JP5738225B2 - 熱型赤外線固体撮像素子およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱型赤外線固体撮像素子およびその製造方法に関し、特に、赤外線検出部の検出感度の向上および検出感度のばらつきの低減を可能とした熱型赤外線固体撮像素子およびその製造方法に関する。

熱型赤外線固体撮像素子は、赤外線吸収構造体により吸収された赤外線を熱に変換し、その熱により生じた温度変化を電気信号に変換して検出する素子である。熱型赤外線固体撮像素子では、ダイオードを含む赤外線検出部が、基板に設けられた中空部の上に支持脚で保持されて、赤外線検出部を基板から熱的に分離した構造を有する。支持脚は支持脚配線層を含み、赤外線検出部のダイオードと、基板上に設けられた読み出し回路等が支持脚配線層で接続される。赤外線検出部の上には、例えば傘状の赤外線吸収構造を備える。赤外線吸収構造に入射した赤外線は熱に変換され、これにより赤外線検出部の温度が変化する。かかる温度の変化によりダイオードの電気的特性が変化し、支持脚配線層を介してこれを読み出すことにより赤外線を検出する。

例えば支持脚配線層は、シリサイドを形成可能な金属層と、金属層の金属がＳｉ中に拡散するのを防止する保護層とを積層した積層構造を、写真製版技術を用いてパターニングして形成される（例えば、特許文献１参照）。また、熱型赤外線固体撮像素子を２次元アレイ状に配置し、各熱型赤外線固体撮像素子に直交する駆動線と信号線とを接続し、更に駆動線各行を順に選択する垂直操作回路と、信号線各列を順に選択し電気信号処理を行う水平走査回路および読み出し回路とを配置することにより、各熱型赤外線固体撮像素子からの出力を連続的に読み出すアレイ構造が形成される（例えば、非特許文献１参照）。

特開２００２−３４０６８５号公報

Performance of 320x240 Uncooled IRFPA with SOI Diode Detectors: Proceedings of SPIE Vol.4130 (2000) p.152-159

熱型赤外線固体撮像素子の赤外線検出感度を上げるには、支持脚を薄膜化や細線化して赤外線検出部と基板との間の断熱特性を向上させる必要があるが、保護膜を薄くすると膜厚の均一性の低下や配線抵抗の増加を招くため、数１０ｎｍ以下の厚さに薄膜化することは困難であった。また、露光精度のような写真製版技術の限界により、数１００ｎｍ以下の幅への細線化は困難であった。このように、支持脚の薄膜化や細線化には限界があり、更なる赤外線検出性能の向上ができないという問題があった。

また、熱型赤外線固体撮像素子を２次元アレイ状に配置した場合、駆動線と信号線とが絶縁層を挟んで交差する構造となるため、この部分で段差ができる。このため、写真製版技術を用いて支持脚をパターニングする場合に、レジストマスクの膜厚を段差の影響が出ない程度に厚くする必要があるとともに、段差により露光光の乱反射が生じ、パターニングの精度が低下して支持脚の寸法にばらつきが生じ、この結果、赤外線の検出感度がばらつくという問題もあった。

そこで、本発明は、赤外線検出部を基板上に支持する支持脚の薄膜化、細線化を可能にするとともに、支持脚の寸法のばらつきを抑制した、高感度かつ高性能の熱型赤外線固体撮像素子を提供することを目的とする。

本発明は、赤外線を検出する熱型赤外線固体撮像素子であって、
中空部を有する基板と、
中空部の上に設けられ、検知部を含む赤外線検出部と、
検知部に接続された支持脚配線層を含み、基板と赤外線検出部とに接続されて赤外線検出部を中空部の上に保持する支持脚と、
中空部の周りの基板上に設けられ、支持脚配線層に接続されて検知部に電圧を印加する電圧駆動配線層と、支持脚配線層に接続されて検知部から信号を読み出す信号読出配線層とを含み、
支持脚は、基板と赤外線検出部との間で、平行に対向配置された部分を有するように屈曲したことを特徴とする熱型赤外線固体撮像素子に関する。

また、本発明は、赤外線を検出する熱型赤外線固体撮像素子の製造方法であって、
基板を準備する工程と、
基板の上に検知部を含む赤外線検出部を形成する工程と、
基板の上に、赤外線検出部と接続された支持脚を形成する支持脚形成工程と、
赤外線検出部の下方の基板を選択的に除去して中空部を形成する工程であって、中空部の上に赤外線検出部を支持脚で保持する工程とを含み、
支持脚形成工程は、
基板上に、断面が矩形の犠牲層を形成する工程と、
基板と犠牲層とを覆うように第１保護膜を形成する工程と、
第１保護膜を覆うように導電体層を形成する工程と、
導電体層を選択的にエッチングして、基板の表面に垂直な第１保護膜上に導電体層を残す工程と、
第１保護膜と導電体層を覆うように第２保護膜を形成する工程と、
第１保護膜と第２保護膜とを選択的にエッチングして、犠牲層の側面上に第１保護膜と第２保護膜とこれらに挟まれた導電体層を残す工程と、
犠牲層を除去する工程とを含むことを特徴とする熱型赤外線固体撮像素子の製造方法に関する。

