(57)【要約】【課題】支持脚によって支えられた赤外線吸収膜を持つ赤外線センサ素子の赤外線吸収膜を薄膜化した際に、赤外線吸収膜の支持脚間に発生するクラックを防止することを目的とする。【解決手段】少なくとも二以上の支持脚のある赤外線吸収膜において、支持脚間にスリットを設けることで、犠牲層除去工程で赤外線吸収膜の支持脚間に発生する応力は緩和されクラックの発生は抑制されるため、赤外線吸収膜を薄膜化することが可能となり、より高感度の赤外線センサ素子を提供することができる。【選択図】  図１
2011214857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部を有する半導体基板と、
前記半導体基板の外縁近傍にて該半導体基板と接続され、外縁近傍から前記凹部の上方に延在して配置された梁部と、
前記梁部に接続されて前記凹部の上部に保持された熱検知部と、
前記凹部、前記梁部及び前記熱検知部を覆い、かつ、少なくとも二以上の支持脚を介して前記熱検知部に接続される赤外線吸収部と、を備え、
前記赤外線吸収部の前記支持脚間領域にスリットが形成されていることを特徴とする赤外線センサ素子。
【請求項２】
前記支持脚の外周領域に開口が形成されている前記赤外線吸収部を有することを特徴とする請求項１記載の赤外線センサ素子。
【請求項３】
前記スリットの形状が矩形状で、且つ、一つである前記赤外線吸収部を有することを特徴とする請求項１または２記載の赤外線センサ素子。
【請求項４】
前記スリットが二以上で、前記各スリットの形状が矩形又は円形である前記赤外線吸収部を有することを特徴とする請求項１または２記載の赤外線センサ素子。
【請求項５】
前記支持脚を三以上有し、前記赤外線吸収部の前記支持脚間それぞれには前記スリットが設けられたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の赤外線センサ素子。
【請求項６】
半導体基板上に熱検知部及び前記熱検知部と電気的に接続される配線を有する梁部を形成する熱検出構造形成工程と、
前記熱検知部及び前記梁部を覆う絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記絶縁層上に犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、
前記犠牲層上に少なくとも二以上の支持脚と、前記支持脚間領域にスリット及び前記支持脚の外周領域に開口を設けた赤外線吸収部と、を備えた赤外線吸収膜を形成する赤外線吸収膜形成工程と、
前記開口の下方に前記半導体基板に到達する貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
前記貫通孔を介してエッチングを施すことによって前記半導体基板に空隙を形成する空隙形成工程と、
前記空隙形成工程後、前記貫通孔を介して前記犠牲層を除去する犠牲層除去工程と、を有することを特徴とする赤外線センサ素子の製造方法。
【請求項７】
前記絶縁層形成工程は、少なくとも酸化シリコン膜を含む複数の絶縁膜層を形成することを特徴とする請求項６記載の赤外線センサ素子の製造方法。
【請求項８】
半導体基板上に熱検知部及び前記熱検知部と電気的に接続される配線を有する梁部を形成する熱検出構造形成工程と、
前記熱検知部及び前記梁部を覆う絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記絶縁層上に犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、
前記犠牲層上に少なくとも２つの支持脚と、前記支持脚間領域に開口を設けた赤外線吸収部と、を備えた赤外線吸収膜を形成する赤外線吸収膜形成工程と、
前記開口の下方に前記半導体基板に到達する貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
前記貫通孔を介してエッチングを施すことによって前記半導体基板に空隙を形成する空隙形成工程と、
前記空隙形成工程後、前記貫通孔を介して前記犠牲層を除去する犠牲層除去工程と、を有することを特徴とする赤外線センサ素子の製造方法。
【請求項９】
前記絶縁層形成工程は、少なくとも酸化シリコン膜を含む複数の絶縁膜層を形成することを特徴とする請求項８記載の赤外線センサ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線吸収膜のクラック耐性を向上させた熱型赤外線センサ素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
