(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、入射赤外線光を吸収し熱に変換するための赤外線吸収部と、この赤外線吸収部で発生した熱による温度変化を電気信号に変換するための熱電変換部とを形成してなる赤外線検出画素を、二次元的に配列してなり、
前記赤外線検出画素は、前記赤外線検出部と前記熱電変換部とを前記半導体基板内部に形成される中空構造上に支持するための少なくとも一つ以上の支持構造とを備え、
この支持構造には、前記赤外線検出部からの信号を読み出すための支持配線が含まれており、
前記赤外線検出画素からの信号を読み出すための、前記赤外線検出画素を選択する画素選択手段と、この画素選択手段により選択された前記赤外線検出画素からの信号を読み出すための画素信号読み出し手段と、この読み出し手段により読み出された前記赤外線検出画素からの信号を出力するための出力手段と、
を有する赤外線センサであって、
前記画素選択手段と、前記読み出し手段と、前記出力手段とを含む周辺回路は、メタルダマシンゲートを有するＭＯＳトランジスタを含むものであり、
前記支持配線が、前記周辺回路におけるＭＯＳトランジスタのメタルダマシンゲートと同層で形成されたメタルダマシン配線であることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項２】
半導体基板上に、入射赤外線光を吸収し熱に変換するための赤外線吸収部と、この赤外線吸収部で発生した熱による温度変化を電気信号に変換するための熱電変換部とを形成してなる赤外線検出画素を、二次元的に配列してなり、
前記赤外線検出画素は、前記赤外線検出部と前記熱電変換部とを前記半導体基板内部に形成される中空構造上に支持するための少なくとも一つ以上の支持構造とを備え、
この支持構造には、前記赤外線検出部からの信号を読み出すための支持配線が含まれており、
前記赤外線検出画素からの信号を読み出すための、前記赤外線検出画素を選択する画素選択手段と、この画素選択手段により選択された前記赤外線検出画素からの信号を読み出すための画素信号読み出し手段と、この読み出し手段により読み出された前記赤外線検出画素からの信号を出力するための出力手段と、
を有する赤外線センサであって、
前記画素選択手段と、前記読み出し手段と、前記出力手段とを含む周辺回路は、メタルダマシンゲートを有するＭＯＳトランジスタを含むものであり、
前記支持配線が、前記周辺回路におけるＭＯＳトランジスタのメタルダマシンゲートと共に形成されるバリアメタル層と同層で形成され、その断面が略Ｕ字型であるバリアメタル配線であることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項３】
前記支持構造が、前記支持配線のみからなることを特徴とする請求項１又は２記載の赤外線センサ。
【請求項４】
前記支持構造が、前記支持配線と、前記支持配線の側壁に形成された窒化シリコン層とからなることを特徴とする請求項１又は２記載の赤外線センサ。
【請求項５】
半導体基板上に、入射赤外線光を吸収し熱に変換するための赤外線吸収部と、この赤外線吸収部で発生した熱による温度変化を電気信号に変換するための熱電変換部とを形成してなる赤外線検出画素を、二次元的に配列してなり、
前記赤外線検出画素は、前記熱電変換手段を含む赤外線検出部と、この赤外線検出部を、前記半導体基板内部に形成される中空構造上に支持するための少なくとも一つ以上の支持構造とにより構成され、
この支持構造には、前記赤外線検出部からの信号を読み出すための支持配線が含まれており、
前記赤外線検出画素からの信号を読み出すための、前記赤外線検出画素を選択する画素選択手段と、この画素選択手段により選択された前記赤外線検出画素からの信号を読み出すための画素信号読み出し手段と、この読み出し手段により読み出された前記赤外線検出画素からの信号を出力するための出力手段と、
を有する赤外線センサであって、
前記半導体基板は、ＳＯＩ構造の基板であり、
前記画素選択手段と、前記読み出し手段と、前記出力手段とを含む、周辺回路の一部において、前記ＳＯＩ基板上に形成されたＭＯＳキャパシタを用いた構造であることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項６】
前記半導体基板は、ＳＯＩ構造の基板であり、前記画素選択手段と、前記読み出し手段と、前記出力手段とを含む、
周辺回路の一部において、前記ＳＯＩ基板上に形成されたＭＯＳキャパシタを用いた構造であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の赤外線センサ。
【請求項７】
前記支持配線は、前記赤外線検出部と前記半導体基板との間に、折れ曲がることなく直線状に配置されてなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の赤外線センサ。
【請求項８】
前記赤外線検出部の底部において、ＳＯＩ層が前記中空部に接触している構造であることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載の赤外線センサ。
【請求項９】
前記バリアメタル層が窒化チタンであることを特徴とする請求項２乃至４、又は請求項６乃至８のいずれかに記載の赤外線センサ。
【請求項１０】
前記メタルダマシン配線がアルミニウムであることを特徴とする請求項１乃至４、又は請求項６乃至９のいずれかに記載の赤外線センサ。
【請求項１１】
前記メタルダマシン配線がタングステンであることを特徴とする請求項１乃至４、又は請求項６乃至９のいずれかに記載の赤外線センサ。
【請求項１２】
前記熱電変換手段は、前記半導体基板に形成されたｐｎ接合であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の赤外線センサ。
【請求項１３】
前記赤外線吸収構造は、シリコン酸化膜上にシリコン窒化膜を積層してなることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の赤外線センサ。
【請求項１４】
単結晶シリコン支持基板と、この単結晶シリコン支持基板の上に形成された埋め込みシリコン酸化膜層と、この埋め込みシリコン酸化膜層の上に形成された単結晶シリコン層と、からなるＳＯＩ構造の基板上の素子分離領域の単結晶シリコン層をエッチングする工程と、
この素子分離領域に形成された前記単結晶シリコン層の凹部に素子分離シリコン酸化膜を埋め込む工程と、
支持配線を素子周辺回路に形成されるメタルダマシンゲートＭＯＳトランジスタのゲート電極と同時に形成する工程と、
前記単結晶シリコン層に熱電変換手段を形成する工程と、
この熱電変換手段からの電気信号を出力するためのコンタクトホールおよび配線を形成する工程と、
前記赤外線吸収構造を形成する工程と、前記ＳＯＩ基板の単結晶シリコン支持基板内部をエッチングするためのエッチングホールを形成する工程と、
