JP6552547B2 - 赤外線センサおよび赤外線固体撮像装置 - Google Patents

赤外線センサおよび赤外線固体撮像装置 Download PDF

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Description

本発明は、赤外線センサ画素に形成されるコンタクトホールの形状を工夫した赤外線センサおよびその赤外線センサを備えた赤外線固体撮像装置に関する。
赤外線固体撮像装置は、被写体から放射される赤外線を光子として捉える量子型のものと、熱として捉える熱型のものに大別される。
量子型赤外線固体撮像装置には、赤外線を光子として捉える量子型赤外線センサが搭載されている。そのため、量子型赤外線固体撮像装置は、高感度および高応答といった特性を有するものの、量子型赤外線センサを−200℃付近まで冷却する冷凍機を必要とする。したがって、量子型赤外線固体撮像装置は、構造が複雑であって、高価なものである。
一方、熱型赤外線固体撮像装置には、赤外線を分子の共振運動により生じる熱エネルギーとして捉え、配置された個々の画素の温度変化を電気信号に変換する熱型赤外線センサが搭載されている。そのため、熱型赤外線固体撮像装置は、上記の冷凍機を必要とせず、常温での動作が可能である。
このように、熱型赤外線固体撮像装置は、量子型のものと比べて、装置の小型化および低価格化に有利である。したがって、セキュリティー分野、車載分野等といった民生分野においては、熱型赤外線固体撮像装置の採用が主流となっている。このような背景から、熱型赤外線センサの高感度化を実現するための開発が活発に進められている。
ここで、熱型赤外線センサの断熱構造を工夫することで、センサの感度を向上させる手法が考えらえる(例えば、特許文献1〜3参照)。より具体的には、センサの感度を向上させるために、センサに配置された画素のピッチ内において、支持脚長を最大限に長くすることによって支持脚の熱コンダクタンスを小さくする工夫が考えられる。
特許文献1に記載の従来技術では、熱型センサの構造は、温度センサ部として機能するボロメータ膜が、高い熱抵抗を持つ高断熱薄膜によって形成される支持脚によって基板上方に持ち上げられたマイクロブリッジ構造となっている。より具体的には、マイクロブリッジ構造では、このボロメータ膜は、支持脚によって、基板(ヒートシンクとして機能する部分)から熱的に分離されている。また、支持脚内に形成された薄膜メタル配線層によって温度センサ部と回路部が電気的に結合されている。このような構造は、温度センサ部と支持脚部が同一の層に形成されているので、支持脚長を長くするのが難しい構造であるといえる。
特許文献2に記載の従来技術では、熱型センサの構造は、支持脚および温度センサ部と、赤外線吸収層とを別の層によって形成した2層の構造となっている。このような構造を採用することで、上記の従来技術と比較して、支持脚長を長くすることが容易となり、断熱特性を改善することができる。
特許文献3に記載の従来技術では、熱型センサの構造は、支持脚、温度センサ部および赤外線吸収層をそれぞれ別の層によって形成した3層の構造となっている。このような構造を採用することで、上記の従来技術と同様に断熱特性を改善しつつ、さらに、温度センサ部を形成する際の熱処理温度を高めることが容易となる。したがって、プロセス装置からのプラズマダメージによるダメージ層の回復が容易となり、その結果、赤外線センサのS/N比を向上させることが容易となる。
米国特許第5286976号明細書 米国特許第6144030号明細書 特許第3944465号公報
