(57)【要約】【課題】低コストで感温素子のレイアウトの自由度が高く信頼性の高い赤外線センサの製造方法を提供する。【解決手段】主表面が｛１００｝面のシリコン基板１の主表面側に凹所形成矩形領域ＤＡの１つの対角線ＤＧの両端部を除いて当該１つの対角線ＤＧに沿ったポリシリコン層からなる犠牲層２を形成し、メンブレン部３、感温素子４を順次形成する。その後、メンブレン部３において上記１つの対角線ＤＧおよびもう１つの対角線それぞれの両端部に対応する各部位にエッチングホール７を形成し、エッチングホール７を通してアルカリ系溶液を導入してシリコン基板１の主表面に凹所１２を形成する。犠牲層２の形成時には、凹所１２を形成する異方性エッチングの途中でエッチングホール７ごとに連通しシリコン基板１の主表面に形成される最小の四角錘状凹部１１のシリコン基板１における仮想形成領域ＶＳに犠牲層２の両端が達するように犠牲層２を形成する。【選択図】図１
2010256181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主表面が｛１００｝面のシリコン基板と、シリコン基板の主表面側に形成されてシリコン基板に支持されたメンブレン部と、メンブレン部におけるシリコン基板側とは反対側に形成された感温素子とを備え、シリコン基板の主表面にメンブレン部におけるシリコン基板側の表面を露出させるように矩形状に開口され内側面が｛１１１｝面により構成された凹所がエッチング速度の結晶方位依存性を利用した湿式の異方性エッチングにより形成され、メンブレン部に凹所に連通するエッチングホールが形成されてなる赤外線センサの製造方法であって、シリコン基板の主表面上に凹所形成矩形領域の１つの対角線の両端部を除いて当該１つの対角線に沿った細長のポリシリコン層からなる犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、犠牲層形成工程の後でシリコン基板の主表面側にシリコン基板の主表面の露出部位および犠牲層を覆うようにメンブレン部を形成するメンブレン部形成工程と、メンブレン部形成工程の後でメンブレン部上に感温素子を形成する感温素子形成工程と、感温素子形成工程の後でメンブレン部において少なくとも前記１つの対角線の両端部に対応する各部位それぞれにエッチングホールを形成するエッチングホール形成工程と、エッチングホール形成工程の後でエッチングホールを通してアルカリ系溶液を導入して犠牲層をエッチングするとともにシリコン基板を異方性エッチングすることによりシリコン基板の主表面に凹所を形成する凹所形成工程とを備え、犠牲層形成工程では、凹所形成工程の途中でエッチングホールごとに連通しシリコン基板の主表面に形成される最小の四角錘状凹部のシリコン基板における仮想形成領域の２つに犠牲層の両端が達するように犠牲層を形成することを特徴とする赤外線センサの製造方法。
【請求項２】
前記エッチングホール形成工程では、少なくとも、前記犠牲層の両端部それぞれが露出するように前記エッチングホールを形成することを特徴とする請求項１記載の赤外線センサの製造方法。
【請求項３】
前記エッチングホール形成工程では、前記仮想形成領域を規定し且つ前記犠牲層が露出しないように前記エッチングホールを形成することを特徴とする請求項１記載の赤外線センサの製造方法。
【請求項４】
前記感温素子形成工程では、前記シリコン基板の厚み方向において前記感温素子が前記犠牲層に重ならないように前記感温素子を形成することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に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、赤外線センサの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、マイクロマシニング技術などを利用して形成され、赤外線を吸収して熱に変換する赤外線吸収部と、赤外線吸収部の温度変化を検出する感温素子とを備えた赤外線センサが提案されている（例えば、特許文献１，２，３参照）。
【０００３】
ここで、上記特許文献１〜３に開示された赤外線センサは、図９〜図１１に示すように、主表面が（１００）面のシリコン基板１’と、当該シリコン基板１’の主表面側に形成されシリコン基板１’に支持されたメンブレン部３’と、メンブレン部３’におけるシリコン基板１’側とは反対側に形成された感温素子４’とを備え、シリコン基板１’の主表面にメンブレン部３’におけるシリコン基板１’側の表面を露出させるように矩形状に開口され内側面が｛１１１｝面により構成された凹所１２’がエッチング速度の結晶方位依存性を利用した湿式の異方性エッチングにより形成され、メンブレン部３’に凹所１２’に連通する複数のエッチングホール７’が形成されている。
【０００４】
ここにおいて、図９に示した構成の赤外線センサでは、感温素子４’が、シリコン窒化膜からなるメンブレン部３’上に形成されたｐ形ポリシリコン層４２’とｎ形ポリシリコン層４１’とからなるダイオードにより構成されおり、シリコン基板１’の主表面側に感温素子４’およびメンブレン部３’において感温素子４’が形成されていない部位を覆うシリコン窒化膜からなるパッシベーション膜６’が形成され、パッシベーション膜６’上において感温素子４’のｐｎ接合部を含む所定領域を覆う金黒膜からなる赤外線吸収部８’が形成されている。また、図９に示した構成の赤外線センサでは、メンブレン部３’において平面視で感温素子４’を挟むように２つの矩形状のエッチングホール７’が形成されている。なお、各エッチングホール７’は、メンブレン部３’とパッシベーション膜６’との積層構造部に形成されている。
【０００５】
ところで、図９に示す構成の赤外線センサの製造にあたっては、まず、シリコン基板１’の主表面上に凹所形成矩形領域の全体に亘ってポリシリコン層からなる犠牲層を形成し、その後、シリコン基板１’の主表面側にシリコン基板１’の主表面の露出部位および上記犠牲層を覆うようにメンブレン部３’を形成する。続いて、メンブレン部３’上に感温素子４’を形成し、その後で、メンブレン部３’の露出部位および感温素子４’を覆うパッシベーション膜６’を形成する。その後、メンブレン部３’とパッシベーション膜６’との積層構造部に２つの矩形状のエッチングホール７’を形成してから、各エッチングホール７’を通してアルカリ系溶液（例えば、ＫＯＨ水溶液）を導入して上記犠牲層をエッチングするとともにシリコン基板１’を異方性エッチングすることによりシリコン基板１’の主表面に凹所１２’を形成し、その後、パッシベーション膜６’上に赤外線吸収部８’を形成している。
【０００６】
