JP5008580B2

JP5008580B2 - 赤外線撮像素子の製造方法および赤外線撮像素子

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Publication number: JP5008580B2
Application number: JP2008018602A
Authority: JP
Inventors: 大介高室; 隆紀杉野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-01-30
Filing date: 2008-01-30
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2028-01-30
Also published as: JP2009180574A

Description

本発明は、赤外線撮像素子の製造方法およびその構造に関し、特に、非冷却赤外線撮像素子の製造方法およびその構造に関する。

近年、防犯、医療、非破壊検査、車載応用など様々な分野において赤外線撮像素子に対する需要があり、検知能力の向上が図られてきた。特に、冷却装置が不要な非冷却赤外線撮像素子は様々な手法により高感度化がなされ、性能、価格、使いやすさから普及してきている。そして、赤外線の検出感度がより高く、熱時定数がより短い非冷却赤外線撮像素子が求められている。

従来の非冷却赤外線撮像素子の製造方法では、赤外線撮像素子（画素領域と回路領域を含む）上の絶縁膜を薄膜化するために、絶縁膜の堆積前に、赤外線撮像素子上に層間膜としての犠牲層やエッチング停止層が形成される。その後、全面に絶縁膜等が堆積された後、赤外線撮像素子上の絶縁膜は、エッチングにより選択除去される。赤外線撮像素子の絶縁膜のエッチングは、エッチング停止層で止まり、これにより赤外線撮像素子の画素領域が薄膜化される（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３４０６８４号公報

しかしながら、従来の製造方法では、赤外線撮像素子の絶縁膜をすべて選択除去することにより画素領域の薄膜化を行っていたため、画素領域の絶縁膜だけでなく、多層配線を形成する回路領域の層間絶縁膜もエッチングにより薄膜化される。このため、赤外線撮像素子の回路領域の多層配線において、多層配線間の耐圧を十分に確保することが困難であった。

また、従来の赤外線撮像素子の製造方法では、赤外線撮像素子の絶縁膜の薄膜化のためにエッチング停止膜の形成等が必要となるとともに、エッチング停止膜は赤外線撮像素子全面に形成され、製造工程が複雑であった。このため、赤外線検知部を有する中空構造部の熱容量を制御良く低減させることが困難であった。

そこで、本発明は、赤外線撮像素子において、画素領域の熱容量を低減しつつ、回路領域の多層配線において十分な耐圧を確保できる赤外線撮像素子の提供を目的とする。

本発明は、赤外線検知部が中空に保持された熱型の赤外線撮像素子の製造方法であって、回路部が形成される回路領域と、赤外線検知部を含む中空構造部と中空構造部を支持する支持脚とが形成される画素領域とを有する半導体基板を準備する工程と、
画素領域に赤外線検知部を形成する工程と、
回路領域と画素領域とを覆うように絶縁膜を形成する工程と、
回路領域の絶縁膜上に第１配線層を形成する工程と、
回路領域と画素領域とを覆うように第１層間膜を形成する工程と、
回路領域の第１層間膜を残しながら、画素領域の絶縁膜および第１層間膜を除去する除去工程と、
回路領域と画素領域とを覆うように第２層間膜を形成する工程と、
第２層間膜の上に第２配線層を形成し、第１層間膜と第２層間膜とを介して第１配線層と第２配線層とが積層された多層配線部を回路領域に形成する工程と、
半導体基板をエッチングして凹部を形成し、支持脚と、支持脚によって中空に保持された中空構造部とを形成する工程とを含むことを特徴とする赤外線撮像素子の製造方法である。

また、本発明は、回路領域と画素領域とが同一半導体基板上に設けられた熱型の赤外線撮像素子であって、画素領域は、
半導体基板と、
半導体基板に設けられた凹部と、
凹部上に支持脚で支持され、赤外線検知部を備えた中空構造部とを含み、
支持脚の厚みと中空構造部の厚みとが互いに異なることを特徴とする赤外線撮像素子である。

本発明の一の態様では、画素領域において、中空構造部の熱容量が小さくなり、より高感度な赤外線の検出が可能となるとともに、熱時定数も短くなり、高精度な赤外線の検出が可能となる。一方、回路領域において、多層配線層間の耐圧を大きくすることができる。

