(57)【要約】【課題】高感度化および応答速度の高速化を図れる赤外線センサおよびその製造方法を提供する。【解決手段】温度検知部３、および温度検知部３がベース基板１から離間して配置されるように温度検知部３を支持し温度検知部３とベース基板１とを熱絶縁する断熱部４を有する赤外線センサチップＡと、赤外線センサチップＡの温度検知部３および断熱部４が収納された気密空間１５を形成したパッケージ用部材２０とを備え、気密空間１５をＮ２ガス雰囲気としてある。断熱部４は、多孔質シリカ膜４１ａと、多孔質シリカ膜４１ａにおけるベース基板１側の表面に形成され多孔質シリカ膜４１ａが水分を吸着するのを防止するシリコン酸化膜からなる第１のバリア膜４１ｂと、多孔質シリカ膜４１ａにおけるベース基板１側とは反対側の表面に形成され多孔質シリカ膜４１ａが水分を吸着するのを防止するシリコン酸化膜からなる第２のバリア膜４１ｃとで構成される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース基板、赤外線を吸収するとともに該吸収による温度変化を検知する温度検知部、および温度検知部がベース基板から離間して配置されるように温度検知部を支持して温度検知部とベース基板とを熱絶縁する断熱部を有する赤外線センサチップと、少なくとも赤外線センサチップの温度検知部および断熱部が収納された気密空間を形成したパッケージ用部材とを備えた赤外線センサであって、断熱部は、ベース基板から離間して配置されベース基板側とは反対側に温度検知部が形成される支持部と、支持部とベース基板とを連結した２つの脚部とを有し、断熱部は、少なくとも、多孔質シリカ膜と、当該断熱部をベース基板から分離する前に多孔質シリカ膜の表面に形成され多孔質シリカ膜が水分を吸着するのを防止する非多孔質材料からなるバリア膜とで構成されてなることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項２】
請求項１記載の赤外線センサの製造方法であって、ベース基板から部分的に分離した断熱部を形成するために用いた有機材料からなる犠牲層もしくは有機材料からなるマスク層を除去するためのアッシング工程では、ＮＨ３ガス、Ｈ２ガス、Ｈ２ガスとＨｅガスとの混合ガス、Ｎ２ガスとＨ２ガスとの混合ガスの群から選択される１種類のガスのプラズマを利用することを特徴とする赤外線センサの製造方法。
【請求項３】
前記パッケージ用部材を用いて前記気密空間を形成するパッケージング工程の前処理工程として、前記断熱部の水分を低減させる水分低減工程を備えることを特徴とする請求項２記載の赤外線センサの製造方法。
【請求項４】
前記水分低減工程は、ＣＨ３基を含む有機材料により前記断熱部の露出表面の終端処理を行う終端処理工程であることを特徴とする請求項３記載の赤外線センサの製造方法。
【請求項５】
前記水分低減工程は、前記多孔質シリカ膜のＳｉ原子に結合しているＯＨ基を脱離させるアニール工程であることを特徴とする請求項３記載の赤外線センサの製造方法。
【請求項６】
前記水分低減工程は、紫外線もしくは電子ビームを照射することにより前記多孔質シリカ膜のＳｉ原子に結合しているＯＨ基を脱離させるＯＨ基脱離工程であることを特徴とする請求項３記載の赤外線センサの製造方法。
【請求項７】
前記水分低減工程は、Ｎ２ガスもしくはＨ２ガスのプラズマを利用して前記多孔質シリカ膜のＳｉ原子に結合しているＯＨ基を脱離させるプラズマ処理工程であることを特徴とする請求項３記載の赤外線センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロマシニング技術などを利用して形成される熱型の赤外線センサおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、熱型の赤外線センサとして、温度検知部がベース基板の一表面から離間して配置され、温度検知部が当該温度検知部とベース基板とを熱絶縁する断熱部を介してベース基板に支持された赤外線センサチップが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１に開示された赤外線センサチップでは、断熱部が、ベース基板の上記一表面から離間して配置されベース基板側とは反対側に温度検知部が積層される支持部と、支持部の側縁から延長された２つの脚部とで構成されており、支持部とベース基板の上記一表面との間に間隙が形成され、各脚部に、温度検知部に電気的に接続された配線層が形成されている。ここにおいて、上記特許文献１に開示された赤外線センサチップでは、断熱部が、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜をパターニングすることにより形成されている。また、上記特許文献１に開示された赤外線センサチップでは、赤外線を吸収する赤外線吸収層が温度検知部に積層されている。
【０００４】
なお、上記特許文献１には、赤外線吸収層と温度検知部とを備えたセンサ部を２次元アレイ状（マトリクス状）に配列し各センサ部が画素を構成するようにした赤外線センサチップ（赤外線画像センサチップ）も開示されている。
【０００５】
また、従来から、マイクロマシニング技術を利用して形成されシリコン基板からなるベース基板から分離された断熱部を有するセンサとして、断熱部の脚部を、多孔質シリコンからなる多孔質材料層と、多孔質材料層上のシリコン酸化膜からなる第１の絶縁層と、第１の絶縁層上の配線層と、配線層を覆うシリコン酸化膜からなる第２の絶縁層とで構成してなるセンサチップが提案されている（例えば、特許文献２）。
【特許文献１】特開２０００−９７７６５号公報
【特許文献２】特表２００５−５０２４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記特許文献１に開示された赤外線センサチップでは、赤外線吸収による温度検知部の温度変化を大きくすることで高感度化を図るために、断熱部における各脚部の全長を長くして各脚部の熱抵抗を大きくすることや、赤外線吸収層の厚さ寸法を大きくすることで赤外線の吸収効率を高めることが考えられる。
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に開示された赤外線センサチップでは、温度検知部のサイズを変更することなしに各脚部の全長を長くするように設計すると、赤外線センサチップ全体のサイズが大きくなってしまうとともに脚部の熱容量が大きくなって応答速度が低下してしまい、一方、赤外線吸収層の厚さ寸法を大きくすると赤外線吸収層の熱容量が大きくなって応答速度が低下してしまう。
【０００８】
これに対して、上記特許文献１に開示された赤外線センサチップに限らず、ベース基板と、赤外線を吸収するとともに該吸収による温度変化を検知する温度検知部と、温度検知部がベース基板の一表面から離間して配置されるように温度検知部を支持して温度検知部とベース基板とを熱絶縁する断熱部とを備える赤外線センサにおいて、上記特許文献２に記載された断熱部の一部を多孔質シリコンからなる多孔質材料層により構成する技術を適用することで各脚部の熱抵抗を高めることが考えられ、また、多孔質材料層として多孔質シリカ膜を採用することで各脚部の熱抵抗を更に高めることが考えられる。
【０００９】
ところで、バルクマイクロマシニング技術や表面マイクロマシニング技術などのマイクロマシニング技術を利用して形成される赤外線センサチップは、温度検知部および断熱部をＮ２ガス雰囲気中や真空中に配置するのが一般的であるが、断熱部に多孔質シリコンや多孔質シリカ膜などからなる多孔質材料層を採用した場合には、多孔質材料層に吸着している水分が配線層に拡散して配線層が変質（酸化）したり、断熱部の熱伝導率の増加および断熱部の熱容量の増加によりセンサ性能が劣化してしまうという問題があった。
【００１０】
ところで、多孔質シリカ膜は焼成時の骨格がＳｉ−ＯネットワークまたはＳｉ−Ｏ結合とＣＨ３基からなり、終端が疎水性のＣＨ３基あることから、多孔質シリコンに比べて吸着する水分が少ないという利点を有しているにも関わらず、上述のような問題が生じる原因について、本願発明者らは、鋭意研究の結果、ベース基板から部分的に分離した断熱部を形成する際に用いた有機材料（例えば、ポリイミド）からなる犠牲層もしくは有機材料（例えば、レジスト）からなるマスク層を除去するためのＯ２プラズマを利用したアッシング工程を行うことにより、Ｓｉ−ＣＨ３結合のＣＨ３基が脱離してしまい、大気に曝されたときに断熱部のＳｉ−ＯＨ結合やＨ２Ｏが増加してしまうという知見を得た。
【００１１】
