(57)【要約】【課題】赤外線撮像素子の赤外線検出感度を向上させると共に、製造条件のばらつきに起因する赤外線検出感度のばらつきを防止する。【解決手段】基板上に支持脚で支えられた赤外線検出部を有する赤外線撮像素子が、中空部が設けられた基板と、中空部の上に設けられ、検知部を含む赤外線検出部と、基板と赤外線検出部とに接続されて、中空部の上に赤外線検出部を支える支持脚であって、第１絶縁膜と、第１絶縁膜の上に形成され、一方が検知部に接続され他方が基板上に延在する第１金属配線層と、第１金属配線層を覆う保護膜からなる支持脚と、中空部の周囲の基板に設けられた第２金属配線層であって、第２絶縁膜に設けられた開口部を介して下方の第１金属配線層と接続された第２金属配線層とを含む。【選択図】図１ｂ
2014202708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に支持脚で支えられた赤外線検出部を有する赤外線撮像素子であって、
中空部が設けられた該基板と
該中空部の上に設けられ、検知部を含む該赤外線検出部と、
該基板と該赤外線検出部とに接続されて、該中空部の上に該赤外線検出部を支える該支持脚であって、第１絶縁膜と、該第１絶縁膜の上に形成され、一方が該検知部に接続され他方が該基板上に延在する第１金属配線層と、該第１金属配線層を覆う保護膜からなる該支持脚と、
該中空部の周囲の該基板に設けられた第２金属配線層であって、第２絶縁膜に設けられた開口部を介して下方の該第１金属配線層と接続された該第２金属配線層と、を含むことを特徴とする赤外線撮像素子。
【請求項２】
上記赤外線検出部は、上記保護膜を含むことを特徴とする請求項１に記載の赤外線撮像素子。
【請求項３】
上記第２金属配線層の膜厚は、上記第１金属配線層の膜厚より厚いことを特徴とする請求項１または２に記載の赤外線撮像素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の赤外線撮像素子がアレイ状に配置されたことを特徴とする赤外線検出器。
【請求項５】
赤外線を検出する赤外線撮像素子の製造方法であって、
検出領域、支持脚領域、および配線領域を含む基板を準備する工程と、
該基板の該検出領域に検知部を形成する工程と、
該基板の上に、第１絶縁膜を形成する工程と、
該検知部の上の該第１絶縁膜に第１開口部を形成する工程と、
該第１絶縁膜の上に第１金属層を形成する工程と、
該第１金属層をパターニングして、該検知部と接続された第１金属配線層を形成する工程と、
該第１金属配線層の上に第２絶縁膜を形成する工程と、
該配線領域において、該第１金属配線層の上の該第２絶縁膜に第２開口部を形成する工程と、
該第２絶縁膜の上に第２金属層を形成する工程と、
該第２金属層の上にレジストマスクを形成し、該レジストマスクを用いて該第２金属層をパターニングして、該第２開口部中に露出した該第１金属配線層と接続された第２金属配線層を形成する工程と、
該レジストマスクを用いて、該検出領域および該支持脚領域の該第２絶縁膜を除去する工程と、
該レジストマスクを除去した後に、該基板の上に保護膜を形成する工程と、
該支持脚領域において、該第１絶縁膜および該保護膜を部分的に除去して、該第１絶縁膜、該第１金属配線層、および該保護膜の３層構造からなる該支持脚を形成する工程と、
該基板を選択的にエッチングして中空部を形成し、該中空部の上に該支持脚で支えられた、該検知部を含む赤外線検出部を形成する工程と、を含むことを特徴とする赤外線撮像素子の製造方法。
【請求項６】
赤外線を検出する赤外線撮像素子の製造方法であって、
検出領域、支持脚領域、および配線領域を含む基板を準備する工程と、
該基板の該検出領域に検知部を形成する工程と、
該基板の上に、第１絶縁膜を形成する工程と、
該検知部の上の該第１絶縁膜に第１開口部を形成する工程と、
該第１絶縁膜の上に第１金属層を形成する工程と、
該第１金属層をパターニングして、該検知部と接続された第１金属配線層を形成する工程と、
該第１金属配線層の上に第２絶縁膜を形成する工程と、
該配線領域において、該第１金属配線層の上の該第２絶縁膜に第２開口部を形成する工程と、
該第２絶縁膜の上に第２金属層を形成する工程と、
該第２金属層の上にレジストマスクを形成し、該レジストマスクを用いて該第２金属層をパターニングして、該第２開口部中に露出した該第１金属配線層と接続された第２金属配線層を形成する工程と、
該レジストマスクを除去する工程と、
該第２金属配線層をマスクに用いて、該検出領域および該支持脚領域の該第２絶縁膜を除去する工程と、
該基板の上に保護膜を形成する工程と、
該支持脚領域において、該第１絶縁膜および該保護膜を部分的に除去して、該第１絶縁膜、該第１金属配線層、および該保護膜の３層構造からなる該支持脚を形成する工程と、
該基板を選択的にエッチングして中空部を形成し、該中空部の上に該支持脚で支えられた、該検知部を含む赤外線検出部を形成する工程と、を含むことを特徴とする赤外線撮像素子の製造方法。
【請求項７】
赤外線を検出する赤外線撮像素子の製造方法であって、
検出領域、支持脚領域、および配線領域を含む基板を準備する工程と、
該基板の該検出領域に検知部を形成する工程と、
該基板の上に、第１絶縁膜を形成する工程と、
該検知部の上の該第１絶縁膜に第１開口部を形成する工程と、
