JP2014202708A - Infrared imaging element and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、赤外線撮像素子およびその製造方法に関し、特に赤外線検出部が支持脚により保持された熱型赤外線撮像素子およびその製造方法に関する。 The present invention relates to an infrared imaging device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a thermal infrared imaging device in which an infrared detection unit is held by a support leg and a manufacturing method thereof.
近年、防犯、医療、非破壊検査、車載応用など様々な分野において赤外線撮像素子が用いられ、検出能力の向上が図られている。特に、冷却装置が不要な非冷却赤外線撮像素子は、性能、価格、使いやすさから普及している。なかでも、非冷却赤外線検出器アレイとしてＳＯＩダイオード方式熱型赤外線検出器は、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板上のＳＯＩ層に形成したＰＮ接合ダイオードを熱型赤外線検出器として利用するものであり、一般的なシリコン半導体プロセスラインで製造できることから、比較的容易に安価で製造できる利点がある。 In recent years, infrared imaging devices have been used in various fields such as crime prevention, medical care, non-destructive inspection, and in-vehicle applications, and detection capabilities have been improved. In particular, uncooled infrared imaging elements that do not require a cooling device are popular because of their performance, price, and ease of use. Among them, an SOI diode thermal infrared detector as an uncooled infrared detector array uses a PN junction diode formed in an SOI layer on an SOI (Silicon on Insulator) substrate as a thermal infrared detector. Since it can be manufactured by a general silicon semiconductor process line, there is an advantage that it can be manufactured relatively easily at low cost.
図１０は、全体が５００で表される、従来のＳＯＩダイオード方式熱型赤外線検出器に含まれる赤外線撮像素子（１画素に相当）の断面図である。赤外線撮像素子５００は、赤外線検出領域８、配線領域１０およびそれらを接続する支持脚領域９を含む。赤外線検出領域８では、赤外線検出部３０がシリコン基板１２に設けられた中空部（空隙）２７上に支持脚２５により保持されており、断熱構造が形成されている。赤外線検出部３０と読出し回路（図示せず）との信号伝達は、支持脚２５内の第１金属配線１８と配線領域１０に形成された第２金属配線２１を介して行なわれる。赤外線検出領域８では、赤外線検出感度の向上（熱容量の低減）を目的として、第１層間膜１５が除去されており、更に、支持脚部９では、断熱特性向上のために第１層間膜１５に加えて埋め込み酸化膜１３も除去されている。支持脚２５は、第２層間膜１６、第１金属配線１８、第３層間膜１９’および保護膜２３の積層構造となっている。赤外線検出部３０の断熱特性は、この支持脚２５を構成する材料の熱伝導率、膜厚および長さにより決定される。 FIG. 10 is a cross-sectional view of an infrared imaging element (corresponding to one pixel) included in a conventional SOI diode thermal infrared detector, generally denoted by 500. The infrared imaging element 500 includes an infrared detection region 8, a wiring region 10, and a support leg region 9 connecting them. In the infrared detection region 8, the infrared detection unit 30 is held by the support legs 25 on the hollow part (gap) 27 provided in the silicon substrate 12, and a heat insulating structure is formed. Signal transmission between the infrared detector 30 and the readout circuit (not shown) is performed via the first metal wiring 18 in the support leg 25 and the second metal wiring 21 formed in the wiring region 10. In the infrared detection region 8, the first interlayer film 15 is removed for the purpose of improving the infrared detection sensitivity (reducing the heat capacity). Further, in the support leg 9, the first interlayer film 15 is used to improve the heat insulation characteristics. In addition, the buried oxide film 13 is also removed. The support leg 25 has a laminated structure of the second interlayer film 16, the first metal wiring 18, the third interlayer film 19 ′, and the protective film 23. The heat insulation characteristic of the infrared detecting unit 30 is determined by the thermal conductivity, the film thickness, and the length of the material constituting the support leg 25.
従来の赤外線撮像素子５００では、例えば赤外線検出部３０や支持脚２５を構成する部材の膜厚を薄くする（構造体の断面積を小さくする）ことで、赤外線検出部３０の熱容量の低減および断熱性の向上を図り、赤外線の検出感度を向上させている（例えば、特許文献１〜３参照）。 In the conventional infrared imaging device 500, for example, by reducing the film thickness of the members constituting the infrared detection unit 30 and the support leg 25 (decreasing the cross-sectional area of the structure), the heat capacity of the infrared detection unit 30 is reduced and heat insulation is performed. The sensitivity of infrared rays is improved (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
しかしながら、従来の赤外線撮像素子５００では、第２金属配線２１をエッチングする際の下地膜である第３層間膜１９’を支持脚の構成部材に含むために、製造ウエハ間および製造ロット間で支持脚の膜厚がばらつき、赤外線検出感度にもばらつきが生じるという問題点があった。即ち、製造ウエハ間および製造ロット間で第２金属配線２１の膜厚やエッチング装置のエッチングレートが変動することにより、第２金属配線２１のエッチング時のオーバーエッチ時間が変動して第２金属配線２１の下地酸化膜である第３層間膜１９’の膜厚がばらつき、結果として赤外線検出感度がばらついていた。 However, in the conventional infrared imaging device 500, since the third interlayer film 19 ′, which is a base film for etching the second metal wiring 21, is included in the constituent members of the support legs, it is supported between the manufacturing wafers and between the manufacturing lots. There was a problem that the film thickness of the legs varied and the infrared detection sensitivity varied. That is, when the film thickness of the second metal wiring 21 and the etching rate of the etching apparatus vary between production wafers and between production lots, the overetch time during etching of the second metal wiring 21 varies and the second metal wiring 21 The film thickness of the third interlayer film 19 ′, which is the underlying oxide film 21, varies, and as a result, the infrared detection sensitivity varies.
そこで、本発明は、赤外線撮像素子の赤外線検出感度を向上させると共に、製造条件のばらつきに起因する赤外線検出感度のばらつきを防止した赤外線撮像素子の提供を目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an infrared imaging device that improves the infrared detection sensitivity of the infrared imaging device and prevents variations in infrared detection sensitivity due to variations in manufacturing conditions.
本発明は、基板上に支持脚で支えられた赤外線検出部を有する赤外線撮像素子であって、中空部が設けられた基板と、中空部の上に設けられ、検知部を含む赤外線検出部と、基板と赤外線検出部とに接続されて、中空部の上に赤外線検出部を支える支持脚であって、第１絶縁膜と、第１絶縁膜の上に形成され、一方が検知部に接続され他方が基板上に延在する第１金属配線層と、第１金属配線層を覆う保護膜からなる支持脚と、中空部の周囲の基板に設けられた第２金属配線層であって、第２絶縁膜に設けられた開口部を介して下方の第１金属配線層と接続された第２金属配線層と、を含むことを特徴とする赤外線撮像素子である。 The present invention relates to an infrared imaging device having an infrared detection unit supported by a support leg on a substrate, the substrate provided with a hollow portion, an infrared detection unit provided on the hollow portion and including a detection unit, The support leg is connected to the substrate and the infrared detection unit and supports the infrared detection unit on the hollow portion, and is formed on the first insulation film and the first insulation film, and one of the support legs is connected to the detection unit. The other is a first metal wiring layer extending on the substrate, a support leg made of a protective film covering the first metal wiring layer, and a second metal wiring layer provided on the substrate around the hollow portion, An infrared imaging device comprising: a second metal wiring layer connected to a lower first metal wiring layer through an opening provided in the second insulating film.
