(57)【要約】【課題】多素子化において均一な検出感度を得ることができ、単一素子では同一ロットにおいて素子間で均一な検出感度を得ることができる赤外線検出装置及びその製造方法を提供する。  【解決手段】  赤外線検出装置１０は、第１の半導体層１２と、第１の半導体層に積層された第１の絶縁体層１４と、第１の絶縁体層上に積層され、積層方向に沿って貫通する空洞部１８が形成された第２の半導体層１６と、空洞部の内壁面１８ａに形成された絶縁膜２０と、第２の半導体層上に積層され、積層方向において空洞部と対向するように赤外線検出部を支持する第２の絶縁体層２２とを備える。この場合、空洞部の形状・大きさは第１の絶縁体層及び絶縁膜によって確実に規定されるので、空洞部と対向する位置に配置された赤外線検出部で、多素子化において均一な検出感度を得ることができ、単一素子では同一ロットにおいて素子間で均一な検出感度を得ることができる。【選択図】図２
2006112869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線検出部を有する赤外線検出装置であって、
第１の半導体層と、
前記第１の半導体層上に積層された第１の絶縁体層と、
前記第１の絶縁体層上に積層され、積層方向に沿って貫通する空洞部が形成された第２の半導体層と、
前記空洞部の内壁面に形成された絶縁膜と、
前記第２の半導体層上に積層され、積層方向において前記空洞部と対向するように前記赤外線検出部を支持する第２の絶縁体層と
を備えることを特徴とする赤外線検出装置。
【請求項２】
前記第１の絶縁体層と前記第２の絶縁体層とは、少なくとも前記空洞部において略平行となっていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出装置。
【請求項３】
前記第１の絶縁体層、前記第２の絶縁体層及び前記絶縁膜の熱伝導率が、前記第１の半導体層及び前記第２の半導体層の熱伝導率よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外線検出装置。
【請求項４】
前記赤外線検出部を複数有し、
前記積層方向において前記赤外線検出部のそれぞれに対向する前記空洞部間では、前記第１の絶縁体層と前記第２の絶縁体層との距離が互いに略同等となっていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の赤外線検出装置。
【請求項５】
赤外線検出部を有する赤外線検出装置の製造方法であって、
第１の半導体層、前記第１の半導体層上に積層された第１の絶縁体層、及び、前記第１の絶縁体層上に積層された第２の半導体層を有する積層体を用意する工程と、
前記第２の半導体層における所定の部分の外周上に絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の半導体層上に、第２の絶縁体層を積層する工程と、
前記第２の絶縁体層上に、積層方向において前記所定の部分と対向するように前記赤外線検出部を形成する工程と、
前記第２の半導体層から前記所定の部分をエッチングにより除去して、前記第１の絶縁体層、前記第２の絶縁体層及び前記絶縁膜により仕切られた空洞部を形成する工程と
を備えることを特徴とする赤外線検出装置の製造方法。
【請求項６】
前記所定の部分の外周上にトレンチを形成した後、絶縁材料を前記トレンチ内に充填して前記絶縁膜を形成することを特徴とする請求項５に記載の赤外線検出検出装置の製造方法。
【請求項７】
前記所定の部分の外周上にトレンチを形成した後、前記第２の半導体層を酸化して前記絶縁膜を形成することを特徴とする請求項５に記載の赤外線検出装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線検出装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
赤外線検出装置は、温度計、分析計として利用されたり、人体検出のために利用されたりしてきている。この赤外線検出装置として、赤外線を熱に変換して検出する赤外線検出部を有するものが知られている。このような赤外線検出装置では、半導体基板上に積層された酸化膜上に赤外線検出部が搭載されるため、赤外線検出部から半導体基板への熱伝導を小さくすべく、赤外線検出部の直下の半導体基板に空洞部を設けた、いわゆるメンブレン構造が採用されている。
