(57)【要約】【課題】高感度化を図りながらも製造コストの低コスト化を図れる赤外線センサの製造方法を提供する。【解決手段】サーモパイル３０ａの熱電対の２種類の導体材料の組み合わせが、ｐ形ポリシリコン−ｎ形ポリシリコン、赤外線吸収層３９の材料が、第１導電形のウェル領域４１内の第２導電形のソース領域４４、ドレイン領域４３と同じ第２導電形のポリシリコンであり、ゲート電極４６の材料が、ｐ形ポリシリコンもしくはｎ形ポリシリコンである赤外線センサの製造方法であって、赤外線吸収層３９に対応するノンドープのポリシリコン層へ第２導電形の不純物を注入する第２導電形不純物イオン注入工程を備え、当該第２導電形不純物イオン注入工程において、赤外線吸収層３９に対応するノンドープのポリシリコン層への第２導電形の不純物の注入と、シリコン基板１へのソース領域４４・ドレイン領域４３形成用の第２導電形の不純物の注入とを、同時に行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を吸収して熱に変換する赤外線吸収層およびサーモパイルを有しシリコン基板の一表面側に形成されてシリコン基板に支持された熱型赤外線検出部と、シリコン基板の前記一表面側で熱型赤外線検出部に並設され熱型赤外線検出部の出力を取り出すためのＭＯＳトランジスタとを備え、シリコン基板において熱型赤外線検出部の一部の直下に空洞部が形成され、サーモパイルの熱電対の２種類の導体材料の組み合わせが、ｐ形ポリシリコン−ｎ形ポリシリコン、ｐ形ポリシリコン−金属、ｎ形ポリシリコン−金属のいずれか１つの組み合わせであるとともに、赤外線吸収層の材料が、ＭＯＳトランジスタの第１導電形のウェル領域内で離間した第２導電形のソース領域および第２導電形のドレイン領域と同じ第２導電形のポリシリコンであり、ゲート電極の材料が、ｐ形ポリシリコンもしくはｎ形ポリシリコンである赤外線センサの製造方法であって、シリコン基板の前記一表面側にノンドープのポリシリコン層を形成するポリシリコン層形成工程と、ポリシリコン層形成工程で形成されたノンドープのポリシリコン層のうち少なくとも赤外線吸収層、サーモパイルおよびゲート電極それぞれに対応する部分が残るようにノンドープのポリシリコン層をパターニングするポリシリコン層パターニング工程と、ポリシリコン層パターニング工程の後で赤外線吸収層に対応するノンドープのポリシリコン層へ第２導電形の不純物を注入する第２導電形不純物イオン注入工程とを備え、当該第２導電形不純物イオン注入工程において、少なくとも、赤外線吸収層に対応するノンドープのポリシリコン層への第２導電形の不純物の注入と、シリコン基板へのソース領域・ドレイン領域形成用の第２導電形の不純物の注入とを、同時に行うことを特徴とする赤外線センサの製造方法。
【請求項２】
前記第１導電形がｐ形、前記第２導電形がｎ形であるとともに、前記サーモパイルの前記組み合わせが、ｐ形ポリシリコン−ｎ形ポリシリコン、ｐ形ポリシリコン−金属のいずれかであり、前記ポリシリコン層パターニング工程と前記第２導電形不純物イオン注入工程との間に、前記サーモパイルのｐ形ポリシリコンにより構成される部分に対応するノンドープのポリシリコン層へ前記第１導電形の不純物を注入する第１導電形不純物イオン注入工程を行うことを特徴とする請求項１記載の赤外線センサの製造方法。
【請求項３】
前記第１導電形がｐ形、前記第２導電形がｎ形であるとともに、前記サーモパイルの前記組み合わせが、ｐ形ポリシリコン−ｎ形ポリシリコン、ｎ形ポリシリコン−金属のいずれかであり、前記第２導電形不純物イオン注入工程では、前記サーモパイルのｎ形ポリシリコンにより構成される部分に対応するノンドープのポリシリコン層への前記第２導電形の不純物の注入も同時に行うことを特徴とする請求項１記載の赤外線センサの製造方法。
【請求項４】
前記第１導電形がｐ形、前記第２導電形がｎ形であるとともに、前記サーモパイルの前記組み合わせが、ｐ形ポリシリコン−ｎ形ポリシリコンであり、前記ポリシリコン層パターニング工程と前記第２導電形不純物イオン注入工程との間に、前記サーモパイルのｐ形ポリシリコンにより構成される部分に対応するノンドープのポリシリコン層へ前記第１導電形の不純物を注入する第１導電形不純物イオン注入工程を行うようにし、前記第２導電形不純物イオン注入工程では、前記サーモパイルのｎ形ポリシリコンにより構成される部分に対応するノンドープのポリシリコン層への前記第２導電形の不純物の注入も同時に行うことを特徴とする請求項１記載の赤外線センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線センサの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、赤外線センサとして、シリコン基板の一表面側に熱型赤外線検出部と当該熱型赤外線検出部に並設され当該熱型赤外線検出部の出力を読み出すためのＭＯＳトランジスタとを有する複数の画素が形成され、シリコン基板における各熱型赤外線検出部それぞれに対応する部位ごとに熱絶縁用の空洞部が形成された赤外線センサが提案されている（例えば、特許文献１）。ここにおいて、上記特許文献１に開示された赤外線センサにおける熱型赤外線検出部は、シリコン基板の上記一表面側に形成された矩形枠状の支持部と、当該支持部の内側に配置される矩形状の赤外線吸収部と、支持部と赤外線吸収部とを連結する２つの梁部とを有している。ここで、赤外線吸収部と各梁部と支持部との構造体は、シリコン基板の上記一表面側に形成された第１のシリコン酸化膜と、第１のシリコン酸化膜上に形成された第２のシリコン酸化膜と、第２のシリコン酸化膜上に形成されたサーモパイルと、第２のシリコン酸化膜における第１のシリコン酸化膜側とは反対側でサーモパイルを覆うように形成された第３のシリコン酸化膜との積層構造部をパターニングすることにより形成されている。
【０００３】
ところで、上記特許文献１には、ＭＯＳトランジスタの製造方法についての説明が省略されているが、赤外線センサの製造方法にあたって、ＭＯＳトランジスタのゲート電極を形成した後で、サーモパイルのｐ形ポリシリコン層およびｎ形ポリシリコン層を形成することが記載されている。
【０００４】
また、従来から、赤外線センサの分野において、ポリシリコン層の不純物濃度を１０１８〜１０２０ｃｍ−３の範囲で適宜設定することにより、検出対象の赤外線の吸収率を高くしつつ赤外線の反射を抑制できることが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１７０９３７号公報
【特許文献２】特許第３２８７１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記特許文献１に開示された赤外線センサにおいて、不純物濃度が１０１８〜１０２０ｃｍ−３の範囲のポリシリコン層からなる赤外線吸収層をサーモパイルの近くに設けることで高感度化を図ることが考えられる。
【０００７】
このような赤外線センサの製造方法では、シリコン基板の前記一表面側に熱型赤外線検出部のサーモパイルを形成するためのプロセスや、シリコン基板の前記一表面側に赤外線吸収層を形成するためのプロセスが、シリコン基板の前記一表面側にＭＯＳトランジスタを形成するためのプロセスとは別に必要であり、赤外線吸収層を形成する工程の追加に伴い製造コストが増加してしまう。
【０００８】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、高感度化を図りながらも製造コストの低コスト化を図れる赤外線センサの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、赤外線を吸収して熱に変換する赤外線吸収層およびサーモパイルを有しシリコン基板の一表面側に形成されてシリコン基板に支持された熱型赤外線検出部と、シリコン基板の前記一表面側で熱型赤外線検出部に並設され熱型赤外線検出部の出力を取り出すためのＭＯＳトランジスタとを備え、シリコン基板において熱型赤外線検出部の一部の直下に空洞部が形成され、サーモパイルの熱電対の２種類の導体材料の組み合わせが、ｐ形ポリシリコン−ｎ形ポリシリコン、ｐ形ポリシリコン−金属、ｎ形ポリシリコン−金属のいずれか１つの組み合わせであるとともに、赤外線吸収層の材料が、ＭＯＳトランジスタの第１導電形のウェル領域内で離間した第２導電形のソース領域および第２導電形のドレイン領域と同じ第２導電形のポリシリコンであり、ゲート電極の材料が、ｐ形ポリシリコンもしくはｎ形ポリシリコンである赤外線センサの製造方法であって、シリコン基板の前記一表面側にノンドープのポリシリコン層を形成するポリシリコン層形成工程と、ポリシリコン層形成工程で形成されたノンドープのポリシリコン層のうち少なくとも赤外線吸収層、サーモパイルおよびゲート電極それぞれに対応する部分が残るようにノンドープのポリシリコン層をパターニングするポリシリコン層パターニング工程と、ポリシリコン層パターニング工程の後で赤外線吸収層に対応するノンドープのポリシリコン層へ第２導電形の不純物を注入する第２導電形不純物イオン注入工程とを備え、当該第２導電形不純物イオン注入工程において、少なくとも、赤外線吸収層に対応するノンドープのポリシリコン層への第２導電形の不純物の注入と、シリコン基板へのソース領域・ドレイン領域形成用の第２導電形の不純物の注入とを、同時に行うことを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、シリコン基板の一表面側にノンドープのポリシリコン層を形成するポリシリコン層形成工程と、ポリシリコン層形成工程で形成されたノンドープのポリシリコン層のうち少なくとも赤外線吸収層、サーモパイルおよびゲート電極それぞれに対応する部分が残るようにノンドープのポリシリコン層をパターニングするポリシリコン層パターニング工程と、ポリシリコン層パターニング工程の後で赤外線吸収層に対応するノンドープのポリシリコン層へ第２導電形の不純物を注入する第２導電形不純物イオン注入工程とを備え、当該第２導電形不純物イオン注入工程において、少なくとも、赤外線吸収層に対応するノンドープのポリシリコン層への第２導電形の不純物の注入と、シリコン基板へのソース領域・ドレイン領域形成用の第２導電形の不純物の注入とを、同時に行うので、赤外線吸収層を備えていない場合に比べて工程数を増加することなく赤外線吸収層を形成することができ、高感度化を図りながらも製造コストの低コスト化を図れる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記第１導電形がｐ形、前記第２導電形がｎ形であるとともに、前記サーモパイルの前記組み合わせが、ｐ形ポリシリコン−ｎ形ポリシリコン、ｐ形ポリシリコン−金属のいずれかであり、前記ポリシリコン層パターニング工程と前記第２導電形不純物イオン注入工程との間に、前記サーモパイルのｐ形ポリシリコンにより構成される部分に対応するノンドープのポリシリコン層へ前記第１導電形の不純物を注入する第１導電形不純物イオン注入工程を行うことを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、前記第１導電形がｐ形、前記第２導電形がｎ形であるとともに、前記サーモパイルの前記組み合わせが、ｐ形ポリシリコン−ｎ形ポリシリコン、ｐ形ポリシリコン−金属のいずれかである赤外線センサの製造にあたって、前記第２導電形の前記ソース領域および前記第２導電形の前記ドレイン領域の形成後に前記第１導電形不純物イオン注入工程を行う場合に比べて、前記ソース領域および前記ドレイン領域中の前記第２導電形であるｎ形不純物がチャネル形成領域へ拡散するのを防止できるから、前記ＭＯＳトランジスタのチャネル長をより短くすることが可能となるとともに、前記ＭＯＳトランジスタをより再現性良く形成することが可能となる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記第１導電形がｐ形、前記第２導電形がｎ形であるとともに、前記サーモパイルの前記組み合わせが、ｐ形ポリシリコン−ｎ形ポリシリコン、ｎ形ポリシリコン−金属のいずれかであり、前記第２導電形不純物イオン注入工程では、前記サーモパイルのｎ形ポリシリコンにより構成される部分に対応するノンドープのポリシリコン層への前記第２導電形の不純物の注入も同時に行うことを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、前記第１導電形がｐ形、前記第２導電形がｎ形であるとともに、前記サーモパイルの前記組み合わせが、ｐ形ポリシリコン−ｎ形ポリシリコン、ｎ形ポリシリコン−金属のいずれかである赤外線センサの製造にあたって、前記サーモパイルのｎ形ポリシリコンにより構成される部分に対応するノンドープのポリシリコン層への前記第２導電形の不純物の注入を、前記第２導電形不純物イオン注入工程とは別に行う場合に比べて、工程数を低減でき、製造コストの低コスト化を図れる。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記第１導電形がｐ形、前記第２導電形がｎ形であるとともに、前記サーモパイルの前記組み合わせが、ｐ形ポリシリコン−ｎ形ポリシリコンであり、前記ポリシリコン層パターニング工程と前記第２導電形不純物イオン注入工程との間に、前記サーモパイルのｐ形ポリシリコンにより構成される部分に対応するノンドープのポリシリコン層へ前記第１導電形の不純物を注入する第１導電形不純物イオン注入工程を行うようにし、前記第２導電形不純物イオン注入工程では、前記サーモパイルのｎ形ポリシリコンにより構成される部分に対応するノンドープのポリシリコン層への前記第２導電形の不純物の注入も同時に行うことを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、前記サーモパイルの前記組み合わせが、ｐ形ポリシリコン−ｎ形ポリシリコンである赤外線センサの製造にあたって、前記第２導電形不純物イオン注入工程において前記サーモパイルのｎ形ポリシリコンにより構成される部分に対応するノンドープのポリシリコン層への前記第２導電形の不純物の注入を、前記赤外線吸収層に対応するノンドープのポリシリコン層への前記第２導電形の不純物の注入、前記シリコン基板への前記ソース領域および前記ドレイン領域形成用の前記第２導電形の不純物の注入と同時に行うので、より一層の低コスト化を図れる。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明は、赤外線吸収層を備えていない場合に比べて工程数を増加することなく赤外線吸収層を形成することができ、高感度化を図りながらも製造コストの低コスト化を図れるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態の赤外線センサにおける画素部の要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面に対応する概略断面図である。
【図２】実施形態の赤外線センサにおける画素部の平面レイアウト図である。
【図３】同上の赤外線センサにおける画素部の要部の平面レイアウト図である。
【図４】同上の赤外線センサにおける画素部の要部の平面レイアウト図である。
【図５】同上の赤外線センサにおける画素部の平面レイアウト図である。
【図６】同上の赤外線センサの平面レイアウト図である。
【図７】同上の赤外線センサにおける画素部の要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面に対応する概略断面図である。
【図８】同上の赤外線センサにおける冷接点を含む要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は概略断面図である。
【図９】同上の赤外線センサにおける温接点を含む要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は概略断面図である。
【図１０】同上の赤外線センサにおける画素部の要部の概略断面図である。
【図１１】同上の赤外線センサにおける画素部の要部の概略断面図である。
【図１２】同上の赤外線センサの要部説明図である。
【図１３】同上の赤外線センサの等価回路図である。
【図１４】同上の赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１５】同上の赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１６】同上の赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１７】同上の赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。概略断面図である。
【図１８】同上の赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図１〜図１３に基づいて本実施形態の赤外線センサＡを説明し、その後で、当該赤外線センサＡの製造方法について図１４〜図１８を参照しながら説明する。
【００２０】
