JP5108566B2 - 赤外線検出素子の製造方法 - Google Patents
赤外線検出素子の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5108566B2 JP5108566B2 JP2008060862A JP2008060862A JP5108566B2 JP 5108566 B2 JP5108566 B2 JP 5108566B2 JP 2008060862 A JP2008060862 A JP 2008060862A JP 2008060862 A JP2008060862 A JP 2008060862A JP 5108566 B2 JP5108566 B2 JP 5108566B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- infrared
- layer
- forming
- infrared detection
- element isolation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 78
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 77
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 68
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 68
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 68
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 59
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 45
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 24
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 19
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 18
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 9
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 18
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 4
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 4
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000708 deep reactive-ion etching Methods 0.000 description 3
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- IGELFKKMDLGCJO-UHFFFAOYSA-N xenon difluoride Chemical compound F[Xe]F IGELFKKMDLGCJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/0225—Shape of the cavity itself or of elements contained in or suspended over the cavity
- G01J5/023—Particular leg structure or construction or shape; Nanotubes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/0225—Shape of the cavity itself or of elements contained in or suspended over the cavity
- G01J5/024—Special manufacturing steps or sacrificial layers or layer structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/1446—Devices controlled by radiation in a repetitive configuration
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/08—Optical arrangements
- G01J5/0853—Optical arrangements having infrared absorbers other than the usual absorber layers deposited on infrared detectors like bolometers, wherein the heat propagation between the absorber and the detecting element occurs within a solid
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
