(57)【要約】【課題】信頼性の向上を図れるだけでなく感度の向上を図れる赤外線センサを提供する。【解決手段】赤外線吸収部３３を有する薄膜構造部３ａがベース基板１における掘込部１１の周部に支持され、薄膜構造部３ａおよびベース基板１の最表層側にパッシベーション膜６０が形成されている。掘込部１１を形成する際に用いるエッチャントに対する耐性を有し且つ平面視においてサーモパイル３０ａの複数の温接点Ｔ１が集中して設けられた領域を覆う形でパッシベーション膜６０上に形成され当該パッシベーション膜６０よりも熱伝導率の高い熱伝導性材料からなる第１の均熱層７１と、上記エッチャントに対する耐性を有し且つサーモパイル３０ａの複数の冷接点Ｔ２が集中して設けられた領域を覆う形でパッシベーション膜６０上に形成され上記熱伝導性材料からなる第２の均熱層７２とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線吸収部および赤外線吸収部の温度変化を検出するサーモパイルがシリコン基板を用いて形成されたベース基板の一表面側に設けられるとともに、ベース基板に赤外線吸収部を当該ベース基板から熱絶縁するための掘込部が形成され、ベース基板の前記一表面側で平面視において掘込部の内側に位置し前記赤外線吸収部を有する薄膜構造部がベース基板における掘込部の周部に支持されてなり、薄膜構造部およびベース基板の最表層側に両者に跨ってパッシベーション膜が形成されてなる赤外線センサであって、サーモパイルが、異種導電形の２つのポリシリコンエレメントを薄膜構造部において第１の接続金属部により接合することで形成された複数の温接点を有するとともに、異種導電形の２つのポリシリコンエレメントをベース基板における堀込部の周部において第２の接続金属部により接合することで形成された複数の冷接点を有し、掘込部を形成する際に用いるエッチャントに対する耐性を有し且つ平面視においてサーモパイルの複数の温接点が集中して設けられた領域を覆う形でパッシベーション膜上に形成され当該パッシベーション膜よりも熱伝導率の高い熱伝導性材料からなる第１の均熱層と、前記エッチャントに対する耐性を有し且つサーモパイルの複数の冷接点が集中して設けられた領域を覆う形でパッシベーション膜上に形成され前記熱伝導性材料からなる第２の均熱層とを備えることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項２】
前記各接続金属部の材料と前記熱伝導性材料とが同じであることを特徴とする請求項１記載の赤外線センサ。
【請求項３】
前記熱伝導性材料が金属材料であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の赤外線センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線センサ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する赤外線センサが各所で研究開発されている（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は、図２６に示すように、金黒などからなる赤外線吸収部３３’および赤外線吸収部３３’の温度変化を検出するサーモパイル３０ａ’がシリコン基板１ａ’を用いて形成されたベース基板１の一表面側に設けられるとともに、ベース基板１’に赤外線吸収部３３’を当該ベース基板１’から熱絶縁するための掘込部１１’が形成されており、ベース基板１’の上記一表面側で平面視において掘込部１１’の内側に位置し赤外線吸収部３３’を有する薄膜構造部３ａ’がベース基板１’における掘込部１１’の周部に支持されている。
【０００４】
ここにおいて、サーモパイル３０ａ’は、薄膜構造部３ａ’とベース基板１’とに跨って複数のポリシリコンエレメント１３４’が形成されており、薄膜構造部３ａ’において各ポリシリコンエレメント１３４’の一端部にＡｌなどからなる接続用金属部（導電体）１３６’を接続することで複数の温接点Ｔ１が形成され、ベース基板１’における掘込部１１’の周部において各ポリシリコンエレメント１３４’の他端部に接続用金属部１３６’を接続することで複数の冷接点Ｔ２が形成されている。
【０００５】
ここで、図２６に示した構成の赤外線センサは、シリコン基板１ａ’の一表面側に、シリコン酸化膜３１’と当該シリコン酸化膜３１’上のシリコン窒化膜３２’と当該シリコン窒化膜３２’上のシリコン酸化膜１３１’とで構成される熱絶縁層３３’が形成され、当該熱絶縁層３３’上に上述の各ポリシリコンエレメント１３４’が形成され、熱絶縁層３３’および各ポリシリコンエレメント１３４’を覆うようにシリコン酸化膜１５１’とＢＰＳＧ膜１５２’との積層膜からなる層間絶縁膜５０’が形成されており、上述の導体部１３６’が、層間絶縁膜５０’に形成されたコンタクトホールを通して各ポリシリコンエレメント１３４’と接続されている。
【０００６】
ところで、上記特許文献１には、上述の赤外線センサの製造方法として、堀込部１１’の形成にあたっては、図２７に示すように、掘込部１１’を形成する際に用いるエッチャントであるアルカリ系溶液（例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなど）に対する耐性を有する樹脂からなる２層構造の保護膜７５’を薄膜構造部３ａ’の最表層側のシリコン酸化膜６１’とシリコン窒化膜６２’との積層膜からなるパッシベーション膜６０’および赤外線吸収部３３’を覆うように形成してから、シリコン基板１ａ’において掘込部１１’に対応する部位を上記エッチャントにより異方性エッチングするようにし、掘込部１１’の形成後に保護膜７５’を除去するようにした製造方法が記載されている。
【０００７】
上記特許文献１の赤外線センサの製造方法によれば、薄膜構造部３ａ’の最表層側のパッシベーション膜６０’および赤外線吸収部３３’を覆う保護膜７５’を形成してから、掘込部１１’を形成するので、例えば、温接点Ｔ１や冷接点Ｔ２での段差などに起因して、パッシベーション膜６０’および層間絶縁膜５０’にパッシベーション膜６０’の表面から深さ方向へ走るクラックやピンホールなどが形成されていても、ベース基板１’に掘込部１１’を形成する際のエッチャントによりサーモパイル３０ａ’が浸食されるのを防止することが可能となる。ここにおいて、上述の熱絶縁層３３’のシリコン窒化膜３２’は、掘込部１１’の形成時に薄膜構造部３ａ’の裏面側からエッチャントが浸入してサーモパイル３０ａ’に到達するのを防止する機能も有している。
【０００８】
なお、図２６に示した構成の赤外線センサは、サーモパイル３０ａ’がベース基板１’の上記一表面側に１個だけ設けられたものであるが、サーモパイル３０ａ’を含む画素部を２次元アレイ状に配列したものや、２次元アレイ状に配列される各画素部それぞれに、サーモパイル３０ａ’および当該サーモパイル３０ａ’の出力を読み出すための画素選択用スイッチング素子であるＭＯＳトランジスタを備えた構造のものも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−３０２２８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上記特許文献１に開示された赤外線センサの製造方法によれば、堀込部１１’を形成する際に用いる上記エッチャントによりサーモパイル３０ａ’が浸食されるのを防止することできるので、製造歩留まりの向上を図れるとともに信頼性の向上を図れる。
【００１１】
しかしながら、このような製造方法により製造される赤外線センサにおいても、より一層の高感度化が望まれている。なお、図２６に示した構成の赤外線センサでは、薄膜構造部３ａ’の厚み寸法を小さくすることで薄膜構造部３ａ’の熱容量を低減して応答速度の高速化を図ることが考えられるが、層間絶縁膜５０’やパッシベーション膜６０’の膜厚を小さくすると、感度が低下してしまうとともに、パッシベーション膜６０’および層間絶縁膜５０’にクラックやピンホールが発生しやすくなるとともに、薄膜構造部３ａ’に反りが発生しやすくなり、当該反りに起因した感度低下が起こったり、信頼性や製造歩留まりが低下してしまう恐れがある。