前記ＳＯＩ基板の単結晶シリコン支持基板内部をエッチングして中空構造を形成する工程と、
を含む赤外線センサの製造方法。
【請求項１５】
赤外線センサの製造方法であって、
すくなくとも、
単結晶シリコン支持基板と、
この単結晶シリコン支持基板の上に形成された埋め込みシリコン酸化膜層と、この埋め込みシリコン酸化膜層の上に形成された単結晶シリコン層と、
からなるＳＯＩ基板上の素子分離領域の単結晶シリコン層をエッチングする工程と、
この素子分離領域に形成された前記単結晶シリコン層の凹部に素子分離シリコン酸化膜を埋め込む工程と、
支持配線を素子周辺回路に形成されるメタルダマシンゲートＭＯＳトランジスタのゲート電極と同時に形成する工程と、
前記単結晶シリコン層に熱電変換手段を形成する工程と、
この熱電変換手段からの電気信号を出力するためのコンタクトホールおよび配線を形成する工程と、
赤外線吸収構造を形成する工程と、
前記ＳＯＩ基板の単結晶シリコン支持基板内部をエッチングするためのエッチングホールを形成する工程と、
前記ＳＯＩ基板の単結晶シリコン支持基板内部をエッチングして中空構造を形成する工程と、
前記メタルダマシンＭＯＳトランジスタのゲート電極と同時に形成した、前記支持配線のメタル部分をエッチング除去し、支持配線の断面構造を略Ｕ字型に加工する工程を含むことを特徴とする赤外線センサの製造方法。
【請求項１６】
前記支持配線の形成工程において、前記メタルダマシンゲート配線形成工程の後の工程として、コンタクトホールが形成される領域においては、前記メタルダマシンゲート配線のダマシンメタル表面を覆い、かつ前記領域においては、前記メタルダマシンゲート配線に面する部分を除く部分におけるメタルダマシンゲート配線のバリアメタルと接触するように、前記メタルダマシンゲート配線の表面にバリアメタル層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１５記載の赤外線センサの製造方法。
【請求項１７】
前記エッチングホールを形成する工程は、前記支持配線に対してセルフアラインであることを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれかに記載の赤外線センサの製造方法。
【請求項１８】
前記バリアメタルは、窒化チタンであることを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれかに記載の赤外線センサの製造方法。
【請求項１９】
前記ダマシンメタルはアルミニウムであることを特徴とする請求項１４乃至１８のいずれかに記載の赤外線センサの製造方法。
【請求項２０】
前記ダマシンメタルはタングステンであることを特徴とする請求項１４乃至１８のいずれかに記載の赤外線センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は赤外線センサおよびその製造方法に係わるものであり、特に非冷却型の赤外線センサの画素構造およびその製造方法に係わり、低コスト・高感度の非冷却型赤外線センサおよびその製造方法を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
赤外線撮像は、昼夜にかかわらず撮像可能であるとともに、可視光よりも煙、霧に対して透過性が高いという特長があり、さらに被写体の温度情報をも得ることができることから、防衛分野をはじめ監視カメラや火災検知カメラとして広い応用範囲を有する。
【０００３】
近年、従来の主流素子である量子型赤外線固体撮像装置の最大の欠点である、低温動作のための冷却機構を必要としない「非冷却型赤外線固体撮像素子」の開発が盛んになってきている。非冷却型すなわち熱型の赤外線固体撮像装置においては、波長１０μ程度の入射赤外線を吸収構造により熱に変換した上で、この微弱な熱により生じる感熱部の温度変化をなんらかの熱電変換手段により電気的信号に変換し、この電気的信号を読み出すことで赤外線画像情報を得ている。
【０００４】
このような非冷却型赤外線センサの感度を向上するためには、大きく分類して３種類の方法がある。
【０００５】
第一の方法は、被写体の温度変化：ｄＴｓに対する、赤外線検出部に入射する赤外線パワー：ｄＰの比、すなわち、ｄＰ／ｄＴｓを向上する方法である。この方法は、主に光学系による感度向上であり、赤外線レンズの大口径化、反射防止膜コート、低吸収レンズ材料の使用や、赤外線検出部の赤外線吸収率の向上、赤外線吸収面積の向上などがこれに該当する。近年の非冷却型赤外線センサの多画素化ととも、単位画素のサイズは４０μｍ×４０μｍ程度が主流となっており、上述した項目のうち、赤外線検出部における赤外線吸収面積の向上が、比較的重要課題として残されていた。しかし、赤外線吸収層を画素上部に積層形成することで赤外線吸収面積を画素面積の約９０％にまで向上した事が報告され(Tomohiro Ishikawa, et al. , Proc. SPIE Vol.3698, p.556, 1999)、これ以上の大幅な感度向上を、光学的手段で得ることは難しい。
【０００６】
第二の方法は、入射赤外線パワー：ｄＰと、赤外線検出部の温度変化：ｄＴｄとの比、すなわち、ｄＴｄ／ｄＰを向上する方法であり、上述した方法が光学的手法であるのに対して、これは熱的な方法であるといえる。一般的に、真空パッケージに実装される非冷却型赤外線センサにおいては、いまのところ、赤外線検出部からの支持基板への熱輸送は、赤外線検出部を支持基板内部の中空構造上に支持する支持構造の熱伝導によるものが支配的である。したがって、低熱伝導率の材料からなる脚状の支持構造を、設計上可能な範囲で、より細く、より長くレイアウトすることが行われている（たとえば、Ｔｏｍｏｈｉｒｏ  Ｉｓｈｉｋａｗａ，  ｅｔ  ａｌ．，  Ｐｒｏｃ．  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．３６９８，  ｐ．５５６，  １９９９）。しかし、画素サイズが４０μｍ×４０μｍ程度に微細化されつつある中で、すでにシリコンＬＳＩプロセスレベルの微細加工を行っているために支持構造のレイアウト上の工夫によって、これ以上の大幅な感度向上を実現することは難しい。同様に、支持構造の材料特性である熱伝導率をさらに低減することも困難であり、特に、赤外線検出部からの電気信号を出力するための配線については、その機構が類似している電気伝導と熱伝導に対して相反する要求があり、材料的に大幅な感度向上を実現することも難しい。
【０００７】