ここで、赤外線センサが搭載された赤外線固体撮像装置の小型化および低価格化を実現するためには、赤外線センサに配置された赤外線センサ画素のピッチを縮小化しつつ、チップサイズのシュリンクと光学レンズの小型化が必須の条件となる。しかしながら、従来の赤外線センサにおいて、画素ピッチを縮小化すれば、支持脚長を短くせざるを得なくなるので、その結果、支持脚の熱コンダクタンスが増加する可能性がある。この場合、支持脚を構成する支持脚メタル配線層を薄膜化することで支持脚の熱コンダクタンスを減少させることが考えられる。しかしながら、支持脚メタル配線層とメタル配線層とを電気的に接続するコンタクトホールにおいて、コンタクトホールの側壁形状が垂直形状であるが故に、薄膜化した支持脚メタル配線層に断線が生じるという問題点があった。これは、支持脚メタル配線層の形成には、公知のPVD(Physical Vapor Deposition)技術を適用するが、PVDでは基板へのイオンの垂直入射成分を利用して金属粒子を堆積させるため、平面部分と比較して垂直なコンタクトホール側壁への膜の堆積量が少なくなるという特性に依るものである。このため、熱コンダクタンスの低減を目的として、平面部分の金属薄膜の堆積量を過度に減ずると垂直部分への膜の堆積が少なくなり、延いては、コンタクトホール側壁の垂直部分に膜が堆積せず、支持脚メタル配線層とメタル配線層が断線する事態が生じる。また、これとは別に、公知のPVD技術を用いた場合、垂直な側壁を有するコンタクトホールの上部において、メタル配線層がオーバーハング形状となり、垂直側壁の上部に金属薄膜が堆積せず、支持脚メタル配線層とメタル配線層が断線する事態が生じることがある。なお、上記の断線モードは、金属薄膜の膜厚が100nm以下の場合に生じ易く、特に、30nm以下の金属薄膜とした場合に顕著となる。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、支持脚長を短くせざるを得ない場合であっても、赤外線センサ画素に形成されるコンタクトホールの形状を工夫した上で支持脚メタル配線層を薄膜化することで、支持脚の熱コンダクタンスの増加を抑制することのできる赤外線センサおよびその赤外線センサを備えた赤外線固体撮像装置を得ることを目的とする。
本発明における赤外線センサは、信号読出し回路と電気的に接続されるメタル配線層と、支持脚内の支持脚メタル配線層とを電気的に接続するためのコンタクトホールが形成される赤外線センサ画素を備えて構成される赤外線センサであって、メタル配線層上に形成されている反射防止層と、反射防止層の上部が露出するようにメタル配線層および反射防止層を覆う絶縁層と、反射防止層の上部に形成されている順テーパー部と、絶縁層の内側面に形成されている順テーパー形状のサイドウォールと、を備え、コンタクトホールの底部および側壁部の形状が順テーパー形状となっているものである。
本発明によれば、支持脚長を短くせざるを得ない場合であっても、赤外線センサ画素に形成されるコンタクトホールの形状を工夫した上で支持脚メタル配線層を薄膜化することで、支持脚の熱コンダクタンスの増加を抑制することのできる赤外線センサおよびその赤外線センサを備えた赤外線固体撮像装置を得ることができる。
従来の赤外線固体撮像装置を示す構成図である。 図1の熱型赤外線センサの斜視図である。 図2の赤外線センサ画素の構造断面図である。 本発明の実施の形態1における支持脚を形成する際の第1の過程を示す構造断面図である。 本発明の実施の形態1における支持脚を形成する際の第2の過程を示す構造断面図である。 本発明の実施の形態1における支持脚を形成する際の第3の過程を示す構造断面図である。 本発明の実施の形態1における支持脚を形成する際の第4の過程を示す構造断面図である。 本発明の実施の形態1における支持脚を形成する際の第5の過程を示す構造断面図である。 本発明の実施の形態1における支持脚を形成する際の第6の過程を示す構造断面図である。 本発明の実施の形態1における支持脚を形成する際の第7の過程を示す構造断面図である。 本発明の実施の形態2における支持脚を示す構造断面図である。 本発明の実施の形態3における支持脚を示す構造断面図である。
以下、本発明による赤外線センサおよびその赤外線センサを備えた赤外線固体撮像装置を、好適な実施の形態にしたがって図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一部分または相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
実施の形態1.