【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、信頼性の向上を図れるだけでなく感度の向上を図れる赤外線センサ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、赤外線吸収部および赤外線吸収部の温度変化を検出するサーモパイルがシリコン基板を用いて形成されたベース基板の一表面側に設けられるとともに、ベース基板に赤外線吸収部を当該ベース基板から熱絶縁するための掘込部が形成され、ベース基板の前記一表面側で平面視において掘込部の内側に位置し前記赤外線吸収部を有する薄膜構造部がベース基板における掘込部の周部に支持されてなり、薄膜構造部およびベース基板の最表層側に両者に跨ってパッシベーション膜が形成されてなる赤外線センサであって、サーモパイルが、異種導電形の２つのポリシリコンエレメントを薄膜構造部において第１の接続金属部により接合することで形成された複数の温接点を有するとともに、異種導電形の２つのポリシリコンエレメントをベース基板における堀込部の周部において第２の接続金属部により接合することで形成された複数の冷接点を有し、掘込部を形成する際に用いるエッチャントに対する耐性を有し且つ平面視においてサーモパイルの複数の温接点が集中して設けられた領域を覆う形でパッシベーション膜上に形成され当該パッシベーション膜よりも熱伝導率の高い熱伝導性材料からなる第１の均熱層と、前記エッチャントに対する耐性を有し且つサーモパイルの複数の冷接点が集中して設けられた領域を覆う形でパッシベーション膜上に形成され前記熱伝導性材料からなる第２の均熱層とを備えることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、掘込部を形成する際に用いるエッチャントに対する耐性を有し且つ平面視においてサーモパイルの複数の温接点が集中して設けられた領域を覆う形でパッシベーション膜上に形成され当該パッシベーション膜よりも熱伝導率の高い熱伝導性材料からなる第１の均熱層と、前記エッチャントに対する耐性を有し且つサーモパイルの複数の冷接点が集中して設けられた領域を覆う形でパッシベーション膜上に形成され前記熱伝導性材料からなる第２の均熱層とを備えているので、仮に温接点や冷接点での段差などに起因してパッシベーション膜にクラックやピンホールが形成されていたとしてもクラックやピンホールが第１の均熱層および第２の均熱層により覆われるので、製造時に掘込部を形成する際に用いるエッチャントによりサーモパイルが浸食されるのを防止することができて信頼性を向上でき、しかも、使用時には、第１の均熱層により複数の温接点の温度を均一化できるとともに、第２の均熱層により複数の冷接点の温度の均一化を図れるから、感度の向上を図れる。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記各接続金属部の材料と前記熱伝導性材料とが同じであることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、前記各接続金属部の材料と前記熱伝導性材料との熱膨張率が等しくなるから、温度変化に伴う前記薄膜構造部の膨張収縮により前記薄膜構造部に発生する応力を緩和することが可能となる。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記熱伝導性材料がＡｌ−Ｓｉであることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、前記第１の均熱層および前記第２の均熱層の加工が容易である。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明は、信頼性の向上を図れるだけでなく感度の向上を図れるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態の赤外線センサにおける画素部の要部の平面レイアウト図である。
【図２】同上の赤外線センサにおける画素部の要部の平面レイアウト図である。
【図３】同上の赤外線センサにおける画素部の平面レイアウト図である。
【図４】同上の赤外線センサにおける画素部の平面レイアウト図である。
【図５】同上の赤外線センサの平面レイアウト図である。
【図６】同上の赤外線センサにおける画素部の要部を示し、（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である。
【図７】同上の赤外線センサにおける画素部の要部を示し、（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である。
【図８】同上の赤外線センサにおける冷接点を含む要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は概略断面図である。
【図９】同上の赤外線センサにおける温接点を含む要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は概略断面図である。
【図１０】同上の赤外線センサにおける画素部の要部の概略断面図である。
【図１１】同上の赤外線センサにおける画素部の要部の概略断面図である。
【図１２】同上の赤外線センサの要部説明図である。
【図１３】同上の赤外線センサの等価回路図である。
【図１４】同上の赤外線センサを備えた赤外線モジュールの概略断面図である。
【図１５】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。
【図１６】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。
【図１７】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。
【図１８】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。
【図１９】同上の赤外線センサの他の構成例における画素部の概略断面図である。
【図２０】同上の赤外線センサの他の構成例における画素部の概略断面図である。
【図２１】同上の赤外線センサの他の構成例における画素部の概略断面図である。
【図２２】同上の赤外線センサの他の構成例における画素部の平面レイアウト図である。
【図２３】同上の赤外線センサの他の構成例における画素部の平面レイアウト図である。
【図２４】同上の赤外線センサの他の構成例における画素部の平面レイアウト図である。
【図２５】同上の赤外線センサの画素部の平面レイアウト図の要部拡大図である。
【図２６】従来例の赤外線センサを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は一部破断した要部平面図、（ｃ）は要部概略断面図である。
【図２７】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】
【００２１】
（実施形態１）
以下、図１〜図１３に基づいて本実施形態の赤外線センサＡを説明する。
【００２２】
本実施形態の赤外線センサＡは、赤外線アレイセンサであって、熱型赤外線検出部３と画素選択用スイッチング素子であるＭＯＳトランジスタ４とを有する複数の画素部２（図５参照）がベース基板１の一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。ここで、ベース基板１は、シリコン基板１ａを用いて形成されている。本実施形態では、１つのベース基板１の上記一表面側にｍ×ｎ個（図５および図１３に示した例では、８×８個）の画素部２が形成されているが、画素部２の数や配列は特に限定するものではない。また、本実施形態では、熱型赤外線検出部３の感温部３０が、複数個（ここでは、６個）のサーモパイル３０ａ（図３参照）を直列接続することにより構成されており、図１３では、熱型赤外線検出部３における感温部３０の等価回路を、当該感温部３０の熱起電力に対応する電圧源Ｖｓで表してある。
【００２３】
また、本実施形態の赤外線センサＡは、図３、図６および図１３に示すように、各列の複数の熱型赤外線検出部３の感温部３０の一端が上述のＭＯＳトランジスタ４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７と、各行の熱型赤外線検出部３の感温部３０に対応するＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６が各行ごとに共通接続された複数の水平信号線６と、各列のＭＯＳトランジスタ４のｐ＋形ウェル領域４１が各列ごとに共通接続された複数のグラウンド線８と、各グラウンド線８が共通接続された共通グラウンド線９と、各列の複数個の熱型赤外線検出部３の感温部３０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５とを備えており、全ての熱型赤外線検出部３の感温部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。要するに、本実施形態の赤外線センサＡは、ベース基板１の上記一表面側に熱型赤外線検出部３と当該熱型赤外線検出部３に並設され当該熱型赤外線検出部３の出力を読み出すためのＭＯＳトランジスタ４とを有する複数の画素部２が形成されている。
