(57)【要約】【課題】  赤外線検出素子の感度を向上することを目的とする。【解決手段】  シリコン基板１は、ポリシリコンエッチングストッパ１４で幅寸法を画定された基枠２７の内側がエッチングされて四角錐状の凹部１９となっている。基枠から脚部７を垂直上方に延ばしその上端で、水平に延びる梁１２の根元を支持する。梁の先端は赤外線検知領域２に接続する。赤外線検知領域と梁は、基枠の上面から間隔を取って上方に支えられている。梁１２上にｐ型ポリシリコンサーモパイル３Ａ、３Ｂとｎ型ポリシリコンサーモパイル４Ａ、４Ｂが配置され、各サーモパイル間がアルミ配線５Ａ、５Ｂと９Ａで接続されている。基枠と梁の間に垂直方向の間隙があるので、赤外線検知領域と梁との間のスリット８Ｂの間隙を小さくしてもエッチング液が侵入しやすく、開口率の大きい赤外線検出素子を実現できる。【選択図】    図１
2006138747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基枠と、該基枠に囲まれて配置された赤外線検知領域と、前記基枠と赤外線検知領域とを連結する梁と、前記赤外線検知領域の下方に形成した空間とを有する赤外線検出素子であって、
前記赤外線検知領域と梁の周辺に水平方向に間隙を設けるスリットを有し、かつ、前記赤外線検知領域または前記梁の、少なくとも一部分が、前記基枠との間に垂直方向の間隙を有することを特徴とする赤外線検出素子。
【請求項２】
前記赤外線検知領域と前記梁に対応する領域総てが、前記基枠の表面より上方に垂直方向の間隙をもって位置していることを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出素子。
【請求項３】
前記赤外線検知領域が、前記基枠の表面より上方に垂直方向の間隙をもって位置し、かつ前記梁の少なくとも前記赤外線検知領域と連結する部分が、前記基枠の表面より上方に垂直方向の間隙をもって位置していることを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出素子。
【請求項４】
前記赤外線検知領域の、前記梁と連結する部分以外の残りの領域が、前記梁と連結する部分より上方に位置し、前記赤外線検知領域が上に凸の形状をしていることを特徴とする請求項１から３に記載の赤外線検出素子。
【請求項５】
前記梁上にサーモパイルを設け、
前記赤外線検知領域を温接点、前記基枠を冷接点とし、該温接点または冷接点の間に前記サーモパイルを介在させるように電気配線したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載の赤外線検出素子。
【請求項６】
半導体シリコンの基枠と、平面上、該基枠に囲まれて配置された赤外線検知領域と、前記基枠と赤外線検知領域とを連結する複数の梁と、各梁上に設けられたサーモパイルとを有する赤外線検出素子の製造方法であって、
多角形上の半導体シリコン基板の上面周辺に沿ってエッチングストッパを形成するとともに、該エッチングストッパに囲まれた内側に第１のエッチング犠牲層を形成する工程Ａと、
前記第１のエッチング犠牲層上に第２のエッチング犠牲層を形成する工程Ｂと、
前記第２のエッチング犠牲層上に、前記エッチングストッパと前記赤外線検知領域となる中央の領域との間に水平方向の所定の間隙をおいて並行に延びるとともに、一端は前記エッチングストッパ上に延び、他端は前記赤外線検知領域に連なる梁の構造体と、中央の前記赤外線検知領域の構造体とを、シリコン酸化膜、ＰＳＧ膜またはシリコン窒化膜で形成する工程Ｃと、
前記梁の構造体の上面にサーモパイルを形成する工程Ｄと、
前記赤外線検知領域の構造体の上面で、前記サーモパイルの先端部同士を電気配線し、また前記基枠の領域上面で、前記サーモパイルの根元同士を電気配線する工程Ｅと、
前記半導体シリコン基板の前記エッチングストッパに囲まれた内側および前記第１および第２のエッチング犠牲層をエッチング除去する工程Ｆとを有して、
前記赤外線検知領域の構造体を前記梁の構造体で支持した赤外線検出素子を得ることを特徴とする赤外線検出素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線検出素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に赤外線検出素子は、非接触の温度計として物体の検出や、特殊環境下における温度計測などに使用されている。最近の赤外線検出素子には、シリコンのマイクロマシーニング技術を用いて熱容量が小さく熱抵抗の大きな熱分離構造を形成し、その熱分離構造部に赤外線検知領域を備え、入射する赤外線の吸収による赤外線検知領域の温度上昇を、サーモパイルで検知する方式がある（特許文献１参照）。