ここで、Ｏ２プラズマを利用したアッシングが多孔質シリカ膜に与える影響を調べるにあたっては、シリコン基板上に多孔質シリカ膜を成膜し、当該多孔質シリカ膜に対してＯ２プラズマ処理を施す前後の多孔質シリカ膜の膜質をＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光法）により分析した。その結果、Ｏ２プラズマ処理を行うことにより、図１８（ａ）に示すように、Ｓｉ−ＣＨ３結合のピーク強度とＳｉ−Ｏ結合のピーク強度との比である〔Ｓｉ−ＣＨ３〕／〔Ｓｉ−Ｏ〕が検出限界未満まで減少する一方で、図１８（ｂ）に示すように、Ｓｉ−ＯＨ結合のピーク強度とＳｉ−Ｏ結合のピーク強度との比である〔Ｓｉ−ＯＨ〕／〔Ｓｉ−Ｏ〕、および、Ｈ２Ｏのピーク強度とＳｉ−Ｏ結合のピーク強度との比である〔Ｈ２Ｏ〕／〔Ｓｉ−Ｏ〕それぞれが増加するという分析結果が得られた。したがって、Ｏ２プラズマ処理を行う前（未処理）の多孔質シリカ膜の分子構造を図１９（ａ）に示す分子構造とすれば、ＣＨ３基を含んでいることで疎水性を有しているが、プラズマ処理を行うことにより、図１９（ｂ）に示すように、ＣＨ３基が脱離し、ＣＨ３基が脱離したＳｉ原子に図１９（ｃ）に示すようにＯＨ基が結合して親水化してしまうものと考えられる。
【００１２】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、高感度化および応答速度の高速化を図れる赤外線センサおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明は、ベース基板、赤外線を吸収するとともに該吸収による温度変化を検知する温度検知部、および温度検知部がベース基板から離間して配置されるように温度検知部を支持して温度検知部とベース基板とを熱絶縁する断熱部を有する赤外線センサチップと、少なくとも赤外線センサチップの温度検知部および断熱部が収納された気密空間を形成したパッケージ用部材とを備えた赤外線センサであって、断熱部は、ベース基板から離間して配置されベース基板側とは反対側に温度検知部が形成される支持部と、支持部とベース基板とを連結した２つの脚部とを有し、断熱部は、少なくとも、多孔質シリカ膜と、当該断熱部をベース基板から分離する前に多孔質シリカ膜の表面に形成され多孔質シリカ膜が水分を吸着するのを防止する非多孔質材料からなるバリア膜とで構成されてなることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、断熱部は、少なくとも、多孔質シリカ膜と、当該断熱部をベース基板から分離する前に多孔質シリカ膜の表面に形成され多孔質シリカ膜が水分を吸着するのを防止する非多孔質材料からなるバリア膜とで構成されているので、断熱部をベース基板から分離する際に多孔質シリカ膜の疎水性が低下するのをバリア膜により抑制でき、多孔質シリカ膜に水分が吸着するのを抑制できるから、断熱部の水分を低減可能となり、また、多孔質シリカ膜への水分の吸着に起因した断熱部の熱伝導率の増加および断熱部の熱容量の増加を抑制でき、高感度化および応答速度の高速化を図れる。また、断熱部にバリア膜を設けることにより、断熱部の残留応力を制御することが可能となる。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１記載の赤外線センサの製造方法であって、ベース基板から部分的に分離した断熱部を形成するために用いた有機材料からなる犠牲層もしくは有機材料からなるマスク層を除去するためのアッシング工程では、ＮＨ３ガス、Ｈ２ガス、Ｈ２ガスとＨｅガスとの混合ガス、Ｎ２ガスとＨ２ガスとの混合ガスの群から選択される１種類のガスのプラズマを利用することを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、ベース基板から部分的に分離した断熱部を形成するために用いた有機材料からなる犠牲層もしくは有機材料からなるマスク層を除去するためのアッシング工程においてＯ２ガスのプラズマを利用する場合に比べて、多孔質シリカ膜のＣＨ３基が脱離するダメージの発生を抑制できて、多孔質シリカ膜への水分の吸着を抑制でき、断熱部の水分を低減できるので、高感度化および応答速度の高速化を図れる赤外線センサを提供することができる。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記パッケージ用部材を用いて前記気密空間を形成するパッケージング工程の前処理工程として、前記断熱部の水分を低減させる水分低減工程を備えることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、パッケージング工程を行う前に前記断熱部に吸着した水分をパッケージング工程の前処理工程において低減させるので、前記気密空間内に配置される前記断熱部の水分を低減でき、センサ特性の経時劣化を抑制できる。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記水分低減工程は、ＣＨ３基を含む有機材料により前記断熱部の露出表面の終端処理を行う終端処理工程であることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、前記水分低減工程において前記断熱部の水分を低減させる一方でＣＨ３基を増加させて前記断熱部の疎水性を高めることができ、前記断熱部の熱伝導率、熱容量などの熱物性をより安定化できる。
【００２１】
請求項５の発明は、請求項３の発明において、前記水分低減工程は、前記多孔質シリカ膜のＳｉ原子に結合しているＯＨ基を脱離させるアニール工程であることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、前記水分低減工程において前記断熱部の水分を低減させる一方でＯＨ基が脱離した近傍領域の分子構造を緻密化することができ、水分が吸着・脱離しにくくなり、センサ特性の経時劣化を抑制できる。
【００２３】
請求項６の発明は、請求項３の発明において、前記水分低減工程は、紫外線もしくは電子ビームを照射することにより前記多孔質シリカ膜のＳｉ原子に結合しているＯＨ基を脱離させるＯＨ基脱離工程であることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、前記水分低減工程において前記断熱部の水分を低減させる一方でＯＨ基が脱離した近傍領域の分子構造を緻密化することができ、水分が吸着・脱離しにくくなり、センサ特性の経時劣化を抑制できる。
【００２５】
請求項７の発明は、請求項３の発明において、前記水分低減工程は、Ｎ２ガスもしくはＨ２ガスのプラズマを利用して前記多孔質シリカ膜のＳｉ原子に結合しているＯＨ基を脱離させるプラズマ処理工程であることを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、前記水分低減工程において前記断熱部の水分を低減させる一方でＯＨ基が脱離した近傍領域の分子構造を緻密化することができ、水分が吸着・脱離しにくくなり、センサ特性の経時劣化を抑制できる。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１の発明は、多孔質シリカ膜に水分が吸着するのを抑制できて、断熱部の水分を低減可能となり、高感度化および応答速度の高速化を図れるという効果がある。
【００２８】
請求項２の発明は、アッシング工程においてＯ２ガスのプラズマを利用する場合に比べて、多孔質シリカ膜のＣＨ３基が脱離するダメージの発生を抑制できて、多孔質シリカ膜への水分の吸着を抑制できて、断熱部の水分を低減でき、高感度化および応答速度の高速化を図れる赤外線センサを提供することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
（実施形態１）
以下、本実施形態の赤外線センサについて図１を参照しながら説明する。
【００３０】
本実施形態の赤外線センサは、矩形板状のベース基板１、ベース基板１の一表面側（図１（ａ）の上面側）に配置され赤外線を吸収するとともに該吸収による温度変化を検知する温度検知部３、および温度検知部３がベース基板１から離間して配置されるように温度検知部３を支持して温度検知部３とベース基板１とを熱絶縁する断熱部４を有する赤外線センサチップＡと、赤外線センサチップＡの温度検知部３および断熱部４が収納された気密空間１５を形成したパッケージ用部材２０とを備え、気密空間１５をＮ２ガス雰囲気としてある。なお、気密空間１５は、Ｎ２ガス雰囲気に限らず、真空としてもよい。ここで、本実施形態におけるパッケージ用部材２０は、気密空間１５をベース基板１との間に形成しており、本実施形態の赤外線センサは、ベース基板１とパッケージ用部材２０とでパッケージＢを構成している。また、本実施形態の赤外線センサは、温度検知部３がベース基板１の上記一表面から離間して配置されており、ベース基板１の上記一表面上に、温度検知部３および断熱部４を透過した赤外線を温度検知部３側へ反射する赤外線反射部６が形成されている。なお、図１（ａ）における赤外線センサチップＡは、同図（ｃ）における赤外線センサチップＡのＤ−Ｄ’断面に相当する断面を示してある。
