエッチング液によりシリコン基板３１表面からの異方性エッチングを行なうことにより、梁３８と赤外線検知領域３２の層を含む上層とポリシリコンエッチングストッパ４４でカバーされた部分を残して、その内側のシリコン基板３１の層がポリシリコンエッチング犠牲層４５と共にエッチングされ、シリコン基板３１に四角錐状の凹部が形成される。この状態が図３０である。
これにより、図２６の（ｃ）に示すようなスリット３６が梁３８の根元の縁の周りから延びて梁３８の先端の周りまで形成され、赤外線吸収膜４０、梁３８あるいは各サーモパイルをシリコン基板３１より熱分離させる。
【００１０】
赤外線検出素子の性能評価を比検出能Ｄ^＊により説明する。
比検出能Ｄ^＊は、赤外線入力があった時のＳ／Ｎ比であり、式（１）で表される。
Ｄ^＊＝｛Ｓ×（Ａｄ×△ｆ）^０．５｝／（Ｎ×Ｐ） （１）
但し、Ｓ：赤外線検出信号
Ｎ：赤外線検出信号に含まれるノイズ信号
Ｐ：赤外線入射エネルギー
Ａｄ：赤外線検知領域の面積
Δｆ：周波数帯域
である。
【００１１】
また、赤外線検出信号Ｓは、赤外線検出感度Ｒ×赤外線入射エネルギーＰでも表わせるため、（１）式は次の（２）式のようになる。
Ｄ^＊＝（Ｒ／Ｎ）×（Ａｄ×△ｆ）^０．５ （２）
【００１２】
赤外線検出感度Ｒは、（３）式で表わされる。
Ｒ＝ｎ×α×Ｒｔｈ （３）
但し、ｎ：サーモパイルの対数
α：ゼーベック係数
Ｒｔｈ：梁およびサーモパイルの並列合成熱抵抗
である。
【００１３】
さらに、梁、サーモパイルの並列合成熱抵抗Ｒｔｈは、（４）式のようになる。
Ｒｔｈ＝Ｌ／（Ｋ１×Ａ１＋Ｋ２×Ａ２） （４）
但し、Ｋ１：梁の熱伝導率
Ｋ２：サーモパイルの熱伝導率
Ａ１：梁の断面積
Ａ２：サーモパイルの断面積
Ｌ：梁およびサーモパイルの長さ
である。
【００１４】
赤外線吸収膜が赤外線を受光すれば、赤外線検出領域は周辺のシリコン基板の基枠に対して高い温度になる。各サーモパイルはそれぞれ一端が基枠、他端が赤外線検出領域に連なり、ｐ型ポリシリコンサーモパイルとｎ型ポリシリコンサーモパイルがアルミ配線３５を介して交互に冷点（基枠）と温点（赤外線検出領域）で直列接続されることにより、ゼーベック効果によって起電力が発生する。
上述の（１）〜（４）の式で示されるように、梁３８が長いほど並列合成熱抵抗Ｒｔｈが上がり比検出能Ｄ^＊が向上することになり、赤外線検出素子の性能は向上する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、それぞれの梁３８を長くしようとする場合には、梁３８の先端を折り返すことが考えられる。しかし、折り返して梁の長さＬを長くする場合、セル幅３７を拡げなければ、赤外線検出領域３２が大きく減少する。その結果、並列合成熱抵抗Ｒｔｈを大きくできても赤外線検出感度Ｒは大きく減少してしまう。
【００１６】
したがって、本発明は上記の問題点に鑑み、従来のセル幅を変えずに梁の長さを長くでき、しかも赤外線検出領域の面積を変えずに並列合成熱抵抗を大きくでき、比検出能を向上させるようにした赤外線検出素子の製造方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の赤外線検出素子の製造方法は、多角形状の半導体シリコン基板の上面周辺にそってエッチングストッパを形成するとともに、該エッチングストッパに囲まれた内側に第１のエッチング犠牲層を形成する工程Ａと、第１のエッチング犠牲層上に、エッチングストッパと間隙をおいて延びるとともに順次長さを短くした第２のエッチング犠牲層を重ねて、段重ね山形状部を形成する工程Ｂと、第１のエッチング犠牲層上の中央部に段重ね山形状部と間隙をおいて設定される所定範囲に第１の半導体層を形成する工程Ｃと、段重ね山形状部の上面から、一端はエッチングストッパ上に延び、他端は第１の半導体層に連なる第２の半導体層を形成するとともに、該第２の半導体層の上面にサーモパイルを形成する工程Ｄと、半導体シリコン基板のエッチングストッパに囲まれた内側、第１のエッチング犠牲層および第２のエッチング犠牲層をエッチング除去する工程Ｅとを有して、第１の半導体層からなる赤外線検知領域を支持する第２の半導体層からなる断面アーチ形状の梁を得るものとした。