【００２４】
ここで、ＭＯＳトランジスタ４は、ゲート電極４６が水平信号線６に接続され、ソース電極４８が感温部３０を介して基準バイアス線５に接続され、各基準バイアス線５が共通基準バイアス線５ａに共通接続され、ドレイン電極４７が垂直読み出し線７に接続されており、各水平信号線６それぞれが各別の画素選択用パッドＶselに電気的に接続され、各垂直読み出し線７それぞれが各別の出力用パッドＶoutに電気的に接続され、共通グラウンド線９がグラウンド用パッドＧndに電気的に接続され、共通基準バイアス線５ａが基準バイアス用パッドＶrefと電気的に接続され、シリコン基板１ａが基板用パッドＶddに電気的に接続されている。
【００２５】
しかして、ＭＯＳトランジスタ４が順次オン状態になるように各画素選択用パッドＶselの電位を制御することで各画素２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Ｖrefの電位を１．６５、グラウンド用パッドＧndの電位を０Ｖ、基板用パッドＶddの電位を５Ｖとしておき、画素選択用パッドＶselの電位を５Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオンとなり、出力用パッドＶoutから画素２の出力電圧（１．６５Ｖ＋感温部３０の出力電圧）が読み出され、画素選択用パッドＶselの電位を０Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオフとなり、出力用パッドＶoutから画素２の出力電圧は読み出されない。なお、図５では、画素選択用パッドＶsel、基準バイアス用パッドＶref、グラウンド用パッドＧnd、出力用パッドＶoutなどを区別せずに全てパッド８０として図示してある。
【００２６】
ここで、図１４に示すように、赤外線センサＡと、当該赤外線センサＡの出力信号である出力電圧を信号処理する信号処理ＩＣチップＢと、赤外線センサＡおよび信号処理ＩＣチップＢが収納されたパッケージＣとを備えた赤外線センサモジュールを構成する場合、信号処理ＩＣチップＢには、赤外線センサＡの各パッド８０それぞれがボンディングワイヤからなる配線８１を介して各別に電気的に接続される複数のパッド（図示せず）、これらのパッドのうち赤外線センサＡの出力用パッドＶoutに接続されているパッド（以下、入力用パッドと称する）の出力電圧を増幅する増幅回路（図示せず）、複数の入力用パッドの出力電圧を択一的に上記増幅回路に入力するマルチプレクサなどを設ければ、赤外線画像を得ることができる。
【００２７】
上述のパッケージＣは、一面が開口した矩形箱状に形成され内底面側に赤外線センサＡおよび信号処理ＩＣチップＢ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９０と、赤外線センサＡへ赤外線を収束するレンズ１１０を備えパッケージ本体９０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１００とで構成されており、パッケージ本体９０とパッケージ蓋１００とで囲まれた気密空間をドライ窒素雰囲気としてある。ここで、パッケージ蓋１００の周部は、パッケージ本体９０の上記一面上に形成された矩形枠状の金属パターン（図示せず）にシーム溶接により固着されている。なお、パッケージ本体９０は、多層セラミック基板に限らず、例えば、ガラスエポキシ樹脂基板を積層したものを用いてもよい。
【００２８】
ここおいて、パッケージ本体９０の内面には、シールド用導体パターン９２が形成されており、赤外線センサＡおよび信号処理ＩＣチップは、パッケージ本体９０のシールド用導体パターン９２に導電性接合材料（例えば、半田や銀ペーストなど）からなる接合層９５，９５を介して接合されている。なお、赤外線センサＡおよび信号処理ＩＣチップＢとパッケージ本体９０との接合方法は、半田や銀ペーストなどの導電性接合材料を用いた接合法に限らず、例えば、常温接合法や、例えば、Ａｕ−Ｓｎ共晶もしくはＡｕ−Ｓｉ共晶を利用した接合法などを採用してもよい。ただし、常温接合法などの直接接合が可能な接合法の方が、導電性接合材料を用いた接合法に比べて、赤外線センサ５とレンズ１１０との距離精度を向上させる上では有利である。
【００２９】
上述のレンズ１１０の材料は赤外線透過材料の一種であるＳｉであり、当該レンズ１１０は、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。また、レンズ１１０は、パッケージ蓋１００の開口窓１０１を閉塞するようにパッケージ蓋１００における開口窓１０１の周部に導電性接着剤（例えば、半田、銀ペーストなどなど）により接着されており、パッケージ本体９０のシールド用導体パターン９２に電気的に接続されている。したがって、上述の赤外線センサモジュールでは、外来の電磁ノイズに起因したＳ／Ｎ比の低下を防止することができる。なお、レンズ１１０には、必要に応じて、屈折率の異なる複数種類の薄膜を交互に積層することにより形成される適宜の赤外線光学フィルタ部（バンドパスフィルタ部、広帯域遮断フィルタ部など）を設けるようにしてもよい。
【００３０】
また、上述の赤外線センサモジュールでは、赤外線センサＡのベース基板１は、外周形状が矩形状であり、赤外線センサＡの全てのパッド８０がベース基板１の外周縁の一辺に沿って並設され、信号処理ＩＣチップＢは、外周形状が矩形状であり、赤外線センサＡの各パッド８０に電気的に接続される上記各パッドが信号処理ＩＣチップＢの外周縁の一辺に沿って並設されており、赤外線センサＡのベース基板１と信号処理ＩＣチップＢとの上記一辺同士が他の辺同士に比べて近くなるように赤外線センサＡおよび信号処理ＩＣチップＢが配置されているので、赤外線センサＡの各パッド８０と信号処理ＩＣチップＢの上記各パッドとを接続する配線８１を短くでき、外来ノイズの影響を低減できるから、耐ノイズ性が向上する。
【００３１】
以下、熱型赤外線検出部３およびＭＯＳトランジスタ４それぞれの構造について説明する。なお、本実施形態では、上述のシリコン基板１ａとして、導電形がｎ形で上記一表面が（１００）面の単結晶シリコン基板を用いている。
【００３２】
熱型赤外線検出部３は、シリコン基板１ａの上記一表面側の各画素部２それぞれにおける熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１に形成されており、ＭＯＳトランジスタ４は、シリコン基板１ａの上記一表面側の各画素部２それぞれにおけるＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２に形成されている。
【００３３】
ところで、各画素部２は、赤外線を吸収する赤外線吸収部３３（図１および図６（ｂ）参照）を備えており、各画素部２では、ベース基板１に赤外線吸収部３３を当該ベース基板１から熱絶縁するための掘込部１１が形成され、ベース基板１の上記一表面側で平面視において掘込部１１の内側に赤外線吸収部３３を有し掘込部１１を覆う薄膜構造部３ａが形成されている。また、各画素部２では、薄膜構造部３ａが複数の線状のスリット１３により掘込部の周方向に沿って並設されそれぞれベース基板１における掘込部１１の周部から内方へ延長された複数（図３に示した例では、６つ）の小薄膜構造部３ａａに分離され、各小薄膜構造部３ａａごとにサーモパイル３０ａが設けられるとともに、各サーモパイル３０ａごとに出力を取り出す場合に比べて温度変化に対する出力変化が大きくなるように全てのサーモパイル３０ａが直列接続されており、隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結する連結片３ｃが形成されている。以下では、赤外線吸収部３３のうち各小薄膜構造部３ａａそれぞれに対応して分割された各部位を分割赤外線吸収部３３ａと称する。
【００３４】