【０００３】
このようなメンブレン構造において空洞部は一般的に等方性エッチングにより形成されるが、基板及び酸化膜の積層方向と、それに直交する方向（平面方向）とにほぼ同じ速度でエッチングが進むため、断熱効果をあげるべく空洞部を深くすると、平面方向へのエッチングも同様に広がってしまう。そこで、この平面方向へのエッチングの広がりを抑制するために、半導体基板にトレンチを形成してそのトレンチ内にシリコン酸化膜を埋め込んでエッチングストッパを形成し、そのエッチングストッパの内側をエッチングすることで空洞部を形成する技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２９９５９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、確かに積層方向に直交する方向における空洞部の大きさは規定されるが、空洞部の深さを制御することは困難である。そして、空洞部の深さが変わってその形状・大きさが変化すると、熱の散逸量がそれに伴い変わるため、多素子化において均一な検出感度を得ることができず、単一素子では同一ロットにおいて素子間で均一な検出感度を得ることができない。
【０００５】
そこで、本発明は、多素子化において均一な検出感度を容易に得ることができ、単一素子では同一ロットにおいて素子間で均一な検出感度を容易に得ることができる赤外線検出装置及び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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る赤外線装置は、赤外線検出部を有する赤外線検出装置であって、第１の半導体層と、第１の半導体層上に積層された第１の絶縁体層と、第１の絶縁体層上に積層され、積層方向に沿って貫通する空洞部が形成された第２の半導体層と、空洞部の内壁面に形成された絶縁膜と、第２の半導体層上に積層され、積層方向において空洞部と対向するように赤外線検出部を支持する第２の絶縁体層とを備えることを特徴とする。
【０００７】
上記空洞部は、第１の絶縁体層及び絶縁膜によって第１の半導体層及び第２の半導体層から仕切られることになる。この第１の絶縁体層及び絶縁膜は、第１の絶縁体層上に積層された第２の半導体層をエッチングして空洞部を形成する際、エッチングストッパとして機能する。これにより、エッチングで形成された空洞部の形状・大きさは、第１の絶縁体層及び絶縁膜によって確実に規定されるので、空洞部と対向する位置に配置された第２の絶縁体層上の赤外線検出部で、多素子化において均一な検出感度を得ることができ、単一素子では同一ロットにおいて素子間で均一な検出感度を得ることができる。
【０００８】
また、本発明に係る赤外線検出装置においては、第１の絶縁体層と第２の絶縁体層とは、少なくとも空洞部において略平行となっていることが好ましい。この場合、第１の絶縁体層と第２の絶縁体層とが略平行であるので、第２の絶縁体層を透過した赤外線は、第１の絶縁体層でほぼ同じ角度で反射される。これにより、反射した赤外線が赤外線検出部で均一に検出されるので、赤外線検出装置内での検出感度の均一性が向上する。
【０００９】
更に、本発明に係る赤外線検出装置における第１の絶縁体層、第２の絶縁体層及び絶縁膜の熱伝導率が、第１の半導体層及び第２の半導体層の熱伝導率よりも小さいことが好適である。この場合、空洞部から第１及び第２の半導体層への熱の散逸量が低減されるので、検出感度が向上する傾向にある。
【００１０】
また、本発明に係る赤外線検出装置においては、赤外線検出部を複数有し、積層方向において赤外線検出部のそれぞれに対向する空洞部間では、第１の絶縁体層と第２の絶縁体層との距離が互いに略同等となっていることが好ましい。この場合、複数の赤外線検出部のそれぞれに対向した空洞部の第１及び第２の絶縁体層間の距離が同じであるため、赤外線検出部毎の検出感度の均一性が向上する。
【００１１】