【００１８】
第１のエッチング犠牲層がポリシリコン、第２のエッチング犠牲層がシリコン酸化膜、第１の半導体層がシリコン窒化膜、第２の半導体層がシリコン窒化膜であり、工程Ｅは、強アルカリエッチング液でまず第１のエッチング犠牲層を除去し、次いでフッ素酸系エッチング液で第２のエッチング犠牲層を除去するものとすることができる。
【００１９】
この際には、工程Ｃにおける第１の半導体層と工程Ｄにおける第２の半導体層が、両層が連結した構造体として同時に形成されることが好ましい。
【００２０】
あるいは、また第１のエッチング犠牲層がポリシリコン、第２のエッチング犠牲層がポリシリコン、第１の半導体層がシリコン酸化膜、第２の半導体層がシリコン酸化膜であり、工程Ｅは、強アルカリエッチング液で第１、２同時にエッチング犠牲層を除去するものとすることができる。
したがって、エッチングが一度で済むから工程数が少なくなる。
【００２１】
請求項５の赤外線検出素子の製造方法は、多角形状の半導体シリコン基板の上面周辺にそってエッチングストッパを形成するとともに、該エッチングストッパに囲まれた内側に第１のポリシリコンエッチング犠牲層を形成する工程Ｆと、第１のポリシリコンエッチング犠牲層上の中央部に設定される所定範囲と該所定範囲と上記エッチングストッパの間に設定される梁を形成する部分とに第２のポリシリコンエッチング犠牲層を重ね、該第２のポリシリコンエッチング犠牲層の梁を形成する部分の先端部および根元部と上記所定範囲とにボロンを注入することにより、上記先端部および根元部には第１のポリシリコン層のブロックを形成し、所定範囲には第２のポリシリコン層を形成するとともに、第１のポリシリコン層のブロックと第２のポリシリコン層の各表面に酸化膜を形成する工程Ｇと、梁を形成する部分の第２のポリシリコンエッチング犠牲層およびその両端の第１のポリシリコン層のブロックの上に、順次該両端の第１のポリシリコン層のブロックと一部重なるように長さを短くした第２のポリシリコンエッチング犠牲層を重ねて段重ね山形状部を形成するとともに、第２のポリシリコンエッチング犠牲層を重ねるごとに当該第２のポリシリコンエッチング犠牲層の両端部分にボロンを注入して新たな段の第１のポリシリコン層のブロックとし、当該ブロックの表面に酸化膜を形成することを、最終段の全長を第１のポリシリコン層のブロックとし酸化膜を形成するまで繰り返す工程Ｈと、段重ね山形状部の酸化膜上面にサーモパイルを形成する工程Ｉと、第１、第２のポリシリコンエッチング犠牲層をエッチング除去する工程Ｊとを有して、第２のポリシリコン層からなる赤外線検知領域を支持する第１のポリシリコン層のブロックからなる断面アーチ形状の梁を得るものとした。
【００２２】
第２のポリシリコンエッチング犠牲層の一部に高濃度のボロンを注入することにより各段のブロックを形成するので、ブロック形成の工程が低減し、さらに、エッチングが一度で済む。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を実施例により説明する。
図１、図２は第１の実施例の赤外線検出素子を示し、図１の（ａ）はその平面図、（ｂ）はそのＦ−Ｆ部の断面図、図２は図１の（ａ）におけるＦ１−Ｆ１部の断面図を示す。
第１の実施例の赤外線検出素子は、全体平面形状が四角形のシリコン基板１に断面アーチ形状のシリコン窒化膜の梁１１を介して赤外線検知領域を支持し、梁上にサーモパイルを形成して構成される。なお、基枠２７の表面はポリシリコンエッチングストッパ１４でカバーされている。
【００２４】
平面図上、基枠２７の各角部近傍から隣接する辺に平行で所定幅の間隙を設けていずれも時計方向にシリコン窒化膜の梁１１が隣の梁近傍まで延びている。
断面図上、基枠２７から複数の段付を有してアーチ形状になるように梁１１が隣の梁近傍まで延びている。
各梁１１の内側には、シリコン窒化膜の四角形の赤外線検知領域２が設けられ、その４つの角部がそれぞれ各梁１１の先端に接続している。この接続のため各梁１１の先端部は赤外線検知領域２に向かって直角に曲がっている。
