JP3811964B2 - 赤外線検出装置とその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、赤外線検出装置及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３０は特開平３−９４１２７号公報に示された従来の赤外線センサである。図３０ａはその要部の平面図、図３０ｂは図３０ａのＡＡ断面図である。図において、１は半導体基板で、（１００）面を主平面とするシリコン基板である。２は半導体基板１の主表面全域に形成されたメンブレン（膜）で、窒化シリコン膜は減圧ＣＶＤ法で膜厚２００ｎｍに形成されたものである。３はメンブレン２の表面に形成されたダイオードで温度検出用センサとして用いられる。ダイオード３は膜厚２００ｎｍの多結晶シリコンにボロンと砒素をドープされたＰ，Ｎ半導体層４、５のＰＮ接合部により形成されている。
【０００３】
６はこのダイオード３を覆って全表面上に形成された保護膜で、減圧ＣＶＤ法等による膜厚２００ｎｍの窒化シリコン膜である。７は開口部で、後述の熱絶縁室８を形成するためにエッチング液を注入するための開口で、保護膜６及びメンブレン２を貫通してシリコン基板１に到達するよう形成されている。開口部７は少なくとも２つ、ダイオード３を挟んでほぼ対称に設けられている。このとき開口部７によって残されたメンブレン２の形状は線対称もしくは点対称な平面対称形状に形成されている。ダイオード３はこのような対称形に形成されたメンブレン２の対称軸上もしくは対称点上に設けられている。８は熱絶縁室で、後述の赤外線吸収膜９とシリコン基板との熱絶縁を行うための空洞である。９は赤外線吸収膜で、ダイオード３を含む受光領域上に金黒等が蒸着されて形成されている。
【０００４】
熱絶縁室８は開口部７からアルカリ性溶液、例えば水酸化カリウム水溶液からなるエッチング溶液を注入し異方性エッチングにより形成される。シリコン基板１がエッチングされる領域は、予めシリコン基板１とメンブレン２との間に膜厚７０ｎｍの多結晶シリコンからなる犠牲層領域を形成することにより限定される。
【０００５】
このような構成とすることにより、シリコン基板１上の主表面を片面処理することにより赤外線センサを製作できるため、赤外線センサのサイズを微細化した場合でも、温度センサとして機能するダイオード３とメンブレン２との位置合わせを簡単に正確におこなうことができるので、安定した検出精度の赤外線センサが実現できる。
【０００６】
次にこの赤外線センサの動作について説明する。赤外線がセンサに照射されると、赤外線は赤外線吸収膜９に吸収され、メンブレン２の温度上昇を生じ、ダイオード３によってこれが電気信号に変換される。この時メンブレン２の裏側にシリコン基板１への熱伝達を防止する熱絶縁室８を設けたので、受光部の温度検出を効率よく行うことができる。
【０００７】
図３１は赤外線センサの他の従来例で、ＰＮ接合ダイオード３の両側にＰ型及びＮ型の半導体リード４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂが分岐するように形成されている。
これによりＰ型、Ｎ型のリードの温度に関係なくダイオードの温度特性が検出される。
この装置はエッチングホール７からエッチングにより中空構造をつくり、形成されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように検知部分（ＰＮ接合部分）と基板とは熱絶縁をよくするために中空構造を採用している。また検知部分と基板とを結ぶ橋はできるだけ細く熱絶縁を大きく形成されている。
この様に橋部を細く薄くするとセンサの保持強度が極端に低下するという問題点を生ずる。またこの様な構造では振動に弱く、監視用等の可搬型に向かない等の問題点がある。
【０００９】
また高密度の検出装置を形成しようとすると、赤外線検知部が微小化され、光感度が低下するという問題がある。
【００１０】
またマトリクス状に微細な赤外線検知部を配置して撮像装置を形成するとき、素子分離のため分離酸化膜を形成して、分離酸化膜で囲まれた内側に空洞等を形成するが、分離酸化膜の下側部分はストレスが溜り易く、この部分から横方向のエッチングされ、分離酸化膜の下側にもエッチングが進み、隣接検知部とつながるという問題がある。
【００１１】
さらにシリコン基板上に形成する赤外線検出装置のパターンの向きを不適当に設定すると、エッチングパターンが広がって微細な素子構成ができないという問題がある。
【００１２】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、赤外線検知部を支持する支持強度の強い構造を提供することを第１の目標とする。またその構造を形成するための製造方法を提供することを第２の目的とする。また第１の目的を達成するとともに、微細化された赤外線検知部の感度をあげることを付加的な目標とし、これを第３の目的とする、また第１の目的を達成するとともに、微細化した素子間の分離を確実にする方法を提供することを付加的な目標とし、これを第４の目的とする。また第１の目的を達成するとともに更に微細化した高密度パターンを精度よく形成することを付加的な目標とし、これを第５の目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係わる発明は、空洞がシリコン基板に形成され、上記空洞上部の上記シリコン基板表面の高さの空間にある絶縁部材上に設けられた赤外線検知部と、上記絶縁部材を上記空洞上に上記空洞の外側の上記シリコン基板上の部材と上記絶縁部材を結んで保持する橋部とを備え、該橋部の横断面の形状は長手方向全域にわたって段差を有するようにしたものである。
【００１４】
請求項２に係わる発明は、請求項１においてさらに、絶縁部材自身の断面形状が段差を有するようにしたものである。
【００１７】
請求項３に係わる発明は、請求項１または２の発明において、段差形状が逆Ｕ字型となるようにしたものである。
【００１８】
請求項４に係わる発明は、請求項１または２の発明において、橋部横断面の段差形状がＬ字型となるようにしたものである。
【００１９】
請求項５に係わる発明は、請求項１、または２の発明において、赤外線検知部と空洞との光学距離が測光波長の１／４となるようにしたものである。
【００２０】
請求項６に係わる発明は、請求項１、または２の発明において、赤外線検知部の下部のシリコン基板に形成された空洞の底に反射コートを設けるようにしたものである。
【００２２】
請求項７に係わる発明は、赤外線検知部を支持しシリコン基板表面の高さの空間にある絶縁部材と、それをシリコン基板の空洞上に、この空洞の外側のシリコン基板上の部材と絶縁部材を結んで保持するための橋部との部分のシリコン基板に、犠牲層による段差パターンを形成する工程と、この段差パターンを覆ってシリコン基板に絶縁層を形成する工程と、絶縁層上に赤外線検知部を形成する工程と、この絶縁層の絶縁部材および橋部の部分の外側周囲をエッチングしてエッチングホールを形成する工程と、このエッチングホールから犠牲層およびシリコン基板をエッチングして少なくとも上記橋部の長手方向全域にわたって橋部の横断面に段差を形成するとともに、橋部および絶縁部材の下側に空洞を形成する工程とを備えるようにしたものである。
【００２３】
請求項８に係わる発明は、赤外線検知部を支持しシリコン基板表面の高さの空間にある絶縁部材と、それをシリコン基板の空洞上に、この空洞の外側のシリコン基板上と絶縁部材を結んで保持するための橋部との部分のシリコン基板に、凹部の段差パターンを形成する工程と、この段差パターンを覆ってシリコン基板上に犠牲層を形成する工程と、この犠牲層を覆って絶縁層を形成する工程と、この絶縁層上に赤外線検知部を形成する工程と、この絶縁層の絶縁部材および橋部の部分の外側周囲をエッチングしてエッチングホールを形成する工程と、このエッチングホールから犠牲層およびシリコン基板をエッチングして少なくとも上記橋部の長手方向全域にわたって橋部の横断面に段差を形成するとともに、橋部および絶縁部材の下側に空洞を形成する工程とを備えるようにしたものである。
【００２４】
請求項９に係わる発明は、請求項７または８の発明において、犠牲層をポリシリコン層とするようにしたものである。
【００２５】
請求項１０に係わる発明は、請求項７または８の発明において、エッチングホールから犠牲層およびシリコン基板をエッチングして橋部の横断面に段差を形成する工程において、同時に絶縁部材の下方にも絶縁部材自身の段差を形成するようにしたものである。
【００２８】
【作用】
請求項１または２の発明は、橋部の長手方向全域にわたって橋部の横断面、または橋部の長手方向全域にわたって橋部の横断面と絶縁部材の断面形状に段差をつけるようにしたので、それらの２次断面モーメントを上げ、支持体としての剛性を上げるように働く。
【００２９】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明における橋部の横断面及び絶縁部材の段差形状を逆Ｕ字型としたので、それらの２次モーメントを上げ、支持体としての剛性を上げるように働く。
【００３０】
請求項４の発明は、請求項１または２の発明における橋部の横断面の段差形状をＬ字型としたので、その２次モーメントを上げ、支持体としての剛性を上げるように働く。
【００３１】
請求項５の発明は、請求項１または２の発明において赤外線検知部と空洞との光学距離を測光波長の１／４としたので、橋部と絶縁部材の２次断面モーメントを上げ、支持体としての剛性を上げるように働くとともに、空洞底面からの反射光の強度を光検知部の位置で最大とするように働く。
【００３２】
請求項６の発明は、請求項１または２の発明において空洞の底部に反射コートを設けたので、橋部と絶縁部材の２次断面モーメントを上げ、支持体としての剛性を上げるように働くとともに、空洞底面からの反射の効率を上げるように働く。
【００３５】
請求項７の発明は、シリコン基板上の犠牲層により段差パターンを形成するようにしたので、橋部及び絶縁部材の所定の部分にのみ段差が形成されるように働く。
【００３６】
請求項８の発明は、シリコン基板に凹部の段差パターンを設け、その上に犠牲層を成膜して段差を形成するようにしたので、犠牲層をパターン化することなく所定の部分にのみ段差が形成されるように働く。
【００３７】
請求項９の発明は、請求項７または８の発明における犠牲層としてポリシリコン層を用いたので、橋部及び絶縁層の所定の部分にのみ段差が形成されるように働く。
【００３８】
請求項１０の発明は、請求項７または８の発明において、エッチングホールから犠牲層およびシリコン基板をエッチングして橋部の横断面に段差を形成する工程において、同時に絶縁部材の下方にも絶縁部材自身の段差を形成するようにしたので、橋部と絶縁部材の両方の２次断面モーメントを上げ、支持体としての剛性を上げるように働く。
【００４１】
【実施例】
実施例１．
この発明の装置は、熱型センサによる赤外線検出装置をマトリクス状に配列して、これにより被写体からの赤外線像を感じて撮像する装置に関するものである。
図１にこの発明の赤外線検出装置の検出部の第１の実施例の平面図を、また図２に図１のＡＡ断面図を示す。１１はシリコン基板で、基板表面が（１００）面である。１２はシリコン基板１１上に形成された第１の絶縁層で、膜厚０．５μｍの酸化シリコン層である。１３は周辺と分離されたシート状の後述する絶縁部材４２上に形成された赤外線検知部で、その絶縁部材４２の一部である第１の絶縁層１２上に形成された約５０μｍ角のアモルファスシリコン層等で形成されている。２３は空洞で、絶縁部材４２と後述する橋部２１の下のシリコン基板に設けられ、赤外線検知部１３をシリコン基板１１と熱分離するためのものである。