以上で述べたように、本発明では、支持脚の薄膜化、細線化が可能となり検出感度の高い熱型赤外線固体撮像素子を得ることができる。また、支持脚の寸法のばらつきが低減でき、検出能力のばらつきのない高性能な熱型赤外線固体撮像素子を得ることができる。

本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の上面図である。 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の支持脚配線層と接続部、コンタクトホールの位置関係を示す概略図である。 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の上面図である。 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の上面図である。 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の上面図である。 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の上面図である。 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子をアレイ状に配置した赤外線撮像装置の回路図である。 本発明の実施の形態２にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態２にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態２にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態２にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態２にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態２にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態２にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態２にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態２にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態２にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態２にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態３にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態３にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態３にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態３にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態３にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態３にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態３にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態３にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態４にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態４にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態４にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態４にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態４にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態４にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態４にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態４にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態４にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態４にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の拡大断面図である。 本発明の実施の形態５にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の上面図である。 本発明の実施の形態５にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の上面図である。 本発明の実施の形態５にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の上面図である。 本発明の実施の形態５にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の上面図である。 本発明の実施の形態５にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の上面図である。 本発明の実施の形態５にかかる熱型赤外線固体撮像素子の犠牲層形成不可能領域を示す上面図である。 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の犠牲層形成不可能領域を示す上面図である。

実施の形態１．
図１は、全体が１００で表される、本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の上面図であり、図２は、図１の熱型赤外線固体撮像素子の、Ｉ−Ｉにおける（紙面に平行に見た場合の）断面図である。図１では、理解しやすくするために赤外線吸収構造は示していない。

図１、２に示すように、本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子１００は、シリコンからなる基板１を含む。基板１上には、シリコン酸化膜からなる埋め込み酸化膜（ＢＯＸ酸化膜）２を有する。基板１には中空部５５が設けられている。中空部５５の上には、２本の支持脚１０で赤外線検出部４が支持されている。

赤外線検出部４は、埋め込み酸化膜２の上に設けられた検知部として、例えばＰＮ接合ダイオードのようなダイオード１８を含む。ダイオード１８は複数のダイオードを直列に配置した構造でも良い。また、検知部として、ダイオード１８に代えてボロメータ等を用いても良い。ダイオード１８には、チタン等の金属からなる支持脚配線層１０７が接続される。支持脚配線層１０７は、例えばシリコン酸化物からなる第１保護膜１０６と第２保護膜１０８で覆われている。更に、赤外線検出部４の上には、傘状の赤外線吸収構造１４が設けられている。

中空部５５の周囲の基板１の上には、埋め込み酸化膜２を介して配線コンタクト層３３が設けられている。配線コンタクト層３３には支持脚配線層１０７が接続され、更にその上に信号読出配線８が接続されている。なお、図１のＩ−Ｉ断面では、実際は配線コンタクト層３３等は見えないが、理解を助けるために図２ではこの部分も併せて記載してある（以下においても適宜記載する）。図１に示すように、中空部５５の周囲の基板１の上には、信号読出配線８と電圧駆動配線６とが、互いに直交するよう配置されている。

中空部５５の周囲の基板１と赤外線検出部４とは、２本の支持脚１０で接続されている。支持脚１０は支持脚配線層１０７を含み、支持脚配線層１０７は、第１保護膜１０６と第２保護膜１０８に覆われている。ダイオード１８と信号読出配線８および電圧駆動配線６は、支持脚配線層１０７により電気的に接続されている。これにより、ダイオード１８の一端は信号読出配線８に接続され、他端は電圧駆動配線６に接続される。

次に、本実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子１００の製造方法について、図３ａ〜図３ｏを用いて説明する。本実施の形態１にかかる製造方法は、以下の工程１〜１５を含む。

工程１：図３ａに示すように、例えばＳＯＩ基板のような基板１を準備し、イオン注入等によりｐ型領域およびｎ型領域（ダイオード）を上層の薄膜シリコン層に形成する。続いて、ダイオード１８となる部分を除いて、薄膜シリコン層をエッチングにより除去する。次にＢＯＸ酸化膜２のうち赤外線検出部４となる部分を除いてエッチングにより除去する。

工程２：図３ｂに示すように、配線コンタクト層３３を堆積する。配線コンタクト層３３は、例えばＡｌ−Ｃｕ等のアルミニウム合金や、アルミニウム等の金属、またはタングステンシリコンなどの導電性をもつシリコン化合物からなる。