【００２５】
赤外線検知領域２上には赤外線吸収膜１０が形成され、また各梁１１上にはその全長にわたってサーモパイルが設けられている。ｐ型ポリシリコンサーモパイル３とｐ型ポリシリコンサーモパイル３’とが対向して設けられ、また、ｎ型ポリシリコンサーモパイル４とｎ型ポリシリコンサーモパイル４’が対向して設けられている。
すなわち、赤外線吸収膜１０上でｐ型ポリシリコンサーモパイル３の先端がアルミ配線５でｎ型ポリシリコンサーモパイル４の先端と接続されている。また、ｐ型ポリシリコンサーモパイル３’の先端がアルミ配線８でｎ型ポリシリコンサーモパイル４’の先端と接続されている。
【００２６】
そして、ポリシリコンエッチングストッパ１４上でｎ型ポリシリコンサーモパイル４の根元とｐ型ポリシリコンサーモパイル３’の根元とがアルミ配線９で接続されている。ｐ型ポリシリコンサーモパイル３の根元から基枠２７上を延びるアルミ配線２５とｎ型ポリシリコンサーモパイル４’の根元が外部端子へ接続されている。
【００２７】
図２に示すように、赤外線検知領域２は基枠２７と熱分離されて基枠２７表面の高さに当該表面と平行に配置されると共に、梁１１によってシリコン基板１の四角錐状の凹部空間内に支持されている。
【００２８】
次に図３〜図８は、第１の実施例の赤外線検出素子の製造方法を説明した図である。図３〜図８のそれぞれにおいて（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ部断面図である。
第１の工程で、まず、シリコン基板１上面全域にポリシリコンエッチング犠牲層１５をＣＶＤにより形成し、その外周部の各外縁（辺）にそって所定の幅にボロンを注入することにより四角枠形状のポリシリコンエッチングストッパ１４を形成する。この状態が図３である。
【００２９】
次に第２の工程でエッチング犠牲層１５上で梁１１を形成する部分、すなわちポリシリコンエッチングストッパ１４と平行に間隙をおいた部分に、エッチング犠牲層１５の各辺の中心近傍から片方（例えば図４では反時計方向）にオフセットさせて、梁の根元部と先端部に対応する部分を残した所定の長さのシリコン酸化膜によるエッチング犠牲層１６がＣＶＤにより形成される。この状態が図４である。
【００３０】
第３の工程で、エッチング犠牲層１６に続いて同材料のエッチング犠牲層を、エッチング犠牲層１５上に形成されるシリコン酸化膜によるエッチング犠牲層の全体が段重ね山形状になるように、順次積層する。すなわち、エッチング犠牲層１６の上面の長手方向略中央部にエッチング犠牲層１６と同じ幅かつエッチング犠牲層１６よりも短いエッチング犠牲層１８がＣＶＤにより形成される。この状態が図５である。
【００３１】
第４の工程で梁１１と赤外線検知領域２とになるシリコン窒化膜１１Ａ、２Ａの構造体を段重ね山形状部分及びこれらに囲まれた中央部のエッチング犠牲層１５上にＣＶＤによって形成する。
次にシリコン窒化膜１１Ａの上面にｐ型及びｎ型のサーモパイル３、３’、４、４’が形成され、さらにアルミ配線５、８が、各サーモパイルが直列になるように形成される。
次にシリコン窒化膜２Ａの上面に赤外線吸収膜１０の層が蒸着により形成される。この状態が図６である。
【００３２】
第５の工程で強アルカリエッチング液（例えば、ヒドラジン１水和物）によりシリコン基板１表面から異方性エッチングすることにより、ポリシリコンエッチングストッパ１４でカバーされた部分より内側のシリコン基板１の層がエッチング犠牲層１５と共にエッチングされ、シリコン基板１に四角錐状の凹部が形成される。この状態が図７である。
これにより、図２に示すように、上面に赤外線吸収膜１０を有する赤外線検知領域２が残るとともに、スリット６がシリコン窒化膜１１Ａ部分の周りに形成される。
【００３３】
第６の工程でフッ素酸系エッチング液によりエッチング犠牲層１６およびエッチング犠牲層１８をウエットエッチングで除去して図８のアーチ形状のシリコン窒化膜１１Ａからなる梁１１が残る。
【００３４】