また、図１０に示した構成の赤外線センサでは、感温素子４’が、シリコン窒化膜からなるメンブレン部３’において凹所１２’に重なる領域とシリコン基板１の凹所１２’の周部に重なる領域とに跨って形成された細長のｐ形ポリシリコン層４２’および細長のｎ形ポリシリコン層４１’と、ｐ形ポリシリコン層４２’とｎ形ポリシリコン層４１’との一端部同士をメンブレン部３’においてシリコン基板１’の凹所１２’の投影領域で電気的に接合した接続金属部４３’とで構成される複数の熱電対が直列接続されたサーモパイルにより構成されている。ここで、感温素子４’を構成するサーモパイルは、ｐ形ポリシリコン層４２’の上記一端部およびｎ形ポリシリコン層４１’の上記一端部と、対をなすｐ形ポリシリコン層４２’とｎ形ポリシリコン層４１’との上記一端部同士を接合した接続金属部４３’とで温接点Ｔ１’を構成し、互いに異なる熱電対のｐ形ポリシリコン層４２’の他端部およびｎ形ポリシリコン層４１’の他端部と、これら他端部同士を接合した接続金属部４４’とで冷接点Ｔ２’を構成している。
【０００７】
また、図１０に示した構成の赤外線センサでは、シリコン基板１’の主表面側に感温素子４’およびメンブレン部３’において感温素子４’が形成されていない部位を覆うＢＰＳＧ膜からなる層間絶縁膜５’が形成され、層間絶縁膜５’および各接続金属部４３’，４４’を覆うようにシリコン窒化膜からなるパッシベーション膜６’が形成され、パッシベーション膜６’上において感温素子４’の各温接点Ｔ１’を含む所定領域を覆う金黒膜からなる赤外線吸収部８’が形成されている。ここで、各接続金属部４３’，４４’は、上述の層間絶縁膜５’により絶縁分離されている。また、図１０に示した構成の赤外線センサは、シリコン基板１’の主表面に凹所１２’を全周に亘って囲む矩形枠状のボロンドープのポリシリコン層２ｂ’が形成されており、メンブレン部３’のうち凹所１２’の投影領域上に温接点Ｔ１’が形成され、メンブレン部３’のうちボロンドープのポリシリコン層２ｂ’に重なる領域上に冷接点Ｔ２’が形成されている。
【０００８】
ところで、図１０に示す構成の赤外線センサの製造にあたっては、まず、シリコン基板１’の主表面上の凹所形成矩形領域および当該凹所形成矩形領域の周部にノンドープのポリシリコン層を形成し、その後、当該ノンドープのポリシリコン層のうちポリシリコン層２ｂ’に対応する領域にボロンをドーピングすることによりポリシリコン層２ｂ’を形成し、その後、シリコン基板１’の主表面側にシリコン基板１’の主表面の露出部位およびノンドープのポリシリコン層からなる犠牲層およびボロンドープのポリシリコン層２ｂ’を覆うようにメンブレン部３’を形成する。続いて、メンブレン部３’上にｐ形ポリシリコン層４２’およびｎ形ポリシリコン層４１’を形成し、その後で、メンブレン部３’の露出部位、ｐ形ポリシリコン層４２’およびｎ形ポリシリコン層４１’を覆う層間絶縁膜５’を形成する。次に、層間絶縁膜５’にコンタクトホールを形成してから各接続金属部４３’，４４’を形成することで複数の温接点Ｔ１’および複数の冷接点Ｔ２’を有する感温素子４’を完成させ、その後、層間絶縁膜５’、各温接点Ｔ１’および各冷接点Ｔ２’を覆うパッシベーション膜６’を形成し、その後、パッシベーション膜６’上に赤外線吸収部８’を形成する。続いて、メンブレン部３’とパッシベーション膜６’との積層構造部に４つの正方形状のエッチングホール７’を形成してから、各エッチングホール７’を通してアルカリ系溶液（例えば、ヒドラジン）を導入して上記犠牲層をエッチングするとともにシリコン基板１’を異方性エッチングすることによりシリコン基板１’の主表面に凹所１２’を形成している。
【０００９】
また、図１１に示した構成の赤外線センサでは、感温素子４’が、シリコン窒化膜３１’とシリコン酸化膜３２’との積層膜からなるメンブレン部３’において凹所１２’の投影領域とシリコン基板１の凹所１２’の周部に重なる領域とに跨って形成された細長の導電性ポリシリコン層４５’と細長のアルミニウム層４６’との一端部同士をメンブレン部３’においてシリコン基板１’の凹所１２’の投影領域で電気的に接合することで構成される複数の熱電対が直列接続されたサーモパイルにより構成されている。ここで、感温素子４’を構成するサーモパイルは、導電性ポリシリコン層４５’の上記一端部とアルミニウム層４６’の上記一端部とで温接点Ｔ１’を構成し、互いに異なる熱電対の導電性ポリシリコン層４５’の他端部とアルミニウム層４６’の他端部とで冷接点Ｔ２’を構成している。
【００１０】
また、図１１に示した構成の赤外線センサでは、シリコン基板１’の主表面側に感温素子４’およびメンブレン部３’において導電性ポリシリコン層４５’が形成されていない部位を覆うＢＰＳＧ膜からなる層間絶縁膜５’が形成され、層間絶縁膜５’および各アルミニウム層４６’を覆うようにシリコン窒化膜からなるパッシベーション膜６’が形成され、パッシベーション膜６’上において感温素子４’の各温接点Ｔ１’を含む所定領域を覆う赤外線吸収部８’が形成されている。また、図１１に示した構成の赤外線センサは、シリコン基板１’の主表面における凹所１２’の周部とメンブレン部３’との間に、アルカリ系溶液に対する耐エッチング性材料からなり凹部１２’を全周に亘って囲む矩形枠状の第１のストップ層２１’が形成されるとともに、メンブレン部３’において凹所１２’に臨む表面側に、第１のストップ層２１’と同等の耐研磨性を有する複数の菱形状の第２のストップ層２２’が一定間隔で配列されており、メンブレン部３’のうち凹所１２’の投影領域上に温接点Ｔ１’が形成され、メンブレン部３’のうち第１のストップ層２１’に重なる領域上に冷接点Ｔ２’が形成されている。ここで、メンブレン部３’は、互いに隣り合う第２のストップ層２２’間の領域の各投影領域それぞれの中央部に円形状のエッチングホール７’が形成されている。ここにおいて、第１のストップ層２１’および第２のストップ層２２’は、シリコン酸化膜により構成されている。また、矩形枠状の第１のストップ層２１’の内周線は、シリコン基板１の＜１１０＞方向に平行であり、菱形状の第２のストップ層２２’の外周線の各辺は、＜１１０＞方向と約４５°の角度をなすようにパターニングされている。
【００１１】
以下、図１１に示す構成の赤外線センサの製造方法について、図１２を参照しながら簡単に説明する。
【００１２】
まず、シリコン基板１’の主表面上に第１のストップ層２１’および各第２のストップ層２２’の基礎となるシリコン酸化膜を形成してから、当該シリコン酸化膜をパターニングすることで第１のストップ層２１’および各第２のストップ層２２’を形成し、その後、シリコン基板１’の主表面側の全面にポリシリコン層からなる犠牲層２’を形成することによって、図１２（ａ）に示す構造を得る。
【００１３】
その後、シリコン基板１’の主表面側を第１のストップ層２１’および各第２のストップ層２２’をストッパとして犠牲層２’をＣＭＰ（化学的機械的研磨）法により研磨することでシリコン基板１’の主表面側の最表面を平坦化することによって、図１２（ｂ）に示す構造を得る。
【００１４】