【０００３】
図１５に従来の赤外線検出素子を示す。（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ断面図である。ただし、（ａ）では構造をわかりやすくするため保護膜を取り除いて示してある。赤外線検出素子は、その全体平面形状が四角形のシリコン基板１上に梁４４を介して赤外線検知領域４２を支持し、梁４４上にサーモパイルを形成して構成されている。シリコン基板１はその上面が外周の各辺に沿ってポリシリコンエッチングストッパ１４で幅寸法を画定された基枠２７とされ、基枠２７の内側は四角錐状の凹部１９となっている。
【０００４】
基枠２７の各角部近傍の辺からは、その辺に隣接する辺に平行に、かつ基枠２７との間に所定幅の間隙のスリット４８を設けて、シリコン窒化膜３５を構造体とする梁４４が、図１５の（ａ）に示すようにいずれも同一方向に隣の梁４４近傍まで延びている。各梁４４と、同じくシリコン窒化膜３５を構造体とする赤外線検知領域４２との間には、所定幅の間隙のスリット４８を設けてある。
【０００５】
赤外線検知領域４２上には最上層に赤外線吸収膜１１（図１５の（ｃ）参照）が形成されており、各梁４４上にはその全長にわたってサーモパイルが設けられている。サーモパイルは、ｐ型ポリシリコンとｎ型ポリシリコンからなり、ｐ型ポリシリコンサーモパイル３Ａ、３Ｂが互いに対向し、ｎ型ポリシリコンサーモパイル４Ａ、４Ｂが互いに対向するように配置されている。そして、各サーモパイル間を赤外線検知領域４２上のアルミ配線５Ａ、５Ｂが接続している。
【０００６】
図１５の（ｂ）に示すように、赤外線検知領域４２と梁４４の底面は、基枠２７の表面と同じ高さであり、赤外線検知領域４２は梁４４によってシリコン基板１の四角錐状の凹部１９の空間上に支持されている。
【０００７】
次に従来例の赤外線検出素子の製造方法を簡単に説明する。
先ず、第１の工程で、シリコン基板１の上面全域にポリシリコンエッチング犠牲層１５を、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ： 化学的気相成長）により形成する（図１６の（ｂ）、（ｃ）参照）。
【０００８】
次の第２の工程で、ポリシリコンエッチング犠牲層１５の外周部にボロンを注入することにより四角枠形状の基枠２７となるポリシリコンエッチングストッパ１４を形成する。
第３の工程で、ポリシリコンエッチング犠牲層１５およびポリシリコンエッチングストッパ１４の上面に梁４４と赤外線検知領域４２になる領域にシリコン窒化膜の構造体をＣＶＤにより形成する（図１６の（ｂ）、（ｃ）参照）。
【０００９】
そして、第４の工程で、ＣＶＤ等の手法によってｐ型ポリシリコンサーモパイル３Ａ、３Ｂおよびｎ型ポリシリコンサーモパイル４Ａ、４Ｂを梁４４となる領域上に形成し、赤外線検知領域４２上のアルミ配線５Ａ、５Ｂにて接続する。また、ポリシリコンエッチングストッパ１４上にアルミ配線９Ａ、９Ｂを蒸着する（図１６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）参照）。
【００１０】
次に、第５の工程において、全体表面に窒化シリコンまたは酸化シリコンの保護膜６を施し、ドライエッチングにてパターニングにより将来スリット４８となるスリット領域４９上の保護膜６を除去し、ポリシリコンエッチング犠牲層１５の上面を露出させる。その後赤外線検知領域４２の上に赤外線吸収膜１１の層を蒸着により形成する。この状態を図１６に示す。（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ断面図である。
次に、第６の工程において、スリット４８から強アルカリエッチング液によりエッチング犠牲層１５とシリコン基板１の一部を侵食する。
【００１１】
強アルカリ液によりシリコン基板１表面からの異方性エッチングを行うことにより、梁４４と赤外線検知領域４２のシリコン窒化膜３５の層を含む上層とポリシリコンエッチングストッパ１４でカバーされた基枠２７の部分を残して、その内側のシリコン基板１の層がポリシリコンエッチング犠牲層１５と共に侵食され、シリコン基板１に四角錐状の凹部１９が形成される。
【００１２】
これにより、スリット４８が梁４４の根元の縁の周りから延びて、その先端の周りまで形成される。従って、赤外線検知領域４２および梁４４は、シリコン基板１より分離される。
【００１３】