本実施形態の赤外線センサＡは、赤外線アレイセンサであって、熱型赤外線検出部３と画素選択用スイッチング素子であるＭＯＳトランジスタ４とを有する複数の画素部２（図６参照）がベース基板１の一表面側においてアレイ状（ここでは、２次元アレイ状）に配列されている。ここで、ベース基板１は、シリコン基板１ａを用いて形成されている。本実施形態では、１つのベース基板１の上記一表面側にｍ×ｎ個（図６および図１３に示した例では、８×８個）の画素部２が形成されているが、画素部２の数や配列は特に限定するものではない。また、本実施形態では、熱型赤外線検出部３の感温部３０が、複数個（ここでは、６個）のサーモパイル３０ａ（図２参照）を直列接続することにより構成されており、図１３では、熱型赤外線検出部３における感温部３０の等価回路を、当該感温部３０の熱起電力に対応する電圧源Ｖｓで表してある。なお、本実施形態では、シリコン基板１ａが、熱型赤外線検出部３を支持する支持基板を構成している。
【００２１】
また、本実施形態の赤外線センサＡは、図２、図３および図１３に示すように、各列の複数の熱型赤外線検出部３の感温部３０の一端が上述のＭＯＳトランジスタ４を介して各列ごとに共通接続された複数の垂直読み出し線７と、各行の熱型赤外線検出部３の感温部３０に対応するＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６が各行ごとに共通接続された複数の水平信号線６と、各列のＭＯＳトランジスタ４のｐ＋形ウェル領域４１が各列ごとに共通接続された複数のグラウンド線８と、各グラウンド線８が共通接続された共通グラウンド線９と、各列の複数個の熱型赤外線検出部３の感温部３０の他端が各列ごとに共通接続された複数の基準バイアス線５とを備えており、全ての熱型赤外線検出部３の感温部３０の出力を時系列的に読み出すことができるようになっている。要するに、本実施形態の赤外線センサＡは、ベース基板１の上記一表面側に熱型赤外線検出部３と当該熱型赤外線検出部３に並設され当該熱型赤外線検出部３の出力を読み出すためのＭＯＳトランジスタ４とを有する複数の画素部２が形成されている。
【００２２】
ここで、ＭＯＳトランジスタ４は、ゲート電極４６が水平信号線６に接続され、ソース電極４８が感温部３０を介して基準バイアス線５に接続され、各基準バイアス線５が共通基準バイアス線５ａに共通接続され、ドレイン電極４７が垂直読み出し線７に接続されており、各水平信号線６それぞれが各別の画素選択用パッドＶselに電気的に接続され、各垂直読み出し線７それぞれが各別の出力用パッドＶoutに電気的に接続され、共通グラウンド線９がグラウンド用パッドＧndに電気的に接続され、共通基準バイアス線５ａが基準バイアス用パッドＶrefと電気的に接続され、シリコン基板１ａが基板用パッドＶddに電気的に接続されている。
【００２３】
しかして、ＭＯＳトランジスタ４が順次オン状態になるように各画素選択用パッドＶselの電位を制御することで各画素部２の出力電圧を順次読み出すことができる。例えば、基準バイアス用パッドＶrefの電位を１．６５、グラウンド用パッドＧndの電位を０Ｖ、基板用パッドＶddの電位を５Ｖとしておき、画素選択用パッドＶselの電位を５Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオンとなり、出力用パッドＶoutから画素部２の出力電圧（１．６５Ｖ＋感温部３０の出力電圧）が読み出され、画素選択用パッドＶselの電位を０Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオフとなり、出力用パッドＶoutから画素部２の出力電圧は読み出されない。なお、図６では、画素選択用パッドＶsel、基準バイアス用パッドＶref、グラウンド用パッドＧnd、出力用パッドＶoutなどを区別せずに全てパッド８０として図示してある。
【００２４】
以下、熱型赤外線検出部３およびＭＯＳトランジスタ４それぞれの構造について説明する。なお、本実施形態では、上述のシリコン基板１ａとして、導電形がｎ形で上記一表面が（１００）面の単結晶シリコン基板を用いている。
【００２５】
熱型赤外線検出部３は、シリコン基板１ａの上記一表面側の各画素部２それぞれにおける熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１に形成されており、ＭＯＳトランジスタ４は、シリコン基板１ａの上記一表面側の各画素部２それぞれにおけるＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２に形成されている。
【００２６】
ところで、各画素部２は、赤外線を吸収する赤外線吸収部３３（図１（ｂ）および図２参照）を備えており、各画素部２では、シリコン基板１ａに赤外線吸収部３３を当該ベース基板１から熱絶縁するための空洞部（掘込部）１１が形成され、シリコン基板１ａの上記一表面側で平面視において空洞部１１の内周線の内側に赤外線吸収部３３を有し空洞部１１を覆う薄膜構造部３ａが形成されている。また、各画素部２では、薄膜構造部３ａが複数の線状のスリット１３により空洞部１１の内周方向に沿って並設されそれぞれ熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位（平面視で空洞部１１を囲む部位）から内方へ延長された複数（図２に示した例では、６つ）の小薄膜構造部３ａａに分離され、各小薄膜構造部３ａａごとにサーモパイル３０ａが設けられるとともに、各サーモパイル３０ａごとに出力を取り出す場合に比べて温度変化に対する出力変化が大きくなるように全てのサーモパイル３０ａが直列接続されており、隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結する連結片３ｃが形成されている。以下では、赤外線吸収部３３のうち各小薄膜構造部３ａａそれぞれに対応して分割された各部位を分割赤外線吸収部３３ａと称する。
【００２７】
本実施形態では、薄膜構造部３ａに形成された複数のサーモパイル３０ａの全て、上述の例では、６つ全てのサーモパイル３０ａを直列接続した接続関係としてあるが、これに限らず、例えば、それぞれ３個のサーモパイル３０ａの直列回路を並列接続するようにしてもよく、この場合には、６つ全てのサーモパイル３０ａが並列接続されている場合や各サーモパイル３０ａごとに出力を取り出す場合に比べて感度を高めることができ、また、６つ全てのサーモパイル３０ａが直列接続されている場合に比べて、感温部３０の電気抵抗を低くできて熱雑音が低減されるから、Ｓ／Ｎ比が向上する。ここにおいて、薄膜構造部３ａにおける小薄膜構造部３ａａの数に等しいサーモパイル３０ａの数は４以上の偶数であればよく、半数のサーモパイル３０ａを直列接続し、その直列回路を並列接続した接続関係とすれば、同様に感度を高めることができるとともにＳ／Ｎ比を向上できる。
【００２８】
ここで、画素部２では、小薄膜構造部３ａａごとに、熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位と分割赤外線吸収部３３ａとを連結する２つの平面視短冊状のブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂが空洞部１１の内周方向に離間して形成されており、当該２つのブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂと分割赤外線吸収部３３ａとを空間的に分離し空洞部１１に連通する平面視コ字状のスリット１４が形成されている。ここにおいて、熱型赤外線検出部３のうち平面視において薄膜構造部３ａを囲む部位は矩形枠状の形状となっている。なお、ブリッジ部３ｂｂは、赤外線吸収部３３および熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位それぞれとの連結部位以外の部分が上述の各スリット１３，１４により分割赤外線吸収部３３ａおよび熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位と空間的に分離されている。ここで、小薄膜構造部３ａａの熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位からの延長方向の寸法を９３μｍ、小薄膜構造部３ａａの延長方向に直交する幅方向の寸法を７５μｍ、各ブリッジ部３ｂｂの幅寸法を２３μｍ、各スリット１３，１４の幅を５μｍに設定してあるが、これらの値は一例であって特に限定するものではない。
【００２９】