該第１絶縁膜の上に第１金属層を形成する工程と、
該第１金属層をパターニングして、該検知部と接続された第１金属配線層を形成する工程と、
該第１金属配線層の上に第２絶縁膜を形成する工程と、
該配線領域において、該第１金属配線層の上の該第２絶縁膜に第２開口部を形成する工程と、
該第２絶縁膜の上に第２金属層を形成する工程と、
該第２金属層の上に第１レジストマスクを形成し、該第１レジストマスクを用いて該第２金属層をパターニングして、該第２開口部中に露出した該第１金属配線層と接続された第２金属配線層を形成する工程と、
該第１レジストマスクを除去する工程と、
該検出領域および該配線領域を覆う第２レジストマスクを形成する工程と、
該第２レジストマスクを用いて、該支持脚領域の該第２絶縁膜を除去する工程と、
該第２レジストマスクを除去した後に、該基板の上に保護膜を形成する工程と、
該支持脚領域において、該第１絶縁膜および該保護膜を部分的に除去して、該第１絶縁膜、該第１金属配線層、および該保護膜の３層構造からなる該支持脚を形成する工程と、
該基板を選択的にエッチングして中空部を形成し、該中空部の上に該支持脚で支えられた、該検知部を含む赤外線検出部を形成する工程と、を含むことを特徴とする赤外線撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線撮像素子およびその製造方法に関し、特に赤外線検出部が支持脚により保持された熱型赤外線撮像素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、防犯、医療、非破壊検査、車載応用など様々な分野において赤外線撮像素子が用いられ、検出能力の向上が図られている。特に、冷却装置が不要な非冷却赤外線撮像素子は、性能、価格、使いやすさから普及している。なかでも、非冷却赤外線検出器アレイとしてＳＯＩダイオード方式熱型赤外線検出器は、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板上のＳＯＩ層に形成したＰＮ接合ダイオードを熱型赤外線検出器として利用するものであり、一般的なシリコン半導体プロセスラインで製造できることから、比較的容易に安価で製造できる利点がある。
【０００３】
図１０は、全体が５００で表される、従来のＳＯＩダイオード方式熱型赤外線検出器に含まれる赤外線撮像素子（１画素に相当）の断面図である。赤外線撮像素子５００は、赤外線検出領域８、配線領域１０およびそれらを接続する支持脚領域９を含む。赤外線検出領域８では、赤外線検出部３０がシリコン基板１２に設けられた中空部（空隙）２７上に支持脚２５により保持されており、断熱構造が形成されている。赤外線検出部３０と読出し回路（図示せず）との信号伝達は、支持脚２５内の第１金属配線１８と配線領域１０に形成された第２金属配線２１を介して行なわれる。赤外線検出領域８では、赤外線検出感度の向上（熱容量の低減）を目的として、第１層間膜１５が除去されており、更に、支持脚部９では、断熱特性向上のために第１層間膜１５に加えて埋め込み酸化膜１３も除去されている。支持脚２５は、第２層間膜１６、第１金属配線１８、第３層間膜１９’および保護膜２３の積層構造となっている。赤外線検出部３０の断熱特性は、この支持脚２５を構成する材料の熱伝導率、膜厚および長さにより決定される。
【０００４】
従来の赤外線撮像素子５００では、例えば赤外線検出部３０や支持脚２５を構成する部材の膜厚を薄くする（構造体の断面積を小さくする）ことで、赤外線検出部３０の熱容量の低減および断熱性の向上を図り、赤外線の検出感度を向上させている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３６８１１１３号
【特許文献２】特許第４８６５９５７号
【特許文献３】特許第５００８５８０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の赤外線撮像素子５００では、第２金属配線２１をエッチングする際の下地膜である第３層間膜１９’を支持脚の構成部材に含むために、製造ウエハ間および製造ロット間で支持脚の膜厚がばらつき、赤外線検出感度にもばらつきが生じるという問題点があった。即ち、製造ウエハ間および製造ロット間で第２金属配線２１の膜厚やエッチング装置のエッチングレートが変動することにより、第２金属配線２１のエッチング時のオーバーエッチ時間が変動して第２金属配線２１の下地酸化膜である第３層間膜１９’の膜厚がばらつき、結果として赤外線検出感度がばらついていた。
【０００７】
そこで、本発明は、赤外線撮像素子の赤外線検出感度を向上させると共に、製造条件のばらつきに起因する赤外線検出感度のばらつきを防止した赤外線撮像素子の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、基板上に支持脚で支えられた赤外線検出部を有する赤外線撮像素子であって、中空部が設けられた基板と、中空部の上に設けられ、検知部を含む赤外線検出部と、基板と赤外線検出部とに接続されて、中空部の上に赤外線検出部を支える支持脚であって、第１絶縁膜と、第１絶縁膜の上に形成され、一方が検知部に接続され他方が基板上に延在する第１金属配線層と、第１金属配線層を覆う保護膜からなる支持脚と、中空部の周囲の基板に設けられた第２金属配線層であって、第２絶縁膜に設けられた開口部を介して下方の第１金属配線層と接続された第２金属配線層と、を含むことを特徴とする赤外線撮像素子である。
