JP4865957B2 - 熱型赤外線固体撮像装置の製造方法 - Google Patents
熱型赤外線固体撮像装置の製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱型赤外線固体撮像装置及びその製造方法に関し、特に、信号処理回路部と赤外線の検出部とが同一基板上に形成された熱型赤外線固体撮像装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は、全体が３００で示される、従来の熱型赤外線固体撮像装置の斜視図である（Ishikawa等, “Performance of 320×240 Uncooled IRFPA with SOI Diode Detectors”, Proc. SPIE 4130, p.153 (2000) ）。図示するように、熱型赤外線固体撮像装置３００は、シリコン基板３０１を含む。シリコン基板３０１上には、熱型赤外線検出器２００が３行×３列に配列された検出部（アレイ検出部）３０２と、熱型赤外線検出器２００から出力される電気信号を処理して外部に出力する信号処理回路部３０３とが設けられている。検出部３０２に含まれるそれぞれの熱型赤外線検出器２００と信号処理回路部３０３とは、配線層３０４により接続されている。
【０００３】
図１３は、図１２の熱型赤外線検出器２００の拡大図である。熱型赤外線検出器２００は、支持脚３０５で中空に保持された赤外線検出部３０６を含む。図中、斜線で示された領域は、エッチングされて凹部（図示せず）となっている。支持脚３０５には金属の配線３０８が設けられ、配線層３０４と赤外線検知膜３０９とを電気的に接続している。
【０００４】
図１４は、図１３のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。図１４に示すように、熱型赤外線検出器２００は、シリコン基板２０１（シリコン基板３０１の一部）を含む。
信号処理回路部３０３のシリコン基板２０１には、ＭＯＳ型の半導体素子２０２が設けられている。また、シリコン基板２０１の検出部３０２には、凹部（空洞部）２０３が設けられ、凹部２０３上には、支持脚２０４に支持された赤外線検知部２０５が設けられている。赤外線検知部２０５には、例えばボロメータ材料からなる赤外線検知膜２０６が設けられている。検出部３０２、信号処理回路部３０３には、層間分離層２０７が設けられ、その上に配線層２０８、絶縁層２０９が設けられている。
赤外線検知部２０５上には傘構造部２１０が設けられている。傘構造部２１０は、脚部２１１を含み、脚部２１１上に赤外線吸収膜２１２と保護膜２１３が形成されている。一方、信号処理回路部３０３上には、犠牲層２１４と保護膜２１３が形成されている。検出部３０２に含まれるそれぞれの熱型赤外線検出器２００の間には、エッチング孔２１５が設けられている。
【０００５】
次に、図１５を用いて、図１４に示す熱型赤外線固体撮像装置３００の製造方法について簡単に説明する。
まず、図１５（ａ）に示すように、シリコン基板２０１上の検出部３０２に赤外線検知膜２０６を、また、信号処理回路部３０３に半導体素子２０２を形成した後に、酸化シリコンからなる層間分離層２０７を全面に形成する。層間分離層２０７上には、アルミニウムの配線層２０８が形成される。かかる工程では、検出部３０２と信号処理回路部３０３の双方の配線層２０８が同時に形成される。
【０００６】
次に、図１５（ｂ）に示すように、酸化シリコンからなる絶縁層２０９で配線層２０８を覆った後、層間分離層２０７の所定の領域を開口し、更に、シリコンからなる犠牲層２１４を形成する。
更に、犠牲層２１４の所定の位置を開口して、脚部２１１で支持された傘構造部２１０を形成する。傘構造部２１０には、赤外線吸収膜２１２が形成され、これを覆うように窒化シリコンからなる保護膜２１３が形成される。かかる工程では、検出部３０２と信号処理回路部３０３の双方を覆う保護膜２１３が同時に形成される。続いて、犠牲層２１４等を除去するためのエッチング孔２１５が形成される。
【０００７】
最後に、図１５（ｃ）に示すように、エッチング孔２１５を介して犠牲層２１４を除去し、更に、シリコン基板２０１の一部をエッチングして凹部２０３を形成し、支持脚２０４に支持された赤外線検知部２０５を形成する。以上の製造工程を行うことにより、図１４に示す熱型赤外線固体撮像装置３００が完成する。
【０００８】
熱型赤外線固体撮像装置３００では、傘構造部２１０に入射した赤外線が赤外線吸収膜２１２に吸収され、熱として赤外線検知部２０５に伝えられる。これにより赤外線検知膜２０６の温度が上昇し、赤外線検知膜２０６の電気特性が変化する。この電気特性の変化は電気信号に変換され、赤外線検知膜２０６に接続された配線層２０８を経て信号処理回路部３０３に送られ、傘構造部２０６に入射する赤外線の量が検出される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１４に示す熱型赤外線固体撮像装置３００では、上述のように、支持脚２０４や赤外線検知部２０５に含まれる層間分離層２０７、保護膜２１３が、信号処理回路部３０３に含まれる層間分離層２０７、保護膜２１３と同時に形成されるため、層間分離層２０７、保護膜２１３の膜厚が厚くなる。即ち、層間分離層２０７の膜厚は、信号処理回路部３０３に含まれる半導体素子２０２と配線層２０８との間の絶縁分離が十分になるような膜厚となるが、かかる膜厚は、赤外線検知部２０５に含まれる赤外線検知膜２０６と配線層２０８とを分離するのに必要な膜厚より大きくなっている。また、信号処理回路部３０３の保護に必要な保護膜２１３の膜厚は、傘構造部２１０の表面保護に必要な保護膜２１３の膜厚より大きくなっている。
【００１０】
このため、第１に、支持脚２０４の熱コンダクタンスが大きくなるため、赤外線検知部２０５からシリコン基板２０１に逃げる熱量が多くなり、赤外線の検出感度が低くなっていた。
また、第２に、傘構造部２１３の熱容量が大きくなるため、熱型赤外線検出器２００の熱時定数が長くなり、動きの速い被写体を撮影することができなかった。
また、第３に、融点は約６６０℃であるが４５０℃以上で劣化が見られるアルミニウムで配線層２０８が形成されているため、犠牲層２１４の形成に表面の平坦性に優れた熱ＣＶＤ法を使用できず、下地段差を良好に被覆することができなかった。
そこで本発明は、赤外線の検出感度が高く、熱時定数が短い熱型赤外線固体撮像装置の提供を目的とする。
また、容易な工程からなる熱型赤外線固体撮像装置の製造方法の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、シリコン基板に形成された凹部上に赤外線検知部が支持脚で支えられた熱型赤外線固体撮像装置の製造方法であって、検出領域と処理領域とを備えたシリコン基板を準備する工程と、該シリコン基板上の該検出領域に赤外線検知膜を、該処理領域に半導体素子を、それぞれ形成する工程と、該シリコン基板上に、該赤外線検知膜と該半導体素子とを覆う絶縁層を形成する工程と、該検出領域上の該絶縁層を覆う犠牲層を形成する工程と、該シリコン基板上に層間分離層と保護膜とを順次積層する工程と、該犠牲層上の該層間分離層と該保護膜とを選択的に除去する除去工程と、該検出領域上の該犠牲層上に、赤外線吸収膜を含む傘構造部を形成する工程と、該犠牲層を選択的に除去して、該絶縁層上に該傘構造部を載置させる工程と、該検出領域の該シリコン基板をエッチングして凹部を形成し、該絶縁層からなる支持脚と、該赤外線検知膜を含む該絶縁層からなり該支持脚で支えられた赤外線検知部とを、該凹部上に形成する工程とを含むことを特徴とする熱型赤外線固体撮像装置の製造方法である。
かかる製造方法を用いることにより、支持脚や赤外線検知部等に含まれる絶縁層（検出領域の絶縁層）を、処理領域の層間分離層より薄くすることができる。このため、支持脚の熱コンダクタンス及び赤外線検知部の熱容量が小さくなる。その結果、赤外線検知部からシリコン基板に逃げる熱量が少なくなり、赤外線の検出感度を高くすることができる。
更に、熱型赤外線検出器の熱時定数が短くなり、動きの速い被写体の撮影が可能となる。
【００１２】
上記除去工程は、上記犠牲層上に形成したエッチング停止層をエッチングストッパとして用いて、上記層間分離層と上記保護膜とを選択的にエッチングする工程でも良い。
犠牲層上の層間分離層と保護膜とを、正確に除去できるからである。
【００１３】
上記傘構造部が、上記エッチング停止層と、該エッチング停止層中に形成された上記赤外線吸収膜とを含み、該傘構造部を該犠牲層上に形成した後に、該傘構造部をエッチングストッパとして用いて上記除去工程を行うものであっても良い。
傘構造部がエッチングストッパを兼ねることにより、製造工程が簡略化されるからである。
【００１４】
また、本発明は、シリコン基板に形成された凹部上に赤外線検知部が支持脚で支えられた熱型赤外線固体撮像装置の製造方法であって、検出領域と処理領域とを備えたシリコン基板を準備する工程と、該シリコン基板上の該検出領域に赤外線検知膜を、該処理領域に半導体素子を、それぞれ形成する工程と、該シリコン基板上に、該赤外線検知膜と該半導体素子とを覆う層間分離層を形成する工程と、該検出領域上の該層間分離層を選択的にエッチングして薄層化する薄層化工程と、該検出領域上の該層間分離層を覆う犠牲層を形成する工程と、該犠牲層上に、赤外線吸収膜を含む傘構造部を形成する傘構造部形成工程と、該犠牲層を選択的に除去して、該層間分離層上に該傘構造部を載置する工程と、該検出領域の該シリコン基板をエッチングして凹部を形成し、該層間分離層からなる支持脚と、該赤外線検知膜を含む該層間分離層からなり該支持脚で支えられた赤外線検知部とを、該凹部上に形成する工程とを含むことを特徴とする熱型赤外線固体撮像装置の製造方法でもある。
かかる製造方法を用いることにより、支持脚や赤外線検知部等に含まれる層間分離層（検出領域の層間分離層）を、処理領域の層間分離層より薄くすることができる。
このため、支持脚の熱コンダクタンス及び赤外線検知部の熱容量が小さくなる。その結果、赤外線検知部からシリコン基板に逃げる熱量が少なくなり、赤外線の検出感度を高くすることができる。
更に、熱型赤外線検出器の熱時定数が短くなり、動きの速い被写体の撮影が可能となる。
【００１５】
上記薄層化工程は、上記赤外線検知膜上の上記層間分離膜中にエッチング停止層を形成し、該エッチング停止層をエッチングストッパとして用いて、該層間分離膜をエッチングする工程でも良い。
層間分離層を、正確な膜厚で薄層化できるからである。
なお、かかるエッチング停止層は、赤外線検知膜の保護膜を兼ねる。
【００１６】
更に、上記傘構造部形成工程後に、少なくとも該処理領域上の該層間分離膜上に保護膜を形成する工程を含むものであっても良い。
【００１７】
また、本発明は、シリコン基板に形成された凹部上に赤外線検知部が支持脚で支えられた熱型赤外線固体撮像装置の製造方法であって、検出領域と処理領域とを備えたシリコン基板を準備する工程と、該シリコン基板上の該検出領域に赤外線検知膜を、該処理領域に半導体素子を、それぞれ形成する工程と、該シリコン基板上に、該赤外線検知膜と該半導体素子とを覆う層間分離層を形成する工程と、少なくとも該検出領域上の該層間分離層を覆う犠牲層を形成する工程と、該検出領域上の該犠牲層上に、エッチング停止層と、該エッチング停止層中に形成された赤外線吸収膜とを含む傘構造部を形成する工程と、該シリコン基板上に保護膜を形成する工程と、該エッチング停止層をエッチングストッパに用いて、該傘構造部上の該保護膜を選択的に除去する工程と、該犠牲層を選択的に除去して、該層間分離層上に該傘構造部を載置する工程と、該検出領域の該シリコン基板をエッチングして凹部を形成し、該層間分離層からなる支持脚と、該赤外線検知膜を含む該層間分離層からなり該支持脚で支えられた赤外線検知部とを、該凹部上に形成する工程とを含むことを特徴とする熱型赤外線固体撮像装置の製造方法でもある。
