JPH11258039A - 赤外線検出素子及びその製造方法 - Google Patents
赤外線検出素子及びその製造方法Info
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- JPH11258039A JPH11258039A JP10076637A JP7663798A JPH11258039A JP H11258039 A JPH11258039 A JP H11258039A JP 10076637 A JP10076637 A JP 10076637A JP 7663798 A JP7663798 A JP 7663798A JP H11258039 A JPH11258039 A JP H11258039A
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- 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
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- G—PHYSICS
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- G01J5/024—Special manufacturing steps or sacrificial layers or layer structures
Abstract
(57)【要約】
【課題】 セル幅の大きさを変えずに梁を長くでき、し
かも赤外線検出領域の面積を減らさない赤外線検出素子
とする。 【解決手段】 シリコン基板１の四角錐状の凹部空間内
に囲まれて上面に赤外線吸収膜１０を形成する赤外線検
知領域２が設けられ、基枠２７から延びる複数の梁１１
により、赤外線検知領域が支持される。各梁上に設けら
れたサーモパイルをアルミ配線で接続する。梁を複数の
段付を有するアーチ形状としたので、セル幅Ｓの大きさ
を変えずに梁を長くできる。よって、赤外線検出領域を
減らさないで並列合成熱抵抗を大きくできる分だけ、赤
外線検出感度を増加させられ、比検出能を向上できる。
かも赤外線検出領域の面積を減らさない赤外線検出素子
とする。 【解決手段】 シリコン基板１の四角錐状の凹部空間内
に囲まれて上面に赤外線吸収膜１０を形成する赤外線検
知領域２が設けられ、基枠２７から延びる複数の梁１１
により、赤外線検知領域が支持される。各梁上に設けら
れたサーモパイルをアルミ配線で接続する。梁を複数の
段付を有するアーチ形状としたので、セル幅Ｓの大きさ
を変えずに梁を長くできる。よって、赤外線検出領域を
減らさないで並列合成熱抵抗を大きくできる分だけ、赤
外線検出感度を増加させられ、比検出能を向上できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線検出素子及
び赤外線検出素子の製造方法に関する。
び赤外線検出素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に赤外線検出素子は、非接触の温度
計として物体の検出や、特殊環境下における温度計測な
どに使用されている。最近の赤外線検出素子には、シリ
コンのマイクロマシーニング技術を用いて熱容量が小さ
く熱抵抗の大きな熱分離構造を形成し、その熱分離構造
部に赤外線検知領域を備え、入射する赤外線の吸収によ
る赤外線検知領域の温度上昇を、サーモパイルで検知す
る方式がある。
計として物体の検出や、特殊環境下における温度計測な
どに使用されている。最近の赤外線検出素子には、シリ
コンのマイクロマシーニング技術を用いて熱容量が小さ
く熱抵抗の大きな熱分離構造を形成し、その熱分離構造
部に赤外線検知領域を備え、入射する赤外線の吸収によ
る赤外線検知領域の温度上昇を、サーモパイルで検知す
る方式がある。
【０００３】図２６は従来の赤外線検出素子を示し、
（ａ）はその平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図、
（ｃ）はそのＡ１−Ａ１断面図である。この赤外線検出
素子は、全体平面形状が四角形のシリコン基板に梁を介
して赤外線検知領域を支持し、梁上にサーモパイルを形
成して構成される。すなわち、シリコン基板３１はその
上面が外周の各辺に沿ってポリシリコンエッチングスト
ッパ４４で幅寸法を画定された基枠とされ、基枠の内側
は四角錐状の凹部となっている。
（ａ）はその平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図、
（ｃ）はそのＡ１−Ａ１断面図である。この赤外線検出
素子は、全体平面形状が四角形のシリコン基板に梁を介
して赤外線検知領域を支持し、梁上にサーモパイルを形
成して構成される。すなわち、シリコン基板３１はその
上面が外周の各辺に沿ってポリシリコンエッチングスト
ッパ４４で幅寸法を画定された基枠とされ、基枠の内側
は四角錐状の凹部となっている。
【０００４】基枠の各角部近傍からは隣接する辺に平行
にかつ所定幅の間隙を設けてシリコン窒化膜の梁３８が
いずれも同方向（図２６では時計方向）に隣の梁近傍ま
で延びている。各梁３８の内側には、さらに各梁３８と
の間に所定の間隙を設けて同じくシリコン窒化膜の四角
形の赤外線検知領域３２が設けられ、その４つの角部が
それぞれ各梁３８の先端に接続している。この接続のた
め各梁３８の先端部は赤外線検知領域３２に向かって直
角に曲がっている。
にかつ所定幅の間隙を設けてシリコン窒化膜の梁３８が
いずれも同方向（図２６では時計方向）に隣の梁近傍ま
で延びている。各梁３８の内側には、さらに各梁３８と
の間に所定の間隙を設けて同じくシリコン窒化膜の四角
形の赤外線検知領域３２が設けられ、その４つの角部が
それぞれ各梁３８の先端に接続している。この接続のた
め各梁３８の先端部は赤外線検知領域３２に向かって直
角に曲がっている。
【０００５】赤外線検知領域上には赤外線吸収膜４０が
形成され、また各梁３８上にはその全長にわたってサー
モパイルが設けられている。サーモパイルは、ｐ型ポリ
シリコンとｎ型ポリシリコンからなり、ｐ型ポリシリコ
ンサーモパイル３３、３３’が互いに対向し、ｎ型ポリ
シリコンサーモパイル３４、３４’が互いに対向するよ
うに配置されている。各サーモパイル間をアルミ配線３
５が接続する。
形成され、また各梁３８上にはその全長にわたってサー
モパイルが設けられている。サーモパイルは、ｐ型ポリ
シリコンとｎ型ポリシリコンからなり、ｐ型ポリシリコ
ンサーモパイル３３、３３’が互いに対向し、ｎ型ポリ
シリコンサーモパイル３４、３４’が互いに対向するよ
うに配置されている。各サーモパイル間をアルミ配線３
５が接続する。
【０００６】図２６の（ｃ）に示すように、梁３８と赤
外線検知領域３２は基枠表面（すなわちポリシリコンエ
ッチングストッパ４４の上面）の高さに当該表面と平行
に配置され、赤外線検知領域３２は梁３８によってシリ
コン基板３１の四角錐状の凹部空間内に支持されてい
る。
外線検知領域３２は基枠表面（すなわちポリシリコンエ
ッチングストッパ４４の上面）の高さに当該表面と平行
に配置され、赤外線検知領域３２は梁３８によってシリ
コン基板３１の四角錐状の凹部空間内に支持されてい
る。
【０００７】次に図２７〜図３０は上記の赤外線検出素
子の製造方法を説明した図である。図２７〜図３０の
（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ
部断面図である。まず、シリコン基板３１上面全域にポ
リシリコンエッチング犠牲層４５をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉ
ｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学的気相成
長）により形成し、その外周部にそってボロンを注入す
ることにより四角枠形状のポリシリコンエッチングスト
ッパ４４を形成する。この状態が図２７である。次にポ
リシリコンエッチング犠牲層４５及びポリシリコンエッ
チングストッパ４４の上面に梁３８と赤外線検知領域３
２とになるシリコン窒化膜の構造体をＣＶＤにより形成
する。この状態が図２８である。
子の製造方法を説明した図である。図２７〜図３０の
（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ
部断面図である。まず、シリコン基板３１上面全域にポ