赤外線吸収膜１１が、赤外線を受光すると、赤外線検知領域４２は周辺のシリコン基板の基枠２７に対して高い温度になる。各サーモパイルはそれぞれ一端が基枠２７、他端が赤外線検知領域４２に連なり、ｐ型ポリシリコンサーモパイル３Ａ、３Ｂとｎ型ポリシリコンサーモパイル４Ａ、４Ｂが赤外線検知領域４２上のアルミ配線５Ａ、５Ｂと、基枠２７上のアルミ配線９Ａ、９Ｂを介して交互に直列接続されることにより、ゼーベック効果によって起電力が発生する。ここでアルミ配線５Ａ、５Ｂが温接点、アルミ配線９Ａ、９Ｂが冷接点に相当する。
【００１４】
このように形成された赤外線検出素子の起電力は式（１）で表される。
Ｖ＝ｎ×α×Ｒｔｈ×Ｓ×Ｐ            （１）
ここで、ｎ：サーモパイルの対数、α：ゼーベック係数、Ｒｔｈ：梁およびサーモパイルの並列合成熱抵抗、Ｓ：開口率であり、赤外線検出素子全体の平面積に占める赤外線検知領域４２の面積の割合、Ｐ：赤外線検出素子に入射する赤外線の強度である。
さらに並列合成熱抵抗Ｒｔｈは式（２）で表される。
Ｒｔｈ＝Ｌ／（Ｋ×Ａ）    （２）
但し、Ｌ：梁およびサーモパイルの長さ、Ｋ：梁およびサーモパイルの熱伝導率、Ａ：梁およびサーモパイルの断面積である。
【００１５】
上述の式（１）、（２）で示されるように、梁４４の熱伝導率が低い、換言すれば熱抵抗が大きいほど、また梁４４の断面積が小さい、換言すれば厚さが薄いほど並列合成熱抵抗Ｒｔｈが大きくなり、赤外線検出素子の起電力は増大する。
また、開口率Ｓが大きいほど赤外線検出素子の起電力は増大する。
【特許文献１】特開平１１−３３７４０３号公報
【特許文献２】特表平７−５０８０９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
梁４４の熱抵抗を大きくする方法として、特許文献２に示されるように梁４４をさらにシリコン基板１の隣の辺に沿って延長して、梁４４およびサーモパイルの長さＬを大きくすることが考えられる。しかしその場合、セル幅Ｗを拡大しなければ、赤外線検知領域４２の面積が大きく減少して、開口率Ｓが低下することにより赤外線検出素子の起電力は逆に低下してしまう。
【００１７】
そこで、起電力を増大させるために梁４４の長さＬを長くする代わりに開口率Ｓを大きくするように、スリット４８の間隙幅Ｌ１、Ｌ２を狭くすることが考えられる。しかしスリットの間隙幅Ｌ１、Ｌ２が小さくなると強アルカリエッチング液がスリット４８から入り込まなかったり、スリット４８内に滞ってしまったりしてエッチングの効率が低下する恐れがある。
【００１８】
本発明は、このような従来の問題点を解決するためになされたものであり、開口率増加のためスリットの水平方向の間隙幅Ｌ１、またはＬ２を狭くしてもエッチングが十分可能な赤外線検出素子とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
このため、本発明は、基枠と、基枠に囲まれて配置された赤外線検知領域と、基枠と赤外線検知領域とを連結する梁と、赤外線検知領域の下方に形成した空間とを有する赤外線検出素子であって、赤外線検知領域と梁の周辺に水平方向に間隙を設けるスリットを有し、かつ、赤外線検知領域または梁の、少なくとも一部分が、基枠との間に垂直方向の間隙を有するものとした。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、赤外線検出素子の感度を良くする目的で、開口率を上げるためにスリットの水平方向の間隙幅を小さくしても、赤外線検知領域または梁の、少なくとも一部分が、基枠との間に垂直方向の間隙を有するので、赤外線検知領域の下方に空間を形成するためのエッチング液を効果的にスリットの領域から侵入させ、効率的にエッチングすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下本発明の実施の形態を実施例により説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１は第１の実施例の赤外線検出素子の構造を示す斜視図である。
図２の（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
なお、図１および図２の（ａ）では、構造が分かりやすいように上層の保護膜６を取り除いて示している。
【００２３】
赤外線検出素子は、全体平面形状が四角形のシリコン基板１と、シリコン基板１から上方に延びる脚部７と、脚部７に根元が支持され水平方向に延びる梁１２と、梁１２の先端で支持された平面形状が四角形の赤外線検知領域２と、梁１２上に形成された温度検出部である後述のサーモパイルとから構成される。