赤外線センサは、例えば、物体や人物から放出される微弱な赤外線を検出するのに用いられ、監視用又は車載用など様々な分野において利用されている。赤外線センサには様々な赤外線の検出方式があるが、よく利用されている主流の方式として量子型赤外線センサと熱型赤外線センサがある。量子型赤外線センサは、固体材料の光電効果を利用し、吸収した赤外線を直接電気信号に変換して検出する。また、熱型赤外線センサは、受光した赤外線を一度熱に変換し、温度による物性の変化が大きい材料を用いて、前述の変換した熱による温度変化を検出する。このような赤外線センサは、現在では、半導体基板を用いた半導体チップとして実現されている。半導体基板を用いて構成された赤外線センサは、以下において“赤外線センサ素子”と称する。
【０００３】
前述の熱型赤外線センサの構造としては、特許文献１のような、熱検出構造部上に所定の底面積を有する支持脚で赤外線吸収膜を支える構造や、赤外線吸収膜の一部を凸状にして形成した支持脚が複数形成された構造が開示されている。
【０００４】
ここで、熱型赤外線センサの性能を表すための指標の１つとして応答速度がある。応答速度とは、赤外線吸収膜で吸収した赤外線が熱検出構造部に伝わるまでの時間の概念を示す。前述のように熱型赤外線センサは、赤外線の量を熱に変換して検出していることから、反応速度を速くするためには熱検出構造部においての応答速度を高速化すればよい。そのためには、赤外線吸収膜を含めた熱検出構造部の熱容量を小さくすることが好ましい。特許文献２では、熱型赤外線センサにおいて、熱時定数を小さくし、反応速度を速くするために、赤外線吸収膜の厚さを薄くすることが開示されている。
【特許文献１】特開２００１−１５６２７７号公報
【特許文献２】特開２００６−１７０９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
赤外線吸収膜の熱容量を小さくするために、特許文献１に開示される構造の赤外線センサに対しても特許文献２のように赤外線吸収膜を薄膜化することが考えられる。特許文献１の実施の形態３のように赤外線吸収膜に支持脚が複数本形成された赤外線センサ素子を利用し、赤外線吸収膜を薄膜化した場合、次のような問題が起こりうる。
【０００６】
図２０は、赤外線吸収膜に支持脚が２本形成された従来技術による赤外線センサ素子の平面図である。図２０の赤外線センサ素子では、１画素ごとに分離された赤外線吸収膜２の赤外線吸収部３には支持脚４が２箇所に形成されており、支持脚４の外側（赤外線吸収膜の外周領域）にガス注入用の開口５が設けられている。
【０００７】
特許文献１における犠牲層除去工程においてレジストからなる犠牲層を除去した際に、犠牲層と赤外線吸収膜の熱膨張係数の差に起因した応力が赤外線吸収膜に発生するため、赤外線吸収膜は変形する。赤外線吸収膜は１画素ごとに分離されているため、赤外線吸収膜の外周領域は応力による変形が可能となり、外周領域が変形することで、赤外線吸収膜の外周領域に発生した応力は緩和される。一方、赤外線吸収膜の支持脚４に挟まれた領域（以下、支持脚間領域という）は支持脚４によって赤外線吸収膜の伸縮が固定されているため、赤外線吸収膜の外周領域に比べて赤外線吸収膜が変形しにくい。よって、支持脚間領域に発生した応力は緩和されず、支持脚間に応力が集中し、図２０に示されたような支持脚４の間においてクラックが発生してしまう。クラックが発生した状態で赤外線センサ素子を使用すると、使用による振動等によって支持脚間のクラックが赤外線吸収膜の外周部へと広がり、そのクラックに沿って赤外線吸収膜が分断されてしまう恐れがある。そのため、２本以上の支持脚が形成された赤外線吸収膜の薄膜化は困難となる。性能を上げるために赤外線吸収膜を薄膜化し、赤外線吸収膜の熱容量を小さくした赤外線センサ素子は信頼性を保つことができなくなる。
【０００８】
そこで、本発明は、熱検出構造部の熱容量を小さく保ったまま、赤外線吸収膜におけるクラックの発生を抑制できる構造を備えた高感度の赤外線センサ素子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】
【０００９】