【０００９】
また、本発明は、赤外線を検出する赤外線撮像素子の製造方法であって、検出領域、支持脚領域、および配線領域を含む基板を準備する工程と、基板の検出領域に検知部を形成する工程と、基板の上に、第１絶縁膜を形成する工程と、検知部の上の第１絶縁膜に第１開口部を形成する工程と、第１絶縁膜の上に第１金属層を形成する工程と、第１金属層をパターニングして、検知部と接続された第１金属配線層を形成する工程と、第１金属配線層の上に第２絶縁膜を形成する工程と、配線領域において、第１金属配線層の上の第２絶縁膜に第２開口部を形成する工程と、第２絶縁膜の上に第２金属層を形成する工程と、第２金属層の上にレジストマスクを形成し、レジストマスクを用いて第２金属層をパターニングして、第２開口部中に露出した第１金属配線層と接続された第２金属配線層を形成する工程と、レジストマスクを用いて、検出領域および支持脚領域の第２絶縁膜を除去する工程と、レジストマスクを除去した後に、基板の上に保護膜を形成する工程と、支持脚領域において、第１絶縁膜および保護膜を部分的に除去して、第１絶縁膜、第１金属配線層、および保護膜の３層構造からなる支持脚を形成する工程と、基板を選択的にエッチングして中空部を形成し、中空部の上に支持脚で支えられた、検知部を含む赤外線検出部を形成する工程と、を含むことを特徴とする赤外線撮像素子の製造方法でもある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明にかかる赤外線撮像素子では、赤外線検出感度が向上するとともに、製造条件のばらつきの影響を排除して赤外線検出感度のばらつきを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１ａ】本発明の実施の形態１にかかるＳＯＩダイオード方式熱型赤外線検出器の斜視図である。
【図１ｂ】本発明の実施の形態１にかかるＳＯＩダイオード方式熱型赤外線検出器に含まれる赤外線撮像素子の断面図である。
【図２】金属配線を反応性イオンエッチングした場合のエッチング時間とプラズマ発光強度の関係を示す。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子の製造方法のフローチャートである。
【図４ａ】本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。
【図４ｂ】本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。
【図４ｃ】本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。
【図４ｄ】本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。
【図４ｅ】本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。
【図４ｆ】本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。
【図４ｇ】本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。
【図４ｈ】本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。
【図４ｉ】本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。
【図４ｊ】本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。
【図４ｋ】本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。
【図４ｌ】本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２にかかる赤外線撮像素子の製造方法のフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態２にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。
【図７】本発明の実施の形態３にかかる赤外線撮像素子の断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３にかかる赤外線撮像素子の製造方法のフローチャートである。
【図９ａ】本発明の実施の形態３にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。
【図９ｂ】本発明の実施の形態３にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。
【図９ｃ】本発明の実施の形態３にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。
【図９ｄ】本発明の実施の形態３にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。