【００３１】
ベース基板１は、シリコン基板１ａと、当該シリコン基板１ａの一表面側に形成されたシリコン酸化膜からなる絶縁膜（以下、第１の絶縁膜と称する）１ｂと、当該シリコン基板１ａの他表面側に形成されたシリコン酸化膜からなる絶縁膜（以下、第２の絶縁膜と称する）１ｃとで構成してある。
【００３２】
断熱部４は、ベース基板１から離間して配置されベース基板１側とは反対側に温度検知部３が形成される支持部４１と、支持部４１とベース基板１とを連結した２つの脚部４２，４２とを有している。なお、断熱部についての詳細な説明は後述する。
【００３３】
温度検知部３は、温度に応じて電気抵抗値が変化する抵抗ボロメータ形のセンシングエレメントであり、支持部４１側のＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上のＴｉＯ２膜との積層膜により構成されている。ここで、温度検知部３は、Ｔｉ膜とＴｉＯ２膜との積層膜に限らず、例えば、Ｔｉ膜とＴｉＯ膜との積層膜、Ｔｉ膜とＴｉＮ膜との積層膜、ＴｉＯＮ膜との積層膜でもよく、これら４種類の積層膜のいずれかを例えば、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法などの薄膜形成方法により形成するようにすれば、温度検知部３をＴｉ膜のみにより構成し、Ｔｉ膜の表面側が酸化してＴｉＯ２膜あるいはＴｉＯ膜が形成されたり、窒化してＴｉＮ膜が形成されたり、酸窒化してＴｉＯＮ膜が形成されてしまう場合に比べて、Ｔｉ膜上の膜（ＴｉＯ２膜、ＴｉＯ膜、ＴｉＮ膜、ＴｉＯＮ膜など）の膜厚を精度良くコントロールできるという利点がある。なお、温度検知部３を構成する抵抗ボロメータ形のセンシングエレメントの材料としては、Ｔｉに限らず、例えば、アモルファスＳｉ、ＶＯｘなどを採用してもよい。また、温度検知部３は、温度に応じて電気抵抗値が変化するセンシングエレメントに限らず、温度に応じて誘電率が変化するセンシングエレメント、サーモパイル型のセンシングエレメント、焦電型のセンシングエレメントなどを採用してもよく、いずれのセンシングエレメントを採用した場合でも、材料を適宜選択することで一般的な薄膜形成技術を利用して形成することができる。ここにおいて、温度に応じて誘電率の変化するセンシングエレメントの材料としては、例えば、ＰＺＴ、ＢＳＴなどを採用すればよい。
【００３４】
上述の温度検知部３は、平面形状（平面視形状）が蛇行した形状（ここでは、つづら折れ状の形状）に形成されており、両端部が断熱部４の脚部４２，４２に沿って延長された配線層８，８を介してベース基板１の上記一表面上の金属膜（例えば、Ａｕ膜、Ａｌ−Ｓｉ膜など）からなる導体パターン１０，１０と電気的に接続されている。ここにおいて、本実施形態では、配線層８，８を、温度検知部３と同様に、Ｔｉ膜と当該Ｔｉ膜上のＴｉＯ２膜との積層膜で構成してあり、配線層８，８と温度検知部３とを同時に形成している。なお、配線層８，８の材料は、特に限定するものではなく、Ａｌ、Ｗ、ＷＮ、ＷＳｉ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｍｏ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＳｉの群から選択される１種類でもよく、配線層８，８を複数層により構成する場合には、これらの群から選択される複数種類の材料を適宜採用すればよい。
【００３５】
本実施形態の赤外線センサでは、導体パターン１０，１０と電気的に接続された貫通孔配線などの外部接続用の電路をベース基板１に形成しておくことにより、温度検知部３の出力を外部へ取り出すことができる。
【００３６】
また、本実施形態の赤外線センサでは、検出対象の赤外線として人体から放射される８μｍ〜１３μｍの波長帯の赤外線を想定しており、上述の赤外線反射部６の材料としては、導体パターン１０と同じＡｕを採用しているが、導体パターン１０がＡｌ−Ｓｉの場合には、赤外線反射部６の材料もＡｌ−Ｓｉを採用することが製造プロセスの簡略化の観点から望ましい。
【００３７】
上述の断熱部４における脚部４２，４２は、ベース基板１の上記一表面側において導体パターン１０，１０上に立設された２つの円筒状の支持ポスト部４２ａ，４２ａと、各支持ポスト部４２ａ，４２ａそれぞれの上端部と支持部４１とを連結した梁部４２ｂ，４２ｂとで構成されており、支持部４１とベース基板１との間に間隙７が形成されている。ここで、支持部４１の外周形状が矩形状であって、各梁部４２ｂ，４２ｂは、支持部４１の一側縁の長手方向の一端部から当該一側縁に直交する方向に延長され更に当該一側縁の上記一端部から他端部に向う方向に沿って延長された平面形状に形成されており、支持部４１の厚み方向に沿った中心軸に対して回転対称性を有するように配置されている。また、上述の配線層８，８のうち脚部４２，４２の梁部４２ｂ，４２ｂ上に形成された部位の幅（線幅）は、当該配線層８，８を通した熱伝達を抑制するために梁部４２ｂ，４２ｂの幅寸法よりも小さく設定してある。また、配線層８，８のうち支持ポスト部４２ａ，４２ａに形成されている部位は、支持ポスト部４２ａ，４２ａの内周面の全体と導体パターン１０，１０の表面とに跨って形成されており、支持ポスト部４２ａ，４２ａが配線層８，８により補強されている。
【００３８】
ところで、本実施形態の赤外線センサは、断熱部４が、多孔質シリカ膜４１ａと、多孔質シリカ膜４１ａにおけるベース基板１側の表面に形成され多孔質シリカ膜４１ａが水分を吸着するのを防止するシリコン酸化膜からなる第１のバリア膜４１ｂと、多孔質シリカ膜４１ａにおけるベース基板１側とは反対側の表面に形成され多孔質シリカ膜４１ａが水分を吸着するのを防止するシリコン酸化膜からなる第２のバリア膜４１ｃとで構成されている。要するに、断熱部４は、第１のバリア膜４１ｂと、多孔質シリカ膜４１ａと、第２のバリア膜４１ｃとの積層膜により構成されている。ここにおいて、本実施形態の赤外線センサでは、各バリア膜４１ｂ，４１ｃが、後述の製造方法において説明するように、断熱部４をベース基板１から分離する前に多孔質シリカ膜４１ａの表面に形成され、断熱部４をベース基板１から分離する際に多孔質シリカ膜４１ａの疎水性が低下するのを各バリア膜４１ｂ，４１ｃにより抑制でき、多孔質シリカ膜４１ａに水分が吸着するのを抑制できる。ここで、多孔質シリカ膜４１ａと第２のバリア膜４１ｃとの界面付近の分子構造については、ＦＴ−ＩＲなどの分析結果から、多孔質シリカ膜４１ａ中のＣＨ３基が脱離しにくくなっているものと推測され、その原因として、図１（ｂ）に示すように多孔質シリカ膜４１ａの最表面のＳｉ原子が第２のバリア膜４１ｃのＯ原子と結合していることが考えられる。また、多孔質シリカ膜４１ａと第１のバリア膜４１ｂとの界面付近の分子構造についても同様になっていると推測される。本実施形態では、各バリア膜４１ｂ，４１ｃの材料として、非多孔質材料であるＳｉＯ２を採用しているが、ＳｉＯ２に限らず、ＳｉＮｘを採用すれば、各バリア膜４１ｂ，４１ｃの疎水性を高めることができる。
【００３９】
また、本実施形態の赤外線センサでは、多孔質シリカ膜４１ａの材料として、多孔質の酸化シリコンの一種である多孔質シリカを採用しているが、多孔質の酸化シリコン系有機ポリマーの一種であるメチル含有ポリシロキサン、多孔質の酸化シリコン系無機ポリマーの一種であるＳｉ−Ｈ含有ポリシロキサン、シリカエアロゲルなどを採用してもよい。
【００４０】
ここにおいて、本実施形態では、多孔質シリカ膜４１ａの多孔度を６０％程度に設定してあり、多孔度が小さ過ぎると十分な断熱効果が得られず多孔度が大き過ぎると機械的強度が弱くなって構造形成が困難となるので、多孔質シリカ膜４１ａの多孔度は例えば１０％〜９０％程度の範囲内で適宜設定すればよい。なお、シリコンの熱伝導率は、１４８Ｗ／ｍ・Ｋ程度であるのに対して、多孔度が６０％の多孔質シリカの熱伝導率は、０．０５Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。