リシリコンエッチング犠牲層４５をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉ
ｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学的気相成
長）により形成し、その外周部にそってボロンを注入す
ることにより四角枠形状のポリシリコンエッチングスト
ッパ４４を形成する。この状態が図２７である。次にポ
リシリコンエッチング犠牲層４５及びポリシリコンエッ
チングストッパ４４の上面に梁３８と赤外線検知領域３
２とになるシリコン窒化膜の構造体をＣＶＤにより形成
する。この状態が図２８である。
【０００８】次に各サーモパイル３３、３３’、３４、
３４’が、梁３８の上面に形成される。次に赤外線検知
領域３２の上面には赤外線を受光する赤外線吸収膜４０
の層が蒸着により形成される。この状態が図２９であ
る。
３４’が、梁３８の上面に形成される。次に赤外線検知
領域３２の上面には赤外線を受光する赤外線吸収膜４０
の層が蒸着により形成される。この状態が図２９であ
る。
【０００９】次に強アルカリエッチング液によりシリコ
ン基板３１表面からの異方性エッチングを行なうことに
より、梁３８と赤外線検知領域３２の層を含む上層とポ
リシリコンエッチングストッパ４４でカバーされた部分
を残して、その内側のシリコン基板３１の層がポリシリ
コンエッチング犠牲層４５と共にエッチングされ、シリ
コン基板３１に四角錐状の凹部が形成される。この状態
が図３０である。これにより、図２６の（ｃ）に示すよ
うなスリット３６が梁３８の根元の縁の周りから延びて
梁３８の先端の周りまで形成され、赤外線吸収膜４０、
梁３８あるいは各サーモパイルをシリコン基板３１より
熱分離させる。
ン基板３１表面からの異方性エッチングを行なうことに
より、梁３８と赤外線検知領域３２の層を含む上層とポ
リシリコンエッチングストッパ４４でカバーされた部分
を残して、その内側のシリコン基板３１の層がポリシリ
コンエッチング犠牲層４５と共にエッチングされ、シリ
コン基板３１に四角錐状の凹部が形成される。この状態
が図３０である。これにより、図２６の（ｃ）に示すよ
うなスリット３６が梁３８の根元の縁の周りから延びて
梁３８の先端の周りまで形成され、赤外線吸収膜４０、
梁３８あるいは各サーモパイルをシリコン基板３１より
熱分離させる。
【００１０】赤外線検出素子の性能評価を比検出能Ｄ*
により説明する。比検出能Ｄ* は、赤外線入力があった
時のＳ／Ｎ比であり、式（１）で表される。 Ｄ* ＝｛Ｓ×（Ａｄ×△ｆ）0.5 ｝／（Ｎ×Ｐ） （１） 但し、Ｓ：赤外線検出信号 Ｎ：赤外線検出信号に含まれるノイズ信号 Ｐ：赤外線入射エネルギー Ａｄ：赤外線検知領域の面積 Δｆ：周波数帯域 である。
により説明する。比検出能Ｄ* は、赤外線入力があった
時のＳ／Ｎ比であり、式（１）で表される。 Ｄ* ＝｛Ｓ×（Ａｄ×△ｆ）0.5 ｝／（Ｎ×Ｐ） （１） 但し、Ｓ：赤外線検出信号 Ｎ：赤外線検出信号に含まれるノイズ信号 Ｐ：赤外線入射エネルギー Ａｄ：赤外線検知領域の面積 Δｆ：周波数帯域 である。
【００１１】また、赤外線検出信号Ｓは、赤外線検出感
度Ｒ×赤外線入射エネルギーＰでも表わせるため、
（１）式は次の（２）式のようになる。 Ｄ* ＝（Ｒ／Ｎ）×（Ａｄ×△ｆ）0.5 （２）
度Ｒ×赤外線入射エネルギーＰでも表わせるため、
（１）式は次の（２）式のようになる。 Ｄ* ＝（Ｒ／Ｎ）×（Ａｄ×△ｆ）0.5 （２）
【００１２】赤外線検出感度Ｒは、（３）式で表わされ
る。 Ｒ＝ｎ×α×Ｒｔｈ （３） 但し、ｎ：サーモパイルの対数 α：ゼーベック係数 Ｒｔｈ：梁およびサーモパイルの並列合成熱抵抗 である。
る。 Ｒ＝ｎ×α×Ｒｔｈ （３） 但し、ｎ：サーモパイルの対数 α：ゼーベック係数 Ｒｔｈ：梁およびサーモパイルの並列合成熱抵抗 である。
【００１３】さらに、梁、サーモパイルの並列合成熱抵
抗Ｒｔｈは、（４）式のようになる。 Ｒｔｈ＝Ｌ／（Ｋ１×Ａ１＋Ｋ２×Ａ２） （４） 但し、Ｋ１：梁の熱伝導率 Ｋ２：サーモパイルの熱伝導率 Ａ１：梁の断面積 Ａ２：サーモパイルの断面積 Ｌ：梁およびサーモパイルの長さ である。
抗Ｒｔｈは、（４）式のようになる。 Ｒｔｈ＝Ｌ／（Ｋ１×Ａ１＋Ｋ２×Ａ２） （４） 但し、Ｋ１：梁の熱伝導率 Ｋ２：サーモパイルの熱伝導率 Ａ１：梁の断面積 Ａ２：サーモパイルの断面積 Ｌ：梁およびサーモパイルの長さ である。
【００１４】赤外線吸収膜が赤外線を受光すれば、赤外
線検出領域は周辺のシリコン基板の基枠に対して高い温
度になる。各サーモパイルはそれぞれ一端が基枠、他端
が赤外線検出領域に連なり、ｐ型ポリシリコンサーモパ
イルとｎ型ポリシリコンサーモパイルがアルミ配線３５
を介して交互に冷点（基枠）と温点（赤外線検出領域）
で直列接続されることにより、ゼーベック効果によって
起電力が発生する。上述の（１）〜（４）の式で示され
るように、梁３８が長いほど並列合成熱抵抗Ｒｔｈが上
がり比検出能Ｄ* が向上することになり、赤外線検出素
子の性能は向上する。
線検出領域は周辺のシリコン基板の基枠に対して高い温
度になる。各サーモパイルはそれぞれ一端が基枠、他端
が赤外線検出領域に連なり、ｐ型ポリシリコンサーモパ
イルとｎ型ポリシリコンサーモパイルがアルミ配線３５
を介して交互に冷点（基枠）と温点（赤外線検出領域）
で直列接続されることにより、ゼーベック効果によって
起電力が発生する。上述の（１）〜（４）の式で示され
るように、梁３８が長いほど並列合成熱抵抗Ｒｔｈが上
がり比検出能Ｄ* が向上することになり、赤外線検出素
子の性能は向上する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】そこで、それぞれの梁
３８を長くしようとする場合には、梁３８の先端を折り
返すことが考えられる。しかし、折り返して梁の長さＬ
を長くする場合、セル幅３７を拡げなければ、赤外線検
出領域３２が大きく減少する。その結果、並列合成熱抵
抗Ｒｔｈを大きくできても赤外線検出感度Ｒは大きく減
少してしまう。
３８を長くしようとする場合には、梁３８の先端を折り
返すことが考えられる。しかし、折り返して梁の長さＬ
を長くする場合、セル幅３７を拡げなければ、赤外線検
出領域３２が大きく減少する。その結果、並列合成熱抵
抗Ｒｔｈを大きくできても赤外線検出感度Ｒは大きく減
少してしまう。
【００１６】したがって、本発明は上記の問題点に鑑
み、従来のセル幅を変えずに梁の長さを長くでき、しか
も赤外線検出領域の面積を変えずに並列合成熱抵抗を大
きくでき、比検出能を向上させた赤外線検出素子とその
製造方法を提供することを目的とする。
み、従来のセル幅を変えずに梁の長さを長くでき、しか
も赤外線検出領域の面積を変えずに並列合成熱抵抗を大
きくでき、比検出能を向上させた赤外線検出素子とその
製造方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明の赤外線検出素子
は、基枠と、平面上該基枠に囲まれて配置された赤外線
検知領域と、基枠と赤外線検知領域とを連結する複数の
梁と、各梁上に設けられたサーモパイルとを有する赤外
線検出素子であって、梁が断面アーチ形状に構成された
ものとした。
は、基枠と、平面上該基枠に囲まれて配置された赤外線
検知領域と、基枠と赤外線検知領域とを連結する複数の
梁と、各梁上に設けられたサーモパイルとを有する赤外
線検出素子であって、梁が断面アーチ形状に構成された
ものとした。
【００１８】これによって、セル幅の大きさを変えずに
梁を長くでき、とくに段付のアーチ形状とすることによ
り梁の実長を一層長くできる。したがって、赤外線検出
領域を減らさないで並列合成熱抵抗を大きくできる分だ
け、赤外線検出感度を増加させられ、比検出能を向上で
きる。
梁を長くでき、とくに段付のアーチ形状とすることによ
り梁の実長を一層長くできる。したがって、赤外線検出
領域を減らさないで並列合成熱抵抗を大きくできる分だ
け、赤外線検出感度を増加させられ、比検出能を向上で
きる。
【００１９】基枠が多角形状で、赤外線検知領域は基枠
に対応する多角形をなし、梁は基枠の角部近傍から基枠
の辺にそって延び、その先端が赤外線検知領域の角部に
つながっていることが望ましい。基枠は内側に凹部が形
成された半導体シリコン基板からなるとともに、梁と赤
外線検知領域は基枠上に形成された半導体層からなり、
赤外線検知領域が梁により凹部内に支持されていること
が好ましい。これにより、赤外線検知領域と基枠の良好