【図９ｅ】本発明の実施の形態３にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。
【図９ｆ】本発明の実施の形態３にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。
【図９ｇ】本発明の実施の形態３にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。
【図９ｈ】本発明の実施の形態３にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。
【図９ｉ】本発明の実施の形態３にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。
【図９ｊ】本発明の実施の形態３にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。
【図９ｋ】本発明の実施の形態３にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。
【図９ｌ】本発明の実施の形態３にかかる赤外線撮像素子の製造工程の断面図である。
【図１０】従来のＳＯＩダイオード方式熱型赤外線検出器に含まれる赤外線撮像素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１ａは、全体が５０で表される本発明の実施の形態１にかかるＳＯＩダイオード方式熱型赤外線検出器の斜視図であり、図１ｂは、図１ａをＡ−Ａ方向に見た場合の、１画素分の赤外線撮像素子１００の断面図である。
【００１３】
図１ａに示すように、ＳＯＩダイオード方式熱型赤外線検出器５０は、基板１上にアレイ状に配置された複数の画素領域を含み、画素領域の間は配線領域となり、駆動線３と信号線４とが互いに交差するように設けられている。また、画素領域の周辺には、駆動走査回路５、信号走査回路６、読出し回路７が設けられている。
【００１４】
図１ｂに示すように、赤外線撮像素子１００は、赤外線検出領域８、支持脚領域９および配線領域１０からなる。赤外線撮像素子１００は、ＳＯＩウエハ１１を含む。ＳＯＩウエハ１１は、シリコン基板１２、埋め込み酸化膜１３およびＳＯＩ層１４により構成されており、ＳＯＩ層１４には複数のＰＮ接合ダイオードが形成され、これらのＰＮ接合ダイオードが第１金属配線１８により直列に接続されている（図示せず）。
【００１５】
赤外線検出領域８の第１金属配線１８の上には保護膜２３を介して赤外線吸収膜２６が設けられている。赤外線検出領域８の赤外線検出部３０は、支持脚領域９の支持脚２５により中空部（空隙）２７の上に保持され、断熱構造が形成されている。支持脚２５は、第２層間膜１６上に第１金属配線１８が設けられ、その上に保護膜２３が形成されている。赤外線検出部３０と読出し回路（図示せず）との信号伝達は、支持脚２５内の第１金属配線１８および配線領域１０に形成された信号読出し用の第２金属配線２１を介して行われる。
【００１６】
図１ｂにおいて、上方より入射した赤外線は赤外線吸収膜２６で吸収されて熱に変換され、ＰＮ接合ダイオードが形成された赤外線検出部３０の温度を上昇させる。この温度上昇に伴って、ＰＮ接合ダイオードの順方向電圧が変化して、この電圧の変化を読出し回路（図示せず）で画像信号に変換して出力される。
【００１７】
赤外線撮像素子１００では、支持脚２５は、膜厚がばらつくために赤外線検出感度のばらつきの原因となっていた第３層間膜１９’を含まないため、赤外線検出感度のばらつきの無い赤外線撮像素子１００を提供できる。また、赤外線検出領域８も第３層間膜１９’を含まないため、赤外線検知部３０の熱容量を低減でき、赤外線検出感度の高い赤外線撮像素子１００を提供できる。
【００１８】
ここで、一般的なシリコン半導体プロセスでは、アルミニウムやチタン等の金属配線のエッチングに、塩素（Ｃｌ２）ガスや塩化ホウ素（ＢＣｌ３）ガス等を用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）が用いられる。ＲＩＥにおけるエッチングの終点は、プラズマ中の特定の原子、分子または活性種の発光強度をモニタリングし、発光強度の変化を用いて決定する。
【００１９】
図２は、窒化チタン／アルミニウム／チタンからなる積層構造の金属配線を塩化ホウ素と塩素を含む混合ガスを用いてＲＩＥした場合の、プラズマ中のアルミニウム原子（波長：３９６．２ｎｍ）のプラズマ発光強度の時間変化を模式的に示すものである。横軸がエッチング時間、縦軸がアルミニウム原子のプラズマ発光強度を示す。
【００２０】
図２から分かるように、エッチング開始直後、プラズマの着火と共にアルミニウム原子の発光強度は上昇する。その後、第１層の窒化チタンのエッチングが終了して第２層のアルミニウムが露出すると発光強度は急激に増加し、アルミニウムのエッチング中、発光強度はほぼ一定の値となる。更に、アルミニウムのエッチングが終了して最下層のチタンが露出すると発光強度は急激に減少する。通常、この時点をエッチング終点（ジャストエッチ）として、これまでの窒化チタンおよびアルミニウムのエッチング期間をメインエッチステップと呼ぶ。
【００２１】