第三の方法は、赤外線検出部の温度変化：ｄＴｄと、熱電変換手段により発生する電気信号変化：ｄＳとの比、すなわちｄＳ／ｄＴｄを向上する手段であり、これは電気的な方法である。この方法については、他のふたつの方法と異なり、単純な高感度化すなわちｄＳ／ｄＴｄの向上を目的としながらも、同時に発生する各種の電気的な雑音を低減することが非常に重要でありこれまでに、いろいろな熱電変換の手段が検討されてきている。例えばゼーベック効果により温度差を電位差に変換するサーモパイル（  Ｔｏｓｈｉｏ  Ｋａｎｎｏ，  ｅｔ  ａｌ．，  Ｐｒｏｃ．  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．２２６９，  ｐｐ．４５０−４５９，  １９９４）、抵抗体の変化温度により温度変化を抵抗変化に変換するボロメータ（Ａ．Ｗｏｏｄ，  Ｐｒｏｃ．  ＩＥＤＭ，  ｐｐ．１７５−１７７，  １９９３）、焦電効果により温度変化を電荷に変換する焦電素子（Ｃｈａｒｌｅｓ  Ｈａｎｓｏｎ，  ｅｔ  ａｌ．，  Ｐｒｏｃ．  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．２０２０，  ｐｐ．３３０−３３９，  １９９３）、そして、一定の順方向電流により温度変化を電圧変化に変換するシリコンｐｎ接合（Ｔｏｍｏｈｉｒｏ  Ｉｓｈｉｋａｗａ，  ｅｔ  ａｌ．，  Ｐｒｏｃ．  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．３６９８，  ｐ．５５６，  １９９９）等が報告されている。
【０００８】
しかしながら、各方式の比較において、その熱電変換特性や雑音特性、そして製造方法とを総合的に見て、他の方式より決定的に優れている方式があるとは言えないのが現状であり、温度分解能的にはボロメータが優れるが、製造工程上ではシリコンＬＳＩ工程のみ製造できるシリコンｐｎ接合が優れる、という具合である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、非冷却型赤外線センサを高感度化するための方法の一つとして、入射赤外線パワー：ｄＰと、赤外線検出部の温度変化：ｄＴｄとの比、すなわち、ｄＴｄ／ｄＰを向上するという、熱的な方法がある。一般的に、赤外線検出部からの支持基板への熱輸送は、赤外線検出部を支持基板内部の中空構造上に支持する支持構造の熱伝導によるものが支配的であり、低熱伝導率の材料からなる脚状の支持構造を、設計上可能な範囲で、より細く、より長くレイアウトすることが行われているが、画素サイズが４０μｍ×４０μｍ程度に微細化されつつある中で、すでにシリコンＬＳＩプロセスレベルの微細加工を行っているために支持構造のレイアウト上の工夫によって、これ以上の大幅な感度向上を実現することは難しい。
【００１０】
さらに、シリコンＬＳＩプロセスにおける微細加工技術の進歩に伴う、画素の微細化や支持構造の微細化のトレンドにおいては、画素底部および支持構造からの輻射による熱輸送の影響が無視できなくなることが予測されており、支持構造の微細化による熱伝導低減のみによる高感度化は、上記の輻射に起因する感度限界により制限されてしまうことが予想される。
【００１１】
また、赤外線検出部からの信号読み出しのために、支持構造内部に形成される支持配線には、低熱伝導率材料からなる独自の配線層を形成する必要があり、たとえばチタン材料を用いた支持配線構造の有効性が知られている。
【００１２】
しかし、このチタン自身を熱電変換材料として使用する場合を除けば、素子周辺回路における配線形成工程とは別に、支持配線構造のみを形成する工程が必要である。
【００１３】
本発明は上記課題を克服した新規な赤外線センサ及びその製造方法を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、赤外線検出部と支持基板との間の支持構造に含まれる支持配線を、メタルダマシンゲートと同層で微細に形成することで、支持構造の断面積を大幅に低減することが可能である。したがって赤外線検出部と支持基板との間の熱輸送を支配する、支持構造の熱伝導を大幅に低減することが可能となり、その結果として、非常に高感度な非冷却型赤外線センサを得ることができる。
【００１５】
また、本発明によれば、上記の支持構造の断面積を大幅に低減することが可能であるために、現在と同等の熱分離を得るためであれば、支持構造の長さを大幅に短縮することが可能であり、単位画素面積に対する赤外線検出部面積として定義される開口率を大幅に向上可能であり、結果的に、支持構造を安定化すると同時に高感度が可能となるだけでなく、支持構造の単純構造化によって、その製造工程は極めて安定化し、製造歩留まりが向上することによる低コスト化も可能である。
【００１６】
同時に、本発明によれば、周辺回路の微細化によるチップ面積の縮小も可能であり、したがって、当然、低コスト化が可能となる。
【００１７】
さらに、本発明によれば、赤外線検出部のＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ、絶縁基板上にシリコン層や基板が配置される構造）層の底面が中空構造に接触、すなわち露出している。赤外線検出部であるＳＯＩ層の単結晶シリコンは、従来構造におけるダイアフラム構造および支持構造の底部に存在するシリコン酸化膜やシリコン窒化膜と比較して、１０μｍ帯での赤外線輻射率が極めて低く、したがって、上述の底面露出構造によれば、上記底面からの輻射による熱輸送を大幅に低減可能となる。微細加工技術の進歩に伴う、画素の微細化や支持構造の微細化のトレンドにおいては、上述のダイアフラム構造および支持構造の底部に存在するシリコン酸化膜やシリコン窒化膜からの輻射による熱輸送は、支持構造の熱伝導と比較して同等の水準になることが予測されており、単純な微細化による高感度化は上述の輻射による熱輸送による感度限界が存在する。したがって、上述の底面露出構造によって、微細化トレンドにおいて、さらに高感度な非冷却型赤外線センサを得ることができる。
【００１８】
また、本発明によれば、周辺回路において必要なキャパシタを、従来のポリシリコン／シリコン酸化膜／シリコン窒化膜／シリコン酸化膜／ポリシリコンという、いわゆるポリ・ポリキャパシタ構造に代わって、ＳＯＩ基板上で電気的に完全に分離されたＭＯＳキャパシタを用いることで、赤外線検出部を薄くすることを可能とし、その結果として赤外線検出部の熱容量を低減し、レスポンスの良い、残像の少ない非冷却型赤外線センサを得ることができる。
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、低コストかつ高感度の非冷却赤外線センサを得ることが出来る。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。その実施の形態につき、図を用いて詳細に説明する。
【００２１】
図１は本発明の第１の実施形態に係わる赤外線センサの全体構成図である。入射赤外線を電気信号に変換する赤外線検出画素１が半導体基板上に２次元的に配置され、画素選択のための垂直アドレス回路および水平アドレス回路が赤外線検出画素アレイ２に隣接配置され、選択された画素からの信号を順次出力するための出力部を有している。図１における赤外線検出画素１は順バイアスされたｐｎ接合であり、画素のｐｎ接合を順バイアスするための定電流源も赤外線検出画素アレイ２に隣接して配置されている。ここで、図１では赤外線検出画素アレイ２として２行×２列の４画素のアレイを示した。