【００４１】
また、本実施形態の赤外線センサは、上述のように検出対象の赤外線として人体から放射される８μｍ〜１３μｍの波長帯の赤外線を想定しており、パッケージ用部材２０の材料としては、赤外線の透過率の高い材料が望ましく、Ｓｉを採用している。なお、パッケージ用部材２０の材料は、Ｓｉに限らず、例えば、Ｇｅ，ＩｎＰ，ＺｎＳｅ，ＺｎＳ，Ａｌ２Ｏ３，ＣｄＳｅなどを採用してもよい。
【００４２】
パッケージ用部材２０は、シリコン基板を用いて形成されており、赤外線センサチップＡ側の表面（図１（ａ）の下面）に上記気密空間１５を形成するための凹所２０ａが形成されており、凹所２０ａの周部が赤外線センサチップＡのベース基板１と接合されている。また、パッケージ用部材２０における凹所２０ａの内底面には、温度検知部３側に凸曲面となったレンズ３０が連続一体に形成してある。要するに、レンズ３０は、赤外線の透過率の高いＳｉにより形成されている。なお、レンズ３０は、例えば、ＬＩＧＡプロセスを利用して形成したり、陽極酸化技術を応用した半導体レンズの製造方法（例えば、特許第３８９７０５５号公報、特許第３８９７０５６号公報など）などを利用して形成すればよい。
【００４３】
また、本実施形態では、赤外線センサチップＡとパッケージ用部材２０とを常温接合法により接合してあり、上記気密空間１５をＮ２ガス雰囲気としてある。なお、赤外線センサチップＡとパッケージ用部材２０との接合方法は常温接合法に限らず、例えば、Ａｕ−Ｓｎ共晶もしくはＡｕ−Ｓｉ共晶を利用した接合法や半田を利用した接合法などを採用してもよい。
【００４４】
以下、本実施形態の赤外線センサの製造方法について図２〜図４を参照しながら説明する。なお、図２〜図４では、図１（ｃ）のＤ−Ｄ’断面に対応する部位の断面を示してある。
【００４５】
まず、ベース基板１の基礎となる単結晶のシリコン基板（後述のダイシングを行うまではウェハ）１ａの上記一表面側および上記他表面側それぞれにシリコン酸化膜からなる絶縁膜１ｂ，１ｃを例えば熱酸化法により形成する絶縁膜形成工程を行うことによって、図２（ａ）に示す構造を得る。
【００４６】
その後、シリコン基板１ａと各絶縁膜１ｂ，１ｃとからなるベース基板１の一表面側（図２（ａ）における上面側）の全面に導体パターン１０，１０および赤外線反射部６の材料からなる金属膜（例えば、Ａｕ膜、Ａｌ−Ｓｉ膜など）をスパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法などにより成膜する金属膜形成工程を行った後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上記金属膜をパターニングすることでそれぞれ上記金属膜の一部からなる導体パターン１０，１０および赤外線反射部６を形成する金属膜パターニング工程を行うことによって、図２（ｂ）に示す構造を得る。
【００４７】
次に、ベース基板１の上記一表面側の全面にポリイミドを回転塗布してポリイミド層からなる犠牲層２１を形成する犠牲層形成工程を行うことによって、図２（ｃ）に示す構造を得る。
【００４８】
その後、ベース基板１の上記一表面側の全面（つまり、犠牲層２１上）にシリコン酸化膜からなる第１のバリア膜４１ｂをスパッタ法などにより成膜する第１バリア膜形成工程を行うことによって、図２（ｄ）に示す構造を得る。
【００４９】
上述の第１バリア膜形成工程の後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して犠牲層２１と第１のバリア膜４１ｂとの積層膜のうち各支持ポスト部４２ａ，４２ａそれぞれの形成予定領域に対応する部位をエッチングすることで導体パターン１０，１０の一部の表面を露出させる円形状の開孔部２３，２３を形成する開孔部形成工程を行うことによって、図３（ａ）に示す構造を得る。
【００５０】
続いて、ベース基板１の上記一表面側の全面に多孔質シリカ膜４１ａを成膜する多孔質シリカ膜形成工程を行うことによって、図３（ｂ）に示す構造を得る。ここにおいて、多孔質シリカ膜４１ａの形成にあたっては、ゾルゲル溶液をベース基板１の上記一表面側に回転塗布してから、熱処理で乾燥させるプロセスを採用すればよい。
【００５１】
上述の多孔質シリカ膜形成工程の後、ベース基板１の上記一表面側の全面にシリコン酸化膜からなる第２のバリア膜４１ｃをスパッタ法、ＣＶＤ法などにより成膜する第２バリア膜形成工程を行うことによって、図３（ｃ）に示す構造を得る。
【００５２】
上述の第２バリア膜形成工程の後、上述の第１のバリア膜４１ｂと多孔質シリカ膜４１ａと第２のバリア膜４１ｃとの積層膜をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることで断熱部４（支持部４１および脚部４２，４２）を形成する断熱部形成工程を行うことによって、図３（ｄ）に示す構造を得る。なお、多孔質シリカ膜４１ａのエッチングガスとしては、例えば、ＣＨＦ３ガス、ＣＦ４ガス、ＳＦ６ガス、ＳＦ６ガスとＣ４Ｆ８ガスとの混合ガス、ＣＣｌ２Ｆ２ガスなどを採用すればよい。
【００５３】
その後、ベース基板１の上記一表面側の全面に温度検知部３および配線層８，８の基礎となるＴｉ膜とＴｉＯ２膜との積層膜をスパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法などにより成膜することで当該積層膜からなるセンサ材料層３０を形成するセンサ材料層形成工程を行うことによって、図４（ａ）に示す構造を得る。なお、ＴｉＯ２膜は、Ｔｉ膜の表面側の一部をＯ２プラズマもしくはオゾンにより酸化することで形成してもよい。
【００５４】
上述のセンサ材料層形成工程の後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してセンサ材料層３０をパターニングすることでそれぞれセンサ材料層３０の一部からなる温度検知部３および配線層８，８を形成することによって、図４（ｂ）に示す構造を得る。
【００５５】
続いて、ベース基板１の上記一表面側の犠牲層２１を除去するためのアッシング工程を行うことによって、図４（ｃ）に示す構造を得る。ここにおいて、アッシング工程では、ＮＨ３ガス、Ｈ２ガス、Ｈ２ガスとＨｅガスとの混合ガス、Ｎ２ガスとＨ２ガスとの混合ガスの群から選択される１種類のガスのプラズマを利用してアッシングを行う。なお、ここでアッシング工程を行う際には、既に第１のバリア膜４１ｂおよび第２のバリア膜４１ｃが形成されているので、Ｏ２ガスのプラズマを利用してもよいが、Ｏ２ガスを含まない上述の郡から選択される１種類のガスのプラズマを利用するのが好ましい。
【００５６】
その後、赤外線センサチップＡが多数形成されたウェハとパッケージ用部材２０が多数形成されたウェハとをウェハレベルで接合してから、ダイシングを行うことで図１（ａ）に示した赤外線センサに分割すればよい。
【００５７】
以上説明した本実施形態の赤外線センサでは、赤外線センサチップＡの断熱部４が、多孔質シリカ膜４１ａと、当該断熱部４をベース基板１から分離する前に多孔質シリカ膜４１ａの表面に形成され多孔質シリカ膜４１ａが水分を吸着するのを防止する非多孔質材料からなるバリア膜４１ｂ，４１ｃとで構成されているので、断熱部４をベース基板１から分離する際に多孔質シリカ膜４１ａの疎水性が低下するのをバリア膜４１ｂ，４１ｃにより抑制でき、多孔質シリカ膜４１ａに水分が吸着するのを抑制できるから、断熱部４の水分を低減可能となり、また、多孔質シリカ膜４１ａへの水分の吸着に起因した断熱部４の熱伝導率の増加および断熱部４の熱容量の増加を抑制でき、高感度化および応答速度の高速化を図れる。また、多孔質シリカ膜４１ａに吸着している水分が金属材料（例えば、Ｔｉなど）により形成されている配線層８，８に拡散して配線層８，８が変質（酸化）するのを抑制でき、配線層８，８の抵抗増加を抑制できるという利点もある。また、本実施形態の赤外線センサでは、断熱部４に各バリア膜４１ｂ，４１ｃを設けることにより、断熱部４の残留応力を制御することが可能となる。また、本実施形態の赤外線センサでは、温度検知部３および各配線層８，８が第２のバリア膜４１ｃ上に形成されているので、多孔質シリカ膜４１ａ上に形成されている場合に比べて、温度検知部３および各配線層８，８それぞれの断熱部４に対する密着性の向上を図れる。
【００５８】