上述の薄膜構造部３ａは、シリコン基板１ａの上記一表面側に形成されたシリコン酸化膜１ｂと、当該シリコン酸化膜１ｂ上に形成されたシリコン窒化膜３２と、当該シリコン窒化膜３２上に形成された感温部３０と、シリコン窒化膜３２の表面側で感温部３０を覆うように形成されたＢＰＳＧ膜からなる層間絶縁膜５０と、層間絶縁膜５０上に形成されたＰＳＧ膜と当該ＰＳＧ膜上に形成されたＮＳＧ膜との積層膜からなるパッシベーション膜６０との積層構造部をパターニングすることにより形成されている。
【００３０】
本実施形態では、シリコン窒化膜３２のうち薄膜構造部３ａのブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂ以外の部位が上述の赤外線吸収部３３を構成し、シリコン基板１ａとシリコン酸化膜１ｂとシリコン窒化膜３２と層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０とでベース基板１を構成している。また、本実施形態では、層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０との積層膜が、熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１とＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２とに跨って形成されているが、熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１に形成された部分が赤外線吸収膜７０（図１（ｂ）参照）を兼ねている。ここで、赤外線吸収膜７０の屈折率をｎ２、検出対象の赤外線の中心波長をλとするとき、赤外線吸収膜７０の厚さｔ２をλ／４ｎ２に設定するようにしているので、検出対象の波長（例えば、８〜１２μｍ）の赤外線の吸収効率を高めることができ、高感度化を図れる。例えば、ｎ２＝１．４、λ＝１０μｍの場合には、ｔ２≒１．８μｍとすればよい。なお、本実施形態では、層間絶縁膜５０の膜厚を０．８μｍ、パッシベーション膜６０の膜厚を１μｍ（ＰＳＧ膜の膜厚を０．５μｍ、ＮＳＧ膜の膜厚を０．５μｍ）としてある。また、赤外線吸収膜７０は、上述の構成に限らず、例えば、シリコン窒化膜により構成してもよい。
【００３１】
また、各画素部２では、空洞部１１の内周形状が矩形状であり、連結片３ｃは、平面視十字状に形成されており、小薄膜構造部３ａａの延長方向に交差する斜め方向において隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士、小薄膜構造部３ａａの延長方向において隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士、小薄膜構造部３ａａの延長方向に直交する方向において隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結している。
【００３２】
サーモパイル３０ａは、シリコン窒化膜３２上に形成され小薄膜構造部３ａａとベース基板１とに跨って形成された細長のｎ形ポリシリコン層（第１の熱電要素）３４と細長のｐ形ポリシリコン層（第２の熱電要素）３５との一端部同士を分割赤外線吸収部３３ａの赤外線入射面側で金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる第１の接続金属部３６により電気的に接続した複数個（図１に示した例では、９個）の熱電対を有しており、ベース基板１の上記一表面側で互いに隣り合う熱電対のｎ形ポリシリコン層３４の他端部とｐ形ポリシリコン層３５の他端部とが金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる第２の接続金属部３７により接合され電気的に接続されている。ここで、サーモパイル３０ａは、ｎ形ポリシリコン層３４の上記一端部とｐ形ポリシリコン層３５の上記一端部と第１の接続金属部３６とで分割赤外線吸収部３３ａ側の温接点Ｔ１を構成し、ｎ形ポリシリコン層３４の上記他端部とｐ形ポリシリコン層３５の上記他端部と第２の接続金属部３７とでベース基板１側の冷接点Ｔ２を構成している。要するに、サーモパイル３０ａの各温接点Ｔ１は、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重なる領域に形成され、各冷接点Ｔ２は、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重ならない領域に形成されている。なお、本実施形態の赤外線センサＡでは、サーモパイル３０ａの各ｎ形ポリシリコン層３４および各ｐ形ポリシリコン層３５それぞれにおいて上述のブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂに形成されている部位およびベース基板１のシリコン窒化膜３２上に形成されている部位でも赤外線を吸収することができる。また、上述の説明から分かるように、サーモパイル３０ａの各熱電対の２種類の導体材料の組み合わせは、ｐ形ポリシリコン−ｎ形ポリシリコンとなっているが、各熱電対の２種類の導体材料の組み合わせは、ｐ形ポリシリコン−ｎ形ポリシリコン、ｐ形ポリシリコン−金属（例えば、アルミニウムなど）、ｎ形ポリシリコン−金属（例えば、アルミニウムなど）のいずれか１つの組み合わせであればよい。
【００３３】
また、本実施形態の赤外線センサＡでは、上述の空洞部１１の形状が四角錘状であり、平面視における中央部の方が周部に比べて深さ寸法が大きくなっているので、薄膜構造部３ａの中央部に温接点Ｔ１が集まるように各画素部２におけるサーモパイル３０ａの平面レイアウトを設計してある。すなわち、図２の上下方向における真ん中の２つの小薄膜構造部３ａａでは、図２および図３に示すように、３つの小薄膜構造部３ａａの並設方向に沿って温接点Ｔ１を並べて配置してあるのに対し、当該上下方向における上側の２つの小薄膜構造部３ａａでは、図２および図４に示すように、３つの小薄膜構造部３ａａの並設方向において真ん中の小薄膜構造部３ａａに近い側に温接点Ｔ１を集中して配置してあり、当該上下方向における下側の２つの小薄膜構造部３ａａでは、図２に示すように、３つの小薄膜構造部３ａａの並設方向において真ん中の小薄膜構造部３ａａに近い側に温接点Ｔ１を集中して配置してある。しかして、本実施形態の赤外線センサＡでは、図２の上下方向における上側、下側の小薄膜構造部３ａａの複数の温接点Ｔ１の配置が、真ん中の小薄膜構造部３ａａの複数の温接点Ｔ１の配置と同じである場合に比べて、温接点Ｔ１の温度変化を大きくできるので、感度を向上できる。
【００３４】
また、小薄膜構造部３ａａは、シリコン窒化膜３２の赤外線入射面側においてサーモパイル３０ａを形成していない領域に、小薄膜構造部３ａａの反りを抑制するとともに赤外線を吸収するｎ形ポリシリコン層からなる赤外線吸収層３９（図１、図２および図１０参照）が形成されている。また、隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結する連結片３ｃには、当該連結片３ｃを補強するｎ形ポリシリコン層からなる補強層３９ｂ（図７参照）が設けられている。ここで、補強層３９ｂは、赤外線吸収層３９と連続一体に形成されている。しかして、本実施形態の赤外線センサＡでは、連結片３ｃが補強層３９ｂにより補強されているので、使用中の外部の温度変化や衝撃に起因して発生する応力による破損を防止でき、また、製造時の破損を低減でき、製造歩留まりの向上を図れる。なお、本実施形態では、図７に示す連結片３ｃの長さ寸法Ｌ１を２４μｍ、幅寸法Ｌ２を５μｍ、補強層３９ｂの幅寸法Ｌ３を１μｍに設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。ただし、本実施形態のようにベース基板１がシリコン基板１ａを用いて形成され、補強層３９ｂがｎ形ポリシリコン層により形成される場合には、空洞部１１の形成時に補強層３９ｂがエッチングされるのを防止するために、補強層３９ｂの幅寸法は、連結片３ｃの幅寸法よりも小さく設定し、平面視において補強層３９ｂの両側縁が連結片３ｃの両側縁よりも内側に位置する必要がある。
【００３５】
また、本実施形態の赤外線センサＡは、図７および図１２（ｂ）に示すように、連結片３ｃの両側縁と小薄膜構造部３ａａの側縁との間にそれぞれ面取り部３ｄ，３ｄが形成され、十字状の連結片３ｃの略直交する側縁間にも面取り部３ｅが形成されている。しかして、本実施形態の赤外線センサＡでは、図１２（ａ）に示すように面取り部が形成されていない場合に比べて連結片３ｃと小薄膜構造部３ａａとの連結部位での応力集中を緩和でき、製造時に発生する残留応力を低減できるとともに製造時の破損を低減でき、製造歩留まりの向上を図れる。また、使用中の外部の温度変化や衝撃に起因して発生する応力による破損を防止できる。なお、図７に示した例では、各面取り部３ｄ，３ｅをＲが３μｍのＲ面取り部としてあるが、Ｒ面取り部に限らず、例えば、Ｃ面取り部としてもよい。