【００４２】
１４は空洞２３の外側のシリコン基板上の部材の一つである水平信号線で、Ａ１等による配線パターンが第１の絶縁層１２上に１００μｍピッチ程度で形成されている。１５は第１の電極で、第１の絶縁層１２上に形成され赤外線検知部１３の一端と水平信号線１４とを接続している。１６も空洞２３の外側のシリコン基板上の部材の一つの垂直信号線で、水平信号線１４と図示していない第２の絶縁層を介して水平信号線１４と交差してやはり１００μｍ程度のピッチで形成されている。１７は第２の電極で、赤外線検知部１３の他の端と垂直信号線１６とを接続している。１８は第３の絶縁層で、赤外線検知部１３及び水平、垂直信号線１４、１６および第１、第２の電極１５、１７を覆って形成されている。
【００４３】
１９、２０は第１及び第２のエッチングホールで、水平信号線１４及び垂直信号線１６で取り囲まれた領域内で赤外線検知部１３を平面形状Ｕ字形に囲み、あるいは逆Ｕ字型に囲み、第３の絶縁層１８の表面から第１の絶縁層１２を貫通してシリコン基板１１表面まで形成されている。２１は絶縁部材４２を空洞２１上に絶縁部材４２とこの空洞２１の外側のシリコン基板上の部材である水平信号線１４と、あるいは絶縁部材４２と垂直信号線１６とを結んで保持するための橋部である。
橋部２１および絶縁部材４２の少なくとも一方の断面形状は段差を有している。ここで段差とは、その断面が逆Ｕ字型、Ｌ字型、Ｈ字型等の形状を有するもので、平面でないことをいう。橋部２１は第１及び第２のエッチングホール１９、２０の間にあり上記第１及び第３の絶縁層１２、１８で第１及び第２の電極１５、１７が挟持されて形成されている。
このように、絶縁部材４２に搭載された赤外線検知部１３は一対の橋部２１により水平信号線１４と垂直信号線１６との間に保持されている。
【００４４】
次にこの赤外線検出装置の動作について説明する。
図３に赤外線撮像装置の結線図を示す。赤外線検知部１３に赤外線が照射されると、赤外線検知部１３両端の抵抗変化が生じる。これをＨ（水平）スキャナ４０及びＶ（垂直）スキャナ４１によるスイッチＨｎ、Ｖｎで一つの赤外線検知部１３を選択し、その温度上昇による抵抗変化を電圧変化としてアンプ４４で増幅して端子５２で読みとることにより赤外線強度の測定が可能となる。
図１及び図２で示すように、この装置では、赤外線検知部１３及び赤外検知部１３からの取り出し電極１５、１７の下側に空洞２３を設け中空構造で支持して熱抵抗を上げ、赤外線検知部１３で吸収した熱がシリコン基板１１や、外部の水平、垂直信号線１４、１６に急速に逃げるのを防止して、受光部の検出感度をあげるようにしている。
【００４５】
また赤外線検知部１３を支持する絶縁部材及びそれを支持する橋部２１の断面形状を段差のある形とし、同一断面積での強度を大きくした。
図４は質量が均一な板による両端自由支持梁の撓み量を示したものである。撓み量δｍａｘは、ヤング率をＥ、断面２次モーメントをＩ、梁の中心に掛けられる荷重をＰ，梁の長さを１とすると、δｍａｘ＝Ｐ１3 ／４８ＥＩで表される。ここで断面２次モーメントは梁の形状により異なる。
図４ａに示すように、段差が断面形状平板３１の場合、断面２次モーメントＩは
【００４６】
【数１】
【００４７】
で与えられる。ここで幅Ｗ，即ち梁の長さ１を１２μｍ，厚みｄ1 ＝１μｍとすると、Ｉ＝１となる。
図４ｂに示すように、段差が断面形状逆Ｕ字型３２の場合、断面２次モーメントＩは
【００４８】
【数２】
【００４９】
で与えられる。ここで上記の平板３１の場合と比較するため段差形状の断面積を同一とし、Ｗ2 ＝４μｍ，ｄ2 ＝１μｍ，Ｗ3 ＝１μｍ，ｄ3 ＝４μｍとするとＩ＝１７となる。
図４ｃに示すように、段差が断面形状Ｌ字型３３の場合、断面２次モーメントは
【００５０】
【数３】
【００５１】
で与えられる。上記の場合と同様にして、Ｗ＝９μｍ，ｄ＝１μｍ，ｍ＝１μｍ，ｓ＝３μｍとするとＩ＝４となる。
以上のことから、梁の段差が逆Ｕ字型３２、Ｌ字型３３の場合は平板型３１より変形に強いことがわかる。
【００５２】
以上のように橋部２１および絶縁部材４２の少なくとも一方の断面形状に段差を有する赤外線検知部１３の支持部材を採用することにより、振動による変形等にも強い赤外線検出装置を形成することができる。
【００５３】
なおこの実施例では光検知部を赤外線検知部１３についてのみ説明したが、これが可視領域の光を検知する検知部であっても同様な作用効果があることは言うまでもない。
【００５４】
またこの実施例１では、赤外線検知部１３をアモルファスシリコン層で形成したが他のボロメータ型のセンサを用いても良い。また図５に示すように熱電対型としてもよい。熱電対型センサの材料としては、アルメルークロメル、銅−コンスタンタン、シリコン半導体のＰＮ接合等である。
【００５５】
またこの実施例１では、赤外線検知部１３をアモルファスシリコン層で形成したが、検知部を焦電型としてもよい。焦電型検知部の材料としては、チタン酸鉛、硫酸グリシン、タンタル酸リチウム、ポリ弗化ビニデン等である。
【００５６】
実施例２．
図６、図７、図８、図１及び図２により、実施例１で示した赤外線検知部１３及び橋部２１の下側が逆Ｕ字型梁で形成される赤外線検出装置の製造方法を示す。
図６において、（１００）面を表面とするシリコン基板１１上に、約１００μピッチのマトリクス状に、通常の方法により膜厚約０．５μｍの分離酸化層２６を形成する。次に分離酸化層２６に囲まれた領域内に膜厚約１μｍのポリシリコン層等の犠牲層による段差パターン２２を形成する。次に段差パターン２２を覆ってＣＶＤ法により酸化シリコン層等の膜厚０．５μｍの第１の絶縁層１２を形成する。次に分離酸化層上の第１の絶縁層１２上にＡ１層を成膜しパターニングして図１に示す水平信号線１４を形成する。次に水平信号線１４上に膜厚０．５μｍの第２の絶縁層パターン１５（図示せず）を形成する。この上に水平信号線１４と交差して垂直信号線１６を形成する。
【００５７】
次に図１に示すように、水平信号線１４と垂直信号線１６に囲まれた領域内で、後から形成される赤外線検知部１３の一端と水平信号線１４とを接続する第１の電極１５、及び赤外線検知部１３の他端と垂直信号線１６とを接続する第２の電極１７をＡ１等を成膜しパターニングすることにより形成する。
次にレジストマスクを施し、図１に示す第１の電極１５及び第２の電極１７の間にアモルファスシリコン層を成膜し、赤外線検知部１３を形成する。
次にＣＶＤ法により酸化シリコン層等の図６に示す膜厚０．５μｍの第３の絶縁層１８を形成する。
次に図７に示すように、第３の絶縁層１８表面からシリコン基板１１上まで、図１に示す水平信号線１４及び垂直信号線１６で囲まれた領域内で、赤外線検知部１３とこれを水平、垂直信号線１４、１６に接続する第１、第２の電極１５、１７を除く部分に反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）等によりエッチングホール１９、２０を形成する。
次に図８に示すように、エッチングホール１９、２０からＫＯＨ等のシリコンを異方性エッチングする溶剤を注入し、犠牲層２２及びシリコン基板１１をエッチングする。これにより、信号線１５、１７の下側及び赤外線検知部１３の下の絶縁部材の下側に段差と赤外線検知部１３および第１及び第２の電極の下側に底面が約５０μｍ，深さ２〜５μｍ程度の空洞２３を形成する。
以上の工程が完了すると、図１、図２に示すように、絶縁部材４２上に形成された赤外線検知部１３が、空洞２３上に絶縁部材４２を構成する第１及び第２の電極１５、１７を絶縁層１２、１８に挟んで形成した断面形状に段差がある幅約１２μｍの橋部２１により、水平及び垂直信号線１４、１６間に保持された構造が形成される。
【００５８】
この実施例では、段差パターン２２をポリシリコン層で形成したが、これをシリコン異方性エッチング液に溶ける材料、例えば、アルミニウム、銅、クロミウム、鉄、マグネシウム、バナジウム、亜鉛等とすることができる。これは後述する実施例でも同様である。
この時用いられる溶剤は、ＫＯＨ等のアルカリ溶液の他、ヒドラジン、ＴＭＡＨ等が用いられる。
【００５９】
次にこの製造方法の動作を説明する。
シリコン基板表面を（１００）面としたので、この垂直方向はエッチングされ易く、空洞２３はエッチングされにくい（１１１）面に沿って形成される。
【００６０】
シリコン基板１１表面の赤外線検知部１３及び電極１５、１７の下側に図６に示す膜厚約１μｍポリシリコン層を用いた犠牲層による段差パターン２２を形成した後、エッチングホール１９、２０から４４重量％のＫＯＨ溶液でエッチングしたので、犠牲層はシリコン層より約１００倍も容易にエッチングされるので、空洞２３の形成時に赤外線検知部１３及び電極１５、１７の下側に凹部を形成することにより、絶縁部材４２および橋部２１の断面形状に段差を容易に形成できる。
【００６１】
実施例３．
図９に、赤外線検知部１３の下側は平板の梁とし、橋部２１の下側をＬ字型梁で形成する場合の赤外線検出装置の製造工程の一部を示す断面図を示す。また図１０にその完成断面図を示す。
図９に示すように、表面が（１００）面であるシリコン基板１１上に、赤外線検知部１３及び第１及び第２の電極１５、１７が形成される下側部分に、ポリシリコンによる犠牲層による段差パターン２２を形成するようにしたものである。
これを実施例２で示したようにエッチングホール１９、２０からＫＯＨ等でエッチングすると図１０に示すように、Ｌ字型の橋部２１が得られる。
この方法によると逆Ｕ字型よりは剛性は小さいが、橋部の強度は平板型より大きく充分な保持力があり、犠牲層のパターンが簡易であるという利点がある。
【００６２】
実施例４．
図１１に実施例１で示した赤外線検知部１３及び橋部２１の下側に段差を設けた赤外線検出装置の他の製造方法の一実施例を示す。
図１１に示すように、平面が（１００）面であるシリコン基板１１にフォトマスクを施し、シリコン表面の露出部分をドライエッチ、または異方性エッチングして、赤外線検知部１３及び第１及び第２の電極１５、１７が形成される下側部分に凹部の段差パターン４７を形成する。次に、ＣＶＤ法により酸化シリコン層による第１の絶縁層１２を形成する。以下の工程は実施例２と同様であるので省略する。
図１２はこのようにして形成した赤外線検出装置の完成断面図を示す。
【００６３】
図１１において、上記のようにシリコン基板１１上に凹部の段差パターン４７を形成した後、膜厚約７０ｎｍの更にポリシリコン層４６によるパターンを形成して橋部２１の下に段差を形成すると共に空洞２３のエッチングを行う。このポリシリコン層４６はシリコンに比べＫＯＨに対し１００倍程度溶け易いので、ポリシリコンのパターンから一斉に下方に空洞２３がエッチングされる効果がある。
この方法によれば、犠牲層のパターニングの必要がなく段差の形成が簡易で、工程数を減らすことができる。
【００６４】
実施例５．
図１３にこの発明の赤外線検出装置の第５の実施例の断面図を示す。２８は赤外線である。実施例１の図２に示した断面図において、この発明では空洞２３の底面と赤外線検知部１３との距離が入射照射される赤外線２８の波長の１／４としたものである。例えば赤外線の波長を１０μｍとすると、赤外線検知部１３と空洞２３の底との距離は約２．５μｍである。
【００６５】
この製造方法は、予めシリコンのエッチングレートを測定しておき、エッチング深さに対応したエッチング時間を設定する。また後述する実施例１２、１３、１４等の方法によりエッチング深さをモニタしながらエッチング深さを赤外線の波長の１／４に形成する。