【００２４】
シリコン基板１は、その上面が外周の各辺に沿ってポリシリコンエッチングストッパ１４で幅寸法を画定されてカバーされた基枠２７とされ、基枠２７の内側は四角錐状の凹部１９となっている。
赤外線検知領域２は、シリコン酸化膜１６を構造体とし（図２の（ｃ）参照）、同じくシリコン酸化膜１６を構造体とする梁１２と脚部７とによって基枠２７の表面の高さ位置よりも高く、基枠２７の表面と平行に、シリコン基板１の四角錐状の凹部１９の空間上に保持されている。
【００２５】
以下に各部分の構成をさらに詳細に説明する。
図２の（ｂ）に示すように、基枠２７の各角部近傍において基枠２７から垂直上方に脚部７が延び、その上端で梁１２の根元を支えている。
梁１２は、脚部７が位置する基枠２７の辺に隣接する辺に平行に、かつ基枠２７との間に所定幅の間隙のスリット８Ａを設けて、いずれも同一方向に（図２の（ａ）では上方から見て時計回りの方向に）、隣の梁１２近傍まで延びている。梁１２は、先端が内側に直角に曲がり、赤外線検知領域２の角部と接続している。
【００２６】
図２の（ａ）、（ｂ）に示すように、各梁１２のシリコン酸化膜１６の構造体上にはその全長にわたってサーモパイルが設けられている。このサーモパイルはｐ型ポリシリコンサーモパイル３Ａと３Ｂが、またｎ型ポリシリコンサーモパイル４Ａと４Ｂが対向するように配されている。
【００２７】
赤外線検知領域２は、図２の（ｃ）に示すようにシリコン酸化膜１６の構造体上にアルミ配線５Ａ、５Ｂを施した後にシリコン窒化膜またはシリコン酸化膜の保護膜６で覆い、さらにその上に赤外線吸収膜１１が形成されている。
【００２８】
ｐ型ポリシリコンサーモパイル３Ａの先端とｎ型ポリシリコンサーモパイル４Ａの先端とが上記アルミ配線５Ａにより接続され、また、ｐ型ポリシリコンサーモパイル３Ｂの先端とｎ型ポリシリコンサーモパイル４Ｂの先端とが上記アルミ配線５Ｂにより接続され、アルミ配線５Ａ、５Ｂはそれぞれ温接点を形成している。
【００２９】
脚部７は、中心部にアルミ配線１７を有する。
ポリシリコンエッチングストッパ１４上で、ｎ型ポリシリコンサーモパイル４Ａを支持する脚部７の根元のアルミ配線１７と、ｐ型ポリシリコンサーモパイル３Ｂを支持する脚部７の根元のアルミ配線１７とが、アルミ配線９Ａにより接続され、またｐ型ポリシリコンサーモパイル３Ａを支持する脚部７の根元のアルミ配線１７が、アルミ配線９Ｂに接続し、アルミ配線９Ａ、９Ｂは冷接点を形成している。
アルミ配線９Ｂとｎ型ポリシリコンサーモパイル４Ｂの根元は、外部端子に接続される。
【００３０】
赤外線検知領域２と梁１２およびシリコン基板１の間は、それぞれ図２の（ａ）に示すように、スリット８Ａ、８Ｂが熱分離している。
赤外線吸収膜１１が、赤外線を受光すると、赤外線検知領域２は周辺のシリコン基板の基枠２７に対して高い温度になる。各サーモパイルはそれぞれ一端が脚部７を介して基枠２７、他端が赤外線検知領域２に連なり、ｐ型ポリシリコンサーモパイル３Ａ、３Ｂとｎ型ポリシリコンサーモパイル４Ａ、４Ｂが赤外線検知領域２上のアルミ配線５Ａ、５Ｂと、脚部７のアルミ配線１７、基枠２７上のアルミ配線９Ａ、９Ｂを介して交互に直列接続されることにより、ゼーベック効果によって起電力が発生する。
【００３１】
次に図３から図６にもとづいて、本実施例の赤外線検出素子の製造方法を工程に分けて説明する。
第１の工程では、まずシリコン基板１の上面全域にポリシリコンエッチング犠牲層１５ＡをＣＶＤにより形成し、その後に辺に沿って所定の幅の領域にボロンを注入し四角枠形状のポリシリコンエッチングストッパ１４を形成する。この状態を図３に示す。（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
なお、四角枠形状のポリシリコンエッチングストッパ１４の領域が基枠２７に当たる。
【００３２】
第２の工程では、まずポリシリコンを、基枠２７を含む全領域にＣＶＤにて形成する。その後四角枠形状のポリシリコンエッチングストッパ１４の領域上のポリシリコンのみをエッチングし、ポリシリコンエッチングストッパ１４を表面に露出させる。残ったポリシリコンをもってポリシリコンエッチング犠牲層１５Ｂ（図４の（ｂ）参照）とする。
このポリシリコンエッチング犠牲層１５Ｂの厚さは、第５の工程で形成する将来スリット８Ａ、８Ｂとなるスリット領域２５Ａ、２５Ｂの幅Ｌ１よりも大きな厚さである。
その後スパッタリングなどによりポリシリコンエッチングストッパ１４上に、アルミ配線９Ａ、９Ｂを形成する（図４の（ａ）、（ｂ）参照）。
次に基枠２７を含む全領域に対してシリコン酸化膜１６を形成して上面を平滑にする。この状態を図４に示す。（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【００３３】
第３の工程では、全領域に蒸着したシリコン酸化膜１６をドライエッチングにてパターニングを行うことによって、ポリシリコンエッチング犠牲層１５Ｂ上のシリコン酸化膜１６と、脚部７の領域のシリコン酸化膜１６を残し、残りのポリシリコンエッチングストッパ１４の上にあるシリコン酸化膜１６を除去する。同時に脚部７部分ではアルミ配線９Ａ、９Ｂとのコンタクトホール１３を形成する。
これにより赤外線検知領域２、脚部７および梁１２となる領域のシリコン酸化膜１６が残された状態となる。この状態を図５に示す。（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【００３４】
そして、第４の工程では、図６の（ａ）に示すように、ＣＶＤ等の手法によって、将来梁１２となる領域上に、ｐ型ポリシリコンサーモパイル３Ａ、３Ｂおよびｎ型ポリシリコンサーモパイル４Ａ、４Ｂを形成する。その後将来赤外線検知領域２となる領域上に、ｐ型ポリシリコンサーモパイル３Ａの先端とｎ型ポリシリコンサーモパイル４Ａの先端とを接続するようにアルミ配線５Ａを、またｐ型ポリシリコンサーモパイル３Ｂの先端とｎ型ポリシリコンサーモパイル４Ｂの先端とを接続するようにアルミ配線５Ｂを形成する。そのとき、コンタクトホール１３内にもアルミ配線１７の蒸着を行い、ｐ型ポリシリコンサーモパイル３Ｂ、ｎ型ポリシリコンサーモパイル４Ａのそれぞれの根元とアルミ配線９Ａとを接続し、またｐ型ポリシリコンサーモパイル３Ａの根元とアルミ配線９Ｂとを接続する。
【００３５】
次に第５の工程において、シリコン窒化膜またはシリコン酸化膜の保護膜６を全体の表面に形成してから、ドライエッチングにてパターニングにより将来スリット８Ａ、８Ｂとなるスリット領域２５Ａ、２５Ｂの保護膜６とシリコン酸化膜１６とを除去する。
このスリット領域２５Ａ、２５Ｂの保護膜６とシリコン酸化膜１６とを除去することにより、第３の工程で形成した将来梁１２となる領域と、赤外線検知領域２となる領域との間が、酸化膜１６より上層で分離される。
次いで、赤外線検知領域２の保護膜６の上に赤外線吸収膜１１の層を蒸着により形成する。この状態を図６に示す。（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【００３６】
次に、第６の工程において、スリット領域２５Ａ、２５Ｂを通して強アルカリエッチング液により異方性エッチングを行う。この結果、図２に示す状態となる。
強アルカリ液によりスリット領域２５Ａ、２５Ｂからの異方性エッチングを行うと、スリット領域２５Ａのポリシリコンエッチング犠牲層１５Ｂの上面および側壁から、またスリット領域２５Ｂのポリシリコンエッチング犠牲層１５Ｂの上面から強アルカリ液が侵入する。強アルカリ液は、梁１２、脚部７と赤外線検知領域２の層を含む上層と、ポリシリコンエッチングストッパ１４でカバーされた基枠２７の部分を残して、ポリシリコンエッチング犠牲層１５Ｂを侵食し、さらにポリシリコンエッチング犠牲層１５Ａを侵食する。
その後、ポリシリコンエッチングストッパ１４の内側のシリコン基板１の層がポリシリコンエッチング犠牲層１５Ａ、１５Ｂと共にエッチングされ、シリコン基板１に四角錐状の凹部１９が形成される。
【００３７】
これにより、スリット８Ａ、８Ｂが梁１２の根元の縁の周りから延びて、その先端の周りまで形成される。従って、赤外線検出領域２および梁１２は、シリコン基板１より分離され、図１に示すような形状の赤外線検出素子が得られる。
なお、上記の工程のうち、第１の工程が発明の工程Ａに該当し、第２の工程が工程Ｂおよび工程Ｃを、第４の工程が工程Ｄと工程Ｅを、そして第６の工程が工程Ｆを構成している。
【００３８】
以上のように本実例によれば、梁１２はシリコン基板１との接続部分に脚部７を有しており、赤外線検知領域２と各梁１２の高さをポリシリコンエッチングストッパ１４よりも高くすることによって、外側のスリット領域２５Ａにおいてポリシリコンエッチング犠牲層１５Ｂの側壁を、スリット領域２５Ｂの幅Ｌ２より大きい段差Ｌ３で露出させている。
したがって、スリットの幅Ｌ２に比して幅Ｌ１を狭くしても、スリット領域２５Ａからエッチング液が侵入しやすく、強アルカリ異方性エッチングの際、ポリシリコンエッチング犠牲層１５Ａ、１５Ｂおよびシリコン基板１を効率よく侵食できる。
また、Ｌ１、Ｌ２ともに充分に狭く、エッチング液が表面張力により進入できない場合も、大きい段差Ｌ３からエッチング液が進入するので効率よくシリコン基板１を侵食できる。
