(57)【要約】      （修正有）【課題】支持脚長を短くせざるを得ない場合であっても、赤外線センサ画素に形成されるコンタクトホールの形状を工夫した上で支持脚メタル配線層を薄膜化することで、支持脚の熱コンダクタンスの増加を抑制することのできる赤外線センサおよびその赤外線センサを備えた赤外線固体撮像装置を提供する。【解決手段】信号読出し回路と電気的に接続されるメタル配線層１０３と、支持脚１１１内の支持脚メタル配線層１０９とを電気的に接続するためのコンタクトホール１０５が形成される赤外線センサ画素によって構成される赤外線センサにおいて、コンタクトホールは、メタル配線層を覆うように堆積される絶縁層１０４がエッチングされることによって形成されるものであり、コンタクトホールの底部１０３ａおよび側壁部１０６の形状が順テーパー形状となっている。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号読出し回路と電気的に接続されるメタル配線層と、支持脚内の支持脚メタル配線層とを電気的に接続するためのコンタクトホールが形成される赤外線センサ画素を備えて構成される赤外線センサであって、
前記コンタクトホールは、前記メタル配線層を覆うように堆積される絶縁層がエッチングされることによって形成されるものであり、
前記コンタクトホールの底部および側壁部の形状が順テーパー形状となっている
赤外線センサ。
【請求項２】
前記エッチング後の前記絶縁層の内側面に順テーパー形状のサイドウォールが形成されることで前記コンタクトホールの前記側壁部の形状が前記順テーパー形状となっている
請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項３】
前記エッチングの際に前記メタル配線層の上部に順テーパー部が形成されることで前記コンタクトホールの前記底部の形状が前記順テーパー形状となっている
請求項１または２に記載の赤外線センサ。
【請求項４】
前記コンタクトホールは、前記メタル配線層に加えて前記メタル配線層上に形成される反射防止層を覆うように堆積される前記絶縁層がエッチングされることによって形成されるものであり、
前記エッチングの際に前記反射防止層の上部に順テーパー部が形成されることで前記コンタクトホールの前記底部の形状が前記順テーパー形状となっている
請求項１または２に記載の赤外線センサ。
【請求項５】
前記コンタクトホールの前記底部および前記側壁部に加えて、前記コンタクトホールの開口部の形状が前記順テーパー形状となっている
請求項１から４のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
【請求項６】
前記エッチング前の前記絶縁層の上部に順テーパー部が形成されることで前記コンタクトホールの前記開口部の形状が前記順テーパー形状となっている
請求項１から５のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
【請求項７】
前記赤外線センサは、熱型赤外線センサである
請求項１から６のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の赤外線センサを備えた
赤外線固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線センサ画素に形成されるコンタクトホールの形状を工夫した赤外線センサおよびその赤外線センサを備えた赤外線固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線固体撮像装置は、被写体から放射される赤外線を光子として捉える量子型のものと、熱として捉える熱型のものに大別される。
【０００３】
量子型赤外線固体撮像装置には、赤外線を光子として捉える量子型赤外線センサが搭載されている。そのため、量子型赤外線固体撮像装置は、高感度および高応答といった特性を有するものの、量子型赤外線センサを−２００℃付近まで冷却する冷凍機を必要とする。したがって、量子型赤外線固体撮像装置は、構造が複雑であって、高価なものである。
【０００４】
一方、熱型赤外線固体撮像装置には、赤外線を分子の共振運動により生じる熱エネルギーとして捉え、配置された個々の画素の温度変化を電気信号に変換する熱型赤外線センサが搭載されている。そのため、熱型赤外線固体撮像装置は、上記の冷凍機を必要とせず、常温での動作が可能である。
【０００５】
このように、熱型赤外線固体撮像装置は、量子型のものと比べて、装置の小型化および低価格化に有利である。したがって、セキュリティー分野、車載分野等といった民生分野においては、熱型赤外線固体撮像装置の採用が主流となっている。このような背景から、熱型赤外線センサの高感度化を実現するための開発が活発に進められている。
【０００６】
ここで、熱型赤外線センサの断熱構造を工夫することで、センサの感度を向上させる手法が考えらえる（例えば、特許文献１〜３参照）。より具体的には、センサの感度を向上させるために、センサに配置された画素のピッチ内において、支持脚長を最大限に長くすることによって支持脚の熱コンダクタンスを小さくする工夫が考えられる。
【０００７】