また、本発明の他の態様では、赤外線検知部上の絶縁膜を均一に薄膜化できる。

また、本発明の他の態様では、支持脚に形成される絶縁膜の厚さを制御することにより、中空構造部の熱容量に影響を与えることなく支持脚の熱コンダクタンスを制御できる。

実施の形態１．
図１は、全体が１０００で表される、本実施の形態１にかかる赤外線固体撮像装置であり、（ａ）に斜視図、（ｂ）に（ａ）のＣ部分の拡大図、（ｃ）に（ｂ）をＢ−Ｂ方向に見た場合の断面の概略図を示す。

図１（ａ）に示すように、赤外線固体撮像装置１０００は、アレイ状に配置された複数の赤外線撮像素子を含む。赤外線撮像素子は画素領域１を含み、画素領域１の間には、選択線２と信号線３からなる回路領域が設けられている。また、周辺領域には、駆動走査回路４、信号走査回路５、出力アンプ６が設けられている。

図１（ｂ）に示すように、選択線２と信号線３ａとは同じレベル（上層）にあり、一方、信号線３ｂは異なったレベル（下層）にある。信号線３ａと信号線３ｂは、スルーホール７を介して接続されている。このような多層配線構造を用いることにより、選択線２と信号線３とを交差させることができる。

図１（ｃ）は、選択線２と信号線３が交差する部分（Ｂ−Ｂ方向）の断面図であり、半導体基板１２の上に絶縁膜１０が形成され、その上に信号線３ｂが形成されている。信号線３ｂは、導電性シリコンやアルミニウム、タングステン、チタン、コバルト、タンタル、プラチナ、モリブデン等の高融点金属、これら高融点金属のシリサイド等から形成される。アルミニウム等の配線材料に代えて高融点金属を用いることにより、その後に行われる層間絶縁膜の形成を温度の高い熱ＣＶＤ法等で行うことができる。信号線３ｂの上には、更に層間絶縁膜となる絶縁膜１０が形成され、その上に選択線２が形成されている。

赤外線撮像素子１の検出性能を向上させるには、絶縁膜１０の膜厚を薄くするのが好ましいが、絶縁膜を薄膜化すると、図１（ｃ）に示した層間絶縁膜の厚さｈ（画素領域の選択線２と信号線３の間の絶縁膜の厚さ）が薄くなり、選択線３と信号線３ｂとの間に耐圧が低下するという問題があった。
これに対して、赤外線固体撮像装置１０００では、赤外線検知部を含む中空構造部の絶縁膜のみを選択的に薄くすることにより、層間絶縁膜の膜厚ｈを確保しながら中空構造部の熱容量を低くし、赤外線の検出効率を向上させている。

図２は、全体が１００で表される、本実施の形態１にかかる赤外線撮像素子であり、図２（ａ）に上面図、図２（ｂ）に図２（ａ）のＩＩａ−ＩＩａ（図１のＡ−Ａ方向に相当）の断面図である。なお、図２（ａ）は、赤外線撮像素子１００の画素領域のみを表示している。

図２（ａ）に示すように、赤外線半導体素子１００は、半導体基板に設けられた凹部（図示せず）の上に、支持脚１４で支持された中空構造部２５を有する。中空構造部２５の上には、傘状の赤外線吸収部９が設けられている。なお、図２（ａ）では、これらの位置関係を明確にするために、赤外線吸収部９は透明となっている。

図２（ｂ）に示すように、赤外線半導体素子１００は、回路領域１１０と画素領域１２０とからなる半導体基板１２を有する。半導体基板１２は、例えばシリコン基板上に酸化シリコン層を介してシリコン層が形成されたＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板であることが好ましい。また、ＳＯＩ基板の埋め込み酸化膜層は、中空構造部の熱容量に含まれるため、より薄い方が、中空構造部の熱容量を小さくできる。このような半導体基板１２を用いることにより、ＳＯＩ層にｐｎ接合ダイオードを形成し、赤外線検知膜とすることができる。この場合、汎用のシリコンプロセスを適用することができる。