【００３９】
その結果、スリットの幅Ｌ１を幅Ｌ２に比して狭くし、赤外線検知領域２の面積を広くできるので、開口率Ｓが増大し、赤外線検出素子の感度が向上する。
また、梁１２は脚部７によって基枠２７より上方に支えられた構造をしており、従来よりも梁１２が長くなったことに相当し、熱抵抗を増加させることができ、この点からも赤外線検出素子の感度が向上する。
【００４０】
また、赤外線検知領域２、梁１２がシリコン基板１よりも高い位置にあるので、赤外線検出素子に加速または衝撃などが加わって梁１２が撓むことがあっても、また残留応力により赤外線検知領域２または梁１２が撓んだとしても、赤外線検知領域２、または梁１２の先端がシリコン基板１の表面に接触しにくいので、赤外線検出素子の熱抵抗の劣化が防止でき、感度変化防止に寄与する。
なお、本実施例において赤外線検知領域２、脚部７および梁１２の構造体をシリコン酸化膜１６としたがそれに限定されない。ＰＳＧ膜またはシリコン窒化膜をこれらの構造体としてもよい。
【実施例２】
【００４１】
図７は第２の実施例の赤外線検出素子の構造を示す斜視図である。
図８の（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
なお、図７および図８の（ａ）では、構造が分かりやすいように上層の保護膜６を取り除いて示している。
【００４２】
本実施例の赤外線検出素子は、第１の実施例の赤外線検出素子におけるシリコン酸化膜を構造体とした赤外線検知領域２、脚部７と梁１２を、脚部７を省略してシリコン窒化膜３５を構造体とする赤外線検知領域１０２と梁１１２に置き換えたものである。
さらに、第１の実施例のように脚部７により赤外線検知領域２と梁１２を基枠２７より上方位置に保持する代わりに、梁１１２を基枠２７上から階段状に高くして、梁１１２の先端で赤外線検知領域１０２を基枠２７より高い位置に保持するようにしたものである。
なお、梁１１２と赤外線検知領域１０２の構造体の材料の種類は本発明に係わるものでなく、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ＰＳＧ膜いずれでもよい。
ほかの構成は第１の実施例と同じであり、同一の構成に対して同じ符号を付し、説明を省略する。
【００４３】
次に図９から図１１にもとづいて、本実施例の赤外線検出素子の製造方法を工程に分けて説明する。
第１の工程では、まずシリコン基板１の上面全域にポリシリコンエッチング犠牲層１５をＣＶＤにより形成し、その後に辺に沿って所定の幅の領域にボロンを注入し四角枠形状のポリシリコンエッチングストッパ１４を形成する（図３参照）。この四角枠形状のポリシリコンエッチングストッパ１４の領域が基枠２７に当たる。
【００４４】
第２の工程では、まず図９の（ａ）に示すように、基枠２７の内側領域のポリシリコンエッチング犠牲層１５上にさらにポリシリコンエッチング犠牲層３３をＣＶＤにより形成する。この時ポリシリコンエッチング犠牲層３３は、将来梁１１２と赤外線検知領域１０２となる領域に対して、梁１１２の根元部分におけるポリシリコンエッチングストッパ１４の表面位置と同じ高さから、赤外線検知領域１０２と接続している先端部分にかけて階段状に高く積層する。赤外線検知領域１０２に対応する領域では、梁１１２の最も高い部分と同じ高さにポリシリコンエッチング犠牲層３３を積層する。
その後基枠２７の領域を含む全領域に対してシリコン窒化膜３５を形成する。この状態を図９の（ｂ）、（ｃ）に示す。（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。なお、（ａ）はシリコン窒化膜３５を全領域に形成する前の状態を示している。
【００４５】
第３の工程では、全領域に蒸着したシリコン窒化膜３５をドライエッチングにてパターニングを行うことによって、ポリシリコンエッチングストッパ１４の上にあるシリコン酸化膜１６の内、梁１１２の根元以外の残りのシリコン窒化膜３５を除去する。
これにより、将来赤外線検知領域１０２および梁１１２となる領域のシリコン窒化膜３５が残された状態となる。
【００４６】
そして、第４の工程では、図１０の（ａ）に示すように、ＣＶＤ等の手法によって、将来梁１１２となる領域上に、ｐ型ポリシリコンサーモパイル３Ａ、３Ｂおよびｎ型ポリシリコンサーモパイル４Ａ、４Ｂを形成する。その後将来赤外線検知領域１０２となる領域上に、アルミ配線５Ａにてｐ型ポリシリコンサーモパイル３Ａの先端とｎ型ポリシリコンサーモパイル４Ａの先端とを、またアルミ配線５Ｂにてｐ型ポリシリコンサーモパイル３Ｂの先端とｎ型ポリシリコンサーモパイル４Ｂの先端とを接続する。そのとき、ｐ型ポリシリコンサーモパイル３Ｂ、ｎ型ポリシリコンサーモパイル４Ａのそれぞれの根元同士を結線するアルミ配線９Ａと、ｐ型ポリシリコンサーモパイル３Ａの根元から延びるアルミ配線９Ｂとをポリシリコンエッチングストッパ１４の上に形成する。
