(57)【要約】【課題】２本の梁部でセンサー受光部を支持する赤外線センサーにおいて、上下左右どちらの方向からの力に対しても耐えられる強い構造の梁部を具備する赤外線センサーを提供する。【解決手段】センサー受光部１を２本の梁部３により基板２からフローティング状態にさせた赤外線センサーにおいて、梁部３は、中央部に下方向に向かう突起部分を具備した下部絶縁膜５と、中央部に上方向に向かう突起部分を具備した上部絶縁膜８とを有してその断面を十字型形状にする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサー受光部を２本の梁部により基板からフローティング状態にさせた赤外線センサーにおいて、前記梁部の断面は十字型形状であることを特徴とする赤外線センサー。
【請求項２】
前記梁部は、中央部に下方向に向かう突起部分を具備した下部絶縁膜と、中央部に上方向に向かう突起部分を具備した上部絶縁膜とを有し、前記両突起が前記十字形状の縦部分を構成していることを特徴とする請求項１記載の赤外線センサー。
【請求項３】
前記下部絶縁膜はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜あるいはガラス膜であることを特徴とする請求項２記載の赤外線センサー。
【請求項４】
前記上部絶縁膜はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜あるいはガラス膜であることを特徴とする請求項２記載の赤外線センサー。
【請求項５】
前記下部絶縁膜と前記上部絶縁膜との間に金属配線膜が設けられており、前記下部絶縁膜と前記金属配線膜と前記上部絶縁膜とは同じ幅で前記梁を構成していることを特徴する請求項２記載の赤外線センサー。
【請求項６】
前記下部絶縁膜と前記上部絶縁膜との間に金属配線膜が設けられており、前記金属配線膜は前記下部絶縁膜および前記上部絶縁膜よりも狭い幅であり、かつ、前記金属配線膜の側面は前記上部絶縁膜により被覆されていることを特徴する請求項２記載の赤外線センサー。
【請求項７】
センサー受光部を２本の梁部により基板からフローティング状態にさせた赤外線センサーの製造方法において、基板上に犠牲膜を形成する工程と、前記梁部の中央部となる箇所に溝を形成する工程と、前記梁の下部絶縁膜を前記溝を充填して前記犠牲膜上に形成する工程とを有して前記梁部の断面を十字型形状にすることを特徴とする赤外線センサーの製造方法。
【請求項８】
前記下部絶縁膜上に金属配線膜を形成し、前記金属配線膜上に上部絶縁膜を形成し、前記溝の真上に位置する前記上部絶縁膜の箇所に突起部分を形成することを特徴とする請求項７記載の赤外線センサーの製造方法。
【請求項９】
前記突起部分は異方性エッチングにより形成されることを特徴とする請求項８記載の赤外線センサーの製造方法。
【請求項１０】
前記犠牲膜は多結晶シリコン膜であることを特徴とする請求項７記載の赤外線センサーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は赤外線センサー及びその製造方法に係わり、特に赤外線を吸収した熱により信号を得る熱型赤外線センサー及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、熱型赤外線センサーを半導体微細加工を利用して作製する技術が種々開発されている。この熱型赤外線センサは、センサー受光部を基板から浮かせた断熱構成としてあり、センサー受光部に赤外線が当たると、赤外線吸収膜により吸収されて熱となり、センサー受光部の温度を上昇させる。
【０００３】
そして照射された赤外線量による温度変化で感熱素子が電気的信号の変化を生じて外部に赤外線量の信号として出力する。
【０００４】
そこで温度上昇はセンサー受光部の膜厚に依存するため薄膜化され、また、効率を上げるために断熱性を向上させた種々の構成が提案されている。
【０００５】
例えば、薄膜のセンサー受光部を四本の梁部で支えた構造にすることにより、受光した赤外線による温度上昇の熱が基板に逃げていく率を少なくして検出感度を上げた四本支持の断熱構造が提案されている。
【０００６】
しかしながらこのように薄膜のセンサー受光部を四本の梁部で支えた四点支持構造は、全体の面積が増大し構造が複雑となるので実用化には問題を生じる。
【０００７】
そこで、薄膜のセンサー受光部を二本の梁部で支えた図５および図６に示すような二本支持構造が特開２００２−４８６３６号公報に開示されている。
【０００８】