半導体基板１２の回路領域１１０には、例えばＭＯＳ型半導体素子からなる回路部１５が設けられている。更に、半導体基板の上に、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜１０が設けられ、その上に信号線等の配線層１６が設けられている。配線層１６は、例えば導電性シリコン、コバルト、タンタル、モリブデン、Ｐｔ、アルミニウム、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＳｉ等からなる。

配線層１６の上には、例えば酸化シリコンからなる層間膜１７、１８が設けられ、その上に選択線等の配線層１１が設けられている。これにより多層配線構造となっている。更に、配線層１１を覆うように、例えば酸化シリコンからなる保護膜１９が形成されている。

一方、半導体基板１２の画素領域１２０には、凹部１３が設けられ、その上に支持脚１４で支持された中空構造部２５が設けられている。支持脚１４は、絶縁膜１０、層間膜１７、１８、配線層１１および保護膜１９からなる。

また、支持脚１４で支持された中空構造部２５は、絶縁膜１０を有し、その上に、赤外線検知部８が設けられている。赤外線検知部８は、ｐｎ接合ダイオード、トランジスタ等のような、温度によってその電気特性が変化する感温素子からなる。赤外線検知部８は層間絶縁膜１８で覆われ、その上に配線層１１が設けられている。配線層１１は、例えばｐｎ接合ダイオードのｐ型領域、ｎ型領域にそれぞれ接続されている。配線層１１は、保護膜１９に覆われ、その上に傘構造をした赤外線吸収部９が設けられている。赤外線吸収部９は、例えば金属、金属化合物、導電性酸化物等からなる。

赤外線半導体素子１００では、入射した赤外線が赤外線吸収部９で吸収されて熱になる。この熱は中空構造部２５に伝わり赤外線検知部８の温度を上昇させ、これにより赤外線検知部８の電気特性が変化する。この電気特性の変化は電気信号として、支持脚１４の配線層１１を介して回路部１５に送られる。回路部１５では、電気信号の変化から赤外線吸収部９に入射した赤外線の量を検出する。

本実施の形態１にかかる赤外線半導体素子１００では、中空構造部２５の厚さが、支持脚１４に比較して薄くなっている。このため、中空構造部２５の熱容量が小さくなり、より高感度な赤外線の検出が可能となるとともに、熱時定数も短くなり、早い動きの物体の撮像が可能になるなど高精度な赤外線の検出が可能となる。

次に、図３Ａ〜図３Ｆを用いて、本実施の形態１にかかる赤外線撮像素子１００の製造方法を説明する。図３Ａ〜図３Ｆ中、図２と同一符号は、同一または相当箇所を示す。かかる製造方法は、以下の工程１〜６を含む。

工程１：図３Ａに示すように、例えばＳＯＩ基板のような半導体基板１２の上に、非冷却赤外線撮像素子の画素領域の赤外線検出部８と回路領域の回路部１５とを形成する。赤外線検出部８と回路部１５は、例えばＭＯＳ型半導体素子からなる。次に、全体を覆うように、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜１０を形成する。次に、絶縁膜１０の上に、配線層（例えば信号線）１６を形成する。

工程２：図３Ｂに示すように、絶縁膜１０の上に、例えば酸化シリコンからなる層間膜１７を形成する。次に、層間膜１７の上にレジストマスク２０を形成する。レジストマスク２０は、赤外線検知部８の上（中空構造部２５の作製領域）に開口部を有する。

工程３：図３Ｃに示すように、レジストマスク２０を用いて、赤外線検出部８上の絶縁膜１０、層間膜１７をエッチングで除去する。絶縁膜１０、層間膜１７のエッチングには、例えば弗化水素酸溶液を用いたウェットエッチングが用いられるが、ドライエッチングを用いても構わない。

工程４：図３Ｄに示すように、レジストマスク２０を除去した後、赤外線検知部８を含む全面を覆うように、例えば酸化シリコンからなる層間膜１８を、所望の膜厚だけ堆積する。層間膜１８の膜厚を制御することにより、赤外線検知部８の上の層間膜１８の膜厚を、所定の膜厚とすることができる。