- H01L27/14649—Infrared imagers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
- H01L27/14689—MOS based technologies
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Description
本発明は、赤外線検出素子の製造方法に関するものである。
シリコンダイオードを用いた赤外線検出器が知られている。シリコンダイオードは定電流環境下で温度を変えると出力電圧が変わるという温度特性を持ち、この性質を活用して赤外線を検出している。シリコンダイオードからなる従来の赤外線検出器は、感度を上げるため、例えば、下記特許文献１に示されるように、複数のシリコンダイオードを接続配線を介して直列に接続し、この直列に接続された複数のシリコンダイオードを搭載した素子（以下、赤外線検出素子）を複数個配置して構成する。なお、特許文献１に示される素子においては、素子全体の面積が小さくなるように、直列に接続された複数のシリコンダイオードが折り返されて配置されている。
従来、各赤外線検出素子の形状は正方形状が一般的である。正方形状のメリットとしては２方向（縦横）によるフォトリソグラフィ技術の加工難易度が低い点が挙げられる。図９（Ａ）は、正方形状の赤外線検出素子を連結して配置した場合の配置例を示す図である。図９（Ａ）において、１００が赤外線検出素子であり、各赤外線検出素子１００は、シリコンダイオードが直列に接続されたシリコンダイオード部１０２（ここでは模式的に矩形で表している）、該シリコンダイオード部１０２を支持する支持体としての梁部１０４、図示は省略するが、各シリコンダイオード部１０２の各ダイオードを接続する金属配線等を含んで構成される。各赤外線検出素子１００は、正方形状の素子分離部１０８により各々分離されている。
図９（Ｂ）は赤外線検出素子１００の断面図の一例を模式的に示した図である。赤外線検出素子１００には、直列に接続された複数のシリコンダイオード１２０を含むシリコンダイオード部１０２の上方に赤外線吸収体１１２が設けられ、赤外線吸収体１１２で赤外線を吸収することにより生じた温度上昇がシリコンダイオード部１０２に伝達されるように構成されている（なお、図９（Ａ）では赤外線吸収体１１２は図示を省略している）。また、図９（Ｂ）に示されるように、シリコンダイオード部１０２の下方のシリコン基板１１０には空洞部１１６が形成されている。このように、シリコンダイオード部１０２の下方のシリコン基板１１０を空洞化することにより、センシング部分の温度上昇率を向上させている。なお、下記特許文献２にも、センサー部の下方の基板に空洞部を形成した赤外線検出器が掲載されている。
空洞部１１６は、一般的には、各赤外線検出素子１００にエッチングホール１０６（図９（Ａ）参照）を設け、該エッチングホール１０６からＸｅＦ２ガス等を供給することにより形成される。図９（Ｂ）ではエッチングホール１０６の図示を省略している。このエッチングは等方性に近いため、空洞部１１６は円形状に広がって形成される。このことからエッチングホール１０６の配置方法としては赤外線検出素子１００の中心部、若しくは複数のエッチングホール１０６が対称性を持つように配置することが望ましい。なお、図９（Ａ）では中心部にシリコンダイオードを配置しているため、対称性を持たせた配置を採用している。
素子形状が正方形状である場合には（特許文献１も参照。）、図９（Ｃ）に示すように、素子分離部１０８の辺部からエッチングホール１０６までの最短距離と、素子分離部１０８の角部からエッチングホール１０６までの距離が大きく異なるため、辺部にエッチング液が到達するタイミングと角部にエッチング液が到達するタイミングに差が生じる。
従って、エッチング処理では、素子分離部１０８の辺部にエッチング液が到達した後に角部にエッチング液が到達することとなるため、辺部ではオーバーエッチされ、この間に素子分離部１０８を越えてしまう可能性がある（図９（Ｂ）の矢印参照）。エッチング液が素子分離部１０８を超えてしまうと、隣り合う赤外線検出素子１００の空洞部１１６が繋がってしまうため、構造が物理的に不安定になってしまい、場合によってはリフトオフする可能性も考えられる。
なお、素子分離部１０８の辺部に合わせてエッチング処理すると、今度は角部にエッチング液が十分に到達しない可能性があり、この場合には十分に空洞化できなくなる。
このような問題点を解消する手段としては、素子分離部１０８を深く形成する方法と、オーバーエッチの程度を下げるようにエッチングホール１０６の配置を工夫する方法が挙げられる。
しかし、前者の方法を採用した場合には、専用の深堀エッチャー（ＤＲＩＥ）が別途必要となってしまう。また、後者の方法を採用した場合には、多数のエッチングホールを開口する方法が挙げられるが、シリコンダイオード１２０や梁部１０４の形成領域にはエッチングホール１０６を配置できないため、必要な場所にエッチングホール１０６を配置できない場合も生じうる。
なお、上記特許文献２にも、センサー部の下方の基板に空洞部を形成した赤外線検出器が掲載されているが、この文献に記載されている赤外線検出器は、単一の素子で形成されるものであるため素子分離部は形成されておらず、複数の素子を連続して配置した場合に素子分離部を越えてオーバーエッチングされるという課題について考慮したものではない。