工程３：図３ｃに示すように、例えばレジストマスク（図示せず）を用いて、配線コンタクト層３３をパターニングし、所定の領域に配線コンタクト層３３を残す。配線コンタクト層３３は、支持脚配線層と、電圧駆動配線や信号読出配線との電気的接続を確実にするために形成するものである。配線コンタクト層３３を形成せずに、支持脚配線層と、電圧駆動配線や信号読出配線とを直接接続しても良い。

工程４：図３ｄに示すように、例えばシリコン化合物や金属膜、またはポリイミドやレジストからなる支持脚形成犠牲層１０４を全面に堆積する。

工程５：図３ｅに示すように、支持脚を形成する領域にレジストマスクを形成し、これを用いて支持脚形成犠牲層１０４をパターニングする。このパターニング工程では、支持脚形成犠牲層１０４の側面がＳｉ基板１の表面に対して垂直になるように、例えばＲＩＥのような異方性エッチングが用いられる。

工程６：図３ｆに示すように、例えばシリコン酸化物からなる第１保護膜１０６を全面に形成する。第１保護膜１０６は、化学気相成長法のような等方性を有する成長方法により形成される。

工程７：図３ｇに示すように、第１保護膜１０６の上に形成したレジストマスク（図示せず）を用いて第１保護膜１０６をエッチングし、コンタクトホール３１ａ、３１ｂを開口する。

工程８：図３ｈに示すように、全面に支持脚配線層１０７を堆積する。支持脚配線層１０７は、例えばコバルト、タンタル、チタン、タングステン、窒化タンタル、窒化チタン、窒化タングステン、炭化タンタル、炭化チタン、炭化タングステン、ホウ化タンタル、ホウ化チタン、ホウ化タングステン等の金属、又はこれら２種以上の合金からなる。支持脚配線層１０７は化学気相成長法のような等方性を有する成長方法により形成される。

支持脚配線部材１０７を多層構造とする場合、最下層はシリサイド化することによりダイオード１８と良好なコンタクトが取れることが好ましく、シリサイド化が可能な金属であれば、上述の金属以外の材料を用いてもかまわない。最下層の材料は、配線コンタクト層３３やダイオード１８との間で安定な電気的接続が形成でき、かつ導電性の材料であれば、シリサイド化しない物質により構成しても良い。

工程９：図３ｉに示すように、レジストマスク（図示せず）を用いて支持脚配線層１０７をエッチングし、コンタクトホール３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、支持脚形成犠牲層１０４、ダイオード１８および配線コンタクト層３３の接続部の上に支持脚配線層１０７を残す。エッチングには、異方性エッチングを用いることが好ましい。

図４は、支持脚配線層１０７と接続部１１０、コンタクトホール３１ａ、３１ｂの位置関係を示した図である。支持脚配線層１０７は支持脚形成犠牲層１０４の側壁上に形成され、接続部１１０により引き出されてコンタクトホール３１ａ、３１ｂに接続される。

工程１０：図３ｊに示すように、例えばシリコン酸化物からなる第２保護膜１０８を全面に形成する。第２保護膜１０８は、化学気相成長法のような等方性を有する成長方法により形成される。

工程１１：図３ｋに示すように、レジストマスク５０を用いて、支持脚周辺の第１保護膜１０６、第２保護膜１０８をエッチングする。エッチングには、例えばＲＩＥのような異方性エッチングが用いられる。これにより、支持脚形成犠牲層１０４の側壁に、第１保護膜１０６、第２保護膜１０８およびこれらに挟まれた支持脚配線層１０７からなる支持脚１０が形成される。

工程１２：図３ｌに示すように、支持脚形成犠牲層１０４を選択的にエッチングして除去する。エッチングに選択性を持たせるために、支持脚形成犠牲層１０４と、第１保護膜１０６、第２保護膜１０８との材料の組合せが選択される。これにより、支持脚１０が基板１上に独立して形成される。これにより。支持脚１０は、基板１と赤外線検出部４との間で、平行に対向配置された部分を有するように屈曲した構造となる。

かかる支持脚１０の作製工程について、図５ａ〜図５ｈに支持脚１０近傍の拡大図を、図６ａ〜図６ｄに上面図を、それぞれ示す。図５ａ〜図５ｈは、それぞれ、図３ｄ、図３ｅ、図３ｆ、図３ｈ、図３ｉ、図３ｊ、図３ｋ、図３ｌに対応し、図６ａ〜図６ｄは、それぞれ図３ｅ、図３ｅ（支持脚不要箇所１０９の支持脚形成犠牲層１０４を除去）、図３ｉ、図３ｌに対応する。