な熱分離構造が得られる。
に対応する多角形をなし、梁は基枠の角部近傍から基枠
の辺にそって延び、その先端が赤外線検知領域の角部に
つながっていることが望ましい。基枠は内側に凹部が形
成された半導体シリコン基板からなるとともに、梁と赤
外線検知領域は基枠上に形成された半導体層からなり、
赤外線検知領域が梁により凹部内に支持されていること
が好ましい。これにより、赤外線検知領域と基枠の良好
な熱分離構造が得られる。
【００２０】梁がポリシリコンで形成され、該梁の表面
に酸化膜が形成されていることにより、梁の熱抵抗が高
くなり、梁とサーモパイルの並列合成熱抵抗を一層大き
くできる。
に酸化膜が形成されていることにより、梁の熱抵抗が高
くなり、梁とサーモパイルの並列合成熱抵抗を一層大き
くできる。
【００２１】請求項６の赤外線検出素子の製造方法は、
多角形状の半導体シリコン基板の上面周辺にそってエッ
チングストッパを形成するとともに、該エッチングスト
ッパに囲まれた内側に第１のエッチング犠牲層を形成す
る工程Ａと、第１のエッチング犠牲層上に、エッチング
ストッパと間隙をおいて延びるとともに順次長さを短く
した第２のエッチング犠牲層を重ねて、段重ね山形状部
を形成する工程Ｂと、第１のエッチング犠牲層上の中央
部に段重ね山形状部と間隙をおいて設定される所定範囲
に第１の半導体層を形成する工程Ｃと、段重ね山形状部
の上面から、一端はエッチングストッパ上に延び、他端
は第１の半導体層に連なる第２の半導体層を形成すると
ともに、該第２の半導体層の上面にサーモパイルを形成
する工程Ｄと、半導体シリコン基板のエッチングストッ
パに囲まれた内側、第１のエッチング犠牲層および第２
のエッチング犠牲層をエッチング除去する工程Ｅとを有
して、第１の半導体層からなる赤外線検知領域を支持す
る第２の半導体層からなる断面アーチ形状の梁を得るも
のとした。
多角形状の半導体シリコン基板の上面周辺にそってエッ
チングストッパを形成するとともに、該エッチングスト
ッパに囲まれた内側に第１のエッチング犠牲層を形成す
る工程Ａと、第１のエッチング犠牲層上に、エッチング
ストッパと間隙をおいて延びるとともに順次長さを短く
した第２のエッチング犠牲層を重ねて、段重ね山形状部
を形成する工程Ｂと、第１のエッチング犠牲層上の中央
部に段重ね山形状部と間隙をおいて設定される所定範囲
に第１の半導体層を形成する工程Ｃと、段重ね山形状部
の上面から、一端はエッチングストッパ上に延び、他端
は第１の半導体層に連なる第２の半導体層を形成すると
ともに、該第２の半導体層の上面にサーモパイルを形成
する工程Ｄと、半導体シリコン基板のエッチングストッ
パに囲まれた内側、第１のエッチング犠牲層および第２
のエッチング犠牲層をエッチング除去する工程Ｅとを有
して、第１の半導体層からなる赤外線検知領域を支持す
る第２の半導体層からなる断面アーチ形状の梁を得るも
のとした。
【００２２】第１のエッチング犠牲層がポリシリコン、
第２のエッチング犠牲層がシリコン酸化膜、第１の半導
体層がシリコン窒化膜、第２の半導体層がシリコン窒化
膜であり、工程Ｅは、強アルカリエッチング液でまず第
１のエッチング犠牲層を除去し、次いでフッ素酸系エッ
チング液で第２のエッチング犠牲層を除去するものとす
ることができる。
第２のエッチング犠牲層がシリコン酸化膜、第１の半導
体層がシリコン窒化膜、第２の半導体層がシリコン窒化
膜であり、工程Ｅは、強アルカリエッチング液でまず第
１のエッチング犠牲層を除去し、次いでフッ素酸系エッ
チング液で第２のエッチング犠牲層を除去するものとす
ることができる。
【００２３】この際には、工程Ｃにおける第１の半導体
層と工程Ｄにおける第２の半導体層が、両層が連結した
構造体として同時に形成されることが好ましい。
層と工程Ｄにおける第２の半導体層が、両層が連結した
構造体として同時に形成されることが好ましい。
【００２４】あるいは、また第１のエッチング犠牲層が
ポリシリコン、第２のエッチング犠牲層がポリシリコ
ン、第１の半導体層がシリコン酸化膜、第２の半導体層
がシリコン酸化膜であり、工程Ｅは、強アルカリエッチ
ング液で第１、２同時にエッチング犠牲層を除去するも
のとすることができる。したがって、エッチングが一度
で済むから工程数が少なくなる。
ポリシリコン、第２のエッチング犠牲層がポリシリコ
ン、第１の半導体層がシリコン酸化膜、第２の半導体層
がシリコン酸化膜であり、工程Ｅは、強アルカリエッチ
ング液で第１、２同時にエッチング犠牲層を除去するも
のとすることができる。したがって、エッチングが一度
で済むから工程数が少なくなる。
【００２５】請求項１０の赤外線検出素子の製造方法
は、多角形状の半導体シリコン基板の上面周辺にそって
エッチングストッパを形成するとともに、該エッチング
ストッパに囲まれた内側に第１のポリシリコンエッチン
グ犠牲層を形成する工程Ｆと、第１のポリシリコンエッ
チング犠牲層上の中央部に設定される所定範囲と該所定
範囲と上記エッチングストッパの間に設定される梁を形
成する部分とに第２のポリシリコンエッチング犠牲層を
重ね、該第２のポリシリコンエッチング犠牲層の梁を形
成する部分の先端部および根元部と上記所定範囲とにボ
ロンを注入することにより、上記先端部および根元部に
は第１のポリシリコン層のブロックを形成し、所定範囲
には第２のポリシリコン層を形成するとともに、第１の
ポリシリコン層のブロックと第２のポリシリコン層の各
表面に酸化膜を形成する工程Ｇと、梁を形成する部分の
第２のポリシリコンエッチング犠牲層およびその両端の
第１のポリシリコン層のブロックの上に、順次該両端の
第１のポリシリコン層のブロックと一部重なるように長
さを短くした第２のポリシリコンエッチング犠牲層を重
ねて段重ね山形状部を形成するとともに、第２のポリシ
リコンエッチング犠牲層を重ねるごとに当該第２のポリ
シリコンエッチング犠牲層の両端部分にボロンを注入し
て新たな段の第１のポリシリコン層のブロックとし、当
該ブロックの表面に酸化膜を形成することを、最終段の
全長を第１のポリシリコン層のブロックとし酸化膜を形
成するまで繰り返す工程Ｈと、段重ね山形状部の酸化膜
上面にサーモパイルを形成する工程Ｉと、第１、第２の
ポリシリコンエッチング犠牲層をエッチング除去する工
程Ｊとを有して、第２のポリシリコン層からなる赤外線
検知領域を支持する第１のポリシリコン層のブロックか
らなる断面アーチ形状の梁を得るものとした。
は、多角形状の半導体シリコン基板の上面周辺にそって
エッチングストッパを形成するとともに、該エッチング
ストッパに囲まれた内側に第１のポリシリコンエッチン
グ犠牲層を形成する工程Ｆと、第１のポリシリコンエッ
チング犠牲層上の中央部に設定される所定範囲と該所定
範囲と上記エッチングストッパの間に設定される梁を形
成する部分とに第２のポリシリコンエッチング犠牲層を
重ね、該第２のポリシリコンエッチング犠牲層の梁を形
成する部分の先端部および根元部と上記所定範囲とにボ
ロンを注入することにより、上記先端部および根元部に
は第１のポリシリコン層のブロックを形成し、所定範囲
には第２のポリシリコン層を形成するとともに、第１の
ポリシリコン層のブロックと第２のポリシリコン層の各
表面に酸化膜を形成する工程Ｇと、梁を形成する部分の
第２のポリシリコンエッチング犠牲層およびその両端の
第１のポリシリコン層のブロックの上に、順次該両端の
第１のポリシリコン層のブロックと一部重なるように長
さを短くした第２のポリシリコンエッチング犠牲層を重
ねて段重ね山形状部を形成するとともに、第２のポリシ
リコンエッチング犠牲層を重ねるごとに当該第２のポリ
シリコンエッチング犠牲層の両端部分にボロンを注入し
て新たな段の第１のポリシリコン層のブロックとし、当
該ブロックの表面に酸化膜を形成することを、最終段の
全長を第１のポリシリコン層のブロックとし酸化膜を形
成するまで繰り返す工程Ｈと、段重ね山形状部の酸化膜
上面にサーモパイルを形成する工程Ｉと、第１、第２の
ポリシリコンエッチング犠牲層をエッチング除去する工
程Ｊとを有して、第２のポリシリコン層からなる赤外線
検知領域を支持する第１のポリシリコン層のブロックか
らなる断面アーチ形状の梁を得るものとした。
【００２６】第２のポリシリコンエッチング犠牲層の一
部に高濃度のボロンを注入することにより各段のブロッ
クを形成するので、ブロック形成の工程が低減し、さら
に、エッチングが一度で済む。
部に高濃度のボロンを注入することにより各段のブロッ
クを形成するので、ブロック形成の工程が低減し、さら
