(57)【要約】【課題】応答速度および構造安定性の向上を図ることが可能であり、且つ、感度の向上を図ることが可能な赤外線センサを提供する。【解決手段】熱型赤外線検出部３は、空洞部１１の周部に形成された支持部３ｄと、空洞部１１を覆う第１の薄膜構造部３ａとを備える。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、互いに対向する第２の薄膜構造部３ａａ同士を連結する連結片とを有し、各第２の薄膜構造部３ａａごとに第２の薄膜構造部３ａａと支持部３ｄとに跨ってサーモパイル３０ａが設けられ、全てのサーモパイル３０ａが直列接続の接続関係で電気的に接続されている。サーモパイル３０ａにおける熱電対の２種類の熱電要素がｐ形ポリシリコン層３５とｎ形ポリシリコン層３４とであり、ｐ形ポリシリコン層３５とｎ形ポリシリコン層３４とが互いに異なる面上に形成されている。【選択図】図１
2012063221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、前記半導体基板の一表面側に形成されてなり赤外線吸収部およびサーモパイルを有する熱型赤外線検出部とを備え、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の一部の直下に空洞部が形成されてなる赤外線センサであって、前記熱型赤外線検出部は、前記半導体基板の前記一表面側で前記空洞部の周部に形成された支持部と、前記半導体基板の前記一表面側で平面視において前記空洞部を覆う第１の薄膜構造部とを備え、前記第１の薄膜構造部は、前記空洞部の周方向に沿って並設され前記支持部に支持された複数の第２の薄膜構造部と、互いに対向する前記第２の薄膜構造部同士を連結する連結片とを有し、前記各第２の薄膜構造部ごとに前記第２の薄膜構造部と前記支持部とに跨って前記サーモパイルが設けられるとともに、前記各サーモパイル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前記サーモパイルが電気的に接続されてなり、前記サーモパイルは、熱電対の２種類の熱電要素が、ｐ形ポリシリコン層とｎ形ポリシリコン層とであり、前記ｐ形ポリシリコン層と前記ｎ形ポリシリコン層とが互いに異なる面上に形成されてなることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項２】
平面視において、隣り合う前記ｐ形ポリシリコン層と前記ｎ形ポリシリコン層とが隙間なく配置されてなることを特徴とする請求項１記載の赤外線センサ。
【請求項３】
前記互いに異なる面のうち前記半導体基板に近い第１の面上に前記ｐ形ポリシリコン層が形成され、前記半導体基板から遠い第２の面上に前記ｎ形ポリシリコン層が形成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の赤外線センサ。
【請求項４】
前記赤外線吸収部の赤外線入射面側に、前記サーモパイルの形成時に前記赤外線吸収部を保護し前記赤外線吸収部の反りを抑制する補償ポリシリコン層が形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
【請求項５】
前記半導体基板の前記一表面側に形成され前記熱型赤外線検出部の出力電圧を取り出すためのＭＯＳトランジスタを備え、前記サーモパイルにおける前記ｐ形ポリシリコン層と前記ｎ形ポリシリコン層との少なくとも一方の厚さと、前記ＭＯＳトランジスタのゲート電極を構成する導電性ポリシリコン層の厚さとが同じであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
【請求項６】
前記ｐ形ポリシリコン層および前記ｎ形ポリシリコン層それぞれにおける温接点側の端部と冷接点側の端部とがシリサイド層により覆われてなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、シリコン基板の一表面側の多数の画素形成領域それぞれに、メンブレン構造の熱型センサ素子が配置された赤外線センサが提案されている（特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に開示された赤外線センサは、図２６に示すように、シリコン基板４１１の一表面側において、画素形成領域４２０を４分割して、４つの熱型センサ素子４３０を配置してある。
【０００４】
ここで、熱型センサ素子４３０は、ボロメータ型センサ素子であり、第１のＳｉＯ２薄膜と、第１のＳｉＯ２薄膜上の金属薄膜抵抗と、金属薄膜抵抗上の第２のＳｉＯ２薄膜と、第２のＳｉＯ２薄膜上の赤外線吸収膜との積層体からなるメンブレン構造体となっている。また、特許文献２には、画素形成領域４２０の４つの熱型センサ素子４３０の金属薄膜抵抗を直列に接続して４つの金属薄膜抵抗の直列回路の両端電圧を画素の出力とすることで、各画素の出力を温度変化に対して大きくできる旨が記載されている。また、特許文献１に記載された赤外線アレイセンサでは、画素ごとに赤外線の受光量に応じた信号が出力されるように、信号発生回路および選択回路が設けられている。
【０００５】
また、特許文献１には、熱型センサ素子４３０として、ボロメータ型のセンサ素子に限らず、サーモパイル型のセンサ素子を適用してもよい旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３０９１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、図２６に示した構成の赤外線センサでは、画素形成領域４２０を４分割せずに、１つの熱型センサ素子４３０を形成する場合に比べて、熱型センサ素子４３０の熱容量を低減できて時定数（熱時定数）を低減できるので、応答速度の高速化を図れる。
【０００８】
しかしながら、この赤外線センサでは、画素形成領域４２０において当該画素形成領域４２０を４分割している十字状の境界部への熱型センサ素子４３０の形成が禁止されるから、画素形成領域４２０における熱型センサ素子４３０の占める面積の増大が制限され、高感度化が難しかった。
【０００９】
また、図２６に示した構成の赤外線センサでは、熱型センサ素子４３０の厚さ寸法を大きくすると、熱型センサ素子４３０の熱容量が大きくなって応答速度が低下してしまうので、熱型センサ素子４３０の厚さ寸法を小さくすることが考えられる。しかし、この赤外線センサでは、熱型センサ素子４３０の厚さ寸法を小さくすると、感度が低下してしまうとともに、熱型センサ素子４３０に反りが発生しやすくなり、製造時の破損による歩留まり低下の原因となったり、構造安定性の低下による感度の低下の原因となってしまう恐れがあった。また、図２６に示した構成の赤外線センサでは、熱型センサ素子４３０が振動するような外力に起因して熱型センサ素子４３０が変形して破損してしまう恐れがあった。
【００１０】
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、応答速度および構造安定性の向上を図ることが可能であり、且つ、感度の向上を図ることが可能な赤外線センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の赤外線センサは、半導体基板と、前記半導体基板の一表面側に形成されてなり赤外線吸収部およびサーモパイルを有する熱型赤外線検出部とを備え、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の一部の直下に空洞部が形成されてなる赤外線センサであって、前記熱型赤外線検出部は、前記半導体基板の前記一表面側で前記空洞部の周部に形成された支持部と、前記半導体基板の前記一表面側で平面視において前記空洞部を覆う第１の薄膜構造部とを備え、前記第１の薄膜構造部は、前記空洞部の周方向に沿って並設され前記支持部に支持された複数の第２の薄膜構造部と、互いに対向する前記第２の薄膜構造部同士を連結する連結片とを有し、前記各第２の薄膜構造部ごとに前記第２の薄膜構造部と前記支持部とに跨って前記サーモパイルが設けられるとともに、前記各サーモパイル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前記サーモパイルが電気的に接続されてなり、前記サーモパイルは、熱電対の２種類の熱電要素が、ｐ形ポリシリコン層とｎ形ポリシリコン層とであり、前記ｐ形ポリシリコン層と前記ｎ形ポリシリコン層とが互いに異なる面上に形成されてなることを特徴とする。
【００１２】
この赤外線センサにおいて、平面視において、隣り合う前記ｐ形ポリシリコン層と前記ｎ形ポリシリコン層とが隙間なく配置されてなることが好ましい。
【００１３】
この赤外線センサにおいて、前記互いに異なる面のうち前記半導体基板に近い第１の面上に前記ｐ形ポリシリコン層が形成され、前記半導体基板から遠い第２の面上に前記ｎ形ポリシリコン層が形成されてなることが好ましい。
【００１４】
この赤外線センサにおいて、前記赤外線吸収部の赤外線入射面側に、前記サーモパイルの形成時に前記赤外線吸収部を保護し前記赤外線吸収部の反りを抑制する補償ポリシリコン層が形成されてなることが好ましい。
【００１５】
この赤外線センサにおいて、前記半導体基板の前記一表面側に形成され前記熱型赤外線検出部の出力電圧を取り出すためのＭＯＳトランジスタを備え、前記サーモパイルにおける前記ｐ形ポリシリコン層と前記ｎ形ポリシリコン層との少なくとも一方の厚さと、前記ＭＯＳトランジスタのゲート電極を構成する導電性ポリシリコン層の厚さとが同じであることが好ましい。
【００１６】
この赤外線センサにおいて、前記ｐ形ポリシリコン層および前記ｎ形ポリシリコン層それぞれにおける温接点側の端部と冷接点側の端部とがシリサイド層により覆われてなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の赤外線センサにおいては、応答速度および構造安定性の向上を図ることが可能であり、且つ、感度の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態の赤外線センサの要部を示し、（ａ）〜（ｃ）は概略断面図である。
【図２】同上の赤外線センサの要部の平面レイアウト図である。
【図３】同上の赤外線センサの平面レイアウト図である。
【図４】同上の赤外線センサの等価回路図である。
【図５】同上の赤外線センサの要部等価回路図である。
【図６】同上の赤外線センサを備えた赤外線センサモジュールの概略断面図である。
【図７】同上の赤外線センサの画素部の平面レイアウト図である。
【図８】同上の赤外線センサの画素部の平面レイアウト図である。
【図９】同上の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１０】同上の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１１】同上の赤外線センサの要部説明図である。
【図１２】同上の赤外線センサに関し、（ａ）は要部の平面レイアウト図、（ｂ）は、（ａ）のツェナダイオードの拡大図である。
【図１３】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。
【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。
【図１９】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。
【図２１】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２２】同上の赤外線センサの他の構成例の要部概略断面図である。
【図２３】同上の赤外線センサの他の構成例の要部概略断面図である。
【図２４】同上の赤外線センサの他の構成例の要部概略断面図である。
【図２５】同上の赤外線センサの別の構成例の要部概略断面図である。
【図２６】従来例を示す赤外線センサの要部概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（実施形態１）
以下、本実施形態の赤外線センサについて、図１〜図１２を参照しながら説明する。なお、図１（ａ）は図２のＡ−Ｂ断面、図１（ｂ）は図２のＣ−Ｄ断面、図１（ｃ）は図２のＥ−Ｆ断面にそれぞれ相当している。
【００２０】
赤外線センサ１００は、ａ×ｂ個（図３の例では、８×８個）の画素部２が、半導体基板１の一表面側において、ａ行ｂ列（図３の例では、８行８列）の２次元アレイ状に配置されている。ここにおいて、画素部２は、赤外線による熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電変換部である感温部３０と、感温部３０の出力電圧を取り出すためのＭＯＳトランジスタ４とを具備している。なお、図３の例では、ａ＝８、ｂ＝８としてあるが、ａ≧２、ｂ≧２であればよい。
【００２１】
上述のＭＯＳトランジスタ４は、図１（ａ）に示すように、半導体基板１の上記一表面側に形成された第１導電形のウェル領域４１内で、第２導電形のソース領域４４と第２導電形のドレイン領域４３とが離間して形成されている。本実施形態では、ウェル領域４１がチャネル形成用領域を構成している。なお、図４には、第１導電形をｐ形、第２導電形をｎ形としてＭＯＳトランジスタ４をｎチャネルＭＯＳトランジスタとした場合の等価回路図を示してある。また、図４の等価回路図では、感温部３０を抵抗素子の図記号で表してある。
【００２２】
また、赤外線センサ１００は、各列のｂ個（８個）の画素部２の感温部３０の一端がＭＯＳトランジスタ４のソース領域４４−ドレイン領域４３を介して各列ごとに共通接続されたｂ個（８個）の第１の配線１０１を備えている。
【００２３】
また、赤外線センサ１００は、各行の感温部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ａ個（８個）の第２の配線１０２と、各行のＭＯＳトランジスタ４のウェル領域４１が各列ごとに共通接続されたｂ個（８個）の第３の配線１０３と、各列のａ個（８個）の感温部３０の他端が各列ごとに共通接続されたｂ個（図示例では、８個）の第４の配線１０４とを備えている。
【００２４】
上述の赤外線センサ１００は、第１の配線１０１が各別に接続された出力用のｂ個の第１のパッドＶout1〜Ｖout8と、第２の配線１０２が各別に接続された画素部選択用のａ個の第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8と、各第３の配線１０３が共通接続された第３のパッドＶchと、第４の配線１０４が共通接続された基準バイアス用の第４のパッドＶrefinとを備えている。しかして、赤外線センサ１００は、全ての感温部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。すなわち、ＭＯＳトランジスタ４が、順次、オン状態になるように各画素部２を選択するための第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8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。
【００２５】
ところで、上述の赤外線センサ１００を備えた赤外線センサモジュールの一例を図６に示す。この赤外線センサモジュールは、赤外線センサ１００と、この赤外線センサ１００を制御する制御手段であるＩＣ素子１２２と、赤外線センサ１００およびＩＣ素子１２２が収納されたパッケージ１３３とを備えている。
【００２６】
ここにおいて、第１のパッドＶout1〜Ｖout8の電位をＶout、第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位をＶs、第３のパッドＶchの電位をＶwell、第４のパッドＶrefinの電位をＶref、感温部３０の出力電圧をＶo、チャネル形成用領域であるウェル領域４１とソース領域４４とで構成される第１の寄生ダイオードおよびウェル領域４１とドレイン領域４３とで構成される第２の寄生ダイオードのしきい値電圧をＶthとするとき、制御手段であるＩＣ素子１２２は、第２の配線１０２に接続されたａ個（８個）のＭＯＳトランジスタ４をオン状態とする際の第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位ＶsをＶon、第２の配線１０２に接続されたａ個（８個）のＭＯＳトランジスタ４をオフ状態とする際の第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位ＶsをＶoffとし、第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位ＶsをＶonとしたときに、
ＭＯＳトランジスタ４がｎＭＯＳトランジスタであれば、
−Ｖth＜｛Ｖwell−（Ｖref＋Ｖo）｝＜Ｖth
ＭＯＳトランジスタ４がｐＭＯＳトランジスタであれば、
−Ｖth＜｛（Ｖref＋Ｖo）−Ｖwell｝＜Ｖth
の関係を満たすように設定されたＶref、Ｖwellの条件で赤外線センサ１００を制御する。
【００２７】
本実施形態では、半導体基板１として第２導電形のシリコン基板を用いており、第１の寄生ダイオードおよび第２の寄生ダイオードの逆方向のブレークダウン電圧が−１０Ｖ程度になる一方で、Ｖthが０．６Ｖ〜０．７Ｖ程度となる。そこで、ＩＣ素子１２２が、例えば、第４のパッドＶrefinの電位Ｖrefを１．２Ｖ、第３のパッドＶchの電位Ｖwellを１．２Ｖ、第２の配線１０２に接続されたａ個（８個）のＭＯＳトランジスタ４をオン状態とする際の第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位ＶｓであるＶonを５Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオンとなり、第１のパッドＶout1〜Ｖout8から画素部２の出力電圧（Ｖref＋Ｖo）を読み出すことが可能となる。また、第２の配線１０２に接続されたａ個（８個）のＭＯＳトランジスタ４をオフ状態とする際の第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位ＶｓであるＶoffを０Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオフとなり、第１のパッドＶout1〜Ｖout8から画素部２の出力電圧は読み出されない。なお、半導体基板１は、シリコン基板に限らず、例えば、ゲルマニウム基板を用いてもよく、この場合には、Ｖthが０．２Ｖ〜０．３Ｖ程度となる。
【００２８】
上述の赤外線センサモジュールでは、上記関係を満たすように設定されたＶref、Ｖwellの条件で赤外線センサ１００を制御するので、ＭＯＳトランジスタ４がオンのときに、第１の寄生ダイオードおよび第２の寄生ダイオードにリーク電流が流れるのを抑制することができ、Ｓ／Ｎ比の向上を図れる。すなわち、本実施形態における赤外線センサモジュールでは、ＭＯＳトランジスタ４がオンのときに、チャネル形成用領域であるウェル領域４１を通るリーク電流が流れるのを抑制することができ、Ｓ／Ｎ比の向上を図れる。
【００２９】
赤外線センサモジュールは、ＩＣ素子１２２が、Ｖref＝Ｖwellとするようにすれば、感温部３０の出力電圧Ｖoが小さい場合でも、第１の寄生ダイオードおよび第２の寄生ダイオードにリーク電流が流れるのを抑制することができる。赤外線センサモジュールでは、ＩＣ素子１２２が、ＶrefとＶwellとを略同じとすることが好ましく、Ｖref＝Ｖwellとすることがより好ましい。
【００３０】
また、赤外線センサ１００は、各ＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６・ソース電極４８間に過電圧が印加されるのを防止するために各第２の配線１０２それぞれにカソードが接続された複数のツェナダイオードＺＤ（図４および図５参照）を備えている。ここで、ツェナダイオードＺＤは、図１２に示すように、半導体基板１の上記一表面側に形成された第１導電形の第１拡散領域８１内に第２導電形の第２拡散領域８２が形成されたものである。そして、赤外線センサ１００は、各ツェナダイオードＺＤの第１拡散領域８１が共通接続された第５のパッドＶzdを備えており、第５のパッドＶzdの電位をＶhogoとするとき、ＩＣ素子１２２は、ＶhogoとＶwellとを異ならせる。ここで、ＩＣ素子１２２は、例えば、上述のように、第３のパッドＶchの電位Ｖwellを１．２Ｖとする場合、第５のパッドＶzdの電位Ｖhogoを０Ｖとする。したがって、赤外線センサモジュールは、ＩＣ素子１２２が、ＶhogoとＶwellとを異ならせるので、ＭＯＳトランジスタ４のゲート絶縁膜４５を保護しつつ、Ｓ／Ｎ比の向上を図れる。
【００３１】
また、赤外線センサモジュールは、半導体基板１の導電形が第２導電形であって、第１導電形がｐ形、第２導電形がｎ形であり、ＩＣ素子１２２が、Ｖhogo≦Ｖoff、且つ、Ｖhogo≦Ｖsubとすることにより、ツェナダイオードＺＤのリーク電流を抑制することができる。ここにおいて、第１導電形がｐ形、第２導電形がｎ形である一例（この一例では、ＭＯＳトランジスタ４は、ｎＭＯＳトランジスタである）について説明したが、第１導電形がｎ形、第２導電形がｐ形でもよく、この場合（この場合、ＭＯＳトランジスタ４は、ｐＭＯＳトランジスタである）、制御手段であるＩＣ素子１２２が、Ｖhogo≧Ｖoff、且つ、Ｖhogo≧Ｖsubとすることにより、ツェナダイオードＺＤのリーク電流を抑制することができる。
【００３２】
また、赤外線センサ１００は、半導体基板１が接続された基板バイアス用の第６のパッドＶsuを備えており、第６のパッドＶsuの電位をＶsubとするとき、ＩＣ素子１２２は、Ｖwell＝Ｖsubとする。すなわち、ＩＣ素子１２２は、例えば、上述のように、第３のパッドＶchの電位Ｖwellを１．２Ｖとする場合、第６のパッドＶsuの電位Ｖsubを１．２Ｖとする。要するに、赤外線センサモジュールでは、Ｖwell＝Ｖsubとするので、チャネル形成用領域であるウェル領域４１と半導体基板１との電位差をなくすことが可能となり、ウェル領域４１と半導体基板１とで構成される第３の寄生ダイオードＤ３（図５参照）にリーク電流が流れるのを抑制することが可能となる。なお、図５の等価回路図には、ウェル領域４１と半導体基板１とで構成される第３の寄生ダイオードＤ３、第１拡散領域８１と半導体基板１とで構成される第４の寄生ダイオードＤ４も記載してある。
【００３３】
ＩＣ素子１２２は、ＡＳＩＣ（：Application  Specific  ＩＣ）であり、シリコン基板を用いて形成されている。また、ＩＣ素子１２２としてベアチップを用いている。しかして、本実施形態では、ＩＣ素子１２２がベアチップをパッケージングしたものである場合に比べて、パッケージ１３３の小型化を図れる。
【００３４】
ＩＣ素子１２２は、赤外線センサ１００を制御する制御回路、赤外線センサ１００の各パッドＶout1〜Ｖout8，Ｖsel1〜Ｖsel8，Ｖrefin，Ｖsu，Ｖzdそれぞれと電気的に接続される複数のパッド（図示せず）と、第１のパッドＶout1〜Ｖout8それぞれに電気的に接続されたパッドの出力電圧を増幅する増幅回路、第１のパッドＶout1〜Ｖout8それぞれに電気的に接続されたパッドの出力電圧を択一的に上記増幅回路に入力するマルチプレクサなどを備えた回路構成としてあるが、回路構成は特に限定するものではない。また、ＩＣ素子１２２は、後述の自己診断回路も備えている。また、パッケージ１３３内において、赤外線センサ１００の近傍に、絶対温度を測定するためのサーミスタを配置して、ＩＣ素子１２２が、上記サーミスタの出力と感温部３０の出力とに基づいて温度を演算するようにしてもよい。
【００３５】
パッケージ１３３は、図６に示すように、赤外線センサ１００およびＩＣ素子１２２が実装されたパッケージ本体１３４と、パッケージ本体１３４との間に赤外線センサ１００およびＩＣ素子１２２を囲む形でパッケージ本体１３４に気密的に接合されたパッケージ蓋１３５とを有している。
【００３６】
上述の赤外線センサモジュールは、パッケージ１３３の内部空間（気密空間）１６５を、ドライ窒素雰囲気としてあるが、これに限らず、例えば、真空雰囲気としてもよい。
【００３７】
パッケージ本体１３４は、ＩＣ素子１２２と赤外線センサ１００とが横並びで実装されている。一方、パッケージ蓋１３５は、赤外線センサ１００での検知対象の赤外線を透過する機能および導電性を有している。
【００３８】
パッケージ本体１３４は、絶縁材料からなる基体１３４ａに金属材料からなる配線パターン（図示せず）および電磁シールド層１４４が形成されており、電磁シールド層１４４により電磁シールド機能を有している。一方、パッケージ蓋１３５は、レンズ１５３が導電性を有するとともに、レンズ１５３がメタルキャップ１５２に後述の接合部１５８を介して接合されており、導電性を有している。そして、パッケージ蓋１３５は、パッケージ本体１３４の電磁シールド層１４４と電気的に接続されている。しかして、本実施形態では、パッケージ本体１３４の電磁シールド層１４４とパッケージ蓋１３５とを同電位とすることができる。その結果、パッケージ１３３は、赤外線センサ１００とＩＣ素子１２２と上記配線パターンと後述のボンディングワイヤ（図示せず）と含んで構成されるセンサ回路（図示せず）への外来の電磁ノイズを防止する電磁シールド機能を有している。
【００３９】
パッケージ本体１３４は、赤外線センサ１００およびＩＣ素子１２２が一表面側に実装される平板状のセラミック基板により構成してある。要するに、パッケージ本体１３４は、基体１３４ａが絶縁材料であるセラミックスにより形成されており、上記配線パターンのうち基体１３４ａの一表面側に形成された部位に、赤外線センサ１００の各パッドＶout1〜Ｖout8，Ｖsel1〜Ｖsel8，Ｖrefin，Ｖsu，ＶzdおよびＩＣ素子１２２の上記パッドが、適宜、ボンディングワイヤを介して接続されている。なお、赤外線センサモジュールにおいて、赤外線センサ１００とＩＣ素子１２２とは、ボンディングワイヤなどを介して電気的に接続されている。各ボンディングワイヤとしては、Ａｌワイヤに比べて耐腐食性の高いＡｕワイヤを用いることが好ましい。また、パッケージ本体１３４は、上述の配線パターンの一部により構成される外部接続電極（図示せず）が、基体１３４ａの他表面と側面とに跨って形成されている。
【００４０】
また、赤外線センサ１００は、パッケージ本体１３４に対して、第１のダイボンド剤（例えば、シリコーン樹脂など）からなる複数の接合部１１５を介して実装されている。また、ＩＣ素子１２２は、パッケージ本体１３４に対して、第２のダイボンド剤（例えば、シリコーン樹脂など）からなる接合部１２５を介して実装されている。各ダイボンド剤としては、低融点ガラスやエポキシ系樹脂やシリコーン系樹脂などの絶縁性接着剤、半田（鉛フリー半田、Ａｕ−Ｓｎ半田など）や銀ペーストなどの導電性接着剤を用いればよい。また、各ダイボンド剤を用いずに、例えば、常温接合法や、Ａｕ−Ｓｎ共晶もしくはＡｕ−Ｓｉ共晶を利用した共晶接合法などにより接合してもよい。
【００４１】
上述の赤外線センサ１００は、複数の接合部１１５を介してパッケージ本体１３４に実装してあるので、赤外線センサ１００それぞれの裏面の全体が接合部１１５を介してパッケージ本体１３４に接合される場合に比べて、赤外線センサ１００とパッケージ本体１３４との間の空間１１６が断熱部として機能することと、接合部１１５の断面積の低減とにより、パッケージ本体１３４から赤外線センサ１００へ熱が伝達しにくくなる。
【００４２】
この接合部１１５の数は、特に限定するものではないが、赤外線センサ１００の外周形状が矩形状（正方形状ないし長方形状）の場合には、例えば、３つが好ましく、この場合には、赤外線センサ１００の外周形状に基づいて規定した仮想三角形の３つの頂点に対応する３箇所に設けることにより、パッケージ本体１３４への実装時などの温度変化に起因したパッケージ本体１３４の変形が赤外線センサ１００の傾きとして伝わるから、赤外線センサ１００が変形するのを抑制することができ、赤外線センサ１００に生じる応力を低減することが可能となる。なお、本実施形態では、赤外線センサ１００の外周形状が例えば正方形状の場合、赤外線センサ１００の外周の１辺の両端の２箇所と、当該１辺に平行な辺の１箇所との３箇所に頂点を有する仮想三角形を規定しているが、仮想三角形の頂点の位置は、赤外線センサ１００の外周形状、赤外線センサ１００の各パッドＶout1〜Ｖout8，Ｖsel1〜Ｖsel8，Ｖrefin，Ｖsu，Ｖzdへのワイヤボンディング時の接合信頼性（言い換えれば、赤外線センサ１００の各パッドＶout1〜Ｖout8，Ｖsel1〜Ｖsel8，Ｖrefin，Ｖsu，Ｖzdの位置）を考慮して規定することが好ましい。接合部１１５には、赤外線センサ１００とパッケージ本体１３４との距離を規定するスペーサを混入させてもよく、このようなスペーサを混入させておけば、赤外線センサモジュールの製品間での赤外線センサ１００とパッケージ本体１３４との間の熱絶縁性能のばらつきを低減可能となる。ただし、赤外線センサ１００の裏面全体を、接合部１１５を介してパッケージ本体１３４に接合してもよい。
【００４３】
パッケージ蓋１３５は、パッケージ本体１３４側の一面が開放された箱状に形成され赤外線センサ１００に対応する部位に開口窓１５２ａが形成されたメタルキャップ１５２と、メタルキャップ１５２の開口窓１５２ａを閉塞する形でメタルキャップ１５２に接合されたレンズ１５３とで構成されており、メタルキャップ１５２の上記一面がパッケージ本体１３４により閉塞される形でパッケージ本体１３４に気密的に接合されている。ここで、パッケージ本体１３４の上記一表面の周部には、パッケージ本体１３４の外周形状に沿った枠状の金属パターン１４７（図６参照）が全周に亘って形成されており、パッケージ蓋１３５とパッケージ本体１３４の金属パターン１４７とは、シーム溶接（抵抗溶接法）により金属接合されており、気密性および電磁シールド効果を高めることができる。なお、パッケージ蓋１３５のメタルキャップ１５２は、コバールにより形成されており、Ｎｉめっきが施されている。また、パッケージ本体１３４の金属パターン１４７は、コバールにより形成され、Ｎｉのめっきが施され、さらにＡｕのめっきが施されている。
【００４４】
パッケージ蓋１３５とパッケージ本体１３４の金属パターン１４７との接合方法は、シーム溶接に限らず、他の溶接（例えば、スポット溶接）や、導電性樹脂により接合してもよい。ここで、導電性樹脂として異方導電性接着剤を用いれば、樹脂（バインダー）中に分散された導電粒子の含有量が少なく、接合時に加熱・加圧を行うことでパッケージ蓋１３５とパッケージ本体１３４との接合部の厚みを薄くできるので、外部からパッケージ１３３内へ水分やガス（例えば、水蒸気、酸素など）が侵入するのを抑制できる。また、導電性樹脂として、酸化バリウム、酸化カルシウムなどの乾燥剤を混入させたものを用いてもよい。
【００４５】
なお、パッケージ本体１３４およびパッケージ蓋１３５の外周形状は矩形状としてあるが、矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。また、パッケージ蓋１３５のメタルキャップ１５２は、パッケージ本体１３４側の端縁から全周に亘って外方に延設された鍔部１５２ｂを備えており、鍔部１５２ｂが全周に亘ってパッケージ本体１３４と接合されている。
【００４６】
レンズ１５３は、平凸型の非球面レンズである。しかして、上述の赤外線センサモジュールでは、レンズ１５３の薄型化を図りながらも、赤外線センサ１００での赤外線の受光効率の向上による高感度化を図れる。また、上述の赤外線センサモジュールでは、赤外線センサ１００の検知エリアをレンズ１５３により設定することが可能となる。レンズ１５３は、赤外線センサ１００の半導体基板１とは別の半導体基板（半導体ウェハ）を用いて形成されている。すなわち、レンズ１５３は、所望のレンズ形状に応じて半導体基板（ここでは、シリコン基板）との接触パターンを設計した陽極を半導体基板の一表面側に半導体基板との接触がオーミック接触となるように形成した後に半導体基板の構成元素の酸化物をエッチング除去する溶液からなる電解液中で半導体基板の他表面側を陽極酸化することで除去部位となる多孔質部を形成してから当該多孔質部を除去することにより形成された半導体レンズ（ここでは、シリコンレンズ）により構成されている。しかして、レンズ１５３は、導電性を有している。なお、この種の陽極酸化技術を応用した半導体レンズの製造方法については、例えば、特許第３８９７０５５号公報、特許第３８９７０５６号公報などに開示されている製造方法を適宜適用すればよい。
【００４７】
赤外線センサモジュールでは、赤外線センサ１００の検知エリアを上述の半導体レンズからなるレンズ１５３により設定することができる。また、赤外線センサモジュールは、レンズ１５３として、球面レンズよりも短焦点で且つ開口径が大きく収差が小さな半導体レンズを採用しているので、短焦点化により、パッケージ１３３の薄型化を図れる。
【００４８】
また、レンズ１５３は、メタルキャップ１５２における開口部１５２ａの周部に導電性接着剤（例えば、鉛フリー半田、銀ペーストなど）からなる接合部１５８により固着されている。しかして、赤外線センサモジュールでは、レンズ１５３が、接合部１５８およびメタルキャップ１５２を介してパッケージ本体１３４の電磁シールド層１４４に電気的に接続されるので、電磁ノイズに対するシールド性を高めることができ、外来の電磁ノイズに起因したＳ／Ｎ比の低下を防止することができる。
【００４９】
上述のレンズ１５３には、赤外線センサ１００での検知対象の赤外線の波長を含む所望の波長域の赤外線を透過し当該波長域以外の赤外線を反射する光学多層膜（多層干渉フィルタ膜）からなるフィルタ部（図示せず）を設けることが好ましい。このようなフィルタ部を設けることにより、所望の波長域以外の不要な波長域の赤外線や可視光をフィルタ部によりカットすることが可能となり、太陽光などによるノイズの発生を抑制することができ、高感度化を図れる。
【００５０】
以下では、パッケージ本体１３４において、赤外線センサ１００を実装する領域を第１の領域１４０、ＩＣ素子１２２を実装する領域を第２の領域１４２と称する。
【００５１】
上述の赤外線センサモジュールでは、パッケージ本体１３４において、第１の領域１４０に比べて、第２の領域１４２の厚みを薄くしてある。ここで、パッケージ本体１３４の第２の領域１４２は、基体１３４ａの上記一表面に凹部１３４ｂを設けることにより、第１の領域１４０よりも厚みを薄くしてある。また、パッケージ本体１３４の第２の領域１４２では、電磁シールド層１４４が露出している。
【００５２】
また、パッケージ本体１３４の第２の領域１４２では、金属材料（例えば、Ｃｕなど）からなる複数のビア（サーマルビア）１４５が基体１３４ａの厚み方向に貫設されており、各ビア１４５が電磁シールド層１４４と接して熱結合されている。
【００５３】
ここで、ＩＣ素子１２２は、第２の領域１４２において電磁シールド層１４４に接合部１２５を介して実装されている。しかして、ＩＣ素子１２２で発生した熱を電磁シールド層１４４におけるＩＣ素子１２２の直下の部位およびビア１４５を通してパッケージ１３３の外側へ効率良く放熱させることが可能となる。
【００５４】
上述の赤外線センサモジュールの製造にあたっては、パッケージ本体１３４に赤外線センサ１００およびＩＣ素子１２２を実装する実装工程を行ってから、所望の雰囲気中でパッケージ蓋１３５とパッケージ本体１３４とを接合する接合工程を行うようにすればよい。
【００５５】
以下、赤外線センサ１００についてさらに説明するが、図７、図９、図１０、図１２では、サーモパイル３０ａのｎ形ポリシリコン層３４とｐ形ポリシリコン層３５との接続関係を分かりやすくするために、ｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５それぞれの幅を狭く記載してある。
【００５６】
赤外線センサ１００は、感温部３０が埋設された熱型赤外線検出部３とＭＯＳトランジスタ４とを有する複数（ａ×ｂ個）の画素部２が、半導体基板１の上記一表面側において２次元アレイ状に配置されている。ここで、半導体基板１の上記一表面は、Ｓｉ（１００）面としてある。感温部３０は、複数個（ここでは、６個）のサーモパイル３０ａ（図１および図７参照）を直列接続することにより構成されている。
【００５７】
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の形成用領域に形成されている。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の形成用領域に形成されている。
【００５８】
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（図１（ａ）および図７参照）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２および図７参照）とを有している。なお、図７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。
【００５９】
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に重ならない領域に形成されている。
【００６０】
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７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。
【００６１】
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。これにより、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Ｕ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。
【００６２】
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、当該第１のシリコン酸化膜３１上に形成された第１のシリコン窒化膜３２ａと、第１のシリコン窒化膜３２ａ上に形成された第２のシリコン窒化膜３２ｂと、第２のシリコン窒化膜３２ｂの表面側に形成された感温部３０と、第２のシリコン窒化膜３２ｂの表面側で感温部３０の大部分を覆うように形成された絶縁膜５０と、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。絶縁膜５０は、それぞれＢＰＳＧ膜からなる第２〜第５のシリコン酸化膜５２ａ〜５２ｄの積層膜により構成してある。パッシベーション膜６０は、ＢＰＳＧ膜により構成してあるが、これに限らず、例えば、ＰＳＧ膜と当該ＰＳＧ膜上に形成されたＮＳＧ膜との積層膜や、シリコン窒化膜などにより構成してもよい。
【００６３】
上述の熱型赤外線検出部３では、第１のシリコン窒化膜３２ａと第２のシリコン窒化膜３２ｂとの積層膜のうち第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と各シリコン窒化膜３２ａ，３２ｂと絶縁膜５０とパッシベーション膜６０とで構成されている。
【００６４】
また、赤外線センサ１００は、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の形成用領域とＭＯＳトランジスタ４の形成用領域とに跨って形成されている。
【００６５】
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。
【００６６】
サーモパイル３０ａは、第２のシリコン窒化膜３２ｂの表面側で第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との一端部同士を接続部（以下、第１の接続部と称する）３６により電気的に接続した複数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の他端部とが接続部（以下、第２の接続部と称する）３７により電気的に接続されている。
【００６７】
要するに、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の接続部３６とを含む温接点Ｔ１を有し、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の接続部３７とを含む冷接点Ｔ２を有している。
【００６８】
また、ｎ形ポリシリコン層３４とｐ形ポリシリコン層３５とは、図１に示すように、互いに異なる面上に形成されている。ここで、各ブリッジ部３ｂｂでは、図１および図２に示すようにｎ形ポリシリコン層３４とｐ形ポリシリコン層３５とが平面視において縞状に配列されている。さらに説明すれば、本実施形態の赤外線センサ１００は、各ブリッジ部３ｂｂの平面視においてｎ形ポリシリコン層３４とｐ形ポリシリコン層３５とが交互に配列されているが、ｎ形ポリシリコン層３４とｐ形ポリシリコン層３５とが互いに異なる面上に形成されているので、ｎ形ポリシリコン層３４とｐ形ポリシリコン層３５とが同一面上に形成されている場合に比べて、平面視において隣り合うｎ形ポリシリコン層３４とｐ形ポリシリコン層３５との隙間を短くすることができ、サーモパイル３０ａにおける熱電対の数を増やすことができ、高感度化を図れる。図１および図２に示した例では、平面視において、隣り合うｐ形ポリシリコン層３５とｎ形ポリシリコン層３４とが隙間なく配置されている。
【００６９】
また、サーモパイル３０ａは、ｎ形ポリシリコン層３４のうち、上述の各ブリッジ部３ｂｂに形成されている第１の部位以外の第２の部位に、シリサイド層３８が積層されている。同様に、ｐ形ポリシリコン層３５のうち上述の各ブリッジ部３ｂｂに形成されている第３の部位以外の第４の部位に、シリサイド層３８が積層されている。シリサイド層３８は、高融点金属のシリサイドの一種であるタングステンシリサイド（ＷＳｉ2）層により構成してあるが、これに限らず、例えば、チタンシリサイド（ＴｉＳｉ2）層により構成してもよい。
【００７０】
要するに、サーモパイル３０ａは、熱電対の２種類の熱電要素が、ｐ形ポリシリコン層３５とｎ形ポリシリコン層３４とであり、ｐ形ポリシリコン層３５およびｎ形ポリシリコン層３４それぞれにおける温接点Ｔ１側の端部と冷接点Ｔ２側の端部とがシリサイド層３８により覆われている。
【００７１】
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。
【００７２】
すなわち、図７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７および図９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７および図１０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る。
【００７３】
しかして、本実施形態の赤外線センサ１００では、図７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。
【００７４】
また、第２の薄膜構造部３ａａは、第２のシリコン窒化膜３２ｂ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ｐ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。本実施形態では、赤外線吸収部３３の赤外線入射面側に形成されている赤外線吸収層３９が、サーモパイル３０ａの形成時に赤外線吸収部３３を保護し赤外線吸収部３３の反りを抑制する補償ポリシリコン層を構成している。
【００７５】
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ｐ形ポリシリコン層からなる補強層３９ｂ（図７、図９、１０参照）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、連結片３ｃの長さ寸法を２４μｍ、幅寸法を５μｍ、補強層３９ｂの幅寸法を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、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ｐ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。
【００７６】
また、赤外線センサ１００は、図１１（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１１（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、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。
【００７７】
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とに跨るように引き回されたｐ形ポリシリコン層からなる故障診断用配線（故障診断用のヒータ）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、ａ×ｂ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。
【００７８】
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、ａ×ｂ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、ａ×ｂ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。また、赤外線センサ１００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、サーモパイル３０ａの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。
【００７９】
上述の赤外線吸収層３９および故障診断用配線１３９は、ｐ形ポリシリコン層３５と同じｐ形不純物（例えば、ボロンなど）を同じ不純物濃度（例えば、１０１８〜１０２０ｃｍ−３）で含んでおり、ｐ形ポリシリコン層３５と同時に形成されている。また、ｎ形ポリシリコン層３４は、ｎ形不純物として、例えば、リ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、ｐ形ポリシリコン層３５と同じｐ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、ｎ形ポリシリコン層３４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。
【００８０】
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。
【００８１】
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、赤外線吸収層３９および故障診断用配線１３９をｐ形ポリシリコン層３５と同一工程で形成できるから、低コスト化を図れる。
【００８２】
ここで、感温部３０の第１の接続部３６と第２の接続部３７とは、半導体基板１の上記一表面側において、絶縁膜５０によって絶縁分離されている（図１参照）。第１の接続部３６および第２の接続部３７は、各ポリシリコン層３４，３５上のシリサイド層３８の表面および絶縁膜５０のコンタクトホール５０ａの内周面に沿って形成された導電性材料（例えば、チタンナイトライドなど）からなる密着層（adhesion layer）５３と、コンタクトホール５０ａ内に密着層５３を介して埋め込まれた金属材料（例えば、タングステンなど）からなる埋込部（メタルプラグ）５４と、ｐ形ポリシリコン層３５に接続された埋込部５４とｎ形ポリシリコン層３４に接続された埋込部５４とに跨って形成された金属材料（例えば、アルミニウムなど）からなる導電部５５とを有している。
【００８３】
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の形成用領域に形成されている。
【００８４】
ＭＯＳトランジスタ４は、図１に示すように、半導体基板１の上記一表面側に第１導電形であるｐ形（ｐ＋）のウェル領域４１が形成され、ウェル領域４１内に、第２導電形であるｎ形（ｎ＋）のドレイン領域４３と第２導電形である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、半導体基板１の上記一表面側には、素子間分離用絶縁膜４２が形成されている。
【００８５】
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、ゲート絶縁膜４５を介してゲート電極４６が形成されている。
【００８６】
ゲート絶縁膜４５は、シリコン酸化膜（熱酸化膜）により構成してあるが、シリコン酸化膜に限定するものではない。
【００８７】
ゲート電極４６は、ゲート絶縁膜４５上のｎ形ポリシリコン層からなる導電性ポリシリコン層４６ａと、この導電性ポリシリコン層４６ａを覆うシリサイド層４６ｂとを有している。本実施形態では、サーモパイル３０ａにおけるｐ形ポリシリコン層３５およびｎ形ポリシリコン層３４とゲート電極４６における導電性ポリシリコン層４６ａとが同一厚さである。また、本実施形態では、サーモパイル３０ａにおけるシリサイド層３８とゲート電極４６におけるシリサイド層４６ｂとの厚さを同一としてある。ゲート電極４６におけるシリサイド層４６ｂは、サーモパイル３０ａにおけるシリサイド層３８と同様に、タングステンシリサイド層により構成してあるが、これに限らず、例えば、チタンシリサイド層により構成してもよい。
【００８８】
ドレイン領域４３上には、ドレイン電極４７が形成され、ソース領域４４上には、ソース電極４８が形成されている。
【００８９】
ゲート電極４６、ドレイン電極４７およびソース電極４８は、上述の絶縁膜５０およびゲート絶縁膜４５に連続したシリコン酸化膜４５ｂによって絶縁分離されている。ドレイン電極４７は、絶縁膜５０とシリコン酸化膜４５ｂとの積層膜に形成したコンタクトホール５０ｂ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、絶縁膜５０とシリコン酸化膜４５ｂとの積層膜に形成したコンタクトホール５０ｃを通してソース領域４４と電気的に接続されている。
【００９０】
上述のドレイン電極４７は、ドレイン領域４３の表面およびコンタクトホール５０ｂの内周面に沿って形成された導電性材料（例えば、チタンナイトライドなど）からなる密着層５３と、コンタクトホール５０ｂ内に密着層５３を介して埋め込まれた金属材料（例えば、タングステンなど）からなる埋込部５４と、埋込部５４の表面と絶縁膜５０の表面とに跨って形成された金属材料（例えば、アルミニウムなど）からなる導電部５６とを有している。同様に、ソース電極４８は、ソース領域４４の表面およびコンタクトホール５０ｃの内周面に沿って形成された密着層５３と、コンタクトホール５０ｃ内にバリア層５３を介して埋め込まれた埋込部５４と、埋込部５４の表面と絶縁膜５０の表面とに跨って形成された導電部５６とを有している。
【００９１】
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の他端が第４の配線１０４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、第１の配線１０１と電気的に接続され、ゲート電極４６が、ｎ形ポリシリコン配線からなる第２の配線１０２と電気的に接続されている。また、各画素部２では、ウェル領域４１における素子分離用絶縁膜４２近傍の部位上に、電極４９が形成されている。しかして、ウェル領域４１は、電極４９を介して、第３の配線１０３と電気的に接続されている。ここで、電極４９は、シリコン酸化膜４５ｂと絶縁膜５０との積層膜に形成したコンタクトホール５０ｄを通してウェル領域４１と電気的に接続されている。この電極４９は、ウェル領域４１の表面およびコンタクトホール５０ｄの内周面に沿って形成された密着層５３と、コンタクトホール５０ｄ内に密着層５３を介して埋め込まれた埋込部５４と、埋込部５４の表面と絶縁膜５０の表面とに跨って形成された導電部５６とを有している。
【００９２】
また、上述のツェナダイオードＺＤは、図１２に示すように、第１拡散領域８１上にアノード電極８３が形成され、第２拡散領域８２上に２つのカソード電極８４ａ，８４ｂが形成されている。このツェナダイオードＺＤは、アノード電極８３が、第５のパッドＶzdと電気的に接続され、一方のカソード電極８４ａが、１つの第２の配線１０２を介して当該第２の配線１０２に接続されたＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６と電気的に接続され、他方のカソード電極８４ｂが、当該第２の配線１０２に接続された第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の１つと電気的に接続されている。
【００９３】
上述の赤外線センサ１００によれば、故障診断用配線１３９を備えているので、故障診断用配線１３９へ通電することによりジュール熱を発生させて温接点Ｔ１を温め、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、赤外線センサ１００は、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。
【００９４】
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、ＩＣ素子１２２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。
【００９５】
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。また、赤外線センサ１００は、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。
【００９６】
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することが可能となる。
【００９７】
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。
【００９８】
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２次元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。
【００９９】
以下、赤外線センサ１００の製造方法の一例について図１３〜図２１を参照しながら説明する。なお、図１３〜図２１において、（ａ）は図２のＡ−Ｂ断面に対応する工程断面図、（ｂ）は図２のＣ−Ｄ断面に対応する工程断面図、（ｃ）は図２のＥ−Ｆ断面に対応する工程断面図である。
【０１００】
まず、第２導電形の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のシリコン酸化膜３１と第１のシリコン窒化膜３２ａ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当該絶縁層のうち熱型赤外線検出部３の形成用領域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１３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を熱酸化することにより形成し、第１のシリコン窒化膜３２ａは、ＬＰＣＶＤ法により形成している。
【０１０１】
上述の絶縁層パターニング工程の後、半導体基板１の上記一表面側に第１導電形であるｐ形（ｐ＋）のウェル領域４１を形成するウェル領域形成工程を行う。続いて、半導体基板１の上記一表面側において素子分離部４２の形成予定領域に対応する部位に、溝４２ａを形成する溝形成工程を行うことによって、図１４に示す構造を得る。
【０１０２】
ウェル領域形成工程では、まず、半導体基板１の上記一表面側の露出部位を所定温度でパイロジェニック酸化することにより、第６のシリコン酸化膜（熱酸化膜）５１を選択的に形成する。その後、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第６のシリコン酸化膜５１をパターニングする。続いて、第１導電形の不純物（ここでは、ｐ形の不純物であり、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、ウェル領域４１を形成する。
【０１０３】
また、溝形成工程では、まず、半導体基板１の上記一表面側の全面に第２のシリコン窒化膜３２ｂをＬＰＣＶＤ法などにより形成し、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第２のシリコン窒化膜３２ｂをパターニングする。続いて、第２のシリコン窒化膜３２ｂをマスクとして、第６のシリコン酸化膜５１および半導体基板１における上記一表面側の一部をエッチングすることにより、溝４２ａを形成する。
【０１０４】
上述の溝形成工程の後、第２のシリコン窒化膜３２ｂをマスクとしてＬＯＣＯＳ（LocalOxidation of Silicon）法により素子分離用絶縁膜４２を形成する素子分離工程を行うことによって、図１５に示す構造を得る。
【０１０５】
その後、半導体基板１の上記一表面側において第６のシリコン酸化膜５１および第２のシリコン膜３２ｂの不要部分をエッチング除去する。続いて、半導体基板１の上記一表面側に例えば熱酸化によりシリコン酸化膜（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。その後、半導体基板１の上記一表面側の全面にゲート電極４６の導電性ポリシリコン層４６ａ、第２の配線１０２（図７参照）、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の基礎となる第１のノンドープポリシリコン層１２０をＬＰＣＶＤ法により形成する第１のポリシリコン層形成工程を行う。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第１のノンドープポリシリコン層１２０をパターニングする第１のポリシリコン層パターニング工程を行うことによって、図１６に示す構造を得る。この第１のポリシリコン層パターニング工程では、第１のノンドープポリシリコン層１２０のうちゲート電極４６の導電性ポリシリコン層４６ａ、第２の配線１０２、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、第１のノンドープポリシリコン層１２０をパターニングする。
【０１０６】
上述の第１のポリシリコン層パターニング工程の後、第１のノンドープポリシリコン層１２０のうち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に対応する部分にｐ形の不純物（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、赤外線吸収層３９および故障診断用配線１３９を形成するｐ形ポリシリコン層形成工程を行う。続いて、半導体基板１の上記一表面側にＢＰＳＧ膜からなる第２のシリコン酸化膜５２ａを形成する第２のシリコン酸化膜形成工程を行う。その後、第２のシリコン酸化膜５２ａのうち、ｐ形ポリシリコン層３５においてシリサイド層３８を積層する部位、第１のノンドープポリシリコン層１２０において導電性ポリシリコン層４６ａの基礎となる部位、第１のノンドープポリシリコン層１２０において第２の配線１０２の基礎となる部位、ウェル領域４１におけるドレイン領域４３の形成予定領域、およびウェル領域４１におけるソース領域４４の形成予定領域それぞれの上方に形成されている部分をエッチングする。続いて、第１のノンドープポリシリコン層１２０のうち導電性ポリシリコン層４６ａに対応する部位および第２の配線１０２に対応する部分、ウェル領域４１におけるドレイン領域４３の形成予定領域およびソース領域４４の形成予定領域に、ｎ形の不純物（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、導電性ポリシリコン層４６ａおよび第２の配線１０２、ドレイン領域４３およびソース領域４４を形成することによって、図１７に示す構造を得る。
【０１０７】
その後、ｐ形ポリシリコン層３５、導電性ポリシリコン層４６ａそれぞれにシリサイド層３８，４６ｂを形成するとともに、第２の配線１０２にシリサイド層（図示せず）を形成する第１のシリサイド層形成工程を行うことによって、図１８に示す構造を得る。第１のシリサイド層形成工程において、シリサイド層３８，４６ｂの形成にあたっては、半導体基板１の上記一表面側の全面にタングステン層をスパッタ法などにより成膜した後、熱処理により生じるシリサイド反応を利用して選択的にタングステンシリサイド層からなるシリサイド層３８，４６ｂを形成し、その後、不要なタングステン層をエッチング除去する。なお、シリサイド層３８，４６ｂがチタンシリサイド層の場合には、タングステン層の代わりに、チタン層をスパッタ法などにより成膜してから選択的にチタンシリサイド層からなるシリサイド層３８，４６ｂを形成し、その後、不要なチタン層をエッチング除去すればよい。
【０１０８】
続いて、半導体基板１の上記一表面側にＢＰＳＧ膜からなる第３のシリコン酸化膜５２ｂを形成する第３のシリコン酸化膜形成工程を行う。その後、半導体基板１の上記一表面側の全面にｎ形ポリシリコン層３４の基礎となる第２のノンドープポリシリコン層（図示せず）をＬＰＣＶＤ法により形成する第２のポリシリコン層形成工程を行う。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第２のノンドープポリシリコン層をパターニングする第２のポリシリコン層パターニング工程を行う。その後、第２のノンドープポリシリコン層にｎ形の不純物（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１９に示す構造を得る。上述の第２のポリシリコン層パターニング工程では、第２の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に対応する部分が残るように、第２のノンドープポリシリコン層をパターニングする。
【０１０９】
上述のｎ形ポリシリコン層形成工程の後、半導体基板１の上記一表面側にＢＰＳＧ膜からなる第４のシリコン酸化膜５２ｃを形成する第４のシリコン酸化膜形成工程を行う。その後、第４のシリコン酸化膜５２ｃのうち、第２のノンドープポリシリコン層の上方に形成されている部分をエッチングする。続いて、ｎ形ポリシリコン層３４にシリサイド層３８を形成する第２のシリサイド層形成工程を行うことによって、図２０に示す構造を得る。第２のシリサイド層形成工程において、シリサイド層３８の形成にあたっては、半導体基板１の上記一表面側の全面にタングステン層をスパッタ法などにより成膜した後、熱処理により生じるシリサイド反応を利用して選択的にタングステンシリサイド層からなるシリサイド層３８を形成し、その後、タングステン層をエッチング除去する。なお、シリサイド層３８がチタンシリサイド層の場合には、タングステン層の代わりに、チタン層を採用すればよい。
【０１１０】
第２のシリサイド層形成工程の後、ＢＰＳＧ膜からなる第５のシリコン酸化膜５２ｄを形成する第５のシリコン酸化膜形成工程を行う。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絶縁膜５０に各コンタクトホール５０ａを形成するとともに、シリコン酸化膜４５ｂと絶縁膜５０との積層膜にコンタクトホール５０ｂ，５０ｃ，５０ｄを形成するコンタクトホール形成工程を行う。上述の第２〜第５のシリコン酸化膜形成工程では、半導体基板１の上記一表面側に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第２〜第５のシリコン酸化膜５２ａ〜５２ｄを形成する。
【０１１１】
上述のコンタクトホール形成工程の後、半導体基板１の上記一表面側に第１の接続部３６、第２の接続部３７、ドレイン電極４７、ソース電極４８、電極４９、第４の配線１０４、第１の配線１０１、第３の配線１０３、各パッドＶout1〜Ｖout8，Ｖsel1〜Ｖsel8，Ｖrefin，Ｖsuなど（図３、図４参照）を形成することによって、図２１に示す構造を得る。ここで、第１の接続部３６、第２の接続部３７、ドレイン電極４７、ソース電極４８、電極４９の形成にあたっては、例えば、半導体基板１の上記一表面側にＴｉ膜をスパッタ法などにより成膜してから熱処理を行うことにより、チタンナイトライド膜からなる密着層５３を形成する。続いて、半導体基板１の上記一表面側にタングステン膜をＣＶＤ法により成膜してから、エッチバックを行うことにより半導体基板１の上記一表面側の平坦化を行うことによって埋込部５４を形成し、その後、半導体基板１の上記一表面側にアルミニウム膜をスパッタ法などにより成膜し、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アルミニウム膜をパターニングすることにより導電部５５，５６、第４の配線１０４、第１の配線１０１、第３の配線１０３、各パッドＶout1〜Ｖout8，Ｖsel1〜Ｖsel8，Ｖrefin，Ｖsuなどを形成する。
【０１１２】
上述の図２１の構造を得た後、半導体基板１の上記一表面側（つまり、絶縁膜５０の表面側）にＢＰＳＧ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。そして、第１のシリコン酸化膜３１、第１のシリコン窒化膜３２ａ、第２のシリコン窒化膜３２ｂ、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、連結片３ｃ、および各スリット１３，１４を形成する積層構造部パターニング工程を行う。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各パッドＶout1〜Ｖout8，Ｖsel1〜Ｖsel8，Ｖrefin，Ｖsu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１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。また、上述の製造方法では、ツェナダイオードＺＤの製造工程について説明を省略したが、一般的なツェナダイオードの製造方法を適宜採用すればよい。
【０１１３】
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Ｓｉ（１１０）面の単結晶のシリコン基板を用いてもよい。
【０１１４】
また、半導体基板１の導電形は、ｎ形に限らず、例えば、図２２〜図２４に示すようにｐ形でもよい。図２２は、ｐ形の半導体基板１がチャネル形成用領域を構成し、ドレイン領域４３およびソース領域４４の導電形をｎ形（ｎ＋）とする例である。また、図２３は、ｐ形の半導体基板１に形成したｐ形（ｐ＋）のウェル領域４１がチャネル形成用領域を構成し、ドレイン領域４３およびソース領域４４の導電形をｎ形（ｎ＋）とする例である。また、図２４は、ｐ形の半導体基板１に形成したｎ形のウェル領域４１がチャネル形成用領域を構成し、ドレイン領域４３およびソース領域４４の導電形をｐ形（ｐ＋）とする例である。
【０１１５】
以上説明した本実施形態の赤外線センサ１００は、半導体基板１と、半導体基板１の上記一表面側に形成されてなり赤外線吸収部３３およびサーモパイル３０ａを有する熱型赤外線検出部３とを備え、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が形成されてなるものであり、熱型赤外線検出部３が、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、第１の薄膜構造部３ａが、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、互いに対向する第２の薄膜構造部３ａａ同士を連結する連結片３ｃとを有し、各第２の薄膜構造部３ａａごとに第２の薄膜構造部３ａａと支持部３ｄとに跨ってサーモパイル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ることが可能となる。また、本実施形態の赤外線センサ１００では、第１の薄膜構造部３ａが、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、互いに対向する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結する連結片３ｃとを有し、各第２の薄膜構造部３ａａごとに第２の薄膜構造部３ａａと支持部３ｄとに跨ってサーモパイル３０ａが設けら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。また、本実施形態の赤外線センサ１００では、サーモパイル３０ａにおける熱電対の２種類の熱電要素がｐ形ポリシリコン層３５とｎ形ポリシリコン層３４とであり、ｐ形ポリシリコン層３５とｎ形ポリシリコン層３４とが互いに異なる面上に形成されているので、ｐ形ポリシリコン層３５とｎ形ポリシリコン層３４とが同一面上に形成されている場合に比べて、サーモパイル３０ａにおける熱電対の数を増やすことが可能となり、高感度化を図ることが可能となる。
【０１１６】
また、本実施形態の赤外線センサ１００は、平面視において、隣り合うｐ形ポリシリコン層３５とｎ形ポリシリコン層３４とが隙間なく配置されているので、サーモパイル３０ａにおける熱電対の数を増やすことができ、より一層の高感度化を図れるとともに第２の薄膜構造部３ａａの機械的な強度を高めることが可能となる。また、サーモパイル３０ａのｎ形ポリシリコン層３５およびｐ形ポリシリコン層３４で吸収される赤外線を増やすことが可能となる。
【０１１７】
また、本実施形態の赤外線センサ１００では、互いに異なる面のうち半導体基板１に近い第１の面上（ここでは、第２のシリコン窒化膜３２ｂの表面上）にｐ形ポリシリコン層３５が形成され、半導体基板１から遠い第２の面上（ここでは、第３のシリコン酸化膜５２ｂの表面上）にｎ形ポリシリコン層３４が形成されているので、ｐ形ポリシリコン層３５およびｎ形ポリシリコン層３４それぞれを形成するためのイオン注入を行う際にマスクを設ける必要がなく、ｐ形ポリシリコン層３５およびｎ形ポリシリコン層３４それぞれの応力が安定するととなり、製造歩留まりの向上を図れ、しかも、シート抵抗が安定してゼーベック係数が安定し、感度が安定する（製品間の感度のばらつきが小さくなる）。
【０１１８】
また、本実施形態の赤外線センサ１００は、赤外線吸収部３３の赤外線入射面側に、サーモパイル３０ａの形成時に赤外線吸収部３３を保護し赤外線吸収部３３の反りを抑制する補償ポリシリコン層たる赤外線吸収層３９が形成されているので、サーモパイル３０ａの形成時に赤外線吸収部３３がエッチングされて薄くなるのを抑制することが可能となるとともに、第２の薄膜構造部３ａａの応力バランスの均一性を高めることが可能となり、赤外線吸収部３３の薄膜化を図りながらも第２の薄膜構造部３ａａの反りを防止することが可能となり、感度の向上を図ることが可能となる。
【０１１９】
また、本実施形態の赤外線センサは、半導体基板１の上記一表面側に形成され熱型赤外線検出部３（の感温部３０）の出力電圧を取り出すためのＭＯＳトランジスタ４を備え、サーモパイル３０ａにおけるｐ形ポリシリコン層３５の厚さと、ＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６を構成する導電性ポリシリコン層４６ａの厚さとを同じとしてあるので、ｐ形ポリシリコン層３５および導電性ポリシリコン層４６ａの基礎となる第１のノンドープシリコン層１２０を一度に形成することが可能となり、製造コストの低減を図れる。なお、ｎ形ポリシリコン層３４とｐ形ポリシリコン層３５との配置が逆の場合には、ｎ形ポリシリコン層３４の厚さと、ＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６を構成する導電性ポリシリコン層４６ａの厚さとを同じにすることにより、製造コストの低減を図れる。また、ｐ形ポリシリコン層３５の厚さとｎ形ポリシリコン層３４の厚さと導電性ポリシリコン層４６ａとの厚さとを同じにしてもよい。
【０１２０】
また、本実施形態の赤外線センサ１００では、サーモパイル３０ａにより構成される感温部３０を有し半導体基板１の一表面側に形成されて半導体基板１に支持された熱型赤外線検出部３と、半導体基板１の上記一表面側に形成され熱型赤外線検出部３の感温部３０の出力電圧を取り出すためのＭＯＳトランジスタ４とを備え、ＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６が、ゲート絶縁膜４５上の導電性ポリシリコン層４６ａと、導電性ポリシリコン層４６ａを覆うシリサイド層３８とを有しているので、ＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６の抵抗を低減することができ、熱ノイズを低減することが可能となる。
【０１２１】
また、本実施形態の赤外線センサ１００は、ｐ形ポリシリコン層３５およびｎ形ポリシリコン層３４それぞれにおける温接点Ｔ１側の端部と冷接点Ｔ２側の端部とがシリサイド層３８により覆われているので、サーモパイル３０ａの抵抗を低減することができ、熱ノイズを、より低減することが可能となる。
【０１２２】
また、本実施形態の赤外線センサ１００は、サーモパイル３０ａにおけるｐ形ポリシリコン層３５とｎ形ポリシリコン層３４との少なくとも一方に形成されたシリサイド層３８の厚さと、ゲート電極４６における導電性ポリシリコン層４６ａに形成されたシリサイド層４６ｂの厚さとが同一であるので、サーモパイル３０におけるシリサイド層３８とゲート電極４６におけるシリサイド層４６ｂとを同時に形成することが可能となり、製造コストの低減を図れる。
【０１２３】
この赤外線センサ１００の製造にあたっては、半導体基板１の上記一表面側にノンドープポリシリコン層を形成した後、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とｎ形ポリシリコン層３４との少なくとも一方に対応する部分と導電性ポリシリコン層４６ａに対応する部分とが残るようにノンドープポリシリコン層をパターニングし、その後、ノンドープポリシリコン層に不純物を注入してｐ形ポリシリコン層３５とｎ形ポリシリコン層３４との少なくとも一方と導電性ポリシリコン層４６ａとを形成し、その後、ｐ形ポリシリコン層３５とｎ形ポリシリコン層３４との少なくとも一方の表面側にサーモパイル３０ａにおけるシリサイド層３８を形成するのと同時に、導電性ポリシリコン層４６ａの表面側にゲート電極４６におけるシリサイド層４６ｂを形成すればよい。
【０１２４】
上述の図１の例では、ｐ形ポリシリコン層３５のシリサイド層３８とゲート電極４６のシリサイド層４６ｂとを同時に形成することができる。また、上述の図１３〜図２１および図１を参照しながら説明した製造方法の例では、第１のノンドープポリシリコン層１２０を形成した後、第１のノンドープポリシリコン層１２０のうちｐ形ポリシリコン層３５に対応する部分と導電性ポリシリコン層４６ａに対応する部分とが残るように第１のノンドープポリシリコン層１２０をパターニングし、その後、第１のノンドープポリシリコン層１２０に不純物を注入してｐ形ポリシリコン層３５と導電性ポリシリコン層４６ａとを形成し、その後、ｐ形ポリシリコン層３５の表面側にサーモパイル３０ａにおけるシリサイド層３８を形成するのと同時に、導電性ポリシリコン層４６ａの表面側にゲート電極４６におけるシリサイド層４６ｂを形成している。
【０１２５】
なお、サーモパイル３０ａにおけるｐ形ポリシリコン層３５およびｎ形ポリシリコン層３４とゲート電極４６における導電性ポリシリコン層４６ａとを同一厚さとし、サーモパイル３０におけるシリサイド層３８とゲート電極４６におけるシリサイド層４６ｂとの厚さを同一としてもよく、サーモパイル３０におけるシリサイド層３８とゲート電極４６におけるシリサイド層４６ｂとを同時に形成することが可能となり、製造コストの低減を図れる。
【０１２６】
ところで、上述の赤外線センサ１００では、ｎ形ポリシリコン層３４とｐ形ポリシリコン層３５とを互いに異なる２つの層に分けて配置してあるが、これに限らず、例えば、図２５に示すように、互いに異なる４つの層にｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５を分けて配置するようにしてもよい。
【０１２７】
また、上述の赤外線センサ１００において、半導体基板１の空洞部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】
【０１２８】
１  半導体基板
３  熱型赤外線検出部
３ａ  第１の薄膜構造部
３ａａ  第２の薄膜構造部
３ｃ  連結片
３ｄ  支持部
４  ＭＯＳトランジスタ
１１  空洞部
３０  感温部
３０ａ  サーモパイル
３３  赤外線吸収部
３４  ｎ形ポリシリコン層
３５  ｐ形ポリシリコン層
３８  シリサイド層
３９  赤外線吸収層（補償ポリシリコン層）
４６  ゲート電極
４６ａ  導電性ポリシリコン層
４６ｂ  シリサイド層
１００  赤外線センサ
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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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