【００３６】
ところで、本実施形態の赤外線センサＡは、通電されることにより発生するジュール熱により温接点Ｔ１を温める自己診断用ヒータ部（故障診断用配線）１３９を備えている。ここにおいて、自己診断用ヒータ部１３９は、熱型赤外線検出部３においてシリコン基板１ａの空洞部１１に重なる領域でサーモパイル３０ａと重ならないように配置されている。ここで、熱型赤外線検出部３は、全ての小薄膜構造部３ａａに跨って自己診断用ヒータ部１３９が形成されている。
【００３７】
具体的には、本実施形態の赤外線センサＡは、各画素部２に、熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位と一方のブリッジ部３ｂｂと分割赤外線吸収部３３ａと他方のブリッジ部３ｂｂと熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位とに跨るように引き回された自己診断用ヒータ部１３９を設けて、全ての自己診断用ヒータ部１３９を直列接続してある。しかして、本実施形態の赤外線センサＡでは、製造途中での検査時や使用時において、ｍ×ｎ個の自己診断用ヒータ部１３９の直列回路への通電の有無によって、ブリッジ部３ｂｂの折れや自己診断用ヒータ部１３９の断線などを検出することができる。また、本実施形態の赤外線センサでは、上述の検査時や使用時において、ｍ×ｎ個の自己診断用ヒータ部１３９の直列回路へ通電して各感温部３０の出力を検出することにより、感温部３０の断線の有無や感度のばらつき（感温部３０の出力のばらつき）などを検知することが可能となる。ここにおいて、感度のばらつきに関しては、画素部２ごとの感度のばらつきを検知することが可能であり、例えば、薄膜構造部３ａの反りや薄膜構造部３ａのシリコン基板１ａへのスティッキングなどに起因した感度のばらつきを検知することが可能となる。ここで、本実施形態の赤外線センサＡでは、平面視において、自己診断用ヒータ部１３９を複数の温接点Ｔ１の群の付近において折り返され蛇行した形状としてあるので、自己診断用ヒータ部１３９へ通電することにより発生するジュール熱によって、各温接点Ｔ１を効率良く温めることができる。ここにおいて、自己診断用ヒータ部１３９は、ｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５と同一平面上に同一厚さで形成されている。
【００３８】
上述の赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび自己診断用ヒータ部１３９は、第１の熱電要素であるｎ形ポリシリコン層３４と同じｎ形不純物（例えば、リンなど）を同じ不純物濃度（例えば、１×１０１８ｃｍ−３）で含んでおり、ｎ形ポリシリコン層３４に同時に形成されている。また、ｐ形ポリシリコン層３５のｐ形不純物として例えばボロンを採用すればよく、不純物濃度を例えば１×１０１８程度に設定すればよい。本実施形態では、ｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５それぞれの不純物濃度が１×１０１８ｃｍ−３であり、熱電対の抵抗値を低減でき、Ｓ／Ｎ比の向上を図れる。なお、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび自己診断用ヒータ部１３９は、ｎ形ポリシリコン層３４と同じｎ形不純物を同じ不純物濃度でドーピングしてあるが、これに限らず、例えば、第２の熱電要素であるｐ形ポリシリコン層３５と同じ不純物を同じ不純物濃度でドーピングするようにしてもよい。
【００３９】
ところで、本実施形態では、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび自己診断用ヒータ部１３９の屈折率をｎ１、検出対象の赤外線の中心波長をλとするとき、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび自己診断用ヒータ部１３９それぞれの厚さｔ１をλ／４ｎ１に設定するようにしているので、検出対象の波長（例えば、８〜１２μｍ）の赤外線の吸収効率を高めることができ、高感度化を図れる。例えば、ｎ１＝３．６、λ＝１０μｍの場合には、ｔ１≒０．６９μｍとすればよい。
【００４０】
また、本実施形態では、ｎ形ポリシリコン層２４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび自己診断用ヒータ部１３９それぞれの不純物濃度が１×１０１８ｃｍ−３であるので、赤外線の吸収率を高くしつつ赤外線の反射を抑制することができて、感温部３０の出力のＳ／Ｎ比を高めることができ、また、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび自己診断用ヒータ部１３９をｎ形ポリシリコン層３４と同一工程で形成できるから、低コスト化を図れる。
【００４１】
ここで、感温部３０の第１の接続金属部３６と第２の接続金属部３７とは、シリコン基板１ａの上記一表面側において上述の層間絶縁膜５０により絶縁分離されている（図８および図９参照）。すなわち、温接点Ｔ１側の第１の接続金属部３６は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ａ１，５０ａ２を通して両ポリシリコン層３４，３５の上記各一端部と電気的に接続され、冷接点Ｔ２側の第２の接続金属部３７は、層間絶縁膜５０に形成されたコンタクトホール５０ａ３，５０ａ４を通して両ポリシリコン層３４，３５の上記各他端部と電気的に接続されている。
【００４２】
また、ＭＯＳトランジスタ４は、上述のように、シリコン基板１ａの上記一表面側における各画素部２それぞれにおけるＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２に形成されている。ここで、ＭＯＳトランジスタ４は、図１および図１１に示すように、シリコン基板１ａの上記一表面側にｐ形（ｐ＋）のウェル領域（以下、ｐ＋形ウェル領域と称する）４１が形成され、ｐ＋形ウェル領域４１内に、ｎ形（ｎ＋）のドレイン領域（以下、ｎ＋形ドレイン領域と称する）４３とｎ形（ｎ＋）のソース領域（以下、ｎ＋形ソース領域と称する）４４とが離間して形成されている。また、ｐ＋形ウェル領域４１内には、ｎ＋形ドレイン領域４３とｎ＋形ソース領域４４とを囲むｐ形（ｐ＋＋）のチャネルストッパ領域（以下、ｐ＋＋形チャネルストッパ領域）４２が形成されている。また、ｐ＋形ウェル領域４１においてｎ＋形ドレイン領域４３とｎ＋形ソース領域４４との間に位置する部位の上には、シリコン酸化膜（熱酸化膜）からなるゲート絶縁膜４５を介してｎ形のポリシリコン層からなるゲート電極４６が形成されている。また、ｎ＋形ドレイン領域４３上には金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなるドレイン電極４７が形成され、ｎ＋形ソース領域４４上には金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなるソース電極４８が形成されている。ここで、ゲート電極４６、ドレイン電極４７およびソース電極４８は、上述の層間絶縁膜５０により絶縁分離されている。すなわち、ドレイン電極４７は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ｄを通してｎ＋形ドレイン領域４３と電気的に接続され、ソース電極４８は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ｅを通してｎ＋形ソース領域４４と電気的に接続されている。
【００４３】