本発明は、エッチング処理時に素子分離層を越えて隣接する赤外線検出領域までエッチングしてしまうオーバーエッチングの量を低減させることができる赤外線検出装置の製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項１の発明の赤外線検出装置の製造方法は、支持基板上に酸化層を介してシリコン層を備えたＳＯＩ基板を準備する工程と、前記ＳＯＩ基板に形成される複数の赤外線検出素子の各々を取り囲み、かつ前記シリコン層から、前記酸化層を介して、前記支持基板の所定の深さまで延在するエッチングストッパとしての役割を担う素子分離層を形成する工程と、前記複数の赤外線検出素子の各々に対応する前記シリコン層表面に保護膜を形成する工程と、前記シリコン層、前記酸化層、および保護膜を貫通する貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔を用いて、前記素子分離層で取り囲まれた前記赤外線検出素子の各々に対応する前記支持基板を、前記支持基板の所定の深さまでエッチングする工程と、を有し、前記素子分離層を形成する工程では、前記素子分離層が前記シリコン層表面において円形または正五角形以上の正多角形の形状を有し、１つの赤外線検出素子を取り囲む素子分離層の一部が、当該赤外線検出素子と隣り合う赤外線検出素子を取り囲む素子分離層の一部として用いられるように前記素子分離層を形成することを特徴とする。
このように、素子分離層をシリコン層表面において円形または正五角形以上の正多角形の形状に形成することにより、エッチング処理時に貫通孔から供給されるエッチング液が素子分離層に到達するまでの距離、タイミングのばらつきが抑えられるため、オーバーエッチング量を低減させることができる。また、このように構成することにより、一部が共通する素子分離層で隣接する赤外線検出素子を取り囲むことができるため、全体の面積を小さくすることができる。
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、前記貫通孔を形成する工程では、前記貫通孔を、前記赤外線検出素子の中央部に１つ、または前記赤外線検出素子の中心を中心とする円周上に等間隔に複数形成することを特徴とする。
このように貫通孔を形成することにより、エッチング処理時に貫通孔から供給されるエッチング液が素子分離層に到達するまでの距離、タイミングのばらつきが抑えられ、オーバーエッチング量を低減させることができる。
また、請求項３の発明は、前記素子分離層は前記シリコン層表面において正六角形の形状を有することを特徴とする。
このように素子分離層を正六角形の形状に形成することにより、複数の赤外線検出素子を、隙間無く配列することができるため、全体の面積を小さくすることができる。
また、請求項４の発明は、前記保護膜の上に、赤外線を反射する赤外線反射層を形成する工程と、前記赤外線反射層の上に、前記赤外線吸収部を形成する工程と、を更に有することを特徴とする。
また、請求項５の発明は、前記素子分離層で分離された隣接する赤外線検出素子の各々は前記保護膜で覆われない金属層を介して電気的に接続され、前記保護膜及び前記金属層の上に、導通防止膜を形成する工程と、前記導通防止膜の上に、赤外線を反射する赤外線反射層を形成する工程と、前記赤外線反射層の上に、前記赤外線吸収部を形成する工程と、を更に有することを特徴とする。
請求項４，５に記載の発明によれば、赤外線吸収部で赤外線を吸収することで発生した温度変化を検出することができるだけでなく、赤外線反射層により赤外線吸収部で吸収されずに透過した赤外線を反射させて赤外線吸収部に入射させることができるため、赤外線検知効率が高まる。
なお、請求項６に記載の発明のように、前記赤外線吸収部を形成する工程では、前記赤外線反射層上に犠牲層を形成し、該犠牲層上に前記赤外線吸収部を形成した後に該犠牲層を除去することにより、前記赤外線吸収部の少なくとも一部と前記赤外線反射膜との間に空間が形成されるように前記赤外線吸収部を形成するようにしてもよい。
以上説明したように本発明によれば、エッチング処理時に素子分離層を越えて隣接する赤外線検出領域までエッチングしてしまうオーバーエッチングの量を低減させることができる、という効果を奏する。
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本実施の形態に係る赤外線検出素子１０を模式的に示した平面図である。また、図２は、複数の赤外線検出素子１０を連結して配置した場合の配置例である。この赤外線検出素子１０は、複数のシリコンダイオードを直列に接続したシリコンダイオード部１２を備えており、定電流環境下で温度を変えると出力電圧が変わるというシリコンダイオードの温度特性を利用して赤外線を検出する。各赤外線検出素子１０は、シリコンダイオード部１２の他に、該シリコンダイオード部１２を支持する支持体としての梁部１４を備えると共に、電気信号を伝達する金属配線等（図示省略）や、入射した赤外線を吸収して熱に変換しシリコンダイオード部１２に伝達する赤外線吸収体２２（図３参照。）を含んで構成される。
さらに、各赤外線検出素子１０は正六角形状の素子分離部１６を有しており、この素子分離部１６により複数の赤外線検出素子１０の形成領域同士が互いに分離される。そして、図２に示すようにこの正六角形状の複数個の赤外線検出素子１０が隙間無く配置されることによりハニカム構造とされ、全体として面積が小さく感度の高い赤外線検出器が形成さる。なお、各赤外線検出素子１０はメタル２０（例えばアルミニウム等）を介して電気的に接続されている。