また、上述の赤外線センサの製造方法によれば、ベース基板１から部分的に分離した断熱部４を形成するために用いた有機材料（ポリイミドなど）からなる犠牲層２１を除去するためのアッシング工程では、ＮＨ３ガス、Ｈ２ガス、Ｈ２ガスとＨｅガスとの混合ガス、Ｎ２ガスとＨ２ガスとの混合ガスの群から選択される１種類のガスのプラズマを利用すれば、アッシング工程においてＯ２ガスのプラズマ（Ｏ２プラズマ）を利用する場合に比べて、多孔質シリカ膜４１ａのＣＨ３とＯ２プラズマ中の活性種との反応を抑制でき、多孔質シリカ膜４１ａのＣＨ３基が脱離するダメージの発生を抑制できて（多孔質シリカ膜４１ａの疎水性を維持でき）、多孔質シリカ膜４１ａへの水分の吸着を抑制でき、断熱部４の水分を低減可能な赤外線センサを提供することができる。
【００５９】
ところで、上記アッシング工程よりも後で、パッケージ用部材２０を用いて気密空間１５を形成するパッケージング工程の前処理工程として、断熱部４の水分を低減させる水分低減工程を行うようにすれば、上記アッシング工程よりも後で断熱部４に吸着した水分（例えば、上記アッシング工程よりも後で行われるウェットエッチングやレジスト剥離工程などのウェット工程や大気中に長時間曝されることに起因して断熱部４に吸着した水分）をパッケージング工程の前処理工程において低減させるので、気密空間１５内に配置される断熱部４の水分を低減でき、センサ特性の経時劣化を抑制できる。
【００６０】
ここで、水分低減工程としては、例えば、ＣＨ３基を含む有機材料であるＨＭＤＳ（（ＣＨ３）３ＳｉＮＨＳｉ（ＣＨ３）３：hexamethyle disilazane）により断熱部４の露出表面の終端処理を行う終端処理工程がある。この終端処理工程では、ＨＭＤＳの蒸気雰囲気に曝す方法やスピンコートで塗布してベーキングする方法などがある。また、この終端処理工程の前に水分を脱離させるためのベーキング工程を行ってもよい。水分低減工程として上述の終端処理工程を行うようによれば、終端処理工程を行う前に図５（ａ）に示すように多孔質シリカ膜４１ａのＳｉ原子がＯＨ基と結合している場合（例えば、多孔質シリカ膜４１ａの露出表面である側面でＳｉ原子がＯＨ基と結合している場合）でも、終端処理工程を行うことにより、図５（ｂ）に示すようにＣＨ３基により終端させることができるので、疎水性を回復させることができる。水分低減工程において断熱部４の水分を低減させる一方で断熱部４および温度検知部３のＣＨ３基を増加させて断熱部４および温度検知部３の疎水性を高めることができ、断熱部４および温度検知部３の熱伝導率、熱容量などの熱物性をより安定化できる。なお、多孔質シリカ膜４１ａだけでなくシリコン酸化膜からなる各バリア膜４１ｂ，４１ｃについてもＣＨ３が取り込まれることにより、疎水性が向上し、各バリア膜４１ｂ，４１ｃの材料（非多孔性材料）がＳｉＮｘである場合でも疎水性が低下することはない。
【００６１】
また、上述の水分低減工程としては、多孔質シリカ膜４１ａのＳｉ原子に結合しているＯＨ基を脱離させるアニール工程を行うようにしてもよい。このアニール工程では、Ｎ２ガス、Ｈ２ガス、Ｎ２ガスとＨ２ガスとの混合ガスなどの雰囲気中でのアニールや、真空中でのアニールなどがある。ここで、Ｎ２ガス雰囲気中でのアニールによれば、Ｓｉ−ＯＨ結合のＯＨ基を熱エネルギにより脱離させてＳｉ−Ｎ結合を形成することができ、また、ＯＨ基が脱離したＳｉ原子の近傍にＯ原子やＳｉ原子が存在すれば、新たなＳｉ−Ｏ結合やＳｉ−Ｓｉ結合が形成され緻密化される。また、アニール温度をＣＨ３の脱離温度よりも高温化すると、ＣＨ３基も脱離し、当該ＣＨ３基が脱離したＳｉ原子の近傍にＯ原子やＳｉ原子が存在すれば、新たなＳｉ−Ｏ結合やＳｉ−Ｓｉ結合が形成され緻密化される。ただし、緻密化させすぎると、熱コンダクタンスが大きくなり（熱抵抗が小さくなり）、センサ特性が低下するので注意が必要である。
【００６２】
また、Ｈ２ガス雰囲気中でのアニールによれば、Ｓｉ−ＯＨ結合のＯＨ基を熱エネルギにより脱離させてＳｉ−Ｈ結合を形成することができるから、疎水性を高めることができ、また、ＯＨ基が脱離したＳｉ原子の近傍にＯ原子やＳｉ原子が存在すれば、新たなＳｉ−Ｏ結合やＳｉ−Ｓｉ結合が形成され緻密化される。ここで、水分低減工程として上述のＨ２ガス雰囲気中でのアニール工程を行うようによれば、アニール工程を行う前に図６（ａ）に示すように多孔質シリカ膜４１ａのＳｉ原子がＯＨ基と結合している場合（例えば、多孔質シリカ膜４１ａの露出表面である側面でＳｉ原子がＯＨ基と結合している場合）でも、アニール工程を行うことにより、図６（ｂ１），（ｂ２）に示すようにＳｉ原子をＨ原子により終端させることができる。また、Ｎ２ガス雰囲気中でのアニールと同様、アニール温度をＣＨ３の脱離温度よりも高温化すると、ＣＨ３基も脱離し、当該ＣＨ３基が脱離したＳｉ原子の近傍にＯ原子やＳｉ原子が存在すれば、新たなＳｉ−Ｏ結合やＳｉ−Ｓｉ結合が形成され緻密化される。
【００６３】
また、真空中でのアニールによれば、Ｓｉ−ＯＨ結合のＯＨ基を熱エネルギにより脱離させることができ、ＯＨ基が脱離したＳｉ原子の近傍にＯ原子やＳｉ原子が存在すれば、新たなＳｉ−Ｏ結合やＳｉ−Ｓｉ結合が形成され緻密化されるから、疎水性を高めることができる。また、Ｎ２ガス雰囲気中でのアニールと同様、アニール温度をＣＨ３の脱離温度よりも高温化すると、ＣＨ３基も脱離し、当該ＣＨ３基が脱離したＳｉ原子の近傍にＯ原子やＳｉ原子が存在すれば、新たなＳｉ−Ｏ結合やＳｉ−Ｓｉ結合が形成され緻密化される。
【００６４】
なお、アニール工程のアニール温度は、例えば、２００〜６００℃程度の範囲で適宜設定すればよく、４００℃程度の温度からＣＨ３基の脱離が始まる。
【００６５】
しかして、水分低減工程としてアニール工程を行うことにより、水分低減工程において断熱部４の水分を低減させる一方でＯＨ基が脱離した近傍領域の分子構造を緻密化することができ、水分が吸着・脱離しにくくなり、センサ特性の経時劣化を抑制できる。
【００６６】
また、上述の水分低減工程としては、紫外線もしくは電子ビームを照射することにより多孔質シリカ膜４１ａのＳｉ原子に結合しているＯＨ基を脱離させるＯＨ基脱離工程を行うようにしてもよい。ここで、水分低減工程として上述の紫外線を照射することにより多孔質シリカ膜４１ａのＳｉ原子に結合しているＯＨ基を脱離させるＯＨ基脱離工程を行うようによれば、ＯＨ基脱離工程を行う前に図７（ａ）に示すように多孔質シリカ膜４１ａのＳｉ原子がＯＨ基と結合している場合（例えば、多孔質シリカ膜４１ａの露出表面である側面でＳｉ原子がＯＨ基と結合している場合）でも、紫外線（ＵＶ）を照射するＯＨ基脱離工程を行うことにより、図７（ｂ１），（ｂ２）に示すようにＯＨ基を脱離させることができる。ここにおいて、ＯＨ基脱離工程における紫外線もしくは電子ビームとしてＳｉ−ＯＨ結合の結合エネルギよりもエネルギの高いものを選択すれば、ＯＨ基を脱離させることができる。また、紫外線の光子エネルギがＣ−Ｈ結合の結合エネルギやＳｉ−ＣＨ３結合の結合エネルギよりも高い場合には、例えば、Ｏ２ガス雰囲気中で紫外線を照射すれば、酸素の励起により活性酸素（励起されたＯ原子）が生成され、多孔質シリカ膜４１ａのＳｉ−ＣＨ３結合のＣＨ３基が脱離し、未結合手（ダングリングボンド）を有するＳｉ原子と励起されたＯ原子とが結合して新たなＳｉ−Ｏ結合を形成し、緻密化する。すなわち、紫外線の光子エネルギをｈνとすると、以下の反応が起こると考えられる。
Ｓｉ−ＣＨ３＋ｈν→ＳｉＯ２＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２
しかして、水分低減工程としてＯＨ基脱離工程を行うことにより、水分低減工程において断熱部４の水分を低減させる一方でＯＨ基が脱離した近傍領域の分子構造を緻密化することができ、水分が吸着・脱離しにくくなり、センサ特性の経時劣化を抑制できる。ただし、断熱部４の多孔質シリカ膜４１ａを緻密化させすぎると、熱コンダクタンスが大きくなり（熱抵抗が小さくなり）、センサ特性が低下するので注意が必要である。なお、紫外光や電子ビームを照射する雰囲気は、Ｏ２ガス雰囲気中に限らず、真空や、Ｎ２ガス、Ｈ２ガスでもよく、この場合は、上述のアニール工程と同様の緻密化が可能となる。
【００６７】
また、上述の水分低減工程としては、Ｎ２ガスもしくはＨ２ガスのプラズマを利用して多孔質シリカ膜４１ａのＳｉ原子に結合しているＯＨ基を脱離させるプラズマ処理工程を行うようにしてもよい。ここで、水分低減工程としてプラズマ処理工程を行うようによれば、プラズマ処理工程を行う前に図８（ａ）に示すように多孔質シリカ膜４１ａのＳｉ原子がＯＨ基と結合している場合（例えば、多孔質シリカ膜４１ａの露出表面である側面でＳｉ原子がＯＨ基と結合している場合）でも、プラズマ処理工程を行うことにより、図８（ｂ１），（ｂ２）に示すようにＯＨ基を脱離させることができ、当該ＯＨ基が脱離したＳｉ原子の近傍にＯ原子やＳｉ原子が存在すれば、新たなＳｉ−Ｏ結合やＳｉ−Ｓｉ結合が形成され緻密化される。また、プラズマエネルギを高めることにより、ＣＨ３も脱離し、当該ＣＨ３基が脱離したＳｉ原子の近傍にＯ原子やＳｉ原子が存在すれば、新たなＳｉ−Ｏ結合やＳｉ−Ｓｉ結合が形成され緻密化される。ただし、緻密化させすぎると、熱コンダクタンスが大きくなり（熱抵抗が小さくなり）、センサ特性が低下するので注意が必要である。
【００６８】
しかして、水分低減工程としてプラズマ処理工程を行うことにより、水分低減工程において前記断熱部の水分を低減させる一方でＯＨ基が脱離した近傍領域の分子構造を緻密化することができ、水分が吸着・脱離しにくくなり、センサ特性の経時劣化を抑制できる。
【００６９】
なお、水分低減工程は、上述の終端処理工程、アニール工程、ＯＨ基脱離工程、プラズマ処理工程を適宜組み合わせてもよい。また、本実施形態では、第１のバリア膜４１ｂと多孔質シリカ膜４１ａと第２のバリア膜４１ｃとの積層膜をパターニングする断熱部形成工程で多孔質シリカ膜４１ａをパターニングしているので、断熱部形成工程の後で大気に曝されたときに断熱部４にＳｉ−ＯＨ結合やＨ２Ｏが増加するのを抑制できる。また、断熱部形成工程において多孔質シリカ膜４１ａの側面にエッチングダメージが生じ、当該断熱部形成工程の後で大気に曝されたときに多孔質シリカ膜４１ａの側面でＳｉ−ＯＨ結合やＨ２Ｏが増加する懸念もあるが、上述の水分低減工程を行うことにより、Ｓｉ−ＯＨ結合やＨ２Ｏを低減できる。
【００７０】
（実施形態２）
本実施形態の赤外線センサの基本構成は実施形態１と略同じであり、図９に示すように、赤外線センサチップＡの断熱部４において第１のバリア膜４１ｂにおける多孔質シリカ膜４１ａ側とは反対側にＴｉＮ膜からなる金属薄膜４１ｅが形成されている点が相違するだけである。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００７１】
ＴｉＮ膜からなる金属薄膜４１ｅは、シート抵抗が３７７Ω／□となっているが、シート抵抗は３７７Ω／□に限らず、３７７Ω／□付近の値であればよい。また、金属薄膜４１ｅは、ＴｉＮ膜に限らず、例えば、ＴｉＯＮ膜により構成してもよい。
【００７２】
ここで、本実施形態の赤外線センサでは、検出対象の赤外線の中心波長をλ〔μｍ〕、金属薄膜４１ｅと赤外線反射部６との間隔をｄ〔μｍ〕とすれば、ｄ＝λ／４に設計されており、検出対象の赤外線が人体から放射される赤外線なので、λ＝１０μｍとして、ｄ＝２．５μｍに設計されている。したがって、本実施形態の赤外線センサでは、金属薄膜４１ｅと赤外線反射部６とで、検出対象の波長の赤外線を共振させる共振器を構成しており、検出対象の波長の赤外線の吸収効率を高めることができ、高感度化を図れる。
【００７３】
なお、本実施形態では、上述のように、断熱部４が、金属薄膜４１ｅと、第１のバリア膜４１ｂと、多孔質シリカ膜４１ａと、第２のバリア膜４１ｃとの積層膜により構成されているが、環境温度が−２０℃〜８０℃の温度範囲で変化しても当該積層膜と温度検知部３とで構成される多層膜に反りが生じるのを防止する目的で、当該多層膜全体で残留応力がゼロあるいは若干の引張応力となるように、各膜４１ｅ，４１ｂ，４１ａ，４１ｃの成膜条件および膜厚を設定することが好ましい。
【００７４】
以上説明した本実施形態の赤外線センサでは、断熱部４が、多孔質シリカ膜４１ａと、多孔質シリカ膜４１ａにおけるベース基板１側に形成された第１のバリア膜４１ｂと、多孔質シリカ膜４１ａにおけるベース基板１側とは反対側に形成された第２のバリア膜４１ｃと、第１のバリア膜４１ｂにおけるベース基板１側に形成された金属薄膜４１ｅとで構成されているので、製造時における断熱部４と断熱部４下の犠牲層２１（図３（ｄ）参照）との密着性、断熱部４における膜間の密着性を向上できるとともに、支持部４１が反るのを防止することができて、構造安定性の向上による高感度化および製造歩留まりの向上を図れる。
【００７５】
（実施形態３）
本実施形態の赤外線センサの基本構成は実施形態２と略同じであり、図１０に示すように、金属薄膜４１ｅが、赤外線センサチップＡの断熱部４において第２のバリア膜４１ｃと多孔質シリカ膜４１ａとの間に形成されている点が相違するだけである。なお、実施形態２と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００７６】
しかして、本実施形態の赤外線センサによれば、断熱部４が、多孔質シリカ膜４１ａと、多孔質シリカ膜４１ａにおけるベース基板１側に形成された第１のバリア膜４１ｂと、多孔質シリカ膜４１ａにおけるベース基板１側とは反対側に形成された第２のバリア膜４１ｃと、多孔質シリカ膜４１ａと第２のバリア膜４１ｃとの間に形成された金属薄膜４１ｅとで構成されているので、製造時における断熱部４と断熱部４下の犠牲層２１（図３（ｄ）参照）との密着性、断熱部４における膜間の密着性を向上できるとともに、支持部４１が反るのを防止することができて、構造安定性の向上による高感度化および製造歩留まりの向上を図れる。
【００７７】
（実施形態４）
本実施形態の赤外線センサの基本構成は実施形態２と略同じであり、図１１に示すように、金属薄膜４１ｅが、赤外線センサチップＡの断熱部４において第１のバリア膜４１ｂと多孔質シリカ膜４１ａとの間に形成されている点が相違するだけである。なお、実施形態２と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００７８】
しかして、本実施形態の赤外線センサによれば、断熱部４が、多孔質シリカ膜４１ａと、多孔質シリカ膜４１ａにおけるベース基板１側に形成された第１のバリア膜４１ｂと、多孔質シリカ膜４１ａにおけるベース基板１側とは反対側に形成された第２のバリア膜４１ｃと、多孔質シリカ膜４１ａと第１のバリア膜４１ｂとの間に形成された金属薄膜４１ｅとで構成されているので、製造時における断熱部４と断熱部４下の犠牲層２１（図３（ｄ）参照）との密着性、断熱部４における膜間の密着性を向上できるとともに、支持部４１が反るのを防止することができて、構造安定性の向上による高感度化および製造歩留まりの向上を図れる。
【００７９】
（実施形態５）
本実施形態の赤外線センサの基本構成は実施形態１と略同じであり、図１２に示すように、赤外線センサチップＡの断熱部４において多孔質シリカ膜４１ａの側面にも非多孔性材料（例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘなど）からなる第３のバリア膜４１ｄが形成されている点が相違する（図１２における赤外線センサチップＡの断面は、図１（ａ）のＥ−Ｅ’断面に相当する）。ここで、第３のバリア膜４１ｄは、第２のバリア膜４１ｃと同時に形成してある。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００８０】
ところで、実施形態１の赤外線センサでは、多孔質シリカ膜４１ａの側面が露出しているので、多孔質シリカ膜４１ａの側面に水分が吸着する懸念があるが、本実施形態の赤外線センサでは、多孔質シリカ膜４１ａの側面に第３のバリア膜４１ｄが形成されているので、多孔質シリカ膜４１ａへの水分の吸着を抑制することができる。なお、多孔質シリカ膜４１ａをパターニングする工程で多孔質シリカ膜４１ａの側面にエッチングダメージが生じ、当該工程の後で大気に曝されたときに断熱部４のＳｉ−ＯＨ結合やＨ２Ｏが増加することも考えられるが、多孔質シリカ膜４１ａのパターニング後、第３のバリア膜４１ｄの形成前に実施形態１にて説明した水分低減工程を行うようにすれば、多孔質シリカ膜４１ａの水分をより低減できる。
【００８１】
しかして、本実施形態の赤外線センサでは、実施形態１の赤外線センサに比べて、多孔質シリカ膜４１ａの水分をより低減でき、高感度化および応答速度の高速化を図れる。
【００８２】
（実施形態６）
本実施形態の赤外線センサの基本構成は実施形態１と略同じであり、図１３に示すように、赤外線センサチップＡにおける各支持ポスト部４２ａをＴｉ膜とＡｕ膜との積層膜のみにより形成してある点などが相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００８３】