に、エッチングが一度で済む。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を実施例
により説明する。図１、図２は第１の実施例の赤外線検
出素子を示し、図１の（ａ）はその平面図、（ｂ）はそ
のＦ−Ｆ部の断面図、図２は図１の（ａ）におけるＦ１
−Ｆ１部の断面図を示す。第１の実施例の赤外線検出素
子は、全体平面形状が四角形のシリコン基板１に断面ア
ーチ形状のシリコン窒化膜の梁１１を介して赤外線検知
領域を支持し、梁上にサーモパイルを形成して構成され
る。なお、基枠２７の表面はポリシリコンエッチングス
トッパ１４でカバーされている。
により説明する。図１、図２は第１の実施例の赤外線検
出素子を示し、図１の（ａ）はその平面図、（ｂ）はそ
のＦ−Ｆ部の断面図、図２は図１の（ａ）におけるＦ１
−Ｆ１部の断面図を示す。第１の実施例の赤外線検出素
子は、全体平面形状が四角形のシリコン基板１に断面ア
ーチ形状のシリコン窒化膜の梁１１を介して赤外線検知
領域を支持し、梁上にサーモパイルを形成して構成され
る。なお、基枠２７の表面はポリシリコンエッチングス
トッパ１４でカバーされている。
【００２８】平面図上、基枠２７の各角部近傍から隣接
する辺に平行で所定幅の間隙を設けていずれも時計方向
にシリコン窒化膜の梁１１が隣の梁近傍まで延びてい
る。断面図上、基枠２７から複数の段付を有してアーチ
形状になるように梁１１が隣の梁近傍まで延びている。
各梁１１の内側には、シリコン窒化膜の四角形の赤外線
検知領域２が設けられ、その４つの角部がそれぞれ各梁
１１の先端に接続している。この接続のため各梁１１の
先端部は赤外線検知領域２に向かって直角に曲がってい
る。
する辺に平行で所定幅の間隙を設けていずれも時計方向
にシリコン窒化膜の梁１１が隣の梁近傍まで延びてい
る。断面図上、基枠２７から複数の段付を有してアーチ
形状になるように梁１１が隣の梁近傍まで延びている。
各梁１１の内側には、シリコン窒化膜の四角形の赤外線
検知領域２が設けられ、その４つの角部がそれぞれ各梁
１１の先端に接続している。この接続のため各梁１１の
先端部は赤外線検知領域２に向かって直角に曲がってい
る。
【００２９】赤外線検知領域２上には赤外線吸収膜１０
が形成され、また各梁１１上にはその全長にわたってサ
ーモパイルが設けられている。ｐ型ポリシリコンサーモ
パイル３とｐ型ポリシリコンサーモパイル３’とが対向
して設けられ、また、ｎ型ポリシリコンサーモパイル４
とｎ型ポリシリコンサーモパイル４’が対向して設けら
れている。すなわち、赤外線吸収膜１０上でｐ型ポリシ
リコンサーモパイル３の先端がアルミ配線５でｎ型ポリ
シリコンサーモパイル４の先端と接続されている。ま
た、ｐ型ポリシリコンサーモパイル３’の先端がアルミ
配線８でｎ型ポリシリコンサーモパイル４’の先端と接
続されている。
が形成され、また各梁１１上にはその全長にわたってサ
ーモパイルが設けられている。ｐ型ポリシリコンサーモ
パイル３とｐ型ポリシリコンサーモパイル３’とが対向
して設けられ、また、ｎ型ポリシリコンサーモパイル４
とｎ型ポリシリコンサーモパイル４’が対向して設けら
れている。すなわち、赤外線吸収膜１０上でｐ型ポリシ
リコンサーモパイル３の先端がアルミ配線５でｎ型ポリ
シリコンサーモパイル４の先端と接続されている。ま
た、ｐ型ポリシリコンサーモパイル３’の先端がアルミ
配線８でｎ型ポリシリコンサーモパイル４’の先端と接
続されている。
【００３０】そして、ポリシリコンエッチングストッパ
１４上でｎ型ポリシリコンサーモパイル４の根元とｐ型
ポリシリコンサーモパイル３’の根元とがアルミ配線９
で接続されている。ｐ型ポリシリコンサーモパイル３の
根元から基枠２７上を延びるアルミ配線２５とｎ型ポリ
シリコンサーモパイル４’の根元が外部端子へ接続され
ている。
１４上でｎ型ポリシリコンサーモパイル４の根元とｐ型
ポリシリコンサーモパイル３’の根元とがアルミ配線９
で接続されている。ｐ型ポリシリコンサーモパイル３の
根元から基枠２７上を延びるアルミ配線２５とｎ型ポリ
シリコンサーモパイル４’の根元が外部端子へ接続され
ている。
【００３１】図２に示すように、赤外線検知領域２は基
枠２７と熱分離されて基枠２７表面の高さに当該表面と
平行に配置されると共に、梁１１によってシリコン基板
１の四角錐状の凹部空間内に支持されている。
枠２７と熱分離されて基枠２７表面の高さに当該表面と
平行に配置されると共に、梁１１によってシリコン基板
１の四角錐状の凹部空間内に支持されている。
【００３２】次に図３〜図８は、第１の実施例の赤外線
検出素子の製造方法を説明した図である。図３〜図８の
それぞれにおいて（ａ）は平面図であり、（ｂ）は
（ａ）におけるＣ−Ｃ部断面図である。第１の工程で、
まず、シリコン基板１上面全域にポリシリコンエッチン
グ犠牲層１５をＣＶＤにより形成し、その外周部の各外
縁（辺）にそって所定の幅にボロンを注入することによ
り四角枠形状のポリシリコンエッチングストッパ１４を
形成する。この状態が図３である。
検出素子の製造方法を説明した図である。図３〜図８の
それぞれにおいて（ａ）は平面図であり、（ｂ）は
（ａ）におけるＣ−Ｃ部断面図である。第１の工程で、
まず、シリコン基板１上面全域にポリシリコンエッチン
グ犠牲層１５をＣＶＤにより形成し、その外周部の各外
縁（辺）にそって所定の幅にボロンを注入することによ
り四角枠形状のポリシリコンエッチングストッパ１４を
形成する。この状態が図３である。
【００３３】次に第２の工程でエッチング犠牲層１５上
で梁１１を形成する部分、すなわちポリシリコンエッチ
ングストッパ１４と平行に間隙をおいた部分に、エッチ
ング犠牲層１５の各辺の中心近傍から片方（例えば図４
では反時計方向）にオフセットさせて、梁の根元部と先
端部に対応する部分を残した所定の長さのシリコン酸化
膜によるエッチング犠牲層１６がＣＶＤにより形成され
る。この状態が図４である。
で梁１１を形成する部分、すなわちポリシリコンエッチ
ングストッパ１４と平行に間隙をおいた部分に、エッチ
ング犠牲層１５の各辺の中心近傍から片方（例えば図４
では反時計方向）にオフセットさせて、梁の根元部と先
端部に対応する部分を残した所定の長さのシリコン酸化
膜によるエッチング犠牲層１６がＣＶＤにより形成され
る。この状態が図４である。
【００３４】第３の工程で、エッチング犠牲層１６に続
いて同材料のエッチング犠牲層を、エッチング犠牲層１
５上に形成されるシリコン酸化膜によるエッチング犠牲
層の全体が段重ね山形状になるように、順次積層する。
すなわち、エッチング犠牲層１６の上面の長手方向略中
央部にエッチング犠牲層１６と同じ幅かつエッチング犠
牲層１６よりも短いエッチング犠牲層１８がＣＶＤによ
り形成される。この状態が図５である。
いて同材料のエッチング犠牲層を、エッチング犠牲層１
５上に形成されるシリコン酸化膜によるエッチング犠牲
層の全体が段重ね山形状になるように、順次積層する。
すなわち、エッチング犠牲層１６の上面の長手方向略中
央部にエッチング犠牲層１６と同じ幅かつエッチング犠
牲層１６よりも短いエッチング犠牲層１８がＣＶＤによ
り形成される。この状態が図５である。
【００３５】第４の工程で梁１１と赤外線検知領域２と
になるシリコン窒化膜１１Ａ、２Ａの構造体を段重ね山
形状部分及びこれらに囲まれた中央部のエッチング犠牲
層１５上にＣＶＤによって形成する。次にシリコン窒化
膜１１Ａの上面にｐ型及びｎ型のサーモパイル３、
３’、４、４’が形成され、さらにアルミ配線５、８
が、各サーモパイルが直列になるように形成される。次
にシリコン窒化膜２Ａの上面に赤外線吸収膜１０の層が
蒸着により形成される。この状態が図６である。
になるシリコン窒化膜１１Ａ、２Ａの構造体を段重ね山
形状部分及びこれらに囲まれた中央部のエッチング犠牲
層１５上にＣＶＤによって形成する。次にシリコン窒化
膜１１Ａの上面にｐ型及びｎ型のサーモパイル３、
３’、４、４’が形成され、さらにアルミ配線５、８
が、各サーモパイルが直列になるように形成される。次
にシリコン窒化膜２Ａの上面に赤外線吸収膜１０の層が
蒸着により形成される。この状態が図６である。
【００３６】第５の工程で強アルカリエッチング液（例
えば、ヒドラジン１水和物）によりシリコン基板１表面
から異方性エッチングすることにより、ポリシリコンエ
ッチングストッパ１４でカバーされた部分より内側のシ
リコン基板１の層がエッチング犠牲層１５と共にエッチ
ングされ、シリコン基板１に四角錐状の凹部が形成され
る。この状態が図７である。これにより、図２に示すよ