上述した課題を解決するために、本願発明の赤外線センサ素子は、凹部を有する半導体基板と、前記半導体基板の外縁近傍にて該半導体基板と接続され、外縁近傍から前記凹部の上方に延在して配置された梁部と、前記梁部に接続されて前記凹部の上部に保持された熱検知部と、前記凹部、前記梁部及び前記熱検知部を覆い、かつ、少なくとも二以上の支持脚を介して前記熱検知部に接続される赤外線吸収部と、を備え、前記赤外線吸収部の前記支持脚間領域にスリットが形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の赤外線センサ素子の構造及び製造方法によれば、赤外線吸収膜の支持脚間にスリットを設けることによってクラックの発生を抑える構造となり、赤外線センサ素子の信頼性を向上させることができる。また、クラックの発生が抑えられた構造とすることで赤外線吸収膜を薄膜化することが可能となり、熱検出構造部の熱容量を小さくすることができる。そのため、反応速度の速い高感度の赤外線センサ素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施例に係る赤外線センサ素子の断面図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る赤外線センサ素子の平面図である。
【図３】本発明の第１実施例に係る赤外線センサ素子の平面図である。
【図４】本発明の第１実施例に係る赤外線センサ素子の製造工程の一部を示す断面図である。
【図５】本発明の第１実施例に係る赤外線センサ素子の製造工程の一部を示す断面図である。
【図６】本発明の第１実施例に係る赤外線センサ素子の製造工程の一部を示す平面図である。
【図７】本発明の第１実施例に係る赤外線センサ素子の製造工程の一部を示す断面図である。
【図８】本発明の第１実施例に係る赤外線センサ素子の製造工程の一部を示す断面図である。
【図９】本発明の第１実施例に係る赤外線センサ素子の製造工程の一部を示す断面図である。
【図１０】本発明の第１実施例に係る赤外線センサ素子の製造工程の一部を示す断面図である。
【図１１】本発明の第１実施例に係る赤外線センサ素子の製造工程の一部を示す断面図である。
【図１２】本発明の第１実施例に係る赤外線センサ素子の製造工程の一部を示す断面図である。
【図１３】本発明の第１実施例に係る赤外線センサ素子の製造工程の一部を示す断面図である。
【図１４】本発明の第１実施例に係る赤外線センサ素子の製造工程の一部を示す平面図である。
【図１５】本発明の第１実施例の一変形例に係る赤外線センサ素子を示す平面図である。
【図１６】本発明の第１実施例の他の変形例に係る赤外線センサ素子を示す平面図である。
【図１７】本発明の第２実施例に係る赤外線センサ素子の断面図である。
【図１８】本発明の第２実施例に係る赤外線センサ素子の製造工程の一部を示す断面図である。
【図１９】本発明の第２実施例に係る赤外線センサ素子の平面図である。
【図２０】従来技術による赤外線センサ素子の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１乃至図３を参照しつつ、本発明の赤外線センサ素子の構造について詳細に説明する。
【００１４】
図１は赤外線センサ素子の単位素子、すなわち１画素分に相当する赤外線センサ素子の構造を示す断面図である。赤外線センサ素子では、凹部を有するシリコン基板１と、シリコン基板１内に埋め込まれたエッチングストッパ壁１３と、シリコン基板１の上に配置された埋め込み酸化膜１４によって囲まれた空間を空隙１２とする。埋め込み酸化膜１４の上には熱検出構造部９が設けられており、熱検出構造部９は梁部８と熱検知部７から構成され、梁部８は埋め込み酸化膜１４に配線１０及び絶縁膜１１が積層されている。エッチングストッパ壁１３の上部周辺に設けられた埋め込み酸化膜１４の上には絶縁膜１１が形成されており、絶縁膜１１の上面に設けられた周辺回路配線１６と絶縁膜１１の下部に位置する埋め込み酸化膜１４を電気的に接続するために、絶縁膜１１を貫通して埋め込み金属１５が形成されている。熱検知部７の上には絶縁膜１１が設けられており、絶縁膜１１に接して赤外線吸収膜２の支持脚４が配置されている。赤外線吸収膜２は赤外線吸収部３と支持脚４から構成される一枚の吸収膜であり、複数の支持脚４は凹部状とすることで赤外線吸収部３を支持する構造となっている。また、赤外線吸収部３にはガス流入用開口５及びスリット６が形成されている。
【００１５】
図２は赤外線センサ素子を上から見たときの平面図であり、図２中のＡ−Ａ´線断面図が図１である。赤外線吸収部３には２つのガス流入用開口５と１つのスリット６が設けられている。このガス流入用開口５は支持脚４が配置されている位置よりも赤外線吸収部３の端部方向である外周領域に設けられており、後述する製造工程において埋め込み酸化膜１４の下部にエッチングガスを流入する際のガス流入口として用いられる。スリット６は、赤外線吸収部３を支持するために凹部状に形成されている２つの支持脚４の間に挟まれた領域に設けられている。スリット６の形状は、矩形又は円形でもよく、それらのスリットが複数並んだレイアウトにしてもよい。なお、図２におけるスリット６の形状は矩形状（長方形状）のものを例として示している。