また、本発明は、赤外線を検出する赤外線撮像素子の製造方法であって、検出領域、支持脚領域、および配線領域を含む基板を準備する工程と、基板の検出領域に検知部を形成する工程と、基板の上に、第１絶縁膜を形成する工程と、検知部の上の第１絶縁膜に第１開口部を形成する工程と、第１絶縁膜の上に第１金属層を形成する工程と、第１金属層をパターニングして、検知部と接続された第１金属配線層を形成する工程と、第１金属配線層の上に第２絶縁膜を形成する工程と、配線領域において、第１金属配線層の上の第２絶縁膜に第２開口部を形成する工程と、第２絶縁膜の上に第２金属層を形成する工程と、第２金属層の上にレジストマスクを形成し、レジストマスクを用いて第２金属層をパターニングして、第２開口部中に露出した第１金属配線層と接続された第２金属配線層を形成する工程と、レジストマスクを用いて、検出領域および支持脚領域の第２絶縁膜を除去する工程と、レジストマスクを除去した後に、基板の上に保護膜を形成する工程と、支持脚領域において、第１絶縁膜および保護膜を部分的に除去して、第１絶縁膜、第１金属配線層、および保護膜の３層構造からなる支持脚を形成する工程と、基板を選択的にエッチングして中空部を形成し、中空部の上に支持脚で支えられた、検知部を含む赤外線検出部を形成する工程と、を含むことを特徴とする赤外線撮像素子の製造方法でもある。 The present invention also relates to a method for manufacturing an infrared imaging device for detecting infrared rays, the step of preparing a substrate including a detection region, a support leg region, and a wiring region, and a step of forming a detection unit in the detection region of the substrate Forming a first insulating film on the substrate; forming a first opening in the first insulating film on the detection unit; and forming a first metal layer on the first insulating film. A step of patterning the first metal layer to form a first metal wiring layer connected to the detector, a step of forming a second insulating film on the first metal wiring layer, and a wiring region , Forming a second opening in the second insulating film on the first metal wiring layer, forming a second metal layer on the second insulating film, and resist on the second metal layer Form a mask, pattern the second metal layer using a resist mask, and expose it in the second opening Forming a second metal wiring layer connected to the first metal wiring layer, removing a second insulating film in the detection region and the support leg region using a resist mask, and after removing the resist mask Forming a protective film on the substrate, and removing the first insulating film and the protective film in the supporting leg region to form a first insulating film, a first metal wiring layer, and a protective film; A step of forming a support leg comprising a structure, a step of selectively etching the substrate to form a hollow part, and a step of forming an infrared detection part including a detection part supported by the support leg on the hollow part; It is also a manufacturing method of the infrared imaging element characterized by including.
本発明にかかる赤外線撮像素子では、赤外線検出感度が向上するとともに、製造条件のばらつきの影響を排除して赤外線検出感度のばらつきを防止できる。 In the infrared imaging device according to the present invention, the infrared detection sensitivity can be improved, and the influence of variations in manufacturing conditions can be eliminated to prevent variations in infrared detection sensitivity.
実施の形態１．
図１ａは、全体が５０で表される本発明の実施の形態１にかかるＳＯＩダイオード方式熱型赤外線検出器の斜視図であり、図１ｂは、図１ａをＡ−Ａ方向に見た場合の、１画素分の赤外線撮像素子１００の断面図である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1a is a perspective view of an SOI diode thermal infrared detector according to a first embodiment of the present invention, the whole being represented by 50, and FIG. 1b is a view when FIG. 1a is viewed in the AA direction. 1 is a cross-sectional view of an infrared imaging element 100 for one pixel.
図１ａに示すように、ＳＯＩダイオード方式熱型赤外線検出器５０は、基板１上にアレイ状に配置された複数の画素領域を含み、画素領域の間は配線領域となり、駆動線３と信号線４とが互いに交差するように設けられている。また、画素領域の周辺には、駆動走査回路５、信号走査回路６、読出し回路７が設けられている。 As shown in FIG. 1a, the SOI diode thermal infrared detector 50 includes a plurality of pixel regions arranged in an array on the substrate 1, and a wiring region is formed between the pixel regions. 4 are provided so as to cross each other. In addition, a drive scanning circuit 5, a signal scanning circuit 6, and a readout circuit 7 are provided around the pixel region.
図１ｂに示すように、赤外線撮像素子１００は、赤外線検出領域８、支持脚領域９および配線領域１０からなる。赤外線撮像素子１００は、ＳＯＩウエハ１１を含む。ＳＯＩウエハ１１は、シリコン基板１２、埋め込み酸化膜１３およびＳＯＩ層１４により構成されており、ＳＯＩ層１４には複数のＰＮ接合ダイオードが形成され、これらのＰＮ接合ダイオードが第１金属配線１８により直列に接続されている（図示せず）。 As shown in FIG. 1 b, the infrared imaging element 100 includes an infrared detection region 8, a support leg region 9, and a wiring region 10. The infrared imaging element 100 includes an SOI wafer 11. The SOI wafer 11 includes a silicon substrate 12, a buried oxide film 13 and an SOI layer 14. A plurality of PN junction diodes are formed in the SOI layer 14, and these PN junction diodes are connected in series by a first metal wiring 18. (Not shown).
赤外線検出領域８の第１金属配線１８の上には保護膜２３を介して赤外線吸収膜２６が設けられている。赤外線検出領域８の赤外線検出部３０は、支持脚領域９の支持脚２５により中空部（空隙）２７の上に保持され、断熱構造が形成されている。支持脚２５は、第２層間膜１６上に第１金属配線１８が設けられ、その上に保護膜２３が形成されている。赤外線検出部３０と読出し回路（図示せず）との信号伝達は、支持脚２５内の第１金属配線１８および配線領域１０に形成された信号読出し用の第２金属配線２１を介して行われる。 An infrared absorption film 26 is provided on the first metal wiring 18 in the infrared detection region 8 via a protective film 23. The infrared detection unit 30 in the infrared detection region 8 is held on the hollow portion (gap) 27 by the support legs 25 in the support leg region 9 to form a heat insulating structure. In the support leg 25, the first metal wiring 18 is provided on the second interlayer film 16, and the protective film 23 is formed thereon. Signal transmission between the infrared detector 30 and the readout circuit (not shown) is performed via the first metal wiring 18 in the support leg 25 and the second metal wiring 21 for signal readout formed in the wiring region 10. .
図１ｂにおいて、上方より入射した赤外線は赤外線吸収膜２６で吸収されて熱に変換され、ＰＮ接合ダイオードが形成された赤外線検出部３０の温度を上昇させる。この温度上昇に伴って、ＰＮ接合ダイオードの順方向電圧が変化して、この電圧の変化を読出し回路（図示せず）で画像信号に変換して出力される。 In FIG. 1b, infrared rays incident from above are absorbed by the infrared absorption film 26 and converted into heat, thereby raising the temperature of the infrared detection unit 30 in which the PN junction diode is formed. As the temperature rises, the forward voltage of the PN junction diode changes, and this change in voltage is converted into an image signal by a readout circuit (not shown) and output.
赤外線撮像素子１００では、支持脚２５は、膜厚がばらつくために赤外線検出感度のばらつきの原因となっていた第３層間膜１９’を含まないため、赤外線検出感度のばらつきの無い赤外線撮像素子１００を提供できる。また、赤外線検出領域８も第３層間膜１９’を含まないため、赤外線検知部３０の熱容量を低減でき、赤外線検出感度の高い赤外線撮像素子１００を提供できる。 In the infrared imaging device 100, the support leg 25 does not include the third interlayer film 19 ′ that caused the variation in the infrared detection sensitivity due to the variation in the film thickness. Therefore, the infrared imaging device 100 without the variation in the infrared detection sensitivity. Can provide. Further, since the infrared detection region 8 does not include the third interlayer film 19 ′, the heat capacity of the infrared detection unit 30 can be reduced, and the infrared imaging element 100 with high infrared detection sensitivity can be provided.
ここで、一般的なシリコン半導体プロセスでは、アルミニウムやチタン等の金属配線のエッチングに、塩素（Ｃｌ２）ガスや塩化ホウ素（ＢＣｌ３）ガス等を用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）が用いられる。ＲＩＥにおけるエッチングの終点は、プラズマ中の特定の原子、分子または活性種の発光強度をモニタリングし、発光強度の変化を用いて決定する。 Here, in a general silicon semiconductor process, RIE (Reactive Ion Etching) using chlorine (Cl 2 ) gas or boron chloride (BCl 3 ) gas or the like for etching of metal wiring such as aluminum or titanium is performed. ) Is used. The end point of etching in RIE is determined by monitoring the emission intensity of a specific atom, molecule or active species in the plasma and using the change in emission intensity.