特許文献１に記載の従来技術では、熱型センサの構造は、温度センサ部として機能するボロメータ膜が、高い熱抵抗を持つ高断熱薄膜によって形成される支持脚によって基板上方に持ち上げられたマイクロブリッジ構造となっている。より具体的には、マイクロブリッジ構造では、このボロメータ膜は、支持脚によって、基板（ヒートシンクとして機能する部分）から熱的に分離されている。また、支持脚内に形成された薄膜メタル配線層によって温度センサ部と回路部が電気的に結合されている。このような構造は、温度センサ部と支持脚部が同一の層に形成されているので、支持脚長を長くするのが難しい構造であるといえる。
【０００８】
特許文献２に記載の従来技術では、熱型センサの構造は、支持脚および温度センサ部と、赤外線吸収層とを別の層によって形成した２層の構造となっている。このような構造を採用することで、上記の従来技術と比較して、支持脚長を長くすることが容易となり、断熱特性を改善することができる。
【０００９】
特許文献３に記載の従来技術では、熱型センサの構造は、支持脚、温度センサ部および赤外線吸収層をそれぞれ別の層によって形成した３層の構造となっている。このような構造を採用することで、上記の従来技術と同様に断熱特性を改善しつつ、さらに、温度センサ部を形成する際の熱処理温度を高めることが容易となる。したがって、プロセス装置からのプラズマダメージによるダメージ層の回復が容易となり、その結果、赤外線センサのＳ／Ｎ比を向上させることが容易となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第５２８６９７６号明細書
【特許文献２】米国特許第６１４４０３０号明細書
【特許文献３】特許第３９４４４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ここで、赤外線センサが搭載された赤外線固体撮像装置の小型化および低価格化を実現するためには、赤外線センサに配置された赤外線センサ画素のピッチを縮小化しつつ、チップサイズのシュリンクと光学レンズの小型化が必須の条件となる。しかしながら、従来の赤外線センサにおいて、画素ピッチを縮小化すれば、支持脚長を短くせざるを得なくなるので、その結果、支持脚の熱コンダクタンスが増加する可能性がある。この場合、支持脚を構成する支持脚メタル配線層を薄膜化することで支持脚の熱コンダクタンスを減少させることが考えられる。しかしながら、支持脚メタル配線層とメタル配線層とを電気的に接続するコンタクトホールにおいて、コンタクトホールの側壁形状が垂直形状であるが故に、薄膜化した支持脚メタル配線層に断線が生じるという問題点があった。これは、支持脚メタル配線層の形成には、公知のＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）技術を適用するが、ＰＶＤでは基板へのイオンの垂直入射成分を利用して金属粒子を堆積させるため、平面部分と比較して垂直なコンタクトホール側壁への膜の堆積量が少なくなるという特性に依るものである。このため、熱コンダクタンスの低減を目的として、平面部分の金属薄膜の堆積量を過度に減ずると垂直部分への膜の堆積が少なくなり、延いては、コンタクトホール側壁の垂直部分に膜が堆積せず、支持脚メタル配線層とメタル配線層が断線する事態が生じる。また、これとは別に、公知のＰＶＤ技術を用いた場合、垂直な側壁を有するコンタクトホールの上部において、メタル配線層がオーバーハング形状となり、垂直側壁の上部に金属薄膜が堆積せず、支持脚メタル配線層とメタル配線層が断線する事態が生じることがある。なお、上記の断線モードは、金属薄膜の膜厚が１００ｎｍ以下の場合に生じ易く、特に、３０ｎｍ以下の金属薄膜とした場合に顕著となる。
【００１２】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、支持脚長を短くせざるを得ない場合であっても、赤外線センサ画素に形成されるコンタクトホールの形状を工夫した上で支持脚メタル配線層を薄膜化することで、支持脚の熱コンダクタンスの増加を抑制することのできる赤外線センサおよびその赤外線センサを備えた赤外線固体撮像装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明における赤外線センサは、信号読出し回路と電気的に接続されるメタル配線層と、支持脚内の支持脚メタル配線層とを電気的に接続するためのコンタクトホールが形成される赤外線センサ画素を備えて構成される赤外線センサであって、コンタクトホールは、メタル配線層を覆うように堆積される絶縁層がエッチングされることによって形成されるものであり、コンタクトホールの底部および側壁部の形状が順テーパー形状となっているものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、支持脚長を短くせざるを得ない場合であっても、赤外線センサ画素に形成されるコンタクトホールの形状を工夫した上で支持脚メタル配線層を薄膜化することで、支持脚の熱コンダクタンスの増加を抑制することのできる赤外線センサおよびその赤外線センサを備えた赤外線固体撮像装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の赤外線固体撮像装置を示す構成図である。