工程５：図３Ｅに示すようにアルミニウム、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＳｉ等からなる配線層（例えば選択線）１１を、蒸着およびパターニング法を用いて形成する。

工程６：図３Ｆに示すように、例えば酸化シリコンからなる保護膜１９を全面に形成後、レジストマスク（図示せず）を用いたドライエッチングで、エッチングホール２１を形成する。エッチングホール２１の底面には、半導体基板１２の表面が露出する。次に、赤外線検知部８上の保護膜１９の上に、例えばチタン、ニクロム、クロムなどの金属、窒化チタン、窒化バナジウムなどの金属化合物、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウムスズなどの導電性酸化物からなる赤外線吸収部９を形成する。赤外線吸収部９は、赤外線検知部８上に開口部を有する犠牲層を形成し、その上に赤外線吸収部９を形成する赤外線吸収膜を堆積、パターニングする。その後、赤外線吸収部９の開口部(図示しない)と犠牲層を貫通してエッチングホール２１に達するエッチングホールを介してＸｅＦ_２等を用いたドライエッチングにより半導体基板１２をエッチングして凹部１３を形成し、犠牲層を除去して、支持脚１４および中空構造部（検出部）２５を作製する。以上の工程で、図２に示す赤外線撮像素子１００が完成する。

このように、本実施の形態１にかかる製造方法を用いることにより、工程３において、赤外線検知部８の上の層間膜１７、絶縁膜１０を選択的に除去し、他の回路領域１１０や支持脚１４と比較して、中空構造部（検出部）２５上の絶縁膜を薄くできる。この結果、赤外線検知部８を有する中空構造部２５の熱容量が小さくなり、より高感度な赤外線の検出が可能となるとともに、熱時定数も短くできる。

一方、中空構造部（検出部）２５以外の領域では、層間膜１７の膜厚を十分に厚くできるため、多層配線部分（信号線および駆動線を含む）は、配線間で十分な耐圧を有することができる。また、支持脚１４においても十分な強度が保てる。

また、赤外線検知部上の絶縁膜は、薄膜化工程で選択的にエッチングした後、再度、所望の膜厚だけ絶縁膜を堆積するため、犠牲層やエッチング停止層の追加等のプロセスを行うことなく、赤外線検知部上の絶縁膜を均一に薄膜化することができる。

実施の形態２．
図４Ａ〜図４Ｆは、全体が２００で表される、本実施の形態２にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。図中、図２と同一符号は、同一または相当箇所を示す。かかる製造方法は以下の工程１〜６を含む。

工程１：図４Ａに示すように、半導体基板１２上に非冷却赤外線撮像素子の画素領域の赤外線検出部８と、回路領域の回路部１５を形成する。次に、赤外線検出部８の上に、例えば窒化シリコンかららなるエッチング停止膜２２を形成する。エッチング停止膜２２は、赤外線検知部８間の分離工程で、ＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）酸化するために形成された窒化シリコン等を利用してもよい。この場合、新たな工程を追加することなくエッチング停止膜２２が形成できる。次に、全体を覆うように、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜１０を形成する。また、絶縁膜１０の上には、配線層１６が形成される。

工程２：図４Ｂに示すように、絶縁膜１０の上に、例えば酸化シリコンからなる層間膜１７を形成し、その上にレジストマスク２０を形成する。レジストマスク２０は、赤外線検知部８の上に開口部を有する。

工程３：図４Ｃに示すように、レジストマスク２０を用いて、赤外線検出部８上の絶縁膜１０、層間膜１７をエッチングで除去する。絶縁膜１０、層間膜１７のエッチングには、例えば弗化水素酸溶液を用いたウェットエッチングが用いられるが、ドライエッチングを用いても構わない。

赤外線検知部８の上ではエッチング停止膜２２はエッチングされず、赤外線検知部８の表面がエッチング液に晒されない。例えばドライエッチング等を用いて絶縁膜１０等をエッチングした場合、ドライエッチングによるダメージが赤外線検知部８の特性（雑音、感度等）に影響を与えるが、エッチング停止膜２２を形成することにより、赤外線検知部８をドライエッチングのダメージから守ることができる。