なお、必ずしも、薄膜構造部３ａに形成された複数のサーモパイル３０ａの全て、上述の例では、６つ全てのサーモパイル３０ａを直列接続する必要はなく、例えば、それぞれ３個のサーモパイル３０ａの直列回路を並列接続するようにしてもよく、この場合には、６つ全てのサーモパイル３０ａが並列接続されている場合や各サーモパイル３０ａごとに出力を取り出す場合に比べて感度を高めることができ、また、６つ全てのサーモパイル３０ａが直列接続されている場合に比べて、感温部３０の電気抵抗を低くできて熱雑音が低減されるから、Ｓ／Ｎ比が向上する。
【００３５】
ここで、画素部２では、小薄膜構造部３ａａごとに、ベース基板１と分割赤外線吸収部３３ａとを連結する２つの平面視短冊状のブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂが掘込部１１の周方向に離間して形成されており、当該２つのブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂと分割赤外線吸収部３３ａとを空間的に分離し掘込部１１に連通する平面視コ字状のスリット１４が形成されている。ここにおいて、ベース基板１のうち平面視において薄膜構造部３ａを囲む部位は矩形枠状の形状となっている。なお、ブリッジ部３ｂｂは、赤外線吸収部３３およびベース基板１それぞれとの連結部位以外の部分が上述の各スリット１３，１４により分割赤外線吸収部３３ａおよびベース基板１と空間的に分離されている。ここで、小薄膜構造部３ａａのベース基板１からの延長方向の寸法を９３μｍ、小薄膜構造部３ａａの延長方向に直交する幅方向の寸法を７５μｍ、各ブリッジ部３ｂｂの幅寸法を２３μｍ、各スリット１３，１４の幅を５μｍに設定してあるが、これらの値は一例であって特に限定するものではない。
【００３６】
上述の薄膜構造部３ａは、シリコン基板１ａの上記一表面側に形成されたシリコン酸化膜１ｂと、当該シリコン酸化膜１ｂ上に形成されたシリコン窒化膜３２と、当該シリコン窒化膜３２上に形成された感温部３０と、シリコン窒化膜３２の表面側で感温部３０を覆うように形成されたＢＰＳＧ膜からなる層間絶縁膜５０と、層間絶縁膜５０上に形成されたＰＳＧ膜と当該ＰＳＧ膜上に形成されたＮＳＧ膜との積層膜からなるパッシベーション膜６０との積層構造部をパターニングすることにより形成されている。
【００３７】
本実施形態では、シリコン窒化膜３２のうち薄膜構造部３ａのブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂ以外の部位が上述の赤外線吸収部３３を構成し、シリコン基板１ａとシリコン酸化膜１ｂとシリコン窒化膜３２と層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０とでベース基板１を構成している。また、本実施形態では、層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０との積層膜が、熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１とＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２とに跨って形成されているが、熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１に形成された部分が赤外線吸収膜７０（図６（ｂ）参照）を兼ねている。ここで、赤外線吸収膜７０の屈折率をｎ２、検出対象の赤外線の中心波長をλとするとき、赤外線吸収膜７０の厚さｔ２をλ／４ｎ２に設定するようにしているので、検出対象の波長（例えば、８〜１２μｍ）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。例えば、ｎ２＝１．４、λ＝１０μｍの場合には、ｔ２≒１．８μｍとすればよい。なお、本実施形態では、層間絶縁膜５０の膜厚を０．８μｍ、パッシベーション膜６０の膜厚を１μｍ（ＰＳＧ膜の膜厚を０．５μｍ、ＮＳＧ膜の膜厚を０．５μｍ）としてある。また、赤外線吸収膜７０は、上述の構成に限らず、例えば、シリコン窒化膜により構成してもよい。
【００３８】
また、各画素部２では、掘込部１１の内周形状が矩形状であり、連結片３ｃは、平面視十字状に形成されており、小薄膜構造部３ａａの延長方向に交差する斜め方向において隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士、小薄膜構造部３ａａの延長方向において隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士、小薄膜構造部３ａａの延長方向に直交する方向において隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結している。
【００３９】
サーモパイル３０ａは、シリコン窒化膜３２上に形成され小薄膜構造部３ａａとベース基板１とに跨って形成された細長のｎ形ポリシリコン層（ｎ形のポリシリコンエレメント）３４と細長のｐ形ポリシリコン層（ｐ形のポリシリコンエレメント）３５との一端部同士を分割赤外線吸収部３３ａの赤外線入射面側で金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる第１の接続金属部３６により電気的に接続した複数個（図３に示した例では、９個）の熱電対を有しており、ベース基板１の上記一表面側で互いに隣り合う熱電対のｎ形ポリシリコン層３４の他端部とｐ形ポリシリコン層３５の他端部とが金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる第２の接続金属部３７により接合され電気的に接続されている。ここで、サーモパイル３０ａは、ｎ形ポリシリコン層３４の上記一端部とｐ形ポリシリコン層３５の上記一端部と第１の接続金属部３６とで分割赤外線吸収部３３ａ側の温接点Ｔ１を構成し、ｎ形ポリシリコン層３４の上記他端部とｐ形ポリシリコン層３５の上記他端部と第２の接続金属部３７とでベース基板１側の冷接点Ｔ２を構成している。
【００４０】
ここにおいて、本実施形態の赤外線センサＡでは、上述の掘込部１１の形状が四角錘状であり、平面視における中央部の方が周部に比べて深さ寸法が大きくなっているので、薄膜構造部３ａの中央部に温接点が集まるように各画素部２におけるサーモパイル３０ａの平面レイアウトを設計してある。すなわち、図３の上下方向における真ん中の２つの画素部２では、図１および図３に示すように、３つの小薄膜構造部３ａの並設方向に沿って接続部３６を並べて配置してあるのに対し、当該上下方向における上側の２つの画素部２では、図２および図３に示すように、３つの小薄膜構造部３ａａの並設方向において真ん中の小薄膜構造部３ａａに近い側に温接点Ｔ１を集中して配置してあり、当該上下方向における下側の２つの画素部２では、図３に示すように、３つの小薄膜構造部３ａａの並設方向において真ん中の小薄膜構造部３ａａに近い側に温接点Ｔ１を集中して配置してある。しかして、本実施形態の赤外線センサＡでは、図３の上下方向における上側、下側の小薄膜構造部３ａａの複数の温接点Ｔ１の配置が、真ん中の小薄膜構造部３ａａの複数の温接点Ｔ１の配置と同じである場合に比べて、温接点Ｔ１の温度変化を大きくできるので、感度を向上できる。
【００４１】
また、小薄膜構造部３ａａは、シリコン窒化膜３２の赤外線入射面側においてサーモパイル３０ａを形成していない領域に、小薄膜構造部３ａａの反りを抑制するとともに赤外線を吸収するｎ形ポリシリコン層からなる赤外線吸収層３９（図３、図６および図１０参照）が形成されている。また、隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結する連結片３ｃには、当該連結片３ｃを補強するｎ形ポリシリコン層からなる補強層３９ｂ（図７参照）が設けられている。ここで、補強層３９ｂは、赤外線吸収層３９と連続一体に形成されている。しかして、本実施形態の赤外線センサＡでは、連結片３ｃが補強層３９ｂにより補強されているので、使用中の外部の温度変化や衝撃に起因して発生する応力による破損を防止でき、また、製造時の破損を低減でき、製造歩留まりの向上を図れる。なお、本実施形態では、図７に示す連結片３ｃの連結片３ｃの長さ寸法Ｌ１を２４μｍ、幅寸法Ｌ２を５μｍ、補強層３９ｂの幅寸法Ｌ３を１μｍに設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。ただし、本実施形態のようにベース基板１がシリコン基板１ａを用いて形成され、補強層３９ｂがｎ形ポリシリコン層により形成される場合には、掘込部１１の形成時に補強層３９ｂがエッチングされるのを防止するために、補強層３９ｂの幅寸法は、連結片３ｃの幅寸法よりも小さく設定し、平面視において補強層３９ｂの両側縁が連結片３ｃの両側縁よりも内側に位置する必要がある。