ところで、本実施形態の赤外線センサＡの各画素部２では、ＭＯＳトランジスタ４のソース電極４８と感温部３０の一端とが電気的に接続され、感温部３０の他端が基準バイアス線５に電気的に接続されている。また、本実施形態の赤外線センサＡの各画素部２では、ＭＯＳトランジスタ４のドレイン電極４７が垂直読み出し線７と電気的に接続され、ゲート電極４６が当該ゲート電極４６と連続一体に形成されたｎ形ポリシリコン配線からなる水平信号線６と電気的に接続されている。また、各画素部２では、ＭＯＳトランジスタ４のｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２上に金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなるグラウンド用電極４９が形成されており、当該グラウンド用電極４９が、当該ｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２をｎ＋形ドレイン領域４３およびｎ＋形ソース領域４４よりも低電位にバイアスして素子分離するための共通グラウンド線８と電気的に接続されている。なお、グラウンド用電極４９は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ｆを通してｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２と電気的に接続されている。
【００４４】
以上説明した本実施形態の赤外線センサＡによれば、赤外線吸収層３９も外部からの赤外線を吸収するので、複数の温接点Ｔ１の温度の均一化を図れ、感度の向上を図れる。
【００４５】
また、本実施形態の赤外線センサＡによれば、通電されることにより発生するジュール熱により温接点Ｔ１を温める自己診断用ヒータ部１３９を備えているので、自己診断用ヒータ部１３９へ通電してサーモパイル３０ａの出力を測定することにより、サーモパイル３０ａの断線などの故障の有無を判断することが可能となって、信頼性の向上を図れ、しかも、自己診断用ヒータ部１３９は、熱型赤外線検出部３において支持基板であるシリコン基板１ａの空洞部１１に重なる領域でサーモパイル３０ａと重ならないように配置されているので、自己診断用ヒータ部１３９によるサーモパイル３０ａの温接点Ｔ１の熱容量の増大を防止でき、感度および応答速度の向上を図れる。
【００４６】
ここにおいて、本実施形態の赤外線センサＡは、使用時において自己診断を行わない通常時は、自己診断用ヒータ部１３９も外部からの赤外線を吸収するので、複数の温接点Ｔ１の温度の均一化を図れ、感度の向上を図れる。なお、本実施形態の赤外線センサＡの使用時の自己診断は、別途の信号処理ＩＣチップ（図示せず）に設けられた自己診断回路（図示せず）により定期的に行われるが、必ずしも定期的に行う必要はない。
【００４７】
また、本実施形態の赤外線センサＡでは、薄膜構造部３ａが、複数の線状のスリット１３により空洞部１１の内周方向に沿って並設されそれぞれ熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位から内方へ延長された複数の小薄膜構造部３ａａに分離され、各小薄膜構造部３ａａごとにサーモパイル３０ａの温接点Ｔ１が設けられるとともに、各サーモパイル３０ａごとに出力を取り出す場合に比べて温度変化に対する出力変化が大きくなる接続関係で全てのサーモパイル３０ａが電気的に接続されているので、応答速度および感度の向上を図れ、しかも、全ての小薄膜構造部３ａａに跨って自己診断用ヒータ部１３９が形成されているので、熱型赤外線検出部３の全てのサーモパイル３０ａを一括して自己診断することが可能となる。また、本実施形態の赤外線センサＡでは、隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結する連結片３ｃが形成されていることにより、各小薄膜構造部３ａａの反りを低減でき、構造安定性の向上を図れ、感度が安定する。
【００４８】
また、本実施形態の赤外線センサＡでは、ｎ形ポリシリコン層３４とｐ形ポリシリコン層３５と赤外線吸収層３９と補強層３９ｂと自己診断用ヒータ部１３９とが同一の厚さに設定されているので、小薄膜構造部３ａａの応力バランスの均一性が向上し、小薄膜構造部３ａａの反りを抑制することができ、製品ごとの感度のばらつきや、画素部２ごとの感度のばらつきを低減できる。
【００４９】
また、本実施形態の赤外線センサＡは、自己診断用ヒータ部１３９が、第１の熱電要素であるｎ形ポリシリコン層３４もしくは第２の熱電要素であるｐ形ポリシリコン層３５と同じ材料により形成されているので、自己診断用ヒータ部１３９を第１の熱電要素もしくは第２の熱電要素と同時に形成することが可能となり、製造プロセスの簡略化による低コスト化を図れる。
【００５０】
また、本実施形態の赤外線センサＡは、赤外線吸収部３３および自己診断用ヒータ部１３９を備えた複数の画素部２が支持基板であるシリコン基板１ａの上記一表面側でアレイ状に設けられているので、製造時や使用時の自己診断に際して各画素部２それぞれの自己診断用ヒータ部１３９に通電することにより各画素部２それぞれの感温部３０の感度のばらつきを把握することが可能となる。
【００５１】
また、本実施形態の赤外線センサＡは、各画素部２ごとに感温部３０の出力を読み出すためのＭＯＳトランジスタ４を有しているので、出力用パッドＶoutの数を少なくでき、小型化および低コスト化を図れる。
【００５２】
以下、本実施形態の赤外線センサＡの製造方法について図１４〜図１８を参照しながら簡説明する。
【００５３】
まず、シリコン基板１ａの上記一表面側に第１の所定膜厚（例えば、０．３μｍ）の第１のシリコン酸化膜３１と第２の所定膜厚（例えば、０．１μｍ）のシリコン窒化膜３２との積層膜からなる絶縁層を形成する絶縁層形成工程を行い、その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して当該絶縁層のうち熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１に対応する部分の一部を残してＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２に対応する部分をエッチング除去する絶縁層パターニング工程を行うことによって、図１４（ａ）に示す構造を得る。ここにおいて、シリコン酸化膜３１は、シリコン基板１ａを所定温度（例えば、１１００℃）で熱酸化することにより形成し、シリコン窒化膜３２は、ＬＰＣＶＤ法により形成している。
【００５４】
上述の絶縁層パターニング工程の後、シリコン基板１ａの上記一表面側にｐ＋形ウェル領域４１を形成するウェル領域形成工程を行い、続いて、シリコン基板１の上記一表面側におけるｐ＋形ウェル領域４１内にｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２を形成するチャネルストッパ領域形成工程を行うことによって、図１４（ｂ）に示す構造を得る。ここで、ウェル領域形成工程では、シリコン基板１ａの上記一表面側の露出部位を所定温度で熱酸化することにより第２のシリコン酸化膜（熱酸化膜）５１を選択的に形成し、その後、ｐ＋形ウェル領域４１を形成するためのマスクを利用したフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン酸化膜５１をパターニングし、続いて、ｐ形不純物（例えば、ボロンなど）を所定の加速電圧（例えば、５０ｋｅＶ）および所定のドーズ量（例えば、４×１０１３ｃｍ−２）でイオン注入してから、ドライブインを行うことにより、ｐ＋形ウェル領域４１を形成する。また、チャネルストッパ領域形成工程では、シリコン基板１ａの上記一表面側を所定温度で熱酸化することにより第３のシリコン酸化膜（熱酸化膜）５２を選択的に形成し、その後、ｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２を形成するためのマスクを利用したフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して第３のシリコン酸化膜５２をパターニングし、続いて、ｐ形不純物（例えば、ボロンなど）を所定の加速電圧（例えば、５０ｋｅＶ）および所定のドーズ量（例えば、３×１０１２ｃｍ−２）でイオン注入してから、ドライブインを行うことにより、ｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２を形成する。なお、第１のシリコン酸化膜３１と第２のシリコン酸化膜５１と第３のシリコン酸化膜５２とでシリコン基板１ａの上記一表面側のシリコン酸化膜１ｂを構成している。
【００５５】