エッチング工程では、更に、オーバーエッチステップとして、高段差部等に残存したアルミニウムやチタン残渣をエッチングする。オーバーエッチの時間は、被エッチング膜の膜厚やエッチレートの変動に影響されるため、メインエッチステップの時間に対して所定の割合で決定される。例えば、オーバーエッチ時間＝メインエッチ時間×８０％として決定される。オーバーエッチでは、金属配線の下層の酸化膜が露出した状態でエッチングが行なわれるため、下地の酸化膜もエッチングされる。
【００２２】
一般に、製造ウエハ間および製造ロット間でメインエッチ時間は変動するため、これに伴ってオーバーエッチ時間も変動し、オーバーエッチ後の下地の酸化膜の膜厚にばらつきが生じる。このため、支持脚が下地の酸化膜（第３層間膜）を含む構造では、製造ウエハ間や製造ロット間で支持脚の膜厚がばらつき、赤外線検出感度もばらつく。
【００２３】
これに対して、本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子１００では、支持脚２５が下地の酸化膜（第３層間膜１９’）を含まないため、支持脚の膜厚はばらつかず、赤外線検出感度にもばらつきが生じない。また、下地の酸化膜を含まない分だけ熱容量も小さくなり、赤外線検出感度も向上する。
【００２４】
なお、配線領域１０に用いる第２金属配線２１は、比較的長い距離の信号伝達を行なうために、厚膜の金属配線が用いられ、支持脚２５および赤外線検知領域８内に用いる第１金属配線１８には、第２金属配線２１よりも薄い金属配線が用いられる。これにより、支持脚の断熱特性が向上すると共に、赤外線検知部の熱容量が低減でき赤外線検出感度を向上させることができる。
【００２５】
図３は、本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子１００の製造方法のフローチャートであり、図４ａ〜図４ｌは、赤外線撮像素子１００の製造工程の断面図である。図３、図４ａ〜図４中、図１、２と同一符号は同一又は相当箇所を示す。
【００２６】
赤外線撮像素子１００の製造方法は、図３に示すように工程Ｓ１〜工程Ｓ１７を含む。以下にそれぞれの工程について図を参照しながら説明する。
【００２７】
工程Ｓ１：図４ａに示すように、赤外線撮像素子１００の基板となるＳＯＩウエハ１１を準備する。ＳＯＩウエハ１１は、シリコン基板１２上に埋め込み酸化膜１３を介してＳＯＩ層１４が形成されている。
【００２８】
工程Ｓ２：図４ｂに示すように、赤外線検出領域８以外のＳＯＩ層１４および埋め込み酸化膜１３を例えばエッチングで除去する。
【００２９】
工程Ｓ３：図４ｃに示すように、支持脚領域９、赤外線検出領域８およびトランジスタ形成領域（図示せず）以外の箇所に第１層間膜１５を形成する。この第１層間膜１５には、シリコン基板を熱酸化して形成するシリコン酸化膜、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）や平坦化膜であるＢＰＴＥＯＳなどのシリコン酸化膜、シリコン窒化膜あるいはこれらの膜を積層して用いることができる。
【００３０】
工程Ｓ４：図示しないが、読出し回路７等（図１ａ参照）に用いるトランジスタ等の素子を形成する。
【００３１】
工程Ｓ５：図示しないが、例えば選択イオン注入法や選択拡散法を用いてＳＯＩ層１４にＰＮ接合ダイオードを形成する。
【００３２】
工程Ｓ６：図４ｄに示すように、ＳＯＩウエハ１１の全面に第２層間膜１６を堆積させる。この第２層間膜１６には、ＴＥＯＳなどのシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を用いることができる。
【００３３】
工程Ｓ７：図示しないが、第２層間膜１６に、ＳＯＩ層１４へのコンタクトホール１７を形成する。また、トランジスタ形成領域においても、第２層間膜１６および第１層間膜１５にシリコン基板１２およびゲート電極へのコンタクトホールを形成する。
【００３４】
工程Ｓ８：図４ｅに示すように、ＳＯＩウエハ１１の全面に金属膜を堆積させた後にパターニングして第１金属配線１８を形成する。第１金属配線１８は、赤外線検出領域８および支持脚領域９の熱容量低減のために薄膜の金属膜を用いることが望ましい。第１金属配線１８は、例えばコバルト、タンタル、チタン、タングステン、窒化タンタル、窒化チタン、窒化タングステン、炭化タンタル、炭化チタン、炭化タングステン、ホウ化タンタル、ホウ化チタン、およびホウ化タングステンからなる群から選択される１つ以上の材料からなり、これらの積層膜としても良い。
【００３５】
工程Ｓ９：図示しないが、ＳＯＩウエハ１１の全面に第３層間膜１９を堆積させる。第３層間膜１９には、例えばプラズマＣＶＤで形成したＴＥＯＳ等のシリコン酸化膜、およびシリコン窒化膜を用いることができる。
【００３６】
工程Ｓ１０：図４ｆに示すように、配線領域１０の第１金属配線１８にスルーホール２０を形成する。
【００３７】