ところで、本実施形態の赤外線センサチップＡの製造にあたっては、ベース基板１の上記一表面側の全面に犠牲層２１（図２（ｃ）参照）を形成した後で、犠牲層２１の表面側の全面に第１のバリア膜４１ｂ、多孔質シリカ膜４１ａ、第２のバリア膜４１ｃを順次形成し、その後、第１のバリア膜４１ｂと多孔質シリカ膜４１ａと第２のバリア膜４１ｃとの積層膜をパターニングすることで断熱部４に対応する部分および各支持ポスト部４２ａの形成予定領域に対応する部分を残してから、ベース基板１の上記一表面側の全面に温度検知部３および配線層８，８の基礎となるＴｉ膜とＴｉＯ２膜との積層膜をスパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法などにより成膜することで当該積層膜からなるセンサ材料層を形成するセンサ材料層形成工程を行い、続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してセンサ材料層をパターニングすることでそれぞれセンサ材料層の一部からなる温度検知部３および配線層８，８を形成する。その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して第１のバリア膜４１ｂと多孔質シリカ膜４１ａと第２のバリア膜４１ｃとの積層膜における各支持ポスト部４２ａの形成予定領域に導体パターン１０，１０を露出させる開孔部を形成し、続いて、ベース基板１の上記一表面側の全面に各支持ポスト部４２ａの基礎となるＴｉ膜とＡｕ膜との積層膜をスパッタ法や蒸着法やＣＶＤ法などにより形成し、その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して当該積層膜をパターニングすることにより、各支持ポスト部４２ａを形成し、その後、犠牲層２１を除去するためのアッシング工程を行うようにすればよい。
【００８４】
なお、上述の製造方法によらず、温度検知部３および配線層８，８は、第１のバリア膜４１ｂと多孔質シリカ膜４１ａと第２のバリア膜４１ｃとの積層膜における各支持ポスト部４２ａの形成予定領域に導体パターン１０，１０を露出させる開孔部を形成した後で、センサ材料層を形成し、当該センサ材料層をパターニングすることで形成してもよい。
【００８５】
以上説明した本実施形態の赤外線センサでは、ポスト部４２ａがＴｉとＡｕ膜との積層膜により構成してあるので、当該積層膜の膜厚を適宜設定することでポスト部４２ａの機械的強度を高めることができる。
【００８６】
（実施形態７）
本実施形態の赤外線センサは、図１４（ａ）に示すように、一面が開口した矩形箱状に形成され内底面に赤外線センサチップＡが実装された多層セラミック基板（セラミックパッケージ）からなるパッケージ本体２０Ａと、赤外線センサチップＡにおける温度検知部３へ赤外線を収束するレンズ３０を備えパッケージ本体２０Ａの上記一面側に覆着されたメタルリッドよりなるパッケージ蓋２０Ｂとからなるパッケージ用部材２０が、パッケージＢを構成している点などが相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００８７】
ここにおいて、レンズ３０の材料はＳｉであり、当該レンズ３０は、実施形態１で説明した陽極酸化技術を応用した半導体レンズの製造方法を利用して形成してある。また、レンズ３０は、パッケージ蓋２０Ｂの開口窓２０Ｃを閉塞するようにパッケージ蓋２０Ｂにおける開口窓２０Ｃの周部に接着剤（例えば、エポキシ樹脂など）からなる接着層６１を介して接着されている。
【００８８】
本実施形態における赤外線センサチップＡは、図１４（ｂ），（ｃ）に示すように、赤外線を吸収するとともに該吸収による温度変化を検知する温度検知部３がベース基板１の一表面側において断熱部４を介してベース基板１に支持されており、ベース基板１には、断熱部４を分離して熱絶縁する開孔部１１が厚み方向に貫設されている。なお、ベース基板１としては、単結晶のシリコン基板を用いている。
【００８９】
ここにおいて、断熱部４は、実施形態１と同様、ベース基板１から離間して配置されベース基板１側とは反対側に温度検知部３が形成される支持部４１と、支持部４１とベース基板１とを連結した２つの脚部４２，４２とを有している。
【００９０】
また、本実施形態における赤外線センサチップＡは、温度検知部３に電気的に接続される導体パターン（図示せず）がベース基板１の上記一表面側のシリコン酸化膜からなる絶縁膜（図示せず）上に形成されて当該導体パターンの一部がパッドを構成しており、パッドがボンディングワイヤ５１を介してパッケージ本体２０Ａの配線パターンと電気的に接続されている。なお、パッケージ本体２０Ａには、上記配線パターンに電気的に接続された外部接続用電極（図示せず）が適宜位置に設けられている。
【００９１】
ところで、本実施形態における赤外線センサチップＡの断熱部４は、実施形態１と同様、多孔質シリカ膜４１ａと、多孔質シリカ膜４１ａにおけるベース基板１側の表面に形成され多孔質シリカ膜４１ａが水分を吸着するのを防止するシリコン酸化膜からなる第１のバリア膜４１ｂと、多孔質シリカ膜４１ａにおけるベース基板１側とは反対側の表面に形成され多孔質シリカ膜４１ａが水分を吸着するのを防止するシリコン酸化膜からなる第２のバリア膜４１ｃとで構成されている。ここにおいて、本実施形態の赤外線センサでは、各バリア膜４１ｂ，４１ｃが、後述の製造方法において説明するように、断熱部４をベース基板１から分離する前に多孔質シリカ膜４１ａの表面に形成され、断熱部４をベース基板１から分離する際に多孔質シリカ膜４１ａの疎水性が低下するのを各バリア膜４１ｂ，４１ｃにより抑制でき、多孔質シリカ膜４１ａに水分が吸着するのを抑制できる。
【００９２】
また、赤外線センサチップＡの温度検知部３と上記導体パターン１０，１０とを電気的に接続する配線層８，８は実施形態１と同様、各脚部４２，４２に沿って形成されている。
【００９３】
以下、本実施形態の赤外線センサの製造方法について図１５および図１６を参照しながら説明するが、実施形態１と同様の工程については説明を適宜省略する。
【００９４】
まず、単結晶のシリコン基板（後述のダイシングを行うまではウェハ）からなるベース基板１の一表面側の全面にシリコン酸化膜からなる第１のバリア膜４１ｂを熱酸化法やＣＶＤ法やスパッタ法などにより形成する第１バリア膜形成工程を行い、続いて、ベース基板１の上記一表面側の全面に多孔質シリカ膜４１ａを形成する多孔質シリカ膜形成工程を行うことによって、図１５（ａ）に示す構造を得る。なお、本実施形態では、第１バリア膜形成工程において上記絶縁膜も同時に形成している。
【００９５】
上述の多孔質シリカ膜形成工程の後、ベース基板１の上記一表面側の全面にベース基板１の上記一表面側の全面にシリコン酸化膜からなる第２のバリア膜４１ｃをスパッタ法などにより成膜する第２バリア膜形成工程を行うことによって、図１５（ｂ）に示す構造を得る。
【００９６】
上述の第２バリア膜形成工程の後、上述の第１のバリア膜４１ｂと多孔質シリカ膜４１ａと第２のバリア膜４１ｃとの積層膜をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることで断熱部４（支持部４１および脚部４２，４２）を形成する断熱部形成工程を行うことによって、図１５（ｃ）に示す構造を得る。
【００９７】
その後、ベース基板１の上記一表面側の全面に温度検知部３および配線層８，８の基礎となるＴｉ膜をスパッタ法により成膜し、当該Ｔｉ膜の表面側の一部をＯ２プラズマにより酸化してＴｉＯ２膜を形成することでＴｉ膜とＴｉＯ２膜との積層膜からなるセンサ材料層を形成するセンサ材料層形成工程を行い、続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上記センサ材料層をパターニングすることでそれぞれ上記センサ材料層の一部からなる温度検知部３および配線層８，８を形成することによって、図１５（ｄ）に示す構造を得る。
【００９８】
その後、ベース基板１の他表面側に、フォトリソグラフィ技術を利用して開孔部１１に対応する領域が開口された有機材料（レジスト）からなるマスク層（図示せず）を形成するマスク層形成工程を行い、続いて、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のドライエッチング装置を用いたドライエッチングや、エッチング液（例えば、ＴＭＡＨ水溶液、ＫＯＨ水溶液、ＥＤＰ、フッ硝酸など）を用いたウェットエッチングなどによってベース基板１に開孔部１１を形成する開孔部形成工程を行い、その後、上記マスク層を除去するためのアッシング工程を行うことによって、図１５（ｅ）に示す構造を得る。ここで、開孔部１１をドライエッチングにより形成する場合のエッチングガスとしては、例えば、ＳＦ６ガス、ＳＦ６ガスとＣ４Ｆ８ガスとの混合ガスなどを採用すればよい。また、開孔部１１は、上記エッチング液を用いてベース基板１の上記一表面側からウェットエッチングを行うことにより形成してもよい。また、アッシング工程では、ＮＨ３ガス、Ｈ２ガス、Ｈ２ガスとＨｅガスとの混合ガス、Ｎ２ガスとＨ２ガスとの混合ガスの群から選択される１種類のガスのプラズマを利用してアッシングを行う。なお、ここでアッシング工程を行う際には、既に第１のバリア膜４１ｂおよび第２のバリア膜４１ｃが形成されているので、Ｏ２ガスのプラズマを利用してもよいが、Ｏ２ガスを含まない上述の郡から選択される１種類のガスのプラズマを利用するのが好ましい。