【００１６】
図３（ａ）は図１中の赤外線吸収膜２、絶縁膜１１、埋め込み金属１５及び周辺回路配線１６を省略し、熱検知部７、梁部８の配線１０、及びエッチングストッパ壁１３の配置を示す平面図であり、図３（ａ）中のＢ−Ｂ´線断面図が図１である。
【００１７】
図３（ａ）では、エッチングストッパ壁１３によって囲まれた領域内部において、配線１０が熱検知部７と接続されて折れ曲がった形状であるクランク状に形成される。配線１０のエッチングストッパ壁側の端部には、埋め込み金属形成領域２６があり、上層の埋め込み金属１５（図１参照）に接続されている。埋め込み金属１５は、絶縁膜１１に形成される貫通孔内に充填されて、絶縁膜１１上に設けられる周辺回路との接続用の周辺回路配線１６に接続される。外部回路を周辺回路配線１６に接続することで、周辺回路から熱検知部７までは埋め込み金属１５及び配線１０を経由して電気的に接続される。
【００１８】
また、図３（ａ）では配線１０に接続された熱検知部７が詳細に示されている。熱検知部７はダイオード２３及び接続電極２４からなり、ダイオード２３は高濃度P型領域２０、低濃度N型領域２１及び高濃度N型領域２２からなる。本実施例においては、２つのダイオード２３は接続電極２４を介して直列に接続されており、２つのダイオード２３及び接続電極２４によって矩形状の熱検知部７が構成される。また、熱検知部７は上述したような２つのダイオード２３及び接続電極２４からなる構造に限られず、図３（ｂ）に示すように１つのダイオードで構成してもよく、図３（ｃ）に示すように３つ以上のダイオードから構成してもよい。
【００１９】
次に、赤外線センサ素子の動作及び各部分の機能について説明する。
【００２０】
外部から入射される赤外線は赤外線吸収部３の上面から吸収する。赤外線吸収部３により吸収された赤外線は、赤外線吸収膜２の内部において熱に変換される。その変換された熱は支持脚４に伝わり、第１シリコン酸化膜１１を介して、温度を検知する為の熱検知部７に伝わる。熱検知部７で検出した電気信号は、梁部８の配線１０及び埋め込み金属１５を介して、周辺回路配線１６に伝送され、外部回路まで伝送できる。
【００２１】
赤外線吸収膜２は、赤外線吸収部３と支持脚４から構成される。赤外線吸収部３は、外部から入射される赤外線をより多く吸収する為に表面積が広くなっており、同一構成の膜から形成されている支持脚４は、その赤外線吸収部３を支える構造となっている。なお、支持脚4は、二本以上形成する方が一本に比べて赤外線吸収部３を安定して支えることが可能となる。赤外線吸収膜２の内部で赤外線から変換された熱を、熱検知部７へ効率よく伝えるためには、支持脚４の長さは短い方が好ましい。また、赤外線吸収膜２は、絶縁膜とかかる絶縁膜上に形成される金属膜とから構成される積層構造である。
【００２２】
熱検知部７は、第１シリコン酸化膜１１を介して支持脚４から伝えられる熱を検知しており、ダイオード２３及び接続電極２４によって構成されている。熱検知部７の性能を上げるには、ダイオードの数を増やせばよく、特に直列に接続するのが好ましい。
【００２３】
梁部８は、熱検知部７で検知した熱の温度を電気信号として外部回路へ伝送する経路であり、埋め込み酸化膜１４上に配線１０を形成した構成となっている。赤外線センサ素子を高感度化するためには、赤外線吸収部３により変換した熱が、支持脚４、熱検知部７及び梁部８を経由してシリコン基板１に逃げないようにする必要があり、そのためには梁部８の断熱特性を高くすればよい。この断熱特性を高くするために、梁部８の断面積を小さくし、熱検知部７からシリコン基板との接点までの距離を長くすればよく、本願発明の梁部８は、クランク状の細く長い構造に形成している。
【００２４】
シリコン基板１は、埋め込み酸化膜１４を介して熱検知部７及び梁部８の下部に配置されている。また、シリコン基板１とエッチングストッパ壁１３と埋め込み酸化膜１４によって囲まれた空間を空隙１２とし、空隙１２は、シリコン基板１の上面である凹部の形状に応じて広がっており、ガス流入用開口５の直下付近が最も深く、赤外線センサ素子の周囲へ向かうにつれて浅くなり、凹部の内壁となるエッチングストッパ壁１３付近では最も浅い形状となる。なお、エッチングストッパ壁１３は、赤外線センサ素子の単位素子を取り囲むように、シリコン基板１の外周領域に形成されている。