はじめに、本実施の形態1における熱型赤外線センサの技術的特徴を明確にするために、比較例として、従来の熱型赤外線センサ6について、図1〜図3を参照しながら説明する。図1は、従来の赤外線固体撮像装置を示す構成図である。図2は、図1の熱型赤外線センサ6の斜視図である。図3は、図2の赤外線センサ画素7の構造断面図である。
図1に示すように、熱型赤外線センサの適用例である赤外線固体撮像装置は、装置本体1と、装置本体1の開口に設けられるレンズ保護用窓材2と、装置本体1内に設けられる光学レンズ3およびパッケージ4と、パッケージ4の開口に設けられるパッケージ用窓材5と、パッケージ4内に設けられる熱型赤外線センサ6とを備える。
赤外線固体撮像装置において、被写体から放射された赤外線は、レンズ保護用窓材2を介して光学レンズ3によって集光され、パッケージ用窓材5を透過した後、熱型赤外線センサ6へ入射されて結像される。
図2に示すように、熱型赤外線センサ6は、複数の赤外線センサ画素7が列状に配置されて構成される赤外線センサアレイ8と、信号読出し回路9とを備える。
赤外線センサ画素7は、熱型赤外線センサ6に入射される赤外線を感知して電気信号に変換する。信号読出し回路9は、赤外線センサ画素7からの電気信号を読み出し、その読み出した電気信号を信号処理部(図示せず)へ送信する。
ここで、例えば、赤外線固体撮像装置の光学系に用いる光学材料の透過率80%と仮定すると、熱型赤外線センサ6に入射される赤外線のエネルギーは、赤外線固体撮像装置に入射される赤外線のエネルギーの約半分となる。したがって、赤外線固体撮像装置の高感度化を実現するためには、光学系に用いる光学材料を高透過率の材料にすることが好ましい。
しかしながら、光学材料を高透過率の材料にすると、赤外線固体撮像装置のコストが増加してしまう。すなわち、赤外線波長域における高透過率の材料である一方、高価な材料であるゲルマニウムを光学材料として用いると、装置のコストの増加につながる。
したがって、赤外線固体撮像装置のコストを考慮すると、光学材料を高透過率の材料にするのではなく、熱型赤外線センサ6自体の感度の向上を図る工夫をすることが求められる。
図3に示すように、赤外線センサ画素7において、シリコン基板等の基板11上に赤外線吸収層12、2本の支持脚13、および温度センサ20が形成される。温度センサ20の下方部の基板11が除去されており、温度センサ20を基板11から離すための空洞が形成される。
赤外線センサ画素7には、信号読出し回路9と電気的に接続されるメタル配線層17と、支持脚13内の支持脚メタル配線層15とを電気的に接続するためのコンタクトホールが形成されている。このコンタクトホールは、メタル配線層17を覆うように堆積される絶縁層18がエッチングされることによって形成されるものである。つまり、メタル配線層17をエッチングせずに、絶縁層18のみをエッチングして、コンタクトホールが形成される。このようなコンタクトホールの底部が水平であり、その側壁部が底部に対して垂直となる。
このようなコンタクトホールに支持脚絶縁層14および支持脚メタル配線層15を堆積しながら必要に応じてエッチングを行うことで、支持脚絶縁層14および支持脚メタル配線層15によって構成される支持脚13が形成される。
このような支持脚13では、支持脚メタル配線層15の周囲が支持脚絶縁層14によって覆われている。2本の支持脚13の一方は、一端がメタル配線層17と電気的に接続され、他端がメタル配線層19と電気的に接続されており、温度センサ20の上方で折り曲げられる。2本の支持脚13の他方も同様の構成となっている。
メタル配線層17は、信号読出し回路9と電気的に接続され、メタル配線層19は、温度センサ20と電気的に接続される。メタル配線層17は、基板11上に形成された絶縁層16上に形成され、メタル配線層17の周囲は、絶縁層16上に形成された絶縁層18によって覆われる。