【００２２】
垂直アドレス回路４０により選択された赤外線検出画素行には、定電流源３０から供給される順バイアス電流が、垂直信号線３、選択画素、水平アドレス線４の電流パスを流れ、垂直信号線３に発生した信号電圧は、水平アドレス回路５０により順次選択され出力される。
【００２３】
図１においては、最も単純な例として、垂直信号線３に発生した信号電圧を、水平アドレス回路により順次選択される列選択トランジスタ（メタルダマシンゲートＭＯＳトランジスタで構成）５を介して、直接出力する構造を示しているが、この信号電圧は微弱であるので、たとえば、信号電圧を行単位で並列に読み出し、増幅し、１Ｈ期間保持する構造を設けることで、信号電圧を増幅するとともに、信号帯域の制限による低雑音化が可能であり、より好ましい。
【００２４】
図２には、図１の赤外線検出画素の等価回路を示す。高感度化のためにｐｎ接合はｎ個直列接続されており、ｐｎ接合に直列に付加抵抗：Ｒａが存在している。
【００２５】
付加抵抗：Ｒａは、ｐｎ接合と水平アドレス線４およびｐｎ接合と垂直信号線５との間の画素内部配線抵抗：Ｒｌ、この配線とｐｎ接合とのコンタクト抵抗：Ｒｃ、およびｐｎ接合のｐ領域およびｎ領域の抵抗：Ｒｓとからなっている。
【００２６】
図３（ａ）、（ｂ）は、各々、図２に示す赤外線検出画素の平面構造と、平面構造図におけるＡ−Ａ’断面の断面構造とを説明するための概略図である。赤外線検出画素１は単結晶シリコン支持基板６内部に形成された中空構造７の上に、赤外線吸収層２０１、２０２と、熱電変換のために形成された内部にｐｎ接合をもつＳＯＩ層（熱電変換部）９と、このＳＯＩ層９を支持している埋め込みシリコン酸化膜層８とから成るセンサ部１０と、このセンサ部１０を中空構造７上に支持するとともにセンサ部１０からの電気信号を出力するための支持配線１１と、このセンサ部１０と垂直信号線３および水平アドレス線４とを接続する接続部（不図示）からなっている。
【００２７】
赤外線吸収層としては、表面側から窒化シリコン層２０２、酸化シリコン層２０１を形成しており、図４の赤外線吸収特性に示すように、図３（ｂ）に示すように、２種類の吸収材料を積層することにより、８〜１４μｍの赤外線を吸収し熱に変換している。
【００２８】
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、シリコン窒化膜（ＣＶＤ）、シリコン酸化膜（ＣＶＤおよび熱酸化）のそれぞれの１０μｍ近傍での赤外線吸収特性を示している。図４から明らかなように、表面側のシリコン窒化膜２０２は、１２μｍ近傍にＳｉ−Ｎ結合の吸収ピークを持ち、基板側のシリコン酸化膜２０１は、１０μｍ近傍にＳｉ−Ｏ結合の吸収ピークを示している。したがって、吸収ピークの異なるこれらの層を積層形成することで、効率よく入射赤外線を吸収し熱に変換可能となる。
【００２９】
また、図３のセンサ部１０における金属配線１２は、たとえばアルミニウム等の金属であり、入射赤外線を反射するため、これを埋め込んだ赤外線吸収層２０１、２０１における赤外線の吸収効率を高める効果もある。
【００３０】
センサ部１０および支持配線１１が中空構造７上に設けられることにより、入射赤外線によるセンサ部１０の温度の変調を効率良く行う構造になっている。図３では、ｎが２の場合の構造を示している。
【００３１】
すなわち、図３に示すように、センサ部１０は中空構造７の上に、支持配線１１により支持されることにより、半導体基板との熱分離がなされた構造であるので、入射した赤外線が赤外線吸収層２０１，２０２において吸収されて発生した熱により、センサ部１０の温度が上昇する。
【００３２】
垂直アドレス回路により選択された行に接続された画素では、その温度上昇により定電流バイアスされたＳＯＩ層９内部のｐｎ接合の動作点が変化し、その動作点の変化によって、図１に示す垂直信号線３の電圧が変化し、信号電圧として読み出される。
【００３３】
本実施の形態における特徴は、支持配線１１の構造にあり、支持配線１１を拡大した構造図を図３（ｃ）に示しており、製造方法を図５、６により説明するが、従来例として示した図１５との比較からも明らかなように支持配線１１が大幅に微細化されている。
【００３４】
この、微細な支持配線１１を実現するために、従来例における支持配線１３を、メタルダマシンゲートＭＯＳトランジスタのゲート形成と同時に形成している。ここに支持配線１１はメタルダマシン配線を主体としてなり、メタルダマシン配線１０８周囲にバリアメタル１０７、サイドウォール１０５およびゲート絶縁膜１０６が形成される。
【００３５】
メタルダマシンゲートのＭＯＳトランジスタについては、Ａ．  Ｙａｇｉｓｈｉｔａ  ｅｔ  ａｌ．の論文（”Ｈｉｇｈ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｄａｍａｓｃｅｎｅ  Ｍｅｔａｌ  Ｇａｔｅ  ＭＯＳＦＥＴ’ｓ  ｆｏｒ  ０．１μｍ  Ｒｅｇｉｍｅ”，  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，  Ｖｏｌ．４７，  Ｎｏ．５，  ｐ．１０２８，  ＭＡＹ  ２０００）に詳細な記述があり、本実施例においても、同様の工程によりメタルダマシンゲートを形成し、同時に極めて微細な支持配線１１を実現している。
【００３６】
メタルダマシンゲートＭＯＳトランジスタの製造工程と、それと同時に行われるメタルダマシン配線からなる支持配線の製造工程を、各々、図５、図６に示す。
【００３７】
図５と図６との違いは、図５がＭＯＳトランジスタの製造工程であるので、トランジスタとしての動作のためにＳＯＩ領域９にメタルダマシンゲート１０８を形成し、また、ＳＯＩ領域９に拡散層を形成しているのに対して、図６は配線としての製造工程であるので素子分離領域であるＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ−Ｔｒｅｎｃｈ−Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）領域１００上に形成し、当然不純物層の形成も必要ない。
【００３８】
図５、図６においては、ＳＯＩ基板の支持基板６を省略し、埋め込み酸化膜層８および、その上にあるＳＯＩ層９における製造工程を説明している。
【００３９】
もちろん、図５、図６に示す製造工程は、同時に進行することは言うまでも無い。
【００４０】
図５（ａ）、図６（ａ）では、すでに一般的なＬＳＩ製造工程である素子分離、ゲート酸化膜形成、ＭＯＳトランジスタゲートが形成された状態である。
【００４１】
素子分離として図５（ａ）では、ＭＯＳトランジスタ領域外にＳＴＩ工程を行い、図６（ａ）では全領域にＳＴＩ工程を行っている。