このような構成をとることにより、上方から照射した赤外線が赤外線検知部１３を通過し空洞２３の底で反射された光が赤外線検知部１３の位置で最大の強度となるので、検出感度を向上することができる。
【００６６】
実施例６．
図１４にこの発明の赤外線検出装置の第６の実施例の断面図を示す。２９は反射膜で、実施例１の赤外線検出装置において図２の空洞２３の底面に反射膜コートしたものである。
空洞２３の底は（１００）面の反射率はそれほど高くないので反射膜２９により反射率を高めたものである。
【００６７】
反射膜２９の製造方法は、選択メタルＣＶＤ法により行う。例えばＷの選択ＣＶＤは、６弗化タングステン、水素、シランガスを用いＣＶＤ法によりタングステン膜を空洞２３の底のシリコン面上に選択的に成長させる。
選択メタルＣＶＤ法により形成される他の反射膜２９材料としては、モリブデン、アルミニウムも可能である。
このような構成とすることにより、微細な赤外線検知部１３の場合でも効率よく検出が可能となる。
【００６８】
実施例７．
実施例６では図１４に示す反射膜２９としてタングステン、モリブデン、アルミニウム等と純金属層を用いたが、ＷＳｉ2 、ＴａＳｉ2 、ＴｉＳｉ2 等のシリサイドを用いると、耐酸化腐食性に強いという効果がある。
この膜の製造方法も選択メタルＣＶＤ法を用い、例えばタングステンを空洞２３の底に形成した後熱処理してシリサイド化する。
【００６９】
実施例８．
実施例６における反射膜２９を金等の膜をメッキ法で形成することができる。シリコン基板１１は導電性があるので、実施例２で空洞２３まで形成された赤外線検出装置を電解液中に入れ、シリコン基板を陰極としてメッキすると、シリコンの表面が露出している空洞２３の底面にのみ金膜を形成することができる。
この方法によれば、ＣＶＤ装置等が必要なく、製造コストをさげることができる。
【００７０】
実施例９．
図１５および図１６に、実施例２等における図２の空洞２３のエッチング工程において、エッチングが隣接する他の素子にまで広がらないようにするための構造とする一実施例を示す。図１５において２７はエッチングストッパで、分離酸化膜２６の下側に形成されたｐ＋層である。
【００７１】
この酸化分離膜２６及びエッチングストッパ２７の製造方法は、シリコン基板１１上に酸化シリコンを形成した後窒化シリコン層を形成し、酸化分離膜２６の部分をパターニング除去し、この上から濃度１０18〜１０20／ｃｍ3 のボロンを注入してシリコン基板に厚み０．３〜０．５μｍのｐ＋層を形成し、エッチングストッパ２７を形成する。つぎにこの基板を酸化処理してエッチングストッパ上に酸化分離膜２６を形成する。
【００７２】
エッチングストッパ２７の動作は、酸化分離膜２６の下側のシリコン基板１１にエッチングが進行しようとしても、濃度１０20／ｃｍ3 のｐ＋層のエッチングレートはほとんど０であるので、エッチングストッパ２７のところでエッチングが停止し、エッチングが横へ広がらないようにする。
この構成をとることにより、図１６ｂに示すような分離酸化層２６下へのエッチングの食い込み部分２８を生じないので、微小な素子の場合でも隣接する素子との連結を防止することができる。
【００７３】
実施例１０．
この実施例においては、実施例２に示す図１及び図２の赤外線検出装置の製造方法において、エッチングホール１９、２０を形成する方向を、エッチングホール１９、２０の長手方向（図１の上下方向）が、（１００）面が表面であるシリコン基板上で＜１１０＞方向となるようにしたものである。
このようにするためには、表面が（１００）で、ファセットの方向が（１１０）面のシリコンウエハを用いてエッチングホールの長手方向をファセットに対して平行或いは垂直方向とする。
【００７４】
この実施例の動作は、エッチングホールを＜１１０＞と平行な直方形とすると、エッチピットはエッチングホールを下底とする逆ピラミット状となるが、＜１１０＞方向と傾斜してエッチングホールを形成すると、（１００）面はエッチングされ易く、（１１１）面はエッチングされにくいので、エッチングホールは傾斜した長方形の頂点をむすび＜１１０＞に平行な線で結ばれた大きな長方形の孔となってしまう。
このような構成とすることにより、エッチングホールの広がりを少なくすることができる。
【００７５】
実施例１１．
この実施例においては、図３で示すように、シリコン基板１１上に赤外線検知部１３がマトリクス状に配置されて形成される赤外線検出装置の製造方法において、（１００）が表面であるシリコン基板１１上に、赤外線検知部１３の配置方向を＜１１０＞方向に平行となるようにしたものである。
この場合も実施例１３と同様な理由なので、説明を省略する。
【００７６】
実施例１２．
図１７はエッチングモニタの一実施例を示す図で、第２の実施例等の赤外線検知装置の製造方法における図２の赤外線検知部１３と空洞２３の空洞の底との距離を調節するためのものである。
図１７において２９は絶縁層で、エッチングされる（１００）面を表面とするシリコン基板１１上に形成されている。３４、３５、３６はエッチピットで絶縁層２９に明けられた〔０１０〕或いは〔００１〕の辺を一辺とする正方形の穴である。
エッチピット３５の対角線の長さが目標とするエッチング深さの２倍の寸法で、エッチピット３４及び３６の対角線長は、エッチピット３５のものより短く、或いは長く形成されている。
エッチピット３４、３５、３６は図２のエッチングホール１９、２０が形成される絶縁膜１２、１３上で（これが絶縁層２９に相当する）エッチングホール１９、２０の近くに形成される。
【００７７】
この様なエッチングモニタを設けることにより、エッチング深さは次のように検知することができる。即ち、エッチングホール１９、２０からエッチングを開始すると、図１７に示すように、上方から観察すると、エッチピット３４、３５、３６は、エッチング開始時の工程１ではエッチピットは正方形パターンを示しているが、エッチングが進み目標深さに到達した工程４ではエッチピット３４、３５に（１１１）面に交線による対角線が現れる。この時エッチピット３６は各角から正方形の中心に向かって部分的に（１１１）面の交線が延びてきて（１００）面に達して止まって台形型パターンとなっている。この時点でエッチングを停止すれば所定の深さの空洞２３が得られる。
このようなモニタを設けることにより、目視によりエッチング深さを正確に知ることができる。
【００７８】
実施例１３．
図１８はエッチングモニタの他の実施例を示す図で、第２の実施例の赤外線検出装置の製造方法における図２の赤外線検知部１３と空洞２３の空洞の底との距離を調節するためのものである。
このエッチングモニタの構成も実施例１２のものと同様に、エッチングされる（１００）面を表面とするシリコン基板１１上の絶縁層２９上に形成された正方形のエッチピット３７で構成されている。この実施例においては、エッチピット３７の対角線長を目標とするエッチング深さの２倍より大きなものとし、更に正方形の各辺の各角からエッチング深さの距離の位置にスリットマーク３８を設けるようにしたものである。
【００７９】
このエッチングモニタの動作は、実施例１２で示したように、エッチングが開始されると、エッチングモニタ３７の各角から正方形の中心に向かって（１１１）面の交点による筋が現れ、（１００）面のところで止まっている。
目標の深さにエッチングが到達すると、正方形の角からの筋はスリットマーク３８まで到達するので、この時点でエッチングを停止するようにする。
このような構成をとることにより、目視により容易にエッチング深さを確認することができる。
【００８０】
実施例１４．
図１９はエッチングモニタの更に他の実施例の構成を示す図で、第２の実施例の赤外線検出装置の製造方法における図２の赤外線検知部１３と空洞２３の空洞の底との距離を調節するためのものである。
このモニタの構成は、図１９に示すように、シリコン基板１１の空洞２３上の赤外線検知部１３上に、空洞２３のエッチング中に赤外線２８を照射するための赤外線光源３９とから構成される。
【００８１】
このモニタの動作は、空洞２３のエッチング中に、赤外線光源３９から赤外線２８を赤外線検知部１３に照射し、その反射光を検知装置（図示せず）でモニタし、その強度が最小となる時点で空洞２３のエッチングを停止するようにする。
この点は赤外線検知部１３による吸収が最大となる赤外線検知部１３と空洞底との距離が照射光の波長の１／４である位置だからである。
このような構成をとることによりエッチング中にエッチング深さを確認することができる。
【００８２】
実施例１５．
以上の実施例における空洞２３の大部分はシリコン基板１１をエッチングして形成されるものであったが、空洞２３をシリコン基板１１外に形成することもできる。
【００８３】
図２０はそのような空洞を形成するプロセスの途中を一画素分について示した立体視図であり、１３は赤外線検知部、４２は赤外線検知部１３をその上に設けた絶縁部材、２１は絶縁部材４２を脚部５０に接続し支持する橋部、２２は後にエッチングに除かれて空洞となる犠牲層、１４は水平信号線、１６は垂直信号線、１７は赤外線検知部１３の電極であって脚部５０、橋部２１を通って赤外線検知部１３に接続されている。
【００８４】
図２１は図２０のＡＡ線に沿った断面図である。橋部２１を形成する絶縁層４２、２１の断面形状は、犠牲層２２の段差が転写されることにより、Ｌ字型の段差のある形状となり、機械的に強化された構造となっている。このような段差を絶縁層に作る為に犠牲層２２も２段形状となっている。１１はシリコン基板、１２は絶縁層である。赤外線検知部１３と絶縁層１２との距離は入射する赤外光の波長の１／４に形成されている。絶縁層１２の表面には反射コートが設けられる。
【００８５】
図２２は完成した一画素分の平面図である。
図２３は図２０の主要部とその断面図を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＢＢ線に沿った断面図、（ｃ）はＡＡ線に沿った断面図、（ｄ）は橋部２１と脚部５０だけの斜視図である。犠牲層２２が２段形状となっており、犠牲層２２の段の部分で橋部２１の断面形状がＬ字型となり剛性が高められている。脚部５０を犠牲層２２の角に形成したので機械的に強くなっている。
【００８６】
図２４（ａ）〜（ｋ）は、図２０〜２３に示す素子の製造プロセスの説明図である。（ａ）はシリコン基板１１の主表面上の厚さ６０００Åの絶縁膜ＳｉＯ2１２の上に犠牲層２２を形成した状態である。犠牲層２２はＣＶＤ法により多結晶シリコンを積層して形成する。
【００８７】
次いで、（ｂ）、（ｃ）のようにレジストパターン５４を形成して犠牲層２２をドライエッチングして段差を作る。この実施例では段差は２μｍに形成した。更に（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）において、レジストパターンを形成し、犠牲層２２を形成する。犠牲層２２の厚さは入射赤外光の波長の１／４とする。
絶縁膜１２上に厚さ５０００Åのアルミニウムでスパッタ法により水平、垂直信号線を形成した後、赤外線検知部を載せる絶縁部材４２となる絶縁層を犠牲層２２を覆って形成した状態が（ｇ）である。絶縁部材４２は例えばＣＶＤ法によりＳｉＯ2 で１０００Åの厚さで形成される。
【００８８】
次いで、水素を含有したＣＶＤ法による非晶質シリコンで赤外線検知部１３を、スパッタ法により５００Åの厚さのタングステンで電極１７を夫々形成する。その上のＣＶＤ法により窒化シリコン膜１８を２０００Åの厚さに形成する。この状態を（ｂ）に示す。