これらの図に示すように、支持脚１０の作製工程では、基板１の上に、支持脚形成犠牲層１０４を形成し支持脚不要箇所１０９の支持脚形成犠牲層１０４を除去した後（図５ａ、図５ｂ、図６ａ、図６ｂ）、第１保護膜１０６と支持脚配線層１０７とを順次堆積させる（図５ｃ、図５ｄ）。続いて、ＲＩＥ等の異方性エッチングを行うことにより、支持脚形成犠牲層１０４の側壁上に、サイドウォール状に支持脚配線層１０７を残す（図５ｅ、図６ｃ）。支持脚配線層１０７の高さは支持脚形成犠牲層１０４の高さにより、支持脚配線層１０７の幅は第１保護膜１０６や支持脚配線層１０７の膜厚やエッチング特性により決定される。続いて第２保護膜１０８を形成した後（図５ｆ）、異方性エッチングにより支持脚形成犠牲層１０４を露出させ（図５ｇ）、支持脚形成犠牲層１０４を選択的に除去することにより、第１保護膜１０６と第２保護膜１０８との間に支持脚配線層１０７が挟まれた支持脚１０が完成する（図５ｈ、図６ｄ）。支持脚配線層１０７は、支持脚形成犠牲層１０４の両側に対向するように形成されるため、支持脚配線層１０７の長さは、従来構造の約２倍になる。

工程１３：図３ｍに示すように、レジストマスク５１を形成する。

工程１４：図３ｎに示すように、レジストマスク５１を用いたリフトオフ法で信号読出配線８を形成した後、レジストマスク５１を除去する。信号読出配線８には、赤外線検出部４への電流の注入、信号の読出しを安定化に行うために、アルミニウム、銅、又はこれらを含む合金等のような電気抵抗率の小さい金属が用いられる。また、信号読出配線８の膜厚は、５００ｎｍ以上に設定することが好ましい。

工程１５：図３ｏに示すように、全面に犠牲層（図示せず）を堆積した後、赤外線検出部４の上部を開口して、その上に赤外線吸収構造１４を形成する。赤外線吸収構造１４は、例えばシリコン酸化物からなる。次に、犠牲層を選択的に除去する。更に、基板１を選択的にエッチングして中空部５５を形成する。これにより、赤外線吸収構造１４を有する赤外線検出部４が、支持脚１０により中空部５５の上に支持された構造が得られる。以上の工程で、熱型赤外線固体撮像素子１００が完成する。

なお、赤外線吸収構造１４は図３ｏに示した構造に限らない。例えば、多層構造や、複数の凹部を備えるプラズモニクスを利用した赤外線吸収構造を用いても構わない。更には、赤外線の吸収率を向上させるために、裏面側に反射膜を設けた構造としても良い。

続いて、本実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子１００の動作について、図７を参照しながら説明する。図７は、本実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子１００をアレイ状（マトリックス状）に配置した赤外線撮像装置の回路図である。

図７の赤外線撮像装置では、熱型赤外線固体撮像素子１００がアレイ状に配置されている。熱型赤外線固体撮像素子１００に沿って、縦方向に信号読出配線８が配置され、横方向に電圧駆動配線６が配置されている。熱型赤外線固体撮像素子１００の赤外線検出部４に含まれるダイオード１８の一端は信号読出配線８に、他端は電圧駆動配線６に、それぞれ支持脚に含まれる支持脚配線層１０７で接続されている。更に、信号読出配線８は読み出し回路５２と水平走査回路５１に、電圧駆動配線６は垂直走査回路５３に接続されている。

赤外線撮像装置では、垂直走査回路５３により、ある１行の電圧駆動配線６が選択され、電圧が印加される。ダイオード１８のｐｎ接合部に一定の順方向電流が流れるように電圧を設定すると、ダイオード１８で電圧降下が発生する。赤外線検出部４の温度が赤外線の入射により変化すると、この電圧の降下量も変化する。この変化量を電気信号として、支持脚配線層１０７と信号読出配線８を介して読出回路５２で検出することにより、赤外線検出部４に入射した赤外線の量が電気信号として読み出される。なお、垂直走査回路５３と水平走査回路５１とを組み合わせることにより、赤外線撮像装置に含まれる任意の熱型赤外線固体撮像素子１００からの電気信号を読み出すことが可能となり、イメージセンサとして使用することができる。
なお、以下の実施の形態２〜４で述べる熱型赤外線固体撮像素子をアレイ状に配置することによっても、イメージセンサ等の赤外線撮像装置として用いることができる。

以上のように、本実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子１００では、支持脚配線層１０７が、従来のような写真製版技術（レジストマスクを用いたパターニング）で形成されるのではなく、支持脚形成犠牲層１０４のサイドウォールとして形成される。このため、写真製版技術を用いた場合に問題であった、基板上の段差部の存在によるレジストの塗布膜厚の不均一や露光の不均一に起因するパターニング寸法のばらつきを無くすことができる。また、パターニングによる支持脚形成犠牲層１０４のダメージも低減できる。