うに、上面に赤外線吸収膜１０を有する赤外線検知領域
２が残るとともに、スリット６がシリコン窒化膜１１Ａ
部分の周りに形成される。
えば、ヒドラジン１水和物）によりシリコン基板１表面
から異方性エッチングすることにより、ポリシリコンエ
ッチングストッパ１４でカバーされた部分より内側のシ
リコン基板１の層がエッチング犠牲層１５と共にエッチ
ングされ、シリコン基板１に四角錐状の凹部が形成され
る。この状態が図７である。これにより、図２に示すよ
うに、上面に赤外線吸収膜１０を有する赤外線検知領域
２が残るとともに、スリット６がシリコン窒化膜１１Ａ
部分の周りに形成される。
【００３７】第６の工程でフッ素酸系エッチング液によ
りエッチング犠牲層１６およびエッチング犠牲層１８を
ウエットエッチングで除去して図８のアーチ形状のシリ
コン窒化膜１１Ａからなる梁１１が残る。
りエッチング犠牲層１６およびエッチング犠牲層１８を
ウエットエッチングで除去して図８のアーチ形状のシリ
コン窒化膜１１Ａからなる梁１１が残る。
【００３８】本実施例ではエッチング犠牲層１５が発明
の第１のエッチング犠牲層に該当し、エッチング犠牲層
１６、エッチング犠牲層１８が第２のエッチング犠牲層
に、赤外線検知領域２と梁１１とになるシリコン窒化膜
２Ａ、１１Ａの構造体が第１及び第２の半導体層に該当
する。そして、第１の工程が発明の工程Ａを構成し、第
２、第３の工程が工程Ｂ、第４の工程が工程Ｃ及びＤ、
第５、第６の工程が工程Ｅを構成する。
の第１のエッチング犠牲層に該当し、エッチング犠牲層
１６、エッチング犠牲層１８が第２のエッチング犠牲層
に、赤外線検知領域２と梁１１とになるシリコン窒化膜
２Ａ、１１Ａの構造体が第１及び第２の半導体層に該当
する。そして、第１の工程が発明の工程Ａを構成し、第
２、第３の工程が工程Ｂ、第４の工程が工程Ｃ及びＤ、
第５、第６の工程が工程Ｅを構成する。
【００３９】以上のように製造された赤外線検出素子で
は、梁１１の断面が複数の段付を有するアーチ形状とな
っているため平面形状を変えずに、セル幅Ｓを変えずに
梁１１の実長が大きくなっている。よって、赤外線検出
領域２を減らさないで並列合成熱抵抗Ｒｔｈを大きくで
きる分だけ、赤外線検出感度Ｒを増加させられ、比検出
能Ｄ* を向上できる。
は、梁１１の断面が複数の段付を有するアーチ形状とな
っているため平面形状を変えずに、セル幅Ｓを変えずに
梁１１の実長が大きくなっている。よって、赤外線検出
領域２を減らさないで並列合成熱抵抗Ｒｔｈを大きくで
きる分だけ、赤外線検出感度Ｒを増加させられ、比検出
能Ｄ* を向上できる。
【００４０】図９、図１０は第２の実施例の赤外線検出
素子を示し、図９の（ａ）はその平面図、（ｂ）はその
Ｍ−Ｍ部の断面図、図１０は図９の（ａ）におけるＭ１
−Ｍ１部の断面図である。第２の実施例の赤外線検出素
子は、第１の実施例におけるシリコン窒化膜の梁１１を
シリコン酸化膜の梁１２にしたものであり、その他の構
成は第１の実施例と同構成である。図１０に示すよう
に、赤外線検知領域２’は基枠２７と熱分離されて基枠
２７表面の高さに当該表面と平行に配置されると共に、
梁１２によってシリコン基板１の四角錐状の凹部空間内
に支持されている。サーモパイル及び梁１２は基枠２７
から断面アーチ形状に延びている。但し、製造の過程に
使われるエッチング犠牲層の材質、エッチング回数は異
なる。
素子を示し、図９の（ａ）はその平面図、（ｂ）はその
Ｍ−Ｍ部の断面図、図１０は図９の（ａ）におけるＭ１
−Ｍ１部の断面図である。第２の実施例の赤外線検出素
子は、第１の実施例におけるシリコン窒化膜の梁１１を
シリコン酸化膜の梁１２にしたものであり、その他の構
成は第１の実施例と同構成である。図１０に示すよう
に、赤外線検知領域２’は基枠２７と熱分離されて基枠
２７表面の高さに当該表面と平行に配置されると共に、
梁１２によってシリコン基板１の四角錐状の凹部空間内
に支持されている。サーモパイル及び梁１２は基枠２７
から断面アーチ形状に延びている。但し、製造の過程に
使われるエッチング犠牲層の材質、エッチング回数は異
なる。
【００４１】次に図１１〜図１５は、第２の実施例の赤
外線検出素子の製造方法を説明した図である。図１１〜
図１５のそれぞれにおいて（ａ）は平面図であり、
（ｂ）は（ａ）におけるＭ−Ｍ部断面図である。各工程
は第１の実施例の場合と類似部分が多いので、先の図３
〜図８に対して縮尺を小さくして示す。第１の工程で、
まず、シリコン基板１上面全域にポリシリコンエッチン
グ犠牲層１５をＣＶＤにより形成し、その外周部の各外
縁（辺）にそって所定の幅にボロンを注入することによ
り四角枠形状のポリシリコンエッチングストッパ１４を
形成する。この状態が図１１である。
外線検出素子の製造方法を説明した図である。図１１〜
図１５のそれぞれにおいて（ａ）は平面図であり、
（ｂ）は（ａ）におけるＭ−Ｍ部断面図である。各工程
は第１の実施例の場合と類似部分が多いので、先の図３
〜図８に対して縮尺を小さくして示す。第１の工程で、
まず、シリコン基板１上面全域にポリシリコンエッチン
グ犠牲層１５をＣＶＤにより形成し、その外周部の各外
縁（辺）にそって所定の幅にボロンを注入することによ
り四角枠形状のポリシリコンエッチングストッパ１４を
形成する。この状態が図１１である。
【００４２】次に第２の工程でエッチング犠牲層１５上
で前実施例と同様に梁を形成する部分にポリシリコンに
よるエッチング犠牲層１９がＣＶＤにより形成される。
この状態が図１２である。第３の工程でエッチング犠牲
層１９の上面の長手方向略中央部にエッチング犠牲層１
９と同じ幅かつエッチング犠牲層１９より短い所定の長
さのポリシリコンによるエッチング犠牲層２０がＣＶＤ
により形成して段重ね山形状とする。この状態が図１３
である。
で前実施例と同様に梁を形成する部分にポリシリコンに
よるエッチング犠牲層１９がＣＶＤにより形成される。
この状態が図１２である。第３の工程でエッチング犠牲
層１９の上面の長手方向略中央部にエッチング犠牲層１
９と同じ幅かつエッチング犠牲層１９より短い所定の長
さのポリシリコンによるエッチング犠牲層２０がＣＶＤ
により形成して段重ね山形状とする。この状態が図１３
である。
【００４３】第４の工程で梁１２と赤外線検知領域２’
とになるシリコン酸化膜１２Ａ、２’Ａの構造体を段重
ね山形状部分及びこれらに囲まれた中央部のエッチング
犠牲層１５上にＣＶＤによって形成する。次にシリコン
酸化膜１２Ａの上面にｐ型及びｎ型のサーモパイル３、
３’、４、４’が形成され、さらにアルミ配線５、８
が、各サーモパイルが直列になるように形成される。次
にシリコン酸化膜２’Ａの上面に赤外線吸収膜１０の層
が蒸着により形成される。この状態が図１４である。
とになるシリコン酸化膜１２Ａ、２’Ａの構造体を段重
ね山形状部分及びこれらに囲まれた中央部のエッチング
犠牲層１５上にＣＶＤによって形成する。次にシリコン
酸化膜１２Ａの上面にｐ型及びｎ型のサーモパイル３、
３’、４、４’が形成され、さらにアルミ配線５、８
が、各サーモパイルが直列になるように形成される。次
にシリコン酸化膜２’Ａの上面に赤外線吸収膜１０の層
が蒸着により形成される。この状態が図１４である。
【００４４】第５の工程で強アルカリエッチング液によ
りシリコン基板１表面から異方性エッチングすることに
より、ポリシリコンエッチングストッパ１４でカバーさ
れた部分の内側のシリコン基板１の層がエッチング犠牲
層１５、エッチング犠牲層１９およびエッチング犠牲層
２０と共にエッチングされ、シリコン基板１に四角錐状
の凹部が形成される。これにより、図１５に示すような
アーチ形状の梁１２が得られる。図９、図１０に示すよ
うなスリット６が梁１２形成部分の周りに形成される。
りシリコン基板１表面から異方性エッチングすることに
より、ポリシリコンエッチングストッパ１４でカバーさ
れた部分の内側のシリコン基板１の層がエッチング犠牲
層１５、エッチング犠牲層１９およびエッチング犠牲層
２０と共にエッチングされ、シリコン基板１に四角錐状
の凹部が形成される。これにより、図１５に示すような
アーチ形状の梁１２が得られる。図９、図１０に示すよ
うなスリット６が梁１２形成部分の周りに形成される。
【００４５】本実施例ではエッチング犠牲層１５が発明
の第１のエッチング犠牲層に該当し、エッチング犠牲層
１９、エッチング犠牲層２０が第２のエッチング犠牲層
に、シリコン酸化膜２’Ａが第１の半導体層に、シリコ
ン酸化膜１２Ａが第２の半導体層に該当する。そして、
第１の工程が発明の工程Ａを構成し、第２及び第３の工