次いで、レジストパターンを形成し（ｉ）、ドライエッチングによりエッチホール１９を形成する（ｊ）。最後にエッチンホール１９を通して犠牲層２２の多結晶シリコンを溶出させ空洞２３を作る（ｋ）。橋部２１の断面形状はＬ字型で剛性が高められている。
【００８９】
実施例１６．
空洞２３をシリコン基板１１外に形成し、且つ橋部の断面形状をＴ字型として剛性を高める実施例を図２５、図２６に基いて説明する。
【００９０】
図２５は、犠牲層２２上に橋部２１および絶縁部材４２を形成した状態を示す図で（ａ）は斜視図、（ｂ）はＡＡ線に沿った断面図、（ｃ）はＣＣ線に沿った断面図である。橋部２１および絶縁部材４２の断面形状はＴ字型であり、剛性が高められている。
【００９１】
図２６（ａ）〜（ｇ）は、この実施例の製造過程の説明図である。（ａ）はシリコン基板１１上にＣＶＤ法により厚さ６０００Åの酸化シリコン膜を形成し、更に多結晶シリコンにより犠牲層２２を形成し、犠牲層２２上にレジストパターン５４を形成した状態を示す。
【００９２】
次に、ドライエッチングにより多結晶シリコン層２２に凹型の段差４７を形成する（ｂ）。その上に更にレジストパターン５４を形成し（ｃ）、ドライエッチングを行い犠牲層２２を形成する（ｄ）。
【００９３】
水平信号線１６を例えばＡｌのスパッタにより厚さ５０００Åに形成した後、犠牲層２２を含め全面にＣＶＤ法により厚さ１０００Åの酸化シリコン膜を形成する。その上にＣＶＤ法により水素を含む非晶質シリコンで赤外線検知部１３を、スパッタ法によりタングステン電極１７を形成する（ｅ）。
その上から、ＣＶＤ法によりＳｉＮ膜１８を形成する（ｅ）。
【００９４】
次に、レジストパターン（図示せず）を形成し、ＳｉＮ膜１８とＳｉＯ2 絶縁膜４２を選択的にエッチングしてエッチングホール１９を形成する（ｆ）。エッチングホール１９を通して犠牲層ポリシリコン２２をＫＯＨ溶液で溶出させて空洞２３を形成する（ｇ）。橋部２１および検知部１３を載せる絶縁部材４２は断面形状がＴ字型に形成され、剛性が高められている。
【００９５】
実施例１７．
空洞２３をシリコン基板１１外に形成し、且つ、橋部の断面形状を逆Ｕ字型として剛性を高めた実施例の製造過程を図２７（ａ）〜（ｆ）に基いて説明する。
【００９６】
シリコン基板１１上にＳｉＯ2 絶縁膜１２とポリシリコンの犠牲層２２を形成し、更に、犠牲層２２上にレジストパターン５４を形成する（ａ）。
犠牲層２２を選択エッチングして表面に凸形状の段差を形成した後、更にレジストパターン５４を形成し（ｂ）、エッチングして犠牲層２２を得る（ｃ）。次に、犠牲層２２を覆ってＳｉＯ2 膜を形成し、その上に非晶質シリコンの赤外線検知部とタングステン電極を形成し、更にＳｉＮ膜を形成する（ｄ）。レジストパターンを形成し、選択エッチングによりエッチングホールを形成し（ｅ）、エッチングホールを通してＫＯＨ溶液により犠牲層２２を溶かし出して空洞２３を形成する（ｆ）。
橋部２１および絶縁部材４２は逆Ｕ字型となっているので剛性が高められている。
【００９７】
実施例８．
空洞２３をシリコン基板１１外に形成し、且つ橋部の断面形状をＬ字型とする他の実施例を図２８、図２９について説明する。
【００９８】
図２８（ａ）は一画素分の主要部の犠牲層エッチング前の斜視図、図２８（ｂ）は図２８（ａ）のＢＢ線に沿った断面図、図２８（ｃ）は図２８（ａ）のＡＡ線に沿った断面図である。この実施例では犠牲層２２は台形に形成される。橋部２１は変型したＬ字型に形成される。
【００９９】
図２９（ａ）〜（ｆ）は、製造過程の説明図である。シリコン基板１１上にＳｉＯ2 膜１２を形成し、その上にポリシリコンの犠牲層２２を形成しレジストパターン５４を形成する（ａ）。ＳＦ6 ガスにより等方性のドライエッチングを行い、台形の犠牲層２２を形成する（ｂ）、（ｃ）。信号線１６を形成した後、全面にＳｉＯ2 絶縁膜４２を形成し、その上に非晶質シリコンの赤外線検知部１３、タングステン電極１７を形成し、更にＳｉＮ膜１８を形成する。その後レジストパターンを形成し、エッチングホール１９を形成し（ｄ）、エッチングホール１９を通してＫＯＨ溶液により犠牲層２２を溶出させ、空洞２３を形成する。橋部２１は変型したＬ字型に形成されているので剛性が高められている。
【０１００】
赤外線検知部１３には各種赤外線センサが採用可能である。赤外線によって検知膜の抵抗が変化し、これを電流の変化として検知するボロメータ方式の熱赤外センサの他に熱電対型の赤外センサや焦電型の赤外センサも使用できる。
【０１０１】
【発明の効果】
第１の発明では橋部の長手方向全域にわたって橋部の横断面、第２の発明では橋部の長手方向全域にわたって橋部の横断面と絶縁部材の断面形状に段差をつけるようにしたので、それらの２次断面モーメントを大きくでき、赤外線検知部を支持する支持強度の強い構造を提供することができる。特に熱絶縁のために細く形成された橋部の強度を大きくすることができる。
【０１０２】
第３の発明では、段差形状を逆Ｕ字型としたので平板型に比べて強度の大きい支持が可能である。これにより赤外線検知部を支持する支持強度の強い構造を提供することができる。
【０１０３】
第４の発明では、橋部横断面の段差形状をＬ字型としたので平板型に比べて強度の大きい支持が可能となった。逆Ｕ字型に比べて小さいが成膜パターンが簡易という効果がある。これにより赤外線検知部を支持する支持強度の強い構造を提供することができる。
【０１０４】
第５の発明では、第１または２の発明において赤外線検知部と空洞との光学距離が測光波長の１／４となるようにしたので、橋部或いは絶縁部材の２次断面モーメントを大きくでき、赤外線検知部を支持する支持強度の強い構造を提供することができるとともに、更に微細化された赤外線検知部の感度をあげることができる。
【０１０５】
第６の発明では、第１または２の発明において赤外線検知部の下側のシリコン基板に形成された空洞の底に、反射コートを設けるようにしたので、橋部或いは絶縁部材の２次断面モーメントを大きくでき、赤外線検知部を支持する支持強度の強い構造を提供することができるとともに、更に微細化された赤外線検知部の感度をあげることができる。
【０１０８】
第７の発明では、犠牲層で段差パターンを形成したので、橋部の長手方向全域にわたって橋部の横断面に段差のある橋部或いは絶縁部材の形状を形成することができ、これにより赤外線検知部を支持する支持強度の強い構造を形成する製造方法を提供することができる。
【０１０９】
第８の発明では、段差の形成をシリコン基板に凹部の段差パターンを設けてから犠牲層を形成し、その上に絶縁層を形成するようにしたので、犠牲層のパターニングをすることなく所定の段差形成ができるので工程を簡易化することができる。これにより赤外線検知部を支持する支持強度の強い構造を形成する製造方法を提供することができる。
【０１１０】
第９の発明では、第７または第８の発明において、犠牲層をポリシリコン層としたので、段差を形成することができ、これにより赤外線検知部を支持する支持強度の強い構造を形成する製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の赤外線検出装置の第１の実施例の平面図を示す図である。
【図２】 図１のＡＡ断面図を示す図である。
【図３】 この発明の赤外線検出装置の結線図を示す図である。
【図４】 両端自由支持梁の梁の形状と撓みとの関係を示す図である。
【図５】 の発明の赤外線検出装置の第１の実施例の他の例を示す平面図である。
【図６】 この発明の第２の実施例の赤外線検出装置の製造工程を示すための断面図を示す図である。
【図７】 この発明の第２の実施例の赤外線検出装置の製造工程を示すための断面図を示す図である。
【図８】 この発明の第２の実施例の赤外線検出装置の製造工程を示すための断面図を示す図である。
【図９】 この発明の第３の実施例の赤外線検出装置の製造工程を示すための断面図を示す図である。
【図１０】 この発明の第３の実施例の赤外線検出装置の製造工程を示すための断面図を示す図である。
【図１１】 この発明の第４の実施例の赤外線検出装置の製造工程を示すための断面図を示す図である。
【図１２】 この発明の第４の実施例の赤外線検出装置の製造工程を示すための断面図を示す図である。
【図１３】 この発明の第５の実施例の赤外線検出装置の断面図を示す図である。
【図１４】 この発明の第６の実施例の赤外線検出装置の断面図を示す図である。
【図１５】 この発明の第９の実施例の赤外線検出装置の断面図である。
【図１６】 この発明の第９の実施例の赤外線検出装置の断面図である。
【図１７】 この発明の第１２の実施例のエッチングモニタの構造を示す平面図である。
【図１８】 この発明の第１３の実施例のエッチングモニタの構造を示す平面図である。
【図１９】 この発明の第１４の実施例のエッチングモニタの構造を示す平面図である。
【図２０】 この発明の第１５の実施例の犠牲層および絶縁部材の構造を示す斜視図である。
【図２１】 図２０の断面図である。
【図２２】 図２０に対応する平面図である。
【図２３】 図２０の主要部の斜視図および断面図である。
【図２４】 第１５の実施例の製造過程を示す図である。
【図２５】 この発明の第１６の実施例の犠牲層および絶縁部材の構造を示す斜視図および断面図である。
【図２６】 第１６の実施例の製造過程を示す図である。
【図２７】 この発明の第１７の実施例の製造過程を示す図である。
【図２８】 この発明の第１８の実施例の犠牲層および絶縁部材の構造を示す斜視図および断面図である。
【図２９】 第１８の実施例の製造過程を示す図である。
【図３０】 従来の赤外線検出装置の構造を示す図である。
【図３１】 従来の赤外線検出装置の他の構造を示す図である。
【符号の説明】
１１ シリコン基板 １２ 絶縁層
１３ 赤外線検知部 １５ 電極
１７ 電極 １８ 絶縁層
１９ エッチングホール ２０ エッチングホール
２１ 橋部 ２２ 犠牲層
２３ 空洞 ２６ 分離酸化膜
２７ エッチングストッパ ２８ 反射コート
２９ 絶縁層 ３４ エッチピット
３５ エッチピット ３６ エッチピット
３７ エッチピット ３８ スリットマーク
４２ 絶縁部材 ４６ 犠牲層
４７ 凹部の段差パターン
【産業上の利用分野】
この発明は、赤外線検出装置及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３０は特開平３−９４１２７号公報に示された従来の赤外線センサである。図３０ａはその要部の平面図、図３０ｂは図３０ａのＡＡ断面図である。図において、１は半導体基板で、（１００）面を主平面とするシリコン基板である。２は半導体基板１の主表面全域に形成されたメンブレン（膜）で、窒化シリコン膜は減圧ＣＶＤ法で膜厚２００ｎｍに形成されたものである。３はメンブレン２の表面に形成されたダイオードで温度検出用センサとして用いられる。ダイオード３は膜厚２００ｎｍの多結晶シリコンにボロンと砒素をドープされたＰ，Ｎ半導体層４、５のＰＮ接合部により形成されている。
【０００３】
６はこのダイオード３を覆って全表面上に形成された保護膜で、減圧ＣＶＤ法等による膜厚２００ｎｍの窒化シリコン膜である。７は開口部で、後述の熱絶縁室８を形成するためにエッチング液を注入するための開口で、保護膜６及びメンブレン２を貫通してシリコン基板１に到達するよう形成されている。開口部７は少なくとも２つ、ダイオード３を挟んでほぼ対称に設けられている。このとき開口部７によって残されたメンブレン２の形状は線対称もしくは点対称な平面対称形状に形成されている。ダイオード３はこのような対称形に形成されたメンブレン２の対称軸上もしくは対称点上に設けられている。８は熱絶縁室で、後述の赤外線吸収膜９とシリコン基板との熱絶縁を行うための空洞である。９は赤外線吸収膜で、ダイオード３を含む受光領域上に金黒等が蒸着されて形成されている。