【００４２】
また、本実施形態の赤外線センサＡは、図７および図１２（ｂ）に示すように、連結片３ｃの両側縁と小薄膜構造部３ａａの側縁との間にそれぞれ面取り部３ｄ，３ｄが形成され、十字状の連結片３ｃの略直交する側縁間にも面取り部３ｅが形成されている。しかして、本実施形態の赤外線センサＡでは、図１２（ａ）に示すように面取り部が形成されていない場合に比べて連結片３ｃと小薄膜構造部３ａａとの連結部位での応力集中を緩和でき、製造時に発生する残留応力を低減できるとともに製造時の破損を低減でき、製造歩留まりの向上を図れる。また、使用中の外部の温度変化や衝撃に起因して発生する応力による破損を防止できる。なお、図７に示した例では、各面取り部３ｄ，３ｅをＲが３μｍのＲ面取り部としてあるが、Ｒ面取り部に限らず、例えば、Ｃ面取り部としてもよい。
【００４３】
また、本実施形態の赤外線センサＡは、各画素部２に、ベース基板１と一方のブリッジ部３ｂｂと分割赤外線吸収部３３ａと他方のブリッジ部３ｂｂとベース基板１とに跨るように引き回されたｎ形ポリシリコン層からなる故障診断用配線１３９を設けて、全ての故障診断用配線１３９を直列接続してある。しかして、ｍ×ｎ個の故障診断用配線１３９の直列回路へ通電することで、ブリッジ部３ｂｂの折れなどの破損の有無を検出することができる。
【００４４】
上述の赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび故障診断用配線１３９は、ｎ形ポリシリコン層３４と同じｎ形不純物（例えば、リンなど）を同じ不純物濃度（例えば、１０１８〜１０２０ｃｍ−３）で含んでおり、ｎ形ポリシリコン層３４に同時に形成されている。また、ｐ形ポリシリコン層３５のｐ形不純物として例えばボロンを採用すればよく、不純物濃度を例えば１０１８〜１０２０ｃｍ−３程度の範囲で適宜設定すればよい。本実施形態では、ｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５それぞれの不純物濃度が１０１８〜１０２０ｃｍ−３であり、熱電対の抵抗値を低減でき、Ｓ／Ｎ比の向上を図れる。なお、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび故障診断用配線１３９は、ｎ形ポリシリコン層３４と同じｎ形不純物を同じ不純物濃度でドーピングしてあるが、これに限らず、例えば、ｐ形ポリシリコン層３５と同じ不純物を同じ不純物濃度でドーピングするようにしてもよい。
【００４５】
ところで、本実施形態では、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび故障診断用配線１３９の屈折率をｎ１、検出対象の赤外線の中心波長をλとするとき、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび故障診断用配線１３９それぞれの厚さｔ１をλ／４ｎ１に設定するようにしているので、検出対象の波長（例えば、８〜１２μｍ）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。例えば、ｎ１＝３．６、λ＝１０μｍの場合には、ｔ１≒０．６９μｍとすればよい。
【００４６】
また、本実施形態では、ｎ形ポリシリコン層２４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび故障診断用配線１３９それぞれの不純物濃度が１０１８〜１０２０ｃｍ−３であるので、赤外線の吸収率を高くしつつ赤外線の反射を抑制することができて、感温部３０の出力のＳ／Ｎ比を高めることができ、また、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび故障診断用配線１３９をｎ形ポリシリコン層３４と同一工程で形成できるから、低コスト化を図れる。
【００４７】
ここで、感温部３０の第１の接続金属部３６と第２の接続金属部３７とは、ベース基板１の上記一表面側において上述の層間絶縁膜５０により絶縁分離されている（図８および図９参照）。すなわち、温接点Ｔ１側の第１の接続金属部３６は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ａ１，５０ａ２を通して両ポリシリコン層３４，３５の上記各一端部と電気的に接続され、冷接点Ｔ２側の第２の接続金属部３７は、層間絶縁膜５０に形成されたコンタクトホール５０ａ３，５０ａ４を通して両ポリシリコン層３４，３５の上記各他端部と電気的に接続されている。
【００４８】
上述の説明から分かるように、本実施形態の赤外線センサＡは、薄膜構造部３ａおよびベース基板１の最表層側に薄膜構造部３ａとベース基板１との両者に跨ってパッシベーション膜６０が形成されており、サーモパイル３０ａが、異種導電形であるｎ形ポリシリコン層（ｎ形のポリシリコンエレメント）３４とｐ形ポリシリコン層（ｐ形のポリシリコンエレメント）３５とを薄膜構造部３ａにおいて第１の接続金属部３６により接合することで形成された複数の温接点Ｔ１を有するとともに、異種導電形であるｎ形ポリシリコン層（ｎ形のポリシリコンエレメント）３４とｐ形ポリシリコン層（ｐ形のポリシリコンエレメント）３５をベース基板１における堀込部１１の周部において第２の接続金属部３７により接合することで形成された複数の冷接点Ｔ２を有している。
【００４９】
ここで、本実施形態の赤外線センサＡは、掘込部１１を形成する際に用いる後述のエッチャント（例えば、ＴＭＡＨ溶液など）に対する耐性を有し且つ平面視においてサーモパイル３０ａの複数の温接点Ｔ１が集中して設けられた領域（本実施形態では、各小薄膜構造部３０ａａそれぞれにおいて全ての温接点Ｔ１が集中して設けられた領域）を覆う形でパッシベーション膜６０上に形成され当該パッシベーション膜６０よりも熱伝導率の高い熱伝導性材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなどの金属材料）からなる第１の均熱層７１（図１、図２、図６および図９）と、上記エッチャントに対する耐性を有し且つサーモパイル３０ａの複数の冷接点Ｔ２が集中して設けられた領域（本実施形態では、各小薄膜構造部３０ａａそれぞれの側方において全ての冷接点Ｔ２が集中して設けられた領域）を覆う形でパッシベーション膜６０上に形成され上記熱伝導性材料からなる第２の均熱層７２（図１、図２、図６および図８）とを備えている。
【００５０】
また、ＭＯＳトランジスタ４は、上述のように、シリコン基板１ａの上記一表面側における各画素部２それぞれにおけるＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２に形成されている。ここで、ＭＯＳトランジスタ４は、図６および図１１に示すように、シリコン基板１ａの上記一表面側にｐ＋形ウェル領域４１が形成され、ｐ＋形ウェル領域４１内に、ｎ＋形ドレイン領域４３とｎ＋形ソース領域４４とが離間して形成されている。また、ｐ＋形ウェル領域４１内には、ｎ＋形ドレイン領域４３とｎ＋形ソース領域４４とを囲むｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２が形成されている。また、ｐ＋形ウェル領域４１においてｎ＋形ドレイン領域４３とｎ＋形ソース領域４４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４５を介してｎ形ポリシリコン層からなるゲート電極４６が形成されている。また、ｎ＋形ドレイン領域４３上には金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなるドレイン電極４７が形成され、ｎ＋形ソース領域４４上には金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなるソース電極４８が形成されている。ここで、ゲート電極４６、ドレイン電極４７およびソース電極４８は、上述の層間絶縁膜５０により絶縁分離されている。すなわち、ドレイン電極４７は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ｄを通してｎ＋形ドレイン領域４３と電気的に接続され、ソース電極４８は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ｅを通してｎ＋形ソース領域４４と電気的に接続されている。