図５（Ａ）は従来技術の赤外線センサーの全体を示す斜視図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）を切断線Ｂ−Ｂで切断し矢印の方向を視た拡大断面図である。
【０００９】
図５において、センサー受光部５１が２本の梁部５３により支持されて半導体基板５２から高さＥだけ浮いた（フローティングした）状態になっている。それぞれの梁部５３は半導体基板５３から高さＦだけ離間している。梁部５３の高さＦは、センサ受光部５１と接続する一端部から所定の距離までセンサー部５１の高さＥと同じであり、そこから半導体基板の表面に形成された電極パッドである接続部５４に向けてテーパー状に減少し、梁部の他端部が接続部５４に接続している。
【００１０】
センサー受光部５１は、下部絶縁膜５５と、感熱素子となる感温抵抗変化膜５６と、配線金属膜５７と、上部絶縁膜５８と、赤外線吸収膜５９とを具備して構成されている。この感温抵抗変化膜５６は半導体膜から構成されている。
【００１１】
それぞれの梁部５３は、下部絶縁膜５５と、配線金属膜５７と、上部絶縁膜５８とを具備して構成されており、センサー受光部において感温抵抗変化膜５６に電気的に接続した配線金属膜５７が半導体基板表面の接続部５４の電極パッドに電気的に接続されている。
【００１２】
そして、赤外線吸収膜５９が赤外線５０を吸収してセンサー受光部５１の温度が上昇すると感温抵抗変化膜５６の抵抗が変化し、この変化を配線金属膜５７および接続部５４の電極パッドを通して検知することにより赤外線５０の照射量を測定することができる。
【００１３】
図２は他の従来技術の梁部を示す断面図である。図２の梁部６３は、梁部の箇所にも感温抵抗変化膜５６を延在たものであり、このようにすることにより赤外線センサーを製造する際にセンサー受光部と梁部との間の加工段差がなくなり、これにより梁部における電極金属膜の断線を防止することができると特開２００２−４８６３６号公報では説明している。
【００１４】
【特許文献１】
特開２００２−４８６３６号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら図５（Ｂ）および図６のいずれの場合でも、梁部の断面構造（梁部の長手方向に対して直角の断面構造：横断面構造）は長方形状あるいはその角部にテーパを有する形状である。
【００１６】
このように２本の梁部でセンサー受光部を支持する従来の赤外線センサーでは、その梁部の断面構造は、長方形状もしくは長方形状の角部にテーパを付けた形状、または逆Ｔ字型があった。
【００１７】
したがって従来の梁部は左右、下からの力には強い構造であるが、上からの力の対してはもろい構造であった。
【００１８】
これを解決するために、梁部の本数を増やす案件もあったが、先に説明したように実用化するには、面積の増大と構造が複雑になってしまう。
【００１９】
したがって本発明の目的は、２本の梁部でセンサー受光部を支持する赤外線センサーにおいて、上下左右どちらの方向からの力に対しても耐えられる強い構造の梁部を具備する赤外線センサーを提供することである。
【００２０】
本発明の他の目的は、上記した上下左右どちらの方向からの力に対しても耐えられる強い構造の梁部を得ることができる赤外線センサーの製造方法を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、センサー受光部を２本の梁部により基板からフローティング状態にさせた赤外線センサーにおいて、前記梁部の断面は十字型形状である赤外線センサーにある。このように十字型形状にすることにより、上下左右どちらの方向からの力に対しても耐えられる強い構造になる。
【００２２】
ここで、前記梁部は、中央部に下方向に向かう突起部分を具備した下部絶縁膜と、中央部に上方向に向かう突起部分を具備した上部絶縁膜とを有し、前記両突起が前記十字形状の縦部分を構成していることが好ましい。
【００２３】
この場合、前記下部絶縁膜はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜あるいはガラス膜であることができる。また、前記上部絶縁膜はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜あるいはガラス膜であることができる。
【００２４】
さらに、前記下部絶縁膜と前記上部絶縁膜との間に金属配線膜が設けられており、前記下部絶縁膜と前記金属配線膜と前記上部絶縁膜とは同じ幅で前記梁を構成していることができる。
【００２５】