工程４〜６：図４Ｄ〜図４Ｆに示すように、実施の形態１の工程４〜６（図３Ｄ〜図３Ｆ）と同様の工程を行うことにより、図４Ｆに示す赤外線半導体素子２００が完成する。

本実施の形態２にかかる製造方法では、中空構造部２５の絶縁膜１０、層間膜１７の選択エッチング工程（図４Ｃ）において、赤外線検知部８の表面がエッチング停止膜２２で覆われているためにダメージが入らず、赤外線検知部８の特性劣化を防止できる。
なお、回路領域の多層配線層では、層間膜１７はエッチングされないため、多層配線間で十分な耐圧を維持できる。また、支持脚１４も十分な強度を有する。

実施の形態３．
図５Ａ〜図５Ｆは、全体が３００で表される、本実施の形態３にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。図中、図２と同一符号は、同一または相当箇所を示す。かかる製造方法は以下の工程１〜６を含む。

工程１：図５Ａに示すように、半導体基板１２上に非冷却赤外線撮像素子の画素領域の赤外線検出部８と、回路領域の回路部１５を形成する。次に、全体を覆うように、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜１０を形成する。絶縁膜１０の上には、配線層１６を形成する。

工程２：図５Ｂに示すように、絶縁膜１０の上に、例えば酸化シリコンからなる層間膜１７を形成する。次に、層間膜１７の上にレジストマスク２０を形成する。レジストマスク２０は、中空構造部２５および支持脚１４の作製領域を覆うように、開口部を有する。

工程３：図５Ｃに示すように、レジストマスク２０を用いて、中空構造部２５および支持脚１４の作製領域の絶縁膜１０、層間膜１７をエッチングで除去する。絶縁膜１０、層間膜１７のエッチングには、例えば弗化水素酸溶液を用いたウェットエッチングが用いられるが、ドライエッチングを用いても構わない。

工程４：図５Ｄに示すように、レジストマスク２０を除去した後、赤外線検知部８を含む全面を覆うように、例えば酸化シリコンからなる層間膜１８を、所望の膜厚だけ堆積する。層間膜１８の膜厚を制御することにより、赤外線検知部８の上の層間膜１８の膜厚を、所定の膜厚とすることができる。

工程５：図５Ｅに示すようにアルミニウム等からなる配線層１１を、蒸着およびパターニング法を用いて形成する。この場合、支持脚１４の配線層１１は、エッチングで開口部の層間膜１８の上に形成される。

工程６：図５Ｆに示すように、例えば酸化シリコンからなる保護膜１９を全面に形成後、レジストマスク（図示せず）を用いたドライエッチングで、半導体基板１２が露出するようにエッチングホール２１を形成する。次に、赤外線検知部８上の保護膜１９の上に、赤外線吸収部９を形成する。その後、ＸｅＦ_２等を用いたドライエッチングにより半導体基板１２をエッチングして凹部１３を形成し、支持脚１４および中空構造部（検出部）２５を作製する。以上の工程で、図５Ｆに示す赤外線撮像素子３００が完成する。

本実施の形態３にかかる赤外線撮像素子３００では、上述の赤外線撮像素子１００に比較して、支持脚１４の厚さが薄くなっている。これにより、中空構造部２５から支持脚１４を経由して外部に逃げる熱の熱コンダクタンスを低減して、赤外線検出性能を向上させることが可能となる。

実施の形態４．
図６Ａ〜図６Ｆは、全体が４００で表される、本実施の形態４にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。図中、図２と同一符号は、同一または相当箇所を示す。かかる製造方法は以下の工程１〜６を含む。

工程１：図６Ａに示すように、半導体基板１２上に非冷却赤外線撮像素子の画素領域の赤外線検出部８と、回路領域の回路部１５を形成する。次に、赤外線検出部８の上に、例えば窒化シリコンかららなるエッチング停止膜２２を形成する。更に、全体を覆うように、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜１０を形成する。また、絶縁膜１０の上には、配線層１６が形成される。