図２は、窒化チタン／アルミニウム／チタンからなる積層構造の金属配線を塩化ホウ素と塩素を含む混合ガスを用いてＲＩＥした場合の、プラズマ中のアルミニウム原子（波長：３９６．２ｎｍ）のプラズマ発光強度の時間変化を模式的に示すものである。横軸がエッチング時間、縦軸がアルミニウム原子のプラズマ発光強度を示す。 FIG. 2 shows plasma emission intensity of aluminum atoms (wavelength: 396.2 nm) in plasma when RIE is performed on a metal wiring having a laminated structure of titanium nitride / aluminum / titanium using a mixed gas containing boron chloride and chlorine. The time change of is shown typically. The horizontal axis represents the etching time, and the vertical axis represents the plasma emission intensity of aluminum atoms.
図２から分かるように、エッチング開始直後、プラズマの着火と共にアルミニウム原子の発光強度は上昇する。その後、第１層の窒化チタンのエッチングが終了して第２層のアルミニウムが露出すると発光強度は急激に増加し、アルミニウムのエッチング中、発光強度はほぼ一定の値となる。更に、アルミニウムのエッチングが終了して最下層のチタンが露出すると発光強度は急激に減少する。通常、この時点をエッチング終点（ジャストエッチ）として、これまでの窒化チタンおよびアルミニウムのエッチング期間をメインエッチステップと呼ぶ。 As can be seen from FIG. 2, immediately after the start of etching, the emission intensity of aluminum atoms increases with the ignition of plasma. Thereafter, when the etching of the titanium nitride of the first layer is completed and the aluminum of the second layer is exposed, the emission intensity rapidly increases, and the emission intensity becomes a substantially constant value during the etching of aluminum. Further, when the etching of aluminum is completed and the lowermost titanium layer is exposed, the emission intensity decreases rapidly. Usually, this point is used as an etching end point (just etch), and the etching period of titanium nitride and aluminum so far is called a main etch step.
エッチング工程では、更に、オーバーエッチステップとして、高段差部等に残存したアルミニウムやチタン残渣をエッチングする。オーバーエッチの時間は、被エッチング膜の膜厚やエッチレートの変動に影響されるため、メインエッチステップの時間に対して所定の割合で決定される。例えば、オーバーエッチ時間＝メインエッチ時間×８０％として決定される。オーバーエッチでは、金属配線の下層の酸化膜が露出した状態でエッチングが行なわれるため、下地の酸化膜もエッチングされる。 In the etching process, as an overetching step, aluminum and titanium residues remaining in the high stepped portion and the like are etched. Since the overetching time is affected by fluctuations in the film thickness of the film to be etched and the etching rate, it is determined at a predetermined ratio with respect to the time of the main etching step. For example, it is determined as overetch time = main etch time × 80%. In overetching, etching is performed with the oxide film under the metal wiring exposed, so the underlying oxide film is also etched.
一般に、製造ウエハ間および製造ロット間でメインエッチ時間は変動するため、これに伴ってオーバーエッチ時間も変動し、オーバーエッチ後の下地の酸化膜の膜厚にばらつきが生じる。このため、支持脚が下地の酸化膜（第３層間膜）を含む構造では、製造ウエハ間や製造ロット間で支持脚の膜厚がばらつき、赤外線検出感度もばらつく。 In general, since the main etch time varies between production wafers and production lots, the overetch time also varies accordingly, resulting in variations in the thickness of the underlying oxide film after overetching. For this reason, in the structure in which the support leg includes the underlying oxide film (third interlayer film), the film thickness of the support leg varies between production wafers and between production lots, and the infrared detection sensitivity also varies.
これに対して、本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子１００では、支持脚２５が下地の酸化膜（第３層間膜１９’）を含まないため、支持脚の膜厚はばらつかず、赤外線検出感度にもばらつきが生じない。また、下地の酸化膜を含まない分だけ熱容量も小さくなり、赤外線検出感度も向上する。 On the other hand, in the infrared imaging element 100 according to the first embodiment of the present invention, since the support leg 25 does not include the underlying oxide film (third interlayer film 19 ′), the film thickness of the support leg does not vary. Infrared detection sensitivity does not vary. Further, the heat capacity is reduced by the amount not including the underlying oxide film, and the infrared detection sensitivity is improved.
なお、配線領域１０に用いる第２金属配線２１は、比較的長い距離の信号伝達を行なうために、厚膜の金属配線が用いられ、支持脚２５および赤外線検知領域８内に用いる第１金属配線１８には、第２金属配線２１よりも薄い金属配線が用いられる。これにより、支持脚の断熱特性が向上すると共に、赤外線検知部の熱容量が低減でき赤外線検出感度を向上させることができる。 The second metal wiring 21 used in the wiring region 10 is a thick metal wiring in order to transmit a signal over a relatively long distance, and the first metal wiring used in the support leg 25 and the infrared detection region 8. A metal wiring thinner than the second metal wiring 21 is used for 18. Thereby, while improving the heat insulation characteristic of a support leg, the thermal capacity of an infrared detection part can be reduced and infrared detection sensitivity can be improved.
図３は、本発明の実施の形態１にかかる赤外線撮像素子１００の製造方法のフローチャートであり、図４ａ〜図４ｌは、赤外線撮像素子１００の製造工程の断面図である。図３、図４ａ〜図４中、図１、２と同一符号は同一又は相当箇所を示す。 FIG. 3 is a flowchart of the manufacturing method of the infrared imaging device 100 according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 4A to 4L are cross-sectional views of the manufacturing process of the infrared imaging device 100. 3 and 4 a to 4, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 indicate the same or corresponding portions.
赤外線撮像素子１００の製造方法は、図３に示すように工程Ｓ１〜工程Ｓ１７を含む。以下にそれぞれの工程について図を参照しながら説明する。 The manufacturing method of the infrared imaging element 100 includes steps S1 to S17 as shown in FIG. Each step will be described below with reference to the drawings.
工程Ｓ１：図４ａに示すように、赤外線撮像素子１００の基板となるＳＯＩウエハ１１を準備する。ＳＯＩウエハ１１は、シリコン基板１２上に埋め込み酸化膜１３を介してＳＯＩ層１４が形成されている。 Step S1: As shown in FIG. 4a, an SOI wafer 11 serving as a substrate of the infrared imaging device 100 is prepared. In the SOI wafer 11, an SOI layer 14 is formed on a silicon substrate 12 via a buried oxide film 13.
工程Ｓ２：図４ｂに示すように、赤外線検出領域８以外のＳＯＩ層１４および埋め込み酸化膜１３を例えばエッチングで除去する。 Step S2: As shown in FIG. 4b, the SOI layer 14 and the buried oxide film 13 other than the infrared detection region 8 are removed by, for example, etching.
工程Ｓ３：図４ｃに示すように、支持脚領域９、赤外線検出領域８およびトランジスタ形成領域（図示せず）以外の箇所に第１層間膜１５を形成する。この第１層間膜１５には、シリコン基板を熱酸化して形成するシリコン酸化膜、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）や平坦化膜であるＢＰＴＥＯＳなどのシリコン酸化膜、シリコン窒化膜あるいはこれらの膜を積層して用いることができる。 Step S3: As shown in FIG. 4c, the first interlayer film 15 is formed in a place other than the support leg region 9, the infrared detection region 8, and the transistor formation region (not shown). The first interlayer film 15 is formed by laminating a silicon oxide film formed by thermally oxidizing a silicon substrate, a silicon oxide film such as TEOS (tetraethoxysilane) or BPTEOS as a planarizing film, a silicon nitride film, or these films. Can be used.
工程Ｓ４：図示しないが、読出し回路７等（図１ａ参照）に用いるトランジスタ等の素子を形成する。 Step S4: Although not shown, an element such as a transistor used for the readout circuit 7 or the like (see FIG. 1a) is formed.
工程Ｓ５：図示しないが、例えば選択イオン注入法や選択拡散法を用いてＳＯＩ層１４にＰＮ接合ダイオードを形成する。 Step S5: Although not shown, a PN junction diode is formed in the SOI layer 14 by using, for example, a selective ion implantation method or a selective diffusion method.