また、本発明に係る赤外線検出装置の製造方法は、赤外線検出部を有する赤外線検出装置の製造方法であって、第１の半導体層、第１の半導体層上に積層された第１の絶縁体層、及び、第１の絶縁体層上に積層された第２の半導体層を有する積層体を用意する工程と、第２の半導体層における所定の部分の外周上に絶縁膜を形成する工程と、第２の半導体層上に、第２の絶縁体層を積層する工程と、第２の絶縁体層上に、積層方向において所定の部分と対向するように赤外線検出部を形成する工程と、第２の半導体層から所定の部分をエッチングにより除去して、第１の絶縁体層、第２の絶縁体層及び絶縁膜により仕切られた空洞部を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００１２】
この製造方法では、所定の部分をエッチングによって除去して空洞部を形成する際、積層体が有する第２の半導体層に形成された絶縁膜が、積層方向に直交する方向のエッチングストッパとして機能し、積層体が有する第１の絶縁体層が積層方向のエッチングストッパとして機能する。そのため、空洞部の形状・大きさは、絶縁膜及び第１の絶縁体層によって確実に制御される。その結果、製造される赤外線検出装置が多素子化において均一な検出感度を得ることができ、単一素子では同一ロットにおいて素子間で均一な検出感度を得ることができる。
【００１３】
また、本発明に係る赤外線検出装置の製造方法では、所定の部分の外周上にトレンチを形成した後、絶縁材料をトレンチ内に充填して絶縁膜を形成したり、所定の部分の外周上にトレンチを形成した後、半導体層を酸化して絶縁膜を形成したりすることが好ましい。この場合、確実に絶縁膜で、空洞部を仕切ることができる。尚、前記絶縁膜は酸化による絶縁膜に限ったものではなく、CVDなどにより形成しても良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の赤外線検出装置によれば、赤外線を検出するのに、多素子化において均一な検出感度を得ることができ、単一素子では同一ロットにおいて素子間で均一な検出感度を得ることができる。また、本発明の赤外線検出装置の製造方法によれば、多素子化においては均一な検出感度を有し、単一素子では同一ロットにおいて素子間で均一な検出感度を有する赤外線検出装置を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明に係る赤外線検出装置及びその製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る赤外線検出装置の一実施形態の平面図である。図２は、図１のII-II線に沿っての断面図である。図１及び図２に示した赤外線検出装置１０は、赤外線を熱に変換して検出する熱型の赤外線検出装置であって、例えば、放射温度計などに利用される。
【００１７】
この赤外線検出装置１０は、図２に示すように、シリコン基板（第１の半導体層）１２を有しており、シリコン基板１２上に、ほぼ一定の厚さでＳｉＯ２からなる絶縁体層（第１の絶縁体層）１４が積層されている。そして、その絶縁体層１４上に、更に、シリコン層（第２の半導体層）１６が一定の厚さで積層されてＳＯＩ(Silicon on Insulator)構造が実現されている。
【００１８】
ＳＯＩ構造の一部をなすシリコン層１６は、積層方向に沿って貫通した箱状の空洞部１８を有し、空洞部１８の内壁面１８ａにはＳｉＯ２からなる絶縁膜２０が形成されている。この空洞部１８は、絶縁膜２０で仕切られたシリコン層１６をエッチングすることで形成されたものであり、その形状及び大きさは、絶縁膜２０及び絶縁体層１４によって規定されている。尚、前記箱状とは角型であっても、円柱型であっても良い。
【００１９】
この空洞部１８を有するシリコン層１６上にはＳｉＯ２からなる絶縁体層（第２の絶縁体層）２２が絶縁体層１４と略平行に積層され、メンブレン構造が実現されている。そして、絶縁体層２２上には、赤外線を検出する赤外線検出部２４が設けられている。赤外線検出部２４は、積層方向において空洞部１８と対向する位置に配置されており、赤外線を吸収する赤外線吸収膜２６と、その赤外線吸収膜２６の温度変化を検出する温度検出部としてのサーモパイル２８とからなる。なお、温度検出部としては、サーモパイルの他、例えば、ボロメータなどであってもよい。
【００２０】