続いて、シリコン基板１の主表面側の全面にシリコン窒化膜３１’とシリコン酸化膜３２’との積層膜からなるメンブレン部３’を形成し、その後、メンブレン部３’上に導電性ポリシリコン層４５’を形成してから、メンブレン部３’の露出部位および導電性ポリシリコン層４５’を覆う層間絶縁膜５’を形成し、続いて、層間絶縁膜５’の導電性ポリシリコン層４５’の両端部それぞれに対応する部位にコンタクトホールを形成し、その後、アルミニウム層４６’を形成することで複数の温接点Ｔ１’および複数の冷接点Ｔ２’を有するサーモパイルからなる感温素子４’を形成し、その後、シリコン基板１’の主表面側に感温素子４’および層間絶縁膜５’の露出部位を覆うパッシベーション膜６’を形成することによって、図１２（ｃ）に示す構造を得る。
【００１５】
その後、メンブレン部３’と層間絶縁膜５’とパッシベーション膜６’との積層構造部において犠牲層２’に対応する領域に複数の円形状のエッチングホール７’をドライエッチングにより形成することによって、図１２（ｄ）に示す構造を得る。
【００１６】
その後、各エッチングホール７’を通してアルカリ系溶液（例えば、ＫＯＨ溶液やＴＭＡＨ溶液など）を導入して犠牲層２’をエッチングするとともにシリコン基板１’を異方性エッチングすることでシリコン基板１’の主表面に凹所１２’を形成することによって、図１２（ｆ）に示す構造を得る。なお、図１２（ｅ）は、異方性エッチングを行っている途中の断面形状を示している。
【００１７】
なお、図９〜図１１に示した構成の赤外線センサでは、シリコン基板１’の主表面側に感温素子４’が１つだけ設けられているが、感温素子４’と感温素子４’の出力を読み出すためのＭＯＳトランジスタとを有する画素が２次元アレイ状に配列されたものも考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特許第２７７１２７７号公報
【特許文献２】特開平７−３１８４１７号公報
【特許文献３】特開２００３−１２４１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ところで、図９に示した構成の赤外線センサでは、製造時に、シリコン基板１’の主表面上に凹所形成矩形領域の全体に亘ってポリシリコン層からなる犠牲層を形成しているので、上記犠牲層の基礎となるポリシリコン層をパターニングすることで生じるシリコン基板１’の主表面側の段差に起因して、感温素子４’を構成する細長のｐ形ポリシリコン層４２’および細長のｎ形ポリシリコン層４１’に段差が生じるため、断線が起こりやすく、信頼性が低くなってしまうという問題がある。
【００２０】
これに対して、図１０に示した構成の赤外線センサでは、平坦なメンブレン部３’上に感温素子４’が形成されている。しかしながら、図１０に示した構成の赤外線センサの製造方法では、犠牲層の形成にあたって、シリコン基板１’の主表面上に犠牲層の基礎となるノンドープのポリシリコン層をＣＶＤ法などにより形成してから、当該ノンドープのポリシリコン層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シリコン基板１の主表面上において凹所形成矩形領域および当該凹所形成矩形領域の周部に残るようにパターニングし、その後、当該ノンドープのポリシリコン層のうちポリシリコン層２ｂ’に対応する領域にボロンをイオン注入法などによりドーピングすることでポリシリコン層２ｂ’を形成することによってノンドープのポリシリコン層の残りの部分からなる犠牲層を形成する必要があるので、工程数が増加し、製造コストが高くなってしまう。
【００２１】
また、図１０に示した構成の赤外線センサでは、シリコン基板１’の主表面上に矩形枠状のポリシリコン層２ｂ’が形成されているので、ポリシリコン層２ｂ’に起因してメンブレン部３’に感温素子４’を囲むように段差が形成されてしまい、感温素子４’から引き出された金属配線４４ｂ’，４４ｂ’が段差に起因して断線してしまう恐れがあり、特に、感温素子４’と感温素子４’の出力を読み出すためのＭＯＳトランジスタとを有する画素が２次元アレイ状に配列した赤外線センサを構成する場合には、断線の起こる可能の高い箇所が増えてしまう。
【００２２】
また、図１１に示した構成の赤外線センサの製造方法では、メンブレン部３’における凹所１２’の投影領域に多数のエッチングホール７’を一定間隔で設ける必要があるので、感温素子４’のレイアウトの自由度が低くなってしまうという問題がある。また、図１１に示した構成の赤外線センサの製造方法では、犠牲層をパターニングするために、第１のストップ層２１’および第２のストップ層２２’の基礎となるシリコン酸化膜を形成してから、当該シリコン酸化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し、その後、シリコン基板１’の主表面側の全面に犠牲層を形成してから、シリコン基板１’の主表面側を研磨する必要があり、コストが高くなってしまう。
【００２３】
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、低コストで感温素子のレイアウトの自由度が高く信頼性の高い赤外線センサ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】
【００２４】
請求項１の発明は、主表面が｛１００｝面のシリコン基板と、シリコン基板の主表面側に形成されてシリコン基板に支持されたメンブレン部と、メンブレン部におけるシリコン基板側とは反対側に形成された感温素子とを備え、シリコン基板の主表面にメンブレン部におけるシリコン基板側の表面を露出させるように矩形状に開口され内側面が｛１１１｝面により構成された凹所がエッチング速度の結晶方位依存性を利用した湿式の異方性エッチングにより形成され、メンブレン部に凹所に連通するエッチングホールが形成されてなる赤外線センサの製造方法であって、シリコン基板の主表面上に凹所形成矩形領域の１つの対角線の両端部を除いて当該１つの対角線に沿った細長のポリシリコン層からなる犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、犠牲層形成工程の後でシリコン基板の主表面側にシリコン基板の主表面の露出部位および犠牲層を覆うようにメンブレン部を形成するメンブレン部形成工程と、メンブレン部形成工程の後でメンブレン部上に感温素子を形成する感温素子形成工程と、感温素子形成工程の後でメンブレン部において少なくとも前記１つの対角線の両端部に対応する各部位それぞれにエッチングホールを形成するエッチングホール形成工程と、エッチングホール形成工程の後でエッチングホールを通してアルカリ系溶液を導入して犠牲層をエッチングするとともにシリコン基板を異方性エッチングすることによりシリコン基板の主表面に凹所を形成する凹所形成工程とを備え、犠牲層形成工程では、凹所形成工程の途中でエッチングホールごとに連通しシリコン基板の主表面に形成される最小の四角錘状凹部のシリコン基板における仮想形成領域の２つに犠牲層の両端が達するように犠牲層を形成することを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、犠牲層形成工程では、シリコン基板の主表面上に凹所形成矩形領域の１つの対角線の両端部を除いて当該１つの対角線に沿った細長のポリシリコン層からなる犠牲層を形成するようにし、しかも、凹所形成工程の途中でエッチングホールごとに連通しシリコン基板の主表面に形成される最小の四角錘状凹部のシリコン基板における仮想形成領域の２つに犠牲層の両端が達するように犠牲層を形成するので、工程数を増加させることなく、エッチングホールの開口面積の低減を図りつつ凹所の開口面積およびメンブレン部の平坦な領域の面積を大きくすることができ、しかも、メンブレン部の段差は凹所の投影領域の１つの対角線付近のみに形成されるから、低コストで感温素子のレイアウトの自由度が高く信頼性の高い赤外線センサを提供することができる。