あるいは、前記下部絶縁膜と前記上部絶縁膜との間に金属配線膜が設けられており、前記金属配線膜は前記下部絶縁膜および前記上部絶縁膜よりも狭い幅であり、かつ、前記金属配線膜の側面は前記上部絶縁膜により被覆されていることができる。
【００２６】
本発明の他の特徴は、センサー受光部を２本の梁部により基板からフローティング状態にさせた赤外線センサーの製造方法において、基板上に、例えば多結晶シリコン膜による犠牲膜を形成する工程と、前記梁部の中央部となる箇所に溝を形成する工程と、前記梁の下部絶縁膜を前記溝を充填して前記犠牲膜上に形成する工程とを有して前記梁部の断面を十字型形状にする赤外線センサーの製造方法にある。
【００２７】
さらに、前記下部絶縁膜上に金属配線膜を形成し、前記金属配線膜上に上部絶縁膜を形成し、前記溝の真上に位置する前記上部絶縁膜の箇所に、好ましくは異方性エッチングにより突起部分を形成することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明を説明する。図１（Ａ）は本発明の実施の形態の赤外線センサーの全体を示す斜視図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）を切断線Ｂ−Ｂで切断し矢印の方向を視た拡大断面図である。また、図２は本発明の実施の形態の梁部の断面構造（梁部の長手方向に対して直角の断面構造：横断面構造）を拡大して示す図であり、図２（Ａ）は断面図、図２（Ｂ）は斜視図を含む断面図である。
【００２９】
図１において、センサー受光部１が２本の梁部３により支持されて半導体基板２から高さＧだけ浮いた（フローティングした）状態になっている。それぞれの梁部３は半導体基板２から高さＨだけ離間して浮いた状態になっている。
【００３０】
梁部３の高さＨは、センサ受光部１と接続する一端部から所定の距離までセンサー部１の高さＧと同じであり、そこから他の素子や配線が形成されている半導体基板の表面に形成された電極パッドを有する接続部４に向けてテーパー状に減少し、梁部の他端部が接続部４に接続している。
【００３１】
センサー受光部１は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜あるいはガラス膜等の下部絶縁膜５と、複数個の熱電対を直列接続したサーモパイル型センサーや半導体膜からなる感温抵抗変化膜等による感熱素子６と、アルミ等の金属による配線金属膜７と、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜あるいはガラス膜等の上部絶縁膜８と、金ブラックやクロムニッケル（ＮｉＣｒ）等による赤外線吸収膜９とを具備して構成されている。
【００３２】
それぞれの梁部３は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜あるいはガラス膜等の下部絶縁膜５と、アルミ等の金属による配線金属膜７と、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜あるいはガラス膜等の上部絶縁膜８とを具備して構成されており、センサー受光部において感熱素子６に電気的に接続した配線金属膜７が半導体基板表面の接続部４の電極パッドに電気的に接続されている。
【００３３】
そして、赤外線吸収膜９が赤外線１０を吸収してセンサー受光部１の温度が上昇すると感熱素子６の特性が変化し、この変化を梁部３の配線金属膜７および接続部４の電極パッドを通して検知することにより赤外線１０の照射量を測定することができる。
【００３４】
図１（Ｂ）および図２に示すように本発明の赤外線センサーの梁部の断面構造（長手方向に対して直角の断面構造）は十字型になっている。
【００３５】
すなわち図２を参照して本発明の実施の形態では、下部絶縁膜５が水平下面を有する水平部分５Ａとその中央部から垂直側面を有して下方に突出する突起部分５Ｂから構成され、上部絶縁膜８が水平上面を有する水平部分８Ａとその中央部から垂直側面を有して上方に突出する垂直側面を有する突起部分８Ｂから構成され、これにより梁部３は上下左右向きの応力に強い断面構造である十字型構造になっている。
【００３６】
図３は本発明の実施の形態の製造方法を工程順に示す断面図である。
【００３７】
先ず、図３（Ａ）に示すように、半導体基板２上に多結晶シリコン犠牲膜２１を形成する。センサー受光部１を形成する箇所における多結晶シリコン犠牲膜２１の厚さはＧであり、梁部３を形成する箇所における多結晶シリコン犠牲膜２１の厚さはＨからテーパ状に減少した寸法になっている。
【００３８】
次ぎに、図３（Ｂ）に示すように、梁部の幅の中央部となる多結晶シリコン犠牲膜２１の箇所に梁部の幅の半分の深さの溝２２を形成する。