かかる製造方法を用いることにより、傘構造部の熱容量を小さくすることができる。この結果、熱型赤外線検出器の熱時定数が短くなり、動きの速い被写体の撮影が可能となる。
【００１８】
また、本発明は、シリコン基板に形成された凹部上に赤外線検知部が支持脚で支えられた熱型赤外線固体撮像装置の製造方法であって、検出領域と処理領域とを備えたシリコン基板を準備する工程と、該シリコン基板上の該検出領域に赤外線検知膜を、該処理領域に半導体素子を、それぞれ形成する工程と、該シリコン基板上に、該赤外線検知膜と該半導体素子とを覆う層間分離層を形成する工程と、少なくとも該検出領域上の該層間分離層を覆う犠牲層を形成する工程と、該検出領域上の該犠牲層上に、赤外線吸収膜を含む傘構造部を形成する工程と、該シリコン基板上に保護膜を形成する工程と、該赤外線吸収膜をエッチングストッパに用いて、該傘構造部上の該保護膜を選択的に除去する工程と、該犠牲層を選択的に除去して、該層間分離層上に該傘構造部を載置する工程と、該検出領域の該シリコン基板をエッチングして凹部を形成し、該層間分離層からなる支持脚と、該赤外線検知膜を含む該層間分離層からなり該支持脚で支えられた赤外線検知部とを、該凹部上に形成する工程とを含むことを特徴とする熱型赤外線固体撮像装置の製造方法でもある。
かかる製造方法を用いることにより、傘構造部の熱容量を小さくすることができる。この結果、熱型赤外線検出器の熱時定数が短くなり、動きの速い被写体の撮影が可能となる。
【００１９】
上記シリコン基板は、シリコン基板上に、酸化シリコン層を介してシリコン層が形成されたＳＯＩ基板であることが好ましい。
かかる基板を用いることにより、例えば、該シリコン層に形成したｐｎ接合ダイオードを赤外線検知膜とすることができ、一般的なシリコンプロセスで製造可能となるからである。
【００２０】
少なくとも上記検出領域の上記シリコン層を除去する工程を含むものであっても良い。
検出領域の熱コンダクタンス及び熱容量が小さくなることで、赤外線検知部からシリコン基板に逃げる熱量が少なくなり、赤外線の検出感度を高くできるからであり、また、熱型赤外線検出器の熱時定数が短くなり、動きの速い被写体の撮影が可能となるからである。
【００２１】
少なくとも上記検出領域の上記酸化シリコン層を除去する工程を含むものであっても良い。
検出領域の熱コンダクタンス及び熱容量が小さくなることで、赤外線検知部からシリコン基板に逃げる熱量が少なくなり、赤外線の検出感度を高くできるからであり、また、熱型赤外線検出器の熱時定数が短くなり、動きの速い被写体の撮影が可能となるからである。
【００２２】
上記犠牲層は、シリコン及びポリイミドから選択される一の材料からなることが好ましい。
かかる材料を用いることにより、選択エッチングが容易となるからである。
【００２３】
上記エッチング停止層は、窒化シリコン層からなることが好ましい。
【００２４】
上記赤外線検知膜と上記処理領域とを電気的に接続する接続配線を形成する工程を含むものであっても良い。
【００２５】
上記接続配線が、導電性シリコン及び／又は高融点金属を含み、上記犠牲層を熱化学気相堆積法で形成することが好ましい。
接続配線にかかる材料を用いることにより、接続配線形成後の犠牲層の形成工程に、例えば６００℃程度の高温となる熱化学気相堆積法を適用することができる。この結果、犠牲層の表面の平坦性が向上し、下地段差を良好に被覆することができ、以降の工程が容易となる。
【００２６】
更に、上記処理領域に、導電性シリコン及び／又は高融点金属を含む回路配線を形成する工程を含むものであっても良い。
【００２７】
また、本発明は、検出部と該検出部から送られた信号を処理する信号処理部とが、同一シリコン基板上に設けられた熱型赤外線固体撮像装置であって、
ａ） シリコン基板上に設けられた半導体素子と、層間分離層を介して該半導体素子上に設けられた回路配線とを含む信号処理部と、
ｂ） 該シリコン基板に設けられた凹部上に支持脚で支えられた赤外線検知部を含む検出部であって、該支持脚と該赤外線検知部が、所定の膜厚の絶縁膜を含み、該赤外線検知部に設けられた赤外線検知膜と該信号処理部とが、該支持脚を通る接続配線で接続された検出部と、
ｃ）該検出部上に設けられた、赤外線吸収膜を含む赤外線吸収部であって、赤外線を熱に変換して該検出部に伝える赤外線吸収部とを含み、
該絶縁膜の膜厚を、該層間分離層の膜厚より小さくしたことを特徴とする熱型赤外線固体撮像装置でもある。
支持脚や赤外線検知部等に含まれる絶縁層（検出領域の絶縁層）の膜厚を、処理領域の層間分離層の膜厚より小さくすることにより、支持脚の熱コンダクタンス及び赤外線検知部の熱容量が小さくなる。この結果、赤外線検知部からシリコン基板に逃げる熱量が少なくなり、赤外線の検出感度を高くすることができる。
更に、熱型赤外線検出器の熱時定数が短くなり、動きの速い被写体の撮影が可能となる。
【００２８】
また、本発明は、検出部と該検出部から送られた信号を処理する信号処理部とが、同一シリコン基板上に設けられた熱型赤外線固体撮像装置であって、
ａ） シリコン基板上に設けられた半導体素子と、層間分離層を介して該半導体素子上に設けられた回路配線と、該回路配線上に設けられた回路保護膜とを含む信号処理部と、
ｂ） 該シリコン基板に設けられた凹部上に支持脚で支えられた赤外線検知部を含む検出部であって、該支持脚と該赤外線検知部が、所定の膜厚の絶縁膜を含み、該赤外線検知部に設けられた赤外線検知膜と該信号処理部とが、該支持脚を通る接続配線で接続された検出部と、
ｃ）該検出部上に設けられた、赤外線吸収膜と該赤外線吸収膜上に設けられた吸収部保護膜とを含む赤外線吸収部であって、赤外線を熱に変換して該検出部に伝える赤外線吸収部とを含み、
該吸収部保護膜の膜厚を、該回路保護膜の膜厚より小さくしたことを特徴とする熱型赤外線固体撮像装置でもある。
吸収部保護膜の膜厚を、回路保護膜の膜厚より小さくすることにより、傘構造部の熱容量を小さくすることができる。この結果、熱型赤外線検出器の熱時定数が短くなり、動きの速い被写体の撮影が可能となる。
【００２９】
上記半導体基板と上記層間分離層との間、又は該層間分離層と上記回路保護膜との間に、エッチング停止層を含むものであっても良い。
【００３０】
上記シリコン基板は、シリコン基板上に、酸化シリコン層を介してシリコン層が形成されたＳＯＩ基板であることが好ましい。
かかる基板を用いることにより、例えば、該シリコン層に形成したｐｎ接合ダイオードを赤外線検知膜とすることができ、一般的なシリコンプロセスで製造可能となるからである。
【００３１】
少なくとも上記検出部の上記シリコン層が除去されたものであっても良い。
検出部の熱コンダクタンス及び熱容量が小さくなることで、赤外線検知部からシリコン基板に逃げる熱量が少なくなり、赤外線の検出感度を高くできるからであり、また、熱型赤外線検出器の熱時定数が短くなり、動きの速い被写体の撮影が可能となるからである。
【００３２】
少なくとも上記検出部の上記酸化シリコン層が除去されたものであっても良い。
検出部の熱コンダクタンス及び熱容量が小さくなることで、赤外線検知部からシリコン基板に逃げる熱量が少なくなり、赤外線の検出感度を高くできるからであり、また、熱型赤外線検出器の熱時定数が短くなり、動きの速い被写体の撮影が可能となるからである。
【００３３】
上記吸収部保護膜は、エッチング停止層でも良い。
【００３４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、全体が１００で示される本実施の形態にかかる熱型赤外線固体撮像装置の断面図である。熱型赤外線固体撮像装置１００は、図１２、１３に示す熱型赤外線固体撮像装置３００とほぼ同じ外観構造を有し、図１は、図１３のＩ−Ｉに相当する位置での断面図である。
【００３５】
図１に示すように、熱型赤外線固体撮像装置１００は、シリコン基板１を含む。
信号処理回路部３０３のシリコン基板１には、ＭＯＳ型の半導体素子２が設けられている。また、半導体素子２の電極に接続された配線層も形成されている。
シリコン基板１の検出部３０２には、凹部（空洞部）３が設けられ、凹部３上には、支持脚４に支持された赤外線検知部５が設けられている。赤外線検知部５には、例えば、ダイオードなどのｐｎ接合素子、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知膜６が設けられている。検出部３０２、信号処理回路部３０３には、例えば酸化シリコンからなる絶縁層２０と、例えばアルミニウムからなる配線層２１が設けられている。配線層２１は、赤外線反射膜を兼ねる。
赤外線検知部５上には傘構造部１０が設けられている。傘構造部１０は、例えば窒化シリコンからなる脚部１１を含む。脚部１１上には、窒化シリコンからなるエッチング停止層２２に覆われた赤外線吸収膜１２が形成されている。
【００３６】
一方、信号処理回路部３０３上には、上述のように絶縁層２０が設けられ、その上にエッチング停止層２２が形成されている。エッチング停止層２２上には、例えば酸化シリコンからなる層間分離層７、アルミニウムからなる配線層８、保護膜１３が形成されている。検出部３０２に含まれるそれぞれの傘構造部１０の間には、エッチング孔１５が設けられている。
【００３７】
次に、図２を用いて、図１に示す熱型赤外線固体撮像装置１００の製造方法について簡単に説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、シリコン基板１上の検出部３０２に赤外線検知膜６を、また、信号処理回路部３０３に半導体素子２を形成した後に、酸化シリコンからなる絶縁層２０を全面に形成する。絶縁層２０は、２回に分けて形成し、その間にアルミニウムからなる配線層２１が形成される。配線層２１は、アルミニウム層を全面に蒸着した後、パターニングを行って形成する。
続いて、絶縁層２０の所定の位置に開口を設け、更に、シリコンを全面に堆積しパターニングすることにより、検出部３０２のみに犠牲層１４を形成する。
【００３８】
続いて、赤外線検知部５上の犠牲層１４を開口し、窒化シリコンからなるエッチング停止層２２を形成する。エッチング停止層２２も２回に分けて形成することにより、検出部３０２のエッチング停止層２２中に、赤外線吸収膜１２を形成する。
【００３９】
続いて、酸化シリコンからなる層間分離層７を全面に形成し、その上にアルミニウムからなる配線層８を形成する。更に、例えば酸化シリコンからなる保護膜１３を全面に形成する。
【００４０】
次に、信号処理回路部３０３上にレジストマスク（図示せず）を形成し、図２（ｂ）に示すように、検出部３０２の上の保護膜１３を除去し、更に、層間分離層７をエッチングする。
層間分離層７のエッチングは、例えば弗化水素酸溶液を用いたウエットエッチングにより行う。弗化水素酸溶液では、酸化シリコンからなる層間分離層７はエッチングされるが、窒化シリコンからなるエッチング停止層２２はエッチングされないため、エッチング停止層２２の上面でエッチングを停止させることができる。
【００４１】
次に、図２（ｃ）に示すように、ドライエッチングでエッチング孔１５を形成した後、犠牲層１４をエッチングにより除去し、更に、シリコン基板１の一部をエッチングして凹部３を形成する。犠牲層１４の除去、凹部３の形成には、例えばＸｅＦ２を用いたドライエッチングが用いられる。
この結果、図２（ｃ）に示すような、傘構造部１０を備えた検出部３０２と、信号処理回路部３０３とが同一シリコン基板１上に形成された熱型赤外線固体撮像装置１００が完成する。
【００４２】
熱型赤外線固体撮像装置１００では、傘構造部１０に入射した赤外線が赤外線吸収膜１２に吸収されて熱になる。かかる熱は、脚部１１を通って赤外線検知部５に伝わり、これにより赤外線検知部５の温度が上昇し、赤外線検知膜６の電気特性が変化する。この電気特性の変化は、電気信号の変化として赤外線検知膜６に接続された配線層２１から配線層８を経て信号処理回路部３０３に送られる。信号処理回路部３０３では、かかる電気信号の変化から、赤外線検知部５に入射した赤外線の量を検出する。