【００２６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記エッチングホール形成工程では、少なくとも、前記犠牲層の両端部それぞれが露出するように前記エッチングホールを形成することを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、前記凹所形成工程の開始時に前記犠牲層の前記両端部それぞれが露出しているので、凹所形成工程でのエッチング時間の短縮を図れる。
【００２８】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記エッチングホール形成工程では、前記仮想形成領域を規定し且つ前記犠牲層が露出しないように前記エッチングホールを形成することを特徴とする。
【００２９】
この発明によれば、前記エッチングホールの開口面積の低減を図れ、また、前記メンブレン部において前記エッチングホールの開口縁に段差が形成されないので、前記メンブレン部の機械的強度を高めることができ、信頼性の向上を図れるとともに、前記メンブレン部の薄膜化による前記メンブレン部の熱容量の低減によって高性能化を図れる。
【００３０】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記感温素子形成工程では、前記シリコン基板の厚み方向において前記感温素子が前記犠牲層に重ならないように前記感温素子を形成することを特徴とする。
【００３１】
この発明によれば、前記感温素子の断線をより確実に防止することができ、製造歩留まりの向上による低コスト化および信頼性の向上を図れる。
【発明の効果】
【００３２】
請求項１の発明は、低コストで感温素子のレイアウトの自由度が高く信頼性の高い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。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施形態１の赤外線センサの製造方法の説明図である。
【図２】同上の赤外線センサを示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面に対応する概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＥ−Ｅ’断面に対応する概略断面図である。
【図３】同上の赤外線センサを示し、（ａ）は温接点を含む要部の概略断面図、（ｂ）は冷接点を含む要部の概略断面図である。
【図４】実施形態２の赤外線センサを示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面に対応する概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＥ−Ｅ’断面に対応する概略断面図、（ｄ）は（ａ）のＦ−Ｆ’断面に対応する概略断面図である。
【図５】同上の赤外線センサの他の構成例の説明図である。
【図６】実施形態３の赤外線センサを示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面に対応する概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＥ−Ｅ’断面に対応する概略断面図である。
【図７】実施形態４の赤外線センサを示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は要部概略断面図である。
【図８】同上の赤外線センサの等価回路図である。
【図９】従来例の赤外線センサを示し、（ａ）は要部の平面レイアウト図、（ｂ）は概略断面図である。
【図１０】他の従来例の赤外線センサを示し、（ａ）は要部の平面レイアウト図、（ｂ）は概略断面図である。
【図１１】別の従来例の赤外線センサを示し、（ａ）は要部の平面レイアウト図、（ｂ）は概略断面図である。
【図１２】同上の赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
（実施形態１）
本実施形態の赤外線センサは、図２に示すように、導電形がｎ形で主表面が｛１００｝面の単結晶のシリコン基板１と、シリコン基板１の主表面側に形成されてシリコン基板１に支持されたシリコン窒化膜からなるメンブレン部３と、メンブレン部３におけるシリコン基板１側とは反対側に形成された感温素子４とを備え、シリコン基板１の主表面にメンブレン部３におけるシリコン基板１側の表面を露出させるように矩形状に開口され内側面が｛１１１｝面により構成された四角錘状の凹所１２がエッチング速度の結晶方位依存性を利用した湿式の異方性エッチングにより形成され、メンブレン部３に、凹所１２に連通する複数（ここでは、４つ）のエッチングホール７が形成されている。ここで、凹所１２の開口形状は矩形状、各エッチングホール７の開口形状は円形状としてあるが、各エッチングホール７の開口形状は特に円形状に限定するものではなく、例えば、楕円状でもよいし、矩形状でもよい。
【００３５】
上述の感温素子４は、メンブレン部３においてシリコン基板１の凹所１２に重なる領域（凹所１２の投影領域）とシリコン基板１の凹所１２の周部に重なる領域とに跨って形成された細長のｐ形ポリシリコン層（ｐ形ポリシリコンエレメント）４２および細長のｎ形ポリシリコン層（ｎ形ポリシリコンエレメント）４１と、ｐ形ポリシリコン層４２とｎ形ポリシリコン層４１との一端部同士をメンブレン部３においてシリコン基板１の凹所１２の投影領域で電気的に接合した金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜など）からなる接続金属部４３とで構成される複数の熱電対が直列接続されたサーモパイルにより構成されている。ここで、感温素子４を構成するサーモパイルは、ｐ形ポリシリコン層４２の上記一端部およびｎ形ポリシリコン層４１の上記一端部と、対をなすｐ形ポリシリコン層４２とｎ形ポリシリコン層４１との上記一端部同士を接合した接続金属部４３とで温接点Ｔ１を構成し（図３（ａ）参照）、互いに異なる熱電対のｐ形ポリシリコン層４２の他端部およびｎ形ポリシリコン層４１の他端部と、これら他端部同士を接合した金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜など）からなる接続金属部４４とで冷接点Ｔ２を構成している（図３（ｂ）参照）。