この状態を図１０に示す。（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図、また（ｃ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ断面である。
【００４７】
次に、第５の工程において、シリコン窒化膜またはシリコン酸化膜を保護膜６として全領域に形成する。そしてドライエッチングにてパターニングにより将来スリット８Ａ、８Ｂとなるスリット領域２５Ａ、２５Ｂの保護膜６とシリコン窒化膜３５を除去し、ポリシリコンエッチング犠牲層１５の上面と、ポリシリコンエッチング犠牲層３３の側壁を露出させる。その後、赤外線検知領域１０２の上に赤外線吸収膜１１の層を蒸着により形成する。
この状態を図１１に示す。（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【００４８】
次に、第６の工程において、スリット領域２５Ａ、２５Ｂから強アルカリエッチング液によりエッチング犠牲層１５、３３と、シリコン基板１の一部を侵食する。
強アルカリ液によりポリシリコンエッチング犠牲層３３の側壁から、またポリシリコンエッチング犠牲層１５の上面からの異方性エッチングを行うことにより、梁１１２と赤外線検知領域１０２の層を含む上層と、ポリシリコンエッチングストッパ１４でカバーされた基枠２７の部分を残して、その内側のシリコン基板１の層がポリシリコンエッチング犠牲層３３、１５と共に除去され、シリコン基板１に四角錐状の凹部１９が形成される。
【００４９】
これにより、スリット８Ａ、８Ｂが梁１１２の根元の縁の周りからシリコン基板１の辺に沿って両側に延びて、その先端の周りまで形成される。従って、赤外線検知領域１０２および梁１１２は、シリコン基板１より分離され、図７に示すような形状の赤外線検出素子が得られる。
なお、上記の工程のうち、第１の工程が発明の工程Ａに該当し、第２の工程が工程Ｂおよび工程Ｃを、第４の工程が工程Ｄと工程Ｅを、そして第６の工程が工程Ｆを構成している。
【００５０】
以上のように本実例によれば、梁１１２は基枠２７との接続部分から赤外線検知領域１０２の接続部に向かって階段状に高くなっており、赤外線検知領域１０２と各梁１１２の先端部の高さをポリシリコンエッチングストッパ１４よりも高くすることによって、スリット領域２５Ａ、２５Ｂにおいてポリシリコンエッチング犠牲層３３の側壁を、スリットの幅Ｌ１、Ｌ２より大きい段差Ｌ３で部分的に露出させている。したがって、従来に比してスリットの幅Ｌ１、Ｌ２を狭くしても、強アルカリ異方性エッチングの際、エッチング液がポリシリコンエッチング犠牲層３３、１５およびシリコン基板１を効率よく侵食できる。
【００５１】
スリット８Ａ、８Ｂの幅Ｌ１、Ｌ２を従来に比して狭くし、赤外線検知領域２の面積を広くできるので、開口率Ｓが増大し、赤外線検出素子の感度が向上する。
また、梁１１２は階段状にすることで梁１１２の長さが長くなり熱抵抗を増加させることができ、この点からも赤外線検出素子の感度が向上する。
【００５２】
また、赤外線検知領域１０２、梁１１２がシリコン基板１よりも高い位置にあるので、赤外線検出素子に加速または衝撃などが加わって梁１１２が撓むことがあっても、また残留応力により赤外線検知領域１０２または梁１１２が撓んだとしても、赤外線検知領域１０２、または梁１１２の先端がシリコン基板１の表面に接触しにくいので、赤外線検出素子の熱抵抗の劣化が防止でき、感度変化防止に寄与する。
【実施例３】
【００５３】
図１２は第３の実施例の赤外線検出素子の構造を示す斜視図である。
図１３の（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＥ−Ｅ断面図、図１４の（ｃ）は図１３の（ａ）におけるＦ−Ｆ断面図、図１４の（ｄ）は図１３の（ａ）におけるＧ−Ｇ断面図である。
なお、図１２では、構造が分かりやすいように上層の保護膜６から上を取り除いて示している。また、図１３の（ａ）では、保護膜６を取り除いて示す。
【００５４】
本実施例の赤外線検出素子は、第２の実施例における階段状の梁１１２の先端で四角形の平板状の赤外線検知領域１０２を基枠２７の表面より高い位置に保持する代わりに、梁２１２は基枠２７の高さ位置から水平に延び赤外線検知領域２０２の角部と接続している。