図１に示すように、サーモパイル２８は、絶縁体層２２上に並列配置されたｎ型のポリシリコン膜３０とｐ型のポリシリコン膜３２との端部がアルミニウム膜３４で接続されてなる熱電対を複数直列接続したものである。この熱電対を構成する各ポリシリコン膜３０，３２は、シリコン層１６の上方から空洞部１８の上方に渡って配置されると共に、矩形に形成された空洞部１８の４辺に垂直な４方向から空洞部１８の中央に向かって延びるように配置されている。
【００２１】
このポリシリコン膜３０，３２の露出表面及び絶縁体層２２は、図２に示すように、例えば、ＳｉＯ２からなる絶縁体層３６によって被覆されている。そして、絶縁体層３６上に、ポリシリコン膜３０，３２の端部を接続するアルミニウム膜３４が配置され、アルミニウム膜３４は、ポリシリコン膜３０，３２の端部上に形成された絶縁体層３６の開口穴部を介してポリシリコン膜３０，３２と電気的に接続されている。このアルミニウム膜３４の露出表面及び絶縁体層３６は、ＳｉＮからなるパッシベーション層３８で被覆されている。なお、絶縁体層３６とパッシベーション層３８は、ＳｉＯ２とＳｉＮのみでなく、ＳｉＯＮ、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ、ポリイミドなど、またはそれらの積層膜からなる絶縁体層であってもよい。
【００２２】
そして、パッシベーション層３８上であって空洞部１８の上方に、赤外線を吸収する矩形の赤外線吸収膜２６が設けられている。赤外線吸収膜２６は、赤外線吸収率の高い黒樹脂が使用されており、黒樹脂にはカーボンフィラーなどの黒色フィラーを混ぜた樹脂（エポキシ系、シリコーン系、アクリル系、ウレタン系、ポリイミド系などまたはそれら複合樹脂）や、黒色レジストなどを利用しても良いし、金黒、ＴｉＮ、ＮｉＣｒ、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ２、ポリシリコン、アモルファスシリコンなどの無機物、あるいはこれら複合膜であっても良い。
【００２３】
上記構成では、サーモパイル２８を構成するポリシリコン膜３０，３２の接続部のうち、空洞部１８の上方に位置すると共に赤外線吸収膜２６の直下に位置する接続部が温接点として機能し、シリコン層１６の上方に位置する接続部が冷接点として機能する。そして、赤外線吸収膜２６の温度変化によって温接点と冷接点との間で発生する熱起電力は、一対の取り出し電極４０，４２（図１参照）によって取り出される。なお、取り出し電極４０，４２が形成されている領域では、パッシベーション層３８は開口している。
【００２４】
この赤外線検出装置１０は、例えば、次のようにして製造される。すなわち、図３（ａ）に示すように、先ず、シリコン基板１２上に絶縁体層１４及びシリコン層１６が順に積層されてなる積層体としてのＳＯＩ基板４４を用意する。次いで、シリコン層１６の所定の部分（空洞部１８となるべき部分）４６の外周上、すなわち、シリコン層１６の所定の部分４６とその他の部分との境界上に、シリコン層１６の上面から絶縁体層１４まで延びるトレンチ（すなわち、溝）４８を形成する。続いて、図３（ｂ）に示すように、そのトレンチ４８内にＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法や熱酸化により絶縁材料としてのＳｉＯ２を充填することで絶縁膜２０を形成した後に、シリコン層１６上に絶縁体層２２を積層する。
【００２５】
そして、図４に示すように、絶縁体層２２上であって所定の部分４６に対向する位置にサーモパイル２８を形成する。この際、ポリシリコン膜３０，３２の露出部分を被覆する絶縁体層３６、及び、アルミニウム膜３４の露出部分を被覆するパッシベーション層３８もサーモパイル２８の形成に合わせて形成する。次いで、パッシベーション層３８、絶縁膜２０及び絶縁体層１４を積層方向に沿って貫通するエッチングホール５０を形成した後に、パッシベーション層３８上であって所定の部分４６の上方に赤外線吸収膜２６を形成する。これによって、絶縁体層２２上であって所定の部分４６に対向する赤外線吸収部２４を得る。なお、エッチングホール５０の形成は赤外線吸収膜２６を形成した後に行っても構わない。また、赤外線吸収膜２６を形成する際には、エッチングホール５０に対応する位置に貫通穴５２を形成しておく。
【００２６】