【図２】図１の熱型赤外線センサの斜視図である。
【図３】図２の赤外線センサ画素の構造断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における支持脚を形成する際の第１の過程を示す構造断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１における支持脚を形成する際の第２の過程を示す構造断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１における支持脚を形成する際の第３の過程を示す構造断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１における支持脚を形成する際の第４の過程を示す構造断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１における支持脚を形成する際の第５の過程を示す構造断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１における支持脚を形成する際の第６の過程を示す構造断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１における支持脚を形成する際の第７の過程を示す構造断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２における支持脚を示す構造断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３における支持脚を示す構造断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明による赤外線センサおよびその赤外線センサを備えた赤外線固体撮像装置を、好適な実施の形態にしたがって図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一部分または相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
実施の形態１．
はじめに、本実施の形態１における熱型赤外線センサの技術的特徴を明確にするために、比較例として、従来の熱型赤外線センサ６について、図１〜図３を参照しながら説明する。図１は、従来の赤外線固体撮像装置を示す構成図である。図２は、図１の熱型赤外線センサ６の斜視図である。図３は、図２の赤外線センサ画素７の構造断面図である。
【００１８】
図１に示すように、熱型赤外線センサの適用例である赤外線固体撮像装置は、装置本体１と、装置本体１の開口に設けられるレンズ保護用窓材２と、装置本体１内に設けられる光学レンズ３およびパッケージ４と、パッケージ４の開口に設けられるパッケージ用窓材５と、パッケージ４内に設けられる熱型赤外線センサ６とを備える。
【００１９】
赤外線固体撮像装置において、被写体から放射された赤外線は、レンズ保護用窓材２を介して光学レンズ３によって集光され、パッケージ用窓材５を透過した後、熱型赤外線センサ６へ入射されて結像される。
【００２０】
図２に示すように、熱型赤外線センサ６は、複数の赤外線センサ画素７が列状に配置されて構成される赤外線センサアレイ８と、信号読出し回路９とを備える。
【００２１】
赤外線センサ画素７は、熱型赤外線センサ６に入射される赤外線を感知して電気信号に変換する。信号読出し回路９は、赤外線センサ画素７からの電気信号を読み出し、その読み出した電気信号を信号処理部（図示せず）へ送信する。
【００２２】
ここで、例えば、赤外線固体撮像装置の光学系に用いる光学材料の透過率８０％と仮定すると、熱型赤外線センサ６に入射される赤外線のエネルギーは、赤外線固体撮像装置に入射される赤外線のエネルギーの約半分となる。したがって、赤外線固体撮像装置の高感度化を実現するためには、光学系に用いる光学材料を高透過率の材料にすることが好ましい。
【００２３】
しかしながら、光学材料を高透過率の材料にすると、赤外線固体撮像装置のコストが増加してしまう。すなわち、赤外線波長域における高透過率の材料である一方、高価な材料であるゲルマニウムを光学材料として用いると、装置のコストの増加につながる。
【００２４】
したがって、赤外線固体撮像装置のコストを考慮すると、光学材料を高透過率の材料にするのではなく、熱型赤外線センサ６自体の感度の向上を図る工夫をすることが求められる。
【００２５】
図３に示すように、赤外線センサ画素７において、シリコン基板等の基板１１上に赤外線吸収層１２、２本の支持脚１３、および温度センサ２０が形成される。温度センサ２０の下方部の基板１１が除去されており、温度センサ２０を基板１１から離すための空洞が形成される。
【００２６】
赤外線センサ画素７には、信号読出し回路９と電気的に接続されるメタル配線層１７と、支持脚１３内の支持脚メタル配線層１５とを電気的に接続するためのコンタクトホールが形成されている。このコンタクトホールは、メタル配線層１７を覆うように堆積される絶縁層１８がエッチングされることによって形成されるものである。つまり、メタル配線層１７をエッチングせずに、絶縁層１８のみをエッチングして、コンタクトホールが形成される。このようなコンタクトホールの底部が水平であり、その側壁部が底部に対して垂直となる。