【００４２】
また、ダミー酸化膜１０１を形成し、ダミーゲートとして、たとえばポリシリコン膜１０２と窒化シリコン膜１０３を堆積し、フォトレジスト１０４をマスクとしたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ−Ｉｏｎ−Ｅｔｃｈｉｎｇ）等によりエッチング加工している。
【００４３】
図５（ｂ）では、不純物イオン注入により、ダミーゲートに対してセルフアラインでＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ−Ｄｏｐｅｄ−Ｄｒａｉｎ）拡散層を形成し、サイドウォール１０５は、たとえば窒化シリコン膜を堆積した後にＲＩＥで全面エッチングするという一般的な工程で形成され、再度、不純物イオン中によりソース、ドレインのための拡散層をサイドウォール１０５に対してセルフアラインで形成している。
【００４４】
図５（ａ）におけるフォトレジスト１０４は、ＬＤＤ拡散層形成の前後いずれか、サイドウォール１０５を形成する前に酸素アッシャー等により除去されている。
【００４５】
このとき図６（ｂ）の配線部には、不純物層形成の工程は行われないが、サイドウォール１０５が形成される。
【００４６】
図５（ｃ）、図６（ｃ）では、メタルダマシン工程のための絶縁膜堆積とＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）による平坦化が行われている。
【００４７】
まず、ＰＭＤ（Ｐｒｅ−Ｍｅｔａｌ−Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ−ｆｉｌｍ）として、たとえばＴＥＯＳをソースとしたＣＶＤにより酸化シリコン膜が堆積され、ＣＭＰにより平坦化される。
【００４８】
このとき、サイドウォール１０５および表面側ダミーゲート１０３を窒化シリコン膜により形成することで、これらがＣＭＰにおけるストッパーとして機能する。
【００４９】
図５（ｄ）、図６（ｄ）では、ダミーゲート１０３，１０２およびダミー酸化膜１０１を順次除去している。窒化シリコンからなるダミーゲート１０３をホット燐酸で、ポリシリコンからなるダミーゲート１０２およびダミー酸化膜１０１の一部はＣＤＥ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｄｒｙ−Ｅｔｃｈｉｎｇ）で各々除去する。この際には、窒化シリコンからなるサイドウォール１０５やＳＯＩ領域９がエッチングされないよう、ダミー酸化膜１０１の厚さやダミーゲート除去工程が最適化されることはいうまでもない。
【００５０】
最終的には、わずかに残ったダミー酸化膜１０１をたとえば希弗酸により除去する。
【００５１】
このとき、図６（ｄ）においては、ＳＴＩ領域１００がわずかにエッチングされる。
【００５２】
図５（ｅ）、図６（ｅ）では、ゲート絶縁膜１０６として、たとえば、酸化シリコン膜や酸化タンタル膜等を形成し、ダマシンメタル１０８からの拡散を防止するためのバリアメタル１０７としてたとえば、窒化チタン膜をスパッターやＣＶＤ等の技術で堆積した後に、スパッターやＣＶＤ等の堆積技術によりダマシンメタル１０８としてたとえばアルミニウムやタングステンを堆積し、ダミーゲート１０２，１０３を除去して形成された溝を完全に埋め込んでいる。
【００５３】
図５（ｆ）、図６（ｆ）は、ダマシンメタル１０８およびゲート以外の領域のバリアメタル１０７をＣＭＰにより平坦化除去し、メタルダマシンゲートＭＯＳトランジスタ１２０と、メタルダマシン配線１０８が完成した図である。
【００５４】
次に、図３に示した、赤外線検出画素の構造図を用いて、その製造方法について説明する。
【００５５】
図３に示す赤外線検出画素の製造工程を、中空構造形成前までの工程と、中空構造形成工程とに分けて以下説明する。
【００５６】
まず、中空構造形成前までの工程について、図７（ａ）を用いて説明する。
【００５７】
図７（ａ）（ｂ）においては、センサ素子周辺回路で使用されるＭＯＳトランジスタの断面構造と、センサ部を中空構造上に支持する支持構造の断面構造とを併記しており、支持配線構造がＭＯＳトランジスタのゲート電極と同層で形成されることを説明する。
【００５８】
まず、半導体基板として単結晶シリコン支持基板６上に埋め込みシリコン酸化膜層８、単結晶シリコン層９が順次積層された、いわゆるＳＯＩ基板を準備する。
【００５９】
一般的なＬＳＩ製造工程における素子分離の例としてＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ−Ｔｒｅｎｃｈ−Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）工程を行う。すなわち、フォトリソグラフィ等の技術をもちいて素子分離領域を定義し、素子分離領域の単結晶シリコン層９を、たとえばＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ−Ｉｏｎ−Ｅｔｃｈｉｎｇ）等の技術によりエッチング除去した後に、素子分離シリコン酸化膜１１をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｖａｐｏｒ−Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の技術により埋め込み、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等の技術で平坦化する。このとき、支持構造の領域も素子分離領域として定義され、素子分離シリコン酸化膜１００が埋め込まれることは言うまでも無い。
【００６０】
次に、アドレス回路、出力部、定電流源等の周辺回路に使用するためのメタルダマシンゲートＭＯＳトランジスタと同時に、支持配線構造を前述の方法で形成する。
【００６１】
ただし、図７（ａ）（ｂ）においては、図が煩雑にならないよう、ＬＤＤ拡散層やサイドウォール、そして赤外線吸収層２０２については省略している。
【００６２】
周辺回路において、キャパシタが必要な場合には、２種類の方法がある。
【００６３】
ひとつは、図７（ｂ）に示す構造である。
【００６４】
図７（ｂ）は図７（ａ）との比較として、既出願（特願２０００−２９８２７７）における構造を示したものである。
【００６５】
図７（ｂ）に示した、キャパシタ部は、一般的な構造であるポリシリコン２０８／シリコン酸化膜／シリコン窒化膜／シリコン酸化膜／ポリシリコン２０９という、いわゆるポリ・ポリキャパシタ構造である。
【００６６】
本実施の形態におけるメタルダマシンゲートＭＯＳトランジスタおよびメタルダマシン配線を用いる場合には、図７（ｂ）に示すキャパシタ構造を得るためには、そのための独立した工程が必要になる。
【００６７】