【０００４】
熱絶縁室８は開口部７からアルカリ性溶液、例えば水酸化カリウム水溶液からなるエッチング溶液を注入し異方性エッチングにより形成される。シリコン基板１がエッチングされる領域は、予めシリコン基板１とメンブレン２との間に膜厚７０ｎｍの多結晶シリコンからなる犠牲層領域を形成することにより限定される。
【０００５】
このような構成とすることにより、シリコン基板１上の主表面を片面処理することにより赤外線センサを製作できるため、赤外線センサのサイズを微細化した場合でも、温度センサとして機能するダイオード３とメンブレン２との位置合わせを簡単に正確におこなうことができるので、安定した検出精度の赤外線センサが実現できる。
【０００６】
次にこの赤外線センサの動作について説明する。赤外線がセンサに照射されると、赤外線は赤外線吸収膜９に吸収され、メンブレン２の温度上昇を生じ、ダイオード３によってこれが電気信号に変換される。この時メンブレン２の裏側にシリコン基板１への熱伝達を防止する熱絶縁室８を設けたので、受光部の温度検出を効率よく行うことができる。
【０００７】
図３１は赤外線センサの他の従来例で、ＰＮ接合ダイオード３の両側にＰ型及びＮ型の半導体リード４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂが分岐するように形成されている。
これによりＰ型、Ｎ型のリードの温度に関係なくダイオードの温度特性が検出される。
この装置はエッチングホール７からエッチングにより中空構造をつくり、形成されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように検知部分（ＰＮ接合部分）と基板とは熱絶縁をよくするために中空構造を採用している。また検知部分と基板とを結ぶ橋はできるだけ細く熱絶縁を大きく形成されている。
この様に橋部を細く薄くするとセンサの保持強度が極端に低下するという問題点を生ずる。またこの様な構造では振動に弱く、監視用等の可搬型に向かない等の問題点がある。
【０００９】
また高密度の検出装置を形成しようとすると、赤外線検知部が微小化され、光感度が低下するという問題がある。
【００１０】
またマトリクス状に微細な赤外線検知部を配置して撮像装置を形成するとき、素子分離のため分離酸化膜を形成して、分離酸化膜で囲まれた内側に空洞等を形成するが、分離酸化膜の下側部分はストレスが溜り易く、この部分から横方向のエッチングされ、分離酸化膜の下側にもエッチングが進み、隣接検知部とつながるという問題がある。
【００１１】
さらにシリコン基板上に形成する赤外線検出装置のパターンの向きを不適当に設定すると、エッチングパターンが広がって微細な素子構成ができないという問題がある。
【００１２】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、赤外線検知部を支持する支持強度の強い構造を提供することを第１の目標とする。またその構造を形成するための製造方法を提供することを第２の目的とする。また第１の目的を達成するとともに、微細化された赤外線検知部の感度をあげることを付加的な目標とし、これを第３の目的とする、また第１の目的を達成するとともに、微細化した素子間の分離を確実にする方法を提供することを付加的な目標とし、これを第４の目的とする。また第１の目的を達成するとともに更に微細化した高密度パターンを精度よく形成することを付加的な目標とし、これを第５の目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係わる発明は、空洞がシリコン基板に形成され、上記空洞上部の上記シリコン基板表面の高さの空間にある絶縁部材上に設けられた赤外線検知部と、上記絶縁部材を上記空洞上に上記空洞の外側の上記シリコン基板上の部材と上記絶縁部材を結んで保持する橋部とを備え、該橋部の横断面の形状は長手方向全域にわたって段差を有するようにしたものである。
【００１４】
請求項２に係わる発明は、請求項１においてさらに、絶縁部材自身の断面形状が段差を有するようにしたものである。
【００１７】
請求項３に係わる発明は、請求項１または２の発明において、段差形状が逆Ｕ字型となるようにしたものである。
【００１８】
請求項４に係わる発明は、請求項１または２の発明において、橋部横断面の段差形状がＬ字型となるようにしたものである。
【００１９】
請求項５に係わる発明は、請求項１、または２の発明において、赤外線検知部と空洞との光学距離が測光波長の１／４となるようにしたものである。
【００２０】
請求項６に係わる発明は、請求項１、または２の発明において、赤外線検知部の下部のシリコン基板に形成された空洞の底に反射コートを設けるようにしたものである。
【００２２】
請求項７に係わる発明は、赤外線検知部を支持しシリコン基板表面の高さの空間にある絶縁部材と、それをシリコン基板の空洞上に、この空洞の外側のシリコン基板上の部材と絶縁部材を結んで保持するための橋部との部分のシリコン基板に、犠牲層による段差パターンを形成する工程と、この段差パターンを覆ってシリコン基板に絶縁層を形成する工程と、絶縁層上に赤外線検知部を形成する工程と、この絶縁層の絶縁部材および橋部の部分の外側周囲をエッチングしてエッチングホールを形成する工程と、このエッチングホールから犠牲層およびシリコン基板をエッチングして少なくとも上記橋部の長手方向全域にわたって橋部の横断面に段差を形成するとともに、橋部および絶縁部材の下側に空洞を形成する工程とを備えるようにしたものである。
【００２３】
請求項８に係わる発明は、赤外線検知部を支持しシリコン基板表面の高さの空間にある絶縁部材と、それをシリコン基板の空洞上に、この空洞の外側のシリコン基板上と絶縁部材を結んで保持するための橋部との部分のシリコン基板に、凹部の段差パターンを形成する工程と、この段差パターンを覆ってシリコン基板上に犠牲層を形成する工程と、この犠牲層を覆って絶縁層を形成する工程と、この絶縁層上に赤外線検知部を形成する工程と、この絶縁層の絶縁部材および橋部の部分の外側周囲をエッチングしてエッチングホールを形成する工程と、このエッチングホールから犠牲層およびシリコン基板をエッチングして少なくとも上記橋部の長手方向全域にわたって橋部の横断面に段差を形成するとともに、橋部および絶縁部材の下側に空洞を形成する工程とを備えるようにしたものである。
【００２４】
請求項９に係わる発明は、請求項７または８の発明において、犠牲層をポリシリコン層とするようにしたものである。
【００２５】
請求項１０に係わる発明は、請求項７または８の発明において、エッチングホールから犠牲層およびシリコン基板をエッチングして橋部の横断面に段差を形成する工程において、同時に絶縁部材の下方にも絶縁部材自身の段差を形成するようにしたものである。
【００２８】
【作用】
請求項１または２の発明は、橋部の長手方向全域にわたって橋部の横断面、または橋部の長手方向全域にわたって橋部の横断面と絶縁部材の断面形状に段差をつけるようにしたので、それらの２次断面モーメントを上げ、支持体としての剛性を上げるように働く。
【００２９】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明における橋部の横断面及び絶縁部材の段差形状を逆Ｕ字型としたので、それらの２次モーメントを上げ、支持体としての剛性を上げるように働く。
【００３０】
請求項４の発明は、請求項１または２の発明における橋部の横断面の段差形状をＬ字型としたので、その２次モーメントを上げ、支持体としての剛性を上げるように働く。
【００３１】
請求項５の発明は、請求項１または２の発明において赤外線検知部と空洞との光学距離を測光波長の１／４としたので、橋部と絶縁部材の２次断面モーメントを上げ、支持体としての剛性を上げるように働くとともに、空洞底面からの反射光の強度を光検知部の位置で最大とするように働く。
【００３２】
請求項６の発明は、請求項１または２の発明において空洞の底部に反射コートを設けたので、橋部と絶縁部材の２次断面モーメントを上げ、支持体としての剛性を上げるように働くとともに、空洞底面からの反射の効率を上げるように働く。
【００３５】
請求項７の発明は、シリコン基板上の犠牲層により段差パターンを形成するようにしたので、橋部及び絶縁部材の所定の部分にのみ段差が形成されるように働く。
【００３６】
請求項８の発明は、シリコン基板に凹部の段差パターンを設け、その上に犠牲層を成膜して段差を形成するようにしたので、犠牲層をパターン化することなく所定の部分にのみ段差が形成されるように働く。
【００３７】
請求項９の発明は、請求項７または８の発明における犠牲層としてポリシリコン層を用いたので、橋部及び絶縁層の所定の部分にのみ段差が形成されるように働く。
【００３８】
請求項１０の発明は、請求項７または８の発明において、エッチングホールから犠牲層およびシリコン基板をエッチングして橋部の横断面に段差を形成する工程において、同時に絶縁部材の下方にも絶縁部材自身の段差を形成するようにしたので、橋部と絶縁部材の両方の２次断面モーメントを上げ、支持体としての剛性を上げるように働く。
【００４１】
【実施例】
実施例１．
この発明の装置は、熱型センサによる赤外線検出装置をマトリクス状に配列して、これにより被写体からの赤外線像を感じて撮像する装置に関するものである。
図１にこの発明の赤外線検出装置の検出部の第１の実施例の平面図を、また図２に図１のＡＡ断面図を示す。１１はシリコン基板で、基板表面が（１００）面である。１２はシリコン基板１１上に形成された第１の絶縁層で、膜厚０．５μｍの酸化シリコン層である。１３は周辺と分離されたシート状の後述する絶縁部材４２上に形成された赤外線検知部で、その絶縁部材４２の一部である第１の絶縁層１２上に形成された約５０μｍ角のアモルファスシリコン層等で形成されている。２３は空洞で、絶縁部材４２と後述する橋部２１の下のシリコン基板に設けられ、赤外線検知部１３をシリコン基板１１と熱分離するためのものである。
【００４２】
１４は空洞２３の外側のシリコン基板上の部材の一つである水平信号線で、Ａ１等による配線パターンが第１の絶縁層１２上に１００μｍピッチ程度で形成されている。１５は第１の電極で、第１の絶縁層１２上に形成され赤外線検知部１３の一端と水平信号線１４とを接続している。１６も空洞２３の外側のシリコン基板上の部材の一つの垂直信号線で、水平信号線１４と図示していない第２の絶縁層を介して水平信号線１４と交差してやはり１００μｍ程度のピッチで形成されている。１７は第２の電極で、赤外線検知部１３の他の端と垂直信号線１６とを接続している。１８は第３の絶縁層で、赤外線検知部１３及び水平、垂直信号線１４、１６および第１、第２の電極１５、１７を覆って形成されている。
【００４３】
１９、２０は第１及び第２のエッチングホールで、水平信号線１４及び垂直信号線１６で取り囲まれた領域内で赤外線検知部１３を平面形状Ｕ字形に囲み、あるいは逆Ｕ字型に囲み、第３の絶縁層１８の表面から第１の絶縁層１２を貫通してシリコン基板１１表面まで形成されている。２１は絶縁部材４２を空洞２１上に絶縁部材４２とこの空洞２１の外側のシリコン基板上の部材である水平信号線１４と、あるいは絶縁部材４２と垂直信号線１６とを結んで保持するための橋部である。
橋部２１および絶縁部材４２の少なくとも一方の断面形状は段差を有している。ここで段差とは、その断面が逆Ｕ字型、Ｌ字型、Ｈ字型等の形状を有するもので、平面でないことをいう。橋部２１は第１及び第２のエッチングホール１９、２０の間にあり上記第１及び第３の絶縁層１２、１８で第１及び第２の電極１５、１７が挟持されて形成されている。