工程Ｓ６：図４ｄに示すように、ＳＯＩウエハ１１の全面に第２層間膜１６を堆積させる。この第２層間膜１６には、ＴＥＯＳなどのシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を用いることができる。 Step S6: As shown in FIG. 4d, a second interlayer film 16 is deposited on the entire surface of the SOI wafer 11. As the second interlayer film 16, a silicon oxide film such as TEOS or a silicon nitride film can be used.
工程Ｓ７：図示しないが、第２層間膜１６に、ＳＯＩ層１４へのコンタクトホール１７を形成する。また、トランジスタ形成領域においても、第２層間膜１６および第１層間膜１５にシリコン基板１２およびゲート電極へのコンタクトホールを形成する。 Step S7: Although not shown, a contact hole 17 to the SOI layer 14 is formed in the second interlayer film 16. Also in the transistor formation region, contact holes to the silicon substrate 12 and the gate electrode are formed in the second interlayer film 16 and the first interlayer film 15.
工程Ｓ８：図４ｅに示すように、ＳＯＩウエハ１１の全面に金属膜を堆積させた後にパターニングして第１金属配線１８を形成する。第１金属配線１８は、赤外線検出領域８および支持脚領域９の熱容量低減のために薄膜の金属膜を用いることが望ましい。第１金属配線１８は、例えばコバルト、タンタル、チタン、タングステン、窒化タンタル、窒化チタン、窒化タングステン、炭化タンタル、炭化チタン、炭化タングステン、ホウ化タンタル、ホウ化チタン、およびホウ化タングステンからなる群から選択される１つ以上の材料からなり、これらの積層膜としても良い。 Step S8: As shown in FIG. 4E, a metal film is deposited on the entire surface of the SOI wafer 11 and then patterned to form a first metal wiring 18. The first metal wiring 18 desirably uses a thin metal film in order to reduce the heat capacity of the infrared detection region 8 and the support leg region 9. The first metal wiring 18 is, for example, from the group consisting of cobalt, tantalum, titanium, tungsten, tantalum nitride, titanium nitride, tungsten nitride, tantalum carbide, titanium carbide, tungsten carbide, tantalum boride, titanium boride, and tungsten boride. It is made of one or more selected materials and may be a laminated film of these.
工程Ｓ９：図示しないが、ＳＯＩウエハ１１の全面に第３層間膜１９を堆積させる。第３層間膜１９には、例えばプラズマＣＶＤで形成したＴＥＯＳ等のシリコン酸化膜、およびシリコン窒化膜を用いることができる。 Step S9: Although not shown, a third interlayer film 19 is deposited on the entire surface of the SOI wafer 11. As the third interlayer film 19, for example, a silicon oxide film such as TEOS formed by plasma CVD and a silicon nitride film can be used.
工程Ｓ１０：図４ｆに示すように、配線領域１０の第１金属配線１８にスルーホール２０を形成する。 Step S10: As shown in FIG. 4f, a through hole 20 is formed in the first metal wiring 18 in the wiring region 10.
工程Ｓ１１：図４ｇに示すように、ＳＯＩウエハ１１の全面に金属膜を堆積させた後、パターニングして第２金属配線２１を形成する。第２金属配線２１は、長距離配線である駆動線３や信号線４を構成することから信号遅延を低減するために低抵抗であることが好ましく、このために、厚膜の金属配線を用いることが望ましい。第２金属配線２１には、例えばアルミニウム、チタン、窒化チタン、銅、タンタル、酸化タンタルまたはこれらを含む合金材料を用いることが好ましい。第２金属配線２１のエッチングには、ＲＩＥを用いることで精度良く第２金属配線２１を加工できる。なお、第２金属配線２１のパターニングの際、第３層間膜１９もエッチングプラズマに曝されてエッチングされ、膜厚が減少するために、第３層間膜１９形成時の膜厚よりも薄くなる（以下、「第３層間膜１９’」という。）。なお、第２金属配線２１の形成に用いた第２金属配線形成用レジストマスク２２は残した状態で次の工程に進む。 Step S11: As shown in FIG. 4g, after depositing a metal film on the entire surface of the SOI wafer 11, the second metal wiring 21 is formed by patterning. Since the second metal wiring 21 constitutes the drive line 3 and the signal line 4 which are long-distance wirings, it is preferable that the second metal wiring 21 has a low resistance in order to reduce signal delay. For this purpose, a thick metal wiring is used. It is desirable. For the second metal wiring 21, for example, aluminum, titanium, titanium nitride, copper, tantalum, tantalum oxide, or an alloy material containing these is preferably used. For etching the second metal wiring 21, the second metal wiring 21 can be processed with high accuracy by using RIE. In the patterning of the second metal wiring 21, the third interlayer film 19 is also exposed to the etching plasma and etched, and the film thickness is reduced, so that the film thickness becomes thinner than that when the third interlayer film 19 is formed ( Hereinafter, this is referred to as “third interlayer film 19 ′”). The second metal wiring forming resist mask 22 used for forming the second metal wiring 21 is left, and the process proceeds to the next step.
工程Ｓ１２：図４ｈに示すように、第２金属配線形成用レジストマスク２２をエッチングマスクに用いて、第３層間膜１９’のエッチングを行ない、第１金属配線１８の表面を露出させる。なお、エッチングは、炭素およびフッ素を含むフルオロカーボンガスを含むガスを用いたＲＩＥを用いることで、第１金属配線１８に対して高選択に第３層間膜１９’をエッチング除去することができる。また、これに限らず、フッ化水素酸を用いたウエットエッチを用いることも可能であるが、等方性エッチングであるため第１金属配線１８および第２金属配線２１の直下に形成された第２層間膜１６および第３層間膜１９へのサイドエッチに注意して処理条件を設定する必要がある。
その後、図４ｉに示すように、第２金属配線形成用レジストマスク２２を除去する。
Step S12: As shown in FIG. 4h, using the second metal wiring formation resist mask 22 as an etching mask, the third interlayer film 19 ′ is etched to expose the surface of the first metal wiring 18. Note that the etching can remove the third interlayer film 19 ′ with high selectivity with respect to the first metal wiring 18 by using RIE using a gas containing a fluorocarbon gas containing carbon and fluorine. In addition, it is possible to use wet etching using hydrofluoric acid. However, since it is isotropic etching, the first metal wiring 18 and the second metal wiring 21 formed immediately below the first metal wiring 18 are used. It is necessary to set processing conditions while paying attention to side etching on the second interlayer film 16 and the third interlayer film 19.
Thereafter, as shown in FIG. 4i, the second metal wiring forming resist mask 22 is removed.
工程Ｓ１３：図示しないが、ＳＯＩウエハ１１の全面に保護膜２３を形成する。保護膜２３には、例えばプラズマＣＶＤ法で形成したＴＥＯＳなどのシリコン酸化膜、シリコン窒化膜を用いることができる。 Step S13: Although not shown, a protective film 23 is formed on the entire surface of the SOI wafer 11. As the protective film 23, for example, a silicon oxide film such as TEOS formed by plasma CVD or a silicon nitride film can be used.
工程Ｓ１４：図４ｊに示すように、第２金属配線２１上の保護膜２３に、エッチングによりパッド開口領域２４を形成する。 Step S14: As shown in FIG. 4j, a pad opening region 24 is formed in the protective film 23 on the second metal wiring 21 by etching.
工程Ｓ１５：図４ｋに示すように、保護膜２３、第２層間膜１６を選択的にエッチングすることにより、支持脚領域９に支持脚２５を形成する。 Step S15: As shown in FIG. 4k, the support leg 25 is formed in the support leg region 9 by selectively etching the protective film 23 and the second interlayer film 16.
工程Ｓ１６：図４ｌに示すように、赤外線検出領域８に赤外線吸収膜２６を形成する。 Step S16: As shown in FIG. 4L, the infrared absorption film 26 is formed in the infrared detection region 8.
工程１７：赤外線検出領域８および支持脚領域９直下のシリコン基板１２をエッチングして中空部２７を形成する。以上の工程で、図１ｂに示す赤外線撮像素子１００が完成する。 Step 17: The silicon substrate 12 immediately below the infrared detection region 8 and the support leg region 9 is etched to form the hollow portion 27. Through the above steps, the infrared imaging device 100 shown in FIG. 1B is completed.