【００４３】
熱型赤外線固体撮像装置１００では、特に、支持脚４が層間分離層７を含まない構造となっている。このため、支持脚４の熱コンダクタンスが小さく、赤外線検知部５からシリコン基板１に流出する熱量が少なくなり、赤外線の検出感度が高くなる。
【００４４】
また、赤外線検知部５が層間分離層７を含まず、かつ、傘構造部が保護膜１３を含まないので、赤外線検知部５、および傘構造部１０の厚みは、従来構造（図１４参照）よりも薄くなっている。このため、赤外線検知部５および傘構造部１０の熱容量が小さくなり、赤外線検出器の熱時定数が短くなるため、被写体が素早い動きをする場合にも追跡可能となる。
【００４５】
実施の形態２．
図３は、全体が１１０で示される本実施の形態にかかる熱型赤外線固体撮像装置の断面図である。図３、４は、図１３のＩ−Ｉに相当する位置での断面図である。図３、４中、図１と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。
【００４６】
図３に示すように、熱型赤外線固体撮像装置１１０は、信号処理回路部３０３にエッチング停止層２２を含まない点を除いて、上述の熱型赤外線固体撮像装置１００と同じ構造である。
【００４７】
図４を用いて図３に示す熱型赤外線固体撮像装置１１０の製造方法について簡単に説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、シリコン基板１上の検出部３０２に赤外線検知膜６を、また、信号処理回路部３０３に半導体素子２を形成した後に、酸化シリコンからなる絶縁層２０を全面に形成する。絶縁層２０は、２回に分けて形成し、その間にアルミニウムからなる配線層２１を形成する。
続いて、絶縁層２０の所定の位置に開口を設け、更に、シリコンを全面に堆積しパターニングすることにより、検出部３０２のみに犠牲層１４を形成する。
【００４８】
続いて、酸化シリコンからなる層間分離層７を全面に形成し、その上にアルミニウムからなる配線層８を形成する。更に、例えば酸化シリコンからなる保護膜１３を全面に形成する。
【００４９】
次に、信号処理回路部３０３上にレジストマスク（図示せず）を形成し、図４（ｂ）に示すように、検出部３０２の上の保護膜１３を除去し、更に、層間分離層７をエッチングする。
層間分離層７のエッチングは、例えば弗化水素酸溶液を用いたウエットエッチングにより行う。弗化水素酸溶液では、酸化シリコンからなる層間分離層７はエッチングされるが、シリコンからなる犠牲層１４はエッチングされないため、犠牲層１４の上面でエッチングを停止させることができる。
【００５０】
次に、図４（ｃ）に示すように、実施の形態１と同様の工程で、犠牲層１４上に傘構造部１０を形成する。続いて、エッチング孔１５を形成した後、例えばＸｅＦ２ガスを用いたドライエッチングにより、犠牲層１４の除去、凹部３の形成を行う。
これにより、図４（ｃ）に示すような熱型赤外線固体撮像装置１１０が完成する。
【００５１】
熱型赤外線固体撮像装置１１０では、熱型赤外線固体撮像装置１００と同様に、支持脚４が層間分離層７を含まない構造となっている。このため、支持脚４の熱コンダクタンスが小さくなり、赤外線の検出感度が高くなる。
【００５２】
また、赤外線検出部５が層間分離層７を含まず、かつ、傘構造部１０が保護膜１３を含まないため、赤外線検知部５および傘構造部１０の熱容量が小さくなり、赤外線検出器の熱時定数が短くなる。この結果、動作の速い被写体の撮影も可能となる。
【００５３】
また、実施の形態１、２に示す熱型赤外線固体撮像装置１００、１１０において、配線層２１を、不純物濃度が１０１８ｃｍ−３以上の多結晶又は非晶質シリコン等の半導体材料から形成しても良い。また、モリブデン、タングステン、チタン、コバルト、白金、タンタル等の高融点金属材料やそのシリサイドから形成しても良い。更には、半導体材料と高融点金属材料やそのシリサイドの積層構造から形成しても良い。
配線層２１を、アルミニウムに代えてかかる融点の高い材料から形成することにより、後の工程で形成される犠牲層１４を、形成温度の高い熱化学気相堆積法（熱ＣＶＤ法）などで形成することができる。
【００５４】
図５は、熱ＣＶＤ法を用いて形成した犠牲層１４（図５（ａ））と、スパッタ法等を用いて形成した犠牲層１４（図５（ｂ））とを比較したものである。
図からわかるように、熱ＣＶＤ法を用いることにより、形成した犠牲層１４の表面の平坦性が向上する。このため、後の製造工程がより容易となる。
【００５５】
実施の形態３．
実施の形態３、４は、検出部３０２の支持脚４、赤外線検出部５に含まれる層間分離層７の膜厚を薄くして、熱型赤外線固体撮像装置１２０、１３０における、赤外線の検出感度を向上させ、検出器の熱時定数を短くするものである。
図６は、全体が１２０で示される本実施の形態にかかる熱型赤外線固体撮像装置の断面図であり、図１３のＩ−Ｉに相当する位置での断面図である。図６中、図１と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。
【００５６】
本実施の形態にかかる熱型赤外線固体撮像装置１２０では、検出部３０２の配線層２１と信号処理回路部３０３の配線層８とが、同一工程で形成されている。
即ち、熱型赤外線固体撮像装置１２０では、酸化シリコンからなる層間分離層７をシリコン基板１上に形成する。層間分離層７の膜厚は、半導体素子２と層間分離層７上の配線層８とが、電気的に十分に絶縁できる膜厚とする。
続いて、信号処理回路部３０３に形成したレジストマスク（図示せず）を用いて、検出部３０２の層間分離層７をエッチングしてリセス２３を形成する。
【００５７】
次に、層間分離層７上に、例えばアルミニウム層を形成し、これをパターニングして配線層２１と配線層８を同時に形成する。続いて、酸化シリコンからなる絶縁層２４で配線層２１、配線層８を覆う。
【００５８】
次に、実施の形態１と同様に、犠牲層（図示せず）を形成し、その上に例えば酸化シリコンからなる保護膜１３を形成する。検出部３０２の保護膜１３中には赤外線吸収膜１２が形成される。
【００５９】
次に、保護膜１３の一部をエッチングしてエッチング孔１５を形成した後、実施の形態１と同様に、犠牲層（図示せず）をエッチングにより除去し、更に、シリコン基板１の一部をエッチングして凹部３を形成する。犠牲層１４の除去、凹部６の形成には、例えばＸｅＦ２を用いたドライエッチングが用いられる。
なお、図１のように、信号処理回路部３０３上の犠牲層を形成してもよい。
【００６０】
本実施の形態にかかる熱型赤外線固体撮像装置１２０では、支持脚４、赤外線検知部５に含まれる層間分離層７の膜厚が、信号処理回路部３０３の層間分離層７より薄くなっている。
このため、支持脚４の熱コンダクタンスが小さく、赤外線検知部５からシリコン基板１に流出する熱量が少なくなり、赤外線の検出感度が高くなる。
また、赤外線検知部５の熱容量が小さいため、赤外線検出器の熱時定数が短くなる。
なお、熱型赤外線固体撮像装置１２０では、傘構造部１０に含まれる保護膜１３の膜厚は、従来構造（図１４）と同程度である。
【００６１】
実施の形態４．
図７は、全体が１３０で示される本実施の形態にかかる熱型赤外線固体撮像装置の断面図であり、図１３のＩ−Ｉに相当する位置での断面図である。図７中、図１と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。
【００６２】
本実施の形態にかかる熱型赤外線固体撮像装置１３０では、層間分離層７がエッチング停止層２５を含む以外は、上述の熱型赤外線固体撮像装置１２０と同じ構造である。
【００６３】
熱型赤外線固体撮像装置１３０では、エッチング停止層２５を間に挟むように、シリコン基板１上に層間分離層７を形成する。即ち、シリコン基板１上に、所定膜厚の層間分離層７を形成し、かかる層間分離層７に赤外線検知膜６を形成する。続いて、その上にエッチング停止層２５を形成した後、再度、層間分離層７を形成する。エッチング停止層２５は、例えば窒化シリコンからなる。
【００６４】
続いて、実施の形態３と同様に、信号処理回路部３０３に形成したレジストマスク（図示せず）を用いて、検出部３０２の層間分離層７をエッチングしてリセス２３を形成する。
層間分離層７のエッチングには、例えば弗化水素酸の水溶液によるウエットエッチングを用いる。エッチング停止層２５は弗化水素酸によってエッチングされないため、エッチング停止層２５が露出した時点でエッチングが停止し、リセス２３の深さを精度良く制御できる。
【００６５】
次に、実施の形態３と同様の工程を行うことにより、配線層２１と配線層８を同時に形成し、傘構造部１０、凹部３等を形成する。
【００６６】
本実施の形態にかかる熱型赤外線固体撮像装置１３０では、熱型赤外線固体撮像装置１２０と同様に、支持脚４、赤外線検知部５に含まれる層間分離層７の膜厚が、信号処理回路部３０３の層間分離層７より薄くなる。このため、赤外線の検出感度が高くなる。また、赤外線検知部５の熱容量が小さいため、赤外線検出器の熱時定数が短くなる。
【００６７】
特に、エッチング停止層２５を用いることにより、リセス２３の深さを正確に制御でき、アレイ状に形成された複数の赤外線検出部６に含まれる層間分離層７の膜厚を均一にすることができる。
【００６８】
なお、実施の形態３、４に示した熱型赤外線固体撮像装置１２０、１３０において、次に示す実施の形態５、６と同様に、傘構造部１０に含まれる保護膜１３を、別途エッチングして、薄くすることもできる。
これにより、赤外線検出器の熱時定数を更に短くすることができる。
【００６９】
実施の形態５．
実施の形態５、６は、検出部３０２の傘構造部１０に保護膜１３を形成しないことにより、熱型赤外線固体撮像装置１４０、１５０における、検出器の熱時定数を短くするものである。
図８は、全体が１４０で示される本実施の形態にかかる熱型赤外線固体撮像装置の断面図であり、図１３のＩ−Ｉに相当する位置での断面図である。図８中、図１と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。
【００７０】
本実施の形態にかかる熱型赤外線固体撮像装置１４０では、検出部３０２の配線層２１と信号処理回路部３０３の配線層８とが、同一工程で形成されている。
即ち、熱型赤外線固体撮像装置１４０では、酸化シリコンからなる層間分離層７をシリコン基板１上に形成する。層間分離層７の膜厚は、半導体素子２と層間分離層７上の配線層８とが、電気的に十分に絶縁できる膜厚とする。
【００７１】
次に、層間分離層７上に、例えばアルミニウム層を形成し、これをパターニングして配線層２１と配線層８を同時に形成する。続いて、酸化シリコンからなる絶縁層２４で配線層２１、配線層８を覆う。
【００７２】
次に、実施の形態１と同様に、犠牲層（図示せず）を形成し、その上に窒化シリコンからなるエッチング停止層２６を形成する。傘構造部１０のエッチング停止層２６中には、実施の形態１と同様に、赤外線吸収膜１２を形成する。
更に、その上に例えば酸化シリコンからなる保護膜１３を形成する。
【００７３】
次に、信号処理回路部３０３上に形成したレジストマスク（図示せず）を用いて、傘構造部１０上の保護膜１３をエッチングする。保護膜１３のエッチングは、例えば、弗化水素酸の水溶液を用いたウエットエッチングにより行なわれる。保護膜１３のエッチングは、エッチング停止層２６が露出した時点で停止する。
【００７４】
次に、実施の形態１と同様に、エッチング孔１５を形成した後、犠牲層（図示せず）をエッチングにより除去し、更に、シリコン基板１の一部をエッチングして凹部３を形成する。犠牲層１４の除去、凹部３の形成には、例えばＸｅＦ２を用いたドライエッチングが用いられる。
なお、図１のように、信号処理回路部３０３上の犠牲層１４はなくてもよい。
【００７５】
本実施の形態にかかる熱型赤外線固体撮像装置１４０では、傘構造部１０に含まれる保護膜が除去されているため傘構造部１０の熱容量が小さくなり、赤外線検出器の熱時定数が短くなる。