本実施例ではエッチング犠牲層１５が発明の第１のエッチング犠牲層に該当し、エッチング犠牲層１６、エッチング犠牲層１８が第２のエッチング犠牲層に、赤外線検知領域２と梁１１とになるシリコン窒化膜２Ａ、１１Ａの構造体が第１及び第２の半導体層に該当する。そして、第１の工程が発明の工程Ａを構成し、第２、第３の工程が工程Ｂ、第４の工程が工程Ｃ及びＤ、第５、第６の工程が工程Ｅを構成する。
【００３５】
以上のように製造された赤外線検出素子では、梁１１の断面が複数の段付を有するアーチ形状となっているため平面形状を変えずに、セル幅Ｓを変えずに梁１１の実長が大きくなっている。
よって、赤外線検出領域２を減らさないで並列合成熱抵抗Ｒｔｈを大きくできる分だけ、赤外線検出感度Ｒを増加させられ、比検出能Ｄ^＊を向上できる。
【００３６】
図９、図１０は第２の実施例の赤外線検出素子を示し、図９の（ａ）はその平面図、（ｂ）はそのＭ−Ｍ部の断面図、図１０は図９の（ａ）におけるＭ１−Ｍ１部の断面図である。
第２の実施例の赤外線検出素子は、第１の実施例におけるシリコン窒化膜の梁１１をシリコン酸化膜の梁１２にしたものであり、その他の構成は第１の実施例と同構成である。
図１０に示すように、赤外線検知領域２’は基枠２７と熱分離されて基枠２７表面の高さに当該表面と平行に配置されると共に、梁１２によってシリコン基板１の四角錐状の凹部空間内に支持されている。
サーモパイル及び梁１２は基枠２７から断面アーチ形状に延びている。
但し、製造の過程に使われるエッチング犠牲層の材質、エッチング回数は異なる。
【００３７】
次に図１１〜図１５は、第２の実施例の赤外線検出素子の製造方法を説明した図である。図１１〜図１５のそれぞれにおいて（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＭ−Ｍ部断面図である。各工程は第１の実施例の場合と類似部分が多いので、先の図３〜図８に対して縮尺を小さくして示す。
第１の工程で、まず、シリコン基板１上面全域にポリシリコンエッチング犠牲層１５をＣＶＤにより形成し、その外周部の各外縁（辺）にそって所定の幅にボロンを注入することにより四角枠形状のポリシリコンエッチングストッパ１４を形成する。この状態が図１１である。
【００３８】
次に第２の工程でエッチング犠牲層１５上で前実施例と同様に梁を形成する部分にポリシリコンによるエッチング犠牲層１９がＣＶＤにより形成される。この状態が図１２である。
第３の工程でエッチング犠牲層１９の上面の長手方向略中央部にエッチング犠牲層１９と同じ幅かつエッチング犠牲層１９より短い所定の長さのポリシリコンによるエッチング犠牲層２０がＣＶＤにより形成して段重ね山形状とする。この状態が図１３である。
【００３９】
第４の工程で梁１２と赤外線検知領域２’とになるシリコン酸化膜１２Ａ、２’Ａの構造体を段重ね山形状部分及びこれらに囲まれた中央部のエッチング犠牲層１５上にＣＶＤによって形成する。
次にシリコン酸化膜１２Ａの上面にｐ型及びｎ型のサーモパイル３、３’、４、４’が形成され、さらにアルミ配線５、８が、各サーモパイルが直列になるように形成される。
次にシリコン酸化膜２’Ａの上面に赤外線吸収膜１０の層が蒸着により形成される。この状態が図１４である。
【００４０】
第５の工程で強アルカリエッチング液によりシリコン基板１表面から異方性エッチングすることにより、ポリシリコンエッチングストッパ１４でカバーされた部分の内側のシリコン基板１の層がエッチング犠牲層１５、エッチング犠牲層１９およびエッチング犠牲層２０と共にエッチングされ、シリコン基板１に四角錐状の凹部が形成される。
これにより、図１５に示すようなアーチ形状の梁１２が得られる。図９、図１０に示すようなスリット６が梁１２形成部分の周りに形成される。
【００４１】
本実施例ではエッチング犠牲層１５が発明の第１のエッチング犠牲層に該当し、エッチング犠牲層１９、エッチング犠牲層２０が第２のエッチング犠牲層に、シリコン酸化膜２’Ａが第１の半導体層に、シリコン酸化膜１２Ａが第２の半導体層に該当する。そして、第１の工程が発明の工程Ａを構成し、第２及び第３の工程が工程Ｂ、第４の工程が工程Ｃ及びＤ、第５の工程が工程Ｅを構成する。
【００４２】