【００２７】
このようなコンタクトホールに支持脚絶縁層１４および支持脚メタル配線層１５を堆積しながら必要に応じてエッチングを行うことで、支持脚絶縁層１４および支持脚メタル配線層１５によって構成される支持脚１３が形成される。
【００２８】
このような支持脚１３では、支持脚メタル配線層１５の周囲が支持脚絶縁層１４によって覆われている。２本の支持脚１３の一方は、一端がメタル配線層１７と電気的に接続され、他端がメタル配線層１９と電気的に接続されており、温度センサ２０の上方で折り曲げられる。２本の支持脚１３の他方も同様の構成となっている。
【００２９】
メタル配線層１７は、信号読出し回路９と電気的に接続され、メタル配線層１９は、温度センサ２０と電気的に接続される。メタル配線層１７は、基板１１上に形成された絶縁層１６上に形成され、メタル配線層１７の周囲は、絶縁層１６上に形成された絶縁層１８によって覆われる。
【００３０】
基板１１の上方から入射した赤外線は、最上層の赤外線吸収層１２によって吸収され、その吸収によって生じた熱が温度センサ２０に伝わる。温度センサ２０は、温度変化による電気特性の変化を電気信号として、支持脚１３内の支持脚メタル配線層１５を介して信号読出し回路９に送信する。
【００３１】
ここで、支持脚１３の熱コンダクタンスについて検討する。この熱コンダクタンスは、支持脚１３の材料よって大きく変動する。例えば、支持脚１３の全長、すなわち、支持脚長が５０μｍであると想定した場合の支持脚１３の熱コンダクタンスを試算する。
【００３２】
上記の試算の前提条件として、支持脚１３の幅を１．０μｍとし、さらに、支持脚１３を形成する支持脚絶縁層１４および支持脚メタル配線層１５を以下の条件とする。
＜支持脚絶縁層１４＞
・層膜：酸化膜
・酸化膜の膜厚：０．５μｍ
・酸化膜の熱伝導率：１．３８Ｗ／ｍ・Ｋ
＜支持脚メタル配線層１５＞
・層膜：チタン膜
・チタン膜の膜厚：０．１μｍ
・チタン膜の熱伝導率：２１．９Ｗ／ｍ・Ｋ
【００３３】
上記の条件から、酸化膜およびチタン膜の各熱コンダクタンスを見積もると、酸化膜の熱コンダクタンスは、約８．３ｎＷ／Ｋとなり、チタン膜の熱コンダクタンスは、約４４ｎＷ／Ｋとなる。支持脚１３の熱コンダクタンスは、酸化膜の熱コンダクタンスとチタン膜の熱コンダクタンスの和であるので、約５２．３ｎＷ／Ｋとなる。
【００３４】
支持脚の熱コンダクタンスを小さくするための手法として、支持脚長を長くする手法が考えられるが、上述したとおり、従来の熱型赤外線センサにおいて、画素ピッチを縮小化したい場合には、支持脚長を短くする必要がある。したがって、このような場合に、支持脚の熱コンダクタンスを小さくするためには、支持脚１３の層厚を薄くする必要がある。ただし、酸化膜自体の熱コンダクタンスは、チタン膜の熱コンダクタンスと比べて、約１／５であって元々小さいので、チタン膜、すなわちメタル配線層の薄膜化が効果的であることは明らかである。
【００３５】
そこで、本実施の形態１における熱型赤外線センサでは、支持脚の熱コンダクタンスを小さくするために、上記のコンタクトホールの形状を工夫することで、支持脚のメタル配線層の薄膜化の実現を図っている。具体的には、本実施の形態１における支持脚１１１を形成するためのコンタクトホールの形状を工夫している。
【００３６】
以下、従来の熱型赤外線センサ６と本実施の形態１における熱型赤外線センサとの相違点、すなわち、本実施の形態１における熱型赤外線センサの技術的特徴であるコンタクトホールの形状について詳細に説明し、その他については説明を省略する。
【００３７】
次に、本実施の形態１における支持脚１１１について、図４〜図１０を参照しながら説明する。図４〜図１０は、本発明の実施の形態１における支持脚１１１を形成する際の第１〜第７の過程を示す構造断面図である。なお、支持脚１１１は、後述する支持脚下部絶縁層１０８、支持脚メタル配線層１０９および支持脚上部絶縁層１１０によって構成される。
【００３８】
ここで、図４〜図１０に示すように、支持基板１０１に絶縁層１０２が堆積され、その絶縁層１０２の直上にはメタル配線層１０３が形成されている。なお、支持基板１０１は、先の図３に示す基板１１に対応し、絶縁層１０２は、絶縁層１６に対応し、メタル配線層１０３は、メタル配線層１７に対応する。
【００３９】
もちろん、熱型赤外線センサ６を製造するにあたって、赤外線センサアレイ８および信号読出し回路９を形成するための製造工程が必要であることはいうまでもないが、上述したとおり、ここでは、本実施の形態１における熱型赤外線センサの技術的特徴であるコンタクトホール１０５の形状について詳細に説明する。
【００４０】
まず、例えば公知のＰ−ＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置を用いて、メタル配線層１０３の周囲を覆うように絶縁層１０２上に絶縁層１０４を堆積する。なお、絶縁層１０４は、先の図３に示す絶縁層１８に対応する。メタル配線層１０３は、ＡｌＣｕ、ＡｌＳｉ、ＡｌＳｉＣｕ等の合金を用いることができ、膜厚は配線抵抗の低減の観点から、２００〜１０００ｎｍであることが好ましい。また、絶縁層１０４の膜厚は、支持脚メタル配線層１０９とメタル配線層１０３の絶縁耐圧が確保できる膜厚であればよく、１００〜１０００ｎｍ程度であればよい。