【００２５】
次に、本発明の実施例としての赤外線センサの製造方法について、図４乃至図１３を参照しつつ詳細に説明する。なお、本実施例では赤外線センサ素子の単位素子、すなわち１画素分に相当する赤外線センサ素子の構造の製造方法を示す。
【００２６】
図４は、エッチングストッパ壁を形成したSOI基板を示している。半導体基板としてシリコン基板１上に埋め込み酸化膜１４及びSOI層３１を順次積層したSOI基板を準備する。SOI基板は、例えば、張り合わせ法またはSIMOX（Silicon Implanted
Oxide）法等の方法で形成することができる。次に、単位素子構造の外周領域にエッチングストッパ壁１３を設けるために、準備したSOI基板上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィによってかかるレジストをパターニングする。さらに、パターニングしたレジストをマスクとしてエッチングを行い、赤外線センサ素子の一つの画素を囲うように、SOI基板にエッチングストッパ壁用のトレンチ（開口溝とも称する）を形成する。かかるレジストを除去した後に、例えば、CVD法によってかかる開口溝を酸化シリコンで埋め込む。この時、酸化シリコンは開口溝以外にも堆積するので、開口溝以外に堆積した酸化シリコンをドライエッチングやCMP（Chemical Mechanical Polishing）法によって除去し、SOI基板内にエッチングストッパ壁１３を形成する。なお、トレンチ内部に埋め込まれた酸化シリコンは、酸化シリコンと多結晶シリコン膜等の積層構造としてもよい。
【００２７】
続いて、図５では、熱検知部７及び配線１０を埋め込み酸化膜１４上に形成されている。ＳＯＩ層３１上に、熱検知部７及び配線１０として用いるための各々の領域をエッチングし、熱検知部７にはボロン及びリンをイオン注入しダイオードを形成し、配線部１０にはチタン又はコバルト等の金属を堆積する。
【００２８】
図６は図５に示される工程までを終えた構造の平面図に相当し、図６中のC−C´線断面図が図５である。中央部を矩形状にエッチングされたＳＯＩ層３１は、かかる矩形状のシリコン部にボロン及びリンをイオン注入することによって、高濃度P型領域２０、低濃度N型領域２１及び高濃度N型領域２２が形成される。これらの高濃度P型領域２０、低濃度N型領域２１及び高濃度N型領域２２からダイオード２３が構成される。さらに、熱検知部７の高濃度Ｐ型領域２０側もしくは高濃度Ｎ型領域２２側からエッチングストッパ壁１３まで接続されるような矩形形状部にチタン又はコバルト等の金属を堆積し熱処理を施すことで、熱検知部７から電気信号を取り出すための配線１０を形成する。同様にチタン又はコバルト等の金属を堆積し熱処理を施して、二つのダイオード２３を接続するための接続電極２４をダイオード２３間に形成する。このようにして、ダイオード２３及び接続電極２４によって、入射する赤外線に応じた熱を検出する熱検知部７が構成される。
【００２９】
続いて、図７では、熱検知部７及び配線１０を覆うように絶縁膜１１を堆積する。例えば、シリコン酸化膜をCVD法によって堆積させる。形成される絶縁膜１１は、第一シリコン酸化膜／シリコン窒化膜からなる２層の積層構造としてもよく、更に、第一シリコン酸化膜／シリコン窒化膜／第二シリコン酸化膜からなる３層の積層構造としてもよい。２層もしくは３層の積層構造とすることで、後の工程で行う絶縁膜１１を薄膜化するエッチングの際に、膜厚を制御することが容易となる。
【００３０】
次に、埋め込み金属１５を形成するためのコンタクトホール２５を、絶縁膜１１の外周領域に形成する。コンタクトホール２５を用いて形成される埋め込み金属１５は、配線１０の端部と接続させるため、コンタクトホール２５は配線１０に届くように形成する。コンタクトホール２５を形成する詳細な位置は、図６に示すエッチングストッパ壁１３に接する配線１０の端部である埋め込み金属形成領域２６の上部である。
【００３１】
続いて、図８では、埋め込み金属１５及び周辺回路との接続用の周辺回路配線１６を形成する。コンタクトホール２５内と絶縁膜１１の上に、例えば、スパッタ法によってチタン／窒化チタン／タングステンの積層膜を堆積する。その後、コンタクトホール２５以外の部分で絶縁膜１１の上に堆積したチタン／窒化チタン／タングステンの積層膜をドライエッチングもしくはCMP法によって除去し、チタン／窒化チタン／タングステンの積層膜をコンタクトホール２５内に残存させることで、コンタクトホール２５内に埋め込み金属１５を形成する。次に、絶縁膜１１及び埋め込み金属１５の上に、例えば、スパッタ法によって周辺回路との接続用の周辺回路配線１６となる金属膜を堆積させる。その後、かかる金属膜の上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィによってかかるレジストを、埋め込み金属１５上に金属膜を残存させる形状にパターニングする。パターニングしたレジストをマスクとしてエッチングを行い、埋め込み金属１５上とその周辺に金属膜を残存させることにより、埋め込み金属１５と接続した周辺回路配線１６を形成する。