なお、熱型赤外線固体撮像装置１４０では、支持脚４、赤外線検知部５に含まれる層間分離層７の膜厚は、従来構造（図１４）と同程度である。
【００７６】
実施の形態６．
図９は、全体が１５０で示される本実施の形態にかかる熱型赤外線固体撮像装置の断面図であり、図１３のＩ−Ｉに相当する位置での断面図である。図９中、図１と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。
【００７７】
熱型赤外線固体撮像装置１５０では、エッチング停止層２６を形成せず、吸収部保護膜中に、エッチングストッパとしても機能する赤外線吸収膜１２を形成する。これ以外の構造は、上述の熱型赤外線固体撮像装置１４０と同じである。
実施の形態５と同様に、信号処理回路部３０３上に形成したレジストマスク（図示せず）を用いて、傘構造部１０上の保護膜１３をエッチングする。保護膜１３のエッチングは、例えば、弗化水素酸の水溶液を用いたウエットエッチングにより行なわれる。この時点では、検出部３０２の全面に赤外線吸収膜が残してあるため、保護膜１３のエッチングは、例えば、窒化タングステンからなる赤外線吸収膜１２が露出した時点で停止する。次に、赤外線吸収膜１２を所定の位置に残して、その上に吸収部保護膜を形成する。
【００７８】
本実施の形態にかかる熱型赤外線固体撮像装置１５０では、傘構造部１０上の保護膜１３が除去されているため傘構造部１０の熱容量が小さくなり、赤外線検出器の熱時定数が短くなる。なお、支持脚４、赤外線検知部５に含まれる層間分離層７の膜厚は、従来構造（図１４）と同程度である。
【００７９】
実施の形態７．
上述の実施の形態１〜６にかかる熱型赤外線固体撮像装置の製造に用いるシリコン基板１としては、図１０（ａ）に示すようなＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板３０を用いることができる。
ＳＯＩ基板３０は、シリコン基板３１と、その上に順次積層された酸化シリコン層（ＢＯＸ層）３２、シリコン層（ＳＯＩ層）３３からなる。例えば、ｐｎ接合ダイオードからなる赤外線検知膜６をシリコン層３３に、半導体素子２をシリコン層３３もしくはシリコン基板３１に形成し、続いて上述の工程が行なわれて、熱型赤外線固体撮像装置が完成する。
【００８０】
赤外線検知膜６もしくは半導体素子２を形成する領域を、他の領域と絶縁するために、図１０（ｂ）に示すように、所定領域のシリコン層３３を残して周囲を酸化してシリコン酸化膜３４としても良い。
【００８１】
また、図１０（ｃ）に示すように、所定領域のシリコン層３３をメサ型に残して周囲をエッチングで除去しても良い。
【００８２】
特に、図１０（ｃ）に示すようなＳＯＩ基板３６を用いることにより、図１０（ｂ）に示すＳＯＩ基板３５を用いる場合に比べて、支持脚４、赤外線検知部５がシリコン酸化膜３４を含まない構造となる。
このため、支持脚４の熱コンダクタンスを小さくでき、赤外線検出感度の高い赤外線検出器を得ることができる。更に、赤外線検知部５の熱容量を小さくできるので、熱時定数の短い赤外線検出器を得ることができる。
【００８３】
実施の形態８．
上述の実施の形態１〜６にかかる熱型赤外線固体撮像装置の製造に用いるシリコン基板１としては、図１１（ｄ）に示すようなＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板４５を用いることができる。
ＳＯＩ基板４５は、シリコン基板４１と、その上に順次積層された酸化シリコン層（ＢＯＸ層（Buried Oxide層））４２、シリコン層（ＳＯＩ層）４３からなる。例えば、ｐｎ接合ダイオードからなる赤外線検知膜６をシリコン層４３に、半導体素子２をシリコン層４３もしくはシリコン基板４１に形成し、続いて上述の工程が行なわれて、熱型赤外線固体撮像装置が完成する。
【００８４】
図１１（ｄ）のＳＯＩ基板４５では、赤外線検知膜６もしくは半導体素子２を形成する領域を他の領域と絶縁するために、所定領域のシリコン層４３を残して周囲のシリコン層４３、酸化シリコン層４２がエッチングにより除去されている。
図１１（ｄ）のＳＯＩ基板４５は、図１１（ａ）のＳＯＩ基板４０を加工して作製される。
【００８５】
作製方法は、図１１（ｂ）に示すように、所定領域のシリコン層４３を残して周囲を酸化してシリコン酸化層４４とした後に、シリコン酸化層４４、酸化シリコン層４２をエッチングしても良い。
【００８６】
また、図１１（ｃ）に示すように、所定領域のシリコン層４３をメサ型に残して周囲をエッチングで除去し、更に、酸化シリコン層４２をエッチングしても良い。
【００８７】
図１１（ｄ）に示すようなＳＯＩ基板４５を用いることにより、支持脚４、赤外線検知部５がシリコン酸化層４４に加えて、酸化シリコン層４２を含まない構造となる。このため、支持脚４の熱コンダクタンスを小さくでき、赤外線検出感度の高い赤外線検出器を得ることができる。更に、赤外線検知部５の熱容量を小さくできるので、熱時定数の短い赤外線検出器を得ることができる。
【００８８】
なお、実施の形態７、８に示したＳＯＩ基板３５、３６、４５は、図１４に示す従来構造の熱型赤外線固体撮像装置３００に適用することもできる。これにより、赤外線の検出感度を向上させ、検出器の熱時定数を短くすることができる。
【００８９】
実施の形態１〜８および、図１４に示す従来構造の熱型赤外線固体撮像装置３００において、配線層２１だけでなく、配線層８を不純物濃度が１０１８ｃｍ−３以上の多結晶又は非晶質シリコン等の半導体材料、若しくはモリブデン、タングステン、チタン、コバルト、白金、タンタル等の高融点金属及びそのシリサイド膜、または、半導体材料と高融点金属やそのシリサイド膜の積層構造から形成しても構わない。
これにより、犠牲層１４の形成に、熱ＣＶＤ法等の成膜温度の高い製造方法を用いることができる。
熱ＣＶＤ法を用いることにより、形成した犠牲層１４の表面の平坦性が向上する。このため、後の製造工程がより容易になる。
【００９０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明にかかる熱型赤外線固体撮像装置では、赤外線の検出感度が高くなる。
【００９１】
また、本発明にかかる熱型赤外線固体撮像装置では、熱時定数が短くなり、動きの素早い被写体の撮影も可能となる。
【００９２】
また、本発明にかかる熱型赤外線固体撮像装置の製造方法では、犠牲層の表面平坦となり、製造工程が簡単となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像装置の断面図である。
【図２】 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像装置の製造工程図である。
【図３】 本発明の実施の形態２にかかる熱型赤外線固体撮像装置の断面図である。
【図４】 本発明の実施の形態２にかかる熱型赤外線固体撮像装置の製造工程図である。
【図５】 犠牲層の形状を比較した図である。
【図６】 本発明の実施の形態３にかかる熱型赤外線固体撮像装置の断面図である。
【図７】 本発明の実施の形態４にかかる熱型赤外線固体撮像装置の断面図である。
【図８】 本発明の実施の形態５にかかる熱型赤外線固体撮像装置の断面図である。
【図９】 本発明の実施の形態６にかかる熱型赤外線固体撮像装置の断面図である。
【図１０】 本発明の実施の形態７にかかるＳＯＩ基板の断面図である。
【図１１】 本発明の実施の形態８にかかるＳＯＩ基板の断面図である。
【図１２】 従来の熱型赤外線固体撮像装置の斜視図である。
【図１３】 従来の熱型赤外線固体撮像装置に含まれる赤外線検出部の拡大図である。
【図１４】 従来の熱型赤外線固体撮像装置の断面図である。
【図１５】 従来の熱型赤外線固体撮像装置の製造工程図である。
【符号の説明】
１ シリコン基板、２ 半導体素子、３ 凹部、４ 支持脚、５ 赤外線検知部、６ 赤外線検知膜、７ 層間分離層、８ 配線層、１０ 傘構造部、１１ 脚部、１２ 赤外線吸収膜、１３ 保護膜、１４ 犠牲層、１５ エッチング孔、２０ 絶縁層、２１ 配線層、２２ エッチング停止層、１００ 熱型赤外線固体撮像装置。
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱型赤外線固体撮像装置及びその製造方法に関し、特に、信号処理回路部と赤外線の検出部とが同一基板上に形成された熱型赤外線固体撮像装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は、全体が３００で示される、従来の熱型赤外線固体撮像装置の斜視図である（Ishikawa等, “Performance of 320×240 Uncooled IRFPA with SOI Diode Detectors”, Proc. SPIE 4130, p.153 (2000) ）。図示するように、熱型赤外線固体撮像装置３００は、シリコン基板３０１を含む。シリコン基板３０１上には、熱型赤外線検出器２００が３行×３列に配列された検出部（アレイ検出部）３０２と、熱型赤外線検出器２００から出力される電気信号を処理して外部に出力する信号処理回路部３０３とが設けられている。検出部３０２に含まれるそれぞれの熱型赤外線検出器２００と信号処理回路部３０３とは、配線層３０４により接続されている。
【０００３】
図１３は、図１２の熱型赤外線検出器２００の拡大図である。熱型赤外線検出器２００は、支持脚３０５で中空に保持された赤外線検出部３０６を含む。図中、斜線で示された領域は、エッチングされて凹部（図示せず）となっている。支持脚３０５には金属の配線３０８が設けられ、配線層３０４と赤外線検知膜３０９とを電気的に接続している。
【０００４】
図１４は、図１３のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。図１４に示すように、熱型赤外線検出器２００は、シリコン基板２０１（シリコン基板３０１の一部）を含む。
信号処理回路部３０３のシリコン基板２０１には、ＭＯＳ型の半導体素子２０２が設けられている。また、シリコン基板２０１の検出部３０２には、凹部（空洞部）２０３が設けられ、凹部２０３上には、支持脚２０４に支持された赤外線検知部２０５が設けられている。赤外線検知部２０５には、例えばボロメータ材料からなる赤外線検知膜２０６が設けられている。検出部３０２、信号処理回路部３０３には、層間分離層２０７が設けられ、その上に配線層２０８、絶縁層２０９が設けられている。
赤外線検知部２０５上には傘構造部２１０が設けられている。傘構造部２１０は、脚部２１１を含み、脚部２１１上に赤外線吸収膜２１２と保護膜２１３が形成されている。一方、信号処理回路部３０３上には、犠牲層２１４と保護膜２１３が形成されている。検出部３０２に含まれるそれぞれの熱型赤外線検出器２００の間には、エッチング孔２１５が設けられている。
【０００５】
次に、図１５を用いて、図１４に示す熱型赤外線固体撮像装置３００の製造方法について簡単に説明する。
まず、図１５（ａ）に示すように、シリコン基板２０１上の検出部３０２に赤外線検知膜２０６を、また、信号処理回路部３０３に半導体素子２０２を形成した後に、酸化シリコンからなる層間分離層２０７を全面に形成する。層間分離層２０７上には、アルミニウムの配線層２０８が形成される。かかる工程では、検出部３０２と信号処理回路部３０３の双方の配線層２０８が同時に形成される。
【０００６】
次に、図１５（ｂ）に示すように、酸化シリコンからなる絶縁層２０９で配線層２０８を覆った後、層間分離層２０７の所定の領域を開口し、更に、シリコンからなる犠牲層２１４を形成する。
更に、犠牲層２１４の所定の位置を開口して、脚部２１１で支持された傘構造部２１０を形成する。傘構造部２１０には、赤外線吸収膜２１２が形成され、これを覆うように窒化シリコンからなる保護膜２１３が形成される。かかる工程では、検出部３０２と信号処理回路部３０３の双方を覆う保護膜２１３が同時に形成される。続いて、犠牲層２１４等を除去するためのエッチング孔２１５が形成される。