程が工程Ｂ、第４の工程が工程Ｃ及びＤ、第５の工程が
工程Ｅを構成する。
の第１のエッチング犠牲層に該当し、エッチング犠牲層
１９、エッチング犠牲層２０が第２のエッチング犠牲層
に、シリコン酸化膜２’Ａが第１の半導体層に、シリコ
ン酸化膜１２Ａが第２の半導体層に該当する。そして、
第１の工程が発明の工程Ａを構成し、第２及び第３の工
程が工程Ｂ、第４の工程が工程Ｃ及びＤ、第５の工程が
工程Ｅを構成する。
【００４６】ここでは、梁に第１の実施例で用いられた
シリコン窒化膜より熱伝導率Ｋ１が低い、すなわち熱抵
抗のより一層高いシリコン酸化膜を用いているので、並
列合成熱抵抗Ｒｔｈを一層大きくできる。よって、赤外
線検出感度Ｒを一層増加させられ、比検出能Ｄ* を一層
向上できる。また、エッチングが一度で済むので、赤外
線検出素子の製造の工程を低減できる。
シリコン窒化膜より熱伝導率Ｋ１が低い、すなわち熱抵
抗のより一層高いシリコン酸化膜を用いているので、並
列合成熱抵抗Ｒｔｈを一層大きくできる。よって、赤外
線検出感度Ｒを一層増加させられ、比検出能Ｄ* を一層
向上できる。また、エッチングが一度で済むので、赤外
線検出素子の製造の工程を低減できる。
【００４７】図１６、図１７は第３の実施例の赤外線検
出素子を示し、図１６の（ａ）はその平面図、（ｂ）は
そのＳ−Ｓ部の断面図、図１７は図１６の（ａ）におけ
るＳ１−Ｓ１部の断面図である。第３の実施例の赤外線
検出素子は、第２の実施例の梁１２のかわりに複数のポ
リシリコンのブロックを重ねて形成した段重ね山形状の
梁１３とすると共に、その梁１３の表面には絶縁性の酸
化膜２８を形成している。すなわち断面図上、基枠２７
からアーチ形状になるように酸化膜２８を表面に形成し
た梁１３が隣の梁近傍まで延びている。
出素子を示し、図１６の（ａ）はその平面図、（ｂ）は
そのＳ−Ｓ部の断面図、図１７は図１６の（ａ）におけ
るＳ１−Ｓ１部の断面図である。第３の実施例の赤外線
検出素子は、第２の実施例の梁１２のかわりに複数のポ
リシリコンのブロックを重ねて形成した段重ね山形状の
梁１３とすると共に、その梁１３の表面には絶縁性の酸
化膜２８を形成している。すなわち断面図上、基枠２７
からアーチ形状になるように酸化膜２８を表面に形成し
た梁１３が隣の梁近傍まで延びている。
【００４８】図１７に示すように、赤外線検知領域２”
は基枠２７と熱分離されて基枠２７表面の高さに当該表
面と平行に形成されると共に、梁１３によってシリコン
基板１の四角錐状の凹部空間内に支持されている。その
他の構成は第２の実施例と同構成である。但し、製造の
過程に使われるエッチング犠牲層の材質は異なる。
は基枠２７と熱分離されて基枠２７表面の高さに当該表
面と平行に形成されると共に、梁１３によってシリコン
基板１の四角錐状の凹部空間内に支持されている。その
他の構成は第２の実施例と同構成である。但し、製造の
過程に使われるエッチング犠牲層の材質は異なる。
【００４９】次に図１８〜図２５は、第３の実施例の赤
外線検出素子の製造方法を説明した図である。図２２、
図２３を除く各図のそれぞれにおいて（ａ）は平面図で
あり、（ｂ）は（ａ）におけるＳ−Ｓ断面図である。第
１の工程で、まず、シリコン基板１上面全域にポリシリ
コンエッチング犠牲層１５をＣＶＤにより形成し、その
外周部の各外縁（辺）にそって所定の幅にボロンを注入
することにより四角枠形状のポリシリコンエッチングス
トッパ１４を形成する。この工程は先の図１１と同じで
ある。
外線検出素子の製造方法を説明した図である。図２２、
図２３を除く各図のそれぞれにおいて（ａ）は平面図で
あり、（ｂ）は（ａ）におけるＳ−Ｓ断面図である。第
１の工程で、まず、シリコン基板１上面全域にポリシリ
コンエッチング犠牲層１５をＣＶＤにより形成し、その
外周部の各外縁（辺）にそって所定の幅にボロンを注入
することにより四角枠形状のポリシリコンエッチングス
トッパ１４を形成する。この工程は先の図１１と同じで
ある。
【００５０】次に第２の工程で、まず図１８のように、
エッチング犠牲層１５上で梁を形成する部分と赤外線検
知領域を形成する部分に、ポリシリコンによるエッチン
グ犠牲層２１がＣＶＤにより形成される。そして、この
エッチング犠牲層２１の赤外線検知領域対応部分とこの
赤外線検知領域対応部分に続く梁を形成する部分の先端
部および根元部（基枠２７側）に、後に行なわれるエッ
チングのスピードを遅くコントロールする高濃度のボロ
ンが注入されて、図１９に示すように、エッチング犠牲
層１５の上面中央部においては赤外線検知領域２”とな
るポリシリコン膜２”Ａとなり、上記の先端部および根
元部のボロン注入部分はポリシリコンブロック２３とな
る。続いて、図２０のように、ポリシリコン膜２”Ａと
各ブロック２３の表面には酸化膜２８が形成される。
エッチング犠牲層１５上で梁を形成する部分と赤外線検
知領域を形成する部分に、ポリシリコンによるエッチン
グ犠牲層２１がＣＶＤにより形成される。そして、この
エッチング犠牲層２１の赤外線検知領域対応部分とこの
赤外線検知領域対応部分に続く梁を形成する部分の先端
部および根元部（基枠２７側）に、後に行なわれるエッ
チングのスピードを遅くコントロールする高濃度のボロ
ンが注入されて、図１９に示すように、エッチング犠牲
層１５の上面中央部においては赤外線検知領域２”とな
るポリシリコン膜２”Ａとなり、上記の先端部および根
元部のボロン注入部分はポリシリコンブロック２３とな
る。続いて、図２０のように、ポリシリコン膜２”Ａと
各ブロック２３の表面には酸化膜２８が形成される。
【００５１】第３の工程で、梁を形成する部分に、エッ
チング犠牲層２１の両端のブロック２３と一部重なって
全体が段重ね山形状になるようにポリシリコンによるエ
ッチング犠牲層２２がＣＶＤにより形成される。そし
て、エッチング犠牲層２２の両端部分に第２の工程と同
様に高濃度のボロンが注入されてブロック２４、２４と
なる。この状態が図２１である。続いて、図２２のよう
に、各ブロック２４の表面には酸化膜２８が形成され
る。
チング犠牲層２１の両端のブロック２３と一部重なって
全体が段重ね山形状になるようにポリシリコンによるエ
ッチング犠牲層２２がＣＶＤにより形成される。そし
て、エッチング犠牲層２２の両端部分に第２の工程と同
様に高濃度のボロンが注入されてブロック２４、２４と
なる。この状態が図２１である。続いて、図２２のよう
に、各ブロック２４の表面には酸化膜２８が形成され
る。
【００５２】第４の工程では上記第３の工程と同様の工
程が繰り返され、エッチング犠牲層２２上に両端のブロ
ック２４と一部重なるポリシリコン層が形成され、これ
の全長にわたって高濃度のボロンが注入されてブロック
２６となる。そして、ブロック２６の表面に酸化膜２８
が形成される。この状態が図２３である。第５の工程
で、ブロック２３、ブロック２４、ブロック２６からな
る山形状のブロックの連続体の酸化膜２８上面にｐ型及
びｎ型のサーモパイル３、３’、４、４’が形成され
る。また、アルミ配線５、８が、各サーモパイルが直列
になるように形成される。そして、ポリシリコン膜２”
Ａの上面に赤外線吸収膜１０の層が蒸着により形成され
る。この状態が図２４である。
程が繰り返され、エッチング犠牲層２２上に両端のブロ
ック２４と一部重なるポリシリコン層が形成され、これ
の全長にわたって高濃度のボロンが注入されてブロック
２６となる。そして、ブロック２６の表面に酸化膜２８
が形成される。この状態が図２３である。第５の工程
で、ブロック２３、ブロック２４、ブロック２６からな
る山形状のブロックの連続体の酸化膜２８上面にｐ型及
びｎ型のサーモパイル３、３’、４、４’が形成され
る。また、アルミ配線５、８が、各サーモパイルが直列
になるように形成される。そして、ポリシリコン膜２”
Ａの上面に赤外線吸収膜１０の層が蒸着により形成され
る。この状態が図２４である。
【００５３】第６の工程で強アルカリエッチング液によ
りシリコン基板１表面から異方性エッチングすることに
より、各ブロック２３、２４、２６とポリシリコン膜
２”Ａと赤外線吸収膜１０とポリシリコンエッチングス
トッパ１４でカバーされた部分とを残して、その内側の
シリコン基板１の層が図２５のようにエッチング犠牲層
１５、エッチング犠牲層２１、エッチング犠牲層２２と
共にエッチングされる。ポリシリコン膜２”Ａとブロッ
クとエッチング犠牲層はポリシリコンであるが、ポリシ
リコン膜２”Ａとブロック２３、２４、２６はボロンが
注入されているので所定時間のエッチングでエッチング