このように、絶縁部材４２に搭載された赤外線検知部１３は一対の橋部２１により水平信号線１４と垂直信号線１６との間に保持されている。
【００４４】
次にこの赤外線検出装置の動作について説明する。
図３に赤外線撮像装置の結線図を示す。赤外線検知部１３に赤外線が照射されると、赤外線検知部１３両端の抵抗変化が生じる。これをＨ（水平）スキャナ４０及びＶ（垂直）スキャナ４１によるスイッチＨｎ、Ｖｎで一つの赤外線検知部１３を選択し、その温度上昇による抵抗変化を電圧変化としてアンプ４４で増幅して端子５２で読みとることにより赤外線強度の測定が可能となる。
図１及び図２で示すように、この装置では、赤外線検知部１３及び赤外検知部１３からの取り出し電極１５、１７の下側に空洞２３を設け中空構造で支持して熱抵抗を上げ、赤外線検知部１３で吸収した熱がシリコン基板１１や、外部の水平、垂直信号線１４、１６に急速に逃げるのを防止して、受光部の検出感度をあげるようにしている。
【００４５】
また赤外線検知部１３を支持する絶縁部材及びそれを支持する橋部２１の断面形状を段差のある形とし、同一断面積での強度を大きくした。
図４は質量が均一な板による両端自由支持梁の撓み量を示したものである。撓み量δｍａｘは、ヤング率をＥ、断面２次モーメントをＩ、梁の中心に掛けられる荷重をＰ，梁の長さを１とすると、δｍａｘ＝Ｐ１3 ／４８ＥＩで表される。ここで断面２次モーメントは梁の形状により異なる。
図４ａに示すように、段差が断面形状平板３１の場合、断面２次モーメントＩは
【００４６】
【数１】
で与えられる。ここで幅Ｗ，即ち梁の長さ１を１２μｍ，厚みｄ1 ＝１μｍとすると、Ｉ＝１となる。
図４ｂに示すように、段差が断面形状逆Ｕ字型３２の場合、断面２次モーメントＩは
【００４８】
【数２】
で与えられる。ここで上記の平板３１の場合と比較するため段差形状の断面積を同一とし、Ｗ2 ＝４μｍ，ｄ2 ＝１μｍ，Ｗ3 ＝１μｍ，ｄ3 ＝４μｍとするとＩ＝１７となる。
図４ｃに示すように、段差が断面形状Ｌ字型３３の場合、断面２次モーメントは
【００５０】
【数３】
で与えられる。上記の場合と同様にして、Ｗ＝９μｍ，ｄ＝１μｍ，ｍ＝１μｍ，ｓ＝３μｍとするとＩ＝４となる。
以上のことから、梁の段差が逆Ｕ字型３２、Ｌ字型３３の場合は平板型３１より変形に強いことがわかる。
【００５２】
以上のように橋部２１および絶縁部材４２の少なくとも一方の断面形状に段差を有する赤外線検知部１３の支持部材を採用することにより、振動による変形等にも強い赤外線検出装置を形成することができる。
【００５３】
なおこの実施例では光検知部を赤外線検知部１３についてのみ説明したが、これが可視領域の光を検知する検知部であっても同様な作用効果があることは言うまでもない。
【００５４】
またこの実施例１では、赤外線検知部１３をアモルファスシリコン層で形成したが他のボロメータ型のセンサを用いても良い。また図５に示すように熱電対型としてもよい。熱電対型センサの材料としては、アルメルークロメル、銅−コンスタンタン、シリコン半導体のＰＮ接合等である。
【００５５】
またこの実施例１では、赤外線検知部１３をアモルファスシリコン層で形成したが、検知部を焦電型としてもよい。焦電型検知部の材料としては、チタン酸鉛、硫酸グリシン、タンタル酸リチウム、ポリ弗化ビニデン等である。
【００５６】
実施例２．
図６、図７、図８、図１及び図２により、実施例１で示した赤外線検知部１３及び橋部２１の下側が逆Ｕ字型梁で形成される赤外線検出装置の製造方法を示す。
図６において、（１００）面を表面とするシリコン基板１１上に、約１００μピッチのマトリクス状に、通常の方法により膜厚約０．５μｍの分離酸化層２６を形成する。次に分離酸化層２６に囲まれた領域内に膜厚約１μｍのポリシリコン層等の犠牲層による段差パターン２２を形成する。次に段差パターン２２を覆ってＣＶＤ法により酸化シリコン層等の膜厚０．５μｍの第１の絶縁層１２を形成する。次に分離酸化層上の第１の絶縁層１２上にＡ１層を成膜しパターニングして図１に示す水平信号線１４を形成する。次に水平信号線１４上に膜厚０．５μｍの第２の絶縁層パターン１５（図示せず）を形成する。この上に水平信号線１４と交差して垂直信号線１６を形成する。
【００５７】
次に図１に示すように、水平信号線１４と垂直信号線１６に囲まれた領域内で、後から形成される赤外線検知部１３の一端と水平信号線１４とを接続する第１の電極１５、及び赤外線検知部１３の他端と垂直信号線１６とを接続する第２の電極１７をＡ１等を成膜しパターニングすることにより形成する。
次にレジストマスクを施し、図１に示す第１の電極１５及び第２の電極１７の間にアモルファスシリコン層を成膜し、赤外線検知部１３を形成する。
次にＣＶＤ法により酸化シリコン層等の図６に示す膜厚０．５μｍの第３の絶縁層１８を形成する。
次に図７に示すように、第３の絶縁層１８表面からシリコン基板１１上まで、図１に示す水平信号線１４及び垂直信号線１６で囲まれた領域内で、赤外線検知部１３とこれを水平、垂直信号線１４、１６に接続する第１、第２の電極１５、１７を除く部分に反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）等によりエッチングホール１９、２０を形成する。
次に図８に示すように、エッチングホール１９、２０からＫＯＨ等のシリコンを異方性エッチングする溶剤を注入し、犠牲層２２及びシリコン基板１１をエッチングする。これにより、信号線１５、１７の下側及び赤外線検知部１３の下の絶縁部材の下側に段差と赤外線検知部１３および第１及び第２の電極の下側に底面が約５０μｍ，深さ２〜５μｍ程度の空洞２３を形成する。
以上の工程が完了すると、図１、図２に示すように、絶縁部材４２上に形成された赤外線検知部１３が、空洞２３上に絶縁部材４２を構成する第１及び第２の電極１５、１７を絶縁層１２、１８に挟んで形成した断面形状に段差がある幅約１２μｍの橋部２１により、水平及び垂直信号線１４、１６間に保持された構造が形成される。
【００５８】
この実施例では、段差パターン２２をポリシリコン層で形成したが、これをシリコン異方性エッチング液に溶ける材料、例えば、アルミニウム、銅、クロミウム、鉄、マグネシウム、バナジウム、亜鉛等とすることができる。これは後述する実施例でも同様である。
この時用いられる溶剤は、ＫＯＨ等のアルカリ溶液の他、ヒドラジン、ＴＭＡＨ等が用いられる。
【００５９】
次にこの製造方法の動作を説明する。
シリコン基板表面を（１００）面としたので、この垂直方向はエッチングされ易く、空洞２３はエッチングされにくい（１１１）面に沿って形成される。
【００６０】
シリコン基板１１表面の赤外線検知部１３及び電極１５、１７の下側に図６に示す膜厚約１μｍポリシリコン層を用いた犠牲層による段差パターン２２を形成した後、エッチングホール１９、２０から４４重量％のＫＯＨ溶液でエッチングしたので、犠牲層はシリコン層より約１００倍も容易にエッチングされるので、空洞２３の形成時に赤外線検知部１３及び電極１５、１７の下側に凹部を形成することにより、絶縁部材４２および橋部２１の断面形状に段差を容易に形成できる。
【００６１】
実施例３．
図９に、赤外線検知部１３の下側は平板の梁とし、橋部２１の下側をＬ字型梁で形成する場合の赤外線検出装置の製造工程の一部を示す断面図を示す。また図１０にその完成断面図を示す。
図９に示すように、表面が（１００）面であるシリコン基板１１上に、赤外線検知部１３及び第１及び第２の電極１５、１７が形成される下側部分に、ポリシリコンによる犠牲層による段差パターン２２を形成するようにしたものである。
これを実施例２で示したようにエッチングホール１９、２０からＫＯＨ等でエッチングすると図１０に示すように、Ｌ字型の橋部２１が得られる。
この方法によると逆Ｕ字型よりは剛性は小さいが、橋部の強度は平板型より大きく充分な保持力があり、犠牲層のパターンが簡易であるという利点がある。
【００６２】
実施例４．
図１１に実施例１で示した赤外線検知部１３及び橋部２１の下側に段差を設けた赤外線検出装置の他の製造方法の一実施例を示す。
図１１に示すように、平面が（１００）面であるシリコン基板１１にフォトマスクを施し、シリコン表面の露出部分をドライエッチ、または異方性エッチングして、赤外線検知部１３及び第１及び第２の電極１５、１７が形成される下側部分に凹部の段差パターン４７を形成する。次に、ＣＶＤ法により酸化シリコン層による第１の絶縁層１２を形成する。以下の工程は実施例２と同様であるので省略する。
図１２はこのようにして形成した赤外線検出装置の完成断面図を示す。
【００６３】
図１１において、上記のようにシリコン基板１１上に凹部の段差パターン４７を形成した後、膜厚約７０ｎｍの更にポリシリコン層４６によるパターンを形成して橋部２１の下に段差を形成すると共に空洞２３のエッチングを行う。このポリシリコン層４６はシリコンに比べＫＯＨに対し１００倍程度溶け易いので、ポリシリコンのパターンから一斉に下方に空洞２３がエッチングされる効果がある。
この方法によれば、犠牲層のパターニングの必要がなく段差の形成が簡易で、工程数を減らすことができる。
【００６４】
実施例５．
図１３にこの発明の赤外線検出装置の第５の実施例の断面図を示す。２８は赤外線である。実施例１の図２に示した断面図において、この発明では空洞２３の底面と赤外線検知部１３との距離が入射照射される赤外線２８の波長の１／４としたものである。例えば赤外線の波長を１０μｍとすると、赤外線検知部１３と空洞２３の底との距離は約２．５μｍである。
【００６５】
この製造方法は、予めシリコンのエッチングレートを測定しておき、エッチング深さに対応したエッチング時間を設定する。また後述する実施例１２、１３、１４等の方法によりエッチング深さをモニタしながらエッチング深さを赤外線の波長の１／４に形成する。
このような構成をとることにより、上方から照射した赤外線が赤外線検知部１３を通過し空洞２３の底で反射された光が赤外線検知部１３の位置で最大の強度となるので、検出感度を向上することができる。
【００６６】
実施例６．
図１４にこの発明の赤外線検出装置の第６の実施例の断面図を示す。２９は反射膜で、実施例１の赤外線検出装置において図２の空洞２３の底面に反射膜コートしたものである。
空洞２３の底は（１００）面の反射率はそれほど高くないので反射膜２９により反射率を高めたものである。
【００６７】
反射膜２９の製造方法は、選択メタルＣＶＤ法により行う。例えばＷの選択ＣＶＤは、６弗化タングステン、水素、シランガスを用いＣＶＤ法によりタングステン膜を空洞２３の底のシリコン面上に選択的に成長させる。
選択メタルＣＶＤ法により形成される他の反射膜２９材料としては、モリブデン、アルミニウムも可能である。
このような構成とすることにより、微細な赤外線検知部１３の場合でも効率よく検出が可能となる。
【００６８】
実施例７．
実施例６では図１４に示す反射膜２９としてタングステン、モリブデン、アルミニウム等と純金属層を用いたが、ＷＳｉ2 、ＴａＳｉ2 、ＴｉＳｉ2 等のシリサイドを用いると、耐酸化腐食性に強いという効果がある。
この膜の製造方法も選択メタルＣＶＤ法を用い、例えばタングステンを空洞２３の底に形成した後熱処理してシリサイド化する。
【００６９】
実施例８．
実施例６における反射膜２９を金等の膜をメッキ法で形成することができる。シリコン基板１１は導電性があるので、実施例２で空洞２３まで形成された赤外線検出装置を電解液中に入れ、シリコン基板を陰極としてメッキすると、シリコンの表面が露出している空洞２３の底面にのみ金膜を形成することができる。