工程２：図６Ｂに示すように、絶縁膜１０の上に、例えば酸化シリコンからなる層間膜１７を形成し、その上にレジストマスク２０を形成する。レジストマスク２０は、中空構造部２５および支持脚１４の作製領域を覆うように、開口部を有する。

工程３：図６Ｃに示すように、レジストマスク２０を用いて、中空構造部２５および支持脚１４の作製領域の絶縁膜１０、層間膜１７をエッチングで除去する。絶縁膜１０、層間膜１７のエッチングには、例えば弗化水素酸溶液を用いたウェットエッチングが用いられるが、ドライエッチングを用いても構わない。赤外線検知部８の上ではエッチング停止膜２２でエッチングが停止する。

工程４〜６：図６Ｄ〜図６Ｆに示すように、実施の形態３の工程４〜６（図５Ｄ〜図５Ｆ）と同様の工程を行うことにより、図６Ｆに示す赤外線半導体素子４００が完成する。

本実施の形態４にかかる製造方法では、中空構造部２５の絶縁膜１０、層間膜１７の選択エッチング工程（図６Ｃ）において、赤外線検知部８の表面がエッチング停止膜２２で覆われているためにダメージが入らず、赤外線検知部８の特性劣化を防止できる。
また、支持脚１４の厚さが薄くなり、中空構造部２５から支持脚１４を経由して外部に逃げる熱を低減して、赤外線の検出性能が向上する。

実施の形態５．
図７Ａ〜図７Ｇは、全体が５００で表される、本実施の形態５にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。図中、図２と同一符号は、同一または相当箇所を示す。かかる製造方法は以下の工程１〜７を含む。

工程１：図７Ａに示すように、半導体基板１２の上に、非冷却赤外線撮像素子の画素領域の赤外線検出部８と回路領域の回路部１５とを形成する。次に、全体を覆うように、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜１０を形成する。次に、絶縁膜１０の上に、配線層（例えば信号線）１６を形成する。

工程２：図７Ｂに示すように、絶縁膜１０の上に、例えば酸化シリコンからなる層間膜１７を形成する。次に、層間膜１７の上にレジストマスク２０を形成する。レジストマスク２０は、支持脚１４の作製領域上に開口部を有するが、赤外線検知部８の上（中空構造部２５の作製領域）は、開口せずレジストマスク２０で覆われている。

工程３：図７Ｃに示すように、レジストマスク２０を用いて、支持脚１４の作製領域上の絶縁膜１０、層間膜１７を選択的にエッチングで除去する。絶縁膜１０、層間膜１７のエッチングには、例えば弗化水素酸溶液を用いたウェットエッチングが用いられるが、ドライエッチングを用いても構わない。

工程４：図７Ｄに示すように、レジストマスク２０を除去した後、全面を覆うように、例えば酸化シリコンからなる層間膜１８を、所望の膜厚だけ堆積する。

工程５：図７Ｅに示すように、例えばレジストマスク（図示せず）で中空構造部２５の形成領域以外を覆い、中空構造部２５形成領域上の絶縁膜１０、層間膜１７、１８を選択的に除去する。エッチングには、例えば弗化水素酸溶液を用いたウェットエッチングが用いられるが、ドライエッチングを用いても構わない。

工程６：図７Ｆに示すように、全面を覆うように、例えば酸化シリコンからなる層間膜２３を所望の膜厚だけ堆積する。次に、アルミニウム等からなる配線１１を形成する。この場合、支持脚１４の配線層１１は、エッチングで開口部の層間膜２３の上に形成される。

工程７：図７Ｇに示すように、例えば酸化シリコンからなる保護膜１９を全面に形成後、レジストマスク（図示せず）を用いたドライエッチングで、エッチングホール２１を形成する。次に、赤外線検知部８上の保護膜１９の上に、赤外線吸収部９を形成する。その後、ＸｅＦ_２等を用いたドライエッチングにより半導体基板１２をエッチングして凹部１３を形成し、支持脚１４および中空構造部（検出部）２５を作製する。以上の工程で、図７Ｇに示す赤外線撮像素子５００が完成する。