【００３２】
続いて、図９では、熱検知部７及び配線１０の熱容量を低減するために絶縁膜１１を薄膜化する。絶縁膜１１及び周辺回路配線１６上にレジストを塗布し、レジストをマスクとしてエッチングを行い、絶縁膜１１の熱検知部７及び配線１０の上に対応する領域を所望の厚さまで薄膜化する。ここで、絶縁膜１１を、第一シリコン酸化膜／シリコン窒化膜／第二シリコン酸化膜の３層の積層構造とした場合、シリコン窒化膜をエッチングストッパとして機能させることが可能なため、上層に位置する第二シリコン酸化膜のみエッチングすることができ、薄膜化する際の制御が容易となる。さらに、絶縁膜１１を積層構造とすることで、薄膜化された絶縁膜１１の平坦化が可能となる。
【００３３】
続いて、図１０では、絶縁膜１１を薄膜化した領域である熱検知部７及び配線１０部において、梁部８を形成する。梁部８を形成するために、薄膜化した絶縁膜１１上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィによってかかるレジストをパターニングする。パターニングしたレジストをマスクとしてエッチングし、エッチングによって絶縁膜１１、配線１０及び埋め込み酸化膜１４を貫通する開口を形成する。かかる開口を形成することによって、図３（ａ）に示されるような細く長い構造であるクランク状の梁部８を形成する。図３（ａ）は、図１０に示される構造からエッチングストッパ壁１３の上方にある絶縁膜１１、埋め込み金属１５、及び周辺回路配線１６を除いた構造を上面から示した図である。このようにして、熱検知部７と、配線１０からなる梁部８によって熱検出構造部９が構成される。
【００３４】
続いて、図１１では、絶縁膜１１の上に開口部１８を備えた犠牲層１７を形成する。絶縁膜１１の上層全面に、犠牲層１７としてレジストを塗布し、犠牲層１７に赤外線吸収膜の支持脚用開口部１８を、フォトリソグラフィによって二ヵ所に形成する。犠牲層１７は例えば、ポリイミド等であってもよい。支持脚用開口部１８は、熱検知部７上層の絶縁膜１１に届く領域に開口する。
【００３５】
続いて、図１２では、犠牲層１７の上に赤外線吸収膜２を形成する。犠牲層１７の表面上及び支持脚用開口部１８の内部に例えば、CVD法によって絶縁膜を堆積し、さらに、スパッタ法によって堆積した絶縁膜上に金属膜を堆積する。これらの絶縁膜と金属膜からなる堆積層によって赤外線吸収膜２が構成される。例えば、絶縁膜は、酸化シリコン又は窒化シリコンで構成される。また、金属膜は、チタン、クロム若しくはバナジウム、又は、チタン、クロム若しくはバナジウムの窒化物、酸化物若しくは炭化物で構成される。なお、赤外線吸収膜２は、かかる金属膜上に更に絶縁膜を堆積し、絶縁膜／金属膜／絶縁膜の３層構造としてもよい。ここで形成された赤外線吸収膜２は、犠牲膜１７の上部に形成された赤外線吸収部３と、支持脚用開口部１８の内部に形成された支持脚４とから構成される。
【００３６】
続いて、図１３では、赤外線吸収部３の画素間を分離するための溝部１９、ガス流入用開口５及びスリット６を形成する。赤外線吸収部３の上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィによってかかるレジストをパターニングした後に、パターニングしたレジストをマスクとして赤外線吸収部３のエッチングを行う。かかるエッチングによって隣接する画素間で赤外線吸収膜２を分離するための溝部１９と、支持脚４の外側（赤外線吸収膜２の外周領域）にガス注入用の開口５を二ヶ所に形成し、同時に、赤外線吸収部３の支持脚４に挟まれた領域に所定の形状のスリット６を形成する。ガス流入用の二つの開口５は、SOI基板のシリコン基板まで貫通する貫通孔となっており、その貫通孔を介してＸｅＦ２ガスを流入する。ＸｅＦ２ガスを流入することでシリコン基板１にエッチングを行い、埋め込み酸化膜１４の下層が、図１３に示されるような空隙１２となる。かかるエッチングでは、シリコン基板１に対して等方的に進む性質を有するので、ガス流入用開口５である貫通孔が画素の中央付近にあれば、中央付近が最も深くなるようにエッチングが進行する。シリコンに対して等方的なエッチングを実現するガスとして、ＸｅＦ４、ＸｅＦ６、ＫｒＦ４、ＫｒＦ６、ＣｌＦ３、ＢｒＦ３、ＢｒＦ５、ＩＦ５などが挙げられる。