なお、図２では、赤外線検出素子１０を６個連結して配列した直列接続が横方向に２本並んでいるが、赤外線検出素子１０を隙間無く並べた状態で、２本の直列接続が互いに影響せず電気的には離れた状態（重ならない状態）に連結されている。従って、多くの赤外線検出素子１０を直列に連結した装置を製造する場合でも、折り返して長く連結でき、全体の面積を小さく製造することができる。
図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示すように隣接して配置され接続された２つの赤外線検出素子１０をＸ−Ｘ’で切断したときの断面図である。なお、ここでは、信号伝達用の金属配線の図示は省略した。
シリコン基板２６には、ＢＯＸ層（Ｂｕｒｉｅｄ Ｏｘｉｄｅ層：埋め込み酸化膜層）２８、ＳＯＩ層（シリコン・オン・インシュレータ層、以下シリコン層）３０、窒化膜等の保護膜３２が積層されている。このうちＳＯＩ層３０上に、ｎ型領域とｐ型領域からなるシリコンダイオード１２ａを複数個直列に接続したシリコンダイオード部１２が形成されている。なお、図１、図２、及び図３（Ａ）では、単純化してシリコンダイオード部１２を１つの矩形で図示したがが、この断面図（図３（Ｂ））では、複数のシリコンダイオード１２ａが直列に接続され且つ折り返されて配置された状態のものを図示している。
このシリコンダイオード部１２の下方には空洞部２４が形成されており、空洞部２４の上にシリコンダイオード部１２を浮かして支持する支持体としての梁部１４が設けられている。なお、梁部１４を形成する梁抜き部３４は、エッチングホール１８開口時にはポリイミド等で埋められている。
このように、シリコンダイオード部１２の下方のシリコン基板２６を空洞化することにより、センシング部分の温度上昇率が向上する。
シリコン基板２６には、エッチング処理により空洞部２４を形成する際、エッチング液が隣接する赤外線検出素子１０に到達するのを防止するためのエッチングストッパとしての役割を担う素子分離部１６が設けられている。素子分離部１６は、外側が酸化膜（ＴＥＯＳ）１６ａで覆われ、その内側はポリシリコン１６ｂで構成されている。なお、エッチング処理時にエッチング液（例えばＸｅＦ２ガス）を供給するためのエッチングホール１８が、図３（Ａ）の上面図のＸ−Ｘ’線上には１つの赤外線検出素子１０に２個存在するが、図３（Ｂ）の断面図には、中央に１個だけ図示した。
また、シリコンダイオード部１２の上方には赤外線吸収体２２が設けられ、赤外線吸収体２２で赤外線を吸収することにより生じた温度上昇がシリコンダイオード部１２に伝達されるように構成されている。このシリコンダイオード部１２の各シリコンダイオードは、定電流状態の下、温度の変化に応じて出力電圧が変化する。これにより、赤外線を検出する。
各赤外線検出素子１０は、メタル２０を介して電気的に接続されている。また、メタル２０とシリコン基板２６に設けられたシリコンダイオード部１２（シリコンダイオード１２ａ）とはコンタクト３６を介して電気的に接続されている。より詳述すると、メタル２０の一端は、隣接する赤外線検出素子１０の一方に設けられたコンタクト３６の一方の端部に接続され、メタル２０の他端は、隣接する赤外線検出素子１０の他方に設けられたコンタクト３６の端部に接続されている。そして、各コンタクト３６の他方の端部には、各々の赤外線検出素子１０のシリコンダイオード部１２（シリコンダイオード１２ａ）の端部が接続されている。なお、コンタクト３６及びメタル２０の周囲には絶縁膜３３が形成されており、絶縁膜３３の表面には導通防止膜３１（保護膜３２と同様の窒化膜等）が形成され、さらにその表面に反射膜３５が形成されている。
ここで、素子分離構造を有する赤外線検出素子の製造方法について具体的に説明する。図４〜図６は、素子分離部１６の形成工程を説明する説明図である。なお、図４〜図６に示す処理工程は一連の処理であるため、異なる図番に跨ってはいるが（Ａ）〜（Ｇ）までアルファベット順の通し符号を付して説明する。
まず、図４（Ａ）に示すように、シリコン基板２６、ＢＯＸ層２８、ＳＯＩ層３０がこの順に積層された半導体層上に、Ｐａｄ酸化膜４０、シリコン窒化膜（ＳｉＮ層）４２を堆積する。Ｐａｄ酸化膜４０、シリコン窒化膜４２の形成方法は、従来のＳＴＩ（Shallow Trench Insolation）形成方法と同じである（例えば、特開２００６−１０８４２３号参照）。
続いて、図４（Ｂ）に示すように、トレンチエッチングを行なって、所定の深さまで溝部４４を形成する。トレンチエッチングは、公知のフォトリソグラフィ工程およびエッチング工程に従って行なう。なお、エッチング工程は、ＤＲＩＥ（deep reactive ion etching）技術を用いて行なってもよいが、ＳＴＩ技術で用いられる一般的なエッチング装置で行なってもかまわない。
次に、図４（Ｃ）に示すように、酸化膜（TEOS）１６ａを形成する。エッチング液（本実施の形態ではフッ化キセノン（ＸｅＦ２））による侵食を防ぐため、酸化膜１６ａの形成は必須である。なお、従来のＳＴＩ技法では熱酸化膜（トレンチ酸化膜）が形成されるが、この膜の形成の主目的は隣り合うゲートの絶縁性を保つことであり、本実施の形態に係る素子分離とは意味合いが異なる。
続いて、図５（Ｄ）に示すように、酸化膜１６ａ上にポリシリコン１６ｂを形成する。なお、絶縁体でかつ埋め込みやすい膜であればポリシリコン以外の膜でもよい。
次に、図５（Ｅ）に示すように、ポリシリコン１６ｂを、ＳＯＩ層３０と同一の高さまで除去する。
更に、図５（Ｆ）に示すように、酸化膜１６ａをＳＯＩ層３０と同一の高さまで除去すると共にシリコン窒化膜４２を除去する。
最後に、図６（Ｇ）に示すように、Ｐａｄ酸化膜４０を除去する。