ここでは、梁に第１の実施例で用いられたシリコン窒化膜より熱伝導率Ｋ１が低い、すなわち熱抵抗のより一層高いシリコン酸化膜を用いているので、並列合成熱抵抗Ｒｔｈを一層大きくできる。よって、赤外線検出感度Ｒを一層増加させられ、比検出能Ｄ^＊を一層向上できる。
また、エッチングが一度で済むので、赤外線検出素子の製造の工程を低減できる。
【００４３】
図１６、図１７は第３の実施例の赤外線検出素子を示し、図１６の（ａ）はその平面図、（ｂ）はそのＳ−Ｓ部の断面図、図１７は図１６の（ａ）におけるＳ１−Ｓ１部の断面図である。
第３の実施例の赤外線検出素子は、第２の実施例の梁１２のかわりに複数のポリシリコンのブロックを重ねて形成した段重ね山形状の梁１３とすると共に、その梁１３の表面には絶縁性の酸化膜２８を形成している。すなわち断面図上、基枠２７からアーチ形状になるように酸化膜２８を表面に形成した梁１３が隣の梁近傍まで延びている。
【００４４】
図１７に示すように、赤外線検知領域２”は基枠２７と熱分離されて基枠２７表面の高さに当該表面と平行に形成されると共に、梁１３によってシリコン基板１の四角錐状の凹部空間内に支持されている。
その他の構成は第２の実施例と同構成である。
但し、製造の過程に使われるエッチング犠牲層の材質は異なる。
【００４５】
次に図１８〜図２５は、第３の実施例の赤外線検出素子の製造方法を説明した図である。図２２、図２３を除く各図のそれぞれにおいて（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＳ−Ｓ断面図である。
第１の工程で、まず、シリコン基板１上面全域にポリシリコンエッチング犠牲層１５をＣＶＤにより形成し、その外周部の各外縁（辺）にそって所定の幅にボロンを注入することにより四角枠形状のポリシリコンエッチングストッパ１４を形成する。この工程は先の図１１と同じである。
【００４６】
次に第２の工程で、まず図１８のように、エッチング犠牲層１５上で梁を形成する部分と赤外線検知領域を形成する部分に、ポリシリコンによるエッチング犠牲層２１がＣＶＤにより形成される。そして、このエッチング犠牲層２１の赤外線検知領域対応部分とこの赤外線検知領域対応部分に続く梁を形成する部分の先端部および根元部（基枠２７側）に、後に行なわれるエッチングのスピードを遅くコントロールする高濃度のボロンが注入されて、図１９に示すように、エッチング犠牲層１５の上面中央部においては赤外線検知領域２”となるポリシリコン膜２”Ａとなり、上記の先端部および根元部のボロン注入部分はポリシリコンブロック２３となる。
続いて、図２０のように、ポリシリコン膜２”Ａと各ブロック２３の表面には酸化膜２８が形成される。
【００４７】
第３の工程で、梁を形成する部分に、エッチング犠牲層２１の両端のブロック２３と一部重なって全体が段重ね山形状になるようにポリシリコンによるエッチング犠牲層２２がＣＶＤにより形成される。そして、エッチング犠牲層２２の両端部分に第２の工程と同様に高濃度のボロンが注入されてブロック２４、２４となる。この状態が図２１である。
続いて、図２２のように、各ブロック２４の表面には酸化膜２８が形成される。
【００４８】
第４の工程では上記第３の工程と同様の工程が繰り返され、エッチング犠牲層２２上に両端のブロック２４と一部重なるポリシリコン層が形成され、これの全長にわたって高濃度のボロンが注入されてブロック２６となる。
そして、ブロック２６の表面に酸化膜２８が形成される。この状態が図２３である。
第５の工程で、ブロック２３、ブロック２４、ブロック２６からなる山形状のブロックの連続体の酸化膜２８上面にｐ型及びｎ型のサーモパイル３、３’、４、４’が形成される。また、アルミ配線５、８が、各サーモパイルが直列になるように形成される。
そして、ポリシリコン膜２”Ａの上面に赤外線吸収膜１０の層が蒸着により形成される。
この状態が図２４である。
【００４９】
第６の工程で強アルカリエッチング液によりシリコン基板１表面から異方性エッチングすることにより、各ブロック２３、２４、２６とポリシリコン膜２”Ａと赤外線吸収膜１０とポリシリコンエッチングストッパ１４でカバーされた部分とを残して、その内側のシリコン基板１の層が図２５のようにエッチング犠牲層１５、エッチング犠牲層２１、エッチング犠牲層２２と共にエッチングされる。
ポリシリコン膜２”Ａとブロックとエッチング犠牲層はポリシリコンであるが、ポリシリコン膜２”Ａとブロック２３、２４、２６はボロンが注入されているので所定時間のエッチングでエッチング犠牲層のみが除去される。
なお、図２５の（ａ）には赤外線吸収膜１０を取り除いた図を示してある。
これにより、ポリシリコン膜２”Ａが赤外線検知領域２”となり、ブロック２３、２４、２６の連続体からなるアーチ形状の梁１３が得られる。図１６、図１７に示すようなスリット６が梁１３形成部分の周りに形成される。
【００５０】
本実施例ではエッチング犠牲層１５が発明の第１のポリシリコンエッチング犠牲層に該当し、エッチング犠牲層２１およびエッチング犠牲層２２が第２のポリシリコンエッチング犠牲層に、ポリシリコン膜２”Ａが第２のポリシリコン層に、ブロック２３、ブロック２４、ブロック２６が第１のポリシリコン層に該当する。そして、第１の工程が発明の工程Ｆを構成し、第２の工程が工程Ｇ、第３および第４の工程が工程Ｈ、第５の工程が工程Ｉ、第６の工程が工程Ｊを構成する。
【００５１】
また、ブロック２３、２４等の形成は第２のポリシリコンエッチング犠牲層の一部に高濃度のボロンをブロックに注入することにより行なうので、ブロックと第２のポリシリコンエッチング犠牲層に同材料を用いて少ない工程で形成でき、さらに、エッチングが一度で済む。
梁の一部を酸化膜で構成しているので、並列合成熱抵抗Ｒｔｈを一層大きくできる。
また、本実施例では、酸化膜２８を梁および赤外線検知領域となる部分の上面にのみ形成させたが、このような積極的な酸化のほか自然酸化により、あるいは自然酸化と組み合わせることにより、梁を構成するブロックの裏面を含む全周に酸化膜を形成することもできる。
【００５２】
なお、サーモパイルを用いた赤外線検出素子を説明したが、例えば、抵抗の温度変化を利用したボロメータ型赤外線検出素子にも適用でき、比検出能Ｄ^＊の向上が図れる。
【００５３】
第２、第３の実施例では、赤外線検知領域を梁と同じ材料にしたが、第１の実施例と同様に赤外線検知領域はシリコン窒化膜とすることもできる。
【００５４】
【発明の効果】
梁をアーチ形状に形成するので、セル幅の大きさを変えずに梁を長くできる。よって、赤外線検出領域を減らさないで並列合成熱抵抗を大きくできる分だけ、赤外線検出感度を増加させられ、比検出能を向上できる。
とくに梁を段付を有するアーチ形状としたことにより、セル幅の大きさを変えずに梁を一層長くできる。
【００５５】
梁をシリコン酸化膜や酸化膜で覆われたポリシリコンにする場合、熱抵抗が高い酸化膜部分を有するので並列合成熱抵抗を一層大きくできる。
【００５６】
エッチング犠牲層をシリコン酸化膜にすることにより、エッチングが一度で済むので、赤外線検出素子を低コストで製造できる。
エッチング犠牲層をポリシリコンにすることにより、エッチングが一度で済むとともに赤外線検出素子の材料の種類を低減できるので、赤外線検出素子を一層低コストで製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の赤外線検出素子を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施例の赤外線検出素子を示す断面図である。
【図３】第１の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図である。
【図４】第１の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図である。
【図５】第１の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図である。
【図６】第１の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図である。
【図７】第１の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図である。