犠牲層のみが除去される。 なお、図２５の（ａ）には
赤外線吸収膜１０を取り除いた図を示してある。これに
より、ポリシリコン膜２”Ａが赤外線検知領域２”とな
り、ブロック２３、２４、２６の連続体からなるアーチ
形状の梁１３が得られる。図１６、図１７に示すような
スリット６が梁１３形成部分の周りに形成される。
りシリコン基板１表面から異方性エッチングすることに
より、各ブロック２３、２４、２６とポリシリコン膜
２”Ａと赤外線吸収膜１０とポリシリコンエッチングス
トッパ１４でカバーされた部分とを残して、その内側の
シリコン基板１の層が図２５のようにエッチング犠牲層
１５、エッチング犠牲層２１、エッチング犠牲層２２と
共にエッチングされる。ポリシリコン膜２”Ａとブロッ
クとエッチング犠牲層はポリシリコンであるが、ポリシ
リコン膜２”Ａとブロック２３、２４、２６はボロンが
注入されているので所定時間のエッチングでエッチング
犠牲層のみが除去される。 なお、図２５の（ａ）には
赤外線吸収膜１０を取り除いた図を示してある。これに
より、ポリシリコン膜２”Ａが赤外線検知領域２”とな
り、ブロック２３、２４、２６の連続体からなるアーチ
形状の梁１３が得られる。図１６、図１７に示すような
スリット６が梁１３形成部分の周りに形成される。
【００５４】本実施例ではエッチング犠牲層１５が発明
の第１のポリシリコンエッチング犠牲層に該当し、エッ
チング犠牲層２１およびエッチング犠牲層２２が第２の
ポリシリコンエッチング犠牲層に、ポリシリコン膜２”
Ａが第２のポリシリコン層に、ブロック２３、ブロック
２４、ブロック２６が第１のポリシリコン層に該当す
る。そして、第１の工程が発明の工程Ｆを構成し、第２
の工程が工程Ｇ、第３および第４の工程が工程Ｈ、第５
の工程が工程Ｉ、第６の工程が工程Ｊを構成する。
の第１のポリシリコンエッチング犠牲層に該当し、エッ
チング犠牲層２１およびエッチング犠牲層２２が第２の
ポリシリコンエッチング犠牲層に、ポリシリコン膜２”
Ａが第２のポリシリコン層に、ブロック２３、ブロック
２４、ブロック２６が第１のポリシリコン層に該当す
る。そして、第１の工程が発明の工程Ｆを構成し、第２
の工程が工程Ｇ、第３および第４の工程が工程Ｈ、第５
の工程が工程Ｉ、第６の工程が工程Ｊを構成する。
【００５５】また、ブロック２３、２４等の形成は第２
のポリシリコンエッチング犠牲層の一部に高濃度のボロ
ンをブロックに注入することにより行なうので、ブロッ
クと第２のポリシリコンエッチング犠牲層に同材料を用
いて少ない工程で形成でき、さらに、エッチングが一度
で済む。梁の一部を酸化膜で構成しているので、並列合
成熱抵抗Ｒｔｈを一層大きくできる。また、本実施例で
は、酸化膜２８を梁および赤外線検知領域となる部分の
上面にのみ形成させたが、このような積極的な酸化のほ
か自然酸化により、あるいは自然酸化と組み合わせるこ
とにより、梁を構成するブロックの裏面を含む全周に酸
化膜を形成することもできる。
のポリシリコンエッチング犠牲層の一部に高濃度のボロ
ンをブロックに注入することにより行なうので、ブロッ
クと第２のポリシリコンエッチング犠牲層に同材料を用
いて少ない工程で形成でき、さらに、エッチングが一度
で済む。梁の一部を酸化膜で構成しているので、並列合
成熱抵抗Ｒｔｈを一層大きくできる。また、本実施例で
は、酸化膜２８を梁および赤外線検知領域となる部分の
上面にのみ形成させたが、このような積極的な酸化のほ
か自然酸化により、あるいは自然酸化と組み合わせるこ
とにより、梁を構成するブロックの裏面を含む全周に酸
化膜を形成することもできる。
【００５６】なお、サーモパイルを用いた赤外線検出素
子を説明したが、例えば、抵抗の温度変化を利用したボ
ロメータ型赤外線検出素子にも適用でき、比検出能Ｄ*
の向上が図れる。
子を説明したが、例えば、抵抗の温度変化を利用したボ
ロメータ型赤外線検出素子にも適用でき、比検出能Ｄ*
の向上が図れる。
【００５７】第２、第３の実施例では、赤外線検知領域
を梁と同じ材料にしたが、第１の実施例と同様に赤外線
検知領域はシリコン窒化膜とすることもできる。
を梁と同じ材料にしたが、第１の実施例と同様に赤外線
検知領域はシリコン窒化膜とすることもできる。
【００５８】
【発明の効果】梁をアーチ形状としたので、セル幅の大
きさを変えずに梁を長くできる。よって、赤外線検出領
域を減らさないで並列合成熱抵抗を大きくできる分だ
け、赤外線検出感度を増加させられ、比検出能を向上で
きる。とくに梁を段付を有するアーチ形状としたことに
より、セル幅の大きさを変えずに梁を一層長くできる。
きさを変えずに梁を長くできる。よって、赤外線検出領
域を減らさないで並列合成熱抵抗を大きくできる分だ
け、赤外線検出感度を増加させられ、比検出能を向上で
きる。とくに梁を段付を有するアーチ形状としたことに
より、セル幅の大きさを変えずに梁を一層長くできる。
【００５９】梁をシリコン酸化膜や酸化膜で覆われたポ
リシリコンにする場合、熱抵抗が高い酸化膜部分を有す
るので並列合成熱抵抗を一層大きくできる。
リシリコンにする場合、熱抵抗が高い酸化膜部分を有す
るので並列合成熱抵抗を一層大きくできる。
【００６０】エッチング犠牲層をシリコン酸化膜にする
ことにより、エッチングが一度で済むので、赤外線検出
素子を低コストで製造できる。エッチング犠牲層をポリ
シリコンにすることにより、エッチングが一度で済むと
ともに赤外線検出素子の材料の種類を低減できるので、
赤外線検出素子を一層低コストで製造できる。
ことにより、エッチングが一度で済むので、赤外線検出
素子を低コストで製造できる。エッチング犠牲層をポリ
シリコンにすることにより、エッチングが一度で済むと
ともに赤外線検出素子の材料の種類を低減できるので、
赤外線検出素子を一層低コストで製造できる。
【図１】本発明の第１の実施例の赤外線検出素子を示す
図である。
図である。
【図２】本発明の第１の実施例の赤外線検出素子を示す
断面図である。
断面図である。
【図３】第１の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示
す図である。
す図である。
【図４】第１の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示
す図である。
す図である。
【図５】第１の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示
す図である。
す図である。
【図６】第１の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示
す図である。
す図である。
【図７】第１の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示
す図である。
す図である。
【図８】第１の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示
す図である。
す図である。
【図９】第２の実施例の赤外線検出素子を示す図であ
る。
る。
【図１０】第２の実施例の赤外線検出素子を示す断面図
である。
である。
【図１１】第２の実施例の赤外線検出素子の製造過程を
示す図である。
示す図である。
【図１２】第２の実施例の赤外線検出素子の製造過程を
示す図である。
示す図である。
【図１３】第２の実施例の赤外線検出素子の製造過程を
示す図である。
示す図である。
【図１４】第２の実施例の赤外線検出素子の製造過程を
示す図である。
示す図である。
【図１５】第２の実施例の赤外線検出素子の製造過程を
示す図である。
示す図である。
【図１６】第３の実施例の赤外線検出素子を示す図であ
る。
る。
【図１７】第３の実施例の赤外線検出素子を示す断面図
である。
である。
【図１８】第３の実施例の赤外線検出素子の製造過程を
示す図である。
示す図である。
【図１９】第３の実施例の赤外線検出素子の製造過程を
示す図である。
示す図である。
【図２０】第３の実施例の赤外線検出素子の製造過程を
示す図である。
示す図である。
【図２１】第３の実施例の赤外線検出素子の製造過程を
示す図である。
示す図である。
【図２２】第３の実施例の赤外線検出素子の製造過程を
示す図である。
示す図である。
【図２３】第３の実施例の赤外線検出素子の製造過程を
示す図である。
示す図である。
【図２４】第３の実施例の赤外線検出素子の製造過程を
示す図である。
示す図である。
【図２５】第３の実施例の赤外線検出素子の製造過程を
示す図である。
示す図である。