このような工程により、円形または正五角形以上の正多角形状（本実施の形態では正六角形状）の素子分離部１６を形成する。
さらにまた、本実施の形態では、図２に示すように複数の赤外線検出素子１０を連結して形成して１つの赤外線検出装置を製造するが、その際、隣り合う赤外線検出素子１０の素子分離部１６の一部が共通するように素子分離部１６を形成する。ここでは、素子分離部１６は正六角形の形状を有するため、該正六角形の１辺が共通するように素子分離部１６を形成する。
上記説明したように素子分離部１６を形成した後は、ＳＯＩ層３０にシリコンダイオード部１２を形成し、その上に保護膜３２を積層する。そして、保護膜３２上に絶縁膜３３に積層し、この絶縁膜３３にコンタクト孔を形成した後、該コンタクト孔に金属材料を埋め込みコンタクト３８を形成し、さらにコンタクト３８の上部にメタル２０を形成する。コンタクト３８の形成には、周知の方法を用いればよい。例えば、コンタクト孔にチタン膜、チタンナイトライド膜を順次形成した後にタングステン膜を埋め込む工程を行なう等である。
その後、絶縁膜３３の赤外線吸収体２２が形成される領域にドライ（ガス）処理にてエッチングして開口部を設ける。ここでは異方的に浸食が進むため、横方向はほとんど浸食されない。そして、表面（保護膜３２及びメタル２０の上）に導通防止膜３１を形成した後、導通防止膜３１上に金属（例えばアルミニウム等）の反射膜３５を形成する。この工程を説明する説明図は省略する。反射膜３５は、赤外線吸収体２２で吸収されずに透過した赤外線を反射させて赤外線吸収体２２に入射させるために設けられる。導通防止膜３１は、金属により構成されることが多い反射膜３５をメタル２０と直接接触させない緩衝膜としての役割を担う。なお、反射膜３５を形成しない構成とすることもできるが、赤外線吸収体２２の熱吸収効率を高めるために形成することがより好ましい。
次に、エッチングホールを開口し、エッチング処理を行なう工程について図７を参照しながら説明する。
図７（Ａ）に示すように、反射膜３５の上（図７では反射膜３５の図示を省略している）にポリイミド等により犠牲層４６を積層し、さらに赤外線吸収体２２を形成する。その後に、上記赤外線吸収体２２、反射膜３５、導通防止膜３１、保護膜３２、犠牲層４６、ＳＯＩ層３０、ＢＯＸ層２８を積層方向に沿って貫通するエッチングホール１８を開口する。エッチングホール１８の開口は、公知のフォトリソグラフィ工程およびエッチング工程に従って行なう。
なお、エッチングホール１８は、シリコンダイオード部１２や梁部１４が形成された領域以外の領域に形成される。例えば、エッチング処理後に形成される梁抜き部３４の領域などに形成される。
また、エッチングホール１８は、赤外線検出素子１０の中心部に１つ設けるか、或いは、複数個（例えば４個）のエッチングホール１８の各々が、素子分離部１６までの距離が等しく、赤外線検出素子１０の中心を中心とする円周上に等間隔に設けることが好ましい。すなわち、各エッチングホール１８の配置は対称性を有する配置とする。これにより、各エッチングホール１８によるエッチング量が均一になる。いずれにしても、シリコンダイオード部１２や梁部１４が配置される部分以外の部分に設けられる。
また、ここでは、赤外線吸収体２２を形成した後にエッチングを行なうようにしたが、赤外線吸収体２２の形成をエッチングの後に行なうようにしてもよい。
続いて、図７（Ｂ）に示すように、エッチングホール１８からＸｅＦ２ガスを供給してシリコンエッチングを行なう。これにより、空洞部２４が形成される。
次に、図７（Ｃ）に示すように、犠牲層４６を除去する。犠牲層４６に用いたポリイミドは有機物であるため、酸素若しくはオゾンを用いて除去する。
以上説明したように、エッチング処理を行なうが、このとき、上述したように、素子分離部１６が五角形以上の正多角形（ここでは正六角形）の形状を有しているため、素子分離部１６が正方形状の場合に比べて、オーバーエッチの量を低減させることができる。
より具体的には、正方形の場合に比べてエッチングホール１８から素子分離部１６までの距離のばらつきが抑えられるため、ＸｅＦ２ガスが素子分離部１６まで到達するまでのタイミングのバラツキが低減する。これにより、オーバーエッチ量が低減する。
ここで、図８を用いて、赤外線検出素子１０（素子分離部１６）が正方形の場合のオーバーエッチ量と正六角形の場合のオーバーエッチ量を比較して説明する。
図８（Ａ）は、赤外線検出素子１０が正方形の場合の、辺部と角部とのエッチングの到達距離差を示す図であり、図８（Ｂ）は、赤外線検出素子１０が正六角形の場合の、辺部と角部とのエッチングの到達距離差を示す図である。なお、ここでは、便宜上、エッチングホール１８が赤外線検出素子１０の中心部に１つ存在する場合を例に挙げて説明する。
図８（Ａ）に示すように、半径ｒの円の内側に接する正方形の場合には、エッチングホール１８から素子分離部１６の角部までの距離は、ｒとなる。このとき、エッチングホール１８から素子分離部１６の辺部までの最短距離ｒ１は、以下のように計算できる。
r1＝rcos(π/4）＝1/√2r≒0.71ｒ
これより、ｒから０．７１ｒを差し引いた０．２９ｒがオーバーエッチ量として求められる。
図８（Ｂ）に示すように、半径ｒの円の内側に接する正六角形の場合には、エッチングホール１８から素子分離部１６の角部までの距離は、正方形の場合と同様にｒとなる。このとき、エッチングホール１８から素子分離部１６の辺部までの最短距離ｒ２は、以下のように計算できる。
r2＝rcos(π/6）＝√3/2r≒0.87r
これより、ｒから０．８７ｒを差し引いた０．１３ｒがオーバーエッチ量として求められる。