【００３７】
図１４は、図１３の赤外線吸収膜３を上面から示した図である。溝部１９を形成することで、画素間を分離し、複画素構造であった赤外線センサ素子の赤外線吸収膜２を単画素構造に分ける。また、スリット６は、赤外線吸収部３の支持脚４に挟まれた領域に各支持脚５と平行となるように矩形状に形成されている。
【００３８】
図１５及び図１６は、図１３の赤外線吸収膜３を上面から示した図であり、スリット６の形状を例示している。スリットは、後の工程である犠牲層除去工程において犠牲層を除去する際に支持脚５に挟まれた領域に生じる応力を緩和するために設けるため、犠牲層除去工程よりも前の工程で形成すること及び支持脚５に挟まれた領域に形成することが必須となる。なお、スリット６の形状は、矩形や円形であってもよく、各形状を複数設けてもよい。例えば、図１５では、矩形状のスリットを２列形成した場合を示しており、図１６では、分断した矩形状のスリットを２列形成した場合を示している。支持脚５間の応力をより効率よく緩和するためには、スリットは支持脚５間領域内の長辺方向全体にかかる連続的な形状が好ましい。また、支持脚が三以上の複数存在する場合であっても、支持脚が二つの場合と同様に、赤外線吸収部３上で複数の支持脚それぞれに挟まれた領域にスリットを設ければよい。
【００３９】
最後に、ガス流入用開口５、スリット６及び溝部１９を介して酸素プラズマ処理を行い、犠牲層１７を除去する。かかる除去によって、赤外線吸収膜２は、赤外線吸収部３が支持脚４によって支えられる中空構造となり、図１に示されるような赤外線センサ素子が完成する。
【００４０】
従来のようにスリットを設けず犠牲層除去工程を行うと、支持脚５間に応力が集中しクラックとなり、そのクラックを起点として亀裂が広がっていく。それに比べ本願発明は、スリットを設けて犠牲膜除去工程を行うことで、支持脚５間に集中する応力がスリットによって緩和されるため、スリットから亀裂が生じることはない。つまり、本願発明にかかる赤外線センサ素子では、赤外線吸収膜２の支持脚４間にスリット６を設けることで、犠牲層１７を除去する際に発生しうる赤外線吸収膜２のクラックを抑制することができる。その結果、信頼性の高い赤外線センサ素子を得ることができる。さらに、クラックの抑制が可能となった赤外線吸収膜２では、赤外線吸収部３の膜厚の薄膜化が可能となり、赤外線吸収膜２を含めた熱検知部７の熱容量を小さくすることができる。その結果、高速な反応速度を維持でき、高感度の赤外線センサ素子を得ることができる。
【実施例２】
【００４１】
図１７を参照しつつ、本実施例における赤外線センサ素子の構造について詳細に説明する。
【００４２】
図１７は本発明の実施例２による赤外線センサ素子を示す断面図である。各図において同一番号の構成要素は同じ物であることを示す。本実施例の構造の特徴は、支持脚４間に空隙１２まで貫通する開口２７を形成している点である。開口２７は、実施例１（図１）で赤外線吸収膜２に設けられていたスリット６とガス流入用開口５の役割を兼ねた開口である。実施例１においては、ガス流入用開口を支持脚４の外側（赤外線吸収膜２の外周領域）に、スリットを赤外線吸収部３の支持脚４に挟まれた領域にと、それぞれ異なる位置に形成していた。しかし、支持脚４間のスリットをシリコン基板１まで到達する貫通孔にすることによって、赤外線吸収膜２に設けたスリットをＸｅＦ2ガスの流入用開口部として用いることが可能となる。
【００４３】
次に、本実施例における赤外線センサの製造方法について、図１８乃至図１９を参照しつつ詳細に説明する。なお、本実施例では赤外線センサ素子の単位素子、すなわち１画素分に相当する赤外線センサ素子の構造の製造方法を示す。また、図４から図１２までに対応するSOI基板の準備から赤外線吸収膜２を形成する工程までは同一の工程であるため省略する。
【００４４】