基板11の上方から入射した赤外線は、最上層の赤外線吸収層12によって吸収され、その吸収によって生じた熱が温度センサ20に伝わる。温度センサ20は、温度変化による電気特性の変化を電気信号として、支持脚13内の支持脚メタル配線層15を介して信号読出し回路9に送信する。
ここで、支持脚13の熱コンダクタンスについて検討する。この熱コンダクタンスは、支持脚13の材料よって大きく変動する。例えば、支持脚13の全長、すなわち、支持脚長が50μmであると想定した場合の支持脚13の熱コンダクタンスを試算する。
上記の試算の前提条件として、支持脚13の幅を1.0μmとし、さらに、支持脚13を形成する支持脚絶縁層14および支持脚メタル配線層15を以下の条件とする。
<支持脚絶縁層14>
・層膜:酸化膜
・酸化膜の膜厚:0.5μm
・酸化膜の熱伝導率:1.38W/m・K
<支持脚メタル配線層15>
・層膜:チタン膜
・チタン膜の膜厚:0.1μm
・チタン膜の熱伝導率:21.9W/m・K
上記の条件から、酸化膜およびチタン膜の各熱コンダクタンスを見積もると、酸化膜の熱コンダクタンスは、約8.3nW/Kとなり、チタン膜の熱コンダクタンスは、約44nW/Kとなる。支持脚13の熱コンダクタンスは、酸化膜の熱コンダクタンスとチタン膜の熱コンダクタンスの和であるので、約52.3nW/Kとなる。
支持脚の熱コンダクタンスを小さくするための手法として、支持脚長を長くする手法が考えられるが、上述したとおり、従来の熱型赤外線センサにおいて、画素ピッチを縮小化したい場合には、支持脚長を短くする必要がある。したがって、このような場合に、支持脚の熱コンダクタンスを小さくするためには、支持脚13の層厚を薄くする必要がある。ただし、酸化膜自体の熱コンダクタンスは、チタン膜の熱コンダクタンスと比べて、約1/5であって元々小さいので、チタン膜、すなわちメタル配線層の薄膜化が効果的であることは明らかである。
そこで、本実施の形態1における熱型赤外線センサでは、支持脚の熱コンダクタンスを小さくするために、上記のコンタクトホールの形状を工夫することで、支持脚のメタル配線層の薄膜化の実現を図っている。具体的には、本実施の形態1における支持脚111を形成するためのコンタクトホールの形状を工夫している。
以下、従来の熱型赤外線センサ6と本実施の形態1における熱型赤外線センサとの相違点、すなわち、本実施の形態1における熱型赤外線センサの技術的特徴であるコンタクトホールの形状について詳細に説明し、その他については説明を省略する。
次に、本実施の形態1における支持脚111について、図4〜図10を参照しながら説明する。図4〜図10は、本発明の実施の形態1における支持脚111を形成する際の第1〜第7の過程を示す構造断面図である。なお、支持脚111は、後述する支持脚下部絶縁層108、支持脚メタル配線層109および支持脚上部絶縁層110によって構成される。
ここで、図4〜図10に示すように、支持基板101に絶縁層102が堆積され、その絶縁層102の直上にはメタル配線層103が形成されている。なお、支持基板101は、先の図3に示す基板11に対応し、絶縁層102は、絶縁層16に対応し、メタル配線層103は、メタル配線層17に対応する。
もちろん、熱型赤外線センサ6を製造するにあたって、赤外線センサアレイ8および信号読出し回路9を形成するための製造工程が必要であることはいうまでもないが、上述したとおり、ここでは、本実施の形態1における熱型赤外線センサの技術的特徴であるコンタクトホール105の形状について詳細に説明する。
まず、例えば公知のP−CVD(Plasma Chemical Vapor Deposition)装置を用いて、メタル配線層103の周囲を覆うように絶縁層102上に絶縁層104を堆積する。なお、絶縁層104は、先の図3に示す絶縁層18に対応する。メタル配線層103は、AlCu、AlSi、AlSiCu等の合金を用いることができ、膜厚は配線抵抗の低減の観点から、200〜1000nmであることが好ましい。また、絶縁層104の膜厚は、支持脚メタル配線層109とメタル配線層103の絶縁耐圧が確保できる膜厚であればよく、100〜1000nm程度であればよい。