このように、正方形の素子分離部１６の場合に比べて正六角形状の素子分離部１６のほうがオーバーエッチ量が小さくなり、素子分離部１６をエッチング液が越える危険性を低減させることができる。
なお、本実施の形態では、正六角形状の赤外線検出素子１０（素子分離部１６）を形成する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。配列方法及びフォトリソグラフィ加工難易度との兼ね合いにもよるが、正多角形の辺の数を増やすほど、オーバーエッチ量を減らすことができるため、他の正多角形状（ただし正五角形以上）でもよい。更に、円形状の形態を取れば、赤外線検出素子１０の中心部に配置したエッチングホール１８から素子分離部１６までの距離をどの部分でも等しくすることができるため、オーバーエッチを解消することができ、素子分離領域の形成も不要となる。
また、本実施の形態では、反射膜３５の形成後に赤外線吸収体２２を形成する例について説明したが、反射膜３５を形成しない構成とする場合には、保護膜３２形成後に保護膜３２上に赤外線吸収体２２を形成してもよい。また、この場合には、図７を用いて説明したエッチング処理は、導通防止膜３１や反射膜３５を形成しない状態で同様にエッチングを行なう。
ところで、赤外線検出素子１０（素子分離部１６）を正六角形にすると、更に以下のような利点がある。
赤外線検出素子１０を複数個配列して用いる場合に、円形の赤外線検出素子１０では、配列したときに隙間（無駄な領域）ができる。また、正五角形や正八角形の赤外線検出素子１０でも、隙間ができる。これに対して正六角形の赤外線検出素子１０では、図２から明らかなように、隙間無く配列することができるため、全体の面積を小さくすることができる。
１０ 赤外線検出素子
１２ａ シリコンダイオード
１２ シリコンダイオード部
１４ 梁部
１６ 素子分離部
１８ エッチングホール
２０ メタル
２２ 赤外線吸収体
２４ 空洞部
２６ シリコン基板
２８ ＢＯＸ層
３０ ＳＯＩ層
３２ 保護膜
１２ａ シリコンダイオード
１２ シリコンダイオード部
１４ 梁部
１６ 素子分離部
１８ エッチングホール
２０ メタル
２２ 赤外線吸収体
２４ 空洞部
２６ シリコン基板
２８ ＢＯＸ層
３０ ＳＯＩ層
３２ 保護膜
Claims (6)
- 支持基板上に酸化層を介してシリコン層を備えたＳＯＩ基板を準備する工程と、
前記ＳＯＩ基板に形成される複数の赤外線検出素子の各々を取り囲み、かつ前記シリコン層から、前記酸化層を介して、前記支持基板の所定の深さまで延在するエッチングストッパとしての役割を担う素子分離層を形成する工程と、
前記複数の赤外線検出素子の各々に対応する前記シリコン層表面に保護膜を形成する工程と、
前記シリコン層、前記酸化層、および保護膜を貫通する貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔を用いて、前記素子分離層で取り囲まれた前記赤外線検出素子の各々に対応する前記支持基板を、前記支持基板の所定の深さまでエッチングする工程と、を有し、
前記素子分離層を形成する工程では、前記素子分離層が前記シリコン層表面において円形または正五角形以上の正多角形の形状を有し、１つの赤外線検出素子を取り囲む素子分離層の一部が、当該赤外線検出素子と隣り合う赤外線検出素子を取り囲む素子分離層の一部として用いられるように前記素子分離層を形成することを特徴とする赤外線検出装置の製造方法。 - 前記貫通孔を形成する工程では、前記貫通孔を、前記赤外線検出素子の中央部に１つ、または前記赤外線検出素子の中心を中心とする円周上に等間隔に複数形成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の製造方法。
- 前記素子分離層は前記シリコン層表面において正六角形の形状を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の赤外線検出装置の製造方法。
- 前記保護膜の上に、赤外線を反射する赤外線反射層を形成する工程と、
前記赤外線反射層の上に、前記赤外線吸収部を形成する工程と、
を更に有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の赤外線検出装置の製造方法。 - 前記素子分離層で分離された隣接する赤外線検出素子の各々は前記保護膜で覆われない金属層を介して電気的に接続され、
前記保護膜及び前記金属層の上に、導通防止膜を形成する工程と、
前記導通防止膜の上に、赤外線を反射する赤外線反射層を形成する工程と、
前記赤外線反射層の上に、前記赤外線吸収部を形成する工程と、
を更に有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の赤外線検出装置の製造方法。 - 前記赤外線吸収部を形成する工程では、前記赤外線反射層上に犠牲層を形成し、該犠牲層上に前記赤外線吸収部を形成した後に該犠牲層を除去することにより、前記赤外線吸収部の少なくとも一部と前記赤外線反射膜との間に空間が形成されるように前記赤外線吸収部を形成することを特徴とする請求項４または請求項５記載の赤外線検出装置の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008060862A JP5108566B2 (ja) | 2008-03-11 | 2008-03-11 | 赤外線検出素子の製造方法 |