したがって、製造コスト等を考えた場合に、標準的なキャパシタ構造に替わってＳＯＩ基板上で電気的に完全に分離されたＭＯＳキャパシタを用いることが、より好ましいと言え、その構造が図７（ａ）のキャパシタ部の構造である。この構造は、半導体基板がＳＯＩ基板であり、完全に電気的に分離されていることを利用したものである。
【００６８】
さらに、図７（ｂ）との比較からも明らかなように、キャパシタ部の構造を薄くすることが可能であり、その結果として赤外線検出部が薄くなり、赤外線検出部の熱容量を低減し、レスポンスが向上し、低残像化が可能となる。
【００６９】
このＭＯＳキャパシタ構造を用いることは、従来の赤外線センサにおいても、その製造工程の短縮、歩留まりの向上に起因する低コスト化や、薄いキャパシタ構造に伴う薄い赤外線検出部構造による、赤外線検出部の熱容量低減効果に起因する、レスポンス向上し、低残像化の効果が得られることは言うまでもない。
【００７０】
次に、コンタクトホール１６をＲＩＥ等により形成し、必要に応じてコンタクトホールにプラグ１６を埋め込む。たとえば、ＣＶＤによりタングステン膜を基板全面に堆積し、ＣＭＰを行うことでプラグ１６の埋め込みが可能である。図示していないが、メタルダマシン１０８のゲート電極および支持配線１１に対しても、同様にコンタクトホールが形成されプラグが埋め込み形成されることになる。
【００７１】
プラグ材料を堆積する前に、必要に応じてたとえば、チタンや、窒化チタンあるいは、これらの積層膜からなるバリアメタル層を形成することも可能である。
【００７２】
そして、金属配線１２としてたとえば、アルミニウムあるいはアルミニウム合金を形成した後に、ＭＯＳトランジスタ等のパッシベーションを兼ねた赤外線吸収体層を形成する。図では、シリコン酸化膜２０１と、シリコン窒化膜２０２とを積層形成している。
【００７３】
次に、中空構造を形成する工程について説明する。
【００７４】
中空構造形成のためには支持基板６をエッチングする必要があるので、そのためのエッチングホール１９をＲＩＥにより形成し、単結晶シリコン支持基板６を露出させる。
【００７５】
従来例として示した図１５では、エッチングホール１９形成はリソグラフィー等の限界によりその微細化が阻まれていたが、図３に示すように、本実施例の構造によればエッチングホール１９は、支持構造１１を含むように設計が可能であり、大幅な微細化が可能となる。
【００７６】
すなわち、エッチングホール１９の開口部の中に支持配線１１をレイアウトすることで、支持配線１１より表面側の吸収層２０１、２０２はすべてエッチングされ、その後支持配線１１に対してセルフアラインでＳＴＩ領域１００のエッチングが進行し、支持基板６が露出する。
【００７７】
この構造が可能であることは、支持基板６のシリコンエッチングにおけるエッチャントに対して、窒化チタンのエッチング耐性が高いことによるものである。
【００７８】
次に、中空構造形成のための、シリコン異方性エッチングを行う。単結晶シリコンの異方性エッチャントとして、たとえばＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ａｍｍｏｎｉｕｍ−Ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）等の薬液を用いた単結晶シリコンの異方性エッチングを行うことで、単結晶シリコン支持基板６内部に中空構造７が形成される。
【００７９】
最後に、支持配線１１の下部に残ったＳＴＩ領域を除去するために、アルミニウムとの選択比が高い酸化シリコンのエッチャントを用いて、酸化シリコンのエッチングを行う。
【００８０】
支持配線１１の幅は、メタルダマシンゲートと同一構造であるために、大幅に微細化されており、たとえばメタルダマシンゲート長として０．１７ミクロン、サイドウォール幅として０．０３ミクロン程度を想定しても、その幅は、０．２３ミクロンであり簡単にエッチングすることが可能であり、図３の構造を得ることが出来る。
【００８１】
このときのエッチャントとしては、アルミニウムとのエッチング選択比が大きい、酢酸と弗化アンモニウムの混合液を用いることが好ましい。
【００８２】
また、超高感度化のために支持配線１１を長く設計する場合には、支持配線１１下部のＳＴＩ領域を完全にエッチングせずに残すことも可能である。その場合でも、ＳＴＩ領域の材料である酸化シリコン膜の熱伝導係数は１５［Ｗ／ｍ／Ｋ］程度であり、赤外線検出部１０を支持するための機械的強度との兼ね合いを考慮し、その目的に応じて自由且つ最適に設計することが可能である。
【００８３】
図３からも明らかなように、支持構造の断面積は、大幅に低減されており、支持構造の熱伝導の大幅な低下による、大幅な高感度化が可能である。本構造によれば、エッチングホール１９形成のためのリソグラフィーの加工限界による微細化の限界を超えて、支持構造の幅を細くするのみならず、事実上、支持構造の熱伝導は支持配線のみによって支配されるレベルに低減される。その大幅な断面積の低減効果により、大幅な高感度化が可能である。それと同時に、ＭＯＳトランジスタのゲート電極と同層で形成するということは、極めて微細な加工が可能であることにもなり、その効果による高感度化が可能である。
【００８４】
具体的には、ダマシンメタルとして熱伝導係数が７３［Ｗ／ｍ／Ｋ］であるタングステンを用いて、バリアメタルとして熱伝導係数が２１［Ｗ／ｍ／Ｋ］の窒化チタンを用い、さらにサイドウォールとして熱伝導係数が１５［Ｗ／ｍ／Ｋ］の窒化シリコンをもちいて、ダマシンメタルが幅０．１５ミクロン、バリアメタル厚が０．０１ミクロン、サイドウォール幅が片側０．０３ミクロンとして計算すると、単位長あたりの熱伝導率は、１．１５×１０−１２［Ｗ・ｍ／Ｋ］であり、現在の一般的な支持配線の熱伝導率である１×１０−７［Ｗ／Ｋ］を得るとすれば、支持配線の長さは１１．５ミクロンで十分になり、従来構造の約１／５に短縮することが可能となる。
【００８５】
逆に、図１５に示す従来構造の設計のまま、支持配線構造に本実施例を適用することで、感度は約５倍にも高感度化することになる。
【００８６】
また、ダマシンメタルとしてアルミニウムやタングステンという低電気抵抗材料を用いているので、支持配線の電気抵抗に起因する熱雑音を抑制可能であり、その効果からも高感度化が可能である。
【００８７】
さらに、微細なメタルダマシンゲートＭＯＳトランジスタを周辺回路に利用することで、チップ全体の面積も縮小され、その結果として、低コスト化の効果もある。
【００８８】
次に本発明の第２の実施形態に係わる赤外線センサについて説明する。
【００８９】
図８は、本発明の第２の実施形態に係わる赤外線センサの画素部の断面構造および平面構造である。
【００９０】
図８は、図３に示した第１の実施形態と類似の断面構造であるが、支持配線１１の断面構造を拡大した図８（ｃ）に示すように、支持配線１１においてダマシンメタル１０８を除去した構造となっている。
【００９１】
また、図８（ａ）の表面レイアウトには、支持配線１１が直線状に形成され、かつ大幅に短縮されていることが示されている。
【００９２】
すなわち、本実施形態においては、支持配線１１における熱伝導を支配するダマシンメタル１０８を除去した構造により、支持配線１１の単位長あたり熱伝導率を、さらに大幅に低減することで、高感度化と、構造の簡素化を可能としたものである。
【００９３】
その製造方法は、第１の実施形態とほぼ同じであり、基本的にはダマシンメタル１０８を除去するという工程が付加されるだけのものである。
【００９４】
特に、ダマシンメタル１０８としてアルミニウムを用いた場合には、支持基板６をエッチングして中空構造７を形成する工程において、シリコンエッチャントであるＴＭＡＨによりエッチングされることになり、付加的な工程は発生しない。
【００９５】
ただし、図８（ｄ）に示すように、支持配線と赤外線検出部内部配線あるいは垂直信号線、水平線選択線とのコンタクト部分に関して、付加的な構造と付加的な工程が必要となる。
【００９６】
図８（ｄ）に示した構造は、赤外線検出部１０におけるコンタクト構造であるが、垂直信号線および水平選択線とのコンタクト構造も同様であることが必要である。
【００９７】
具体的には、支持配線とのコンタクト部においては、支持配線に面した部分を除き、ダマシンメタル表面を完全にバリアメタル１０９でカバーすることが必要であり、これが付加的な構造であり、付加的な工程となる。
【００９８】
第１の実施形態と同様なパラメータを用いれば、本実施形態における支持配線の単位長あたりの熱伝導率は、１．６×１０−１３［Ｗ・ｍ／Ｋ］にまで大幅に低減される。
【００９９】
したがって、現在の一般的な支持配線の熱伝導率である１×１０−７［Ｗ／Ｋ］を得るとすれば、支持配線の長さは僅かな３．２ミクロンで十分になり、従来構造の約１／２０にも短縮することが可能となる。
【０１００】
その結果、図８に示すような直線的な支持配線１１構造を実現可能であり、その結果として画素に占める赤外線検出部１０の面積であるフィルファクターを大幅に向上することにもなる。
【０１０１】
さらに、図３に示す構造であれば、機械的な強度、安定性は大幅に向上することになることは明らかである。
【０１０２】
逆に、図１５のように、従来構造の設計のまま、支持配線構造に本実施形態を適用することで、感度は約２０倍にも高感度化することになる。
【０１０３】
もちろん、この場合にも、第一実施形態と同様に支持配線１１底部にＳＴＩ領域を残すことも可能であり、その場合にも、感度と機械的強度との兼ね合いを考慮した上で、その目的に応じて自由且つ最適な設計が可能である。
【０１０４】
次に本発明の第３および第４の実施形態について、各々図９、図１０を用いて説明する。
【０１０５】
図９、１０は各々図３、図８に示した、第１および第２の実施形態とほぼ同様であるが、支持配線１１にサイドウォール１０５が存在しない構造であることが特徴である。
【０１０６】
この構造を得るための製造方法は、各々第１および第２の実施形態とほぼ同様であるが、唯一エッチングホール１９形成におけるエッチング条件を調整することにより、事実上、工程を付加することは無い。
【０１０７】
すなわち、エッチングホール１９のエッチング加工において、酸化シリコン膜と、窒化シリコン膜の選択比が低いエッチング条件を用いることにより図９、図１０の構造を得ることが出来る。
【０１０８】
第１および第２の実施形態と同様なパラメータを用いれば、第３実施例は第１の実施形態とほぼ同様の結果であるが、第４の実施形態における支持配線の単位長あたりの熱伝導率は、７．３×１０−１４［Ｗ・ｍ／Ｋ］にまで大幅に低減される。
【０１０９】
したがって、現在の一般的な支持配線の熱伝導率である１×１０−７［Ｗ／Ｋ］を得るとすれば、支持配線の長さは僅かに１．５ミクロンで十分になり、従来構造の約１／５０にも短縮することが可能となる。
【０１１０】
その結果、図１０に示すような直線的な支持脚を兼ねる支持配線１１構造を実現可能であり、その結果として画素に占める赤外線検出部１０の面積の比として定義されるフィルファクターを大幅に向上することにもなるので、前述した光学的な高感度化という効果を得ることも可能となる。
【０１１１】
さらに、図１０に示す構造であれば、図８と同様に機械的な強度、安定性は大幅に向上することになることは明らかである。
【０１１２】
逆に、図１５のように、従来構造の設計のまま、支持配線構造に本実施形態を適用することで、感度は約５０倍にも高感度化することになる。
【０１１３】
もちろん、この場合にも、第１の実施形態と同様に、支持配線１１底部にＳＴＩ領域を残すことも可能であり、その場合にも、感度と機械的強度との兼ね合いを考慮した上で、その目的に応じて自由且つ最適な設計が可能である。
【０１１４】
次に本発明の第５〜第８実施形態について各々図１１〜１４を用いて説明する。
【０１１５】
図１１〜１４は、各々図３、図８〜１０に示した第１から第４の実施形態と類似の断面構造であるが、赤外線センサ部１０の底部に、ＳＯＩ基板の埋め込み酸化膜８が存在せず、ＳＯＩ層９が中空構造７に直接接触し、露出している部分が異なっている。
【０１１６】
本実施形態の構造を実現するための工程は、各々第１〜第４の実施形態と基本的に同一であり、支持基板６のエッチング後に支持配線１１底部のＳＴＩ部の酸化シリコンをエッチングする時間を延長することで、埋め込み酸化膜層８を除去することが可能である。
【０１１７】
この構造によれば、センサ部１０裏面からの輻射による熱輸送が抑制され、支持構造の微細化に伴う高感度化の限界を、より高感度側にシフト可能となる。
【０１１８】
その理由は以下のとおりである。
【０１１９】
図１５の従来構造および、図３、図８〜１０の構造によれば、センサ部の底面には、必ずシリコン酸化膜が形成されている。ところで、既にのべたように、シリコン酸化膜は、図４に示すようにＳｉ−Ｏ結合の存在に起因した１０μｍ帯での吸収を示す。これは、逆の見方をすれば、１０μｍ帯の輻射率が高いことに他ならず、入射赤外線により上昇したセンサ部１０の温度が、これら底面のシリコン酸化膜からの輻射による熱輸送により低下してしまうことになる。
【０１２０】
支持構造の微細化により、支持構造の熱コンダクタンスは１０−７［Ｗ／ｍ／Ｋ］程度の値が実現されているが、本発明により、上記の熱コンダクタンスが１０−８［Ｗ／ｍ／Ｋ］程度になった場合には、上述の裏面からの輻射による熱輸送が支配的となり、高感度化の限界が訪れる。
【０１２１】
一方、本実施形態を示す図１１〜１４の構造では、センサ部１０の裏面の大部分には、単結晶シリコン９が露出している。単結晶シリコンは、非常に低不純物であるので、Ｓｉ−Ｏに起因する赤外線の吸収ピークを示さず、したがって、輻射率も極めて低い。
【０１２２】
すなわち、本実施形態によれば、支持構造の微細化トレンドにおける高感度化の限界を、さらに高感度側に延長することが可能となる。
【０１２３】
以上説明してきた実施形態はいずれも、赤外線検出画素を２次元的にアレイ配置して構成された赤外線センサであるが、もちろん赤外線検出画素を１次元的に配列した１次元センサや、アレイ配置されない単一の赤外線センサに適用しても、同様の効果が得られ
また、本発明は、図１６に示すように、赤外線吸収層を赤外線検出部上に傘状に形成することで、画素のフィルファクターを向上する場合にも適用可能であり、同様に、図１７に示すようなラテラル構造のｐｎ接合を熱電変換手段に用いた場合にも適用可能である。
【０１２４】
さらに、本発明は、熱電変換手段としてｐｎ接合を用いるものに限定されるものではなく、たとえば、赤外線検出部における熱電変換手段としてボロメータ等を用いた場合においても、その微細加工性や、工程短縮効果による、高感度化および低コスト化の効果を同様に得ることが可能である。
【０１２５】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形実施可能である。
【０１２６】
【発明の効果】
本発明によれば、高感度で低コストの非冷却赤外線センサを得ることが出来る
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係わる赤外線センサの全体構成図。
【図２】本発明の実施形態に係わる赤外線センサの赤外線検出画素の等価回路。
【図３】本発明の第１の実施形態に係わる赤外線センサの赤外線検出画素を説明するもので、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ’線の断面図、（ｃ）は支持配線の拡大断面図。
【図４】（ａ）（ｂ）（ｃ）はＣＶＤシリコン窒化膜、ＣＶＤシリコン酸化膜、および熱酸化によるシリコン酸化膜の１０μｍ帯における赤外線の吸収特性を説明するための曲線図。
【図５】（ａ）乃至（ｆ）は本発明の第1の実施形態に係わる赤外線センサのメタルダマシンゲートＭＯＳトランジスタの製造工程を説明するための断面構造図。
【図６】（ａ）乃至（ｆ）は本発明の第1の実施形態に係わる赤外線センサのメタルダマシン支持配線の製造工程を説明するための断面構造図。
【図７】（ａ）は本発明の第1の実施形態に係わる赤外線センサの、センサ部、センサ素子周辺回路に形成されるＭＯＳトランジスタ及びキャパシタの断面図、（ｂ）は対比のために説明するセンサ部、センサ素子周辺回路に形成されるＭＯＳトランジスタ及びキャパシタの断面図。
【図８】本発明の第２の実施形態に係わる赤外線センサの赤外線検出画素を説明するもので、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ’線の断面図、（ｃ）は支持配線の拡大断面図、（ｄ）はコンタクト部分の拡大断面図。
【図９】本発明の第３の実施形態に係わる赤外線センサの赤外線検出画素を説明するもので、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ’線の断面図、（ｃ）は支持配線の拡大断面図。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係わる赤外線センサの赤外線検出画素を説明するもので、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ’線の断面図、（ｃ）は支持配線の拡大断面図、（ｄ）はコンタクト部分の拡大断面図。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係わる赤外線センサの赤外線検出画素を説明するもので、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ’線の断面図、（ｃ）は支持配線の拡大断面図。
【図１２】本発明の第６の実施形態に係わる赤外線センサの赤外線検出画素を説明するもので、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ’線の断面図、（ｃ）は支持配線の拡大断面図、（ｄ）はコンタクト部分の拡大断面図。
【図１３】本発明の第７の実施形態に係わる赤外線センサの赤外線検出画素を説明するもので、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ’線の断面図、（ｃ）は支持配線の拡大断面図。
【図１４】本発明の第８の実施形態に係わる赤外線センサの赤外線検出画素を説明するもので、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ’線の断面図、（ｃ）は支持配線の拡大断面図、（ｄ）はコンタクト部分の拡大断面図。
【図１５】従来の赤外線センサにおける赤外線検出画素を説明するもので、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ’線の断面図。
【図１６】傘状の赤外線吸収構造を説明するための断面図。
【図１７】ラテラル型ｐｎ接合を用いた赤外線検出画素の構造を説明するための斜視図。
【符号の説明】
１…赤外線検出画素
２…赤外線検出画素アレイ
３…垂直信号線
４…水平アドレス線
５…列選択トランジスタ
６…単結晶シリコン支持基板
７…中空構造
８…埋め込みシリコン酸化膜層
９…単結晶シリコン層
１０…センサ部
１１…支持配線（メタルダマシン）
１２…金属配線
１６…コンタクトホールおよびプラグ
１９…エッチングホール
１００…素子分離シリコン酸化膜
１０１…ダミー酸化シリコン層
１０２…ダミーゲート層
１０３…ダミーゲート層
１０４…フォトレジスト
１０５…サイドウォール
１０６…ゲート絶縁膜
１０７…バリアメタル（層）
１０８…メタルダマシン配線
１０９…バリアメタル
１２０…メタルダマシンゲートＭＯＳトランジスタ
２０１…シリコン酸化膜層
２０２…シリコン窒化膜層
５０１…反射層
５０２…絶縁層
５０３…吸収体層
５１６…支持配線
５１７…垂直信号線、あるいは水平信号線
【図１】
0003589997.tif 000002
【図２】
0003589997.tif 000003
【図３】
0003589997.tif 000004
【図４】
0003589997.tif 000005
【図５】
0003589997.tif 000006
【図６】
0003589997.tif 000007
【図７】
0003589997.tif 000008
【図８】
0003589997.tif 000009
【図９】
0003589997.tif 000010
【図１０】
0003589997.tif 000011
【図１１】
0003589997.tif 000012
【図１２】
0003589997.tif 000013
【図１３】
0003589997.tif 000014
【図１４】
0003589997.tif 000015
【図１５】
0003589997.tif 000016
【図１６】
0003589997.tif 000017
【図１７】
0003589997.tif 000018