図１８は、図１２の後の工程であり、赤外線吸収部３の画素間を分離するための溝部１９、開口２７を形成している。赤外線吸収部３の上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィによってかかるレジストをパターニングした後に、パターニングしたレジストをマスクとして赤外線吸収部３のエッチングを行う。かかるエッチングによって隣接する画素間で赤外線吸収膜２が分離するための溝部１９と、赤外線吸収部３の支持脚４に挟まれた領域に開口２７を形成する。開口２７は、SOI基板のシリコン基板まで貫通する貫通孔となっており、その貫通孔を介してＸｅＦ２ガスを流入する。ＸｅＦ２ガスを流入することでシリコン基板１にエッチングを行い、埋め込み酸化膜１４の下層が、図１７に示されるような空隙１２となる。かかるエッチングでは、シリコン基板１に対して等方的に進む性質を有するので、開口２７である貫通孔が画素の中央付近にあれば、中央付近が最も深くなるようにエッチングが進行する。シリコンに対して等方的なエッチングを実現するガスとして、ＸｅＦ４、ＸｅＦ６、ＫｒＦ４、ＫｒＦ６、ＣｌＦ３、ＢｒＦ３、ＢｒＦ５、ＩＦ５などが挙げられる。
【００４５】
なお、開口２７の形状は、矩形や円形であってもよく、各形状を複数設けてもよい。また、支持脚が三以上の複数存在する場合であっても、支持脚が二つの場合と同様に、赤外線吸収部３上で複数の支持脚それぞれに挟まれた領域に開口２７を設ければよい。
【００４６】
ここで、図１９を用いて、開口２７を形成した際の上面図について説明する。図１９は、図１７中の赤外線吸収膜２、絶縁膜１１、埋め込み金属１５及び周辺回路配線１６を省略し、熱検知部７、梁部８の配線１０、及びエッチングストッパ壁１３の配置を示す平面図であり、図１９中のＤ−Ｄ´線断面図が図１９に対応する。開口２７をシリコン基板１まで達する貫通孔を設けるにあたり、図１７に示されるとおり熱検知部７も貫通させる必要がある。その際は、熱検知部７のダイオード２３及び接続電極２４の配置を、真ん中に貫通孔を設けることができるようにすればよい。例えば、図１９のように、ダイオードを２列に配置すると、赤外線吸収部３の中央部分に貫通孔である開口２７を設けることができる。
【００４７】
最後に、開口２７、溝部１９を介して酸素プラズマ処理を行い、犠牲層１７を除去する。かかる除去によって、赤外線吸収膜２は、赤外線吸収部３が支持脚４によって支えられる中空構造となり、図１７に示されるような赤外線センサ素子が完成する。
【００４８】
以上の説明から明らかなように、本願発明にかかる赤外線センサ素子では、赤外線吸収膜２の支持脚４間に開口２７を設けることで、犠牲層１７を除去する際に発生しうる赤外線吸収膜２のクラックを抑制することができる。その結果、信頼性の高い赤外線センサ素子を得ることができる。さらに、クラックの抑制が可能となった赤外線吸収膜２では、赤外線吸収部３の膜厚の薄膜化が可能となり、赤外線吸収膜２を含めた熱検知部７の熱容量を小さく保つことができる。その結果、高速な反応速度を維持でき、高感度の赤外線センサ素子を得ることができる。
【００４９】
また、開口２７は、実施例１のガス流入用開口５とスリット６の役割を兼ねているため、実施例１と比較して赤外線吸収膜の除去面積が減少することになる。このため、赤外線吸収膜の実質的な表面積を拡大することができ、赤外線を効率よく吸収することが可能となる。すなわち、赤外線吸収膜の面積の拡大及び赤外線吸収膜の膜厚の薄膜化により、信頼性が高く、より高感度な赤外線センサ素子を得ることができる。
【００５０】
さらに、ガス流入用開口部が画素の中央付近に近づくことで、等方エッチングを行うとエッチングストッパ壁近傍ではエッチングが浅くなり、深いエッチングストッパ壁を形成しなくてもよくなることから、エッチングストッパ壁を形成する際のトレンチを浅くすることが可能となる。すなわち、高アスペクト比のエッチングや深いトレンチの埋め込みを回避することが可能となり、トレンチ形成に要するエッチング時間の短縮を実現することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１  シリコン基板、２  赤外線吸収膜、３  赤外線吸収部、４  支持脚、
５  ガス流入用開口、６  スリット、７  熱検知部、８  梁部、９  熱検出構造部、
１０  配線、１１  絶縁膜、１２  空隙、１３  エッチングストッパ壁、
１４  埋め込み酸化膜、１５  埋め込み金属、１６  周辺回路配線、１７  犠牲層、
１８  支持脚用開口、１９  溝部、２０  高濃度P型領域、２１  低濃度N型領域、
２２  高濃度N型領域、２３  ダイオード、２４  接続電極、２５  コンタクトホール、２７  開口、３１  SOI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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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