| US12/382,067 US7754517B2 (en) | 2008-03-11 | 2009-03-06 | Method for manufacturing infrared detecting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008060862A JP5108566B2 (ja) | 2008-03-11 | 2008-03-11 | 赤外線検出素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009216558A JP2009216558A (ja) | 2009-09-24 |
| JP5108566B2 true JP5108566B2 (ja) | 2012-12-26 |
Family
ID=41188567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008060862A Expired - Fee Related JP5108566B2 (ja) | 2008-03-11 | 2008-03-11 | 赤外線検出素子の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7754517B2 (ja) |
| JP (1) | JP5108566B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100012677A (ko) * | 2008-07-29 | 2010-02-08 | 주식회사 동부하이텍 | 이미지 센서 및 이의 제조 방법 |
| US8604435B2 (en) * | 2009-02-26 | 2013-12-10 | Texas Instruments Incorporated | Infrared sensor structure and method |
| US9157807B2 (en) * | 2009-06-24 | 2015-10-13 | Texas Instruments Incorporated | Etching cavity structures in silicon under dielectric membrane |
| JP5687202B2 (ja) * | 2009-11-04 | 2015-03-18 | ローム株式会社 | 圧力センサおよび圧力センサの製造方法 |
| JP5143176B2 (ja) * | 2010-03-31 | 2013-02-13 | 株式会社東芝 | 赤外線撮像素子およびその製造方法 |
| JP5964543B2 (ja) * | 2010-06-15 | 2016-08-03 | 日本電気株式会社 | ボロメータ型テラヘルツ波検出器 |
| JP2012194080A (ja) * | 2011-03-17 | 2012-10-11 | Nec Corp | ボロメータ型ＴＨｚ波検出器 |
| DE102012218414A1 (de) * | 2012-10-10 | 2014-04-10 | Robert Bosch Gmbh | Integrierte Diodenanordnung und entsprechendes Herstellungsverfahren |
| WO2016112360A1 (en) * | 2015-01-08 | 2016-07-14 | Flir Systems, Inc. | Devices and methods for infrared reference pixels |
| CN104681556B (zh) * | 2013-11-28 | 2017-12-05 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种集成电路及其制造方法和电子装置 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09126895A (ja) | 1995-11-07 | 1997-05-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 焦電型赤外線検出器 |
| JPH09325074A (ja) * | 1996-06-04 | 1997-12-16 | Horiba Ltd | 焦電型赤外線薄膜素子 |
| JP4011851B2 (ja) | 1997-12-18 | 2007-11-21 | 三菱電機株式会社 | 赤外線固体撮像素子 |
| JP3589997B2 (ja) * | 2001-03-30 | 2004-11-17 | 株式会社東芝 | 赤外線センサおよびその製造方法 |
| JP3944465B2 (ja) * | 2003-04-11 | 2007-07-11 | 三菱電機株式会社 | 熱型赤外線検出器及び赤外線フォーカルプレーンアレイ |
| DE10320357B4 (de) * | 2003-05-07 | 2010-05-12 | Perkinelmer Optoelectronics Gmbh & Co.Kg | Strahlungssensor, Wafer, Sensorarray und Sensormodul |
| JP4315832B2 (ja) * | 2004-02-17 | 2009-08-19 | 三菱電機株式会社 | 熱型赤外センサ素子および熱型赤外センサアレイ |
| US20050224714A1 (en) * | 2004-04-08 | 2005-10-13 | Tayfun Akin | Ultra low-cost uncooled infrared detector arrays in CMOS |