【００５１】
ところで、本実施形態の赤外線センサＡの各画素部２では、ＭＯＳトランジスタ４のソース電極４８と感温部３０の一端とが電気的に接続され、感温部３０の他端が基準バイアス線５に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Ａの各画素部２では、ＭＯＳトランジスタ４のドレイン電極４７が垂直読み出し線７と電気的に接続され、ゲート電極４６が当該ゲート電極４６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６と電気的に接続されている。また、各画素部２では、ＭＯＳトランジスタ４のｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２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４９が形成されており、当該グラウンド用電極４９が、当該ｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２をｎ＋形ドレイン領域４３およびｎ＋形ソース領域４４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８と電気的に接続されている。なお、グラウンド用電極４９は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ｆを通してｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２と電気的に接続されている。また、パッシベーション膜６０上には、平面視においてＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６、ドレイン電極４７、ソース電極４８、およびグラウンド用電極４９が設けられた領域を覆う形でパッシベーション膜６０上に上記熱伝導性材料からなる保護金属層７３（図６および図１１）が形成されている。
【００５２】
以下、本実施形態の赤外線センサＡの製造方法について図１５〜図１８を参照しながら簡説明する。
【００５３】
まず、シリコン基板１ａの上記一表面側に第１の所定膜厚（例えば、０．３μｍ）の第１のシリコン酸化膜３１と第２の所定膜厚（例えば、０．１μｍ）のシリコン窒化膜３２との積層膜からなる絶縁層を形成する絶縁層形成工程を行い、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当該絶縁層のうち熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１に対応する部分の一部を残してＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２に対応する部分をエッチング除去する絶縁層パターニング工程を行うことによって、図１５（ａ）に示す構造を得る。ここにおいて、シリコン酸化膜３１は、シリコン基板１ａを所定温度（例えば、１１００℃）で熱酸化することにより形成し、シリコン窒化膜３２は、ＬＰＣＶＤ法により形成している。
【００５４】
上述の絶縁層パターニング工程の後、シリコン基板１ａの上記一表面側にｐ＋形ウェル領域４１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の上記一表面側におけるｐ＋形ウェル領域４１内にｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２を形成するチャネルストッパ領域形成工程を行うことによって、図１５（ｂ）に示す構造を得る。ここで、ウェル領域形成工程では、シリコン基板１ａの上記一表面側の露出部位を所定温度で熱酸化することにより第２のシリコン酸化膜（熱酸化膜）５１を選択的に形成し、その後、ｐ＋形ウェル領域４１を形成するためのマスクを利用した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酸化膜５１をパターニングし、続いて、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、ドライブインを行うことにより、ｐ＋形ウェル領域４１を形成する。また、チャネルストッパ領域形成工程では、シリコン基板１ａの上記一表面側を所定温度で熱酸化することにより第３のシリコン酸化膜（熱酸化膜）５２を選択的に形成し、その後、ｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２を形成するためのマスクを利用した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３のシリコン酸化膜５２をパターニングし、続いて、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、ドライブインを行うことにより、ｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２を形成する。なお、第１のシリコン酸化膜３１と第２のシリコン酸化膜５１と第３のシリコン酸化膜５２とでシリコン基板１ａの上記一表面側のシリコン酸化膜１ｂを構成している。
【００５５】
上述のチャネルストッパ領域形成工程の後、ｐ＋形ウェル領域４１におけるｎ＋形ドレイン領域４３およびｎ＋形ソース領域４４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４３およびｎ＋形ソース領域４４を形成するソース・ドレイン形成工程を行い、当該ソース・ドレイン形成工程の後、シリコン基板１ａの上記一表面側に熱酸化により所定膜厚（例えば、６００Å）のシリコン酸化膜（熱酸化膜）からなるゲート絶縁膜４５を形成するゲート絶縁膜形成工程を行い、続いて、シリコン基板１ａの上記一表面側の全面にゲート電極４６、水平信号線６（図３参照）、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび故障診断用配線１３９の基礎となる所定膜厚（例えば、０．６９μｍ）のノンドープポリシリコン層をＬＰＣＶＤ法により形成する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上記ノンドープポリシリコン層のうちゲート電極４６、水平信号線６、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび故障診断用配線１３９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ポリシリコン層パターニング工程を行い、続いて、上記ノンドープポリシリコン層のうちｐ形ポリシリコン層３５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ｐ形ポリシリコン層３５を形成するｐ形ポリシリコン層形成工程を行い、その後、上記ノンドープポリシリコン層のうちｎ形ポリシリコン層３４、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂ、故障診断用配線１３９、ゲート電極４６および水平信号線６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３４、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂ、故障診断用配線１３９、ゲート電極４６および水平信号線６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１６（ａ）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。
【００５６】
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１ａの上記一表面側に層間絶縁膜５０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５０に上記各コンタクトホール５０ａ１，５０ａ２，５０ａ３，５０ａ４，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ（図８、図９および図１１参照）を形成するコンタクトホール形成工程を行うことによって、図１６（ｂ）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１ａの上記一表面側に所定膜厚（例えば、０．８μｍ）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５０を形成する。