続いて、図4に示すように、公知の写真製版技術とドライエッチング技術を適用して、絶縁層104をエッチング加工することで、コンタクトホール105を形成する。
コンタクトホール105を形成するために絶縁層104をエッチング加工する際、絶縁層104に加えて、内側面に順テーパー部103aが形成されるようにメタル配線層103を表面から適当なエッチング深さまでエッチング加工する。つまり、絶縁層104のエッチング加工時において、コンタクトホール105の底部の形状が順テーパー形状となるように、メタル配線層103も併せてエッチングし、メタル配線層103の上部に順テーパー部103aを形成する。エッチング条件は、例えば、Ar/CF4/CHF3ガスを用い、300mTの圧力下で1.3kWのRF電力を印加してRIE(Reactive Ion Etching)を行うことでコンタクトホールの形成が可能である。
ここで、メタル配線層103のエッチング深さは、後述する支持脚メタル配線層109の被覆性(カバレッジ)が安定となり、かつエッチング後のメタル配線層103が電気的信頼性を損なわないように、適宜調整される。
このように、コンタクトホールは、メタル配線層103を覆うように堆積される絶縁層104がエッチングされることによって形成されるものである。また、絶縁層104のエッチングに加えて、順テーパー部103aが形成されるようにメタル配線層103のエッチングを行うことで、コンタクトホール105の底部の側面に順テーパー面が形成されることとなる。
次に、図4に示す層構造に対して、例えばP−CVD装置を用いて酸化膜を堆積する。続いて、コンタクトホール105の側壁部に順テーパー形状のサイドウォール106が形成されるように、コンタクトホール105内に堆積された酸化膜を酸化膜ドライエッチャーによってエッチングする。このエッチングによって、順テーパー形状のサイドウォール106以外の酸化膜が除去される。つまり、コンタクトホール105の側壁部の形状が順テーパー形状となるように、エッチング後の絶縁層104の内側面に順テーパー形状のサイドウォール106を形成する。サイドウォール形成のためのエッチング条件は、例えば、Ar/CF4/CHF3ガスを用い、300mTの圧力下で1.3kWのRF電力を印加してRIEを行うことでサイドウォールの形成が可能である。
このように、コンタクトホール105の側壁部に順テーパー形状のサイドウォール106を形成することで、コンタクトホール105の側壁部の側面に順テーパー面が形成される。
以上の図4および図5から分かるように、支持脚111を形成する前段階として、コンタクトホール105の底部および側壁部の形状が順テーパー形状となるようにするための工程が行われる。
具体的には、コンタクトホール105を形成するためのエッチング後の絶縁層104の内側面に順テーパー形状のサイドウォール106が形成されることでコンタクトホールの側壁部が順テーパー形状となっている。また、コンタクトホール105を形成するためのエッチングの際にメタル配線層103の上部に順テーパー部103aが形成されることでコンタクトホール105の底部が順テーパー形状となっている。
次に、図5に示す層構造に対して、犠牲層107を堆積する。続いて、図6に示すように、公知の写真製版技術を適用して現像においてコンタクトホール105に堆積された犠牲層107を除去する。この場合、絶縁層104上に堆積された順テーパー形状の側面を有する犠牲層107のみが残る。
なお、犠牲層107の材料は、写真製版技術でパターン形成可能な材料で有ればどのような材料であってもよいが、例えば、感光性を持つ有機材料(例えば、フォトレジスト)を用いればよい。なお、犠牲層107の膜厚は、この上に形成する支持脚メタル配線層109の形成を容易にするために、下地の段差を吸収できる膜厚であることが好ましい。