このように、本実施の形態５にかかる製造方法では、中空構造部２５の熱容量の低減や、支持脚１４の熱コンダクタンスの低減が可能となる。
特に、本実施の形態５にかかる製造方法では、支持脚１４と中空構造部２５とは別々の工程で作製するため、中空構造部２５には形成されず支持脚１４に形成される層間膜１８の厚さを制御することにより、中空構造部２５の熱容量に影響を与えることなく支持脚１４の熱コンダクタンスを制御することができる。

実施の形態６．
図８Ａ〜図８Ｇは、全体が６００で表される、本実施の形態６にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。図中、図２と同一符号は、同一または相当箇所を示す。かかる製造方法は以下の工程１〜７を含む。

工程１：図８Ａに示すように、半導体基板１２上に非冷却赤外線撮像素子の画素領域の赤外線検出部８と、回路領域の回路部１５を形成する。次に、赤外線検出部８の上に、例えば窒化シリコンかららなるエッチング停止膜２２を形成する。更に、全体を覆うように、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜１０を形成する。また、絶縁膜１０の上には、配線層１６が形成される。

工程２〜４：図８Ｂ〜図８Ｄに示すように、実施の形態５の工程２〜４（図７Ｂ〜図７Ｄ）と同様の工程を行う。

工程５：図８Ｅに示すように、例えばレジストマスク（図示せず）で中空構造部２５の形成領域以外を覆い、中空構造部２５形成領域上の絶縁膜１０、層間膜１７、１８を選択的に除去する。エッチングには、例えば弗化水素酸溶液を用いたウェットエッチングが用いられるが、ドライエッチングを用いても構わない。
エッチング工程では、赤外線検知部８の上ではエッチング停止膜２２でエッチングが停止する。これにより、赤外線検知部８にはエッチングのダメージが入らない。

工程６〜７：図８Ｆ〜図８Ｇに示すように、実施の形態５の工程６、７（図７Ｆ、図７Ｇ）と同様の工程を行うことにより、図８Ｇに示すような赤外線撮像素子６００が完成する。
このように、本実施の形態５にかかる製造方法では、中空構造部２５の熱容量の低減や、支持脚１４の熱コンダクタンスの低減が可能となるとともに、中空構造部２５の熱容量に影響を与えることなく支持脚１４の熱コンダクタンスを制御することができる。
更に、赤外線検知部８の表面がエッチング停止膜２２で覆われているためにダメージが入らず、赤外線検知部８の特性劣化を防止できる。

本実施の形態１〜６では、赤外線検知部８が１つの場合（実施の形態１、３、５）および２つの場合（実施の形態２、４、６）について説明したが、特に、赤外線検知部８の数（素子数）はいくつでも構わない。

また、実施の形態５、６では、支持脚１４の形成領域の層間膜等のエッチング工程（工程３）を行った後に、中空構造部２５の形成領域の層間膜等のエッチング工程（工程５）を行ったが、これらの工程は逆に行っても構わない。

本発明の実施の形態１にかかる赤外線固体撮像装置を示す。本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子を示す。本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態２にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態２にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態２にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態２にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態２にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態２にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態３にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態３にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態３にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態３にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態３にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態３にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態４にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態４にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態４にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態４にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態４にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態４にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態５にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態５にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態５にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態５にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態５にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態５にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態５にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態６にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態６にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態６にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態６にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態６にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態６にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。本発明の実施の形態６にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図を示す。

符号の説明

１画素領域、２選択線、３信号線、４駆動走査回路、５信号走査回路、６出力アンプ、７スルーホール、８赤外線検知部、９赤外線吸収部、１０絶縁膜、１１配線層、１２半導体基板、１３凹部、１４支持脚、１５回路部、１６配線層、１７、１８層間膜、１９保護膜、２０レジストマスク、２１エッチングホール、２２エッチング停止膜、２３層間膜、１００赤外線撮像素子、１０００赤外線固体撮像装置。