【０００７】
最後に、図１５（ｃ）に示すように、エッチング孔２１５を介して犠牲層２１４を除去し、更に、シリコン基板２０１の一部をエッチングして凹部２０３を形成し、支持脚２０４に支持された赤外線検知部２０５を形成する。以上の製造工程を行うことにより、図１４に示す熱型赤外線固体撮像装置３００が完成する。
【０００８】
熱型赤外線固体撮像装置３００では、傘構造部２１０に入射した赤外線が赤外線吸収膜２１２に吸収され、熱として赤外線検知部２０５に伝えられる。これにより赤外線検知膜２０６の温度が上昇し、赤外線検知膜２０６の電気特性が変化する。この電気特性の変化は電気信号に変換され、赤外線検知膜２０６に接続された配線層２０８を経て信号処理回路部３０３に送られ、傘構造部２０６に入射する赤外線の量が検出される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１４に示す熱型赤外線固体撮像装置３００では、上述のように、支持脚２０４や赤外線検知部２０５に含まれる層間分離層２０７、保護膜２１３が、信号処理回路部３０３に含まれる層間分離層２０７、保護膜２１３と同時に形成されるため、層間分離層２０７、保護膜２１３の膜厚が厚くなる。即ち、層間分離層２０７の膜厚は、信号処理回路部３０３に含まれる半導体素子２０２と配線層２０８との間の絶縁分離が十分になるような膜厚となるが、かかる膜厚は、赤外線検知部２０５に含まれる赤外線検知膜２０６と配線層２０８とを分離するのに必要な膜厚より大きくなっている。また、信号処理回路部３０３の保護に必要な保護膜２１３の膜厚は、傘構造部２１０の表面保護に必要な保護膜２１３の膜厚より大きくなっている。
【００１０】
このため、第１に、支持脚２０４の熱コンダクタンスが大きくなるため、赤外線検知部２０５からシリコン基板２０１に逃げる熱量が多くなり、赤外線の検出感度が低くなっていた。
また、第２に、傘構造部２１３の熱容量が大きくなるため、熱型赤外線検出器２００の熱時定数が長くなり、動きの速い被写体を撮影することができなかった。
また、第３に、融点は約６６０℃であるが４５０℃以上で劣化が見られるアルミニウムで配線層２０８が形成されているため、犠牲層２１４の形成に表面の平坦性に優れた熱ＣＶＤ法を使用できず、下地段差を良好に被覆することができなかった。
そこで本発明は、赤外線の検出感度が高く、熱時定数が短い熱型赤外線固体撮像装置の提供を目的とする。
また、容易な工程からなる熱型赤外線固体撮像装置の製造方法の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、シリコン基板に形成された凹部上に赤外線検知部が支持脚で支えられた熱型赤外線固体撮像装置の製造方法であって、検出領域と処理領域とを備えたシリコン基板を準備する工程と、該シリコン基板上の該検出領域に赤外線検知膜を、該処理領域に半導体素子を、それぞれ形成する工程と、該シリコン基板上に、該赤外線検知膜と該半導体素子とを覆う絶縁層を形成する工程と、該検出領域上の該絶縁層を覆う犠牲層を形成する工程と、該シリコン基板上に層間分離層と保護膜とを順次積層する工程と、該犠牲層上の該層間分離層と該保護膜とを選択的に除去する除去工程と、該検出領域上の該犠牲層上に、赤外線吸収膜を含む傘構造部を形成する工程と、該犠牲層を選択的に除去して、該絶縁層上に該傘構造部を載置させる工程と、該検出領域の該シリコン基板をエッチングして凹部を形成し、該絶縁層からなる支持脚と、該赤外線検知膜を含む該絶縁層からなり該支持脚で支えられた赤外線検知部とを、該凹部上に形成する工程とを含むことを特徴とする熱型赤外線固体撮像装置の製造方法である。
かかる製造方法を用いることにより、支持脚や赤外線検知部等に含まれる絶縁層（検出領域の絶縁層）を、処理領域の層間分離層より薄くすることができる。このため、支持脚の熱コンダクタンス及び赤外線検知部の熱容量が小さくなる。その結果、赤外線検知部からシリコン基板に逃げる熱量が少なくなり、赤外線の検出感度を高くすることができる。
更に、熱型赤外線検出器の熱時定数が短くなり、動きの速い被写体の撮影が可能となる。
【００１２】
上記除去工程は、上記犠牲層上に形成したエッチング停止層をエッチングストッパとして用いて、上記層間分離層と上記保護膜とを選択的にエッチングする工程でも良い。
犠牲層上の層間分離層と保護膜とを、正確に除去できるからである。
【００１３】
上記傘構造部が、上記エッチング停止層と、該エッチング停止層中に形成された上記赤外線吸収膜とを含み、該傘構造部を該犠牲層上に形成した後に、該傘構造部をエッチングストッパとして用いて上記除去工程を行うものであっても良い。
傘構造部がエッチングストッパを兼ねることにより、製造工程が簡略化されるからである。
【００１４】
また、本発明は、シリコン基板に形成された凹部上に赤外線検知部が支持脚で支えられた熱型赤外線固体撮像装置の製造方法であって、検出領域と処理領域とを備えたシリコン基板を準備する工程と、該シリコン基板上の該検出領域に赤外線検知膜を、該処理領域に半導体素子を、それぞれ形成する工程と、該シリコン基板上に、該赤外線検知膜と該半導体素子とを覆う層間分離層を形成する工程と、該検出領域上の該層間分離層を選択的にエッチングして薄層化する薄層化工程と、該検出領域上の該層間分離層を覆う犠牲層を形成する工程と、該犠牲層上に、赤外線吸収膜を含む傘構造部を形成する傘構造部形成工程と、該犠牲層を選択的に除去して、該層間分離層上に該傘構造部を載置する工程と、該検出領域の該シリコン基板をエッチングして凹部を形成し、該層間分離層からなる支持脚と、該赤外線検知膜を含む該層間分離層からなり該支持脚で支えられた赤外線検知部とを、該凹部上に形成する工程とを含むことを特徴とする熱型赤外線固体撮像装置の製造方法でもある。
かかる製造方法を用いることにより、支持脚や赤外線検知部等に含まれる層間分離層（検出領域の層間分離層）を、処理領域の層間分離層より薄くすることができる。
このため、支持脚の熱コンダクタンス及び赤外線検知部の熱容量が小さくなる。その結果、赤外線検知部からシリコン基板に逃げる熱量が少なくなり、赤外線の検出感度を高くすることができる。
更に、熱型赤外線検出器の熱時定数が短くなり、動きの速い被写体の撮影が可能となる。
【００１５】
上記薄層化工程は、上記赤外線検知膜上の上記層間分離膜中にエッチング停止層を形成し、該エッチング停止層をエッチングストッパとして用いて、該層間分離膜をエッチングする工程でも良い。
層間分離層を、正確な膜厚で薄層化できるからである。
なお、かかるエッチング停止層は、赤外線検知膜の保護膜を兼ねる。
【００１６】
更に、上記傘構造部形成工程後に、少なくとも該処理領域上の該層間分離膜上に保護膜を形成する工程を含むものであっても良い。
【００１７】
また、本発明は、シリコン基板に形成された凹部上に赤外線検知部が支持脚で支えられた熱型赤外線固体撮像装置の製造方法であって、検出領域と処理領域とを備えたシリコン基板を準備する工程と、該シリコン基板上の該検出領域に赤外線検知膜を、該処理領域に半導体素子を、それぞれ形成する工程と、該シリコン基板上に、該赤外線検知膜と該半導体素子とを覆う層間分離層を形成する工程と、少なくとも該検出領域上の該層間分離層を覆う犠牲層を形成する工程と、該検出領域上の該犠牲層上に、エッチング停止層と、該エッチング停止層中に形成された赤外線吸収膜とを含む傘構造部を形成する工程と、該シリコン基板上に保護膜を形成する工程と、該エッチング停止層をエッチングストッパに用いて、該傘構造部上の該保護膜を選択的に除去する工程と、該犠牲層を選択的に除去して、該層間分離層上に該傘構造部を載置する工程と、該検出領域の該シリコン基板をエッチングして凹部を形成し、該層間分離層からなる支持脚と、該赤外線検知膜を含む該層間分離層からなり該支持脚で支えられた赤外線検知部とを、該凹部上に形成する工程とを含むことを特徴とする熱型赤外線固体撮像装置の製造方法でもある。
かかる製造方法を用いることにより、傘構造部の熱容量を小さくすることができる。この結果、熱型赤外線検出器の熱時定数が短くなり、動きの速い被写体の撮影が可能となる。
【００１８】
また、本発明は、シリコン基板に形成された凹部上に赤外線検知部が支持脚で支えられた熱型赤外線固体撮像装置の製造方法であって、検出領域と処理領域とを備えたシリコン基板を準備する工程と、該シリコン基板上の該検出領域に赤外線検知膜を、該処理領域に半導体素子を、それぞれ形成する工程と、該シリコン基板上に、該赤外線検知膜と該半導体素子とを覆う層間分離層を形成する工程と、少なくとも該検出領域上の該層間分離層を覆う犠牲層を形成する工程と、該検出領域上の該犠牲層上に、赤外線吸収膜を含む傘構造部を形成する工程と、該シリコン基板上に保護膜を形成する工程と、該赤外線吸収膜をエッチングストッパに用いて、該傘構造部上の該保護膜を選択的に除去する工程と、該犠牲層を選択的に除去して、該層間分離層上に該傘構造部を載置する工程と、該検出領域の該シリコン基板をエッチングして凹部を形成し、該層間分離層からなる支持脚と、該赤外線検知膜を含む該層間分離層からなり該支持脚で支えられた赤外線検知部とを、該凹部上に形成する工程とを含むことを特徴とする熱型赤外線固体撮像装置の製造方法でもある。
かかる製造方法を用いることにより、傘構造部の熱容量を小さくすることができる。この結果、熱型赤外線検出器の熱時定数が短くなり、動きの速い被写体の撮影が可能となる。
【００１９】
上記シリコン基板は、シリコン基板上に、酸化シリコン層を介してシリコン層が形成されたＳＯＩ基板であることが好ましい。
かかる基板を用いることにより、例えば、該シリコン層に形成したｐｎ接合ダイオードを赤外線検知膜とすることができ、一般的なシリコンプロセスで製造可能となるからである。
【００２０】
少なくとも上記検出領域の上記シリコン層を除去する工程を含むものであっても良い。
検出領域の熱コンダクタンス及び熱容量が小さくなることで、赤外線検知部からシリコン基板に逃げる熱量が少なくなり、赤外線の検出感度を高くできるからであり、また、熱型赤外線検出器の熱時定数が短くなり、動きの速い被写体の撮影が可能となるからである。
【００２１】
少なくとも上記検出領域の上記酸化シリコン層を除去する工程を含むものであっても良い。
検出領域の熱コンダクタンス及び熱容量が小さくなることで、赤外線検知部からシリコン基板に逃げる熱量が少なくなり、赤外線の検出感度を高くできるからであり、また、熱型赤外線検出器の熱時定数が短くなり、動きの速い被写体の撮影が可能となるからである。
【００２２】
上記犠牲層は、シリコン及びポリイミドから選択される一の材料からなることが好ましい。
かかる材料を用いることにより、選択エッチングが容易となるからである。
【００２３】
上記エッチング停止層は、窒化シリコン層からなることが好ましい。
【００２４】
上記赤外線検知膜と上記処理領域とを電気的に接続する接続配線を形成する工程を含むものであっても良い。
【００２５】
上記接続配線が、導電性シリコン及び／又は高融点金属を含み、上記犠牲層を熱化学気相堆積法で形成することが好ましい。
接続配線にかかる材料を用いることにより、接続配線形成後の犠牲層の形成工程に、例えば６００℃程度の高温となる熱化学気相堆積法を適用することができる。この結果、犠牲層の表面の平坦性が向上し、下地段差を良好に被覆することができ、以降の工程が容易となる。
【００２６】
更に、上記処理領域に、導電性シリコン及び／又は高融点金属を含む回路配線を形成する工程を含むものであっても良い。
【００２７】
また、本発明は、検出部と該検出部から送られた信号を処理する信号処理部とが、同一シリコン基板上に設けられた熱型赤外線固体撮像装置であって、
ａ） シリコン基板上に設けられた半導体素子と、層間分離層を介して該半導体素子上に設けられた回路配線とを含む信号処理部と、