続いて、図４に示すように、公知の写真製版技術とドライエッチング技術を適用して、絶縁層１０４をエッチング加工することで、コンタクトホール１０５を形成する。
【００４１】
コンタクトホール１０５を形成するために絶縁層１０４をエッチング加工する際、絶縁層１０４に加えて、内側面に順テーパー部１０３ａが形成されるようにメタル配線層１０３を表面から適当なエッチング深さまでエッチング加工する。つまり、絶縁層１０４のエッチング加工時において、コンタクトホール１０５の底部の形状が順テーパー形状となるように、メタル配線層１０３も併せてエッチングし、メタル配線層１０３の上部に順テーパー部１０３ａを形成する。エッチング条件は、例えば、Ａｒ／ＣＦ４／ＣＨＦ３ガスを用い、３００ｍＴの圧力下で１．３ｋＷのＲＦ電力を印加してＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）を行うことでコンタクトホールの形成が可能である。
【００４２】
ここで、メタル配線層１０３のエッチング深さは、後述する支持脚メタル配線層１０９の被覆性（カバレッジ）が安定となり、かつエッチング後のメタル配線層１０３が電気的信頼性を損なわないように、適宜調整される。
【００４３】
このように、コンタクトホールは、メタル配線層１０３を覆うように堆積される絶縁層１０４がエッチングされることによって形成されるものである。また、絶縁層１０４のエッチングに加えて、順テーパー部１０３ａが形成されるようにメタル配線層１０３のエッチングを行うことで、コンタクトホール１０５の底部の側面に順テーパー面が形成されることとなる。
【００４４】
次に、図４に示す層構造に対して、例えばＰ−ＣＶＤ装置を用いて酸化膜を堆積する。続いて、コンタクトホール１０５の側壁部に順テーパー形状のサイドウォール１０６が形成されるように、コンタクトホール１０５内に堆積された酸化膜を酸化膜ドライエッチャーによってエッチングする。このエッチングによって、順テーパー形状のサイドウォール１０６以外の酸化膜が除去される。つまり、コンタクトホール１０５の側壁部の形状が順テーパー形状となるように、エッチング後の絶縁層１０４の内側面に順テーパー形状のサイドウォール１０６を形成する。サイドウォール形成のためのエッチング条件は、例えば、Ａｒ／ＣＦ４／ＣＨＦ３ガスを用い、３００ｍＴの圧力下で１．３ｋＷのＲＦ電力を印加してＲＩＥを行うことでサイドウォールの形成が可能である。
【００４５】
このように、コンタクトホール１０５の側壁部に順テーパー形状のサイドウォール１０６を形成することで、コンタクトホール１０５の側壁部の側面に順テーパー面が形成される。
【００４６】
以上の図４および図５から分かるように、支持脚１１１を形成する前段階として、コンタクトホール１０５の底部および側壁部の形状が順テーパー形状となるようにするための工程が行われる。
【００４７】
具体的には、コンタクトホール１０５を形成するためのエッチング後の絶縁層１０４の内側面に順テーパー形状のサイドウォール１０６が形成されることでコンタクトホールの側壁部が順テーパー形状となっている。また、コンタクトホール１０５を形成するためのエッチングの際にメタル配線層１０３の上部に順テーパー部１０３ａが形成されることでコンタクトホール１０５の底部が順テーパー形状となっている。
【００４８】
次に、図５に示す層構造に対して、犠牲層１０７を堆積する。続いて、図６に示すように、公知の写真製版技術を適用して現像においてコンタクトホール１０５に堆積された犠牲層１０７を除去する。この場合、絶縁層１０４上に堆積された順テーパー形状の側面を有する犠牲層１０７のみが残る。
【００４９】
なお、犠牲層１０７の材料は、写真製版技術でパターン形成可能な材料で有ればどのような材料であってもよいが、例えば、感光性を持つ有機材料（例えば、フォトレジスト）を用いればよい。なお、犠牲層１０７の膜厚は、この上に形成する支持脚メタル配線層１０９の形成を容易にするために、下地の段差を吸収できる膜厚であることが好ましい。
【００５０】
次に、図６に示す層構造に対して、例えば公知のＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）技術を適用することで支持脚下部絶縁層１０８を適当な膜厚まで堆積する。支持脚下部絶縁層１０８の膜厚は、支持脚の熱コンダクタンスの観点から、できるだけ薄い方がよく、５０〜３００ｎｍであることが好ましい。続いて、図７に示すように、公知の写真製版技術を適用することで、コンタクトホール１０５に堆積された支持脚下部絶縁層１０８をエッチング除去する。この場合、犠牲層１０７上に堆積された順テーパー形状の側面を有する支持脚下部絶縁層１０８のみが残る。このエッチング条件は、例えば、Ａｒ／ＣＦ４／ＣＨＦ３ガスを用い、３００ｍＴの圧力下で１．３ｋＷのＲＦ電力を印加してＲＩＥを行うことができる。
【００５１】
次に、図７に示す層構造に対して、図８に示すように、例えば公知のＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）技術を適用することで支持脚メタル配線層１０９を適当な膜厚まで堆積する。
【００５２】
ここで、支持脚下部絶縁層１０８および支持脚メタル配線層１０９のそれぞれの膜厚は、コンタクトホール１０５の側壁部分でこれらの層が破損せず、オーミックコンタクトの性能が安定して確保できるように、適宜調整される。もちろん、支持脚１１１の熱コンダクタンスを小さくするためには、安定したオーミックコンタクトの性能を確保した上で、上述したとおり、支持脚メタル配線層１０９を可能な限り薄膜化することが好ましい。支持脚メタル配線層１０９には、Ｔｉ、ＴｉＮ等の金属材料を用いることができ、例えば、Ａｒガスを用いて、５ｍＴｏｒｒの圧力下で、１．２ｋＷのＤＣ電力を印加することでＰＶＤ法を用いて成膜することが可能である。
【００５３】
次に、図８に示す層構造に対して、図９に示すように、例えば公知のＰＶＤ技術を適用することで、支持脚上部絶縁層１１０を適当な膜厚まで堆積する。この膜厚は、支持脚の熱コンダクタンスの観点から、できるだけ薄い方がよく、５０〜３００ｎｍであることが好ましい。これにより、支持脚メタル配線層１０９は、下部がメタル配線層１０３と電気的に接続され、下部以外の部分がサイドウォール１０６と、絶縁層１０４と、支持脚下部絶縁層１０８と、支持脚上部絶縁層１１０とで囲まれる。
【００５４】
次に、図９に示す層構造に対して、図１０に示すように、犠牲層１０７をエッチング除去するとともに、支持基板１０１における除去が必要な部分をエッチング除去することで、支持脚１１１と絶縁層１０４との間に空隙１１２を形成する。犠牲層１０７が有機材料であることから、犠牲層１０７のエッチングは、Ｏ２プラズマを用いた公知のアッシング技術を用いることができる。また、支持基板１０１の不要部分のエッチングには、ＸｅＦ２ガスによるドライエッチングを用いることができる。
【００５５】
以上、本実施の形態１によれば、信号読出し回路と電気的に接続されるメタル配線層と、支持脚内の支持脚メタル配線層とを電気的に接続するためのコンタクトホールが形成される赤外線センサ画素によって構成される赤外線センサにおいて、コンタクトホールは、以下のような構成となっている。
【００５６】
すなわち、上記のコンタクトホールは、メタル配線層を覆うように堆積される絶縁層がエッチングされることによって形成されるものであり、コンタクトホールの底部および側壁部の形状が順テーパー形状となっている。
【００５７】
これにより、公知のＰＶＤ技術を用いて支持脚メタル配線層を形成する場合に、コンタクトホール側壁に垂直形状部分が存在しないため、従来の問題点であった側壁部でのオーバーハングによる膜厚減少が抑制されるため、支持脚メタル配線層を薄膜化することが可能となる。したがって、赤外線センサにおいて、支持脚長を短くせざるを得ない場合であっても、赤外線センサ画素に形成されるコンタクトホールの形状を工夫することで支持脚メタル配線層を薄膜化することができ、結果として、支持脚の熱コンダクタンスの増加を抑制することができる。
【００５８】
上記の結果、赤外線センサにおいて、画素ピッチを縮小することと、支持脚の熱コンダクタンスを小さくすることとを両立できる。また、このような赤外線センサを赤外線固体撮像装置に備えて構成することで、赤外線固体撮像装置の小型化および低価格化の実現が期待できる。
【００５９】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２では、メタル配線層１０３上に反射防止層１１３を堆積し、メタル配線層１０３をエッチング加工することなく、順テーパー部１１３ａが形成されるように反射防止層１１３をエッチング加工する場合について説明する。なお、本実施の形態２では、先の実施の形態１と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００６０】
ここで、先の実施の形態１では、メタル配線層１０３に順テーパー部１０３ａを形成するように構成されている。これに対して、本実施の形態２では、メタル配線層１０３の直上に、例えば窒化チタン膜等の反射防止層１１３を堆積し、メタル配線層１０３に順テーパー部１０３ａを形成するのではなく、反射防止層１１３に順テーパー部１１３ａを形成するように構成されている。
【００６１】
図１１は、本発明の実施の形態２における支持脚１１１を示す構造断面図である。図１１に示すように、支持基板１０１に絶縁層１０２が堆積され、その絶縁層１０２の直上にはメタル配線層１０３が形成されている。さらに、メタル配線層１０３の直上に反射防止層１１３を堆積する。この反射防止層１１４は、例えば公知のＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）技術を用いて形成したＴｉＮ等の金属薄膜を用いることができ、この膜厚は５０ｎｍ程度であれば反射防止層の効果を得ることが可能である。
【００６２】
次に、例えば公知のＰ−ＣＶＤ装置を用いて、メタル配線層１０３および反射防止層１１３の周囲を覆うように絶縁層１０２上に絶縁層１０４を堆積する。続いて、図１１に示すように、公知の写真製版技術とドライエッチング技術を適用して、絶縁層１０４をエッチング加工することで、コンタクトホール１０５を形成する。
【００６３】
コンタクトホール１０５を形成するために絶縁層１０４をエッチング加工する際、絶縁層１０４に加えて、内側面に順テーパー部１１３ａが形成されるように反射防止層１１３を表面から適当なエッチング深さまでエッチング加工する。つまり、絶縁層１０４のエッチング加工時において、コンタクトホール１０５の底部の形状が順テーパー形状となるように、反射防止層１１３も併せてエッチングし、反射防止層１１３の上部に順テーパー部１１３ａを形成する。このエッチング条件は、例えば、Ａｒ／ＣＦ４／ＣＨＦ３ガスを用い、３００ｍＴの圧力下で１．３ｋＷのＲＦ電力を印加してＲＩＥを行うことができる。
【００６４】
このように、絶縁層１０４のエッチングに加えて、順テーパー部１１３ａが形成されるように反射防止層１１３のエッチングを行うことで、コンタクトホール１０５の底部の側面に順テーパー面が形成されることとなる。
【００６５】
上記の工程以降は、先の実施の形態１と同様の工程を経ることで、最終的に図１１に示す支持脚１１１が得られる。
【００６６】
このように、実施の形態２では、コンタクトホール１０５は、メタル配線層１０３に加えてメタル配線層１０３上に形成される反射防止層１１３を覆うように堆積される絶縁層１０４がエッチングされることによって形成されるものである。また、コンタクトホール１０５を形成するためのエッチングの際に反射防止層１１３の上部に順テーパー部１１３ａが形成されることでコンタクトホール１０５の底部が順テーパー形状となっている。
【００６７】
以上、本実施の形態２によれば、先の実施の形態１に対して、メタル配線層をエッチングする代わりに、メタル配線層上に形成された反射防止層をエッチングして反射防止層の上部に順テーパー部が形成することによってコンタクトホールの底部を順テーパー形状とする。
【００６８】
これにより、先の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、メタル配線層をエッチングせずにすむので、オーミックコンタクトの性能のさらなる安定化が図れる。また、先の実施の形態１と比べて、メタル配線上に反射防止層が形成されているため、メタル配線工程以降の写真製版工程において、メタル配線による露光光線の反射が抑制されるため、所望のレジスト寸法を容易に得ることが可能となり、例えば、支持脚幅の安定化が可能となる。
【００６９】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３では、コンタクトホール１０５の側壁部に順テーパー形状のサイドウォール１０６を形成することに加えて、絶縁層１０４の内側面上部に順テーパー部１０４ａを形成する場合について説明する。なお、本実施の形態３では、先の実施の形態１と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００７０】
ここで、先の実施の形態１では、メタル配線層１０３の上部に順テーパー部１０３ａを形成し、絶縁層１０４の内側面に順テーパー形状のサイドウォール１０６を形成することで、コンタクトホール１０５の底部および側壁部にテーパー面を形成している。これに対して、本実施の形態３では、順テーパー部１０３ａおよびサイドウォール１０６の形成に加えて、絶縁層１０４の内側面上部に順テーパー部１０４ａを形成することで、コンタクトホール１０５の開口部、側壁部および底部に順テーパー面を形成している。
【００７１】
図１２は、本発明の実施の形態３における支持脚１１１を示す構造断面図である。図１２に示すように、支持基板１０１に絶縁層１０２が堆積され、その絶縁層１０２の直上にはメタル配線層１０３が形成されている。
【００７２】
次に、例えば公知のＰ−ＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置を用いて、メタル配線層１０３の周囲を覆うように絶縁層１０２上に絶縁層１０４を堆積する。続いて、公知の写真製版技術とウェットエッチング技術ドライエッチング技術を適用して、絶縁層１０４をエッチング加工することで、コンタクトホール１０５を形成する。
【００７３】
コンタクトホール１０５を形成するために絶縁層１０４をエッチング加工する前段階として、例えばウェットエッチング技術を適用して、絶縁層１０４の表面から適当な深さまでエッチング加工を行うことで、絶縁層１０４の内側面に順テーパー部１０４ａを形成する。ウェットエッチングには、フッ化水素酸等の酸化膜をエッチングする薬液を用いることができ、ドライエッチングは、Ａｒ／ＣＦ４／ＣＨＦ３ガスを用い、３００ｍＴの圧力下で１．３ｋＷのＲＦ電力を印加してＲＩＥを用いることができる。
【００７４】
ここで、ウェットエッチングによる絶縁層１０４のエッチング深さは、サイドエッチングにより隣接パターンのコンタクトホールと干渉せず、かつ、予め設定した設計基準を満足するように、適宜調整される。
【００７５】
ウェットエッチングによって絶縁層１０４をエッチング加工することで順テーパー部１０４ａを形成した後、ドライエッチングによって、絶縁層１０４に加えて、内側面に順テーパー部１０３ａが形成されるようにメタル配線層１０３をエッチング加工する。
【００７６】