即ち、支持脚配線層１０７を含む支持脚１０を、支持脚形成犠牲層１０４のサイドウォールとして形成する方法では、基板上の段差部の影響を受けることなく支持脚配線層１０７を形成できる。また、支持脚配線層１０７の幅は、第１保護膜１０６、第２保護膜１０８、および支持脚配線層１０７の堆積膜厚とエッチング条件により正確に制御でき、支持脚配線層１０７の高さは、支持脚形成犠牲層１０４の高さにより決定できる。更に、支持脚配線層１０７の幅、高さとも、写真製版技術で作製できる下限（数１００ｎｍ以下）より小さくすることができる。また、支持脚の長さが従来構造の約２倍にすることができる。

このように、本実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子１００では、支持脚の薄膜化、細線化が可能となり、小型化と、赤外線検出部の断熱特性の向上が可能となり、小型で、高感度かつばらつきの少ない熱型赤外線固体撮像素子を得ることができる。また、支持脚配線層のダメージを低減することにより抵抗を小さくし、支持脚を長くすることにより断熱特性が向上し、検出感度が高くなる。

実施の形態２．
図８ａ〜図８ｋに、本発明の実施の形態２にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程のうち、配線層の作製工程の断面図を示す。図中、図２と同一符号は、同一または相当箇所を示す。

図８ａは、実施の形態１の工程１〜工程３を行った後の配線層近傍の断面図である。続いて、図８ｂに示すように、支持脚形成犠牲層１０４の上にレジストマスク１０５を形成し、支持脚形成犠牲層１０４をパターニングする（実施の形態１の工程４、５に対応）。

次に、図８ｃに示すように、レジストマスク１０５を除去した後、第１保護膜１０６を形成する（実施の形態１の工程６に対応）。

次に、図８ｄに示すように、第１保護膜１０６の上に支持脚配線層１０７を形成する。支持脚配線層１０７の形成は、例えばスパッタ法のような異方性の強い方法を用いて行われる。これにより、支持脚配線層１０７は支持脚形成犠牲層１０４の上面に形成され、側面上には形成されない。

次に、図８ｅに示すように、第２保護膜１０８を形成する（実施の形態１の工程１０に対応）。第２保護膜１０８は、化学気相堆積のような等方性の堆積方法で行われる。

次に、図８ｆに示すように、異方性エッチングにより第２保護膜１０８を除去し、支持脚配線層１０７を露出させる。第２保護膜１０８は、支持脚形成犠牲層１０４の側壁の第１保護膜１０６上にのみ残る。

次に、図８ｇに示すように、支持脚配線層１０７をエッチングで除去する（実施の形態１の工程９に対応）。

次に、図８ｈに示すように、異方性の強いエッチングを用いて、第１保護膜１０６をエッチングして、支持脚形成犠牲層１０４の側壁上にのみ残す（実施の形態１の工程１１に対応）。

次に、図８ｉに示すように、支持脚形成犠牲層１０４を選択的に除去する（実施の形態１の工程１２に対応）。

次に、図８ｊに示すように、例えばシリコン酸化膜からなる第３保護膜１１１を堆積させる。

次に、図８ｋに示すように、異方性の強いエッチングを用いて、第３保護膜１１１をエッチングして、第１保護膜１０６、第２保護膜１０８の側壁上にのみ残す。これにより、支持脚配線層１０７の表面は、第１保護膜１０６、第２保護膜１０８、および第３保護膜１１１により覆われる。なお、図８ｉに示すように、支持脚配線層１０７の一部が露出していてもかまわない場合は、第３保護膜１１１の堆積は不要である。

続いて、実施の形態１の工程１３〜１５を行うことにより、熱型赤外線固体撮像素子が完成する。

本実施の形態２では、実施の形態１の効果に加えて、支持脚１０の幅をより狭くすることができ、支持脚の細線化が可能となる。また、支持脚配線層１０７の幅は、セルフアラインで形成された第２保護膜１０８のサイドウォールの厚さで決まり、支持脚配線層１０７の厚さは支持脚配線層１０７の堆積膜厚で決まるため、支持脚配線層１０７の制御性が向上する。また、支持脚配線層１０７が直接エッチング工程で処理されないため、表面ダメージを抑制でき、電気抵抗の均一性が向上する。

実施の形態３．
図９ａ〜図９ｈに、本発明の実施の形態３にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程のうち、配線層の作製工程の断面図を示す。図中、図２と同一符号は、同一または相当箇所を示す。

図９ａ〜図９ｄは、実施の形態１の工程４〜工程８（図５ａ〜図５ｄ）に対応する。

次に、図９ｅに示すように、例えば化学気相堆積法を用いて第２保護膜１０８を形成する。

次に、図９ｆに示すように、異方性の強いエッチングを用いて、基板１の表面および支持脚形成犠牲層１０４の上面が露出するまでエッチングし、支持脚形成犠牲層１０４の側壁上にのみ、第１保護膜１０６、支持脚配線層１０７、および第２保護膜１０８をサイドウォール状に残す。