本発明の実施の形態１にかかる製造方法では、第２金属配線２１をエッチングする工程（工程Ｓ１１）で用いた第２金属配線形成用レジストマスク２２をマスクとして、第３層間膜１９’のエッチングを行ない（工程Ｓ１２）、第２金属配線２１直下以外の第３層間膜１９’を除去し、その後、保護膜２３を堆積させる（工程Ｓ１３）。
即ち、第２金属配線２１をエッチングする工程Ｓ１１では、オーバーエッチ時間が条件によって変動して第２金属配線２１の下地酸化膜である第３層間膜１９’の膜厚がばらつくが、本実施の形態１にかかる製造方法では、工程Ｓ１２を行うことにより、第３層間膜１９’を選択的に除去する。
In the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention, etching of the third interlayer film 19 ′ is performed using the second metal wiring forming resist mask 22 used in the step of etching the second metal wiring 21 (step S11) as a mask. (Step S12), the third interlayer film 19 ′ other than the portion immediately below the second metal wiring 21 is removed, and then a protective film 23 is deposited (step S13).
That is, in the step S11 for etching the second metal wiring 21, the overetch time varies depending on the conditions, and the film thickness of the third interlayer film 19 ′, which is the base oxide film of the second metal wiring 21, varies. In the manufacturing method according to the first embodiment, the third interlayer film 19 ′ is selectively removed by performing Step S12.
このため、赤外線撮像素子１００では、支持脚２５が、膜厚ばらつきの要因となっていた第３層間膜１９’を含まず、第１金属配線１８上の酸化膜が保護膜２３のみで形成された支持脚となる。これにより、製造ウエハ間や製造ロット間で支持脚の膜厚がばらつき、赤外線検出感度にもばらつきが生じるという問題点を解決し、赤外線検出感度の安定した赤外線撮像素子１００を得ることができる。 For this reason, in the infrared imaging device 100, the support leg 25 does not include the third interlayer film 19 ′ that caused the film thickness variation, and the oxide film on the first metal wiring 18 is formed only by the protective film 23. Become a support leg. As a result, it is possible to solve the problem that the film thickness of the support legs varies between production wafers and production lots, and the infrared detection sensitivity also varies, and the infrared imaging element 100 with stable infrared detection sensitivity can be obtained.
また、工程Ｓ１２では、赤外線検出領域８の第３層間膜１９’も除去することができ、赤外線検出領域８の薄膜化が可能となり、赤外線検出感度が向上する。 In step S12, the third interlayer film 19 'in the infrared detection region 8 can also be removed, the infrared detection region 8 can be made thinner, and the infrared detection sensitivity is improved.
なお、本発明の実施の形態１では、第１金属配線１８と第２金属配線２１の２層金属配線を例に説明したが、３層以上の多層配線の場合も同様に、金属配線のエッチングに用いたレジストマスクを用いて、下地の層間膜をエッチング除去することで同様の効果を得ることができる。 In the first embodiment of the present invention, the two-layer metal wiring of the first metal wiring 18 and the second metal wiring 21 has been described as an example. However, in the case of a multilayer wiring of three or more layers, the metal wiring is similarly etched. A similar effect can be obtained by removing the underlying interlayer film by etching using the resist mask used in the above.
また、ここでは、図４ｈにおいて、第２金属配線２１形成用レジストマスク２２をマスクとして第３層間膜１９’のエッチングを行ない第１金属配線１８の表面を露出させた際に、下地膜である第２層間膜１６が残存している場合について説明したが、第３層間膜１９’と第２層間膜１６が同一材料の場合には第２層間膜１６上でエッチングを停止させることが困難なため、第２層間膜１６をエッチングしてシリコン基板１２およびＳＯＩ層１４を露出させても良い。 Further, here, in FIG. 4h, when the third interlayer film 19 ′ is etched using the resist mask 22 for forming the second metal wiring 21 as a mask to expose the surface of the first metal wiring 18, it is the base film. Although the case where the second interlayer film 16 remains has been described, it is difficult to stop etching on the second interlayer film 16 when the third interlayer film 19 ′ and the second interlayer film 16 are made of the same material. Therefore, the second interlayer film 16 may be etched to expose the silicon substrate 12 and the SOI layer 14.
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２にかかる赤外線撮像素子２００の製造方法のフローチャートである。図５のフローチャートは、工程Ｓ１２において第２金属配線２１をマスクに用いて第３層間膜１９’をエッチングで除去する以外は、図３に示す本発明の実施の形態１にかかる製造方法のフローチャートと同じである。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 is a flowchart of the manufacturing method of the infrared imaging element 200 according to the second embodiment of the present invention. The flowchart of FIG. 5 is a flowchart of the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 3 except that the third interlayer film 19 ′ is removed by etching using the second metal wiring 21 as a mask in step S12. Is the same.
図６は、赤外線撮像素子２００の製造方法の工程Ｓ１２の断面図であり、図１ａのＡ−Ａ方向と同じ方向に見た場合の断面図である。図６において、図１ｂと同一符号は、同一又は相当箇所を示す。 FIG. 6 is a cross-sectional view of step S12 of the method for manufacturing the infrared imaging device 200, and is a cross-sectional view when viewed in the same direction as the AA direction of FIG. 1a. In FIG. 6, the same reference numerals as those in FIG. 1b indicate the same or corresponding parts.
図５に示すフローチャートの工程Ｓ１〜工程Ｓ１１（図４ａ〜図４ｇ）を行った後、工程Ｓ１２では、まず図６に示すように、第２金属配線２１の上の第２金属配線形成用レジストマスク２２を除去する。 After performing step S1 to step S11 (FIGS. 4a to 4g) of the flowchart shown in FIG. 5, in step S12, first, as shown in FIG. 6, a second metal wiring formation resist on the second metal wiring 21 is formed. The mask 22 is removed.
次に、第２金属配線２１をマスクとして、第３層間膜１９’のエッチングを行ない、第１金属配線１８の表面を露出させる。なお、エッチングは、炭素およびフッ素を含むフルオロカーボンガスを含むガスを用いたＲＩＥで行うことで、第１金属配線１８および第２金属配線２１に対して高い選択比を持って第３層間膜１９’をエッチングできる。また、ＲＩＥに代えて、フッ化水素酸を用いたウエットエッチを用いることも可能であるが、等方性エッチングであるため、第１金属配線１８および第２金属配線２１の直下に形成された第２層間膜１６および第３層間膜１９へのサイドエッチに注意してエッチング条件を設定する必要がある。 Next, the third interlayer film 19 ′ is etched using the second metal wiring 21 as a mask to expose the surface of the first metal wiring 18. The etching is performed by RIE using a gas containing a fluorocarbon gas containing carbon and fluorine, so that the third interlayer film 19 ′ has a high selectivity with respect to the first metal wiring 18 and the second metal wiring 21. Can be etched. In addition, it is possible to use wet etching using hydrofluoric acid instead of RIE, but since it is isotropic etching, it is formed immediately below the first metal wiring 18 and the second metal wiring 21. It is necessary to set etching conditions while paying attention to side etching on the second interlayer film 16 and the third interlayer film 19.
工程Ｓ１２で、第２金属配線２１をマスクとして第３層間膜１９’のエッチングを行ない、第２金属配線直下以外の第３層間膜１９’を除去した後、工程１３で保護膜２３を堆積させる。以下の工程Ｓ１４〜工程Ｓ１７は、図３のフローチャートと同じである。 In step S12, the third interlayer film 19 ′ is etched using the second metal wiring 21 as a mask to remove the third interlayer film 19 ′ other than the portion immediately below the second metal wiring, and then a protective film 23 is deposited in step 13. . The following steps S14 to S17 are the same as those in the flowchart of FIG.