【００５７】
上述のコンタクトホール形成工程の後、シリコン基板１ａの上記一表面側の全面に第１の接続金属部３６、第２の接続金属部３７、ドレイン電極４７、ソース電極４８、基準バイアス線５、垂直読み出し線７、グラウンド線８、共通グラウンド線９および各パッドＶout，Ｖsel，Ｖref，Ｖdd，Ｇndなど（図１３参照）の基礎となる所定膜厚（例えば、２μｍ）の金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜）をスパッタ法などにより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第１の接続金属部３６、第２の接続金属部３７、ドレイン電極４７、ソース電極４８、基準バイアス線５、垂直読み出し線７、グラウンド線８、共通グラウンド線９および各パッドＶout，Ｖsel，Ｖref，Ｖdd，Ｇndなど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１７（ａ）に示す構造を得る。なお、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。また、この金属膜パターニング工程を行うことにより、温接点Ｔ１および冷接点Ｔ２が形成される。
【００５８】
上述の金属膜パターニング工程の後、シリコン基板１ａの上記一表面側（つまり、層間絶縁膜５０の表面側）に所定膜厚（例えば、０．５μｍ）のＰＳＧ膜と所定膜厚（例えば、０．５μｍ）のＮＳＧ膜との積層膜からなるパッシベーション膜６０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い、その後、上記熱伝導性材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなどの金属材料）からなる熱伝導性材料膜をスパッタ法などにより形成する熱伝導性材料膜形成工程を行い、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熱伝導性材料膜をパターニングすることで第１の均熱層７１、第２の均熱層７２および保護金属７３を形成する熱伝導性材料膜パターニング工程を行うことによって、図１７（ｂ）に示す構造を得る。なお、パッシベーション膜６０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。
【００５９】
上述の熱伝導性材料膜パターニング工程の後、シリコン酸化膜３１とシリコン窒化膜３２との積層膜からなる熱絶縁層と、当該熱絶縁層上に形成された感温部３０と、熱絶縁層の表面側で感温部３０を覆うように形成された層間絶縁膜５０と、層間絶縁膜５０上に形成されたパッシベーション膜６０との積層構造部をパターニングすることにより上述の小薄膜構造部３ａａを形成する積層構造部パターニング工程を行うことによって、図１８（ａ）に示す構造を得る。なお、積層構造部パターニング工程において、上述の各スリット１３，１４を形成している。
【００６０】
上述の積層構造部パターニング工程の後、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Ｖout，Ｖsel，Ｖref，Ｖdd，Ｇndを露出させるパッド用開口部（図示せず）を形成するパッド用開口部形成工程を行い、続いて、上述の各スリット１３，１４をエッチャント導入孔として上記エッチャントを導入してシリコン基板１ａを異方性エッチングすることによりシリコン基板１ａに掘込部１１を形成する掘込部形成工程を行うことによって、図１８（ｂ）に示す構造の画素部２が２次元アレイ状に配列された赤外線センサＡ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、堀込部形成工程では、上記エッチャントとして所定温度（例えば、８５℃）に加熱したＴＭＡＨ溶液を用いているが、上記エッチャントはＴＭＡＨ溶液に限らず、他のアルカリ系溶液（例えば、エチレンジアミンピロカテコール：ＥＤＰなど）を用いてもよい。なお、堀込部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、堀込部形成工程が終了した後、個々の赤外線センサＡに分離する分離工程を行えばよい。また、上述の説明から分かるように、ＭＯＳトランジスタ４の製造方法に関してみれば、周知の一般的なＭＯＳトランジスタの製造方法を採用しており、熱酸化による熱酸化膜の形成、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術による熱酸化膜のパターニング、不純物のイオン注入、ドライブイン（不純物の拡散）の基本工程を繰り返すことにより、ｐ＋形ウェル領域４１、ｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２、ｎ＋形ドレイン領域４３とｎ＋形ソース領域４４を形成している。
【００６１】
以上説明した本実施形態の赤外線センサＡによれば、赤外線吸収部３３および赤外線吸収部３３の温度変化を検出するサーモパイル３０ａがシリコン基板１ａを用いて形成されたベース基板１の上記一表面側に設けられるとともに、ベース基板１に赤外線吸収部３３を当該ベース基板１から熱絶縁するための掘込部１１が形成され、ベース基板１の上記一表面側で平面視において掘込部１１の内側に位置し赤外線吸収部３３を有する薄膜構造部３ａがベース基板１における掘込部１１の周部に支持され、薄膜構造部３ａおよびベース基板１の最表層側に薄膜構造部３ａとベース基板１との両者に跨ってパッシベーション膜６０が形成されており、掘込部１１を形成する際に用いる上記エッチャントに対する耐性を有し且つ平面視においてサーモパイル３０ａの複数の温接点Ｔ１が集中して設けられた領域を覆う形でパッシベーション膜６０上に形成され当該パッシベーション膜６０よりも熱伝導率の高い熱伝導性材料からなる第１の均熱層７１と、上記エッチャントに対する耐性を有し且つサーモパイル３０ａの複数の冷接点Ｔ２が集中して設けられた領域を覆う形でパッシベーション膜６０上に形成され上記熱伝導性材料からなる第２の均熱層７２とを備えているので、仮に温接点Ｔ１や冷接点Ｔ２での段差などに起因してパッシベーション膜６０にクラックやピンホールが形成されていたとしてもクラックやピンホールが第１の均熱層７１および第２の均熱層７２により覆われるので、製造時に掘込部１１を形成する際に用いる上記エッチャントによりサーモパイル３０ａが浸食されるのを防止することができて信頼性を向上でき、しかも、使用時には、第１の均熱層７１により複数の温接点Ｔ１の温度を均一化できるとともに、第２の均熱層７２により複数の冷接点Ｔ１の温度の均一化を図れるから、感度の向上を図れる。なお、本実施形態の赤外線センサＡでは、上述のシリコン窒化膜３２の一部からなる赤外線吸収部３３が、ベース基板１の上記他表面側からの上記エッチャントの浸入を防止する機能を有している。また、平面視においてＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６、ドレイン電極４７、ソース電極４８、およびグラウンド用電極４９が設けられた領域を覆う形でパッシベーション膜６０上に形成された保護金属層７３により、上記エッチャントの浸入が防止され、ＭＯＳＦＥＴ４も保護される。
【００６２】
また、本実施形態の赤外線センサＡでは、各接続金属部３６，３７の材料と上記熱伝導性材料とが同じであり、各接続金属部３６，３７の材料と上記熱伝導性材料との熱膨張率が等しくなるから、温度変化に伴う薄膜構造部３ａの膨張収縮により薄膜構造部３ａに発生する応力を緩和することが可能となる。また、上記熱伝導性材料としてＡｌ−Ｓｉを採用しているので、上述の熱伝導性材料膜パターニング工程による第１の均熱層７１および第２の均熱層７２の加工（熱伝導性材料膜のエッチング）が容易である。
【００６３】