【図８】第１の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図である。
【図９】第２の実施例の赤外線検出素子を示す図である。
【図１０】第２の実施例の赤外線検出素子を示す断面図である。
【図１１】第２の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図である。
【図１２】第２の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図である。
【図１３】第２の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図である。
【図１４】第２の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図である。
【図１５】第２の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図である。
【図１６】第３の実施例の赤外線検出素子を示す図である。
【図１７】第３の実施例の赤外線検出素子を示す断面図である。
【図１８】第３の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図である。
【図１９】第３の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図である。
【図２０】第３の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図である。
【図２１】第３の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図である。
【図２２】第３の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図である。
【図２３】第３の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図である。
【図２４】第３の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図である。
【図２５】第３の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図である。
【図２６】従来例の赤外線検出素子を示す図である。
【図２７】従来例の赤外線検出素子の製造過程を示す図である。
【図２８】従来例の赤外線検出素子の製造過程を示す図である。
【図２９】従来例の赤外線検出素子の製造過程を示す図である。
【図３０】従来例の赤外線検出素子の製造過程を示す図である。
【符号の説明】
１ シリコン基板
２、２’、２” 赤外線検知領域
２Ａ シリコン窒化膜
２’Ａ シリコン酸化膜
２”Ａ ポリシリコン膜
３、３’ ｐ型ポリシリコンサーモパイル
４、４’ ｎ型ポリシリコンサーモパイル
５、８、９、２５ アルミ配線
６ スリット
１０ 赤外線吸収膜
１１、１２、１３ 梁
１１Ａ シリコン窒化膜
１２Ａ シリコン酸化膜
１４ ポリシリコンエッチングストッパ
１５ エッチング犠牲層
１６、１８ エッチング犠牲層
１７ 酸化膜
１９、２０ エッチング犠牲層
２１、２２ エッチング犠牲層
２３、２４、２６ ブロック
２７ 基枠
２８ 酸化膜
３１ シリコン基板
３２ 赤外線検知領域
３３ ｐ型ポリシリコンサーモパイル
３４ ｎ型ポリシリコンサーモパイル
３５ アルミ配線
３６ スリット
３７ セル幅
３８ 梁
４０ 赤外線吸収膜
４４ ポリシリコンエッチングストッパ
４５ ポリシリコンエッチング犠牲層
Ｓ セル幅

Claims (5)

1. 半導体シリコンの基枠と、平面上該基枠に囲まれて配置された赤外線検知領域と、前記基枠と赤外線検知領域とを連結する複数の梁と、各梁上に設けられたサーモパイルとを有する赤外線検出素子の製造方法であって、
   多角形状の半導体シリコン基板の上面周辺にそってエッチングストッパを形成するとともに、該エッチングストッパに囲まれた内側に第１のエッチング犠牲層を形成する工程Ａと、