このように、本実施の形態３では、コンタクトホール１０５の開口部、側壁部および底部の全ての形状が順テーパー形状となっている。具体的には、コンタクトホール１０５を形成するためのエッチング前の絶縁層１０４の上部に順テーパー部１０４ａが形成されることでコンタクトホール１０５の開口部が順テーパー形状となっている。このような構成とすることで、ＰＶＤにより支持脚メタル配線層を形成する場合、オーバーハング形状による支持脚メタル配線層とメタル配線層の断線を抑制することが可能となる。
【００７７】
上記の工程以降は、先の実施の形態１と同様の工程を経ることで、最終的に図１２に示す支持脚１１１が得られる。
【００７８】
なお、実施の形態３では、先の実施の形態１の構成に対してコンタクトホール１０５の開口部の形状が順テーパー形状となるようにする場合について説明したが、先の実施の形態２の構成に対しても同様に、コンタクトホール１０５の開口部の形状が順テーパー形状となるようにすることができる。
【００７９】
以上、本実施の形態３によれば、先の実施の形態１、２に対して、コンタクトホールの底部および側壁部に加えて、開口部の形状が順テーパー形状となっている。これにより、先の実施の形態１、２と比較して、ＰＶＤ技術を用いて支持脚メタル配線層を形成する際、オーバーハング形状の発生を抑制できるため、支持脚メタル配線層の薄膜化がさらに容易となる。
【符号の説明】
【００８０】
１  装置本体、２  レンズ保護用窓材、３  光学レンズ、４  パッケージ、５  パッケージ用窓材、６  熱型赤外線センサ、７  赤外線センサ画素、８  赤外線センサアレイ、９  信号読出し回路、１１  基板、１２  赤外線吸収層、１３  支持脚、１４  支持脚絶縁層、１５  支持脚メタル配線層、１６  絶縁層、１７  メタル配線層、１８  絶縁層、１９  メタル配線層、２０  温度センサ、１０１  支持基板、１０２  絶縁層、１０３  メタル配線層、１０３ａ  順テーパー部、１０４  絶縁層、１０４ａ  順テーパー部、１０５  コンタクトホール、１０６  サイドウォール、１０７  犠牲層、１０８  支持脚下部絶縁層、１０９  支持脚メタル配線層、１１０  支持脚上部絶縁層、１１１  支持脚、１１２  空隙、１１３  反射防止層、１１３ａ  順テーパー部。
【図１】
2018197713.tif 000003
【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】
2018197713.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2018197713.tif 000012
【図１１】
2018197713.tif 000013
【図１２】
2018197713.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月23日(2018.7.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明における赤外線センサは、信号読出し回路と電気的に接続されるメタル配線層と、支持脚内の支持脚メタル配線層とを電気的に接続するためのコンタクトホールが形成される赤外線センサ画素を備えて構成される赤外線センサであって、メタル配線層の上部が露出するようにメタル配線層を覆う絶縁層と、メタル配線層の上部に形成されている順テーパー部と、絶縁層の内側面に形成されている順テーパー形状のサイドウォールと、を備え、コンタクトホールの底部および側壁部の形状が順テーパー形状となっているものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号読出し回路と電気的に接続されるメタル配線層と、支持脚内の支持脚メタル配線層とを電気的に接続するためのコンタクトホールが形成される赤外線センサ画素を備えて構成される赤外線センサであって、
前記メタル配線層の上部が露出するように前記メタル配線層を覆う絶縁層と、
前記メタル配線層の前記上部に形成されている順テーパー部と、
前記絶縁層の内側面に形成されている順テーパー形状のサイドウォールと、
を備え、
前記コンタクトホールの底部および側壁部の形状が順テーパー形状となっている
赤外線センサ。
【請求項２】
信号読出し回路と電気的に接続されるメタル配線層と、支持脚内の支持脚メタル配線層とを電気的に接続するためのコンタクトホールが形成される赤外線センサ画素を備えて構成される赤外線センサであって、
前記メタル配線層上に形成されている反射防止層と、
前記反射防止層の上部が露出するように前記メタル配線層および前記反射防止層を覆う絶縁層と、
前記反射防止層の前記上部に形成されている順テーパー部と、
前記絶縁層の内側面に形成されている順テーパー形状のサイドウォールと、
を備え、
前記コンタクトホールの底部および側壁部の形状が順テーパー形状となっている
赤外線センサ。
【請求項３】
前記絶縁層の上部に形成されている順テーパー部をさらに備え、
前記コンタクトホールの前記底部および前記側壁部に加えて、前記コンタクトホールの開口部の形状が順テーパー形状となっている
請求項１または２に記載の赤外線センサ。
【請求項４】
前記赤外線センサは、熱型赤外線センサである
請求項１から３のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の赤外線センサを備えた
赤外線固体撮像装置。