上述のチャネルストッパ領域形成工程の後、シリコン基板１ａの上記一表面側に熱酸化により所定膜厚（例えば、６００Å）のシリコン酸化膜（熱酸化膜）からなるゲート絶縁膜４５を形成するゲート絶縁膜形成工程を行い、続いて、シリコン基板１ａの上記一表面側の全面にゲート電極４６、水平信号線６（図２参照）、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび自己診断用ヒータ部１３９の基礎となる所定膜厚（例えば、０．６９μｍ）のノンドープのポリシリコン層３８をＬＰＣＶＤ法により形成するポリシリコン層形成工程を行い、その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してノンドープのポリシリコン層３８のうちゲート電極４６、水平信号線６、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび自己診断用ヒータ部１３９それぞれに対応する部分が残るようにパターニングするポリシリコン層パターニング工程を行い、続いて、ノンドープのポリシリコン層３８のうちｐ形ポリシリコン層３５に対応する部分にｐ形不純物（例えば、ボロンなど）を所定の加速電圧（例えば、６０ｋｅＶ）および所定のドーズ量（例えば、７．５×１０１５ｃｍ−２）でイオン注入してから、ドライブを行うことによりｐ形ポリシリコン層３５を形成するｐ形ポリシリコン層形成工程を行うことによって、図１５（ａ）に示す構造を得る。なお、この例では、ｐ形が第１導電形、ｎ形が第２導電形であり、ｐ形ポリシリコン層形成工程が、サーモパイル３０ａのｐ形ポリシリコンにより構成される部分に対応するノンドープのポリシリコン層へ第１導電形の不純物を注入する第１導電形不純物注入工程を構成している。また、本実施形態では、ｐ形ポリシリコン層３５の不純物濃度を１×１０１８ｃｍ−３に設定してあるが、この数値は一例であり、特に限定するものではなく、１×１０１８〜１×１０２０ｃｍ−３程度の範囲で適宜設定すればよい。
【００５６】
上述のｐ形ポリシリコン層形成工程の後、ノンドープのポリシリコン層３８のうちｎ形ポリシリコン層３４、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂ、自己診断用ヒータ部１３９、ゲート電極４６および水平信号線６に対応する部分にｎ形不純物（例えば、リンなど）を所定の加速電圧（例えば、６０ｋｅＶ）および所定のドーズ量（例えば、１×１０１６ｃｍ−２）でイオン注入してからドライブを行うことによりｎ形ポリシリコン層３４、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂ、自己診断用ヒータ部１３９、ゲート電極４６および水平信号線６を形成するｎ形ポリシリコン層形成工程を行うことによって、図１５（ｂ）に示す構造を得る。ここにおいて、本実施形態では、ｎ形ポリシリコン層形成工程において、シリコン基板１ａへのｎ＋形ドレイン領域４３およびｎ＋形ソース領域４４の形成を同時に行っている。要するに、この例では、ｐ形が第１導電形、ｎ形が第２導電形であり、ｎ形ポリシリコン層形成工程が、赤外線吸収層３９に対応するノンドープのポリシリコン層３８へ第２導電形の不純物を注入する第２導電形不純物イオン注入工程を構成しており、当該第２導電形不純物イオン注入工程において、少なくとも、赤外線吸収層３９に対応するノンドープのポリシリコン層３８への第２導電形の不純物の注入と、シリコン基板１ａへのソース領域４４・ドレイン領域４３形成用の第２導電形の不純物の注入とを、同時に行うようにしている。また、この第２導電形不純物イオン注入工程では、赤外線吸収層３９に対応するノンドープのポリシリコン層３８だけでなく、ｎ形ポリシリコン層３４、補強層３９ｂ、自己診断用ヒータ部１３９、ゲート電極４６および水平信号線６に対応するノンドープのポリシリコン層３８への第２導電形の不純物の注入を行っている。なお、本実施形態では、ｎ形ポリシリコン層３４の不純物濃度を１×１０１８ｃｍ−３に設定し、ｎ＋形ソース領域４４およびｎ＋形ドレイン領域４３を１×１０１８ｃｍ−３に設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではなく、前者は例えば１×１０１８〜１×１０２０ｃｍ−３程度の範囲で設定すればよく、後者は例えば１×１０１７〜１×１０１９ｃｍ−３程度の範囲で設定すればよい。
【００５７】
上述のｐ形ポリシリコン層形成工程およびｎ形ポリシリコン層形成工程が終了した後、シリコン基板１ａの上記一表面側に層間絶縁膜５０を形成する層間絶縁膜形成工程を行い、続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して層間絶縁膜５０に上記各コンタクトホール５０ａ１，５０ａ２，５０ａ３，５０ａ４，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ（図８、図９および図１１参照）を形成するコンタクトホール形成工程を行うことによって、図１６（ａ）に示す構造を得る。ここで、層間絶縁膜形成工程では、シリコン基板１ａの上記一表面側に所定膜厚（例えば、０．８μｍ）のＢＰＳＧ膜をＣＶＤ法により堆積させてから、所定温度（例えば、８００℃）でリフローすることにより平坦化された層間絶縁膜５０を形成する。
【００５８】
上述のコンタクトホール形成工程の後、シリコン基板１ａの上記一表面側の全面に第１の接続金属部３６、第２の接続金属部３７、ドレイン電極４７、ソース電極４８、基準バイアス線５、垂直読み出し線７、グラウンド線８、共通グラウンド線９および各パッドＶout，Ｖsel，Ｖref，Ｖdd，Ｇndなど（図１３参照）の基礎となる所定膜厚（例えば、２μｍ）の金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜）をスパッタ法などにより形成する金属膜形成工程を行い、続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して金属膜をパターニングすることで第１の接続金属部３６、第２の接続金属部３７、ドレイン電極４７、ソース電極４８、基準バイアス線５、垂直読み出し線７、グラウンド線８、共通グラウンド線９および各パッドＶout，Ｖsel，Ｖref，Ｖdd，Ｇndなどを形成する金属膜パターニング工程を行うことによって、図１６（ｂ）に示す構造を得る。なお、金属膜パターニング工程におけるエッチングはＲＩＥにより行っている。また、この金属膜パターニング工程を行うことにより、温接点Ｔ１および冷接点Ｔ２が形成される。
【００５９】
上述の金属膜パターニング工程の後、シリコン基板１ａの上記一表面側（つまり、層間絶縁膜５０の表面側）に所定膜厚（例えば、０．５μｍ）のＰＳＧ膜と所定膜厚（例えば、０．５μｍ）のＮＳＧ膜との積層膜からなるパッシベーション膜６０をＣＶＤ法により形成するパッシベーション膜形成工程を行うことによって、図１７（ａ）に示す構造を得る。なお、パッシベーション膜６０は、ＰＳＧ膜とＮＳＧ膜との積層膜に限らず、例えば、シリコン窒化膜でもよい。
【００６０】
上述のパッシベーション膜形成工程の後、シリコン酸化膜３１とシリコン窒化膜３２との積層膜からなる熱絶縁層と、当該熱絶縁層上に形成された感温部３０と、熱絶縁層の表面側で感温部３０を覆うように形成された層間絶縁膜５０と、層間絶縁膜５０上に形成されたパッシベーション膜６０との積層構造部をパターニングすることにより上述の小薄膜構造部３ａａを形成する積層構造部パターニング工程を行うことによって、図１７（ｂ）に示す構造を得る。なお、積層構造部パターニング工程において、上述の各スリット１３，１４を形成している。
【００６１】
上述の積層構造部パターニング工程の後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して各パッドＶout，Ｖsel，Ｖref，Ｖdd，Ｇndを露出させるパッド用開口部（図示せず）を形成するパッド用開口部形成工程を行い、続いて、上述の各スリット１３，１４をエッチャント導入孔として所定のエッチャントを導入してシリコン基板１ａを異方性エッチングすることによりシリコン基板１ａに空洞部１１を形成する空洞部形成工程を行うことによって、図１８に示す構造の画素部２が２次元アレイ状に配列された赤外線センサＡを得る。ここで、パッド用開口部形成工程におけるエッチングはＲＩＥにより行っている。また、空洞部形成工程では、上記所定のエッチャントとして所定温度（例えば、８５℃）に加熱したＴＭＡＨ水溶液を用いているが、上記エッチャントはＴＭＡＨ水溶液に限らず、他のアルカリ系溶液（例えば、ＥＤＰ水溶液など）を用いてもよい。なお、空洞部形成工程が終了するまでの全工程はウェハレベルで行うので、空洞部形成工程が終了した後、個々の赤外線センサＡに分離する分離工程を行えばよい。また、上述の説明から分かるように、ＭＯＳトランジスタ４の製造方法に関してみれば、周知の一般的なＭＯＳトランジスタの製造方法を採用しており、熱酸化による熱酸化膜の形成、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術による熱酸化膜のパターニング、不純物のイオン注入、ドライブイン（不純物を拡散させるアニール）の基本工程を繰り返すことにより、ｐ＋形ウェル領域４１、ｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２、ｎ＋形ドレイン領域４３とｎ＋形ソース領域４４を形成している。