工程Ｓ１１：図４ｇに示すように、ＳＯＩウエハ１１の全面に金属膜を堆積させた後、パターニングして第２金属配線２１を形成する。第２金属配線２１は、長距離配線である駆動線３や信号線４を構成することから信号遅延を低減するために低抵抗であることが好ましく、このために、厚膜の金属配線を用いることが望ましい。第２金属配線２１には、例えばアルミニウム、チタン、窒化チタン、銅、タンタル、酸化タンタルまたはこれらを含む合金材料を用いることが好ましい。第２金属配線２１のエッチングには、ＲＩＥを用いることで精度良く第２金属配線２１を加工できる。なお、第２金属配線２１のパターニングの際、第３層間膜１９もエッチングプラズマに曝されてエッチングされ、膜厚が減少するために、第３層間膜１９形成時の膜厚よりも薄くなる（以下、「第３層間膜１９’」という。）。なお、第２金属配線２１の形成に用いた第２金属配線形成用レジストマスク２２は残した状態で次の工程に進む。
【００３８】
工程Ｓ１２：図４ｈに示すように、第２金属配線形成用レジストマスク２２をエッチングマスクに用いて、第３層間膜１９’のエッチングを行ない、第１金属配線１８の表面を露出させる。なお、エッチングは、炭素およびフッ素を含むフルオロカーボンガスを含むガスを用いたＲＩＥを用いることで、第１金属配線１８に対して高選択に第３層間膜１９’をエッチング除去することができる。また、これに限らず、フッ化水素酸を用いたウエットエッチを用いることも可能であるが、等方性エッチングであるため第１金属配線１８および第２金属配線２１の直下に形成された第２層間膜１６および第３層間膜１９へのサイドエッチに注意して処理条件を設定する必要がある。
その後、図４ｉに示すように、第２金属配線形成用レジストマスク２２を除去する。
【００３９】
工程Ｓ１３：図示しないが、ＳＯＩウエハ１１の全面に保護膜２３を形成する。保護膜２３には、例えばプラズマＣＶＤ法で形成したＴＥＯＳなどのシリコン酸化膜、シリコン窒化膜を用いることができる。
【００４０】
工程Ｓ１４：図４ｊに示すように、第２金属配線２１上の保護膜２３に、エッチングによりパッド開口領域２４を形成する。
【００４１】
工程Ｓ１５：図４ｋに示すように、保護膜２３、第２層間膜１６を選択的にエッチングすることにより、支持脚領域９に支持脚２５を形成する。
【００４２】
工程Ｓ１６：図４ｌに示すように、赤外線検出領域８に赤外線吸収膜２６を形成する。
【００４３】
工程１７：赤外線検出領域８および支持脚領域９直下のシリコン基板１２をエッチングして中空部２７を形成する。以上の工程で、図１ｂに示す赤外線撮像素子１００が完成する。
【００４４】
本発明の実施の形態１にかかる製造方法では、第２金属配線２１をエッチングする工程（工程Ｓ１１）で用いた第２金属配線形成用レジストマスク２２をマスクとして、第３層間膜１９’のエッチングを行ない（工程Ｓ１２）、第２金属配線２１直下以外の第３層間膜１９’を除去し、その後、保護膜２３を堆積させる（工程Ｓ１３）。
即ち、第２金属配線２１をエッチングする工程Ｓ１１では、オーバーエッチ時間が条件によって変動して第２金属配線２１の下地酸化膜である第３層間膜１９’の膜厚がばらつくが、本実施の形態１にかかる製造方法では、工程Ｓ１２を行うことにより、第３層間膜１９’を選択的に除去する。
【００４５】
このため、赤外線撮像素子１００では、支持脚２５が、膜厚ばらつきの要因となっていた第３層間膜１９’を含まず、第１金属配線１８上の酸化膜が保護膜２３のみで形成された支持脚となる。これにより、製造ウエハ間や製造ロット間で支持脚の膜厚がばらつき、赤外線検出感度にもばらつきが生じるという問題点を解決し、赤外線検出感度の安定した赤外線撮像素子１００を得ることができる。
【００４６】
また、工程Ｓ１２では、赤外線検出領域８の第３層間膜１９’も除去することができ、赤外線検出領域８の薄膜化が可能となり、赤外線検出感度が向上する。
【００４７】
なお、本発明の実施の形態１では、第１金属配線１８と第２金属配線２１の２層金属配線を例に説明したが、３層以上の多層配線の場合も同様に、金属配線のエッチングに用いたレジストマスクを用いて、下地の層間膜をエッチング除去することで同様の効果を得ることができる。
【００４８】
また、ここでは、図４ｈにおいて、第２金属配線２１形成用レジストマスク２２をマスクとして第３層間膜１９’のエッチングを行ない第１金属配線１８の表面を露出させた際に、下地膜である第２層間膜１６が残存している場合について説明したが、第３層間膜１９’と第２層間膜１６が同一材料の場合には第２層間膜１６上でエッチングを停止させることが困難なため、第２層間膜１６をエッチングしてシリコン基板１２およびＳＯＩ層１４を露出させても良い。
【００４９】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２にかかる赤外線撮像素子２００の製造方法のフローチャートである。図５のフローチャートは、工程Ｓ１２において第２金属配線２１をマスクに用いて第３層間膜１９’をエッチングで除去する以外は、図３に示す本発明の実施の形態１にかかる製造方法のフローチャートと同じである。
【００５０】
図６は、赤外線撮像素子２００の製造方法の工程Ｓ１２の断面図であり、図１ａのＡ−Ａ方向と同じ方向に見た場合の断面図である。図６において、図１ｂと同一符号は、同一又は相当箇所を示す。
【００５１】
図５に示すフローチャートの工程Ｓ１〜工程Ｓ１１（図４ａ〜図４ｇ）を行った後、工程Ｓ１２では、まず図６に示すように、第２金属配線２１の上の第２金属配線形成用レジストマスク２２を除去する。
【００５２】
次に、第２金属配線２１をマスクとして、第３層間膜１９’のエッチングを行ない、第１金属配線１８の表面を露出させる。なお、エッチングは、炭素およびフッ素を含むフルオロカーボンガスを含むガスを用いたＲＩＥで行うことで、第１金属配線１８および第２金属配線２１に対して高い選択比を持って第３層間膜１９’をエッチングできる。また、ＲＩＥに代えて、フッ化水素酸を用いたウエットエッチを用いることも可能であるが、等方性エッチングであるため、第１金属配線１８および第２金属配線２１の直下に形成された第２層間膜１６および第３層間膜１９へのサイドエッチに注意してエッチング条件を設定する必要がある。
【００５３】
工程Ｓ１２で、第２金属配線２１をマスクとして第３層間膜１９’のエッチングを行ない、第２金属配線直下以外の第３層間膜１９’を除去した後、工程１３で保護膜２３を堆積させる。以下の工程Ｓ１４〜工程Ｓ１７は、図３のフローチャートと同じである。
【００５４】
本発明の実施の形態２にかかる赤外線撮像素子２００の製造方法では、このように、工程Ｓ１２で、第２金属配線２１をマスクとして第３層間膜１９’のエッチングを行ない、第２金属配線直下以外の第３層間膜１９’を除去することで、第３層間膜１９’を含まず、第１金属配線１８上の酸化膜が保護膜２３のみで形成された支持脚２５が実現できる。また、同時に、赤外線検出領域８の第３層間膜１９’も除去することができる。この結果、本発明の実施の形態１の製造方法と同様に、製造ウエハ間や製造ロット間で支持脚の膜厚がばらつき、赤外線検出感度にもばらつきが生じるという問題点を解決し、赤外線検出感度の安定した赤外線撮像素子２００を得ることができる。また、赤外線検出領域８の薄膜化が可能となり、赤外線検出感度が向上する。
【００５５】
なお、本発明の実施の形態２にかかる赤外線撮像素子２００の製造方法では、第１金属配線１８と第２金属配線の２層金属配線を例に説明したが、多層配線の場合も同様に、第２金属配線２１をマスクとして下地の層間膜をエッチング除去することで同様の効果を得ることができる。
【００５６】
また、工程１２（図６）において、第２金属配線２１をマスクとして第３層間膜１９’のエッチングを行ない第１金属配線１８の表面を露出させた際に、下地膜である第２層間膜１６が残存している場合について説明したが、第３層間膜１９’と第２層間膜１６が同一材料の場合には第２層間膜１６上でエッチングを停止させることが困難なため、第２層間膜１６をエッチングしてシリコン基板１２およびＳＯＩ層１４を露出させても良い。
【００５７】
実施の形態３.
図７は、本発明の実施の形態３にかかる赤外線撮像素子３００の断面図であり、図１ａのＡ−Ａ方向と同じ方向に見た場合の断面図である。また、図８は、本発明の実施の形態３にかかる赤外線撮像素子３００の製造方法のフローチャートであり、図９ａ〜図９ｌは製造工程の断面図である。図７、図８および図９ａ〜図９ｌ中、図１ｂ、図４ａ〜図４ｌと同一符号は、同一又は相当箇所を示す。
【００５８】
図７に示すように、赤外線撮像素子３００では、支持脚２５が、膜厚がばらつき、赤外線検出感度のばらつきの原因となっていた第３層間膜１９’を含まないため、検出感度のばらつきの無い赤外線撮像素子３００を得ることができる。
【００５９】
なお、配線領域１０に用いる第２金属配線２１には、比較的長い距離の信号伝達を行なうために厚膜の金属配線を用い、支持脚２５および赤外線検知部３０に用いる第１金属配線１８は、第２金属配線２１よりも薄い金属配線を用いることで、支持脚の断熱特性が向上すると共に、検知部の熱容量が低減でき赤外線検出感度を向上させることができる。
【００６０】
図８は赤外線撮像素子３００の製造方法のフローチャートであるが、このフローチャートは、工程Ｓ１２においてレジストマスク２８を用いて支持脚領域９の第３層間膜１９’をエッチングで除去する以外は、図３に示す本発明の実施の形態１にかかる製造方法のフローチャートと同じである。
【００６１】
即ち、赤外線撮像素子３００の製造方法では、まず、実施の形態１の工程Ｓ１〜Ｓ１１と同様の工程を行う。かかる工程は、図９ａ〜図９ｇに対応する。但し、図９ｇに示すように、工程Ｓ１１では、第２金属配線２１をエッチングした後、第２金属配線２１の上の第２金属配線形成用レジストマスク２２を除去する。
【００６２】
次に、工程Ｓ１２では、図９ｈに示すように、支持脚領域９が開口するようにレジストマスク２８を形成する。続いて、レジストマスク２８をエッチングマスクに用いて、支持脚領域９の第３層間膜１９’をエッチングで除去し、第１金属配線１８の表面を露出させる。最後に、図９ｉに示すように、レジストマスク２８を除去する。
【００６３】
なお、エッチングは、炭素およびフッ素を含むフルオロカーボンガスを含むガスを用いたＲＩＥで行うことで、第１金属配線１８に対して高い選択比を持って第３層間膜１９’をエッチングできる。また、ＲＩＥに代えて、フッ化水素酸を用いたウエットエッチを用いることも可能であるが、等方性エッチングであるため、第１金属配線１８および第２金属配線２１の直下に形成された第２層間膜１６および第３層間膜１９へのサイドエッチに注意してエッチング条件を設定する必要がある。
【００６４】
次に、工程Ｓ１３では、図９ｊに示すように、ＳＯＩウエハ１１の全面に保護膜２３を形成する。保護膜２３には、例えばプラズＣＶＤ法で形成したＴＥＯＳなどのシリコン酸化膜、シリコン窒化膜を用いる。
【００６５】