また、本実施形態の赤外線センサＡによれば、各画素部２では、ベース基板１に赤外線吸収部３３を当該ベース基板１から熱絶縁するための掘込部１１が形成され、ベース基板１の上記一表面側で平面視において掘込部１１の内側に赤外線吸収部３３を有し掘込部１１を覆う薄膜構造部３ａが形成されており、薄膜構造部３ａが複数の線状のスリット１３により掘込部１１の周方向に沿って並設されそれぞれベース基板１における掘込部１１の周部から内方へ延長された複数の小薄膜構造部３ａａに分離され、各小薄膜構造部３ａａごとにサーモパイル３０ａが設けられるとともに、各サーモパイル３０ａごとに出力を取り出す場合に比べて温度変化に対する出力変化が大きくなる接続関係で全てのサーモパイル３０ａが電気的に接続されていることにより、応答速度および感度の向上を図れ、しかも、隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結する連結片３ｃが形成されていることにより、各小薄膜構造部３ａａの反りを低減でき、構造安定性の向上を図れ、感度が安定する。
【００６４】
また、本実施形態の赤外線センサＡは、上述の掘込部１１を四角錘状に形成するので、ベース基板１がシリコン基板１ａを用いて形成される場合に掘込部１１をアルカリ系溶液からなる上記エッチャントによる異方性エッチングによって容易に形成することができる。
【００６５】
また、本実施形態の赤外線センサＡでは、シリコン窒化膜３２の赤外線入射面側に、ｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５の他に、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂ、故障診断用配線１３９が形成されているので、ｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５の形成時にシリコン窒化膜３２がエッチングされて薄くなるのを抑制する（ここでは、上述のポリシリコン層パターニング工程でｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５の基礎となるノンドープポリシリコン層をエッチングする際のオーバーエッチング時にシリコン窒化膜３２がエッチングされて薄くなるのを抑制する）ことができるとともに薄膜構造部３ａの応力バランスの均一性を高めることができ、赤外線吸収部３３の薄膜化を図りながらも小薄膜構造部３ａａの反りを防止することが可能となり、感度の向上を図れる。ここで、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂ、故障診断用配線１３９は、上述の堀込部形成工程において用いるエッチング液（例えば、ＴＭＡＨ溶液など）によりエッチングされるのを防止するため、スリット１３，１４の内側面に露出しないように平面視形状を設計する必要がある。
【００６６】
また、本実施形態の赤外線センサＡでは、ｎ形ポリシリコン層３４とｐ形ポリシリコン層３５と赤外線吸収層３９と補強層３９ｂと故障診断用配線１３９とが同一の厚さに設定されているので、小薄膜構造部３ａａの応力バランスの均一性が向上し、小薄膜構造部３ａａの反りを抑制することができる。
【００６７】
また、本実施形態の赤外線センサＡは、各画素部２ごとに感温部３０の出力を読み出すためのＭＯＳトランジスタ４を有しているので、出力用パッドＶoutの数を少なくでき、小型化および低コスト化を図れる。
【００６８】
ところで、上述の赤外線センサＡでは、シリコン基板１ａとして上記一表面が（１００）面のシリコン基板を用いて、エッチング速度の結晶面方位依存性を利用した異方性エッチングにより形成する掘込部１１を四角錘状の形状としてあるが、シリコン基板１ａとして上記一表面が（１１０）面のシリコン基板を用いて、図１９に示すように、掘込部１１をエッチング速度の結晶面方位依存性を利用した異方性エッチングによりシリコン基板１ａの厚み方向に貫通する形で形成してもよい。この図１９の構成によれば、薄膜構造部３ａの各小薄膜構造部３ａａからベース基板１への熱伝達をより抑制することができ、より一層の高感度化を図れる。
【００６９】
また、上述の赤外線センサＡの掘込部１１は、図２０に示すように、上記エッチャントとして等方性エッチングが可能なエッチング液を用いて当該掘込部１１の内面が凹曲面となる形状に形成してもよい。この図２０の構成によれば、薄膜構造部３ａを透過した赤外線を掘込部１１の内面で薄膜構造部３ａ側へ反射することができるので、赤外線吸収部３３での赤外線吸収量を大きくでき、感度の向上を図れる。
【００７０】
また、赤外線センサＡは、図２１に示すように、ベース基板１の他表面側に、複数の掘込部１１を連通させる開口部１２が形成された構成としてもよく、ベース基板１の開口部１２は、ベース基板１の上記他表面側からシリコン基板１ａにおける開口部１２の形成予定領域を例えばＩＣＰ型のドライエッチング装置を用いた異方性エッチング技術を利用して形成すればよい。この図２１の構成の赤外線センサＡによれば、図２０の構成と同様、薄膜構造部３ａの各小薄膜構造部３ａａからベース基板１への熱伝達をより抑制することができ、より一層の高感度化を図れる。
【００７１】
また、赤外線センサＡは、図２２に示すように、小薄膜構造部３３ａの延長方向において隣接する小薄膜構造部３３ａ，３３ａ同士が、上記延長方向に交差する方向（つまり、小薄膜構造部３ａａの幅方向）において離間した２つの連結片３ｃにより連結された構成としてもよい。この図２２の構成の赤外線センサＡによれば、連結片３ｃが、小薄膜構造部３ａａの延長方向において隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結しているので、小薄膜構造部３ａａ，３ａａの一端側がベース基板１における堀込部１１の周部に直接支持される一方で、他端側が連結片３ｃと別の小薄膜構造部３ａａとを介してベース基板１における堀込部１１の周部に支持され、結果的に、各小薄膜構造部３ａａがベース基板１に両持ち支持されるから、小薄膜構造部３ａａの反りを低減でき、感度が安定するとともに、製造歩留まりが向上する。なお、上記延長方向において隣接する小薄膜構造部３３ａ，３３ａ同士は、小薄膜構造部３ａａの幅方向の中央部において１つの連結片３ｃにより連結するようにしてもよい。
【００７２】
また、赤外線センサＡは、図２３に示すように、小薄膜構造部３ａａの延長方向に直交する方向（小薄膜構造部３ａａの幅方向、つまり、図２３の上下方向）において隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士がブリッジ部３ｂｂ以外の部位で１つの連結片３ｃにより連結された構成としてもよい。この図２３の構成の赤外線センサＡによれば、連結片３ｃが、小薄膜構造部３ａａの延長方向に直交する方向において隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結しているので、各小薄膜構造部３ａａのねじり剛性が大きくなって、各小薄膜構造部３ａａのねじり変形を低減でき、感度が安定するとともに、製造歩留まりが向上する。
【００７３】
また、赤外線センサＡは、図２４および図２５に示すように、画素部２の平面視形状が六角形状であり、画素部２がハニカム状に配列された構成としてもよい。ここで、薄膜構造部３ａは、６つのスリット１３により６個の小薄膜構造部３ａａに分離され連結片３ｃにより、これら６個の小薄膜構造部３ａａが連結されている。この図２４に示した構成の赤外線センサＡは、各小薄膜構造部３ａａの変形を防止でき、且つ、画素部２の配置密度を高めることができる。
【００７４】
ところで、上記各実施形態の赤外線センサＡは、各画素部２にＭＯＳトランジスタ４を設けてあるが、ＭＯＳトランジスタ４は必ずしも設ける必要はない。また、赤外線センサＡは、必ずしも画素部２をアレイ状に備えた赤外線アレイセンサである必要はなく、少なくとも１つのサーモパイル３０ａを備えたものであればよい。
【符号の説明】
【００７５】
Ａ  赤外線センサ
１  ベース基板
３ａ  薄膜構造部
１１  掘込部
３０ａ  サーモパイル
３３  赤外線吸収部
３４  ｎ形ポリシリコン層（ｎ形のポリシリコンエレメント）
３５  ｐ形ポリシリコン層（ｐ形のポリシリコンエレメント）
３６  第１の接続金属部
３７  第２の接続金属部
７１  第１の均熱層
７２  第２の均熱層
Ｔ１  温接点
Ｔ２  冷接点
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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