(57)【要約】【課題】赤外線センサにおけるＭＯＳトランジスタのしきい値のばらつきを小さくすることが可能な赤外線センサの製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板１の一表面側にシリコン酸化膜３１とシリコン窒化膜３２との積層膜を形成してから、シリコン窒化膜３２のうち熱型赤外線検出部３の形成予定領域Ａ１に対応する部分を残してＭＯＳトランジスタ４の形成予定領域Ａ２に対応する部分をドライエッチングにより除去する。その後、半導体基板１の一表面側に第１のイオン注入を行ってウェル領域４１を形成してから、ＭＯＳトランジスタ４のしきい値電圧を制御するための第２のイオン注入を行う。ウェル領域を形成する工程では、シリコン酸化膜３１のうちＭＯＳトランジスタ４の形成予定領域Ａ２に形成されている部分（シリコン酸化膜５１）の一部をウェットエッチングにより除去してから、シリコン酸化膜３１をマスクとして第１のイオン注入を行う。【選択図】図１
2012112666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の一表面側に形成されたシリコン酸化膜と当該シリコン酸化膜上のシリコン窒化膜との積層膜を有し前記半導体基板に支持された熱型赤外線検出部と、前記半導体基板の前記一表面側において前記熱型赤外線検出部に並設され前記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た赤外線センサの製造方法であって、前記半導体基板の前記一表面側の全体に亘って前記シリコン酸化膜と前記シリコン窒化膜との積層膜を形成する第１の工程と、前記第１の工程の後で前記シリコン窒化膜のうち前記半導体基板における前記熱型赤外線検出部の形成予定領域に対応する部分を残して前記半導体基板における前記ＭＯＳトランジスタの形成予定領域に対応する部分をドライエッチングにより除去する第２の工程と、前記第２の工程の後で前記半導体基板の前記一表面側に第１のイオン注入を行ってウェル領域を形成する第３の工程と、前記第３の工程の後で前記ＭＯＳトランジスタのしきい値電圧を制御するための第２のイオン注入を行う第４の工程と、前記第４の工程の後で前記ＭＯＳトランジスタのドレイン領域およびソース領域を形成する第５の工程とを備え、前記第３の工程では、前記シリコン酸化膜のうち前記ＭＯＳトランジスタの形成予定領域に形成されている部分の一部をウェットエッチングにより除去してから、前記シリコン酸化膜をマスクとして前記第１のイオン注入を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２の工程の後であって前記第３の工程の前に、前記シリコン窒化膜をマスクとして熱酸化を行うことによって前記シリコン酸化膜のうち前記ＭＯＳトランジスタの形成予定領域に形成されている部分の膜厚を大きくする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、図１９に示すように、シリコン基板２０１の一表面側に、熱型赤外線検出部２０３と熱型赤外線検出部２０３の出力を読み出すためのＭＯＳトランジスタ２０４とを有する複数の画素部２０２が形成された赤外線センサが提案されている（特許文献１）。ここにおいて、ＭＯＳトランジスタ２０４は、熱型赤外線検出部２０３に並設されている。また、この赤外線センサは、シリコン基板２０１における各熱型赤外線検出部２０３それぞれに対応する部位ごとに熱絶縁用の空洞部２１１が形成されている。
【０００３】
熱型赤外線検出部２０３は、シリコン基板２０１の上記一表面側における熱型赤外線検出部２０３の形成予定領域Ａ１に形成されている。この熱型赤外線検出部２０３は、シリコン基板２０１の上記一表面側に形成された矩形枠状の支持部２３３ａと、支持部２３３ａの内側に配置される矩形状の赤外線吸収部２３３ｂと、支持部２３３ａと赤外線吸収部２３３ｂとを連結する２つの梁部２３３ｃとを有している。
【０００４】
熱型赤外線検出部２０３は、シリコン基板２０１の上記一表面側に形成され圧縮応力を有する熱絶縁用シリコン酸化膜２３１と当該熱絶縁用シリコン酸化膜２３１上に形成され引張応力を有する熱絶縁用シリコン窒化膜２３２との積層膜からなる熱絶縁層２３３と、熱絶縁層２３３上に形成された熱電対型の感温部２３６と、熱絶縁層２３３の表面側で感温部２３６を覆うように形成されたＢＰＳＧ膜からなる層間絶縁膜２４９と、層間絶縁膜２４９上に形成されたパッシベーション膜２６０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。なお、感温部２３６は、熱絶縁層２３３上に形成されたｎ形ポリシリコン層２３４とｐ形ポリシリコン層２３５とを有しており、ｎ形ポリシリコン層２３４およびｐ形ポリシリコン層２３５それぞれの大部分が、層間絶縁膜２４９により覆われている。
【０００５】
また、ＭＯＳトランジスタ２０４は、シリコン基板２０１の上記一表面側で、各画素部２０２それぞれにおけるＭＯＳトランジスタ２０４の形成予定領域Ａ２に形成されている。ここで、ＭＯＳトランジスタ２０４は、シリコン基板２０１の上記一表面側にｐ形（ｐ＋）のウェル領域２４１が形成され、ウェル領域２４１内に、ｎ形（ｎ＋）のドレイン領域２４３とｎ形（ｎ＋）のソース領域２４４とが離間して形成されている。また、ウェル領域２４１においてドレイン領域２４３とソース領域２４４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２４５を介してポリシリコン層からなるゲート電極２４６が形成されている。また、ドレイン領域２４３上にはドレイン電極２４７が形成され、ソース領域２４４上にはソース電極２４８が形成されている。
【０００６】
また、特許文献１には、上述の赤外線センサの製造方法が提案されている。この赤外線センサの製造方法によれば、シリコン基板２０１の上記一表面側における熱型赤外線検出部２０３の形成予定領域Ａ１に圧縮応力を有する熱絶縁用シリコン酸化膜２３１と引張応力を有する熱絶縁用シリコン窒化膜２３２との積層膜からなる熱絶縁層２３３を形成し、その後、シリコン基板２０１の上記一表面側におけるＭＯＳトランジスタ２０４の形成予定領域Ａ２にウェル領域２４１を形成する。その後、シリコン基板２０１の上記一表面側を熱酸化することによりゲート絶縁膜２４５を形成する。その後、熱絶縁層２３３上に感温部２３６の構成要素を形成してから、ウェル領域２４１内にドレイン領域２４３およびソース領域２４４を形成する。その後、シリコン基板２０１の上記一表面側に層間絶縁膜２４９を形成した後、層間絶縁膜２４９の表面側にパッシベーション膜２６０を形成してから、シリコン基板２０１に空洞部２１１を形成する。なお、上述の製造方法では、空洞部２１１を形成する空洞部形成工程が終了するまでの全工程をウェハレベル（ウェハの状態）で行い、空洞部形成工程が終了した後、個々の赤外線センサに分離する分離工程を行うようにしいている。
【０００７】
上述の製造方法において、熱絶縁層２３３を形成する熱絶縁層形成工程では、まず、シリコン基板２０１の上記一表面側の全面に熱絶縁用シリコン酸化膜２３１と熱絶縁用シリコン窒化膜２３２とからなる熱絶縁層２３３を形成し、その後、当該熱絶縁層２３３のうち熱型赤外線検出部２０３の形成予定領域Ａ１に対応する部分のみを残してＭＯＳトランジスタ２０４の形成予定領域Ａ２に対応する部分をエッチング除去している（図２０（ａ）参照）。
【０００８】
また、ウェル領域２４１を形成するウェル領域形成工程では、シリコン基板２０１の上記一表面側の露出部位を熱酸化することによりシリコン酸化膜２５１を選択的に形成し、その後、ウェル領域２４１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２５１をパターニングし、続いて、ｐ形不純物のイオン注入を行ってから、ドライブインを行うことにより、ウェル領域２４１を形成している（図２０（ｂ）参照）。
【０００９】
上述の赤外線センサの製造方法によれば、熱絶縁層２３３が圧縮応力を有する熱絶縁用シリコン酸化膜２３１と引張応力を有する熱絶縁用シリコン窒化膜２３２との積層膜により構成されるから、熱型赤外線検出部２０３の薄膜化を図りながらも熱型赤外線検出部２０３の赤外線吸収部２３３ｂおよび各梁部２３３ｃの反りを防止することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−４８８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、上述の赤外線センサの製造方法では、熱絶縁層形成工程において、シリコン基板２０１の上記一表面側の全面に熱絶縁用シリコン酸化膜２３１と熱絶縁用シリコン窒化膜２３２とからなる熱絶縁層２３３を形成し、その後、ＭＯＳトランジスタ２０４の形成予定領域Ａ２に対応する部分をエッチング除去している。しかしながら、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熱絶縁層２３３をパターニングする際に、シリコン基板２０１におけるＭＯＳトランジスタ２０４の形成予定領域Ａ２に、ドライエッチングによるエッチングダメージが発生してしまい、結果的に、ＭＯＳトランジスタ２０４の所望のしきい値が得られなかったり、ウェハ面内やロット間でのＭＯＳトランジスタ２０４のしきい値のばらつきが大きく、製造歩留まりが低下してしまうことがあった。また、熱絶縁層２３３をパターニングする際に、熱絶縁用シリコン窒化膜２３２をドライエッチングによってパターニングしてから、熱絶縁用シリコン酸化膜２３１をウェットエッチングによってパターニングすることが考えられるが、熱絶縁用シリコン酸化膜２３１がサイドエッチングされてしまうとともに、サイドエッチング量の面内ばらつきが大きくなってしまう。また、熱絶縁用シリコン窒化膜２３２をウェットエッチングすることも考えられるが、エッチング液として燐酸系溶液を用いる必要があり、パーティクルが発生し、製造歩留まりが低下してしまう懸念がある。
【００１２】
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、赤外線センサにおけるＭＯＳトランジスタのしきい値のばらつきを小さくすることが可能な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】
【００１３】
本発明の赤外線センサの製造方法は、半導体基板の一表面側に形成されたシリコン酸化膜と当該シリコン酸化膜上のシリコン窒化膜との積層膜を有し前記半導体基板に支持された熱型赤外線検出部と、前記半導体基板の前記一表面側において前記熱型赤外線検出部に並設され前記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た赤外線センサの製造方法であって、前記半導体基板の前記一表面側の全体に亘って前記シリコン酸化膜と前記シリコン窒化膜との積層膜を形成する第１の工程と、前記第１の工程の後で前記シリコン窒化膜のうち前記半導体基板における前記熱型赤外線検出部の形成予定領域に対応する部分を残して前記半導体基板における前記ＭＯＳトランジスタの形成予定領域に対応する部分をドライエッチングにより除去する第２の工程と、前記第２の工程の後で前記半導体基板の前記一表面側に第１のイオン注入を行ってウェル領域を形成する第３の工程と、前記第３の工程の後で前記ＭＯＳトランジスタのしきい値電圧を制御するための第２のイオン注入を行う第４の工程と、前記第４の工程の後で前記ＭＯＳトランジスタのドレイン領域およびソース領域を形成する第５の工程とを備え、前記第３の工程では、前記シリコン酸化膜のうち前記ＭＯＳトランジスタの形成予定領域に形成されている部分の一部をウェットエッチングにより除去してから、前記シリコン酸化膜をマスクとして前記第１のイオン注入を行うことを特徴とする。
【００１４】
この赤外線センサの製造方法において、前記第２の工程の後であって前記第３の工程の前に、前記シリコン窒化膜をマスクとして熱酸化を行うことによって前記シリコン酸化膜のうち前記ＭＯＳトランジスタの形成予定領域に形成されている部分の膜厚を大きくすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の赤外線センサの製造方法においては、赤外線センサにおけるＭＯＳトランジスタのしきい値のばらつきを小さくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態の赤外線センサの要部概略断面図である。
【図２】同上における赤外線センサの平面レイアウト図である。
【図３】同上における赤外線センサの画素部の平面レイアウト図である。
【図４】同上における赤外線センサの画素部の平面レイアウト図である。
【図５】同上における赤外線センサの画素部の要部を示す平面レイアウト図である。
【図６】同上における赤外線センサの画素部の要部の平面レイアウト図である。
【図７】同上における赤外線センサの画素部の要部の平面レイアウト図である。
【図８】同上における赤外線センサの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９】同上における赤外線センサの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１０】同上における赤外線センサの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１１】同上における赤外線センサの画素部の要部の概略断面図である。
【図１２】同上における赤外線センサの画素部の要部の概略断面図である。
【図１３】同上における赤外線センサの要部説明図である。
【図１４】同上における赤外線センサの等価回路図である。
【図１５】同上における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】同上における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】同上における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１８】同上における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１９】従来例における赤外線センサを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は画素部の概略平面図、（ｃ）は（ｂ）のＤ−Ｄ’概略断面図である。
【図２０】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】
【００１７】
以下、図１〜図１４に基づいて本実施形態における赤外線センサ１００について説明してから、その製造方法について説明する。なお、図１は、図５のＤ−Ｄ’断面に対応する概略断面図である。
【００１８】
赤外線センサ１００は、熱型赤外線検出部３と画素選択用の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が、半導体基板１の上記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（図２参照）。本実施形態では、１つの半導体基板１の上記一表面側にｍ×ｎ個（図２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３参照）を直列接続することにより構成されている。図１４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で表してある。
【００１９】
また、赤外線センサ１００は、図３、図５および図１４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（第１の配線）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（第２の配線）６とを備えている。また、赤外線センサ１００は、各列のＭＯＳトランジスタ４のｐ＋形のウェル領域４１が各列ごとに共通接続された複数のグラウンド線（第３の配線）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（第４の配線）とを備えている。さらに、赤外線センサ１００は、各列の複数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（第５の配線）５を備えている。しかして、赤外線センサ１００は、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、赤外線センサ１００は、半導体基板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。
【００２０】
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、ドレイン電極４７が垂直読み出し線７に接続されている。各水平信号線６それぞれは、各別の画素選択用のパッドＶselに電気的に接続され、各基準バイアス線５は、共通基準バイアス線５ａに共通接続され、各垂直読み出し線７それぞれは、各別の出力用のパッドＶoutに電気的に接続されている。また、共通グラウンド線９は、グラウンド用のパッドＧndに電気的に接続され、共通基準バイアス線５ａは、基準バイアス用のパッドＶrefと電気的に接続され、半導体基板１は、基板用のパッドＶddに電気的に接続されている。
【００２１】
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のパッド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、基準バイアス用のパッドＶrefの電位を１．６５Ｖ、グラウンド用のパッドＧndの電位を０Ｖ、基板用のパッドＶddの電位を５Ｖとしておき、画素選択用のパッドＶselの電位を５Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオンとなり、出力用のパッドＶoutから画素部２の出力電圧（１．６５Ｖ＋感温部３０の出力電圧）が読み出される。また、画素選択用のパッドＶselの電位を０Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオフとなり、出力用のパッドＶoutから画素部２の出力電圧は読み出されない。なお、図２では、図１４における画素選択用のパッドＶsel、基準バイアス用のパッドＶref、グラウンド用のパッドＧnd、出力用のパッドＶoutなどを区別せずに、全てパッド８０として図示してある。
【００２２】
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、上述の半導体基板１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。
【００２３】
各画素部２の熱型赤外線検出部３は、半導体基板１の上記一表面側において熱型赤外線検出部３の形成予定領域Ａ１（図１、図５参照）に形成されている。また、各画素部２のＭＯＳトランジスタ４は、半導体基板１の上記一表面側においてＭＯＳトランジスタ４の形成予定領域Ａ２（図１、図５参照）に形成されている。
【００２４】
赤外線センサ１００は、半導体基板１の上記一表面側において熱型赤外線検出部３の一部の直下に空洞部１１が形成されている。熱型赤外線検出部３は、半導体基板１の上記一表面側で空洞部１１の周部に形成された支持部３ｄと、半導体基板１の上記一表面側で平面視において空洞部１１を覆う第１の薄膜構造部３ａとを備えている。第１の薄膜構造部３ａは、赤外線を吸収する赤外線吸収部３３を備えている。ここで、第１の薄膜構造部３ａは、空洞部１１の周方向に沿って並設され支持部３ｄに支持された複数の第２の薄膜構造部３ａａと、隣接する第２の薄膜構造部３ａａ同士を連結する連結片３ｃ（図３参照）とを有している。なお、図３の例の熱型赤外線検出部３では、複数の線状のスリット１３を設けることにより、第１の薄膜構造部３ａが６つの第２の薄膜構造部３ａａに分離されている。以下では、赤外線吸収部３３（第１の赤外線吸収部３３と称する）のうち第２の薄膜構造部３ａａそれぞれに対応して分割された各部位を第２の赤外線吸収部３３ａと称する。
【００２５】
熱型赤外線検出部３は、第２の薄膜構造部３ａａごとにサーモパイル３０ａが設けられている。ここで、サーモパイル３０ａは、温接点Ｔ１が、第２の薄膜構造部３ａａに設けられ、冷接点Ｔ２が、支持部３ｄに設けられている。要するに、温接点Ｔ１は、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重なる第１の領域に形成され、冷接点Ｔ２は、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重ならない第２の領域に形成されている。
【００２６】
また、熱型赤外線検出部３の感温部３０は、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。図３の例では、感温部３０は、６個のサーモパイル３０ａを直列接続してある。ただし、上述の接続関係は、複数個のサーモパイル３０ａの全てを直列接続する接続関係に限らない。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れば、６個のサーモパイル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る。また、６個のサーモパイル３０ａの全て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。
【００２７】
ここで、熱型赤外線検出部３では、第２の薄膜構造部３ａａごとに、支持部３ｄと第２の赤外線吸収部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の周方向に離間して形成されている。ここにおいて、赤外線センサ１００は、２つのブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂと第２の赤外線吸収部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。熱型赤外線検出部３のうち、平面視において第１の薄膜構造部３ａを囲む部位である支持部３ｄは、矩形枠状の形状となっている。なお、ブリッジ部３ｂｂは、上述の各スリット１３，１４により、第２の赤外線吸収部３３ａおよび支持部３ｄそれぞれとの連結部位以外の部分が、第２の赤外線吸収部３３ａおよび支持部３ｄと空間的に分離されている。ここで、第２の薄膜構造部３ａａは、支持部３ｄからの延長方向の寸法を９３μｍ、この延長方向に直交する幅方向の寸法を７５μｍとし、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。
【００２８】
第１の薄膜構造部３ａは、半導体基板１の上記一表面側に形成された第１のシリコン酸化膜３１と、第１のシリコン酸化膜３１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形成されている。第１のシリコン酸化膜３１は、圧縮応力を有し、シリコン窒化膜３２は、引張応力を有している。層間絶縁膜５０は、ＢＰＳＧ膜により構成してある。また、パッシベーション膜６０は、ＰＳＧ膜と当該ＰＳＧ膜上に形成されたＮＳＧ膜との積層膜により構成してあるが、これに限らず、例えば、シリコン窒化膜により構成してもよい。
【００２９】
上述の熱型赤外線検出部３では、シリコン窒化膜３２のうち第１の薄膜構造部３ａのブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂ以外の部位が第１の赤外線吸収部３３を構成している。また、支持部３ｄは、第１のシリコン酸化膜３１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とで構成されている。
【００３０】
また、赤外線センサ１００は、層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０との積層膜が、半導体基板１の上記一表面側において、熱型赤外線検出部３の形成予定領域Ａ１とＭＯＳトランジスタ４の形成予定領域Ａ２とに跨って形成されており、この積層膜のうち、熱型赤外線検出部３の形成予定領域Ａ１に形成された部分が赤外線吸収膜７０（図１参照）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。
【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Ｘ字状に形成されており、第２の薄膜構造部３ａａの延長方向に交差する斜め方向において隣接する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士、第２の薄膜構造部３ａａの延長方向において隣接する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士、第２の薄膜構造部３ａａの延長方向に直交する方向において隣接する第２の薄膜構造部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上で第２の薄膜構造部３ａａと支持部３ｄとに跨って形成されたｎ形ポリシリコン層３４とｐ形ポリシリコン層３５との一端部同士を第２の赤外線吸収部３３ａの赤外線入射面側で金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる接続部３６により電気的に接続した複数個（図３に示した例では、９個）の熱電対を有している。また、サーモパイル３０ａは、半導体基板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）からなる接続部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の上記一端部と接続部３６とで温接点Ｔ１を構成している。また、サーモパイル３０ａは、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の上記他端部と接続部３７とで冷接点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、赤外線センサ１００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半導体基板１の上記一表面側のシリコン窒化膜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。
【００３３】
また、赤外線センサ１００は、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、第１の薄膜構造部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３の上下方向における真ん中の２つの第２の薄膜構造部３ａａでは、図３および図６に示すように、３つの第２の薄膜構造部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つの第２の薄膜構造部３ａａでは、図３および図７に示すように、３つの第２の薄膜構造部３ａａの並設方向において真ん中の第２の薄膜構造部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つの第２の薄膜構造部３ａａでは、図３に示すように、３つの第２の薄膜構造部３ａａの並設方向において真ん中の第２の薄膜構造部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、赤外線センサ１００では、図３の上下方向における上側、下側の第２の薄膜構造部３ａａの複数の温接点Ｔ１の配置が、真ん中の第２の薄膜構造部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。なお、本実施形態では、空洞部１１の最深部の深さを所定深さｄｐ（図１参照）とするとき、所定深さｄｐを２００μｍに設定してあるが、この値は一例であり、特に限定するものではない。
【００３４】
また、第２の薄膜構造部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、第２の薄膜構造部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が形成されている。また、隣接する第２の薄膜構造部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８参照）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、赤外線センサ１００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８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半導体基板１としてシリコン基板を用いており、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、赤外線センサ１００は、図８および図１３（ｂ）に示すように、連結片３ｃの両側縁と第２の薄膜構造部３ａａの側縁との間にそれぞれ面取り部３ｄ，３ｄが形成され、Ｘ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、赤外線センサ１００では、図１３（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と第２の薄膜構造部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、赤外線センサ１００では、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８に示した例では、各面取り部３ｄ，３ｅをＲ（アール）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】
また、赤外線センサ１００は、各熱型赤外線検出部３に、支持部３ｄと一方のブリッジ部３ｂｂと第２の赤外線吸収部３３ａと他方のブリッジ部３ｂｂと支持部３ｄとに跨って引き回されたｎ形ポリシリコン層からなる故障診断用の配線（以下、故障診断用配線と称する）１３９を設けて、全ての故障診断用配線１３９を直列接続してある。しかして、ｍ×ｎ個の故障診断用配線１３９の直列回路へ通電することで、ブリッジ部３ｂｂの折れなどの破損の有無を検出することができる。
【００３７】
要するに、赤外線センサ１００は、製造途中での検査時や使用時において、ｍ×ｎ個の故障診断用配線１３９の直列回路への通電の有無によって、ブリッジ部３ｂｂの折れや故障診断用配線１３９の断線などを検出することができる。また、赤外線センサ１００では、上述の検査時や使用時において、ｍ×ｎ個の故障診断用配線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、第１の薄膜構造部３ａの反りや第１の薄膜構造部３ａの半導体基板１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、本実施形態における赤外線センサ１００では、平面視において、故障診断用配線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。したがって、故障診断用配線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。上述の故障診断用配線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および故障診断用配線１３９は、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、１０１８〜１０２０ｃｍ−３）で含んでおり、ｎ形ポリシリコン層３４と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１０１８〜１０２０ｃｍ−３程度の範囲で適宜設定すればよい。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１０１８〜１０２０ｃｍ−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および故障診断用配線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、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、および故障診断用配線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、および故障診断用配線１３９それぞれの厚さｔ１をλ／４ｎ１に設定するようにしている。しかして、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３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、および故障診断用配線１３９それぞれの不純物濃度が１０１８〜１０２０ｃｍ−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る。また、本実施形態では、赤外線吸収層３９および故障診断用配線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の接続部３６と接続部３７とは、半導体基板１の上記一表面側において、層間絶縁膜５０によって絶縁分離されている（図９および図１０参照）。すなわち、温接点Ｔ１側の接続部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ている。また、冷接点Ｔ２側の接続部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、半導体基板１の上記一表面側においてＭＯＳトランジスタ４の形成予定領域Ａ２に形成されている。
【００４３】
ＭＯＳトランジスタ４は、図１、図５および図１２に示すように、半導体基板１の上記一表面側にｐ形（ｐ＋）のウェル領域４１が形成され、ウェル領域４１内に、ｎ形（ｎ＋）のドレイン領域４３とｎ形（ｎ＋）のソース領域４４とが離間して形成されている。さらに、ウェル領域４１内には、ドレイン領域４３とソース領域４４とを囲むｐ形（ｐ＋＋）のチャネルストッパ領域４２が形成されている。
【００４４】
ウェル領域４１においてドレイン領域４３とソース領域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。
【００４５】
また、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、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。
【００４６】
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によって絶縁分離されている。ここで、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を通してソース領域４４と電気的に接続されている。
【００４７】
赤外線センサ１００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、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に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の電極（以下、グラウンド用電極と称する）４９が形成されている。このグラウンド用電極４９は、チャネルストッパ領域４２をドレイン領域４３およびソース領域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を通してチャネルストッパ領域４２と電気的に接続されている。
【００４８】
上述の赤外線センサ１００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って温接点Ｔ１を温める故障診断用配線１３９を備えているので、故障診断用配線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る。しかも、上述の赤外線センサ１００によれば、故障診断用配線１３９が、熱型赤外線検出部３において半導体基板１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、故障診断用配線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。
【００４９】
ここで、赤外線センサ１００は、使用時において自己診断を行わない通常時において、故障診断用配線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、赤外線センサ１００では、赤外線吸収層３９および補強層３９ｂ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。また、赤外線センサ１００の使用時の自己診断は、赤外線センサ１００とは別途に製造されたＩＣ素子（図示せず）に設けられた自己診断回路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。
【００５０】
また、赤外線センサ１００は、第１の薄膜構造部３ａが、複数の線状のスリット１３を設けることによって、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を囲む部位である支持部３ｄから内方へ延長された複数の第２の薄膜構造部３ａａに分離され、各第２の薄膜構造部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る。しかも、赤外線センサ１００は、第１の薄膜構造部３ａにおける全ての第２の薄膜構造部３ａａに跨って故障診断用配線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、赤外線センサ１００では、隣接する第２の薄膜構造部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、各第２の薄膜構造部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。
【００５１】
また、赤外線センサ１００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と故障診断用配線１３９とが同一の厚さに設定されているので、第２の薄膜構造部３ａａの応力バランスの均一性が向上し、第２の薄膜構造部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。
【００５２】
また、赤外線センサ１００は、故障診断用配線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、故障診断用配線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。
【００５３】
また、赤外線センサ１００は、赤外線吸収部３３および故障診断用配線１３９を備えた複数の画素部２が、半導体基板１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それぞれの故障診断用配線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。
【００５４】
また、赤外線センサ１００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、出力用のパッドＶout（図１４参照）の数を少なくでき、小型化および低コスト化を図れる。
【００５５】
以下、赤外線センサ１００の製造方法について図１５〜図１８を参照しながら説明する。
【００５６】
まず、シリコン基板からなる半導体基板１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（第１の工程）を行う。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シリコン窒化膜３２のうち熱型赤外線検出部３の形成予定領域Ａ１に対応する部分の一部を残してＭＯＳトランジスタ４の形成予定領域Ａ２に対応する部分をドライエッチングにより除去する窒化膜パターニング工程（第２の工程）を行うことによって、図１５（ａ）に示す構造を得る。ここにおいて、第１のシリコン酸化膜３１は、半導体基板１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。
【００５７】
上述の窒化膜パターニング工程の後、半導体基板１の上記一表面側にｐ形（ｐ＋）のウェル領域４１を形成するウェル領域形成工程（第３の工程）を行うことによって、図１５（ｃ）に示す構造を得る。ここで、本実施形態では、窒化膜パターニング工程の後であってウェル領域形成工程の前に、シリコン窒化膜３２をマスクとして熱酸化を行う選択酸化工程を行うことによって、図１５（ｂ）に示す構造を得る。この選択酸化工程では、熱酸化を行うことによって、第１のシリコン酸化膜３１のうちＭＯＳトランジスタ４の形成予定領域Ａ２に形成されている部分の膜厚を大きくする。図１５（ｂ）では、第１のシリコン酸化膜３１のうち膜厚が大きくなった部分（ＭＯＳトランジスタ４の形成予定領域Ａ２に形成されている部分）をシリコン酸化膜５１としてある。ウェル領域形成工程では、ウェル領域４１を形成するためのレジストマスクをフォトリソグラフィ技術を利用して形成した後、シリコン酸化膜５１の一部（ウェル領域４１の形成予定領域上の部分）をフッ酸系のエッチング液（例えば、ＢＨＦなど）を用いたウェットエッチングにより除去することで半導体基板１を露出させ、その後、シリコン酸化膜５１をマスクとしてｐ形不純物（例えば、ボロンなど）のイオン注入（第１のイオン注入）を行ってから、ドライブインを行うことにより、ウェル領域４１を形成する。要するに、ウェル領域形成工程では、イオン注入法を利用してウェル領域４１を形成する。
【００５８】
上述のウェル領域形成工程の後、半導体基板１の上記一表面側におけるウェル領域４１内にｐ形（ｐ＋＋）の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１６（ａ）に示す構造を得る。チャネルストッパ領域形成工程では、半導体基板１の上記一表面側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）５２を選択的に形成する。その後、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２のシリコン酸化膜５２をパターニングする。続いて、ｐ形不純物（例えば、ボロンなど）のイオン注入を行ってから、ドライブインを行うことにより、チャネルストッパ領域４２を形成する。要するに、チャネルストッパ領域形成工程では、イオン注入法を利用してチャネルストッパ領域４２を形成する。