次に、工程Ｓ１４では、第２金属配線２１上の保護膜２３にパッド開口領域２４を形成する。
【００６６】
次に、工程Ｓ１５では、図９ｋに示すように、保護膜２３、第２層間膜１６を選択的にエッチングすることにより、支持脚領域９に支持脚２５を形成する。
【００６７】
次に、工程Ｓ１６では、図９ｌに示すように赤外線検出領域８に赤外線吸収膜２６を形成する。
【００６８】
最後に、工程Ｓ１７において、赤外線検出領域８および支持脚領域９直下のシリコン基板１２をエッチングして中空部２７を形成する。以上の工程で、図７に示す赤外線撮像素子３００が完成する。
【００６９】
このように、本発明の実施の形態３にかかる製造方法では、第２金属配線２１形成後に支持脚領域９の第３層間膜１９’を除去して第１金属配線１８の表面を露出させ、その後に、保護膜２３を堆積させることで、支持脚２５は膜厚のばらつく第３層間膜１９’を含まず、第１金属配線１８上の酸化膜が保護膜２３のみで形成された支持脚構造が実現できる。
【００７０】
なお、本発明の実施の形態３にかかる製造方法では、第１金属配線１８と第２金属配線の２層金属配線を例に説明したが、多層配線の場合も同様に、各金属配線のエッチング後に金属配線形成時に膜厚減少した下地の層間膜を支持脚領域９からエッチング除去することで同様の効果を得ることができる。
【００７１】
また、実施の形態３では、図９ｈにおいて、レジストマスク２８をマスクとして第３層間膜１９’のエッチングを行ない第１金属配線１８の表面を露出させた際に、下地膜である第２層間膜１６が残存している場合について説明したが、第３層間膜１９’と第２層間膜１６が同一材料の場合には第２層間膜１６上でエッチングを停止させることが困難なため、第２層間膜１６をエッチングしてシリコン基板１２およびＳＯＩ層１４を露出させても良い。
【００７２】
なお、本発明の実施の形態１〜３では、赤外線検出領域８にＳＯＩダイオードを用いた赤外線撮像素子について説明したが、例えば、酸化バナジウム（ＶＯｘ）などのボロメータ、ＢＳＴ（ＢａＳｒＴｉＯ３）などの焦電体等、温度によってその電気特性が変化する材料からなる赤外線検出膜を用いても同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００７３】
１  基板、２  赤外線撮像素子、３  駆動線、４  信号線、５  駆動走査回路、６  信号走査回路、７  読出し回路、８  赤外線検出領域、９  支持脚領域、１０  配線領域、１１  ＳＯＩウエハ、１２  シリコン基板、１３  埋め込み酸化膜、１４  ＳＯＩ層、１５  第１層間膜、１６  第２層間膜、１７  コンタクトホール、１８  第１金属配線、１９  第３層間膜、１９’  第２金属配線エッチング時に膜厚減少した第３層間膜、２０  スルーホール  ２１  第２金属配線、２２  第２金属配線形成用レジストマスク、２３  保護膜、２４  パッド開口領域、２５  支持脚、２６  赤外線吸収膜、２７  中空部、２８  レジストマスク、３０  赤外線検出部、５０  ＳＯＩダイオード方式熱型赤外線検出器、１００、２００、３００  赤外線撮像素子、５００  従来の赤外線撮像素子。
【図１ａ】
2014202708.tif 000003
【図１ｂ】
2014202708.tif 000004
【図２】
2014202708.tif 000005
【図３】
2014202708.tif 000006
【図４ａ】
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【図４ｂ】
2014202708.tif 000008
【図４ｃ】
2014202708.tif 000009
【図４ｄ】
2014202708.tif 000010
【図４ｅ】
2014202708.tif 000011
【図４ｆ】
2014202708.tif 000012
【図４ｇ】
2014202708.tif 000013
【図４ｈ】
2014202708.tif 000014
【図４ｉ】
2014202708.tif 000015
【図４ｊ】
2014202708.tif 000016
【図４ｋ】
2014202708.tif 000017
【図４ｌ】
2014202708.tif 000018
【図５】
2014202708.tif 000019
【図６】
2014202708.tif 000020
【図７】
2014202708.tif 000021
【図８】
2014202708.tif 000022
【図９ａ】
2014202708.tif 000023
【図９ｂ】
2014202708.tif 000024
【図９ｃ】
2014202708.tif 000025
【図９ｄ】
2014202708.tif 000026
【図９ｅ】
2014202708.tif 000027
【図９ｆ】
2014202708.tif 000028
【図９ｇ】
2014202708.tif 000029
【図９ｈ】
2014202708.tif 000030
【図９ｉ】
2014202708.tif 000031
【図９ｊ】
2014202708.tif 000032
【図９ｋ】
2014202708.tif 000033
【図９ｌ】
2014202708.tif 000034
【図１０】
2014202708.tif 000035