この方法によれば、ＣＶＤ装置等が必要なく、製造コストをさげることができる。
【００７０】
実施例９．
図１５および図１６に、実施例２等における図２の空洞２３のエッチング工程において、エッチングが隣接する他の素子にまで広がらないようにするための構造とする一実施例を示す。図１５において２７はエッチングストッパで、分離酸化膜２６の下側に形成されたｐ＋層である。
【００７１】
この酸化分離膜２６及びエッチングストッパ２７の製造方法は、シリコン基板１１上に酸化シリコンを形成した後窒化シリコン層を形成し、酸化分離膜２６の部分をパターニング除去し、この上から濃度１０18〜１０20／ｃｍ3 のボロンを注入してシリコン基板に厚み０．３〜０．５μｍのｐ＋層を形成し、エッチングストッパ２７を形成する。つぎにこの基板を酸化処理してエッチングストッパ上に酸化分離膜２６を形成する。
【００７２】
エッチングストッパ２７の動作は、酸化分離膜２６の下側のシリコン基板１１にエッチングが進行しようとしても、濃度１０20／ｃｍ3 のｐ＋層のエッチングレートはほとんど０であるので、エッチングストッパ２７のところでエッチングが停止し、エッチングが横へ広がらないようにする。
この構成をとることにより、図１６ｂに示すような分離酸化層２６下へのエッチングの食い込み部分２８を生じないので、微小な素子の場合でも隣接する素子との連結を防止することができる。
【００７３】
実施例１０．
この実施例においては、実施例２に示す図１及び図２の赤外線検出装置の製造方法において、エッチングホール１９、２０を形成する方向を、エッチングホール１９、２０の長手方向（図１の上下方向）が、（１００）面が表面であるシリコン基板上で＜１１０＞方向となるようにしたものである。
このようにするためには、表面が（１００）で、ファセットの方向が（１１０）面のシリコンウエハを用いてエッチングホールの長手方向をファセットに対して平行或いは垂直方向とする。
【００７４】
この実施例の動作は、エッチングホールを＜１１０＞と平行な直方形とすると、エッチピットはエッチングホールを下底とする逆ピラミット状となるが、＜１１０＞方向と傾斜してエッチングホールを形成すると、（１００）面はエッチングされ易く、（１１１）面はエッチングされにくいので、エッチングホールは傾斜した長方形の頂点をむすび＜１１０＞に平行な線で結ばれた大きな長方形の孔となってしまう。
このような構成とすることにより、エッチングホールの広がりを少なくすることができる。
【００７５】
実施例１１．
この実施例においては、図３で示すように、シリコン基板１１上に赤外線検知部１３がマトリクス状に配置されて形成される赤外線検出装置の製造方法において、（１００）が表面であるシリコン基板１１上に、赤外線検知部１３の配置方向を＜１１０＞方向に平行となるようにしたものである。
この場合も実施例１３と同様な理由なので、説明を省略する。
【００７６】
実施例１２．
図１７はエッチングモニタの一実施例を示す図で、第２の実施例等の赤外線検知装置の製造方法における図２の赤外線検知部１３と空洞２３の空洞の底との距離を調節するためのものである。
図１７において２９は絶縁層で、エッチングされる（１００）面を表面とするシリコン基板１１上に形成されている。３４、３５、３６はエッチピットで絶縁層２９に明けられた〔０１０〕或いは〔００１〕の辺を一辺とする正方形の穴である。
エッチピット３５の対角線の長さが目標とするエッチング深さの２倍の寸法で、エッチピット３４及び３６の対角線長は、エッチピット３５のものより短く、或いは長く形成されている。
エッチピット３４、３５、３６は図２のエッチングホール１９、２０が形成される絶縁膜１２、１３上で（これが絶縁層２９に相当する）エッチングホール１９、２０の近くに形成される。
【００７７】
この様なエッチングモニタを設けることにより、エッチング深さは次のように検知することができる。即ち、エッチングホール１９、２０からエッチングを開始すると、図１７に示すように、上方から観察すると、エッチピット３４、３５、３６は、エッチング開始時の工程１ではエッチピットは正方形パターンを示しているが、エッチングが進み目標深さに到達した工程４ではエッチピット３４、３５に（１１１）面に交線による対角線が現れる。この時エッチピット３６は各角から正方形の中心に向かって部分的に（１１１）面の交線が延びてきて（１００）面に達して止まって台形型パターンとなっている。この時点でエッチングを停止すれば所定の深さの空洞２３が得られる。
このようなモニタを設けることにより、目視によりエッチング深さを正確に知ることができる。
【００７８】
実施例１３．
図１８はエッチングモニタの他の実施例を示す図で、第２の実施例の赤外線検出装置の製造方法における図２の赤外線検知部１３と空洞２３の空洞の底との距離を調節するためのものである。
このエッチングモニタの構成も実施例１２のものと同様に、エッチングされる（１００）面を表面とするシリコン基板１１上の絶縁層２９上に形成された正方形のエッチピット３７で構成されている。この実施例においては、エッチピット３７の対角線長を目標とするエッチング深さの２倍より大きなものとし、更に正方形の各辺の各角からエッチング深さの距離の位置にスリットマーク３８を設けるようにしたものである。
【００７９】
このエッチングモニタの動作は、実施例１２で示したように、エッチングが開始されると、エッチングモニタ３７の各角から正方形の中心に向かって（１１１）面の交点による筋が現れ、（１００）面のところで止まっている。
目標の深さにエッチングが到達すると、正方形の角からの筋はスリットマーク３８まで到達するので、この時点でエッチングを停止するようにする。
このような構成をとることにより、目視により容易にエッチング深さを確認することができる。
【００８０】
実施例１４．
図１９はエッチングモニタの更に他の実施例の構成を示す図で、第２の実施例の赤外線検出装置の製造方法における図２の赤外線検知部１３と空洞２３の空洞の底との距離を調節するためのものである。
このモニタの構成は、図１９に示すように、シリコン基板１１の空洞２３上の赤外線検知部１３上に、空洞２３のエッチング中に赤外線２８を照射するための赤外線光源３９とから構成される。
【００８１】
このモニタの動作は、空洞２３のエッチング中に、赤外線光源３９から赤外線２８を赤外線検知部１３に照射し、その反射光を検知装置（図示せず）でモニタし、その強度が最小となる時点で空洞２３のエッチングを停止するようにする。
この点は赤外線検知部１３による吸収が最大となる赤外線検知部１３と空洞底との距離が照射光の波長の１／４である位置だからである。
このような構成をとることによりエッチング中にエッチング深さを確認することができる。
【００８２】
実施例１５．
以上の実施例における空洞２３の大部分はシリコン基板１１をエッチングして形成されるものであったが、空洞２３をシリコン基板１１外に形成することもできる。
【００８３】
図２０はそのような空洞を形成するプロセスの途中を一画素分について示した立体視図であり、１３は赤外線検知部、４２は赤外線検知部１３をその上に設けた絶縁部材、２１は絶縁部材４２を脚部５０に接続し支持する橋部、２２は後にエッチングに除かれて空洞となる犠牲層、１４は水平信号線、１６は垂直信号線、１７は赤外線検知部１３の電極であって脚部５０、橋部２１を通って赤外線検知部１３に接続されている。
【００８４】
図２１は図２０のＡＡ線に沿った断面図である。橋部２１を形成する絶縁層４２、２１の断面形状は、犠牲層２２の段差が転写されることにより、Ｌ字型の段差のある形状となり、機械的に強化された構造となっている。このような段差を絶縁層に作る為に犠牲層２２も２段形状となっている。１１はシリコン基板、１２は絶縁層である。赤外線検知部１３と絶縁層１２との距離は入射する赤外光の波長の１／４に形成されている。絶縁層１２の表面には反射コートが設けられる。
【００８５】
図２２は完成した一画素分の平面図である。
図２３は図２０の主要部とその断面図を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＢＢ線に沿った断面図、（ｃ）はＡＡ線に沿った断面図、（ｄ）は橋部２１と脚部５０だけの斜視図である。犠牲層２２が２段形状となっており、犠牲層２２の段の部分で橋部２１の断面形状がＬ字型となり剛性が高められている。脚部５０を犠牲層２２の角に形成したので機械的に強くなっている。
【００８６】
図２４（ａ）〜（ｋ）は、図２０〜２３に示す素子の製造プロセスの説明図である。（ａ）はシリコン基板１１の主表面上の厚さ６０００Åの絶縁膜ＳｉＯ2１２の上に犠牲層２２を形成した状態である。犠牲層２２はＣＶＤ法により多結晶シリコンを積層して形成する。
【００８７】
次いで、（ｂ）、（ｃ）のようにレジストパターン５４を形成して犠牲層２２をドライエッチングして段差を作る。この実施例では段差は２μｍに形成した。更に（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）において、レジストパターンを形成し、犠牲層２２を形成する。犠牲層２２の厚さは入射赤外光の波長の１／４とする。
絶縁膜１２上に厚さ５０００Åのアルミニウムでスパッタ法により水平、垂直信号線を形成した後、赤外線検知部を載せる絶縁部材４２となる絶縁層を犠牲層２２を覆って形成した状態が（ｇ）である。絶縁部材４２は例えばＣＶＤ法によりＳｉＯ2 で１０００Åの厚さで形成される。
【００８８】
次いで、水素を含有したＣＶＤ法による非晶質シリコンで赤外線検知部１３を、スパッタ法により５００Åの厚さのタングステンで電極１７を夫々形成する。その上のＣＶＤ法により窒化シリコン膜１８を２０００Åの厚さに形成する。この状態を（ｂ）に示す。
次いで、レジストパターンを形成し（ｉ）、ドライエッチングによりエッチホール１９を形成する（ｊ）。最後にエッチンホール１９を通して犠牲層２２の多結晶シリコンを溶出させ空洞２３を作る（ｋ）。橋部２１の断面形状はＬ字型で剛性が高められている。
【００８９】
実施例１６．
空洞２３をシリコン基板１１外に形成し、且つ橋部の断面形状をＴ字型として剛性を高める実施例を図２５、図２６に基いて説明する。
【００９０】
図２５は、犠牲層２２上に橋部２１および絶縁部材４２を形成した状態を示す図で（ａ）は斜視図、（ｂ）はＡＡ線に沿った断面図、（ｃ）はＣＣ線に沿った断面図である。橋部２１および絶縁部材４２の断面形状はＴ字型であり、剛性が高められている。
【００９１】
図２６（ａ）〜（ｇ）は、この実施例の製造過程の説明図である。（ａ）はシリコン基板１１上にＣＶＤ法により厚さ６０００Åの酸化シリコン膜を形成し、更に多結晶シリコンにより犠牲層２２を形成し、犠牲層２２上にレジストパターン５４を形成した状態を示す。
【００９２】
次に、ドライエッチングにより多結晶シリコン層２２に凹型の段差４７を形成する（ｂ）。その上に更にレジストパターン５４を形成し（ｃ）、ドライエッチングを行い犠牲層２２を形成する（ｄ）。
【００９３】
水平信号線１６を例えばＡｌのスパッタにより厚さ５０００Åに形成した後、犠牲層２２を含め全面にＣＶＤ法により厚さ１０００Åの酸化シリコン膜を形成する。その上にＣＶＤ法により水素を含む非晶質シリコンで赤外線検知部１３を、スパッタ法によりタングステン電極１７を形成する（ｅ）。
その上から、ＣＶＤ法によりＳｉＮ膜１８を形成する（ｅ）。
【００９４】
次に、レジストパターン（図示せず）を形成し、ＳｉＮ膜１８とＳｉＯ2 絶縁膜４２を選択的にエッチングしてエッチングホール１９を形成する（ｆ）。エッチングホール１９を通して犠牲層ポリシリコン２２をＫＯＨ溶液で溶出させて空洞２３を形成する（ｇ）。橋部２１および検知部１３を載せる絶縁部材４２は断面形状がＴ字型に形成され、剛性が高められている。