【００３６】
また、本実施形態の赤外線センサでは、シリコン基板１の主表面側に各ポリシリコン層４１，４２およびメンブレン部３において各ポリシリコン層４１，４２が形成されていない部位を覆うＢＰＳＧ膜からなる層間絶縁膜５が形成され、層間絶縁膜５および各接続金属部４３，４４を覆うようにＰＳＧ膜とＮＳＧ膜との積層膜からなるパッシベーション膜６が形成されている。ここで、各接続金属部４３，４４は、上述の層間絶縁膜５により絶縁分離されている。要するに、各接続金属部４３，４４は、層間絶縁膜５に形成されたコンタクトホールを通して両ポリシリコン層４１，４２と接続されている。なお、パッシベーション膜６は、ＰＳＧ膜とＮＳＧ膜との積層膜に限らず、例えば、シリコン窒化膜により構成してもよい。
【００３７】
また、感温素子４は、一端部が金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜など）からなる金属配線９ａを介して一方のパッド１０ａと電気的に接続され、他端部が金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜など）からなる金属配線９ｂを介して他方のパッド１０ｂと電気的に接続されている。ここで、各金属配線９ａ，９ｂおよび各パッド１０ａ，１０ｂは、各接続金属部４３，４４と同じ材料で、且つ、同時に形成されている。要するに、各金属配線９ａ，９ｂおよび各パッド１０ａ，１０ｂは、層間絶縁膜５上に形成され、各金属配線９ａ，９ｂにおける各パッド１０ａ，１０ｂ側とは反対側の各端部それぞれが、感温素子４を構成するサーモパイルの一端側のｐ形ポリシリコン層４２、他端側のｎ形ポリシリコン層４１と層間絶縁膜５のコンタクトホールを通して接続されている。また、パッシベーション膜６には、各パッド１０ａ，１０ｂそれぞれを露出させる２つの矩形状のパッド用開口部（図示せず）が形成されている。
【００３８】
ところで、メンブレン部３には、後述の製造方法で説明する犠牲層２が形成されていた部分に凹溝３ａが形成されている。ここで、メンブレン部３の凹溝３ａは、メンブレン部３におけるシリコン基板１側の表面において、シリコン基板１の凹所１２の矩形状の投影領域の１つの対角線に沿って形成されており、長手方向の両側が開放されて当該両側にあるエッチングホール７，７と連通している。また、メンブレン部３におけるシリコン基板１側とは反対側の表面には、凹溝３ａに対応する部位のみに段差が形成されている。
【００３９】
また、感温素子４は、エッチングホール７を避け、且つ、メンブレン部３の凹溝３ａに１回しか交差しないようにレイアウトを設計してある。なお、感温素子４のレイアウトは、図２（ａ）の例に限らず、メンブレン部３の凹溝３ａに１回も交差しないようにレイアウトを設計してもよいことは勿論である。
【００４０】
本実施形態の赤外線センサでは、メンブレン部３の膜厚を１０００Å、ｎ形ポリシリコン層４１およびｐ形ポリシリコン層４２の膜厚を３０００Å、層間絶縁膜５の膜厚を５０００Å、上記金属膜の膜厚を１μｍ、パッシベーション膜６の膜厚を０．４μｍ（ＰＳＧ膜の膜厚を０．２μｍ、ＮＳＧ膜の膜厚を０．２μｍ）、としてあるが、これらの数値は一例であって、特に限定するものではない。
【００４１】
以下、本実施形態の赤外線センサの製造方法について図１を参照しながら説明する。
【００４２】
まず、シリコン基板１の主表面上に凹所形成矩形領域ＤＡの１つの対角線ＤＧ（図１（ｆ）参照）の両端部を除いて当該１つの対角線ＤＧに沿った細長のノンドープのポリシリコン層からなる犠牲層２を形成する犠牲層形成工程を行うことによって、図１（ａ）に示す構造を得る。ここで、犠牲層形成工程では、シリコン基板１の主表面上に第１の所定膜厚（例えば、１０００Å）のノンドープのポリシリコン層（以下、第１のノンドープポリシリコン層と称する）をＬＰＣＶＤ法により形成する第１のポリシリコン層形成工程を行い、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のノンドープポリシリコン層をパターニングすることにより当該第１のノンドープポリシリコン層の一部からなる犠牲層２を形成する第１のポリシリコン層パターニング工程を行う。なお、この第１のポリシリコン層パターニング工程では、はＲＩＥにより第１のノンドープポリシリコン層のエッチングを行う。
【００４３】
上述の犠牲層形成工程の後、シリコン基板１の主表面側にシリコン基板１の主表面の露出部位および犠牲層２を覆うようにシリコン窒化膜からなるメンブレン部３を形成するメンブレン部形成工程を行うことによって、図１（ｂ）に示す構造を得る。ここで、メンブレン部形成工程では、シリコン基板１の主表面側に第２の所定膜厚（例えば、１０００Å）のシリコン窒化膜をＬＰＣＶＤ法により形成することで、引張応力を有するメンブレン部３を形成する。なお、メンブレン部３の材料は、シリコン基板１の主表面に凹所１２を形成する際に用いるエッチャントに対して耐性を有する耐エッチング材料であればよく、ＳｉＮｘに限定するものではない。
【００４４】
上述のメンブレン部形成工程の後で、シリコン基板１の主表面側の全面に、各ｎ形ポリシリコン層４１および各ｐ形ポリシリコン層４２の基礎となる第３の所定膜厚（例えば、３０００Å）のノンドープのポリシリコン層（以下、第２のノンドープのポリシリコン層と称する）をＬＰＣＶＤ法により形成する第２のポリシリコン層形成工程を行い、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２のノンドープポリシリコン層のうち各ｎ形ポリシリコン層４１および各ｐ形ポリシリコン層４２それぞれに対応する部分が残るように第２のノンドープポリシリコン層をパターニングする第２のポリシリコン層パターニング工程を行い、続いて、第２のノンドープポリシリコン層のうち各ｐ形ポリシリコン層４２に対応する部分にｐ形不純物（例えば、ボロンなど）のイオン注入を行ってからドライブを行うことにより各ｐ形ポリシリコン層４２を形成するｐ形ポリシリコン層形成工程を行い、その後、第２のノンドープポリシリコン層のうち各ｎ形ポリシリコン層４１に対応する部分にｎ形不純物（例えば、リンなど）のイオン注入を行ってからドライブを行うことにより各ｎ形ポリシリコン層４１を形成するｎ形ポリシリコン層形成工程を行うことによって、図１（ｃ）に示す構造を得る。なお、ｐ形ポリシリコン層形成工程とｎ形ポリシリコン層形成工程との順序は逆でもよい。
【００４５】