【００５９】
上述のチャネルストッパ領域形成工程の後、第２のシリコン酸化膜５２をパターニングするためのレジストマスクをフォトリソグラフィ技術を利用して形成し、その後、第２のシリコン酸化膜５２の一部をフッ酸系のエッチング液（例えば、ＢＨＦなど）を用いたウェットエッチングにより除去することで半導体基板１を露出させ、その後、半導体基板１の上記一表面側に第３のシリコン酸化膜５３を熱酸化により形成し、その後、第３のシリコン酸化膜５３の一部をフッ酸系のエッチング液（例えば、ＢＨＦなど）を用いたウェットエッチングにより除去することで半導体基板１を露出させ、ＭＯＳトランジスタ４のしきい値電圧（ＶＴ）を制御するためのイオン注入（第２のイオン注入）を行うＶＴイオン注入工程（第４の工程）を実施する。ここにおいて、ＶＴイオン注入工程では、ウェル領域４１と同じ導電形の不純物（例えば、ボロンなどのｐ形不純物）をイオン注入する。
【００６０】
ＶＴイオン注入工程の後、半導体基板１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う。続いて、半導体基板１の上記一表面側の全面にゲート電極４６、水平信号線６（図３参照）、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および故障診断用配線１３９の基礎となる所定膜厚（例えば、０．６９μｍ）のノンドープポリシリコン層をＬＰＣＶＤ法により形成するポリシリコン層形成工程を行う。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上記ノンドープポリシリコン層のうちゲート電極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および故障診断用配線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う。続いて、上記ノンドープポリシリコン層のうち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）のイオン注入を行ってからドライブインを行うことにより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。その後、上記ノンドープポリシリコン層のうちｎ形ポリシリコン層３４、赤外線吸収層３９、故障診断用配線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）のイオン注入を行ってからドライブインを行うことによりｎ形ポリシリコン層３４、赤外線吸収層３９、故障診断用配線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１６（ｂ）に示す構造を得る。ここで、本実施形態では、ｎ形ポリシリコン層形成工程と同時に、ｎ形（ｎ＋）のドレイン領域４３およびｎ形（ｎ＋）のソース領域４４を形成するドレイン領域・ソース領域形成工程（第５の工程）を行う。このドレイン領域・ソース領域形成工程では、ウェル領域４１におけるドレイン領域４３およびソース領域４４それぞれの形成予定領域にｎ形不純物（例えば、リンなど）のイオン注入を行ってから、ドライブインを行うことによって、ドレイン領域４３およびソース領域４４を形成する。ここにおいて、ドレイン領域・ソース領域形成工程では、上記ノンドープポリシリコン層のうちゲート電極４６になる部分とシリコン酸化膜５３とが、ドレイン領域４３およびソース領域４４それぞれの形成予定領域にｎ形不純物をイオン注入する際のマスクを兼ねている。要するに、本実施形態では、ドレイン領域４３およびソース領域４４を、セルフアライメント技術を利用して形成している。なお、ｐ形ポリシリコン層形成工程とｎ形ポリシリコン層形成工程との順序は逆でもよい。いずれにしても、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は、イオン注入法を利用する。
【００６１】
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、半導体基板１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う。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に各コンタクトホール５０ａ１，５０ａ２，５０ａ３，５０ａ４，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ（図９、図１０、図１２参照）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（ｃ）に示す構造を得る。層間絶縁膜形成工程では、半導体基板１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。
【００６２】
上述のコンタクトホール形成工程の後、半導体基板１の上記一表面側の全面に接続部３６，３７、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１４参照）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う。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接続部３６，３７、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１７（ａ）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。
【００６３】
上述の金属膜パターニング工程の後、半導体基板１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（ｂ）に示す構造を得る。
【００６４】
上述のパッシベーション膜形成工程の後、第１のシリコン酸化膜３１、シリコン窒化膜３２、層間絶縁膜５０、パッシベーション膜６０などを備え、感温部３０などが埋設された積層構造部をパターニングすることにより、第２の薄膜構造部３ａａおよび連結片３ｃ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１８（ａ）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、各スリット１３，１４を形成している。
【００６５】