次に、図6に示す層構造に対して、例えば公知のPVD(Physical Vapor Deposition)技術を適用することで支持脚下部絶縁層108を適当な膜厚まで堆積する。支持脚下部絶縁層108の膜厚は、支持脚の熱コンダクタンスの観点から、できるだけ薄い方がよく、50〜300nmであることが好ましい。続いて、図7に示すように、公知の写真製版技術を適用することで、コンタクトホール105に堆積された支持脚下部絶縁層108をエッチング除去する。この場合、犠牲層107上に堆積された順テーパー形状の側面を有する支持脚下部絶縁層108のみが残る。このエッチング条件は、例えば、Ar/CF4/CHF3ガスを用い、300mTの圧力下で1.3kWのRF電力を印加してRIEを行うことができる。
次に、図7に示す層構造に対して、図8に示すように、例えば公知のPVD(Physical Vapor Deposition)技術を適用することで支持脚メタル配線層109を適当な膜厚まで堆積する。
ここで、支持脚下部絶縁層108および支持脚メタル配線層109のそれぞれの膜厚は、コンタクトホール105の側壁部分でこれらの層が破損せず、オーミックコンタクトの性能が安定して確保できるように、適宜調整される。もちろん、支持脚111の熱コンダクタンスを小さくするためには、安定したオーミックコンタクトの性能を確保した上で、上述したとおり、支持脚メタル配線層109を可能な限り薄膜化することが好ましい。支持脚メタル配線層109には、Ti、TiN等の金属材料を用いることができ、例えば、Arガスを用いて、5mTorrの圧力下で、1.2kWのDC電力を印加することでPVD法を用いて成膜することが可能である。
次に、図8に示す層構造に対して、図9に示すように、例えば公知のPVD技術を適用することで、支持脚上部絶縁層110を適当な膜厚まで堆積する。この膜厚は、支持脚の熱コンダクタンスの観点から、できるだけ薄い方がよく、50〜300nmであることが好ましい。これにより、支持脚メタル配線層109は、下部がメタル配線層103と電気的に接続され、下部以外の部分がサイドウォール106と、絶縁層104と、支持脚下部絶縁層108と、支持脚上部絶縁層110とで囲まれる。
次に、図9に示す層構造に対して、図10に示すように、犠牲層107をエッチング除去するとともに、支持基板101における除去が必要な部分をエッチング除去することで、支持脚111と絶縁層104との間に空隙112を形成する。犠牲層107が有機材料であることから、犠牲層107のエッチングは、O2プラズマを用いた公知のアッシング技術を用いることができる。また、支持基板101の不要部分のエッチングには、XeF2ガスによるドライエッチングを用いることができる。
以上、本実施の形態1によれば、信号読出し回路と電気的に接続されるメタル配線層と、支持脚内の支持脚メタル配線層とを電気的に接続するためのコンタクトホールが形成される赤外線センサ画素によって構成される赤外線センサにおいて、コンタクトホールは、以下のような構成となっている。
すなわち、上記のコンタクトホールは、メタル配線層を覆うように堆積される絶縁層がエッチングされることによって形成されるものであり、コンタクトホールの底部および側壁部の形状が順テーパー形状となっている。
これにより、公知のPVD技術を用いて支持脚メタル配線層を形成する場合に、コンタクトホール側壁に垂直形状部分が存在しないため、従来の問題点であった側壁部でのオーバーハングによる膜厚減少が抑制されるため、支持脚メタル配線層を薄膜化することが可能となる。したがって、赤外線センサにおいて、支持脚長を短くせざるを得ない場合であっても、赤外線センサ画素に形成されるコンタクトホールの形状を工夫することで支持脚メタル配線層を薄膜化することができ、結果として、支持脚の熱コンダクタンスの増加を抑制することができる。
上記の結果、赤外線センサにおいて、画素ピッチを縮小することと、支持脚の熱コンダクタンスを小さくすることとを両立できる。また、このような赤外線センサを赤外線固体撮像装置に備えて構成することで、赤外線固体撮像装置の小型化および低価格化の実現が期待できる。
実施の形態2.