【００６２】
以上説明した本実施形態の赤外線センサＡの製造方法によれば、シリコン基板１ａの上記一表面側にノンドープのポリシリコン層３８を形成するポリシリコン層形成工程と、ポリシリコン層形成工程で形成されたノンドープのポリシリコン層３８のうち少なくとも赤外線吸収層３９、サーモパイル３ａおよびゲート電極４６それぞれに対応する部分が残るようにノンドープのポリシリコン層３８をパターニングするポリシリコン層パターニング工程と、ポリシリコン層パターニング工程の後で赤外線吸収層３９に対応するノンドープのポリシリコン層３８へ第２導電形の不純物を注入する第２導電形不純物イオン注入工程とを備え、当該第２導電形不純物イオン注入工程において、少なくとも、赤外線吸収層３９に対応するノンドープのポリシリコン層３８への第２導電形の不純物の注入と、シリコン基板１ａへのソース領域４４・ドレイン領域４３形成用の第２導電形の不純物の注入とを、同時に行うので、赤外線吸収層３９を備えていない場合に比べて工程数を増加することなく赤外線吸収層３９を形成することができ、高感度化を図りながらも製造コストの低コスト化を図れる。なお、上述の例では、サーモパイル３０ａの熱電対の２種類の導体材料の組み合わせが、ｐ形ポリシリコン−ｎ形ポリシリコンの組み合わせであるとともに、赤外線吸収層３９の材料が、ＭＯＳトランジスタ４の第１導電形のウェル領域４１内で離間した第２導電形のソース領域４４および第２導電形のドレイン領域４３と同じ第２導電形のポリシリコンであり、ゲート電極４６の材料が、ｎ形ポリシリコンである場合について説明したが、これに限らず、サーモパイル３０ａの熱電対の２種類の導体材料の組み合わせが、ｐ形ポリシリコン−ｎ形ポリシリコン、ｐ形ポリシリコン−金属、ｎ形ポリシリコン−金属のいずれか１つの組み合わせであるとともに、赤外線吸収層３９の材料が、ＭＯＳトランジスタ４の第１導電形のウェル領域４１内で離間した第２導電形のソース領域４４および第２導電形のドレイン領域４３と同じ第２導電形のポリシリコンであり、ゲート電極４６の材料が、ｐ形ポリシリコンもしくはｎ形ポリシリコンであればよい。
【００６３】
また、上述の赤外線センサＡの製造方法では、第１導電形がｐ形、第２導電形がｎ形であるとともに、サーモパイル３０ａの組み合わせが、ｐ形ポリシリコン−ｎ形ポリシリコンであり、ポリシリコン層パターニング工程と第２導電形不純物イオン注入工程との間に、サーモパイル３０ａのｐ形ポリシリコンにより構成される部分に対応するノンドープのポリシリコン層３８へ第１導電形の不純物を注入する第１導電形不純物イオン注入工程を行うようにしているので、赤外線センサＡの製造にあたって、第２導電形のソース領域４４および第２導電形のドレイン領域４３の形成後に第１導電形不純物イオン注入工程を行う場合に比べて、ソース領域４４およびドレイン領域４３中の第２導電形であるｎ形不純物が、第２導電形のソース領域４４および第２導電形のドレイン領域４３の形成後の熱工程（例えば、ドライブイン）でウェル領域４１におけるソース領域４４・ドレイン領域４３間のチャネル形成領域へ拡散するのを防止できるから、ＭＯＳトランジスタ４のチャネル長をより短くすることが可能となるとともに、ＭＯＳトランジスタ４をより再現性良く形成することが可能となる。ここで、サーモパイル３０ａの組み合わせが、ｐ形ポリシリコン−ｎ形ポリシリコンに限らず、ｐ形ポリシリコン−金属の場合にも、ポリシリコン層パターニング工程と第２導電形不純物イオン注入工程との間に、サーモパイル３０ａのｐ形ポリシリコンにより構成される部分に対応するノンドープのポリシリコン層３８へ第１導電形の不純物を注入する第１導電形不純物イオン注入工程を行うようにしても、同様の効果が得られる。
【００６４】
また、上述の赤外線センサＡの製造方法では、第１導電形がｐ形、第２導電形がｎ形であるとともに、サーモパイル３０ａの組み合わせが、ｐ形ポリシリコン−ｎ形ポリシリコンであり、第２導電形不純物イオン注入工程において、サーモパイル３０ａのｎ形ポリシリコンにより構成される部分に対応するノンドープのポリシリコン層３８への第２導電形の不純物の注入も同時に行うようにしているので、サーモパイル３０ａのｎ形ポリシリコンにより構成される部分に対応するノンドープのポリシリコン層３８への第２導電形の不純物の注入を、第２導電形不純物イオン注入工程とは別に行う場合に比べて、工程数を低減でき、製造コストの低コスト化を図れる。ここで、サーモパイル３０ａの組み合わせが、ｐ形ポリシリコン−ｎ形ポリシリコンに限らず、ｎ形ポリシリコン−金属の場合にも、第２導電形不純物イオン注入工程において、サーモパイル３０ａのｎ形ポリシリコンにより構成される部分に対応するノンドープのポリシリコン層３８への第２導電形の不純物の注入も同時に行うようにすれば、同様の効果が得られる。
【００６５】
また、上述の赤外線センサの製造方法では、第１導電形がｐ形、第２導電形がｎ形であるとともに、サーモパイル３０ａの組み合わせが、ｐ形ポリシリコン−ｎ形ポリシリコンであり、ポリシリコン層パターニング工程と第２導電形不純物イオン注入工程との間に、サーモパイル３０ａのｐ形ポリシリコンにより構成される部分に対応するノンドープのポリシリコン層３８へ第１導電形の不純物を注入する第１導電形不純物イオン注入工程を行うようにし、第２導電形不純物イオン注入工程では、サーモパイル３０ａのｎ形ポリシリコンにより構成される部分に対応するノンドープのポリシリコン層３８への第２導電形の不純物の注入も同時に行うようにしているので、より一層の低コスト化を図れる。
【００６６】
ところで、本実施形態の赤外線センサＡでは、シリコン窒化膜３２の赤外線入射面側に、ｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５の他に、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂ、自己診断用ヒータ部１３９が形成されているので、ｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５の形成時にシリコン窒化膜３２がエッチングされて薄くなるのを抑制する（ここでは、上述のポリシリコン層パターニング工程でｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５の基礎となるノンドープポリシリコン層３８をエッチングする際のオーバーエッチング時にシリコン窒化膜３２がエッチングされて薄くなるのを抑制する）ことができるとともに薄膜構造部３ａの応力バランスの均一性を高めることができ、赤外線吸収部３３の薄膜化を図りながらも小薄膜構造部３ａａの反りを防止することが可能となり、感度の向上を図れる。ここで、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂ、自己診断用ヒータ部１３９は、上述の空洞部形成工程において用いるエッチング液（例えば、ＴＭＡＨ水溶液など）によりエッチングされるのを防止するため、スリット１３，１４の内側面に露出しないように平面視形状を設計する必要がある。
【００６７】
なお、赤外線センサＡは、必ずしも画素部２をアレイ状に備えた赤外線アレイセンサである必要はなく、少なくとも、熱型赤外線検出部３とＭＯＳトランジスタ４との組を１組備えたものであればよい。
【符号の説明】
【００６８】
１ａ  シリコン基板
３  熱型赤外線検出部
４  ＭＯＳトランジスタ
１１  空洞部
３０ａ  サーモパイル
３４  ｎ形ポリシリコン層（ｎ形ポリシリコン細線）
３５  ｎ形ポリシリコン層（ｐ形ポリシリコン細線）
３６  第１の接続金属部
３７  第２の接続金属部
３８  ノンドープのポリシリコン層
３９  赤外線吸収層
４１  ウェル領域
４３  ドレイン領域
４４  ソース領域
４６  ゲート電極
Ｔ１  温接点
Ｔ２  冷接点
【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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