その後、赤外線吸収膜２６の貫通穴５２及びエッチングホール５０を通してＸｅＦ２ガスが入ることにより、シリコン層１６のうち所定の部分４６がドライエッチングによって除去される。これにより、空洞部１８を形成しメンブレン構造とする。この際、絶縁膜２０及び絶縁体層１４がエッチングストッパとして機能するので、空洞部１８の形状・大きさが確実に規定される。また、ドライエッチングを利用しているため、エッチングによる赤外線吸収膜２６への損傷がウェットエッチングに比べて抑制されている。
【００２７】
なお、空洞部１８をドライエッチングするためのエッチングガスとしては、シリコンをドライエッチングできれば特に限定されない。例えば、ＸｅＦ２のほか、ＸｅＦ４、ＸｅＦ６、ＫｒＦ２、ＫｒＦ４、ＫｒＦ６、ＣｌＦ３、ＢｒＦ３、ＢｒＦ５、ＩＦ５、ＳＦ６、ＣＦ４も利用できる。また、上記工程では、赤外線吸収膜２６を形成した後にシリコン層１６の所定の部分４６をエッチングしているが、先にエッチングして空洞部１８を形成してから赤外線吸収膜２６を形成することも可能である。
【００２８】
図５（ａ）は、上述した工程で空洞部１８が形成された状態のＳＯＩ基板４４の平面図である。図５（ｂ）は、（ａ）の一部拡大図である。また、図６は、図５（ｂ）のVI-VI線に沿っての断面図である。なお、図６では、取り出し電極や、各画素からの配線などは省略している。
【００２９】
図５及び図６に示すように、１つのＳＯＩ基板４４上には、複数の赤外線検出部２４が形成されており、各赤外線検出部２４の直下には、空洞部１８が形成されている。すなわち、この状態のＳＯＩ基板４４は、複数の赤外線検出装置１０が一体化したものであるので、各赤外線検出部２４間の仮想的なダイシングライン（図５及び図６中の一点鎖線）Ｌに沿ってＳＯＩ基板４４を切断することで、個々の赤外線検出装置１０を得ることができる。
【００３０】
このようにして製造される図１及び図２に示した赤外線検出装置１０では、赤外線吸収膜２６が赤外線を吸収して生じる赤外線吸収膜２６の温度変化をサーモパイル２８で熱起電力として検出することで赤外線を検出する。
【００３１】
赤外線検出装置１０は、赤外線吸収膜２６の熱の散逸を抑制し検出感度を向上する観点から、赤外線吸収膜２６直下に空洞部１８を有するが、熱の散逸量は、空洞部１８の形状・大きさによって異なる。そのため、赤外線検出装置１０で、単一素子の同一ロットにおける素子間での検出感度の均一化を可能にするためには、空洞部１８の形状・大きさを制御することが重要である。
【００３２】
上記製造方法では、空洞部１８をドライエッチングで形成する際、絶縁体層１４が深さ方向（積層方向）のエッチングストッパとして機能すると共に、絶縁膜２０が平面方向（積層方向に直交する方向）のエッチングストッパとして機能するので、空洞部１８の形状・大きさを制御できる結果、赤外線検出装置１０では、単一素子の同一ロットにおける素子間で確実に均一な検出感度を得ることができる。
【００３３】
また、箱状の空洞部１８が、シリコン（熱伝導率：約１２５Ｗ／ｍ／Ｋ）より熱伝導率の低いＳｉＯ２（熱伝導率：約１．３Ｗ／ｍ／Ｋ）で取り囲まれることで、空洞部１８はシリコン基板１２及びシリコン層１６から仕切られていることから熱の散逸が抑制され断熱効果が高くなる。その結果、赤外線吸収部２４の検出感度が向上する。そして、空洞部１８が絶縁体層１４、絶縁膜２０及び絶縁体層２２で仕切られていることで前述のように断熱効果が高まるため、空洞部１８の深さを浅くすることが可能である。その結果、空洞部１８の形成工程に係る時間が短くなって製造効率が向上する傾向にある。
【００３４】
更に、空洞部１８が同じ材質（ＳｉＯ２）で取り囲まれているので、赤外線検出時での熱膨張による撓みが減少し、空洞部１８の形状が変形しにくくなっているので単一素子の同一ロット内での検出感度ばらつきが減少する傾向にある。
【００３５】
また、前述したように絶縁体層１４及びシリコン層１６の厚さはそれぞれほぼ一定であるので、シリコン層１６上の絶縁体層２２と絶縁体層１４とが略平行になると共に、空洞部１８の底部をなす絶縁体層１４もフラットになっている。これによって、絶縁体層２２を透過した赤外線が絶縁体層１４で反射される際、赤外線はほぼ同じ角度で反射される。そのため、反射された赤外線がほぼ一様に赤外線吸収膜２６を照射し吸収されるので、ポリシリコン膜３０，３２の配置による誤差が少なく単一素子では同一ロットにおいて素子間で均一な検出感度を得やすい。
【００３６】