上述のｐ形ポリシリコン層形成工程およびｎ形ポリシリコン層形成工程が終了した後、シリコン基板１の主表面側に層間絶縁膜５を形成する層間絶縁膜形成工程を行い、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層間絶縁膜５に上記各コンタクトホールを形成するコンタクトホール形成工程を行い、その後、シリコン基板１の主表面側の全面に各接続金属部３６，３７、各金属配線９ａ，９ｂおよび各パッド１０ａ，１０ｂの基礎となる金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜）を形成する金属膜形成工程を行い、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金属膜をパターニングすることで各接続金属部３６，３７、各金属配線９ａ，９ｂおよび各パッド１０ａ，１０ｂ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１（ｄ）に示す構造を得る。ここで、層間絶縁膜形成工程では、シリコン基板１の主表面側に第４の所定膜厚（例えば、５０００Å）のＢＰＳＧ膜をＣＶＤ法により堆積させてから、所定温度（例えば、８００℃）でリフローすることにより平坦化された層間絶縁膜５を形成する。また、コンタクトホール形成工程では、バッファードフッ酸により層間絶縁膜５をエッチングする。また、金属膜形成工程では、シリコン基板１の主表面側に、第５の所定膜厚（例えば、１μｍ）の金属膜をスパッタ法などにより形成する。また、金属膜パターニング工程におけるエッチングはＲＩＥにより行っている。なお、本実施形態では、第２のポリシリコン層形成工程と、第２のポリシリコン層パターニング工程と、ｐ形ポリシリコン層形成工程と、ｎ形ポリシリコン層形成工程と、コンタクトホール形成工程と、金属膜形成工程と、金属膜パターニング工程とで、メンブレン部３上に感温素子４を形成する感温素子形成工程を構成している。
【００４６】
上述の金属膜パターニング工程の後、シリコン基板１の主表面側（つまり、層間絶縁膜５の表面側）に所定膜厚（例えば、０．２μｍ）のＰＳＧ膜と所定膜厚（例えば、０．２μｍÅ）のＮＳＧ膜との積層膜からなるパッシベーション膜６をＣＶＤ法により形成するパッシベーション膜形成工程を行うことによって、図１（ｅ）に示す構造を得る。なお、パッシベーション膜６は、ＰＳＧ膜とＮＳＧ膜との積層膜に限らず、例えば、シリコン窒化膜でもよい。
【００４７】
上述のパッシベーション膜形成工程の後、メンブレン部３において上記対角線ＤＧともう１つの対角線それぞれの両端部に対応する各部位それぞれに円形状のエッチングホール７を形成するエッチングホール形成工程を行うことによって、図１（ｆ）に示す構造を得る。ここにおいて、エッチングホール形成工程では、メンブレン部３と、メンブレン部３上に形成された感温素子４の各ポリシリコン層４１，４２と、メンブレン部３の表面側で各ポリシリコン層４１，４２を覆うように形成された層間絶縁膜５と、層間絶縁膜５上に形成されたパッシベーション膜６との積層構造部にエッチングホール７を形成する。また、図１（ｆ）は、左側の図が、エッチングホール形成工程が終わった段階での概略断面図、右側の図が、エッチングホール形成工程が終わった段階での平面レイアウト図を示しており、細長の犠牲層２の長手方向の両端部２ａ，２ａが露出している。なお、本実施形態では、メンブレン部３において上記対角線ＤＧともう１つの対角線それぞれの両端部に対応する各部位それぞれに円形状のエッチングホール７を形成するエッチングホール形成工程を構成している。なお、エッチングホール形成工程では、少なくとも、メンブレン部３において上記対角線ＤＧの両端部に対応する各部位それぞれに１つずつエッチングホール７を形成すればよい。
【００４８】
上述のエッチングホール形成工程の後、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各パッド１０ａ，１０ｂを露出させる上記パッド用開口部を形成するパッド用開口部形成工程を行い、続いて、エッチングホール７を通してアルカリ系溶液を導入して犠牲層２をエッチングするとともにシリコン基板を異方性エッチングすることによりシリコン基板の主表面に凹所１２を形成する凹所形成工程を行うことによって、図１（ｈ）に示す構造の赤外線センサを得る。ここで、パッド用開口部形成工程におけるエッチングはＲＩＥにより行っている。また、凹所形成工程では、アルカリ系溶液からなるエッチング液として所定温度（例えば、８５℃）に加熱したＴＭＡＨ溶液を用いているが、エッチング液はＴＭＡＨ溶液に限らず、他のアルカリ系溶液（例えば、ＫＯＨ溶液など）を用いてもよい。
【００４９】
ところで、上述の犠牲層形成工程では、凹所形成工程の途中でエッチングホール７ごとに連通しシリコン基板１の主表面に形成される最小の四角錘状凹部１１のシリコン基板１における２つの仮想形成領域ＶＳ（図１（ｆ）の右側の図参照）に犠牲層２の両端が達するように犠牲層２を形成する。ただし、本実施形態では、犠牲層２の両端部２ａ，２ａが平面視におけるメンブレン部３のエッチングホール７の形成予定領域内に位置するように犠牲層２を形成している。なお、四角錘状凹部１１の内側面は｛１１１｝面により構成される。
【００５０】
上述の凹所形成工程が終了するまでの全工程はウェハレベルで行うので、凹所形成工程が終了した後、個々の赤外線センサに分離する分離工程を行えばよい。
【００５１】
以上説明した本実施形態の赤外線センサの製造方法によれば、犠牲層形成工程では、シリコン基板１の主表面上に凹所形成矩形領域ＤＡの１つの対角線ＤＧの両端部を除いて当該１つの対角線ＤＧに沿った細長のノンドープのポリシリコン層からなる犠牲層２を形成するようにし、しかも、凹所形成工程の途中でエッチングホール７ごとに連通しシリコン基板１の主表面に形成される最小の四角錘状凹部１１のシリコン基板１における仮想形成領域ＶＳに犠牲層２の両端が達するように犠牲層２を形成するので、工程数を増加させることなく、エッチングホール７の開口面積の低減を図りつつ凹所１２の開口面積およびメンブレン部３の平坦な領域の面積を大きくすることができ、しかも、メンブレン部３の段差は凹所１２の投影領域の１つの対角線付近のみに形成されるから、低コストで感温素子４のレイアウトの自由度が高く信頼性の高い赤外線センサを提供することができる。
【００５２】
また、本実施形態の赤外線センサの製造方法によれば、エッチングホール形成工程では、少なくとも、犠牲層２の両端部２ａ，２ａそれぞれが露出するようにエッチングホール７を形成するので、凹所形成工程の開始時に犠牲層２の両端部２ａ，２ａそれぞれが露出しているから、凹所形成工程でのエッチング時間の短縮を図れる。
【００５３】
（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と略同じであって、図４に示すように、実施形態１にて説明したメンブレン部３の凹溝３ａがエッチングホール７，７に達しない長さで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。
【００５４】
本実施形態の赤外線センサの製造方法は、実施形態１において説明した製造方法と略同じであり、エッチングホール形成工程では、仮想形成領域ＶＳ（図１（ｆ）参照）を規定し且つ犠牲層２が露出しないようにエッチングホール７を形成する点が相違するだけである。
【００５５】