次に、図９ｇに示すように、支持脚形成犠牲層１０４を選択的に除去する（実施の形態１の工程１２に対応）。

次に、図９ｈに示すように、例えばシリコン酸化膜からなる第３保護膜１１１を堆積した後、異方性の強いエッチングを用いて、第３保護膜１１１をエッチングして、第１保護膜１０６、第２保護膜１０８の側壁上にのみ残す。これにより、支持脚配線層１０７の表面は、第１保護膜１０６、第２保護膜１０８、および第３保護膜１１１により覆われる。なお、図９ｇに示すように、支持脚配線層１０７の一部が露出していてもかまわない場合は、第３保護膜１１１の堆積は不要である。

続いて、実施の形態１の工程１３〜１５を行うことにより、熱型赤外線固体撮像素子が完成する。

本実施の形態２では、実施の形態１の効果に加えて、支持脚の幅をより狭くすることができ、支持脚の細線化が可能となる。また、支持脚配線層１０７が立体的な構造（図９ｆに示すようなＬ字型）となるため、支持脚の剛性が大きくなり、撓みを低減することができる。また、支持脚配線層１０７が直接エッチング工程により処理されないため、表面ダメージを抑制でき、電気抵抗の均一性が向上する。

実施の形態４．
図１０ａ〜図１０ｊに、本発明の実施の形態４にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程のうち、配線層の作製工程の断面図示す。図中、図２と同一符号は、同一または相当箇所を示す。

図１０ａは、実施の形態１の工程１〜工程３を行った後に、更に、例えばシリコン化合物や金属膜またはポリイミドやレジストからなる第２支持脚形成犠牲層（薄膜犠牲層）１１２を堆積する。

次に、図１０ｂに示すように、第２支持脚形成犠牲層１１２の上にレジストマスク１０５を形成し、第２支持脚形成犠牲層１１２をパターニングする。

次に、図１０ｃに示すように、レジストマスク１０５を除去した後、第２支持脚形成犠牲層１１２をマスクに用いて支持脚形成犠牲層１０４をエッチングする。エッチングは、等方性を有するエッチング方法で行う。第２支持脚形成犠牲層１１２と支持脚形成犠牲層１０４とは、エッチング速度が異なるように、これらの材料やエッチング溶液等を選択する。これにより、第２支持脚形成犠牲層１１２が、支持脚形成犠牲層１０４の上面から庇状に突出した構造となる。

次に、図１０ｄに示すように第１保護膜１０６を全面に形成し、続いて図１０ｇに示すように支持脚配線層１０７を全面に形成する。

次に、図１０ｆに示すように、支持脚配線層１０７、第１保護膜１０６を、第２支持脚形成犠牲層１１２をエッチングマスクに用いた異方性エッチングで除去する。第２支持脚形成犠牲層１１２が庇状に突出しているため、支持脚形成犠牲層１０４の側壁上に第１保護膜１０６と支持脚配線層１０７とが残る。かかるエッチング工程では、支持脚配線層１０７にエッチングダメージが入らないことが好ましい。

次に、図１０ｈに示すように、第２保護膜１０８を堆積させる。

次に、図１０ｉに示すように、異方性の強いエッチングを用いて、第２保護膜１０８をエッチングして、支持脚形成犠牲層１０４の側壁上にのみ、第１保護膜１０６、支持脚配線層１０７、および第２保護膜１０８をサイドウォール状に残す。

次に、図１０ｊに示すように、支持脚形成犠牲層１０４を選択的に除去する。

続いて、実施の形態１の工程１３〜１５を行うことにより、熱型赤外線固体撮像素子が完成する。

本実施の形態４では、実施の形態１の効果に加えて、支持脚の幅をより狭くすることができ、支持脚の細線化が可能となる。また、庇状に突出した第２支持脚形成犠牲層１１２をエッチングマスクに用いるため、支持脚配線層１０７はエッチングによる表面ダメージが抑制され、電気抵抗の均一性が向上する。

実施の形態５．
図１１ａ〜図１１ｅは、本発明の実施の形態５にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程の上面図である。本実施の形態５にかかる熱型赤外線固体撮像素子では、実施の形態１〜４のように赤外線検出部の両側を支持脚で支える構造ではなく、赤外線検出部の一辺で支える構造となっている。

実施の形態１の工程１〜工程５と同様の工程により、赤外線検出部４の片側に支持脚形成犠牲層１０４を形成し（図１１ａ）、続いて支持脚不要箇所１０９の支持脚形成犠牲層１０４をエッチングで除去する（図１１ｂ）。