本発明の実施の形態２にかかる赤外線撮像素子２００の製造方法では、このように、工程Ｓ１２で、第２金属配線２１をマスクとして第３層間膜１９’のエッチングを行ない、第２金属配線直下以外の第３層間膜１９’を除去することで、第３層間膜１９’を含まず、第１金属配線１８上の酸化膜が保護膜２３のみで形成された支持脚２５が実現できる。また、同時に、赤外線検出領域８の第３層間膜１９’も除去することができる。この結果、本発明の実施の形態１の製造方法と同様に、製造ウエハ間や製造ロット間で支持脚の膜厚がばらつき、赤外線検出感度にもばらつきが生じるという問題点を解決し、赤外線検出感度の安定した赤外線撮像素子２００を得ることができる。また、赤外線検出領域８の薄膜化が可能となり、赤外線検出感度が向上する。 In the method of manufacturing the infrared imaging element 200 according to the second embodiment of the present invention, the third interlayer film 19 ′ is etched using the second metal wiring 21 as a mask in step S12, and directly below the second metal wiring. By removing the third interlayer film 19 ′ other than that, the support leg 25 in which the oxide film on the first metal wiring 18 is formed only by the protective film 23 without including the third interlayer film 19 ′ can be realized. At the same time, the third interlayer film 19 'in the infrared detection region 8 can also be removed. As a result, similar to the manufacturing method of the first embodiment of the present invention, the problem that the film thickness of the support legs varies between the manufacturing wafers and the manufacturing lots and the infrared detection sensitivity also varies, and the infrared detection is solved. The infrared imaging element 200 with stable sensitivity can be obtained. Further, the infrared detection region 8 can be made thinner, and the infrared detection sensitivity is improved.
なお、本発明の実施の形態２にかかる赤外線撮像素子２００の製造方法では、第１金属配線１８と第２金属配線の２層金属配線を例に説明したが、多層配線の場合も同様に、第２金属配線２１をマスクとして下地の層間膜をエッチング除去することで同様の効果を得ることができる。 In the method for manufacturing the infrared imaging element 200 according to the second embodiment of the present invention, the first metal wiring 18 and the two-layer metal wiring of the second metal wiring have been described as an example. Similar effects can be obtained by etching away the underlying interlayer film using the second metal wiring 21 as a mask.
また、工程１２（図６）において、第２金属配線２１をマスクとして第３層間膜１９’のエッチングを行ない第１金属配線１８の表面を露出させた際に、下地膜である第２層間膜１６が残存している場合について説明したが、第３層間膜１９’と第２層間膜１６が同一材料の場合には第２層間膜１６上でエッチングを停止させることが困難なため、第２層間膜１６をエッチングしてシリコン基板１２およびＳＯＩ層１４を露出させても良い。 Further, in step 12 (FIG. 6), when the second interlayer wiring 19 'is used as a mask to etch the third interlayer film 19' and the surface of the first metal wiring 18 is exposed, the second interlayer film which is a base film Although the case where 16 remains is described, it is difficult to stop the etching on the second interlayer film 16 when the third interlayer film 19 ′ and the second interlayer film 16 are made of the same material. The interlayer film 16 may be etched to expose the silicon substrate 12 and the SOI layer 14.
実施の形態３.
図７は、本発明の実施の形態３にかかる赤外線撮像素子３００の断面図であり、図１ａのＡ−Ａ方向と同じ方向に見た場合の断面図である。また、図８は、本発明の実施の形態３にかかる赤外線撮像素子３００の製造方法のフローチャートであり、図９ａ〜図９ｌは製造工程の断面図である。図７、図８および図９ａ〜図９ｌ中、図１ｂ、図４ａ〜図４ｌと同一符号は、同一又は相当箇所を示す。
Embodiment 3.
FIG. 7 is a cross-sectional view of the infrared imaging element 300 according to the third embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view when viewed in the same direction as the AA direction of FIG. 1a. FIG. 8 is a flowchart of the manufacturing method of the infrared imaging device 300 according to the third embodiment of the present invention, and FIGS. 9a to 9l are cross-sectional views of the manufacturing process. 7, 8, and 9 a to 9 l, the same reference numerals as those in FIGS. 1 b and 4 a to 4 l indicate the same or corresponding portions.
図７に示すように、赤外線撮像素子３００では、支持脚２５が、膜厚がばらつき、赤外線検出感度のばらつきの原因となっていた第３層間膜１９’を含まないため、検出感度のばらつきの無い赤外線撮像素子３００を得ることができる。 As shown in FIG. 7, in the infrared imaging device 300, the support leg 25 does not include the third interlayer film 19 ′ that causes the variation in the film thickness and the variation in the infrared detection sensitivity. An infrared imaging device 300 can be obtained.
なお、配線領域１０に用いる第２金属配線２１には、比較的長い距離の信号伝達を行なうために厚膜の金属配線を用い、支持脚２５および赤外線検知部３０に用いる第１金属配線１８は、第２金属配線２１よりも薄い金属配線を用いることで、支持脚の断熱特性が向上すると共に、検知部の熱容量が低減でき赤外線検出感度を向上させることができる。 The second metal wiring 21 used in the wiring region 10 is a thick metal wiring for transmitting a signal over a relatively long distance, and the first metal wiring 18 used for the support leg 25 and the infrared detection unit 30 is By using a metal wiring thinner than the second metal wiring 21, the heat insulation characteristics of the support leg can be improved, the heat capacity of the detection unit can be reduced, and the infrared detection sensitivity can be improved.
図８は赤外線撮像素子３００の製造方法のフローチャートであるが、このフローチャートは、工程Ｓ１２においてレジストマスク２８を用いて支持脚領域９の第３層間膜１９’をエッチングで除去する以外は、図３に示す本発明の実施の形態１にかかる製造方法のフローチャートと同じである。 FIG. 8 is a flowchart of the manufacturing method of the infrared imaging device 300. This flowchart is the same as that in FIG. 3 except that the third interlayer film 19 ′ in the support leg region 9 is removed by etching using the resist mask 28 in step S12. It is the same as the flowchart of the manufacturing method concerning Embodiment 1 of this invention shown in FIG.
即ち、赤外線撮像素子３００の製造方法では、まず、実施の形態１の工程Ｓ１〜Ｓ１１と同様の工程を行う。かかる工程は、図９ａ〜図９ｇに対応する。但し、図９ｇに示すように、工程Ｓ１１では、第２金属配線２１をエッチングした後、第２金属配線２１の上の第２金属配線形成用レジストマスク２２を除去する。 That is, in the manufacturing method of the infrared imaging element 300, first, the same processes as the processes S1 to S11 of the first embodiment are performed. Such a process corresponds to FIGS. 9a to 9g. However, as shown in FIG. 9g, in step S11, after the second metal wiring 21 is etched, the second metal wiring forming resist mask 22 on the second metal wiring 21 is removed.
次に、工程Ｓ１２では、図９ｈに示すように、支持脚領域９が開口するようにレジストマスク２８を形成する。続いて、レジストマスク２８をエッチングマスクに用いて、支持脚領域９の第３層間膜１９’をエッチングで除去し、第１金属配線１８の表面を露出させる。最後に、図９ｉに示すように、レジストマスク２８を除去する。 Next, in step S12, as shown in FIG. 9h, a resist mask 28 is formed so that the support leg region 9 is opened. Subsequently, using the resist mask 28 as an etching mask, the third interlayer film 19 ′ in the support leg region 9 is removed by etching to expose the surface of the first metal wiring 18. Finally, as shown in FIG. 9i, the resist mask 28 is removed.
なお、エッチングは、炭素およびフッ素を含むフルオロカーボンガスを含むガスを用いたＲＩＥで行うことで、第１金属配線１８に対して高い選択比を持って第３層間膜１９’をエッチングできる。また、ＲＩＥに代えて、フッ化水素酸を用いたウエットエッチを用いることも可能であるが、等方性エッチングであるため、第１金属配線１８および第２金属配線２１の直下に形成された第２層間膜１６および第３層間膜１９へのサイドエッチに注意してエッチング条件を設定する必要がある。 Etching is performed by RIE using a gas containing a fluorocarbon gas containing carbon and fluorine, whereby the third interlayer film 19 ′ can be etched with a high selectivity with respect to the first metal wiring 18. In addition, it is possible to use wet etching using hydrofluoric acid instead of RIE, but since it is isotropic etching, it is formed immediately below the first metal wiring 18 and the second metal wiring 21. It is necessary to set etching conditions while paying attention to side etching on the second interlayer film 16 and the third interlayer film 19.