また、上記製造方法で示したように、１つのＳＯＩ基板４４から複数の赤外線検出装置１０を製造した場合、各赤外線検出装置１０が有する空洞部１８の形状・大きさが揃う。特に、ＳＯＩ基板４４では絶縁体層１４及びシリコン層１６の厚さはそれぞれほぼ一定であるので、空洞部１８の深さｄは、図６に示すように空洞部１８間でほぼ均一になる。これにより、検出感度が揃った赤外線検出装置１０を製造することができ、製造歩留まりが向上する。
【００３７】
次に、図７及び図８を利用して、赤外線検出装置１０の変形形態について説明する。図７は、赤外線検出装置５４の平面図であり、図８は、図７のVIII-VIII線に沿っての断面図である。
【００３８】
図７及び図８に示すように、赤外線検出装置５４の構成は、絶縁膜２０の内側に更にＳｉＯ２からなる絶縁膜５６が形成され、空洞部１８が第１の空洞部１８Ａ及び第２の空洞部１８Ｂに仕切られている点で、赤外線検出装置１０の構成と相違する。
【００３９】
この赤外線検出装置５４は、次のようにして製造される。すなわち、シリコン層１６にトレンチ４８を形成する際に、第１の空洞部１８Ａの外周に相当する部分にもトレンチ４８を形成し、その後の工程は、赤外線検出装置１０の製造方法と同様にすることで赤外線検出装置５４を製造することができる。
【００４０】
この赤外線検出装置５４では、絶縁膜５６が支持体として機能するため、赤外線検出装置１０の機械的強度が向上する。そして、絶縁膜５６が設けられていることで、第１及び第２の空洞部１８Ａ，１８Ｂの形状が変化しにくいため、長期的に検出感度が安定する傾向にある。なお、第１及び第２の空洞部１８Ａ，１８Ｂの深さｄがほぼ一定であることの効果や、第１及び第２の空洞部１８Ａ，１８Ｂがシリコンよりも低い熱伝導率を有するＳｉＯ２で取り囲まれていることの効果は赤外線検出装置１０の場合と同様である。
【００４１】
（第２の実施形態）
図９を利用して、第２の実施形態の赤外線検出装置について説明する。第１の実施形態の赤外線検出装置１０と同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４２】
図９は、第２の実施形態の赤外線検出装置５８の平面図である。また、図１０は、図９のX-X線に沿っての断面図である。なお、図９及び図１０では、取り出し電極や、各画素からの配線などは省略している。
【００４３】
赤外線検出装置５８は、１６個の赤外線検出部２４が、４×４のアレイ状に配置されたアレイ型の赤外線検出装置５８であり、図１の赤外線検出装置１０を１つの画素６０として、その画素６０をアレイ状に配置したものに相当する。赤外線検出装置５８では、各画素６０が有する取り出し電極４０，４２（図１参照）のうちの一方、例えば、取り出し電極４２は、赤外線検出装置５８に設けられた共通電極（不図示）に接続されており、２次元的に赤外線検出をすることができるため、赤外線イメージセンサなどに利用される。
【００４４】
上記赤外線検出装置５８では、図１０に示すように、各赤外線検出部２４の直下にそれぞれ空洞部１８が形成されていることから、赤外線検出装置１０と同様の理由により、各赤外線検出部２４の検出感度を、アレイの各素子間において均一にでき、同一ロット内での各アレイ素子の検出感度も均一にできる。そして、各空洞部１８の深さｄは互いにほぼ同一であるので、各赤外線検出部２４の検出感度の均一性が高くなっており、精度よく赤外線を検出できる。
【００４５】
この赤外線検出装置５８は、例えば、次のようにして製造される。すなわち、第１の実施形態の場合と同様に、用意したＳＯＩ基板４４において、シリコン層１６の各空洞部１８となる所定の部分４６の外周に絶縁膜２０を形成した後、シリコン層１６上に絶縁体層２２を積層する。そして、各所定の部分４６に対向する位置の絶縁体層２２上に赤外線検出部２４をそれぞれ形成した後、その直下のシリコン層１６（すなわち、所定の部分４６）をドライエッチングによって除去して各空洞部１８を形成する。その後、例えば、４×４で配列された１６個の赤外線検出部２４を１組として各組の間をダイシングすることで、個々の赤外線検出装置５８を得る。
【００４６】