本発明の実施の形態2では、メタル配線層103上に反射防止層113を堆積し、メタル配線層103をエッチング加工することなく、順テーパー部113aが形成されるように反射防止層113をエッチング加工する場合について説明する。なお、本実施の形態2では、先の実施の形態1と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態1と異なる点を中心に説明する。
ここで、先の実施の形態1では、メタル配線層103に順テーパー部103aを形成するように構成されている。これに対して、本実施の形態2では、メタル配線層103の直上に、例えば窒化チタン膜等の反射防止層113を堆積し、メタル配線層103に順テーパー部103aを形成するのではなく、反射防止層113に順テーパー部113aを形成するように構成されている。
図11は、本発明の実施の形態2における支持脚111を示す構造断面図である。図11に示すように、支持基板101に絶縁層102が堆積され、その絶縁層102の直上にはメタル配線層103が形成されている。さらに、メタル配線層103の直上に反射防止層113を堆積する。この反射防止層114は、例えば公知のPVD(Physical Vapor Deposition)技術を用いて形成したTiN等の金属薄膜を用いることができ、この膜厚は50nm程度であれば反射防止層の効果を得ることが可能である。
次に、例えば公知のP−CVD装置を用いて、メタル配線層103および反射防止層113の周囲を覆うように絶縁層102上に絶縁層104を堆積する。続いて、図11に示すように、公知の写真製版技術とドライエッチング技術を適用して、絶縁層104をエッチング加工することで、コンタクトホール105を形成する。
コンタクトホール105を形成するために絶縁層104をエッチング加工する際、絶縁層104に加えて、内側面に順テーパー部113aが形成されるように反射防止層113を表面から適当なエッチング深さまでエッチング加工する。つまり、絶縁層104のエッチング加工時において、コンタクトホール105の底部の形状が順テーパー形状となるように、反射防止層113も併せてエッチングし、反射防止層113の上部に順テーパー部113aを形成する。このエッチング条件は、例えば、Ar/CF4/CHF3ガスを用い、300mTの圧力下で1.3kWのRF電力を印加してRIEを行うことができる。
このように、絶縁層104のエッチングに加えて、順テーパー部113aが形成されるように反射防止層113のエッチングを行うことで、コンタクトホール105の底部の側面に順テーパー面が形成されることとなる。
上記の工程以降は、先の実施の形態1と同様の工程を経ることで、最終的に図11に示す支持脚111が得られる。
このように、実施の形態2では、コンタクトホール105は、メタル配線層103に加えてメタル配線層103上に形成される反射防止層113を覆うように堆積される絶縁層104がエッチングされることによって形成されるものである。また、コンタクトホール105を形成するためのエッチングの際に反射防止層113の上部に順テーパー部113aが形成されることでコンタクトホール105の底部が順テーパー形状となっている。
以上、本実施の形態2によれば、先の実施の形態1に対して、メタル配線層をエッチングする代わりに、メタル配線層上に形成された反射防止層をエッチングして反射防止層の上部に順テーパー部が形成することによってコンタクトホールの底部を順テーパー形状とする。
これにより、先の実施の形態1と同様の効果が得られるとともに、メタル配線層をエッチングせずにすむので、オーミックコンタクトの性能のさらなる安定化が図れる。また、先の実施の形態1と比べて、メタル配線上に反射防止層が形成されているため、メタル配線工程以降の写真製版工程において、メタル配線による露光光線の反射が抑制されるため、所望のレジスト寸法を容易に得ることが可能となり、例えば、支持脚幅の安定化が可能となる。
実施の形態3.
本発明の実施の形態3では、コンタクトホール105の側壁部に順テーパー形状のサイドウォール106を形成することに加えて、絶縁層104の内側面上部に順テーパー部104aを形成する場合について説明する。なお、本実施の形態3では、先の実施の形態1と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態1と異なる点を中心に説明する。
ここで、先の実施の形態1では、メタル配線層103の上部に順テーパー部103aを形成し、絶縁層104の内側面に順テーパー形状のサイドウォール106を形成することで、コンタクトホール105の底部および側壁部にテーパー面を形成している。これに対して、本実施の形態3では、順テーパー部103aおよびサイドウォール106の形成に加えて、絶縁層104の内側面上部に順テーパー部104aを形成することで、コンタクトホール105の開口部、側壁部および底部に順テーパー面を形成している。