赤外線検知領域２０２は、その平面形形状は四角形であるが、角部から辺の中点および四角形の中央に向かうにつれ、基枠２７の高さ位置から階段状に高くなり、赤外線検知領域２０２の四角形の辺の中点部近傍と四角形の中央部を基枠２７より高くなるように上に凸としたものである。
なお、赤外線検知領域２０２の中央部は、他の領域よりも最も高く上方に凸に突き出ている。
【００５５】
ほかの構成は第２の実施例と同じであり、同一の構成に対して同じ符号を付し、説明を省略する。
製造工程は、第２の実施例とほぼ同一である。
【００５６】
以上のように本実例によれば、赤外線検知領域２０２は、角部から遠ざかるにつれて基枠２７の高さ位置よりも階段状に高くなっており、赤外線検知領域２０２の平面形状が四角形の辺の中点近傍の高さをポリシリコンエッチングストッパ１４よりも高くすることによって、スリット８Ｂの領域において、製造工程でシリコン窒化膜３５の下に形成されるポリシリコンエッチング犠牲層の側壁の一部を、スリットの幅Ｌ２より大きい段差Ｌ３で露出させている。したがって、スリットの幅Ｌ１に比して幅Ｌ２を狭くしても、強アルカリ異方性エッチングの際、エッチング液がポリシリコンエッチング犠牲層およびシリコン基板１を効率よく侵食できる。
また、Ｌ１、Ｌ２ともに充分に狭く、エッチング液が表面張力により進入できない場合も大きい段差Ｌ３からエッチング液が進入するので効率よくシリコン基板１を侵食できる。
【００５７】
スリット８Ｂの幅Ｌ２をスリット８Ａの幅Ｌ１に比して狭くし、赤外線検知領域２０２の面積を広くできるので、開口率Ｓが増大し、赤外線検出素子の感度が向上する。
また、赤外線検知領域２０２の中央部分が凸になっているので、斜め方向から赤外線が入射する場合に受光面積が実効的に増加し、赤外線検出素子の感度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】第１の実施例の赤外線検出素子を示す斜視図である。
【図２】第１の実施例の赤外線検出素子の構造を示す図である。
【図３】第１の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図である。
【図４】第１の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図である。
【図５】第１の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図である。
【図６】第１の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図である。
【図７】第２の実施例の赤外線検出素子を示す斜視図である。
【図８】第２の実施例の赤外線検出素子の構造を示す図である。
【図９】第２の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図である。
【図１０】第２の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図である。
【図１１】第２の実施例の赤外線検出素子の製造過程を示す図である。
【図１２】第３の実施例の赤外線検出素子を示す斜視図である。
【図１３】第３の実施例の赤外線検出素子の構造を示す図である。
【図１４】第３の実施例の赤外線検出素子の構造を示す図である。
【図１５】赤外線検出素子の従来例の構造を示す図である。
【図１６】従来例の赤外線検出素子の製造過程を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１        シリコン基板
２、１０２、２０２    赤外線検知領域
３Ａ、３Ｂ    ｐ型ポリシリコンサーモパイル
４Ａ、４Ｂ    ｎ型ポリシリコンサーモパイル
５Ａ、５Ｂ、９Ａ、９Ｂ、１７    アルミ配線
６        保護膜
７        脚部
８Ａ、８Ｂ    スリット
１１      赤外線吸収膜
１２、１１２、２１２    梁
１３      コンタクトホール
１４      ポリシリコンエッチングストッパ
１５、１５Ａ、１５Ｂ、３３    ポリシリコンエッチング犠牲層
１６      シリコン酸化膜
１９      凹部
２５Ａ、２５Ｂ    スリット領域
２７      基枠
３５    シリコン窒化膜
【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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