この赤外線検出装置５８の製造方法では、空洞部１８を形成する際、絶縁膜２０で平面方向のエッチング領域が確実に規定されているので、赤外線検出部２４を高密度に配置可能であることから、２次元アレイ型赤外線検出装置５８を小型化することが可能である。また、ＳＯＩ基板４４を利用していることから、第１の実施形態の場合と同様に、各赤外線検出部２４に対応する空洞部１８間の深さｄがほぼ同じになり、画素６０毎に検出感度が揃った赤外線検出装置５８を容易に製造できる。
【００４７】
図１１は、赤外線検出装置５８の変形形態を示す平面図である。図１２は、図１１のXII-XII線に沿っての断面図である。なお、図１２は、断面の一部を拡大した図であり、図１１，１２において、取り出し電極及び配線の記載は省略している。
【００４８】
図１１に示した赤外線検出装置６２では、各赤外線検出部２４の隣接する位置に、それぞれ信号処理回路としてのＦＥＴ（Field-Effect Transistor）６４を有する点で、赤外線検出装置５８と相違する。図１２に示すように、ＦＥＴ６４は、空洞部１８の外側のシリコン層１６に形成されており、ＦＥＴ６４が有するソース６６、ゲート６８、ドレイン７０はパッシベーション層３８で被覆されている。
【００４９】
この赤外線検出装置６２は、図９に示した赤外線検出装置５８の製造工程において、絶縁膜２０の形成後であって絶縁体層２２、サーモパイル２８及び絶縁体層３６等を形成する際に、空洞部１８となるべき所定の部分４６の外側にＦＥＴ６４を作製することで製造される。この製造方法でも、空洞部１８の大きさのうち、特に平面方向の大きさが絶縁膜２０で確実に規定される。その結果、赤外線検出部２４に隣接するようにＦＥＴ６４を形成しても、ＦＥＴ６４の領域のシリコン層１６はエッチング除去されないので、ＦＥＴ６４を有する赤外線検出装置６２を確実に製造できる。そして、ＦＥＴ６４を赤外線検出装置６２内に有するので、信号処理などを迅速に行うことができる。
【００５０】
（第３の実施形態）
図１３を利用して、第３の実施形態の赤外線検出装置の製造方法について説明する。第１の実施形態と同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５１】
図１３は、第３の実施形態の赤外線検出装置の製造方法の工程図である。この方法では、図１３（ａ）に示すように、第１の実施形態の場合と同様にして、ＳＯＩ基板４４を用意した後、所定の部分４６の外周（境界）上にトレンチ４８を形成する。次いで、シリコン層１６を酸化して、シリコン層１６の表面にＳｉＯ２からなる絶縁膜２０を形成する。その後、図１３（ｂ）に示すように、トレンチ４８内に充填材としてのポリシリコン７２を埋め込んだ後に、図１３（ｃ）に示すように、シリコン層１６上に絶縁体層（第２の絶縁体層）７４を形成して平坦化する。この絶縁体層７４としては、平坦化を容易にするためにリフロ性のあるＰＳＧ(Phosphosilicate Glass)が好適である。なお、トレンチ４８に充填する充填材としては、ポリシリコン７２に限らず、高温プロセスに対する耐熱性があれば特に限定されないが、例えば、タングステンやモリブデン、シリサイド系などが更に例示される。
【００５２】
次いで、第１の実施形態と同様にして、所定の部分４６に対向する絶縁体層７４上に赤外線検出部２４を形成した後、エッチングホール５０を通してＸｅＦ２ガスが入ることによりシリコン層１６の所定の部分４６をドライエッチングで除去する。これにより、赤外線検出部２４の下側のシリコン層１６に空洞部１８が形成される。その後、赤外線検出部２４間のダイシングラインＬに沿って個々の赤外線検出装置に分離することで、図１４に示す赤外線検出装置７６を得る。
【００５３】
このようにして製造された図１４に示す赤外線検出装置７６では、トレンチ４８を形成した後、シリコン層１６を酸化しているので、トレンチ４８の平面方向の幅ｗ（図１３参照）が長くても、空洞部１８となるべき所定の部分４６がシリコン酸化膜で被覆される。その結果、空洞部１８の内壁面には、ＳｉＯ２が確実に形成されるので、第１の実施形態と同様に断熱効果があがって検出感度も向上する傾向にある。また、赤外線検出装置７６では、ポリシリコン７２とそのポリシリコン７２を挟むＳｉＯ２膜からなる仕切壁７８によって空洞部１８が取り囲まれているので熱膨張などによる撓みなどが更に抑制される。これにより、空洞部１８の形状が安定するので、長期的に安定した検出感度を得ることができる傾向にある。