次に、実施の形態１の工程６〜工程１１と同様の工程により支持脚１０を形成する（図１１ｃ、図１１ｄ）。

次に、実施の形態１の工程１２と同様の工程により支持脚形成犠牲層１０４を除去する（図１１ｅ）。これにより、ダイオード１８の一端と電圧駆動配線６とを接続する支持脚配線層１０７を含む支持脚１０と、ダイオード１８の他端と信号読出配線８ｂとを接続する支持脚配線層１０７を含む支持脚１０とが、基板１と赤外線検出部４との間で、互いに平行に対向配置された部分を含むようになる。なお、支持脚形成犠牲層１０４は除去することが好ましいが、赤外線検出感度が十分である場合は、支持脚形成犠牲層１０４の一部または全体を残してもかまわない。

続いて、実施の形態１の工程１３〜１５を行うことにより、熱型赤外線固体撮像素子が完成する。

図１２ａは、図１１ａに示す工程における上面図である。信号読出配線８ｂ、電圧駆動配線６、赤外線検出部４は、基板表面に対して大きな段差を有しているため、支持脚形成犠牲層１０４を形成して写真製版技術を用いてパターニングする場合、パターニング精度を向上させるためには、この領域には支持脚形成犠牲層１０４を堆積しないことが好ましい。

図１２ａに示した犠牲層形成不可能領域１１３は、パターニング精度を向上させるために、支持脚形成犠牲層１０４を形成しない領域であり、信号読出配線８ｂ、電圧駆動配線６、検出部４の段差が高ければ高いほど広くなる。

一方、図１２ｂは、実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像素子の製造工程５における上面図であり、赤外線検出部４の両側の支持脚形成犠牲層１０４を囲むように犠牲層形成不可能領域１１３が広がっている。

図１２ａと図１２ｂを比較するとわかるように、本実施の形態５にかかる熱型赤外線固体撮像素子の方が犠牲層形成不可能領域１１３の面積が狭くなっている。この結果、支持脚形成犠牲層１０４の形成パターンを長く、かつ高精度に形成できる。

本実施の形態５では、実施の形態１の効果に加えて、支持脚１０の配置を一箇所に集約できるため、支持脚１０をより長くできると共に、セルフアライン工程を利用することにより、支持脚１０の寸法を従来よりも細線化、高精度化することができ、高段差部分の影響を持たない安定的な製造が可能となる。

実施の形態１〜４で述べた支持脚１０の構造は、本実施の形態５の熱型赤外線固体撮像素子に適用してもかまわない。

１ 基板、２ 埋め込み酸化膜、４ 赤外線検出部、８ 信号読出配線、１０ 支持脚、１４ 赤外線吸収構造、３３ 配線コンタクト層、５５ 中空部、１００ 熱型赤外線固体撮像子、１０６ 第１保護膜、１０７ 支持脚配線層、１０８ 第２保護膜。

Claims (9)