ｂ） 該シリコン基板に設けられた凹部上に支持脚で支えられた赤外線検知部を含む検出部であって、該支持脚と該赤外線検知部が、所定の膜厚の絶縁膜を含み、該赤外線検知部に設けられた赤外線検知膜と該信号処理部とが、該支持脚を通る接続配線で接続された検出部と、
ｃ）該検出部上に設けられた、赤外線吸収膜を含む赤外線吸収部であって、赤外線を熱に変換して該検出部に伝える赤外線吸収部とを含み、
該絶縁膜の膜厚を、該層間分離層の膜厚より小さくしたことを特徴とする熱型赤外線固体撮像装置でもある。
支持脚や赤外線検知部等に含まれる絶縁層（検出領域の絶縁層）の膜厚を、処理領域の層間分離層の膜厚より小さくすることにより、支持脚の熱コンダクタンス及び赤外線検知部の熱容量が小さくなる。この結果、赤外線検知部からシリコン基板に逃げる熱量が少なくなり、赤外線の検出感度を高くすることができる。
更に、熱型赤外線検出器の熱時定数が短くなり、動きの速い被写体の撮影が可能となる。
【００２８】
また、本発明は、検出部と該検出部から送られた信号を処理する信号処理部とが、同一シリコン基板上に設けられた熱型赤外線固体撮像装置であって、
ａ） シリコン基板上に設けられた半導体素子と、層間分離層を介して該半導体素子上に設けられた回路配線と、該回路配線上に設けられた回路保護膜とを含む信号処理部と、
ｂ） 該シリコン基板に設けられた凹部上に支持脚で支えられた赤外線検知部を含む検出部であって、該支持脚と該赤外線検知部が、所定の膜厚の絶縁膜を含み、該赤外線検知部に設けられた赤外線検知膜と該信号処理部とが、該支持脚を通る接続配線で接続された検出部と、
ｃ）該検出部上に設けられた、赤外線吸収膜と該赤外線吸収膜上に設けられた吸収部保護膜とを含む赤外線吸収部であって、赤外線を熱に変換して該検出部に伝える赤外線吸収部とを含み、
該吸収部保護膜の膜厚を、該回路保護膜の膜厚より小さくしたことを特徴とする熱型赤外線固体撮像装置でもある。
吸収部保護膜の膜厚を、回路保護膜の膜厚より小さくすることにより、傘構造部の熱容量を小さくすることができる。この結果、熱型赤外線検出器の熱時定数が短くなり、動きの速い被写体の撮影が可能となる。
【００２９】
上記半導体基板と上記層間分離層との間、又は該層間分離層と上記回路保護膜との間に、エッチング停止層を含むものであっても良い。
【００３０】
上記シリコン基板は、シリコン基板上に、酸化シリコン層を介してシリコン層が形成されたＳＯＩ基板であることが好ましい。
かかる基板を用いることにより、例えば、該シリコン層に形成したｐｎ接合ダイオードを赤外線検知膜とすることができ、一般的なシリコンプロセスで製造可能となるからである。
【００３１】
少なくとも上記検出部の上記シリコン層が除去されたものであっても良い。
検出部の熱コンダクタンス及び熱容量が小さくなることで、赤外線検知部からシリコン基板に逃げる熱量が少なくなり、赤外線の検出感度を高くできるからであり、また、熱型赤外線検出器の熱時定数が短くなり、動きの速い被写体の撮影が可能となるからである。
【００３２】
少なくとも上記検出部の上記酸化シリコン層が除去されたものであっても良い。
検出部の熱コンダクタンス及び熱容量が小さくなることで、赤外線検知部からシリコン基板に逃げる熱量が少なくなり、赤外線の検出感度を高くできるからであり、また、熱型赤外線検出器の熱時定数が短くなり、動きの速い被写体の撮影が可能となるからである。
【００３３】
上記吸収部保護膜は、エッチング停止層でも良い。
【００３４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、全体が１００で示される本実施の形態にかかる熱型赤外線固体撮像装置の断面図である。熱型赤外線固体撮像装置１００は、図１２、１３に示す熱型赤外線固体撮像装置３００とほぼ同じ外観構造を有し、図１は、図１３のＩ−Ｉに相当する位置での断面図である。
【００３５】
図１に示すように、熱型赤外線固体撮像装置１００は、シリコン基板１を含む。
信号処理回路部３０３のシリコン基板１には、ＭＯＳ型の半導体素子２が設けられている。また、半導体素子２の電極に接続された配線層も形成されている。
シリコン基板１の検出部３０２には、凹部（空洞部）３が設けられ、凹部３上には、支持脚４に支持された赤外線検知部５が設けられている。赤外線検知部５には、例えば、ダイオードなどのｐｎ接合素子、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知膜６が設けられている。検出部３０２、信号処理回路部３０３には、例えば酸化シリコンからなる絶縁層２０と、例えばアルミニウムからなる配線層２１が設けられている。配線層２１は、赤外線反射膜を兼ねる。
赤外線検知部５上には傘構造部１０が設けられている。傘構造部１０は、例えば窒化シリコンからなる脚部１１を含む。脚部１１上には、窒化シリコンからなるエッチング停止層２２に覆われた赤外線吸収膜１２が形成されている。
【００３６】
一方、信号処理回路部３０３上には、上述のように絶縁層２０が設けられ、その上にエッチング停止層２２が形成されている。エッチング停止層２２上には、例えば酸化シリコンからなる層間分離層７、アルミニウムからなる配線層８、保護膜１３が形成されている。検出部３０２に含まれるそれぞれの傘構造部１０の間には、エッチング孔１５が設けられている。
【００３７】
次に、図２を用いて、図１に示す熱型赤外線固体撮像装置１００の製造方法について簡単に説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、シリコン基板１上の検出部３０２に赤外線検知膜６を、また、信号処理回路部３０３に半導体素子２を形成した後に、酸化シリコンからなる絶縁層２０を全面に形成する。絶縁層２０は、２回に分けて形成し、その間にアルミニウムからなる配線層２１が形成される。配線層２１は、アルミニウム層を全面に蒸着した後、パターニングを行って形成する。
続いて、絶縁層２０の所定の位置に開口を設け、更に、シリコンを全面に堆積しパターニングすることにより、検出部３０２のみに犠牲層１４を形成する。
【００３８】
続いて、赤外線検知部５上の犠牲層１４を開口し、窒化シリコンからなるエッチング停止層２２を形成する。エッチング停止層２２も２回に分けて形成することにより、検出部３０２のエッチング停止層２２中に、赤外線吸収膜１２を形成する。
【００３９】
続いて、酸化シリコンからなる層間分離層７を全面に形成し、その上にアルミニウムからなる配線層８を形成する。更に、例えば酸化シリコンからなる保護膜１３を全面に形成する。
【００４０】
次に、信号処理回路部３０３上にレジストマスク（図示せず）を形成し、図２（ｂ）に示すように、検出部３０２の上の保護膜１３を除去し、更に、層間分離層７をエッチングする。
層間分離層７のエッチングは、例えば弗化水素酸溶液を用いたウエットエッチングにより行う。弗化水素酸溶液では、酸化シリコンからなる層間分離層７はエッチングされるが、窒化シリコンからなるエッチング停止層２２はエッチングされないため、エッチング停止層２２の上面でエッチングを停止させることができる。
【００４１】
次に、図２（ｃ）に示すように、ドライエッチングでエッチング孔１５を形成した後、犠牲層１４をエッチングにより除去し、更に、シリコン基板１の一部をエッチングして凹部３を形成する。犠牲層１４の除去、凹部３の形成には、例えばＸｅＦ２を用いたドライエッチングが用いられる。
この結果、図２（ｃ）に示すような、傘構造部１０を備えた検出部３０２と、信号処理回路部３０３とが同一シリコン基板１上に形成された熱型赤外線固体撮像装置１００が完成する。
【００４２】
熱型赤外線固体撮像装置１００では、傘構造部１０に入射した赤外線が赤外線吸収膜１２に吸収されて熱になる。かかる熱は、脚部１１を通って赤外線検知部５に伝わり、これにより赤外線検知部５の温度が上昇し、赤外線検知膜６の電気特性が変化する。この電気特性の変化は、電気信号の変化として赤外線検知膜６に接続された配線層２１から配線層８を経て信号処理回路部３０３に送られる。信号処理回路部３０３では、かかる電気信号の変化から、赤外線検知部５に入射した赤外線の量を検出する。
【００４３】
熱型赤外線固体撮像装置１００では、特に、支持脚４が層間分離層７を含まない構造となっている。このため、支持脚４の熱コンダクタンスが小さく、赤外線検知部５からシリコン基板１に流出する熱量が少なくなり、赤外線の検出感度が高くなる。
【００４４】
また、赤外線検知部５が層間分離層７を含まず、かつ、傘構造部が保護膜１３を含まないので、赤外線検知部５、および傘構造部１０の厚みは、従来構造（図１４参照）よりも薄くなっている。このため、赤外線検知部５および傘構造部１０の熱容量が小さくなり、赤外線検出器の熱時定数が短くなるため、被写体が素早い動きをする場合にも追跡可能となる。
【００４５】
実施の形態２．
図３は、全体が１１０で示される本実施の形態にかかる熱型赤外線固体撮像装置の断面図である。図３、４は、図１３のＩ−Ｉに相当する位置での断面図である。図３、４中、図１と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。
【００４６】
図３に示すように、熱型赤外線固体撮像装置１１０は、信号処理回路部３０３にエッチング停止層２２を含まない点を除いて、上述の熱型赤外線固体撮像装置１００と同じ構造である。
【００４７】
図４を用いて図３に示す熱型赤外線固体撮像装置１１０の製造方法について簡単に説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、シリコン基板１上の検出部３０２に赤外線検知膜６を、また、信号処理回路部３０３に半導体素子２を形成した後に、酸化シリコンからなる絶縁層２０を全面に形成する。絶縁層２０は、２回に分けて形成し、その間にアルミニウムからなる配線層２１を形成する。
続いて、絶縁層２０の所定の位置に開口を設け、更に、シリコンを全面に堆積しパターニングすることにより、検出部３０２のみに犠牲層１４を形成する。
【００４８】
続いて、酸化シリコンからなる層間分離層７を全面に形成し、その上にアルミニウムからなる配線層８を形成する。更に、例えば酸化シリコンからなる保護膜１３を全面に形成する。
【００４９】
次に、信号処理回路部３０３上にレジストマスク（図示せず）を形成し、図４（ｂ）に示すように、検出部３０２の上の保護膜１３を除去し、更に、層間分離層７をエッチングする。
層間分離層７のエッチングは、例えば弗化水素酸溶液を用いたウエットエッチングにより行う。弗化水素酸溶液では、酸化シリコンからなる層間分離層７はエッチングされるが、シリコンからなる犠牲層１４はエッチングされないため、犠牲層１４の上面でエッチングを停止させることができる。
【００５０】
次に、図４（ｃ）に示すように、実施の形態１と同様の工程で、犠牲層１４上に傘構造部１０を形成する。続いて、エッチング孔１５を形成した後、例えばＸｅＦ２ガスを用いたドライエッチングにより、犠牲層１４の除去、凹部３の形成を行う。
これにより、図４（ｃ）に示すような熱型赤外線固体撮像装置１１０が完成する。
【００５１】
熱型赤外線固体撮像装置１１０では、熱型赤外線固体撮像装置１００と同様に、支持脚４が層間分離層７を含まない構造となっている。このため、支持脚４の熱コンダクタンスが小さくなり、赤外線の検出感度が高くなる。
【００５２】
また、赤外線検出部５が層間分離層７を含まず、かつ、傘構造部１０が保護膜１３を含まないため、赤外線検知部５および傘構造部１０の熱容量が小さくなり、赤外線検出器の熱時定数が短くなる。この結果、動作の速い被写体の撮影も可能となる。
【００５３】
また、実施の形態１、２に示す熱型赤外線固体撮像装置１００、１１０において、配線層２１を、不純物濃度が１０１８ｃｍ−３以上の多結晶又は非晶質シリコン等の半導体材料から形成しても良い。また、モリブデン、タングステン、チタン、コバルト、白金、タンタル等の高融点金属材料やそのシリサイドから形成しても良い。更には、半導体材料と高融点金属材料やそのシリサイドの積層構造から形成しても良い。