Claims

赤外線検知部が中空に保持された熱型の赤外線撮像素子の製造方法であって、
回路部が形成される回路領域と、該赤外線検知部を含む中空構造部と該中空構造部を支持する支持脚とが形成される画素領域とを有する半導体基板を準備する工程と、
該画素領域に該赤外線検知部を形成する工程と、
該回路領域と該画素領域とを覆うように絶縁膜を形成する工程と、
該回路領域の該絶縁膜上に第１配線層を形成する工程と、
該回路領域と該画素領域とを覆うように第１層間膜を形成する工程と、
該回路領域の該第１層間膜を残しながら、該画素領域の該絶縁膜および該第１層間膜を除去する除去工程と、
該回路領域と該画素領域とを覆うように第２層間膜を形成する工程と、
該第２層間膜の上に第２配線層を形成し、該第１層間膜と該第２層間膜とを介して該第１配線層と該第２配線層とが積層された多層配線部を該回路領域に形成する工程と、
該半導体基板をエッチングして凹部を形成し、該支持脚と、該支持脚によって中空に保持された該中空構造部とを形成する工程とを含むことを特徴とする赤外線撮像素子の製造方法。
上記除去工程が、上記中空構造部が形成される画素領域の上の上記絶縁膜および上記第１層間膜を選択的に除去する工程であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
上記除去工程が、上記中空構造部が形成される画素領域の上と、上記支持脚が形成される画素領域の上の、上記絶縁膜および上記第１層間膜を選択的に除去する工程であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
上記除去工程が、
上記中空構造部が形成される上記画素領域の上の上記第１層間膜を残しつつ、上記支持脚が形成される該画素領域の上の該第１層間膜および上記絶縁膜を選択的に除去する工程と、
上記回路領域と該画素領域とを覆うように第３層間膜を形成する工程と、
該支持脚が形成される該画素領域の上の該第３層間膜を残しつつ、該中空構造部が形成される該画素領域の上の該第３層間膜、該第１層間膜、および該絶縁膜を選択的に除去する工程とを含むことを特徴と請求項１に記載の製造方法。
上記除去工程が、
上記支持脚が形成される上記画素領域の上の上記第１層間膜を残しつつ、上記中空構造部が形成される該画素領域の上の該第１層間膜および上記絶縁膜を選択的に除去する工程と、
上記回路領域と該画素領域とを覆うように第３層間膜を形成する工程と、
上記中空構造部が形成される該画素領域の上の上記第３層間膜を残しつつ、該支持脚が形成される該画素領域の上の該第３層間膜、該第１層間膜、および該絶縁膜を選択的に除去する工程とを含むことを特徴と請求項１に記載の製造方法。
上記除去工程が、上記赤外線検知部を覆うように設けたエッチング停止膜をエッチングストッパ層に用いて上記絶縁膜を除去する除去工程であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法。
上記回路領域と上記画素領域とを覆うように保護膜を形成する工程と、上記赤外線検知膜の上の該保護膜上に赤外線吸収部を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法。
回路領域と画素領域とが同一半導体基板上に設けられた熱型の赤外線撮像素子であって、該画素領域は、
該半導体基板と、
該半導体基板に設けられた凹部と、
該凹部上に支持脚で支持され、赤外線検知部を備えた中空構造部とを含み、
該支持脚の厚みと該中空構造部の厚みとが互いに異なり、
該回路領域は、第１配線層と、該第１配線層上に設けられた層間膜と、該層間膜上に設けられた第２配線層とを含む多層配線部を含み、
該第２配線層と該赤外線検出部とが、該支持脚および該中空構造部に設けられた配線層で接続され、
該中空構造部の配線層が、該第２配線層より、該半導体基板側に配置されたことを特徴とする赤外線撮像素子。
上記支持脚の厚みが、上記中空構造部の厚みより厚いことを特徴とする請求項８に記載赤外線撮像素子。
上記中空構造部の厚みが、上記支持脚の厚みより厚いことを特徴とする請求項８に記載の赤外線撮像素子。
上記中空構造部の上に、赤外線吸収部が設けられたことを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の赤外線撮像素子。
請求項８〜１１のいずれかに記載の赤外線撮像素子がアレイ状に配置されたことを特徴とする赤外線固体撮像装置。