次に、工程Ｓ１３では、図９ｊに示すように、ＳＯＩウエハ１１の全面に保護膜２３を形成する。保護膜２３には、例えばプラズＣＶＤ法で形成したＴＥＯＳなどのシリコン酸化膜、シリコン窒化膜を用いる。 Next, in step S13, a protective film 23 is formed on the entire surface of the SOI wafer 11, as shown in FIG. 9j. For the protective film 23, for example, a silicon oxide film such as TEOS or a silicon nitride film formed by a plasma CVD method is used.
次に、工程Ｓ１４では、第２金属配線２１上の保護膜２３にパッド開口領域２４を形成する。 Next, in step S <b> 14, a pad opening region 24 is formed in the protective film 23 on the second metal wiring 21.
次に、工程Ｓ１５では、図９ｋに示すように、保護膜２３、第２層間膜１６を選択的にエッチングすることにより、支持脚領域９に支持脚２５を形成する。 Next, in step S15, as shown in FIG. 9k, the protective film 23 and the second interlayer film 16 are selectively etched to form the support leg 25 in the support leg region 9.
次に、工程Ｓ１６では、図９ｌに示すように赤外線検出領域８に赤外線吸収膜２６を形成する。 Next, in step S16, an infrared absorption film 26 is formed in the infrared detection region 8 as shown in FIG.
最後に、工程Ｓ１７において、赤外線検出領域８および支持脚領域９直下のシリコン基板１２をエッチングして中空部２７を形成する。以上の工程で、図７に示す赤外線撮像素子３００が完成する。 Finally, in step S <b> 17, the hollow portion 27 is formed by etching the silicon substrate 12 immediately below the infrared detection region 8 and the support leg region 9. Through the above steps, the infrared imaging device 300 shown in FIG. 7 is completed.
このように、本発明の実施の形態３にかかる製造方法では、第２金属配線２１形成後に支持脚領域９の第３層間膜１９’を除去して第１金属配線１８の表面を露出させ、その後に、保護膜２３を堆積させることで、支持脚２５は膜厚のばらつく第３層間膜１９’を含まず、第１金属配線１８上の酸化膜が保護膜２３のみで形成された支持脚構造が実現できる。 Thus, in the manufacturing method according to the third embodiment of the present invention, after the second metal wiring 21 is formed, the third interlayer film 19 ′ in the support leg region 9 is removed to expose the surface of the first metal wiring 18. After that, by depositing the protective film 23, the support leg 25 does not include the third interlayer film 19 ′ whose film thickness varies, and the support leg in which the oxide film on the first metal wiring 18 is formed only by the protective film 23. A structure can be realized.
なお、本発明の実施の形態３にかかる製造方法では、第１金属配線１８と第２金属配線の２層金属配線を例に説明したが、多層配線の場合も同様に、各金属配線のエッチング後に金属配線形成時に膜厚減少した下地の層間膜を支持脚領域９からエッチング除去することで同様の効果を得ることができる。 In the manufacturing method according to the third embodiment of the present invention, the two-layer metal wiring of the first metal wiring 18 and the second metal wiring has been described as an example. Similarly, in the case of the multilayer wiring, the etching of each metal wiring is performed. A similar effect can be obtained by etching away the underlying interlayer film whose film thickness has been reduced when the metal wiring is formed later from the support leg region 9.
また、実施の形態３では、図９ｈにおいて、レジストマスク２８をマスクとして第３層間膜１９’のエッチングを行ない第１金属配線１８の表面を露出させた際に、下地膜である第２層間膜１６が残存している場合について説明したが、第３層間膜１９’と第２層間膜１６が同一材料の場合には第２層間膜１６上でエッチングを停止させることが困難なため、第２層間膜１６をエッチングしてシリコン基板１２およびＳＯＩ層１４を露出させても良い。 In the third embodiment, in FIG. 9h, when the third interlayer film 19 ′ is etched using the resist mask 28 as a mask to expose the surface of the first metal wiring 18, the second interlayer film which is a base film is exposed. Although the case where 16 remains is described, it is difficult to stop the etching on the second interlayer film 16 when the third interlayer film 19 ′ and the second interlayer film 16 are made of the same material. The interlayer film 16 may be etched to expose the silicon substrate 12 and the SOI layer 14.
なお、本発明の実施の形態１〜３では、赤外線検出領域８にＳＯＩダイオードを用いた赤外線撮像素子について説明したが、例えば、酸化バナジウム（ＶＯｘ）などのボロメータ、ＢＳＴ（ＢａＳｒＴｉＯ３）などの焦電体等、温度によってその電気特性が変化する材料からなる赤外線検出膜を用いても同様の効果が得られる。 In the first to third embodiments of the present invention, an infrared imaging device using an SOI diode in the infrared detection region 8 has been described. For example, a bolometer such as vanadium oxide (VOx), a focus such as BST (BaSrTiO 3 ), and the like. The same effect can be obtained by using an infrared detection film made of a material whose electrical characteristics change depending on temperature, such as an electric body.
１ 基板、２ 赤外線撮像素子、３ 駆動線、４ 信号線、５ 駆動走査回路、６ 信号走査回路、７ 読出し回路、８ 赤外線検出領域、９ 支持脚領域、１０ 配線領域、１１ ＳＯＩウエハ、１２ シリコン基板、１３ 埋め込み酸化膜、１４ ＳＯＩ層、１５ 第１層間膜、１６ 第２層間膜、１７ コンタクトホール、１８ 第１金属配線、１９ 第３層間膜、１９’ 第２金属配線エッチング時に膜厚減少した第３層間膜、２０ スルーホール ２１ 第２金属配線、２２ 第２金属配線形成用レジストマスク、２３ 保護膜、２４ パッド開口領域、２５ 支持脚、２６ 赤外線吸収膜、２７ 中空部、２８ レジストマスク、３０ 赤外線検出部、５０ ＳＯＩダイオード方式熱型赤外線検出器、１００、２００、３００ 赤外線撮像素子、５００ 従来の赤外線撮像素子。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board | substrate, 2 Infrared image sensor, 3 Drive line, 4 Signal line, 5 Drive scanning circuit, 6 Signal scanning circuit, 7 Reading circuit, 8 Infrared detection area | region, 9 Supporting leg area | region, 10 Wiring area | region, 11 SOI wafer, 12 Silicon Substrate, 13 buried oxide film, 14 SOI layer, 15 first interlayer film, 16 second interlayer film, 17 contact hole, 18 first metal wiring, 19 third interlayer film, 19 ′ decrease in thickness when etching second metal wiring Third interlayer film, 20 through hole 21 second metal wiring, 22 resist mask for forming second metal wiring, 23 protective film, 24 pad opening region, 25 support leg, 26 infrared absorption film, 27 hollow part, 28 resist mask , 30 Infrared detector, 50 SOI diode thermal infrared detector, 100, 200, 300 Infrared imaging device, 500 Conventional infrared imaging device.
Claims (7)
中空部が設けられた該基板と
該中空部の上に設けられ、検知部を含む該赤外線検出部と、
該基板と該赤外線検出部とに接続されて、該中空部の上に該赤外線検出部を支える該支持脚であって、第１絶縁膜と、該第１絶縁膜の上に形成され、一方が該検知部に接続され他方が該基板上に延在する第１金属配線層と、該第１金属配線層を覆う保護膜からなる該支持脚と、
該中空部の周囲の該基板に設けられた第２金属配線層であって、第２絶縁膜に設けられた開口部を介して下方の該第１金属配線層と接続された該第２金属配線層と、を含むことを特徴とする赤外線撮像素子。 An infrared imaging device having an infrared detection unit supported by a support leg on a substrate,
The substrate provided with a hollow portion; and the infrared detection portion provided on the hollow portion and including a detection portion;
The support legs connected to the substrate and the infrared detection unit and supporting the infrared detection unit on the hollow part, the first support film being formed on the first insulation film and the first insulation film, A first metal wiring layer that is connected to the detection unit and the other extends on the substrate, and a support leg made of a protective film covering the first metal wiring layer,
A second metal wiring layer provided on the substrate around the hollow portion, the second metal connected to the lower first metal wiring layer through an opening provided in the second insulating film An infrared imaging device comprising: a wiring layer.