【００９５】
実施例１７．
空洞２３をシリコン基板１１外に形成し、且つ、橋部の断面形状を逆Ｕ字型として剛性を高めた実施例の製造過程を図２７（ａ）〜（ｆ）に基いて説明する。
【００９６】
シリコン基板１１上にＳｉＯ2 絶縁膜１２とポリシリコンの犠牲層２２を形成し、更に、犠牲層２２上にレジストパターン５４を形成する（ａ）。
犠牲層２２を選択エッチングして表面に凸形状の段差を形成した後、更にレジストパターン５４を形成し（ｂ）、エッチングして犠牲層２２を得る（ｃ）。次に、犠牲層２２を覆ってＳｉＯ2 膜を形成し、その上に非晶質シリコンの赤外線検知部とタングステン電極を形成し、更にＳｉＮ膜を形成する（ｄ）。レジストパターンを形成し、選択エッチングによりエッチングホールを形成し（ｅ）、エッチングホールを通してＫＯＨ溶液により犠牲層２２を溶かし出して空洞２３を形成する（ｆ）。
橋部２１および絶縁部材４２は逆Ｕ字型となっているので剛性が高められている。
【００９７】
実施例８．
空洞２３をシリコン基板１１外に形成し、且つ橋部の断面形状をＬ字型とする他の実施例を図２８、図２９について説明する。
【００９８】
図２８（ａ）は一画素分の主要部の犠牲層エッチング前の斜視図、図２８（ｂ）は図２８（ａ）のＢＢ線に沿った断面図、図２８（ｃ）は図２８（ａ）のＡＡ線に沿った断面図である。この実施例では犠牲層２２は台形に形成される。橋部２１は変型したＬ字型に形成される。
【００９９】
図２９（ａ）〜（ｆ）は、製造過程の説明図である。シリコン基板１１上にＳｉＯ2 膜１２を形成し、その上にポリシリコンの犠牲層２２を形成しレジストパターン５４を形成する（ａ）。ＳＦ6 ガスにより等方性のドライエッチングを行い、台形の犠牲層２２を形成する（ｂ）、（ｃ）。信号線１６を形成した後、全面にＳｉＯ2 絶縁膜４２を形成し、その上に非晶質シリコンの赤外線検知部１３、タングステン電極１７を形成し、更にＳｉＮ膜１８を形成する。その後レジストパターンを形成し、エッチングホール１９を形成し（ｄ）、エッチングホール１９を通してＫＯＨ溶液により犠牲層２２を溶出させ、空洞２３を形成する。橋部２１は変型したＬ字型に形成されているので剛性が高められている。
【０１００】
赤外線検知部１３には各種赤外線センサが採用可能である。赤外線によって検知膜の抵抗が変化し、これを電流の変化として検知するボロメータ方式の熱赤外センサの他に熱電対型の赤外センサや焦電型の赤外センサも使用できる。
【０１０１】
【発明の効果】
第１の発明では橋部の長手方向全域にわたって橋部の横断面、第２の発明では橋部の長手方向全域にわたって橋部の横断面と絶縁部材の断面形状に段差をつけるようにしたので、それらの２次断面モーメントを大きくでき、赤外線検知部を支持する支持強度の強い構造を提供することができる。特に熱絶縁のために細く形成された橋部の強度を大きくすることができる。
【０１０２】
第３の発明では、段差形状を逆Ｕ字型としたので平板型に比べて強度の大きい支持が可能である。これにより赤外線検知部を支持する支持強度の強い構造を提供することができる。
【０１０３】
第４の発明では、橋部横断面の段差形状をＬ字型としたので平板型に比べて強度の大きい支持が可能となった。逆Ｕ字型に比べて小さいが成膜パターンが簡易という効果がある。これにより赤外線検知部を支持する支持強度の強い構造を提供することができる。
【０１０４】
第５の発明では、第１または２の発明において赤外線検知部と空洞との光学距離が測光波長の１／４となるようにしたので、橋部或いは絶縁部材の２次断面モーメントを大きくでき、赤外線検知部を支持する支持強度の強い構造を提供することができるとともに、更に微細化された赤外線検知部の感度をあげることができる。
【０１０５】
第６の発明では、第１または２の発明において赤外線検知部の下側のシリコン基板に形成された空洞の底に、反射コートを設けるようにしたので、橋部或いは絶縁部材の２次断面モーメントを大きくでき、赤外線検知部を支持する支持強度の強い構造を提供することができるとともに、更に微細化された赤外線検知部の感度をあげることができる。
【０１０８】
第７の発明では、犠牲層で段差パターンを形成したので、橋部の長手方向全域にわたって橋部の横断面に段差のある橋部或いは絶縁部材の形状を形成することができ、これにより赤外線検知部を支持する支持強度の強い構造を形成する製造方法を提供することができる。
【０１０９】
第８の発明では、段差の形成をシリコン基板に凹部の段差パターンを設けてから犠牲層を形成し、その上に絶縁層を形成するようにしたので、犠牲層のパターニングをすることなく所定の段差形成ができるので工程を簡易化することができる。これにより赤外線検知部を支持する支持強度の強い構造を形成する製造方法を提供することができる。
【０１１０】
第９の発明では、第７または第８の発明において、犠牲層をポリシリコン層としたので、段差を形成することができ、これにより赤外線検知部を支持する支持強度の強い構造を形成する製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の赤外線検出装置の第１の実施例の平面図を示す図である。
【図２】 図１のＡＡ断面図を示す図である。
【図３】 この発明の赤外線検出装置の結線図を示す図である。
【図４】 両端自由支持梁の梁の形状と撓みとの関係を示す図である。
【図５】 の発明の赤外線検出装置の第１の実施例の他の例を示す平面図である。
【図６】 この発明の第２の実施例の赤外線検出装置の製造工程を示すための断面図を示す図である。
【図７】 この発明の第２の実施例の赤外線検出装置の製造工程を示すための断面図を示す図である。
【図８】 この発明の第２の実施例の赤外線検出装置の製造工程を示すための断面図を示す図である。
【図９】 この発明の第３の実施例の赤外線検出装置の製造工程を示すための断面図を示す図である。
【図１０】 この発明の第３の実施例の赤外線検出装置の製造工程を示すための断面図を示す図である。
【図１１】 この発明の第４の実施例の赤外線検出装置の製造工程を示すための断面図を示す図である。
【図１２】 この発明の第４の実施例の赤外線検出装置の製造工程を示すための断面図を示す図である。
【図１３】 この発明の第５の実施例の赤外線検出装置の断面図を示す図である。
【図１４】 この発明の第６の実施例の赤外線検出装置の断面図を示す図である。
【図１５】 この発明の第９の実施例の赤外線検出装置の断面図である。
【図１６】 この発明の第９の実施例の赤外線検出装置の断面図である。
【図１７】 この発明の第１２の実施例のエッチングモニタの構造を示す平面図である。
【図１８】 この発明の第１３の実施例のエッチングモニタの構造を示す平面図である。
【図１９】 この発明の第１４の実施例のエッチングモニタの構造を示す平面図である。
【図２０】 この発明の第１５の実施例の犠牲層および絶縁部材の構造を示す斜視図である。
【図２１】 図２０の断面図である。
【図２２】 図２０に対応する平面図である。
【図２３】 図２０の主要部の斜視図および断面図である。
【図２４】 第１５の実施例の製造過程を示す図である。
【図２５】 この発明の第１６の実施例の犠牲層および絶縁部材の構造を示す斜視図および断面図である。
【図２６】 第１６の実施例の製造過程を示す図である。
【図２７】 この発明の第１７の実施例の製造過程を示す図である。
【図２８】 この発明の第１８の実施例の犠牲層および絶縁部材の構造を示す斜視図および断面図である。
【図２９】 第１８の実施例の製造過程を示す図である。
【図３０】 従来の赤外線検出装置の構造を示す図である。
【図３１】 従来の赤外線検出装置の他の構造を示す図である。
【符号の説明】
１１ シリコン基板 １２ 絶縁層
１３ 赤外線検知部 １５ 電極
１７ 電極 １８ 絶縁層
１９ エッチングホール ２０ エッチングホール
２１ 橋部 ２２ 犠牲層
２３ 空洞 ２６ 分離酸化膜
２７ エッチングストッパ ２８ 反射コート
２９ 絶縁層 ３４ エッチピット
３５ エッチピット ３６ エッチピット
３７ エッチピット ３８ スリットマーク
４２ 絶縁部材 ４６ 犠牲層
４７ 凹部の段差パターン
Claims (10)
- 空洞がシリコン基板に形成され、上記空洞上部の上記シリコン基板表面の高さの空間にある絶縁部材上に設けられた赤外線検知部と、上記絶縁部材を上記空洞上に上記空洞の外側の上記シリコン基板上の部材と上記絶縁部材を結んで保持する橋部とを備え、該橋部の横断面の形状は長手方向全域にわたって段差を有することを特徴とする赤外線検出装置。
- さらに、絶縁部材自身の断面形状が段差を有することを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出装置。
- 段差形状が逆Ｕ字型であることを特徴とする請求項１または２に記載の赤外線検出装置。
- 橋部横断面の段差形状がＬ字型であることを特徴とする請求項１または２に記載の赤外線検出装置。
- 赤外線検知部と空洞の底面との光学距離が測光波長の１／４であることを特徴とする請求項１または２に記載の赤外線検出装置。
- 空洞の底に反射コートを設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の赤外線検出装置。
- 赤外線検知部を支持しシリコン基板表面の高さの空間にある絶縁部材と、上記絶縁部材をシリコン基板の空洞上に上記空洞の外側の上記シリコン基板上の部材と上記絶縁部材を結んで保持するための橋部とが形成される部分の上記シリコン基板に、犠牲層による段差パターンを形成する工程と、上記段差パターンを覆って上記シリコン基板に絶縁層を形成する工程と、上記絶縁層上に上記赤外線検知部を形成する工程と、上記絶縁層の上記絶縁部材および上記橋部の領域の外側周囲をエッチングしてエッチングホールを形成する工程と、上記エッチングホールから上記犠牲層および上記シリコン基板をエッチングして少なくとも上記橋部の長手方向全域にわたって橋部の横断面に段差を形成するとともに、上記橋部および上記絶縁部材の下側に上記空洞を形成する工程とを備えた赤外線検出装置の製造方法。
- 赤外線検知部を支持しシリコン基板表面の高さの空間にある絶縁部材と、上記絶縁部材をシリコン基板の空洞上に上記空洞の外側の上記シリコン基板上の部材と上記絶縁部材を結んで保持するための橋部とが形成される部分の上記シリコン基板に凹部の段差パターンを形成する工程と、上記凹部の段差パターンを覆って上記シリコン基板上に犠牲層を形成する工程と、上記犠牲層を覆って絶縁層を形成する工程と、上記絶縁層上に赤外線検知部を形成する工程と、上記絶縁層の上記絶縁部材および上記橋部の部分の外側周囲をエッチングしてエッチングホールを形成する工程と、上記エッチングホールから上記犠牲層および上記シリコン基板をエッチングして少なくとも上記橋部の長手方向全域にわたって橋部の横断面に段差を形成するとともに、上記橋部および上記絶縁部材の下側に上記空洞を形成する工程とを備えた赤外線検出装置の製造方法。
- 犠牲層をポリシリコン層とすることを特徴とする請求項７または８に記載の赤外線検出装置の製造方法。
- エッチングホールから犠牲層およびシリコン基板をエッチングして橋部の横断面に段差を形成する工程において、同時に絶縁部材の下方にも絶縁部材自身の段差を形成することを特徴とする請求項７または８に記載の赤外線検出装置の製造方法。
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