【図２６】従来例の赤外線検出素子を示す図である。
【図２７】従来例の赤外線検出素子の製造過程を示す図
である。
である。
【図２８】従来例の赤外線検出素子の製造過程を示す図
である。
である。
【図２９】従来例の赤外線検出素子の製造過程を示す図
である。
である。
【図３０】従来例の赤外線検出素子の製造過程を示す図
である。
である。
１ シリコン基板 ２、２’、２” 赤外線検知領域 ２Ａ シリコン窒化膜 ２’Ａ シリコン酸化膜 ２”Ａ ポリシリコン膜 ３、３’ ｐ型ポリシリコンサーモパイル ４、４’ ｎ型ポリシリコンサーモパイル ５、８、９、２５ アルミ配線 ６ スリット １０ 赤外線吸収膜 １１、１２、１３ 梁 １１Ａ シリコン窒化膜 １２Ａ シリコン酸化膜 １４ ポリシリコンエッチングストッパ １５ エッチング犠牲層 １６、１８ エッチング犠牲層 １７ 酸化膜 １９、２０ エッチング犠牲層 ２１、２２ エッチング犠牲層 ２３、２４、２６ ブロック ２７ 基枠 ２８ 酸化膜 ３１ シリコン基板 ３２ 赤外線検知領域 ３３ ｐ型ポリシリコンサーモパイル ３４ ｎ型ポリシリコンサーモパイル ３５ アルミ配線 ３６ スリット ３７ セル幅 ３８ 梁 ４０ 赤外線吸収膜 ４４ ポリシリコンエッチングストッパ ４５ ポリシリコンエッチング犠牲層 Ｓ セル幅
Claims (10)
- 【請求項１】 基枠と、平面上該基枠に囲まれて配置さ
れた赤外線検知領域と、前記基枠と赤外線検知領域とを
連結する複数の梁と、各梁上に設けられたサーモパイル
とを有する赤外線検出素子であって、前記梁が断面アー
チ形状に構成されていることを特徴とする赤外線検出素
子。 - 【請求項２】 前記基枠が多角形状で、赤外線検知領域
は基枠に対応する多角形をなし、前記梁は基枠の角部近
傍から基枠の辺にそって延び、その先端が前記赤外線検
知領域の角部につながっていることを特徴とする請求項
１記載の赤外線検出素子。 - 【請求項３】 前記基枠は内側に凹部が形成された半導
体シリコン基板からなるとともに、前記梁と赤外線検知
領域は基枠上に形成された半導体層からなり、前記赤外
線検知領域が梁により前記凹部内に支持されていること
を特徴とする請求項１または２記載の赤外線検出素子。 - 【請求項４】 前記アーチ形状は段付を有することを特
徴とする請求項１、２または３記載の赤外線検出素子。 - 【請求項５】 前記梁がポリシリコンで形成され、該梁
の表面に酸化膜が形成されていることを特徴とする請求
項３または４記載の赤外線検出素子。 - 【請求項６】 半導体シリコンの基枠と、平面上該基枠
に囲まれて配置された赤外線検知領域と、前記基枠と赤
外線検知領域とを連結する複数の梁と、各梁上に設けら
れたサーモパイルとを有する赤外線検出素子の製造方法
であって、多角形状の半導体シリコン基板の上面周辺に
そってエッチングストッパを形成するとともに、該エッ
チングストッパに囲まれた内側に第１のエッチング犠牲
層を形成する工程Ａと、前記第１のエッチング犠牲層上
に、前記エッチングストッパと間隙をおいて延びるとと
もに順次長さを短くした第２のエッチング犠牲層を重ね
て、段重ね山形状部を形成する工程Ｂと、前記第１のエ
ッチング犠牲層上の中央部に前記段重ね山形状部と間隙
をおいて設定される所定範囲に第１の半導体層を形成す
る工程Ｃと、前記段重ね山形状部の上面から、一端は前
記エッチングストッパ上に延び、他端は前記第１の半導
体層に連なる第２の半導体層を形成するとともに、該第
２の半導体層の上面にサーモパイルを形成する工程Ｄ
と、半導体シリコン基板のエッチングストッパに囲まれ
た内側、第１のエッチング犠牲層および第２のエッチン
グ犠牲層をエッチング除去する工程Ｅとを有して、前記
第１の半導体層からなる赤外線検知領域を支持する第２
の半導体層からなる断面アーチ形状の梁を得ることを特
徴とする赤外線検出素子の製造方法。 - 【請求項７】 第１のエッチング犠牲層がポリシリコ
ン、第２のエッチング犠牲層がシリコン酸化膜、第１の
半導体層がシリコン窒化膜、第２の半導体層がシリコン
窒化膜であり、前記工程Ｅは、強アルカリエッチング液
でまず第１のエッチング犠牲層を除去し、次いでフッ素
酸系エッチング液で第２のエッチング犠牲層を除去する
ものであることを特徴とする請求項６記載の赤外線検出
素子の製造方法。 - 【請求項８】 第１のエッチング犠牲層がポリシリコ
ン、第２のエッチング犠牲層がポリシリコン、第１の半
導体層がシリコン酸化膜、第２の半導体層がシリコン酸
化膜であり、前記工程Ｅは、強アルカリエッチング液で
第１、２のエッチング犠牲層を除去するものであること
を特徴とする請求項６記載の赤外線検出素子の製造方
法。 - 【請求項９】 前記工程Ｃにおける第１の半導体層と工
程Ｄにおける第２の半導体層が、両層が連結した構造体
として同時に形成されることを特徴とする請求項７また
は８記載の赤外線検出素子の製造方法。 - 【請求項１０】 半導体シリコンの基枠と、平面上該基
枠に囲まれて配置された赤外線検知領域と、前記基枠と
赤外線検知領域とを連結する複数の梁と、各梁上に設け
られたサーモパイルとを有する赤外線検出素子の製造方
法であって、多角形状の半導体シリコン基板の上面周辺
にそってエッチングストッパを形成するとともに、該エ
ッチングストッパに囲まれた内側に第１のポリシリコン
エッチング犠牲層を形成する工程Ｆと、前記第１のポリ
シリコンエッチング犠牲層上の中央部に設定される所定
範囲と該所定範囲と前記エッチングストッパの間に設定
される梁を形成する部分とに第２のポリシリコンエッチ
ング犠牲層を重ね、該第２のポリシリコンエッチング犠
牲層の前記梁を形成する部分の先端部および根元部と前
記所定範囲とにボロンを注入することにより、前記先端
部および根元部には第１のポリシリコン層のブロックを
形成し、前記所定範囲には第２のポリシリコン層を形成
するとともに、第１のポリシリコン層のブロックと第２
のポリシリコン層の各表面に酸化膜を形成する工程Ｇ
と、前記梁を形成する部分の第２のポリシリコンエッチ
ング犠牲層およびその両端の第１のポリシリコン層のブ
ロックの上に、順次該両端の第１のポリシリコン層のブ
ロックと一部重なるように長さを短くした第２のポリシ
リコンエッチング犠牲層を重ねて段重ね山形状部を形成
するとともに、第２のポリシリコンエッチング犠牲層を
重ねるごとに当該第２のポリシリコンエッチング犠牲層
の両端部分にボロンを注入して新たな段の第１のポリシ
リコン層のブロックとし、当該ブロックの表面に酸化膜
を形成することを、最終段の全長を第１のポリシリコン
層のブロックとし酸化膜を形成するまで繰り返す工程Ｈ
と、前記段重ね山形状部の酸化膜上面にサーモパイルを
形成する工程Ｉと、第１、第２のポリシリコンエッチン
グ犠牲層をエッチング除去する工程Ｊとを有して、前記
第２のポリシリコン層からなる赤外線検知領域を支持す
る前記第１のポリシリコン層のブロックからなる断面ア
ーチ形状の梁を得ることを特徴とする赤外線検出素子の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07663798A JP3728916B2 (ja) | 1998-03-10 | 1998-03-10 | 赤外線検出素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07663798A JP3728916B2 (ja) | 1998-03-10 | 1998-03-10 | 赤外線検出素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11258039A true JPH11258039A (ja) | 1999-09-24 |
| JP3728916B2 JP3728916B2 (ja) | 2005-12-21 |
Family
ID=13610902
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07663798A Expired - Fee Related JP3728916B2 (ja) | 1998-03-10 | 1998-03-10 | 赤外線検出素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3728916B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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