【００５４】
図１５は、赤外線検出装置７６の変形形態を示した断面図である。図１５に示した赤外線検出装置８０は、仕切壁７８の内側に更に、ポリシリコン７２とそのポリシリコン７２を挟む絶縁膜２０からなる仕切壁８２を有する点で、赤外線検出装置７６と相違する。この場合は、図７に示した赤外線検出装置５４と同様に、仕切壁８２が支持体として機能するため、赤外線検出装置８０の機械的強度が向上する。また、空洞部１８の形状が変化しにくい結果、長期的に安定した検出感度を実現できる傾向にある。
【００５５】
以上、本発明に好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。例えば、第１の半導体層としてシリコン基板１２を利用しているが、絶縁体層１４と基板との間に設けられた半導体層であってもよい。また、第２の絶縁体層としての絶縁体層２２は１層構造としているが、複数層積層されていてもよい。
【００５６】
また、第１及び第２の半導体層の材質としてはシリコンを例示し、第１及び第２の絶縁体層及び絶縁膜の材質としてはＳｉＯ２を例示して説明したが、必ずしもシリコンやＳｉＯ２に限らない。ただし、第１及び第２の絶縁体層及び絶縁膜の熱伝導率が、第１及び第２の半導体層よりも小さいことが検出感度を向上させる点から好ましい。
【００５７】
また、赤外線検出装置の製造方法では、ＳＯＩ基板を利用しているが、第１の半導体層上に、第１の絶縁体層及び第２の半導体層が順に積層された積層体で有れば、ＳＯＩ基板に限定されない。更に、第１の絶縁体層と第２の絶縁体層とは第１の半導体層上で略平行としているが、それらは少なくとも空洞部１８上で略平行になっていればよい。
【００５８】
更にまた、第１〜第３の実施形態では、トレンチ４８の深さ（すなわち、絶縁膜２０の深さ）は、シリコン層１６の上面から絶縁体層１４までとしているが、例えば、絶縁体層１４近傍まで延びていればよく、また、絶縁体層１４を貫通してシリコン基板１２まで延びていても良い。
【００５９】
また、所定の部分４６を除去するエッチングとして、ドライエッチングを利用しているが、ウェットエッチングを利用することも可能であるが、赤外線吸収膜への損傷を低減する観点から、ドライエッチングを利用することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る赤外線検出装置の一実施形態の平面図である。
【図２】図１のII-II線に沿っての断面図である。
【図３】（ａ）は、本発明に係る赤外線検出装置の製造方法の一実施形態の一工程を示す製造工程図である。（ｂ）は、（ａ）の次の工程を示す製造工程図である。
【図４】図３（ｂ）の次の工程を示す製造工程図である。
【図５】赤外線検出装置の製造方法における空洞部を形成した状態でのＳＯＩ基板の平面図である。
【図６】図５（ｂ）のVI-VI線に沿っての断面図である。
【図７】図１に示した赤外線検出装置の変形形態の平面図である。
【図８】図７のVIII-VIII線に沿っての断面図である。
【図９】本発明に係る赤外線検出装置の他の実施形態の平面図である。
【図１０】図９に示した赤外線検出装置のX-X線に沿っての断面図である。
【図１１】ＦＥＴを有する赤外線検出装置の平面図である。
【図１２】図１１のXII-XII線に沿っての断面図である。
【図１３】本発明に係る赤外線検出装置の製造方法の他の実施形態を示す製造工程図である。
【図１４】図１３に示した製造方法で製造された赤外線検出装置の断面図である。
【図１５】図１４に示した赤外線検出装置の変形形態の断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０，５４，５８，６２，７６，８０…赤外線検出装置、１２…シリコン基板（第１の半導体層）、１４…絶縁体層（第１の絶縁体層）、１６…シリコン層（第２の半導体層）、１８…空洞部、２０…絶縁膜、２２…絶縁体層（第２の絶縁体層）、２４…赤外線検出部、４４…ＳＯＩ基板（積層体）、４６…所定の部分、４８…トレンチ、７４…絶縁体層（第２の絶縁体層）。
【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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