しかして、本実施形態の赤外線センサの製造方法によれば、エッチングホール７の開口面積の低減を図れ、また、メンブレン部３においてエッチングホール７の開口縁に段差が形成されないので、メンブレン部３の機械的強度を高めることができ、信頼性の向上を図れるとともに、メンブレン部３の薄膜化によるメンブレン部３の熱容量の低減によって高性能化を図れる。
【００５６】
ところで、エッチングホール形成工程において形成するエッチングホール７は、円形状に限らず、例えば、図５（ａ）に示すような長方形状の形状でもよいし、同図（ｂ）に示すような平行四辺形状の形状でもよい。また、図５（ｃ）に示すような２つのエッチングホール７を組み合わせて最小の四角錘状凹部１１に対応する矩形状の仮想形成領域ＶＳを規定するようにしてもよい。
【００５７】
（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と略同じであって、図６に示すように、感温素子４直下にメンブレン部３の凹溝３ａに起因した段差が位置しないように感温素子４をレイアウトしてある点が相違する。したがって、本実施形態の赤外線センサでは、感温素子４の各ポリシリコン層４１，４２がメンブレン部３の平坦面上に形成されている。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。
【００５８】
本実施形態の赤外線センサの製造方法は、実施形態１，２において説明した製造方法と略同じであり、感温素子形成工程において、シリコン基板１の厚み方向において感温素子４が犠牲層２に重ならないように感温素子４を形成する点が相違する。
【００５９】
しかして、本実施形態の赤外線センサの製造方法によれば、感温素子４の断線をより確実に防止することができ、製造歩留まりの向上による低コスト化および信頼性の向上を図れる。
【００６０】
（実施形態４）
本実施形態の赤外線センサは、赤外線イメージセンサであり、図７および図８に示すように実施形態３で説明したメンブレン部３および感温素子４を有する熱型赤外線検出部３０と画素選択用スイッチング素子であるＭＯＳトランジスタ４０とを有する画素２０がシリコン基板１の主表面側においてアレイ状（ここでは、２次元アレイ状）に配列されている。なお、実施形態１〜３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。
【００６１】
本実施形態では、シリコン基板１の主表面側にｍ×ｎ個（図示例では、８×８個）の画素２０が形成されているが、画素２０の数や配列は特に限定するものではない。また、図８では、熱型赤外線検出部３０における感温素子４の等価回路を、当該感温素子４の熱起電力に対応する電圧源Ｖｓと、当該電圧源Ｖｓに直列接続された抵抗Ｒと、当該抵抗Ｒに並列接続されたコンデンサＣとで表してある。
【００６２】
また、本実施形態の赤外線センサは、各列の複数個の熱型赤外線検出部３０の感温素子４の一端が上述のＭＯＳトランジスタ４０を介して各列ごとに共通接続された複数の垂直読み出し線７０と、各行の熱型赤外線検出部３０に対応するＭＯＳトランジスタ４０が各行ごとに共通接続された複数の水平信号線６０と、各列の複数個の熱型赤外線検出部３０の感温素子４の他端が各列ごとに共通接続された複数の基準バイアス線５０と、各列のＭＯＳトランジスタ４０のｐ＋形ウェル領域１４１が各列ごとに共通接続された複数のグラウンド線８０とを備えており、全ての熱型赤外線検出部３０の出力を時系列的に読み出すことができるようになっている。ここで、ＭＯＳトランジスタ４０は、ゲート電極１４６が水平信号線６０に接続され、ソース電極１４８が感温素子４を介して基準バイアス線５０に接続され、ドレイン電極１４７が垂直読み出し線７０に接続されており、各基準バイアス線５０および各水平信号線６０および各垂直読み出し線７０および共通グランド線８０それぞれが、パッド（図示せず）と電気的に接続されている。なお、本実施形態の赤外線センサは、各水平信号線６０それぞれが各別の画素選択用パッドに電気的に接続され、各垂直読み出し線７０それぞれが各別の出力用パッドに電気的に接続され、共通グラウンド線８０がグラウンド用パッドに電気的に接続され、基準バイアス線５０が基準バイアス用パッドに電気的に接続され、シリコン基板１が基板用パッドに電気的に接続されている。
【００６３】
しかして、ＭＯＳトランジスタ４０が順次オン状態になるように各画素選択用パッドの電位を制御することで各画素２０の出力電圧を順次読み出すことができる。例えば、基準バイアス用パッドの電位を１．６５、グラウンド用パッドの電位を０Ｖ、基板用パッドの電位を５Ｖとしておき、画素選択用パッドの電位を５Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４０がオンとなり、出力用パッドから画素２０の出力電圧（１．６５Ｖ＋感温素子４の出力電圧）が読み出され、画素選択用パッドの電位を０Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４０がオフとなり、出力用パッドから画素２０の出力電圧は読み出されない。
【００６４】
上述の熱型赤外線検出部３０は、シリコン基板１の主表面側の各画素２０それぞれにおける熱型赤外線検出部３０の形成用領域Ａ１に形成されており、ＭＯＳトランジスタ４０は、シリコン基板１の主表面側の各画素２０それぞれにおけるＭＯＳトランジスタ４０の形成用領域Ａ２に形成されている。ここで、本実施形態の赤外線センサは、熱型赤外線検出部３０それぞれに対応する部位ごとに、実施形態３にて説明した凹所１２および複数のエッチングホール７が形成されている。
【００６５】
また、ＭＯＳトランジスタ４０は、シリコン基板１の主表面側に上述のｐ＋形ウェル領域１４１が形成され、ｐ＋形ウェル領域１４１内に、ｎ＋形ドレイン領域１４３とｎ＋形ソース領域１４４とが離間して形成されている。また、ｐ＋形ウェル領域１４１内には、ｎ＋形ドレイン領域１４３とｎ＋形ソース領域１４４とを囲むｐ＋＋形チャネルストッパ領域１４２が形成されている。また、ｐ＋形ウェル領域１４１においてｎ＋形ドレイン領域１４３とｎ＋形ソース領域１４４との間に位置する部位の上には、シリコン酸化膜（熱酸化膜）からなるゲート絶縁膜１４５を介してｎ形ポリシリコン層からなるゲート電極１４６が形成されている。また、ｎ＋形ドレイン領域１４３上には金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなるドレイン電極１４７が形成され、ｎ＋形ソース領域１４４上には金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなるソース電極１４８が形成されている。ここで、ゲート電極１４６、ドレイン電極１４７およびソース電極１４８は、上述の層間絶縁膜５により絶縁分離されている。すなわち、ドレイン電極１４７は、層間絶縁膜５に形成したコンタクトホールを通してｎ＋形ドレイン領域１４３と電気的に接続され、ソース電極１４８は、層間絶縁膜５に形成したコンタクトホールを通してｎ＋形ソース領域１４４と電気的に接続されている。