配線層２１を、アルミニウムに代えてかかる融点の高い材料から形成することにより、後の工程で形成される犠牲層１４を、形成温度の高い熱化学気相堆積法（熱ＣＶＤ法）などで形成することができる。
【００５４】
図５は、熱ＣＶＤ法を用いて形成した犠牲層１４（図５（ａ））と、スパッタ法等を用いて形成した犠牲層１４（図５（ｂ））とを比較したものである。
図からわかるように、熱ＣＶＤ法を用いることにより、形成した犠牲層１４の表面の平坦性が向上する。このため、後の製造工程がより容易となる。
【００５５】
実施の形態３．
実施の形態３、４は、検出部３０２の支持脚４、赤外線検出部５に含まれる層間分離層７の膜厚を薄くして、熱型赤外線固体撮像装置１２０、１３０における、赤外線の検出感度を向上させ、検出器の熱時定数を短くするものである。
図６は、全体が１２０で示される本実施の形態にかかる熱型赤外線固体撮像装置の断面図であり、図１３のＩ−Ｉに相当する位置での断面図である。図６中、図１と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。
【００５６】
本実施の形態にかかる熱型赤外線固体撮像装置１２０では、検出部３０２の配線層２１と信号処理回路部３０３の配線層８とが、同一工程で形成されている。
即ち、熱型赤外線固体撮像装置１２０では、酸化シリコンからなる層間分離層７をシリコン基板１上に形成する。層間分離層７の膜厚は、半導体素子２と層間分離層７上の配線層８とが、電気的に十分に絶縁できる膜厚とする。
続いて、信号処理回路部３０３に形成したレジストマスク（図示せず）を用いて、検出部３０２の層間分離層７をエッチングしてリセス２３を形成する。
【００５７】
次に、層間分離層７上に、例えばアルミニウム層を形成し、これをパターニングして配線層２１と配線層８を同時に形成する。続いて、酸化シリコンからなる絶縁層２４で配線層２１、配線層８を覆う。
【００５８】
次に、実施の形態１と同様に、犠牲層（図示せず）を形成し、その上に例えば酸化シリコンからなる保護膜１３を形成する。検出部３０２の保護膜１３中には赤外線吸収膜１２が形成される。
【００５９】
次に、保護膜１３の一部をエッチングしてエッチング孔１５を形成した後、実施の形態１と同様に、犠牲層（図示せず）をエッチングにより除去し、更に、シリコン基板１の一部をエッチングして凹部３を形成する。犠牲層１４の除去、凹部６の形成には、例えばＸｅＦ２を用いたドライエッチングが用いられる。
なお、図１のように、信号処理回路部３０３上の犠牲層を形成してもよい。
【００６０】
本実施の形態にかかる熱型赤外線固体撮像装置１２０では、支持脚４、赤外線検知部５に含まれる層間分離層７の膜厚が、信号処理回路部３０３の層間分離層７より薄くなっている。
このため、支持脚４の熱コンダクタンスが小さく、赤外線検知部５からシリコン基板１に流出する熱量が少なくなり、赤外線の検出感度が高くなる。
また、赤外線検知部５の熱容量が小さいため、赤外線検出器の熱時定数が短くなる。
なお、熱型赤外線固体撮像装置１２０では、傘構造部１０に含まれる保護膜１３の膜厚は、従来構造（図１４）と同程度である。
【００６１】
実施の形態４．
図７は、全体が１３０で示される本実施の形態にかかる熱型赤外線固体撮像装置の断面図であり、図１３のＩ−Ｉに相当する位置での断面図である。図７中、図１と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。
【００６２】
本実施の形態にかかる熱型赤外線固体撮像装置１３０では、層間分離層７がエッチング停止層２５を含む以外は、上述の熱型赤外線固体撮像装置１２０と同じ構造である。
【００６３】
熱型赤外線固体撮像装置１３０では、エッチング停止層２５を間に挟むように、シリコン基板１上に層間分離層７を形成する。即ち、シリコン基板１上に、所定膜厚の層間分離層７を形成し、かかる層間分離層７に赤外線検知膜６を形成する。続いて、その上にエッチング停止層２５を形成した後、再度、層間分離層７を形成する。エッチング停止層２５は、例えば窒化シリコンからなる。
【００６４】
続いて、実施の形態３と同様に、信号処理回路部３０３に形成したレジストマスク（図示せず）を用いて、検出部３０２の層間分離層７をエッチングしてリセス２３を形成する。
層間分離層７のエッチングには、例えば弗化水素酸の水溶液によるウエットエッチングを用いる。エッチング停止層２５は弗化水素酸によってエッチングされないため、エッチング停止層２５が露出した時点でエッチングが停止し、リセス２３の深さを精度良く制御できる。
【００６５】
次に、実施の形態３と同様の工程を行うことにより、配線層２１と配線層８を同時に形成し、傘構造部１０、凹部３等を形成する。
【００６６】
本実施の形態にかかる熱型赤外線固体撮像装置１３０では、熱型赤外線固体撮像装置１２０と同様に、支持脚４、赤外線検知部５に含まれる層間分離層７の膜厚が、信号処理回路部３０３の層間分離層７より薄くなる。このため、赤外線の検出感度が高くなる。また、赤外線検知部５の熱容量が小さいため、赤外線検出器の熱時定数が短くなる。
【００６７】
特に、エッチング停止層２５を用いることにより、リセス２３の深さを正確に制御でき、アレイ状に形成された複数の赤外線検出部６に含まれる層間分離層７の膜厚を均一にすることができる。
【００６８】
なお、実施の形態３、４に示した熱型赤外線固体撮像装置１２０、１３０において、次に示す実施の形態５、６と同様に、傘構造部１０に含まれる保護膜１３を、別途エッチングして、薄くすることもできる。
これにより、赤外線検出器の熱時定数を更に短くすることができる。
【００６９】
実施の形態５．
実施の形態５、６は、検出部３０２の傘構造部１０に保護膜１３を形成しないことにより、熱型赤外線固体撮像装置１４０、１５０における、検出器の熱時定数を短くするものである。
図８は、全体が１４０で示される本実施の形態にかかる熱型赤外線固体撮像装置の断面図であり、図１３のＩ−Ｉに相当する位置での断面図である。図８中、図１と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。
【００７０】
本実施の形態にかかる熱型赤外線固体撮像装置１４０では、検出部３０２の配線層２１と信号処理回路部３０３の配線層８とが、同一工程で形成されている。
即ち、熱型赤外線固体撮像装置１４０では、酸化シリコンからなる層間分離層７をシリコン基板１上に形成する。層間分離層７の膜厚は、半導体素子２と層間分離層７上の配線層８とが、電気的に十分に絶縁できる膜厚とする。
【００７１】
次に、層間分離層７上に、例えばアルミニウム層を形成し、これをパターニングして配線層２１と配線層８を同時に形成する。続いて、酸化シリコンからなる絶縁層２４で配線層２１、配線層８を覆う。
【００７２】
次に、実施の形態１と同様に、犠牲層（図示せず）を形成し、その上に窒化シリコンからなるエッチング停止層２６を形成する。傘構造部１０のエッチング停止層２６中には、実施の形態１と同様に、赤外線吸収膜１２を形成する。
更に、その上に例えば酸化シリコンからなる保護膜１３を形成する。
【００７３】
次に、信号処理回路部３０３上に形成したレジストマスク（図示せず）を用いて、傘構造部１０上の保護膜１３をエッチングする。保護膜１３のエッチングは、例えば、弗化水素酸の水溶液を用いたウエットエッチングにより行なわれる。保護膜１３のエッチングは、エッチング停止層２６が露出した時点で停止する。
【００７４】
次に、実施の形態１と同様に、エッチング孔１５を形成した後、犠牲層（図示せず）をエッチングにより除去し、更に、シリコン基板１の一部をエッチングして凹部３を形成する。犠牲層１４の除去、凹部３の形成には、例えばＸｅＦ２を用いたドライエッチングが用いられる。
なお、図１のように、信号処理回路部３０３上の犠牲層１４はなくてもよい。
【００７５】
本実施の形態にかかる熱型赤外線固体撮像装置１４０では、傘構造部１０に含まれる保護膜が除去されているため傘構造部１０の熱容量が小さくなり、赤外線検出器の熱時定数が短くなる。
なお、熱型赤外線固体撮像装置１４０では、支持脚４、赤外線検知部５に含まれる層間分離層７の膜厚は、従来構造（図１４）と同程度である。
【００７６】
実施の形態６．
図９は、全体が１５０で示される本実施の形態にかかる熱型赤外線固体撮像装置の断面図であり、図１３のＩ−Ｉに相当する位置での断面図である。図９中、図１と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。
【００７７】
熱型赤外線固体撮像装置１５０では、エッチング停止層２６を形成せず、吸収部保護膜中に、エッチングストッパとしても機能する赤外線吸収膜１２を形成する。これ以外の構造は、上述の熱型赤外線固体撮像装置１４０と同じである。
実施の形態５と同様に、信号処理回路部３０３上に形成したレジストマスク（図示せず）を用いて、傘構造部１０上の保護膜１３をエッチングする。保護膜１３のエッチングは、例えば、弗化水素酸の水溶液を用いたウエットエッチングにより行なわれる。この時点では、検出部３０２の全面に赤外線吸収膜が残してあるため、保護膜１３のエッチングは、例えば、窒化タングステンからなる赤外線吸収膜１２が露出した時点で停止する。次に、赤外線吸収膜１２を所定の位置に残して、その上に吸収部保護膜を形成する。
【００７８】
本実施の形態にかかる熱型赤外線固体撮像装置１５０では、傘構造部１０上の保護膜１３が除去されているため傘構造部１０の熱容量が小さくなり、赤外線検出器の熱時定数が短くなる。なお、支持脚４、赤外線検知部５に含まれる層間分離層７の膜厚は、従来構造（図１４）と同程度である。
【００７９】
実施の形態７．
上述の実施の形態１〜６にかかる熱型赤外線固体撮像装置の製造に用いるシリコン基板１としては、図１０（ａ）に示すようなＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板３０を用いることができる。
ＳＯＩ基板３０は、シリコン基板３１と、その上に順次積層された酸化シリコン層（ＢＯＸ層）３２、シリコン層（ＳＯＩ層）３３からなる。例えば、ｐｎ接合ダイオードからなる赤外線検知膜６をシリコン層３３に、半導体素子２をシリコン層３３もしくはシリコン基板３１に形成し、続いて上述の工程が行なわれて、熱型赤外線固体撮像装置が完成する。
【００８０】
赤外線検知膜６もしくは半導体素子２を形成する領域を、他の領域と絶縁するために、図１０（ｂ）に示すように、所定領域のシリコン層３３を残して周囲を酸化してシリコン酸化膜３４としても良い。
【００８１】
また、図１０（ｃ）に示すように、所定領域のシリコン層３３をメサ型に残して周囲をエッチングで除去しても良い。
【００８２】
特に、図１０（ｃ）に示すようなＳＯＩ基板３６を用いることにより、図１０（ｂ）に示すＳＯＩ基板３５を用いる場合に比べて、支持脚４、赤外線検知部５がシリコン酸化膜３４を含まない構造となる。
このため、支持脚４の熱コンダクタンスを小さくでき、赤外線検出感度の高い赤外線検出器を得ることができる。更に、赤外線検知部５の熱容量を小さくできるので、熱時定数の短い赤外線検出器を得ることができる。
【００８３】
実施の形態８．
上述の実施の形態１〜６にかかる熱型赤外線固体撮像装置の製造に用いるシリコン基板１としては、図１１（ｄ）に示すようなＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板４５を用いることができる。
ＳＯＩ基板４５は、シリコン基板４１と、その上に順次積層された酸化シリコン層（ＢＯＸ層（Buried Oxide層））４２、シリコン層（ＳＯＩ層）４３からなる。例えば、ｐｎ接合ダイオードからなる赤外線検知膜６をシリコン層４３に、半導体素子２をシリコン層４３もしくはシリコン基板４１に形成し、続いて上述の工程が行なわれて、熱型赤外線固体撮像装置が完成する。
【００８４】