図12は、本発明の実施の形態3における支持脚111を示す構造断面図である。図12に示すように、支持基板101に絶縁層102が堆積され、その絶縁層102の直上にはメタル配線層103が形成されている。
次に、例えば公知のP−CVD(Plasma Chemical Vapor Deposition)装置を用いて、メタル配線層103の周囲を覆うように絶縁層102上に絶縁層104を堆積する。続いて、公知の写真製版技術とウェットエッチング技術ドライエッチング技術を適用して、絶縁層104をエッチング加工することで、コンタクトホール105を形成する。
コンタクトホール105を形成するために絶縁層104をエッチング加工する前段階として、例えばウェットエッチング技術を適用して、絶縁層104の表面から適当な深さまでエッチング加工を行うことで、絶縁層104の内側面に順テーパー部104aを形成する。ウェットエッチングには、フッ化水素酸等の酸化膜をエッチングする薬液を用いることができ、ドライエッチングは、Ar/CF4/CHF3ガスを用い、300mTの圧力下で1.3kWのRF電力を印加してRIEを用いることができる。
ここで、ウェットエッチングによる絶縁層104のエッチング深さは、サイドエッチングにより隣接パターンのコンタクトホールと干渉せず、かつ、予め設定した設計基準を満足するように、適宜調整される。
ウェットエッチングによって絶縁層104をエッチング加工することで順テーパー部104aを形成した後、ドライエッチングによって、絶縁層104に加えて、内側面に順テーパー部103aが形成されるようにメタル配線層103をエッチング加工する。
このように、本実施の形態3では、コンタクトホール105の開口部、側壁部および底部の全ての形状が順テーパー形状となっている。具体的には、コンタクトホール105を形成するためのエッチング前の絶縁層104の上部に順テーパー部104aが形成されることでコンタクトホール105の開口部が順テーパー形状となっている。このような構成とすることで、PVDにより支持脚メタル配線層を形成する場合、オーバーハング形状による支持脚メタル配線層とメタル配線層の断線を抑制することが可能となる。
上記の工程以降は、先の実施の形態1と同様の工程を経ることで、最終的に図12に示す支持脚111が得られる。
なお、実施の形態3では、先の実施の形態1の構成に対してコンタクトホール105の開口部の形状が順テーパー形状となるようにする場合について説明したが、先の実施の形態2の構成に対しても同様に、コンタクトホール105の開口部の形状が順テーパー形状となるようにすることができる。
以上、本実施の形態3によれば、先の実施の形態1、2に対して、コンタクトホールの底部および側壁部に加えて、開口部の形状が順テーパー形状となっている。これにより、先の実施の形態1、2と比較して、PVD技術を用いて支持脚メタル配線層を形成する際、オーバーハング形状の発生を抑制できるため、支持脚メタル配線層の薄膜化がさらに容易となる。
1 装置本体、2 レンズ保護用窓材、3 光学レンズ、4 パッケージ、5 パッケージ用窓材、6 熱型赤外線センサ、7 赤外線センサ画素、8 赤外線センサアレイ、9 信号読出し回路、11 基板、12 赤外線吸収層、13 支持脚、14 支持脚絶縁層、15 支持脚メタル配線層、16 絶縁層、17 メタル配線層、18 絶縁層、19 メタル配線層、20 温度センサ、101 支持基板、102 絶縁層、103 メタル配線層、103a 順テーパー部、104 絶縁層、104a 順テーパー部、105 コンタクトホール、106 サイドウォール、107 犠牲層、108 支持脚下部絶縁層、109 支持脚メタル配線層、110 支持脚上部絶縁層、111 支持脚、112 空隙、113 反射防止層、113a 順テーパー部。

Claims (4)

  1. 信号読出し回路と電気的に接続されるメタル配線層と、支持脚内の支持脚メタル配線層とを電気的に接続するためのコンタクトホールが形成される赤外線センサ画素を備えて構成される赤外線センサであって、
    前記メタル配線層上に形成されている反射防止層と、
    前記反射防止層の上部が露出するように前記メタル配線層および前記反射防止層を覆う絶縁層と、
    前記反射防止層の前記上部に形成されている順テーパー部と、
    前記絶縁層の内側面に形成されている順テーパー形状のサイドウォールと、
    を備え、
    前記コンタクトホールの底部および側壁部の形状が順テーパー形状となっている
    赤外線センサ。
  2. 前記絶縁層の上部に形成されている順テーパー部をさらに備え、
    前記コンタクトホールの前記底部および前記側壁部に加えて、前記コンタクトホールの開口部の形状が順テーパー形状となっている
    請求項1に記載の赤外線センサ。
  3. 前記赤外線センサは、熱型赤外線センサである
    請求項1または2に記載の赤外線センサ。
  4. 請求項1からのいずれか1項に記載の赤外線センサを備えた
    赤外線固体撮像装置。
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