| JP4901320B2 (ja) * | 2006-06-13 | 2012-03-21 | 三菱電機株式会社 | ２波長イメージセンサ |
-
2008
- 2008-03-11 JP JP2008060862A patent/JP5108566B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2009
- 2009-03-06 US US12/382,067 patent/US7754517B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20090275166A1 (en) | 2009-11-05 |
| US7754517B2 (en) | 2010-07-13 |
| JP2009216558A (ja) | 2009-09-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5108566B2 (ja) | 赤外線検出素子の製造方法 | |
| JP4793496B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| JP5751544B2 (ja) | 非冷却マイクロボロメータを製造する際に使用するシリコン・オン・インシュレーター（ｓｏｉ）相補型金属酸化物半導体（ｃｍｏｓ）ウェーハ | |
| US9070637B2 (en) | Device-mounted substrate, infrared light sensor and through electrode forming method | |
| US8115272B2 (en) | Silicon dioxide cantilever support and method for silicon etched structures | |
| JP5685980B2 (ja) | 熱型光検出器、熱型光検出装置及び電子機器 | |
| CN107121203B (zh) | 包括升起的电连接垫的、用于检测电磁辐射的装置 | |
| US7911015B2 (en) | Infrared detector and infrared solid-state imaging device | |
| CN102901567A (zh) | 热电堆红外探测器、阵列及其制备方法 | |
| US9157807B2 (en) | Etching cavity structures in silicon under dielectric membrane | |
| WO2006041081A1 (ja) | 赤外線検出装置及びその製造方法 | |
| KR100535841B1 (ko) | 열형 적외선 촬상 소자 및 그 제조 방법 | |
| JP2009229260A (ja) | 赤外線センサ素子 | |
| JP6770840B2 (ja) | ファブリペロー干渉フィルタ及び光検出装置 | |
| JP2010223640A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| JP5214690B2 (ja) | 赤外線検出素子 | |
| JP5016383B2 (ja) | センサ装置 | |
| JP2014068012A (ja) | 半導体装置および半導体装置の製造方法 | |
| WO2010073288A1 (ja) | 赤外線センサおよび赤外線センサの製造方法 | |
| WO2015107597A1 (ja) | 赤外線センサ及びその製造方法 | |
| JP5392296B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| JP2011214857A (ja) | 赤外線センサ素子 | |
| JP2006300816A (ja) | 赤外線検出器および赤外線固体撮像装置 | |
| JP2013120142A (ja) | 赤外線撮像素子および赤外線撮像装置 | |
| JP6770356B2 (ja) | ファブリペロー干渉フィルタ及び光検出装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110221 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120411 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120417 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120614 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20121002 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20121005 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5108566 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151012 Year of fee payment: 3 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |