(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
当該半導体基板上に所定間隔で中空状態に配置、保持された単結晶シリコン薄膜と、
当該単結晶シリコン薄膜内に各々埋め込み形成され、前記単結晶シリコン薄膜に照射される赤外線により生じた熱を電気信号へ変換しうる複数の熱電気変換手段と、
前記単結晶シリコン薄膜内に埋め込み形成され、前記複数の熱電気変換手段間を電気的に接続する第一の接続層と、
前記熱電気変換手段と前記半導体基板に形成された配線とを電気的に接続する第二の接続層とを備え、
前記第二の接続層が前記熱電気変換手段と直接接続され、前記第一の接続層および前記第二の接続層が前記単結晶シリコン薄膜をシリサイド化した金属シリサイドにて構成されてなる
赤外線検出器。
【請求項２】
前記複数の熱電気変換手段が前記第一の接続層により直列接続されてなる請求項１に記載の赤外線検出器。
【請求項３】
前記単結晶シリコン薄膜が、支持梁にて前記半導体基板と中空状態に配置、保持されてなる請求項１または２に記載の赤外線検出器。
【請求項４】
前記第二の接続層が前記支持梁内に埋め込み形成されてなる請求項３に記載の赤外線検出器。
【請求項５】
前記第二の接続層が前記単結晶シリコン薄膜と異なる厚みを有してなる請求項１から４のいずれかに記載の赤外線検出器。
【請求項６】
前記単結晶シリコン薄膜の上部に配置され、支持柱により前記単結晶シリコン薄膜に連結された赤外線吸収部を有してなる請求項１から５のいずれかに記載の赤外線検出器。
【請求項７】
前記単結晶シリコン薄膜が、前記半導体基板表面に設けられた凹部の上に形成されてなる請求項１から６のいずれかに記載の赤外線検出器。
【請求項８】
前記金属シリサイドが、モリブデンシリサイド、タングステンシリサイドまたはチタンシリサイドのいずれかである請求項１から７のいずれかに記載の赤外線検出器。
【請求項９】
前記熱電気変換手段が、接合ダイオード、バイポーラトランジスタ、接合電界効果トランジスタ、ＭＯＳトランジスタまたはショットキーバリアダイオードのいずれかまたはその組み合わせにて形成されたことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の赤外線検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、赤外線検出器に関し、ことに赤外線フォーカルプレーンアレイに用いられる赤外線検出器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２２、２３は、例えば、Ｐｒｏ． ＳＰＩＥ ３６９８、５５６（１９９９）に開示されたＰＮ接合ダイオードを使った従来の赤外線検出器の一例を示す構成説明図であり、図２２は断面図、図２３は上面図を表している。また、図２４、は、従来の赤外線検出器の構成の詳細を説明するために、赤外線吸収部１０８の無い状態を示した図で、図２４（ａ）は上面図、図２４（ｂ）は図２４（ａ）のＡ−Ｂ断面図を示すものである。
【０００３】
従来の赤外線検出器は、表面に凹部１０４を有する半導体基板１０３と、この凹部１０４上に支持梁１０５にて中空に支持された検知部１０１と、この検知部の上に形成され、入射する赤外線を効率的に吸収するための吸収部１０８から構成されている。そして、検知部１０１にはＰＮ接合ダイオード１０２が形成され、検出器感度を高めるために金属配線１０６を使ってこのＰＮ接合ダイオード１０２を複数個直列に接続している。さらに、検知部１０１から支持梁１０５を通して半導体基板１０３に設けられた回路と接続するように金属配線が設けられている。なお、検知部１０１を半導体基板と中空に保つのは、入射赤外線によって検知部の温度が効果的に上昇するように熱絶縁性を高めるためである。また、検知部１０１、支持梁１０５、信号線１０９は、各々、シリコン酸化物等の絶縁物１００で覆われている。
【０００４】
また、ＰＮ接合ダイオード１０２は検出器感度を高めるために金属配線１０６により複数個が直列に接続されている。これらＰＮ接合ダイオード１０２は支持梁１０５に内蔵された金属配線１０７と接続され、金属配線１０７はさらに信号を回路に伝える信号線１０９に接続されている。赤外線検出器の性能は感度と雑音の比で決まるが、結晶欠陥や結晶同士が接触した結晶界面が存在すると雑音が発生するため、ＰＮ接合ダイオードを形成するシリコン膜としては、単結晶シリコン薄膜が好適である。半導体基板としては、シリコン基板上に絶縁膜を介してシリコン膜が形成されたＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板の利用が可能であり、低雑音化に適している。
【０００５】
ここで、ＰＮ接合ダイオードを使った赤外線検出器の感度につき以下に説明する。赤外線検出器の感度Ｒｅｓ（Ｖ／Ｋ）はダイオードの温度係数ｄＶｆ／ｄＴ（Ｖ／Ｋ）に比例し、検出器の熱コンダクタンスＧｔ（Ｗ／Ｋ）に反比例することから、次式（１）のように表すことができる。
Ｒｅｓ ∝ （ｄＶｆ／ｄＴ）／Ｇｔ    −−−−（１）
Ｇｔは検出器の熱コンダクタンスであり、上述の式（１）より、感度Ｒｅｓを上昇させるためには、この熱コンダクタンスＧｔを低減させることが効果的であることが分かる。通常、赤外線検出器は大気の熱伝導を無視できる真空中で動作させるため、支持梁１０５の断面積を小さくし、かつ、その長さを長くするほど熱コンダクタンスが小さくなり、感度が改善されることになる。
【０００６】
また、かかる赤外線検出器にて構成された赤外線フォーカルプレーンアレイを用いて熱画像を検出し、ＣＲＴ画面に表示する場合、赤外線フォーカルプレーンアレイの熱レスポンスの速度が遅いとＣＲＴ画面において残像が生じ、画質が劣化する。
以下に、赤外線フォーカルプレーンアレイの熱レスポンス特性につき説明する。赤外線フォーカルプレーンアレイの熱レスポンス特性は、通常、次式（２）にて示される熱時定数τにて評価される。
τ＝Ｃｔ／Ｇｔ        −−−−−−−−−−（２）
ここで、Ｃｔは熱容量で、検知部の体積（図２２の例では検知部１０１の体積と吸収部１０８の体積の合計に相当する）、使われる材料の比熱や密度で決まるものである。熱時定数τが小さいほど赤外線フォーカルプレーンアレイのレスポンスは良好となるが、熱時定数τを小さくするためにはコンダクタンスを大きくすることが必要となるため、赤外線検出器が用いられるシステムによってその要求値は異なる。ＮＴＳＣ方式では、熱時定数τがＣＲＴにおける画像表示の周期である３０ｍｓｅｃを越えると残像が発生することになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の赤外線検出器においては、感度を改善するために熱コンダクタンスを小さくすると、逆に熱時定数が増加することになり、両特性を同時に向上させることが困難であった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる赤外線検出器は、かかる課題を解決するために考案されたもので、半導体基板と、半導体基板上に所定間隔で中空状態に配置、保持された単結晶シリコン薄膜と、単結晶シリコン薄膜内に各々埋め込み形成され、単結晶シリコン薄膜に照射される赤外線により生じた熱を電気信号へ変換しうる複数の熱電気変換手段と、単結晶シリコン薄膜内に埋め込み形成され、複数の熱電気変換手段間を電気的に接続する第一の接続層と、熱電気変換手段と半導体基板に形成された配線とを電気的に接続する第二の接続層とを備え、第二の接続層が熱電気変換手段と直接接続され、第一の接続層および第二の接続層が単結晶シリコン薄膜をシリサイド化した金属シリサイドにて構成されたものである。
【０００９】
かかる熱型赤外線検出器は、複数の熱電気変換手段が第一の接続層により直列接続された構成とすることができ、単結晶シリコン薄膜が、支持梁にて半導体基板と中空状態に配置、保持されてもよい。また、第二の接続層が前記支持梁内に埋め込み形成された構成とすることもできる。
【００１１】
また、かかる熱型赤外線検出器においては、単結晶シリコン薄膜の上部に配置され、支持柱により単結晶シリコン薄膜に連結された赤外線の受光部を有した構成とすることができる。
【００１２】
かかる熱型赤外線検出器においては、単結晶シリコン薄膜は、半導体基板表面に設けられた凹部の上に形成することができる。
【００１３】
かかる熱型赤外線検出器においては、シリコン化合物は金属シリサイドにて形成することができ、かかるシリコン化合物としては、金属シリサイドを用いることができ、配線の熱容量の低減が容易となる。なお、金属シリサイドとしては、例えば、ＭｏシリサイドやＷシリサイドあるいはＴｉシリサイドなどが挙げられるが、従来の配線に代わりうるものであればこれら材料には特に限定されるものではない。
【００１４】
かかる熱型赤外線検出器においては、熱電気変換手段を、接合ダイオード、バイポーラトランジスタ、接合電界効果トランジスタ、ＭＯＳトランジスタまたはショットキーバリアダイオードのいずれかまたはその組み合わせにて形成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明にかかる赤外線検出器を拡大した図で、図１（ａ）は真上から見た図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ｂ断面図を示している。かかる赤外線検出器においては、照射された赤外線を検知する検知部１が半導体基板３に設けられた凹部４上に設けられ、支持梁５にて半導体基板３に対し中空状態となるように保持されている。検知部１はシリコン酸化膜１０にて形成されたものである。また、検知部１にはＰＮ接合ダイオード２が埋設して設けられ、金属シリサイド配線６によって接続されている。さらに、支持梁５には支持梁配線７が埋設されており、検知部１と半導体基板に設けられた回路配線９とをつないでいる。図２は図１に示した赤外線検出器の構成を示す斜視図で、検知部１が半導体基板３に対し中空状態となるように保持されている様子を示している。図３は、かかる赤外線検出器が複数配列された状態を示す斜視図であり、図３においては、図２に示した赤外線検出器が縦横に３列づつ並べられた場合を示している。本発明にかかる赤外線検出器はこのように、複数個がアレイ構造にて配列されることにより、例えば、赤外線カメラとして用いることが出来る。また、図４は、かかる赤外線検出器が、各検知部１ごとに赤外線吸収部８を有している構成を示す斜視図であり、赤外線吸収部８は図示しない支持柱にて検知部１と熱的に接続されている。このような赤外線吸収部８を有することにより赤外線の受光面積を大きくすることが出来、赤外線の検出感度を向上させることが出来る。また、図５は図３に示した赤外線検出器を真上から見た図である。
【００１６】
次に、動作につき説明する。
本発明にかかる赤外線検出器においては、赤外線吸収部８もしくは検知部１に赤外線が照射されると、赤外線吸収部８から検知部１に熱伝導され、もしくは検知部１にて直接的に発熱することにより、検知部１のＰＮ接合ダイオード２が熱−電気変換を行い、照射された赤外線量に応じた電圧が生じる。生じた電圧は金属シリサイド配線６及び各ダイオードを準じ伝達し、支持梁配線７により半導体基板側の回路配線９に伝えられる。この時、複数のＰＮ接合ダイオードにて熱−電気変換が行われるような光照射がなされた場合には、各ダイオードにて生じた電圧値が加算され、検出感度の向上に寄与することになる。回路配線９は図示しないが、信号処理、伝達回路に接続されている画像処理装置等の表示装置に接続されており、検出された赤外線のデータは、熱像や熱データに変換された後、カメラ等の表示機を使って出力されることになる。
【００１７】
本実施例においては、検知部１に設けられた複数のＰＮ接合ダイオード２を接続する配線と検知部１と半導体基板３上に設けられた回路配線９を接続する支持梁配線７の両配線を金属シリサイドにて構成したが、どちらか一方を金属シリサイドとする構成でも構わない。
【００１８】
以上、本発明にかかる赤外線検出器によれば、検知部１に設けられた複数のＰＮ接合ダイオード２を接続する配線と検知部１と半導体基板３上に設けられた回路配線９を接続する支持梁配線７のうち少なくとも一方がシリコン化合物にて形成されており、従来の構成例と比較して、金属接続配線および熱電気変換手段と接続配線の間に必要な絶縁膜を不要とし、赤外線の熱容量、熱時定数を低減できる。また、同時に支持梁を構成している絶縁膜が薄膜化されるため熱コンダクタンスも低減でき、低熱時定数のままで高感度化も達成できる。
【００１９】
実施の形態２
図６は本発明にかかる赤外線検出器の構成を説明する断面構成説明図の一例である。かかる赤外線検出器においては、ＰＮ接合ダイオード２が形成された検知部１が半導体基板３に対し中空状態となるように支持梁５で支持されており、断熱特性を高めることにより赤外線検出性能の向上が図られている。支持梁５には回路配線９と電気的に接続するための配線７が含まれる。また、検知部１の上には入射赤外線を効果的に吸収するための赤外線吸収部８があり、検知部１と支持柱３０にて熱的に接続されている。ＰＮ接合ダイオード２は金属シリサイド配線６にて複数個が直列に接続されている。かかる金属シリサイド配線６は、ダイオードを構成するシリコンに直接金属を付着させ、必要な熱処理を加えることにより形成したものである。また、従来の赤外線検出器における場合と同様、検知部１、支持梁５、回路配線９は、各々、シリコン酸化膜等の絶縁膜１０で覆われている。
【００２０】
図７は、検知部１に設けられる各熱電気変換手段間を接続する配線の製造方法を示す図である。かかる配線の製造方法においては、まず最初、シリコン酸化膜１０等でおおわれたシリコン１１の表面をエッチング等を用いて露出させる。次に、シリコン１１が露出した面に金属膜１２を蒸着した後、常法の熱処理を行うことにより金属シリサイド１３を形成する。金属シリサイド１３を形成した後、絶縁膜上に存在する不要な金属膜はエッチングにより除去する。かかる金属シリサイドの製造方法はＭＯＳトランジスタの製造において拡散抵抗を低減するために用いられるサリサイドとよばれるプロセスに相当するもので、半導体の製造において一般的に用いられる技術である。かかる既存の技術を用いて金属シリサイド１３を製造することにより、赤外線検出器が低コストにて生産できる。従来の赤外線検出器にても、ＰＮ接合ダイオード１０２と金属配線１０６の界面に金属シリサイド層１１０が形成される場合があるが、これはシリコン１０２と金属膜配線１０６間のコンタクト抵抗値を低減し、コンタクト部で発生するノイズを抑えることを目的としたものであり、本願発明のような、金属シリサイド配線６のみで配線を行うことにより金属シリサイド上の金属配線及び金属配線とシリコン膜との間の絶縁膜を不要とし、熱コンダクタンス、熱容量を同時に低減することを目的とするものとは異なるものである。なお、かかる金属シリサイド配線６の抵抗値は金属シリサイドを形成する金属材料若しくはシリコン層の厚みの変更によっても制御が可能であることはいうまでもない。
【００２１】
図８（ａ）は順バイアスとなるＰＮ接合１４と逆バイアスになるＮＰ接合１５が連続的に組み合わされた場合の各接合間の接続方法を示す図である。即ち、ＰＮＰＮ・・・のような繰返しパターン１６を形成し、逆バイアスとなるＮＰ接続１５の部分のシリコン表面を露出させ、金属膜を付着することにより金属シリサイド配線１７を形成し電気的にショートさせることで各ダイオードを順バイアスとし、直列接続とすることができる。図８（ａ）に示した構成においては、かかる繰返しパターン１６を支持梁内に形成された金属配線１８にて半導体基板内に形成された回路と接続している。
【００２２】
図８（ｂ）は、支持梁部に形成される配線がＰＮ接合ダイオードを形成するシリコン膜で構成されている構成を示したもので、上述した方法と同様にしてシリコンを露出させて金属膜を付着させ金属シリサイド配線１９を作成することによりＰＮ接合ダイオードと支持梁配線をつなげる金属配線が不要となる。
【００２３】
なお、支持梁部の配線の電気抵抗値が高すぎるとＰＮ接合ダイオードの温度変化を十分に読み出すことができず感度が劣化するが、電気抵抗値が低すぎると一般に熱コンダクタンスが上昇するため感度が劣化する。そのため、本実施の形態においては支持梁部の配線はシリコン膜の一部をシリサイド化させて作成することにより、所定の熱コンダクタンスと電気抵抗値を得ている。
【００２４】
実施の形態３
図９は本発明にかかる赤外線検出器の構成を説明する断面構成説明図の一例である。かかる赤外線検出器においては、半導体基板１には凹部４が設けられ、検知部１と熱的に独立した構成にすることにより赤外線検出器の感度向上が図られている。また、図１０に示したように、配線等に用いられるシリコン膜は、金属２１と反応して完全にシリサイド化するよう厚み調整されている。かかる赤外線検出器においては、最初に形成されるシリコン膜２０の膜厚によりシリサイド層２２の厚みが決定されるため、所定の電気抵抗値と熱コンダクタンス特性が容易に得られる。
【００２５】
実施の形態４
図１１は本発明にかかる赤外線検出器の構成を説明する断面構成説明図の一例である。かかる赤外線検出器においては、支持梁部の配線２３はシリコン薄膜のみで形成されている。シリコン薄膜は例えばボロンを高濃度にドーピングすることにより抵抗値を低減することができるが、金属シリサイド化した場合に比べると電気抵抗はやや大きくなる。かかる実施の形態は、プロセスの簡略化が可能で、低コスト化が図れるため、特にコスト低減を課題とし配線の抵抗値が高いことが特に問題にはならないような赤外線検出器の場合に好適である。
【００２６】
実施の形態５
図１２は本発明にかかる赤外線検出器の構成を説明する断面構成説明図の一例である。かかる赤外線検出器は、配線２４に使用するシリコン膜厚とＰＮ接合ダイオード部２５のシリコン膜厚とを変えたものである。かかる赤外線検出器においては、配線２４は完全シリサイド化されており、ＰＮ接合ダイオード２５においてはコンタクトと配線を兼ねる領域がシリコン／シリサイドの二重構造にて構成されている。ＰＮ接合ダイオード２５におけるコンタクトと配線を兼ねる部分においては、シリコンの表面層をシリサイド化することにより、配線の低抵抗化及びコンタクト抵抗の低抵抗化の２つの課題を同時に解決することができる。また、かかる構成にすることで、ＰＮ接合ダイオード部を構成するシリコンの膜厚と支持梁部の配線の各々を最適に設定でき、デバイス特性の調整が容易となる。
【００２７】
実施の形態６
図１３は本発明にかかる赤外線検出器の構成を説明する断面構成説明図の一例である。かかる赤外線検出器においては、ＰＮ接合ダイオード部のシリコン膜厚を支持梁部のシリコン膜厚と異なる厚みとすることで、それぞれの特性の要求値を満たすよう調整可能としたものである。支持梁配線２８においては、あらかじめ必要な電気抵抗値と熱コンダクタンス特性が得られるようにシリコン膜厚が設定されるため、デバイス領域のシリコン膜厚と異なる厚みを有しており、支持梁部の抵抗値が高くても問題とならないような用途に対しては、プロセスを簡略化でき、低コスト化が図れ、好適である。図１４はかかる赤外線検出器の製造方法を示す図で、ＳＯＩウエハ３１はシリコン膜３２とシリコン基板３３にてシリコン酸化膜３４をはさんだ構造を有している。シリコン膜３２にはＰＮ接合ダイオードと支持梁が形成されるが、たとえば、ＰＮ接合ダイオード部３５より支持梁部の配線に用いるシリコン膜３６を薄膜化したい場合は、あらかじめ支持梁部にて選択的酸化を行い選択的酸化膜３７を形成する。この方法はＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）酸化と呼ばれる方法で、必要な場所を選択酸化できるものである。この後、選択的酸化膜３７を全面除去することで所定の箇所にて膜厚を任意に調整できる。
【００２８】
実施の形態７
図１５は本発明にかかる赤外線検出器の製造方法を説明する図の一例である。かかる赤外線検出器の製造方法においては、配線およびＰＮ接合ダイオードに用いられる領域以外に形成されたシリコン膜４１を、選択酸化法を使って酸化し選択酸化膜４２を形成することで配線およびＰＮ接合ダイオードに用いられる領域を決定するものである。この方法はシリコン領域を決定するためにエッチングによってシリコン膜をパターニングする方法と比べ、段差ができにくい利点があり、後工程で段差が原因で発生するエッチング残りを防ぐことができるという特徴を有する。この場合シリコンが不要な領域には選択酸化膜４２が形成され、その厚さは配線およびＰＮ接合ダイオードに用いられる領域以外に形成されたシリコン膜４１の２倍程度の厚みになるため配線およびＰＮ接合ダイオードに用いられる領域以外に形成されたシリコン膜４１の厚みが大きいと支持梁を構成するシリコン膜及びシリコン酸化膜の熱コンダクタンスと熱容量が増加してしまう。このような場合には、図１６に示すような選択酸化膜の処理を行うことにより配線およびＰＮ接合ダイオードの領域を決める選択酸化膜厚を低減することが、熱コンダクタンス、熱容量ともに小さくすることが可能で、さらに高感度で高速応答が可能な赤外線検出器が実現できる。かかる選択酸化膜の形成方法は、図９にて開示した方法と同じものであり、この方法を用いることにより、シリコン層の厚さの個別調整が可能になり、また、シリコン膜以外の検知部の構成要素であるシリコン酸化膜の薄膜化も可能となる。
【００２９】
実施の形態８
図１７は本発明にかかる赤外線検出器の構成を説明する断面構成説明図の一例である。かかる赤外線検出器においては、図６及び図９から１３に示した構造と異なり、赤外線の吸収部が無い場合を示したものである。かかる赤外線検出器においては吸収部の熱容量が無いため、感度は若干低下するが、熱応答性が向上する利点がある。また熱応答性を吸収部が付いたものと同程度に設定した場合には、熱コンダクタンスを低減することで感度を増加させることも可能である。
【００３０】
実施の形態９
図１８は本発明にかかる赤外線検出器の構成を説明する断面構成説明図の一例である。かかる赤外線検出器は、図６、図９から１３及び図１７に示した赤外線検出器と異なり、熱電気変換手段を含み、シリコンおよび金属シリサイドのみで形成された検知部５１を、高い断熱特性を保持する支持梁５２によりつり下げた構造を有したものである。支持梁５２には金属で形成された配線５３が内包されている。かかる赤外線検出器においては、検知部５１内には金属配線および層間絶縁膜が存在しないため低熱容量が実現でき、適当な熱伝導率と膜厚を有する金属配線を用いることにより、低熱コンダクタンス化が図れる。
【００３１】
実施の形態１０
図１９は本発明にかかる赤外線検出器の構成を説明する断面構成説明図の一例である。かかる赤外線検出器においては、支持梁部の配線６１がシリサイドを使って形成され、各熱電気変換手段を結ぶ配線６２は従来のように金属と金属シリサイドで形成されている。かかる赤外線検出器においては、感度を高めるために形成された赤外線吸収体６３で発生した熱は熱的接続部６４を通して検知部６５の温度を上昇させるが、この熱的接続部６４と金属配線と検知部６５との電気的接続部６６とが共通化されている。光電変換部には金属配線が形成されているが赤外線吸収構造の一部になっているため余分な熱容量の増加が無い。このため電気的導通部分がシリコンと金属シリサイドのみで形成され、低熱コンダクタンス及び低熱容量が同時に実現できる。
【００３２】
実施の形態１１
図２０は本発明にかかる赤外線検出器の構成を説明する構成説明図の一例である。かかる赤外線検出器は、ＮＰＮ接続したバイポーラトランジスタを機能エレメントとして電気的導通部分がシリコンおよび金属シリサイドのみで形成たものである。検知部に用いられる熱電気変換手段としては、上述したようなＰＮ接合ダイオード以外にもバイポーラ接合トランジスタや接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）、ＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等の各種トランジスタを利用することができる。シリコン薄膜に形成されるトランジスタは、例えば、特開平１１−２１８４４２に開示されたように、金属配線とシリコン膜にて形成でき、かかるトランジスタを利用した赤外線検出器の作成が可能である。かかる金属配線をシリコン膜やシリサイド層に適用した場合には、検出器の薄膜化が達成できるため、熱コンダクタンスと熱容量の低減が可能となり、高感度化で高速応答が可能な赤外線検出器が実現できる。かかる赤外線検出器のように、シリコン薄膜の中に作成され、温度によってその電気的特性が変化する熱電気変換手段を利用した熱型赤外線検出器の電気的導通部分の一部に金属シリサイド層を使用することで、熱容量を低減することができる。また、同時に熱コンダクタンスを低下させることも可能なため、高速かつ高感度な赤外線検出器が実現できる。
【００３３】
実施の形態１２
図２１は本発明にかかる赤外線検出器の構成を説明する断面図の一例である。上述した実施の形態においてはｐｎ接合ダイオードを熱電気変換手段として用いたが、本実施の形態はｐｎ接合ダイオードの代わりにショットキーバリアダイオードを使用するものである。上述のｐｎ接合ダイオードを熱電気変換手段として用いた場合には、シリサイド配線とシリコン層の界面は高濃度にドーパントが注入されオーミック接触が生じるが、シリサイド配線２０１とシリコン層２０２との界面に、一定量以上のドーパントを注入しない場合にはショットキー接続が形成され、ダイオードとして機能することになる。このショットキーバリアダイオードは、シリコン層の不純物型およびシリサイドを適当に選択し、ショットキー障壁を所定の高さにすることで、電気特性の温度依存性を任意に調整できる。かかるシリサイド配線としては、例えば、白金シリサイドやチタンシリサイドが代表例として挙げられる。
以上、本実施の形態の赤外線検出器においては、シリサイド配線とシリコン層にて形成されるショットキーバリアダイオードを熱電気変換手段として利用できるため、製造工程を簡略化でき、好適である。
【００３４】
【発明の効果】
以上、本発明にかかる赤外線検出器によれば、半導体基板と、半導体基板上に所定間隔で中空状態に配置、保持された単結晶シリコン薄膜と、単結晶シリコン薄膜内に各々埋め込み形成され、単結晶シリコン薄膜に照射される赤外線により生じた熱を電気信号へ変換しうる複数の熱電気変換手段と、単結晶シリコン薄膜内に埋め込み形成され、複数の熱電気変換手段間を電気的に接続する第一の接続層と、熱電気変換手段と半導体基板に形成された配線とを電気的に接続する第二の接続層とを備え、第二の接続層が熱電気変換手段と直接接続され、第一の接続層および第二の接続層が単結晶シリコン薄膜をシリサイド化した金属シリサイドにて構成されているため、複数の熱電気変換手段を電気的に接続する配線と、熱電気変換手段と半導体基板に形成された配線とを電気的に接続する配線の熱容量及び熱時定数を低減することができ、その分熱コンダクタンスも低減可能となるため、高速かつ高感度な赤外線検出器を実現することができる。
【００３５】
かかる赤外線検出器によれば、複数の熱電気変換手段が第一の接続層により直列接続された場合には、各検知部の感度が重畳され、さらに高速かつ高感度な赤外線検出器を実現することができる。また、単結晶シリコン薄膜が、支持梁にて半導体基板と中空状態に配置、保持された場合には、半導体基板と検知部が熱的に独立した配置となり、熱検出感度が向上し、好適である。また、第二の接続層が支持梁内に埋め込み形成された場合には、熱電気変換手段と温度検出手段の接続において不要な金属配線が省かれるため、熱コンダクタンス、熱容量共に低減でき高速かつ高感度な赤外線検出器が実現できる。さらに、第二の接続層が単結晶シリコン薄膜と異なる厚みを有するように構成された場合には、第一の接続層と第二の接続層の各々を各接続層に要求される特性に合わせた厚みとすることができ、好適である。
【００３６】
かかる赤外線検出器によれば、単結晶シリコン薄膜の上部に配置され、支持柱により単結晶シリコン薄膜に連結された赤外線の受光部を有した構成とした場合には、照射される赤外線を効率的に受光することができ、高速かつ高感度な赤外線検出器が容易に実現できる。
【００３７】
かかる赤外線検出器によれば、単結晶シリコン薄膜が、半導体基板表面に設けられた凹部の上に形成された場合には、検知部が半導体基板から熱的な影響を受けにくくなるために、熱検出感度が向上し、好適である。また、かかるシリコン化合物が金属シリサイドで構成された場合には、低熱コンダクタンスかつ低熱容量の配線が容易に実現され、好ましい。
【００３８】
かかる赤外線検出器によれば、熱電気変換手段が、接合ダイオード、バイポーラトランジスタ、接合電界効果トランジスタ、ＭＯＳトランジスタまたはショットキーバリアダイオードのいずれかまたはその組み合わせにて形成された場合には、通常の半導体製造工程を用いて熱電気変換手段を作成することができるため、熱型赤外線検出器の製造工程を簡略化することができ、高速かつ高感度な赤外線検出器を低コストかつ容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかる赤外線検出器の構成を示す上面図及び断面図である。
【図２】  本発明にかかる赤外線検出器の構成を示す斜視図である。
【図３】  本発明にかかる赤外線検出器の構成を示す斜視図である。
【図４】  本発明にかかる赤外線検出器の構成を示す斜視図である。
【図５】  本発明にかかる赤外線検出器の構成を示す上面図である。
【図６】  本発明にかかる赤外線検出器の構成を示す断面図である。
【図７】  本発明にかかる赤外線検出器の製造方法を示す図である。
【図８】  本発明にかかる赤外線検出器の構成を示す上面図である。
【図９】  本発明にかかる赤外線検出器の構成を示す断面図である。
【図１０】  本発明にかかる赤外線検出器の製造方法を示す図である。
【図１１】  本発明にかかる赤外線検出器の構成を示す断面図である。
【図１２】  本発明にかかる赤外線検出器の構成を示す断面図である。
【図１３】  本発明にかかる赤外線検出器の構成を示す断面図である。
【図１４】  本発明にかかる赤外線検出器の製造方法を示す図である。
【図１５】  本発明にかかる赤外線検出器の製造方法を示す図である。
【図１６】  本発明にかかる赤外線検出器の製造方法を示す図である。
【図１７】  本発明にかかる赤外線検出器の構成を示す断面図である。
【図１８】  本発明にかかる赤外線検出器の構成を示す断面図である。
【図１９】  本発明にかかる赤外線検出器の構成を示す断面図である。
【図２０】  本発明にかかる赤外線検出器の構成を示す上面図である。
【図２１】  本発明にかかる赤外線検出器の構成を示す上面図及び断面図である。
【図２２】  従来の赤外線検出器の構成を示す断面図である。
【図２３】  従来の赤外線検出器の構成を示す上面図である。
【図２４】  従来の赤外線検出器の構成を示す上面図及び断面図である。
【符号の説明】
１  検知部、２  ＰＮ接合ダイオード、３  半導体基板、４  凹部、
５  支持梁、６  金属シリサイド配線、７  支持梁配線、８  赤外線吸収部、
９  回路配線、１０  シリコン酸化膜、１１  シリコン、１２  金属膜、
１３  金属シリサイド、１４  ＰＮ接合ダイオード、
１５  ＮＰ接合ダイオード、１６  繰返しパターン、１７  シリサイド、
１８  金属配線、１９  シリサイド、２０  シリコン膜、２１  金属、
２２  シリサイド層、２３  配線、２４  配線、２５  ＰＮ接合ダイオード部、
２６  シリコン膜、２７  シリコン酸化膜、２８  配線、３０  支持柱、
３１  ＳＯＩウエハ、３２  シリコン膜、３３  シリコン基板、
３４  シリコン酸化膜、３５  ＰＮ接合ダイオード部、３６  シリコン膜、
３７  選択的酸化膜、４１  シリコン膜、４２  選択酸化膜、５１  検知部、
５２  支持梁、５３  配線、６１  配線、６２  配線、６３  赤外線吸収体、
６４  熱的接続部、６５  検知部、６６  電気的接続部、１００  絶縁物、
１０１  検知部、１０２  ＰＮ接合ダイオード、１０３  半導体基板、
１０４  凹部、１０５  支持梁、１０６  金属配線、１０７  金属配線、
１０８  吸収部、１０９  信号線、１１０  金属シリサイド、１１１  凸部。
【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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【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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