1. 赤外線を検出する熱型赤外線固体撮像素子であって、
   中空部を有する基板と、
   該中空部の上に設けられ、検知部を含む赤外線検出部と、
   該検知部に接続された支持脚配線層を含み、該基板と該赤外線検出部とに接続されて該赤外線検出部を該中空部の上に保持する支持脚と、
   該中空部の周りの該基板上に設けられ、該支持脚配線層に接続されて該検知部に電圧を印加する電圧駆動配線層と、該支持脚配線層に接続されて該検知部から信号を読み出す信号読出配線層とを含み、
   該支持脚は、第１保護膜と支持脚配線層と第２保護膜を含み、
   該第１保護膜は、基板に対して水平、垂直成分を含み、該支持脚の長さ方向に対して垂直な断面においてＬ字形状に形成されており、
   該第２保護膜は、サイドウォール形状で形成されており、
   該支持脚配線層は、該第１保護膜と該第２保護膜との間に挟まれていることを特徴とする熱型赤外線固体撮像素子。
2. 上記電圧駆動配線層と上記検知部との間、および上記信号読み出し配線と該検知部との間をそれぞれ接続する２本の支持脚が、基板の表面方向に隣り合って配置されていることを特徴とする請求項１に記載の熱型赤外線固体撮像素子。
3. 上記支持脚配線層の高さは、上記第２保護膜の高さと同じであることを特徴とする請求項１に記載の熱型赤外線固体撮像素子。
4. 上記支持脚配線層の幅は、上記第２保護膜の幅と同じであることを特徴とする請求項１に記載の熱型赤外線固体撮像素子。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の熱型赤外線固体撮像素子をアレイ状に配置したことを特徴とする赤外線撮像装置。
6. 赤外線を検出する熱型赤外線固体撮像素子の製造方法であって、
   基板を準備する工程と、
   該基板の上に検知部を含む赤外線検出部を形成する工程と、
   該基板の上に、該赤外線検出部と接続された支持脚を形成する支持脚形成工程と、
   該赤外線検出部の下方の該基板を選択的に除去して中空部を形成する工程であって、該中空部の上に該赤外線検出部を該支持脚で保持する工程とを含み、
   該支持脚形成工程は、
   該基板上に、断面が矩形の犠牲層を形成する工程と、
   該基板と該犠牲層とを覆うように第１保護膜を形成する工程と、
   該第１保護膜を覆うように導電体層を形成する工程と、
   該導電体層を選択的にエッチングして、該基板の表面に垂直な該第１保護膜上に該導電体層を残す工程と、
   該第１保護膜と該導電体層を覆うように第２保護膜を形成する工程と、
   該第１保護膜と該第２保護膜とを選択的にエッチングして、該犠牲層の側面上に該第１保護膜と該第２保護膜とこれらに挟まれた該導電体層を残す工程と、
   該犠牲層を除去する工程とを含むことを特徴とする熱型赤外線固体撮像素子の製造方法。
7. 赤外線を検出する熱型赤外線固体撮像素子の製造方法であって、
   基板を準備する工程と、
   該基板の上に検知部を含む赤外線検出部を形成する工程と、
   該基板の上に、該赤外線検出部と接続された支持脚を形成する支持脚形成工程と、
   該赤外線検出部の下方の該基板を選択的に除去して中空部を形成する工程であって、該中空部の上に該赤外線検出部を該支持脚で保持する工程とを含み、
   該支持脚形成工程は、
   該基板上に、断面が矩形の犠牲層を形成する工程と、
   該基板と該犠牲層とを覆うように第１保護膜を形成する工程と、
   該基板の表面に垂直な該第１保護膜が露出するように、該第１保護膜上に導電体層を選択的に形成する工程と、
   該第１保護膜と該導電体層を覆うように第２保護膜を形成する工程と、
   該第１保護膜と該導電体層と該第２保護膜とを選択的にエッチングして、該犠牲層の側面上に該第１保護膜と該第２保護膜とこれらに挟まれた該導電体層を残す工程と、
   該犠牲層を除去する工程とを含むことを特徴とする熱型赤外線固体撮像素子の製造方法。
8. 赤外線を検出する熱型赤外線固体撮像素子の製造方法であって、
   基板を準備する工程と、
   該基板の上に検知部を含む赤外線検出部を形成する工程と、
   該基板の上に、該赤外線検出部と接続された支持脚を形成する支持脚形成工程と、
   該赤外線検出部の下方の該基板を選択的に除去して中空部を形成する工程であって、該中空部の上に該赤外線検出部を該支持脚で保持する工程とを含み、
   該支持脚形成工程は、
   該基板上に、断面が矩形の犠牲層を形成する工程と、
   該基板と該犠牲層とを覆うように第１保護膜を形成する工程と、
   該第１保護膜を覆うように導電体層を形成する工程と、
   該導電体層を覆うように第２保護膜を形成する工程と、
   該第１保護膜と該導電体層と該第２保護膜とを選択的にエッチングして、該犠牲層の側面上に該第１保護膜と該第２保護膜とこれらに挟まれた該導電体層を残す工程と、
   該犠牲層を除去する工程とを含むことを特徴とする熱型赤外線固体撮像素子の製造方法。
9. 赤外線を検出する熱型赤外線固体撮像素子の製造方法であって、
   基板を準備する工程と、
   該基板の上に検知部を含む赤外線検出部を形成する工程と、
   該基板の上に、該赤外線検出部と接続された支持脚を形成する支持脚形成工程と、
   該赤外線検出部の下方の該基板を選択的に除去して中空部を形成する工程であって、該中空部の上に該赤外線検出部を該支持脚で保持する工程とを含み、
   該支持脚形成工程は、
   該基板上に犠牲層とその上部に薄膜犠牲層とを順次形成する工程と、
   該薄膜犠牲層をパターニングする工程と、
   該薄膜犠牲層をマスクに用いて該犠牲層をエッチングして、断面が矩形の該犠牲層を形成する工程であって、該薄膜犠牲層を該犠牲層の上面から突出させて庇状にする工程と、
   該基板と該犠牲層と該薄膜犠牲層を覆うように、第１保護膜と導電体層とを形成する工程と、
   庇状の該薄膜犠牲層をマスクに用いて該第１保護膜と該導電体層とを選択的にエッチングして、該該犠牲層の側面上に該第１保護膜と該導電体層とを残す工程と、
   該薄膜犠牲層を除去する工程と、
   該基板、該犠牲層、該薄膜犠牲層、該第１保護膜および該導電体層を覆うように第２保護膜を形成する工程と、
   該第２保護膜を選択的にエッチングして、該犠牲層の側面上に該第１保護膜と該第２保護膜とこれらに挟まれた該導電体層を残す工程と、
   該犠牲層を除去する工程とを含むことを特徴とする熱型赤外線固体撮像素子の製造方法。