図１１（ｄ）のＳＯＩ基板４５では、赤外線検知膜６もしくは半導体素子２を形成する領域を他の領域と絶縁するために、所定領域のシリコン層４３を残して周囲のシリコン層４３、酸化シリコン層４２がエッチングにより除去されている。
図１１（ｄ）のＳＯＩ基板４５は、図１１（ａ）のＳＯＩ基板４０を加工して作製される。
【００８５】
作製方法は、図１１（ｂ）に示すように、所定領域のシリコン層４３を残して周囲を酸化してシリコン酸化層４４とした後に、シリコン酸化層４４、酸化シリコン層４２をエッチングしても良い。
【００８６】
また、図１１（ｃ）に示すように、所定領域のシリコン層４３をメサ型に残して周囲をエッチングで除去し、更に、酸化シリコン層４２をエッチングしても良い。
【００８７】
図１１（ｄ）に示すようなＳＯＩ基板４５を用いることにより、支持脚４、赤外線検知部５がシリコン酸化層４４に加えて、酸化シリコン層４２を含まない構造となる。このため、支持脚４の熱コンダクタンスを小さくでき、赤外線検出感度の高い赤外線検出器を得ることができる。更に、赤外線検知部５の熱容量を小さくできるので、熱時定数の短い赤外線検出器を得ることができる。
【００８８】
なお、実施の形態７、８に示したＳＯＩ基板３５、３６、４５は、図１４に示す従来構造の熱型赤外線固体撮像装置３００に適用することもできる。これにより、赤外線の検出感度を向上させ、検出器の熱時定数を短くすることができる。
【００８９】
実施の形態１〜８および、図１４に示す従来構造の熱型赤外線固体撮像装置３００において、配線層２１だけでなく、配線層８を不純物濃度が１０１８ｃｍ−３以上の多結晶又は非晶質シリコン等の半導体材料、若しくはモリブデン、タングステン、チタン、コバルト、白金、タンタル等の高融点金属及びそのシリサイド膜、または、半導体材料と高融点金属やそのシリサイド膜の積層構造から形成しても構わない。
これにより、犠牲層１４の形成に、熱ＣＶＤ法等の成膜温度の高い製造方法を用いることができる。
熱ＣＶＤ法を用いることにより、形成した犠牲層１４の表面の平坦性が向上する。このため、後の製造工程がより容易になる。
【００９０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明にかかる熱型赤外線固体撮像装置では、赤外線の検出感度が高くなる。
【００９１】
また、本発明にかかる熱型赤外線固体撮像装置では、熱時定数が短くなり、動きの素早い被写体の撮影も可能となる。
【００９２】
また、本発明にかかる熱型赤外線固体撮像装置の製造方法では、犠牲層の表面平坦となり、製造工程が簡単となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像装置の断面図である。
【図２】 本発明の実施の形態１にかかる熱型赤外線固体撮像装置の製造工程図である。
【図３】 本発明の実施の形態２にかかる熱型赤外線固体撮像装置の断面図である。
【図４】 本発明の実施の形態２にかかる熱型赤外線固体撮像装置の製造工程図である。
【図５】 犠牲層の形状を比較した図である。
【図６】 本発明の実施の形態３にかかる熱型赤外線固体撮像装置の断面図である。
【図７】 本発明の実施の形態４にかかる熱型赤外線固体撮像装置の断面図である。
【図８】 本発明の実施の形態５にかかる熱型赤外線固体撮像装置の断面図である。
【図９】 本発明の実施の形態６にかかる熱型赤外線固体撮像装置の断面図である。
【図１０】 本発明の実施の形態７にかかるＳＯＩ基板の断面図である。
【図１１】 本発明の実施の形態８にかかるＳＯＩ基板の断面図である。
【図１２】 従来の熱型赤外線固体撮像装置の斜視図である。
【図１３】 従来の熱型赤外線固体撮像装置に含まれる赤外線検出部の拡大図である。
【図１４】 従来の熱型赤外線固体撮像装置の断面図である。
【図１５】 従来の熱型赤外線固体撮像装置の製造工程図である。
【符号の説明】
１ シリコン基板、２ 半導体素子、３ 凹部、４ 支持脚、５ 赤外線検知部、６ 赤外線検知膜、７ 層間分離層、８ 配線層、１０ 傘構造部、１１ 脚部、１２ 赤外線吸収膜、１３ 保護膜、１４ 犠牲層、１５ エッチング孔、２０ 絶縁層、２１ 配線層、２２ エッチング停止層、１００ 熱型赤外線固体撮像装置。
Claims (13)
- シリコン基板に形成された凹部上に赤外線検知部が支持脚で支えられた熱型赤外線固体撮像装置の製造方法であって、
検出領域（３０２）と処理領域（３０３）とを備えたシリコン基板（１）を準備する工程と、
該シリコン基板上の該検出領域に赤外線検知膜（６）を、該処理領域に半導体素子（２）を、それぞれ形成する工程と、
該シリコン基板上に、該赤外線検知膜と該半導体素子とを覆う絶縁層（２０）を形成する工程であって、該赤外線検知膜と該半導体素子とを電気的に接続する第１の配線層（２１）を間に挟むように該絶縁層を形成する工程と、
該検出領域上の該絶縁層を覆う犠牲層（１４）を形成する工程と、
該絶縁層と該犠牲層との上に層間分離層（７）を形成し、該層間分離層上の該処理領域に第２の配線層（８）を形成する工程と、
該第２の配線層を覆うように該層間分離層上に保護膜（１３）を形成する工程と、
該検出領域から、該層間分離層と該保護膜を選択的に除去する除去工程と、
該検出領域上の該犠牲層上に、赤外線吸収膜（１２）を含む傘構造部（１０）を形成する工程と、
該犠牲層を選択的に除去して、該絶縁層上に該傘構造部を載置させる工程と、
該検出領域の該シリコン基板をエッチングして凹部（３）を形成し、該絶縁層を有する支持脚（４）と、該赤外線検知膜を含む該絶縁層を有し該支持脚で支えられた赤外線検知部（５）とを、該凹部上に形成する工程とを含むことを特徴とする熱型赤外線固体撮像装置の製造方法。 - 上記除去工程が、上記犠牲層上に形成したエッチング停止層（２２）をエッチングストッパとして用いて、上記層間分離層と上記保護膜とを選択的にエッチングする工程であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
- 上記傘構造部が、上記エッチング停止層と、該エッチング停止層中に形成された上記赤外線吸収膜とを含み、該傘構造部を該犠牲層上に形成した後に、該傘構造部をエッチングストッパとして用いて上記除去工程を行うことを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
- シリコン基板に形成された凹部上に赤外線検知部が支持脚で支えられた熱型赤外線固体撮像装置の製造方法であって、
検出領域（３０２）と処理領域（３０３）とを備えたシリコン基板（１）を準備する工程と、
該シリコン基板上の該検出領域に赤外線検知膜（６）を、該処理領域に半導体素子（２）を、それぞれ形成する工程と、
該シリコン基板上に、該赤外線検知膜と該半導体素子とを覆う層間分離層（７）を形成する工程と、
該検出領域上の該層間分離層を選択的にエッチングして、該検出領域の該層間分離層を薄層化する薄層化工程と、
該層間分離層上に、該赤外線検知膜と該半導体素子とを電気的に接続する配線層（２１、８）を形成する工程と、
該層間分離層上に、該配線層を覆うように絶縁層（２４）を形成する工程と、
該検出領域上の該絶縁層を覆う犠牲層（１４）を形成する工程と、
該犠牲層上に、赤外線吸収膜（１２）を含む傘構造部（１０）を形成する傘構造部形成工程と、
該犠牲層を選択的に除去して、該層間分離層上に該傘構造部を載置する工程と、
該検出領域の該シリコン基板をエッチングして凹部（３）を形成し、薄層化された該層間分離層を有する支持脚（４）と、該赤外線検知膜を含む該層間分離層を有し該支持脚で支えられた赤外線検知部（５）とを、該凹部上に形成する工程とを含むことを特徴とする熱型赤外線固体撮像装置の製造方法。 - 上記薄層化工程が、上記赤外線検知膜上の上記層間分離層中にエッチング停止層（２５）を形成し、該エッチング停止層をエッチングストッパとして用いて、該層間分離層をエッチングする工程であることを特徴とする請求項４に記載の製造方法。
- 更に、上記傘構造部形成工程後に、少なくとも該処理領域上の該層間分離層上に保護膜（１３）を形成する工程を含むことを特徴とする請求項４又は５に記載の製造方法。
- シリコン基板に形成された凹部上に赤外線検知部が支持脚で支えられた熱型赤外線固体撮像装置の製造方法であって、
検出領域（３０２）と処理領域（３０３）とを備えたシリコン基板（１）を準備する工程と、
該シリコン基板上の該検出領域に赤外線検知膜（６）を、該処理領域に半導体素子（２）を、それぞれ形成する工程と、
該シリコン基板上に、該赤外線検知膜と該半導体素子とを覆う層間分離層（７）を形成する工程と、
該層間分離層上に、該赤外線検知膜と該半導体素子とを電気的に接続する配線層（２１、８）を形成する工程と、
該層間分離層上に、該配線層を覆うように絶縁層（２４）を形成する工程と、
該絶縁層上に犠牲層（１４）を形成する工程と、
該犠牲層上に、エッチング停止層（２６）と、該エッチング停止層中に赤外線吸収膜（１２）を含む傘構造部（１０）とを形成する工程と、
該エッチング停止層と該傘構造部の上に保護膜（１３）を形成する工程と、
該エッチング停止層をエッチングストッパに用いて、該傘構造部上の該保護膜を選択的に除去する工程と、
該検出領域の該犠牲層を選択的に除去して、該層間分離層上に該傘構造部を載置する工程と、
該検出領域の該シリコン基板をエッチングして凹部（３）を形成し、該層間分離層を有する支持脚（４）と、該赤外線検知膜を含む該層間分離層を有し該支持脚で支えられた赤外線検知部（５）とを、該凹部上に形成する工程とを含むことを特徴とする熱型赤外線固体撮像装置の製造方法。 - シリコン基板に形成された凹部上に赤外線検知部が支持脚で支えられた熱型赤外線固体撮像装置の製造方法であって、
検出領域（３０２）と処理領域（３０３）とを備えたシリコン基板（１）を準備する工程と、
該シリコン基板上の該検出領域に赤外線検知膜（６）を、該処理領域に半導体素子（２）を、それぞれ形成する工程と、
該シリコン基板上に、該赤外線検知膜と該半導体素子とを覆う層間分離層（７）を形成する工程と、
該層間分離層上に、該赤外線検知膜と該半導体素子とを電気的に接続する配線層（２１、８）を形成する工程と、
該層間分離層上に、該配線層を覆うように絶縁層（２４）を形成する工程と、
該絶縁層上に犠牲層（１４）を形成する工程と、
該検出領域上の該犠牲層上に、赤外線吸収膜（１２）を含む傘構造部（１０）を形成する工程と、
該傘構造部と該犠牲層の上に保護膜（１３）を形成する工程と、
該赤外線吸収膜をエッチングストッパに用いて、該傘構造部上の該保護膜を選択的に除去する工程と、
該検出領域の該犠牲層を選択的に除去して、該層間分離層上に該傘構造部を載置する工程と、
該検出領域の該シリコン基板をエッチングして凹部（３）を形成し、該層間分離層を有する支持脚（４）と、該赤外線検知膜を含む該層間分離層を有し該支持脚で支えられた赤外線検知部（５）とを、該凹部上に形成する工程とを含むことを特徴とする熱型赤外線固体撮像装置の製造方法。 - 上記シリコン基板が、シリコン基板上に、酸化シリコン層を介してシリコン層が形成されたＳＯＩ基板であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の製造方法。
- 上記犠牲層が、シリコン及びポリイミドから選択される一の材料からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の製造方法。
- 上記エッチング停止層が、窒化シリコン層からなることを特徴とする請求項２、３、５〜８のいずれかに記載の製造方法。
- 上記配線層が、導電性シリコン及び／又は高融点金属を含み、上記犠牲層を熱化学気相堆積法で形成することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の製造方法。
- 更に、上記処理領域に、導電性シリコン及び／又は高融点金属を含む回路配線を形成する工程を含む請求項１〜８のいずれかに記載の製造方法。
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