【００６６】
ところで、本実施形態の赤外線センサの各画素２０では、ＭＯＳトランジスタ４０のソース電極１４８と感温素子４の上記他端側とが金属配線９ｂを介して電気的に接続され、感温素子４の上記一端側が金属配線９ａを介して基準バイアス線５０と電気的に接続されている。また、本実施形態の赤外線センサの各画素２０では、上述のようにＭＯＳトランジスタ４０のドレイン電極１４７が垂直読み出し線７０と電気的に接続され、ゲート電極１４６が当該ゲート電極１４６と連続一体に形成されたｎ形ポリシリコン配線からなる水平信号線６０と電気的に接続されている。また、各画素２０では、ＭＯＳトランジスタ４０のｐ＋＋形チャネルストッパ領域１４２上に金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなるグラウンド用電極１４９が形成されており、当該グラウンド用電極１４９が、当該ｐ＋＋形チャネルストッパ領域１４２をｎ＋形ドレイン領域１４３およびｎ＋形ソース領域１４４よりも低電位にバイアスして素子分離するための共通グラウンド線８０と電気的に接続されている。なお、グラウンド用電極１４９は、層間絶縁膜５に形成したコンタクトホールを通してｐ＋＋形チャネルストッパ領域１４２と電気的に接続されている。
【００６７】
以下、本実施形態の赤外線センサの製造方法について簡単に説明するが、実施形態１〜３にて説明した製造方法と同様の工程については説明を適宜省略する。
【００６８】
まず、シリコン基板１の主表面上に犠牲層２を形成する犠牲層形成工程を行った後、シリコン基板１の主表面側にメンブレン部３を形成するメンブレン部形成工程を行う。ここにおいて、メンブレン部形成工程では、シリコン基板１の主表面側にメンブレン部３の基礎となるシリコン窒化膜を形成した後、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当該シリコン窒化膜のうち熱型赤外線検出部３０の形成用領域Ａ１に対応する部分を残してＭＯＳトランジスタ４０の形成用領域Ａ２に対応する部分をエッチング除去する。
【００６９】
メンブレン部形成工程の後、シリコン基板１の主表面側にｐ＋形ウェル領域１４１を形成するウェル領域形成工程を行い、続いて、シリコン基板１の主表面側におけるｐ＋形ウェル領域１４１内にｐ＋＋形チャネルストッパ領域１４２を形成するチャネルストッパ領域形成工程を行い、その後、ｐ＋形ウェル領域１４１におけるｎ＋形ドレイン領域１４３およびｎ＋形ソース領域１４４それぞれの形成予定領域にｎ形不純物（例えば、リンなど）のイオン注入を行ってからドライブを行うことによりｎ＋形ドレイン領域１４３およびｎ＋形ソース領域１４４を形成するソース・ドレイン形成工程を行う。
【００７０】
上述のソース・ドレイン形成工程の後、シリコン基板１の主表面側に熱酸化によりシリコン酸化膜（熱酸化膜）からなるゲート絶縁膜１４５を形成するゲート絶縁膜形成工程を行い、続いて、実施形態１にて説明した第２のポリシリコン層形成工程を行い、その後、第２のポリシリコン層パターニング工程において、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第２のノンドープポリシリコン層のうちｎ形ポリシリコン層４１、ｐ形ポリシリコン層４２、ゲート電極１４６および水平信号線６０それぞれに対応する部分が残るようにパターニングする。続いて、ｐ形ポリシリコン層形成工程を行い、その後、ｎ形ポリシリコン層形成工程において、第２のノンドープポリシリコン層のうちｎ形ポリシリコン層４１、ゲート電極１４６および水平信号線６０に対応する部分にｎ形不純物（例えば、リンなど）のイオン注入を行ってからドライブを行うことによりｎ形ポリシリコン層４１、ゲート電極１４６および水平信号線６０を形成する。
【００７１】
上述のｐ形ポリシリコン層形成工程およびｎ形ポリシリコン層形成工程が終了した後、層間絶縁膜形成工程において、シリコン基板１の主表面側の全面に層間絶縁膜５を形成し、続いて、コンタクトホール形成工程において、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層間絶縁膜５に上記各コンタクトホールを形成する。
【００７２】
上述のコンタクトホール形成工程の後、金属膜形成工程において、シリコン基板１の主表面側の全面に各接続金属部４３，４４、各金属配線９ａ，９ｂ、ドレイン電極１４７、ソース電極１４８、基準バイアス線５０、垂直読み出し線７０、共通グラウンド線８０、および上記各パッドの基礎となる金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜）をスパッタ法などにより形成する。この金属膜形成工程の後、金属膜パターニング工程において、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金属膜をパターニングすることで各接続金属部４３，４３、各金属配線９ａ，９ｂ、ドレイン電極１４７、ソース電極１４８、基準バイアス線５０、垂直読み出し線７０、共通グラウンド線８０、および上記各パッドを形成する。
【００７３】
上述の金属膜パターニング工程の後、パッシベーション膜形成工程において、シリコン基板１の主表面側（つまり、層間絶縁膜５の表面側）にパッシベーション膜６をＣＶＤ法により形成する。
【００７４】
上述のパッシベーション膜形成工程の後、エッチングホール形成工程を行い、続いて、パッド用開口部形成工程にお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各パッドを露出させ、その後、凹所形成工程を行うことによって、図７に示す構造の赤外線センサを得る。
【００７５】
以上説明した本実施形態の赤外線センサの製造方法によれば、感温素子４とＭＯＳトランジスタ４０とを有する画素２０が２次元アレイ状に配列された構成を採用しながらも、実施形態１〜３と同様、低コストで感温素子４のレイアウトの自由度が高く信頼性の高い赤外線センサを提供することができる。
【００７６】
なお、上記各実施形態では、感温素子４としてサーモパイルを例示したが、感温素子４は、サーモパイルに限らず、例えば、抵抗ボロメータや、サーミスタ、ダイオード、焦電素子などでもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１  シリコン基板
２  犠牲層
３  メンブレン部
４  感温素子
５  層間絶縁膜
６  パッシベーション膜
７  エッチングホール
１１  四角錘状凹部
１２  凹所
４１  ｎ形ポリシリコン層
４２  ｐ形ポリシリコン層
４３  接続金属部
４４  接続金属部
Ｔ１  温接点
Ｔ２  冷接点
ＤＡ  凹所形成矩形領域
ＤＧ  対角線
ＶＳ  仮想形成領域
【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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