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を露出させる開口部（図示せず）を形成する開口部形成工程を行う。次に、各スリット１３，１４をエッチング液導入孔としてエッチング液を導入し半導体基板１を異方性エッチング（結晶異方性エッチング）することにより半導体基板１に空洞部１１を形成する空洞部形成工程を行うことで、図１８（ｂ）に示す構造の赤外線センサ１００を得る。ここで、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、エッチング液として所定温度（例えば、８５℃）に加熱したＴＭＡＨ溶液を用いているが、エッチング液はＴＭＡＨ溶液に限らず、他のアルカリ系溶液（例えば、ＫＯＨ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１００に分離する分離工程を行えばよい。
【００６６】
本実施形態の赤外線センサ１００では、熱型赤外線検出部３が、第１のシリコン酸化膜３１、シリコン窒化膜３２、層間絶縁膜５０、パッシベーション膜６０などを備えており、第１のシリコン酸化膜３１が圧縮応力を有する一方で、第２のシリコン窒化膜３２が引張応力を有するので、第１のシリコン酸化膜３１、シリコン窒化膜３２、層間絶縁膜５０、パッシベーション膜６０などの成膜条件（膜厚、成膜方法、成膜温度など）、特に、第１のシリコン酸化膜３１、第２のシリコン窒化膜３２の成膜条件を適宜設定することによって、熱型赤外線検出部３の残留応力を略零にすることが可能となり、熱型赤外線検出部３の反りを抑制することができる。
【００６７】
ところで、ＭＯＳトランジスタ４のしきい値電圧はチャネル濃度で決まるが、ＭＯＳトランジスタ４の形成予定領域Ａ２に形成されている第１のシリコン酸化膜３１をドライエッチングにより除去すると、ロット間やウェハ間だけでなく、ウェハ面内でもウェル領域４１の表面濃度がばらつきやすく、結果的にＭＯＳトランジスタ４のしきい値電圧のばらつきが大きくなってしまう。
【００６８】
これに対して、本実施形態の赤外線センサ１００の製造方法は、上述のように、半導体基板１の上記一表面側の全体に亘って第１のシリコン酸化膜３１とシリコン窒化膜３２との積層膜を形成する第１の工程と、第１の工程の後でシリコン窒化膜３２のうち半導体基板１における熱型赤外線検出部３の形成予定領域Ａ１に対応する部分を残して半導体基板１におけるＭＯＳトランジスタ４の形成予定領域Ａ２に対応する部分をドライエッチングにより除去する第２の工程と、第２の工程の後で半導体基板１の上記一表面側に第１のイオン注入を行ってウェル領域４１を形成する第３の工程と、第３の工程の後でＭＯＳトランジスタ４のしきい値電圧を制御するための第２のイオン注入を行う第４の工程と、第４の工程の後でＭＯＳトランジスタ４のドレイン領域４３およびソース領域４４を形成する第５の工程とを備え、第３の工程では、第１のシリコン酸化膜３１のうちＭＯＳトランジスタ４の形成予定領域Ａ２に形成されている部分の一部をウェットエッチングにより除去してから、第１のシリコン酸化膜３１をマスクとして第１のイオン注入を行う。
【００６９】
しかして、本実施形態の赤外線センサ１００の製造方法によれば、ロット間やウェハ間だけでなく、ウェハ面内でも、赤外線センサ１００におけるＭＯＳトランジスタ４のしきい値のばらつきを小さくすることが可能となる。その結果、ＭＯＳトランジスタ４のオン抵抗のばらつきを小さくすることが可能となるとともに、製造歩留まりの向上による低コスト化が可能となる。
【００７０】
ここで、本実施形態の赤外線センサ１００の製造方法においては、第２の工程の後であって第３の工程の前に、シリコン窒化膜３２をマスクとして熱酸化を行うことによって第１のシリコン酸化膜３１のうちＭＯＳトランジスタ４の形成予定領域Ａ２に形成されている部分の膜厚を大きくする選択酸化工程を行うようにしているので、ＭＯＳトランジスタ４の形成予定領域Ａ２の第１のシリコン酸化膜３１であるシリコン酸化膜５１をウェットエッチングによりパターニングすることにより、シリコン酸化膜５１を、第３の工程においてウェル領域４１を形成するためのイオン注入のマスクとして利用することができる。
【００７１】
ただし、第１の工程で成膜する第１のシリコン酸化膜３１の膜厚が、第３の工程においてウェル領域４１を形成するためのイオン注入のマスクとして利用することが可能な膜厚であれば、第２の工程の後であって第３の工程の前に選択酸化工程を必ずしも設ける必要はない。ここで、イオン注入のマスクとして利用することが可能な膜厚については、イオン注入で用いる不純物の種類および加速電圧によって規定される。例えば、不純物がボロン、加速電圧が５０ｋｅＶの場合、マスクとして利用することが可能な膜厚は３５００Å以上であり、不純物がリン、加速電圧が５０ｋｅＶの場合、マスクとして利用することが可能な膜厚は１５００Å以上である。本実施形態の赤外線センサ１００の製造方法においては、上述の選択酸化工程をなくすことによって、工程数の削減による低コスト化を図ることが可能となる。しかしながら、熱型赤外線検出部３における第１のシリコン酸化膜３１の膜厚については、熱容量を小さくして応答速度を速くするという観点からは小さいほうが好ましい。要するに、本実施形態の赤外線センサ１００の製造方法においては、第２の工程の後であって第３の工程の前に、シリコン窒化膜３２をマスクとして熱酸化を行うことによって第１のシリコン酸化膜３１のうちＭＯＳトランジスタ４の形成予定領域Ａ２に形成されている部分の膜厚を大きくする選択酸化工程を行うようにすれば、応答速度の高速化を図りつつ、ＭＯＳトランジスタ４のしきい値のばらつきを小さくすることが可能となる。
【００７２】
上述の赤外線センサ１００では、半導体基板１として上記一表面が（１００）面の単結晶のシリコン基板を用いて、エッチング速度の結晶面方位依存性を利用した異方性エッチングにより形成する空洞部１１を四角錘状の形状としてあるが、四角錘状の形状に限らず、四角錘台状の形状でもよい。また、半導体基板１の上記一表面の面方位は特に限定するものではなく、例えば、半導体基板１として上記一表面が（１１０）面の単結晶シリコン基板を用いてもよい。
【００７３】
また、赤外線センサ１００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チップである必要はなく、少なくとも１つの熱型赤外線検出部３を備えたものであればよい。また、半導体基板１における空洞部１１は、半導体基板１の厚み方向に貫通する形で形成してもよく、この場合は、空洞部１１を形成する空洞部形成工程において、半導体基板１の上記一表面とは反対の他表面側から、半導体基板１における空洞部１１の形成予定領域を、例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のドライエッチング装置を用いた異方性エッチング技術を利用して形成すればよい。
【符号の説明】
【００７４】
１  半導体基板
３  熱型赤外線検出部
４  ＭＯＳトランジスタ
３１  第１のシリコン酸化膜（シリコン酸化膜）
３２  シリコン窒化膜
４１  ウェル領域
４３  ドレイン領域
４４  ソース領域
５１  シリコン酸化膜
１００  赤外線センサ
Ａ１  熱型赤外線検出部の形成予定領域
Ａ２  ＭＯＳトランジスタの形成予定領域
【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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