検出領域、支持脚領域、および配線領域を含む基板を準備する工程と、
該基板の該検出領域に検知部を形成する工程と、
該基板の上に、第１絶縁膜を形成する工程と、
該検知部の上の該第１絶縁膜に第１開口部を形成する工程と、
該第１絶縁膜の上に第１金属層を形成する工程と、
該第１金属層をパターニングして、該検知部と接続された第１金属配線層を形成する工程と、
該第１金属配線層の上に第２絶縁膜を形成する工程と、
該配線領域において、該第１金属配線層の上の該第２絶縁膜に第２開口部を形成する工程と、
該第２絶縁膜の上に第２金属層を形成する工程と、
該第２金属層の上にレジストマスクを形成し、該レジストマスクを用いて該第２金属層をパターニングして、該第２開口部中に露出した該第１金属配線層と接続された第２金属配線層を形成する工程と、
該レジストマスクを用いて、該検出領域および該支持脚領域の該第２絶縁膜を除去する工程と、
該レジストマスクを除去した後に、該基板の上に保護膜を形成する工程と、
該支持脚領域において、該第１絶縁膜および該保護膜を部分的に除去して、該第１絶縁膜、該第１金属配線層、および該保護膜の３層構造からなる該支持脚を形成する工程と、
該基板を選択的にエッチングして中空部を形成し、該中空部の上に該支持脚で支えられた、該検知部を含む赤外線検出部を形成する工程と、を含むことを特徴とする赤外線撮像素子の製造方法。 A method of manufacturing an infrared imaging device for detecting infrared rays,
Preparing a substrate including a detection region, a support leg region, and a wiring region;
Forming a detection portion in the detection region of the substrate;
Forming a first insulating film on the substrate;
Forming a first opening in the first insulating film on the detection unit;
Forming a first metal layer on the first insulating film;
Patterning the first metal layer to form a first metal wiring layer connected to the detector;
Forming a second insulating film on the first metal wiring layer;
Forming a second opening in the second insulating film on the first metal wiring layer in the wiring region;
Forming a second metal layer on the second insulating film;
Forming a resist mask on the second metal layer, patterning the second metal layer using the resist mask, and connecting the first metal wiring layer exposed in the second opening to the first metal wiring layer; Forming a two-metal wiring layer;
Using the resist mask, removing the second insulating film in the detection region and the support leg region;
Forming a protective film on the substrate after removing the resist mask;
In the support leg region, the first insulating film and the protective film are partially removed to form the support leg having a three-layer structure of the first insulating film, the first metal wiring layer, and the protective film. Forming, and
Forming a hollow part by selectively etching the substrate, and forming an infrared detection part including the detection part supported by the support leg on the hollow part. Infrared imaging device manufacturing method.
検出領域、支持脚領域、および配線領域を含む基板を準備する工程と、
該基板の該検出領域に検知部を形成する工程と、
該基板の上に、第１絶縁膜を形成する工程と、
該検知部の上の該第１絶縁膜に第１開口部を形成する工程と、
該第１絶縁膜の上に第１金属層を形成する工程と、
該第１金属層をパターニングして、該検知部と接続された第１金属配線層を形成する工程と、
該第１金属配線層の上に第２絶縁膜を形成する工程と、
該配線領域において、該第１金属配線層の上の該第２絶縁膜に第２開口部を形成する工程と、
該第２絶縁膜の上に第２金属層を形成する工程と、
該第２金属層の上にレジストマスクを形成し、該レジストマスクを用いて該第２金属層をパターニングして、該第２開口部中に露出した該第１金属配線層と接続された第２金属配線層を形成する工程と、
該レジストマスクを除去する工程と、
該第２金属配線層をマスクに用いて、該検出領域および該支持脚領域の該第２絶縁膜を除去する工程と、
該基板の上に保護膜を形成する工程と、
該支持脚領域において、該第１絶縁膜および該保護膜を部分的に除去して、該第１絶縁膜、該第１金属配線層、および該保護膜の３層構造からなる該支持脚を形成する工程と、
該基板を選択的にエッチングして中空部を形成し、該中空部の上に該支持脚で支えられた、該検知部を含む赤外線検出部を形成する工程と、を含むことを特徴とする赤外線撮像素子の製造方法。 A method of manufacturing an infrared imaging device for detecting infrared rays,
Preparing a substrate including a detection region, a support leg region, and a wiring region;
Forming a detection portion in the detection region of the substrate;
Forming a first insulating film on the substrate;
Forming a first opening in the first insulating film on the detection unit;
Forming a first metal layer on the first insulating film;
Patterning the first metal layer to form a first metal wiring layer connected to the detector;
Forming a second insulating film on the first metal wiring layer;
Forming a second opening in the second insulating film on the first metal wiring layer in the wiring region;
Forming a second metal layer on the second insulating film;
Forming a resist mask on the second metal layer, patterning the second metal layer using the resist mask, and connecting the first metal wiring layer exposed in the second opening to the first metal wiring layer; Forming a two-metal wiring layer;
Removing the resist mask;
Removing the second insulating film in the detection region and the support leg region using the second metal wiring layer as a mask;
Forming a protective film on the substrate;
In the support leg region, the first insulating film and the protective film are partially removed to form the support leg having a three-layer structure of the first insulating film, the first metal wiring layer, and the protective film. Forming, and
Forming a hollow part by selectively etching the substrate, and forming an infrared detection part including the detection part supported by the support leg on the hollow part. Infrared imaging device manufacturing method.
検出領域、支持脚領域、および配線領域を含む基板を準備する工程と、
該基板の該検出領域に検知部を形成する工程と、
該基板の上に、第１絶縁膜を形成する工程と、
該検知部の上の該第１絶縁膜に第１開口部を形成する工程と、
該第１絶縁膜の上に第１金属層を形成する工程と、
該第１金属層をパターニングして、該検知部と接続された第１金属配線層を形成する工程と、
該第１金属配線層の上に第２絶縁膜を形成する工程と、
該配線領域において、該第１金属配線層の上の該第２絶縁膜に第２開口部を形成する工程と、
該第２絶縁膜の上に第２金属層を形成する工程と、
該第２金属層の上に第１レジストマスクを形成し、該第１レジストマスクを用いて該第２金属層をパターニングして、該第２開口部中に露出した該第１金属配線層と接続された第２金属配線層を形成する工程と、
該第１レジストマスクを除去する工程と、
該検出領域および該配線領域を覆う第２レジストマスクを形成する工程と、
該第２レジストマスクを用いて、該支持脚領域の該第２絶縁膜を除去する工程と、
該第２レジストマスクを除去した後に、該基板の上に保護膜を形成する工程と、
該支持脚領域において、該第１絶縁膜および該保護膜を部分的に除去して、該第１絶縁膜、該第１金属配線層、および該保護膜の３層構造からなる該支持脚を形成する工程と、
該基板を選択的にエッチングして中空部を形成し、該中空部の上に該支持脚で支えられた、該検知部を含む赤外線検出部を形成する工程と、を含むことを特徴とする赤外線撮像素子の製造方法。 A method of manufacturing an infrared imaging device for detecting infrared rays,
Preparing a substrate including a detection region, a support leg region, and a wiring region;
Forming a detection portion in the detection region of the substrate;
Forming a first insulating film on the substrate;
Forming a first opening in the first insulating film on the detection unit;
Forming a first metal layer on the first insulating film;
Patterning the first metal layer to form a first metal wiring layer connected to the detector;
Forming a second insulating film on the first metal wiring layer;
Forming a second opening in the second insulating film on the first metal wiring layer in the wiring region;
Forming a second metal layer on the second insulating film;
Forming a first resist mask on the second metal layer, patterning the second metal layer using the first resist mask, and exposing the first metal wiring layer exposed in the second opening; Forming a connected second metal wiring layer;
Removing the first resist mask;
Forming a second resist mask covering the detection region and the wiring region;
Using the second resist mask to remove the second insulating film in the support leg region;
Forming a protective film on the substrate after removing the second resist mask;
In the support leg region, the first insulating film and the protective film are partially removed to form the support leg having a three-layer structure of the first insulating film, the first metal wiring layer, and the protective film. Forming, and
Forming a hollow part by selectively etching the substrate, and forming an infrared detection part including the detection part supported by the support leg on the hollow part. Infrared imaging device manufacturing method.
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