【００３９】
次ぎに、図３（Ｃ）に示すように、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜あるいはガラス膜等の下部絶縁膜５、アルミ等の金属による配線金属膜７およびシリコン酸化膜、シリコン窒化膜あるいはガラス膜等の上部絶縁膜８を順次形成する。ここで、溝２２の内部に下部絶縁膜５の突起５Ｂが形成される。尚、センサー受光部１を形成する箇所では、配線金属膜形成の前工程または後工程で感熱素子６を形成する。
【００４０】
次ぎに、図３（Ｄ）に示すように、梁部の幅の中央部となる上部絶縁膜８の箇所、すなわち多結晶シリコン犠牲膜２１の溝２２の真上に位置する上部絶縁膜８の箇所にマスクを設けて他の箇所を異方性エッチングを行うことにより、梁部の幅の半分の高さの突起８Ｂを形成する。
【００４１】
次ぎに、センサー受光部１の上部絶縁膜上に赤外線吸収膜９（図１）を形成する。
【００４２】
次ぎに、センサー受光部１および梁部３となる箇所にマスクを設けて他の箇所を多結晶シリコン犠牲膜２１に達するまで異方性エッチングを行い上部絶縁膜、配線金属膜および下部絶縁膜のパターニングする。
【００４３】
最後に、下部絶縁膜５の下の多結晶シリコン犠牲膜２１の全部をウェット系の選択性の高い等方エッチングで取り除き、図１に示すような、フローティング状態の梁部３およびセンサー受光部１を作成する。
【００４４】
図４は本発明の他の実施の形態における梁部１３の断面図である。尚、図４において図１乃至図３と同一もしくは類似の箇所は同じ符号を付してあるから重複する説明は省略する。
【００４５】
この実施の形態の梁部１３では、金属配線膜７の側面を上部絶縁膜８で覆っている。先の実施の形態では金属配線膜７が梁部の幅と同じであるからそれだけ幅広になって電気抵抗が少なくなり、かつ、上下部の絶縁膜と同じマスクで容易にパターニングをすることができるという利点があり、この実施の形態では金属配線膜７の側面が上部絶縁膜により被覆されているから腐食等に対する耐性が強いという利点がある。
【００４６】
また、突起部分５Ｂを有する下部絶縁膜５と突起部分８Ｂを有する上部絶縁膜８との間に、配線金属膜７だけではなく、例えば図６のように、感熱素子となる感温抵抗変化膜等の他の部材を併設しても、梁部の全体として十字型断面構造になれば本発明の効果が得られる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の赤外線センサーは、梁部の断面構造が十字型をしているから、上下左右どちらの方向からの力に対しても耐えられる強い構造となるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す図であり、（Ａ）は実施の形態の赤外線センサーの全体の斜視図、（Ｂ）は（Ａ）を切断線Ｂ−Ｂで切断し矢印の方向を視た拡大断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の梁部の断面構造を拡大して示す図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は斜視図を含む断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態の梁部の断面構造を拡大して示す図である。
【図５】従来技術を示す図であり、（Ａ）は赤外線センサーの全体の斜視図、（Ｂ）は（Ａ）を切断線Ｂ−Ｂで切断し矢印の方向を視た拡大断面図である。
【図６】他の従来技術の梁部を示す断面図である。
【符号の説明】
１    センサー受光部
２    半導体基板
３    梁部
４    接続部
５    下部絶縁膜
５Ａ    水平部分
５Ｂ    突起部分
６    感熱素子
７    配線金属膜
８    上部絶縁膜
８Ａ    水平部分
８Ｂ    突起部分
９    赤外線吸収膜
１０    赤外線
１３    梁部
２１    多結晶シリコン犠牲膜
２２    溝
５１    センサー受光部
５３    梁部
５２    半導体基板
５４    接続部
５５    下部絶縁膜
５６    感熱素子となる感温抵抗変化膜
５７    配線金属膜
５８    上部絶縁膜
５９    赤外線吸収膜
５０    赤外線
６３  梁部
【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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