   前記第１のエッチング犠牲層上に、前記エッチングストッパと間隙をおいて延びるとともに順次長さを短くした第２のエッチング犠牲層を重ねて、段重ね山形状部を形成する工程Ｂと、
   前記第１のエッチング犠牲層上の中央部に前記段重ね山形状部と間隙をおいて設定される所定範囲に第１の半導体層を形成する工程Ｃと、
   前記段重ね山形状部の上面から、一端は前記エッチングストッパ上に延び、他端は前記第１の半導体層に連なる第２の半導体層を形成するとともに、該第２の半導体層の上面にサーモパイルを形成する工程Ｄと、
   半導体シリコン基板のエッチングストッパに囲まれた内側、第１のエッチング犠牲層および第２のエッチング犠牲層をエッチング除去する工程Ｅとを有して、
   前記第１の半導体層からなる赤外線検知領域を支持する第２の半導体層からなる断面アーチ形状の梁を得ることを特徴とする赤外線検出素子の製造方法。
2. 第１のエッチング犠牲層がポリシリコン、第２のエッチング犠牲層がシリコン酸化膜、第１の半導体層がシリコン窒化膜、第２の半導体層がシリコン窒化膜であり、
   前記工程Ｅは、強アルカリエッチング液でまず第１のエッチング犠牲層を除去し、次いでフッ素酸系エッチング液で第２のエッチング犠牲層を除去するものであることを特徴とする請求項１記載の赤外線検出素子の製造方法。
3. 第１のエッチング犠牲層がポリシリコン、第２のエッチング犠牲層がポリシリコン、第１の半導体層がシリコン酸化膜、第２の半導体層がシリコン酸化膜であり、
   前記工程Ｅは、強アルカリエッチング液で第１、２のエッチング犠牲層を除去するものであることを特徴とする請求項１記載の赤外線検出素子の製造方法。
4. 前記工程Ｃにおける第１の半導体層と工程Ｄにおける第２の半導体層が、両層が連結した構造体として同時に形成されることを特徴とする請求項２または３記載の赤外線検出素子の製造方法。
5. 半導体シリコンの基枠と、平面上該基枠に囲まれて配置された赤外線検知領域と、前記基枠と赤外線検知領域とを連結する複数の梁と、各梁上に設けられたサーモパイルとを有する赤外線検出素子の製造方法であって、
   多角形状の半導体シリコン基板の上面周辺にそってエッチングストッパを形成するとともに、該エッチングストッパに囲まれた内側に第１のポリシリコンエッチング犠牲層を形成する工程Ｆと、
   前記第１のポリシリコンエッチング犠牲層上の中央部に設定される所定範囲と該所定範囲と前記エッチングストッパの間に設定される梁を形成する部分とに第２のポリシリコンエッチング犠牲層を重ね、該第２のポリシリコンエッチング犠牲層の前記梁を形成する部分の先端部および根元部と前記所定範囲とにボロンを注入することにより、前記先端部および根元部には第１のポリシリコン層のブロックを形成し、前記所定範囲には第２のポリシリコン層を形成するとともに、第１のポリシリコン層のブロックと第２のポリシリコン層の各表面に酸化膜を形成する工程Ｇと、
   前記梁を形成する部分の第２のポリシリコンエッチング犠牲層およびその両端の第１のポリシリコン層のブロックの上に、順次該両端の第１のポリシリコン層のブロックと一部重なるように長さを短くした第２のポリシリコンエッチング犠牲層を重ねて段重ね山形状部を形成するとともに、第２のポリシリコンエッチング犠牲層を重ねるごとに当該第２のポリシリコンエッチング犠牲層の両端部分にボロンを注入して新たな段の第１のポリシリコン層のブロックとし、当該ブロックの表面に酸化膜を形成することを、最終段の全長を第１のポリシリコン層のブロックとし酸化膜を形成するまで繰り返す工程Ｈと、
   前記段重ね山形状部の酸化膜上面にサーモパイルを形成する工程Ｉと、
   第１、第２のポリシリコンエッチング犠牲層をエッチング除去する工程Ｊとを有して、
   前記第２のポリシリコン層からなる赤外線検知領域を支持する前記第１のポリシリコン層のブロックからなる断面アーチ形状の梁を得ることを特徴とする赤外線検出素子の製造方法。

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