【００９９】
その後、赤外線センサチップＡが多数形成されたウェハに対して個々の赤外線センサチップＡに分離するダイシング工程を行ってから、赤外線センサチップＡをパッケージ本体２０Ａの内底面にダイボンドし、赤外線センサチップＡのパッドとパッケージ本体２０Ａの上記配線パターンとをボンディングワイヤ５１を介して電気的に接続する実装工程を行うことによって、図１６（ａ）に示す構造を得る。
【０１００】
その後、図１６（ｂ）に示すようにパッケージ用部材２０を用いて気密空間１５を形成するパッケージング工程の前処理工程として、断熱部４の水分を低減させる水分低減工程を行う（ここでは、実施形態１で説明したＨＭＤＳの蒸気を用いた終端処理工程をチャンバＣＨ内で行う）。なお、水分低減工程は、上述のダイシング工程前のウェハの状態で行うようにしてもよいし、ダイシング工程と実装工程との間で赤外線センサチップＡに対して行うようにしてもよい。
【０１０１】
上述の前処理工程の後、シーム溶接によりパッケージ蓋２０Ｂの周部をパッケージ本体２０Ａに封着することによって、図１６（ｃ）に示す構造の赤外線センサを得る。
【０１０２】
以上説明した本実施形態の赤外線センサでは、赤外線センサチップＡの断熱部４が、多孔質シリカ膜４１ａと、当該断熱部４をベース基板１から分離する前に多孔質シリカ膜４１ａの表面に形成され多孔質シリカ膜４１ａが水分を吸着するのを防止する非多孔質材料からなるバリア膜４１ｂ，４１ｃとで構成されているので、断熱部４をベース基板１から分離する際に多孔質シリカ膜４１ａの疎水性が低下するのをバリア膜４１ｂ，４１ｃにより抑制でき、多孔質シリカ膜４１ａに水分が吸着するのを抑制できるから、断熱部４の水分を低減可能となり、また、多孔質シリカ膜４１ａへの水分の吸着に起因した断熱部４の熱伝導率の増加および断熱部４の熱容量の増加を抑制でき、高感度化および応答速度の高速化を図れる。また、多孔質シリカ膜４１ａに吸着している水分が金属材料（例えば、Ｔｉなど）により形成されている配線層８，８に拡散して配線層８，８が変質（酸化）するのを抑制でき、配線層８，８の抵抗増加を抑制できるという利点もある。
【０１０３】
また、上述の赤外線センサの製造方法によれば、ベース基板１から部分的に分離した断熱部４を形成するために用いた有機材料（レジスト）からなる上記マスク層を除去するためのアッシング工程では、ＮＨ３ガス、Ｈ２ガス、Ｈ２ガスとＨｅガスとの混合ガス、Ｎ２ガスとＨ２ガスとの混合ガスの群から選択される１種類のガスのプラズマを利用すれば、アッシング工程においてＯ２ガスのプラズマ（Ｏ２プラズマ）を利用する場合に比べて、多孔質シリカ膜４１ａのＣＨ３とＯ２プラズマ中の活性種との反応を抑制でき、多孔質シリカ膜４１ａのＣＨ３基が脱離するダメージの発生を抑制できて（多孔質シリカ膜４１ａの疎水性を維持でき）、多孔質シリカ膜４１ａへの水分の吸着を抑制でき、断熱部４の水分を低減可能な赤外線センサを提供することができる。
【０１０４】
また、上記アッシング工程よりも後で、パッケージ用部材２０を用いて気密空間１５を形成するパッケージング工程の前処理工程として、断熱部４の水分を低減させる水分低減工程を行うようにすれば、上記アッシング工程よりも後で断熱部４に吸着した水分をパッケージング工程の前処理工程において低減させるので、センサ特性の経時劣化を抑制できる。
【０１０５】
（実施形態８）
本実施形態の赤外線センサの基本構成は実施形態７と略同じであり、図１７に示すように、赤外線センサチップＡの断熱部４において多孔質シリカ膜４１ａの側面にも非多孔性材料（例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘなど）からなる第３のバリア膜４１ｄが形成されている点が相違する。なお、実施形態７と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【０１０６】
ところで、実施形態７の赤外線センサでは、多孔質シリカ膜４１ａの側面が露出しているので、多孔質シリカ膜４１ａの側面に水分が吸着する懸念があるが、本実施形態の赤外線センサでは、多孔質シリカ膜４１ａの側面に第３のバリア膜４１ｄが形成されているので、多孔質シリカ膜４１ａへの水分の吸着を抑制することができる。なお、多孔質シリカ膜４１ａをパターニングする工程で多孔質シリカ膜４１ａの側面にエッチングダメージが生じ、当該工程の後で大気に曝されたときに断熱部４のＳｉ−ＯＨ結合やＨ２Ｏが増加することも考えられるが、多孔質シリカ膜４１ａのパターニング後、第３のバリア膜４１ｄの形成前に実施形態１にて説明した水分低減工程を行うようにすれば、多孔質シリカ膜４１ａの水分をより低減できる。
【０１０７】
しかして、本実施形態の赤外線センサでは、実施形態７の赤外線センサに比べて、多孔質シリカ膜４１ａの水分をより低減でき、高感度化および応答速度の高速化を図れる。
【０１０８】
ところで、上記各実施形態にて説明した赤外線センサは、赤外線センサチップＡにおいて温度検知部３を１つだけ設けたものであるが、赤外線センサチップＡにおけるベース基板１の上記一表面側において温度検知部３を２次元アレイ状（マトリクス状）に配列し各温度検知部３が画素を構成するようにした赤外線画像センサでもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】実施形態１の赤外線センサを示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は要部の分子構造の説明図、（ｃ）は赤外線センサチップの概略斜視図である。
【図２】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図３】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図４】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図５】同上の製造方法の説明図である。
【図６】同上の製造方法の説明図である。
【図７】同上の製造方法の説明図である。
【図８】同上の製造方法の説明図である。
【図９】実施形態２の赤外線センサにおける赤外線センサチップの概略断面図である。
【図１０】実施形態３の赤外線センサにおける赤外線センサチップの概略断面図である。
【図１１】実施形態４の赤外線センサにおける赤外線センサチップの概略断面図である。
【図１２】実施形態５の赤外線センサを示す概略断面図である。
【図１３】実施形態６の赤外線センサを示す概略断面図である。
【図１４】実施形態７の赤外線センサを示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は赤外線センサチップの概略断面図、（ｃ）は赤外線センサチップの概略平面図である。
【図１５】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１６】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１７】実施形態８の赤外線センサにおける赤外線センサチップの概略断面図である。
【図１８】多孔質シリカ膜にＯ２プラズマ処理を施す前後のＦＴ−ＩＲによる分析結果の説明図である。
【図１９】多孔質シリカ膜にＯ２プラズマ処理を施したときの分子構造の変化の説明図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１  ベース基板
３  温度検知部
４  断熱部
１５  気密空間
２０  パッケージ用部材
４１  支持部
４１ａ  多孔質シリカ膜
４１ｂ  第１のバリア膜
４１ｃ  第２のバリア膜
４１ｄ  第３のバリア膜
４２  脚部
Ａ  赤外線センサチップ
Ｂ  パッケージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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