センサー装置の製造方法及びセンサー装置
【課題】焦電センサーとボンディングパッドとを同一の基板に効率良く形成することができ、また、特別なプロセスを追加することなくボンディングパッドの剥離を抑制できるようにしたセンサー装置の製造方法及びセンサー装置を提供する。
【解決手段】基板上の第１領域に第１導電部を形成する工程と、第１導電部上に焦電体を形成する工程と、焦電体上に第２導電部を形成する工程と、第２導電部上及び、基板上の第２領域にそれぞれ第１絶縁膜を形成する工程と、第１絶縁膜の一部を除去して、第１領域に第２導電部を底面とする第１開口部を形成し、第２領域に第２開口部を形成する工程と、第１開口部及び第２開口部にそれぞれ第３導電部を埋め込む工程と、第１領域において焦電体を覆い、第２領域において第３導電部を覆う第２絶縁膜を形成する工程と、第２絶縁膜の一部を除去して第３導電部を底面とする第３開口部を形成する工程と、を含む。
【解決手段】基板上の第１領域に第１導電部を形成する工程と、第１導電部上に焦電体を形成する工程と、焦電体上に第２導電部を形成する工程と、第２導電部上及び、基板上の第２領域にそれぞれ第１絶縁膜を形成する工程と、第１絶縁膜の一部を除去して、第１領域に第２導電部を底面とする第１開口部を形成し、第２領域に第２開口部を形成する工程と、第１開口部及び第２開口部にそれぞれ第３導電部を埋め込む工程と、第１領域において焦電体を覆い、第２領域において第３導電部を覆う第２絶縁膜を形成する工程と、第２絶縁膜の一部を除去して第３導電部を底面とする第３開口部を形成する工程と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサー装置の製造方法及びセンサー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば、特許文献１に開示されたものがある。即ち、特許文献１には、焦電膜（強誘電体膜）と、焦電体の下側に接続された下部電極と、焦電体の上側に接続された上部電極と、を有する構造の焦電型光検出素子が開示されている。
焦電型光検出素子は、焦電体の温度による分極状態を焦電流で捉える。すなわち、焦電型光検出素子に光（例えば、赤外線等）が照射されると焦電体の温度が変化する。焦電体では、温度変化があると自発分極量に変化が生じて表面電荷量に変化が生じ、温度変化がないと表面電荷は中和する。焦電体の表面電荷量が変化することに伴い、上部電極と下部電極との間には焦電流が流れる。焦電型赤外線検出素子は、この焦電流を検出することによって、照射された赤外線等の光量を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１５３８５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、焦電型光検出素子が形成される基板には、通常、焦電型光検出素子（又は、基板に形成される他の素子）と外部端子とを電気的に接続するためのボンディングパッドも形成される。特許文献１には、焦電型光検出素子（以下、焦電センサーともいう。）と同一の基板に搭載されることに適した構造のボンディングパッドと、その形成方法とに関して、具体的な開示がなかった。
【０００５】
そこで、本発明者は、上記のボンディングパッドを、焦電センサーの下部電極又は上部電極を形成する工程で同時に形成する方法を考えた。この方法によれば、下部電極又は上部電極の形成工程を利用してボンディングパッドを形成するため、ボンディングパッドを形成するための専用工程を少なくすることができる。このため、焦電センサーとボンディングパッドとを同一の基板に効率良く形成できる、という顕著な効果を奏する。
【０００６】
しかしながら、上記の方法において、焦電センサーの下部電極又は上部電極に白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等の貴金属が含まれている場合は、ボンディングパッドにも貴金属が含まれることとなる。ボンディングパッドにＰｔ、Ｉｒ等の貴金属が含まれていると、ボンディングパッドと基板側（例えば、基板の表面を覆うシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）等）との密着性が十分でなく、ワイヤーボンディングの際にボンディングパッドが基板側から剥がれてしまう可能性が考えられた。また、このような可能性を低減するために、ボンディングパッドに剥離防止を目的とした特別なプロセスを追加することも考えられるが、その場合は、工程数が増えて製造方法が複雑となる。
【０００７】
そこで、この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、焦電センサーとボンディングパッドとを同一の基板に効率良く形成することができ、また、特別なプロセスを追加することなくボンディングパッドの剥離を抑制できるようにしたセンサー装置の製造方法及びセンサー装置を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るセンサー装置は、基板上の第１領域に焦電センサーを有すると共に、前記基板上の前記第１領域とは異なる第２領域にボンディングパッドを有するセンサー装置の製造方法であって、前記第１領域に第１導電部を形成する工程と、前記第１導電部上に焦電体を形成する工程と、前記焦電体上に第２導電部を形成する工程と、前記第２導電部上及び、前記第２領域にそれぞれ第１絶縁膜を形成する工程と、前記第１絶縁膜の一部を除去して、前記第１領域に前記第２導電部を底面とする第１開口部を形成し、前記第２領域に第２開口部を形成する工程と、前記第１開口部及び前記第２開口部にそれぞれ第３導電部を埋め込む工程と、前記第１領域において前記焦電体を覆い、前記第２領域において前記第３導電部を覆う第２絶縁膜を形成する工程と、前記第２絶縁膜の一部を除去して前記第３導電部を底面とする第３開口部を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
このような製造方法であれば、焦電センサーにおいて第２導電部と第３導電部とを電気的に接続するための第１開口部と、ボンディングパッドにおいて第３導電部を埋め込むための第２開口部とを同時に形成することができる。また、焦電センサーに接続する第３導電部と、ボンディングパッドを構成する第３導電部と、を同時に形成することができる。また、焦電センサーを覆って光吸収膜として機能する第２絶縁膜と、ボンディングパッドの一部を覆って保護膜として機能する第２絶縁膜と、を同時に形成することができる。
【００１０】
このように、上記の製造方法によれば、焦電センサーや、焦電センサーに接続される第３導電部、焦電センサーを覆って光吸収膜として機能する第２絶縁膜の各形成工程を利用して、ボンディングパッドや、ボンディングパッドの一部を覆う保護膜をそれぞれ形成することができる。従って、工程数の増加を抑えつつ、焦電センサーとボンディングパッドとを同一の基板上に効率良く形成できる。
【００１１】
また、第２領域は、第１導電部及び第２導電部が残存せず、第３導電部が残存した構造に形成される。このため、第２領域において、例えば第１導電部が残存する場合と比べて、ボンディングパッドの高さを低くすることができる。さらに、第３導電部の構成材として、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）など、貴金属以外の材料を用いることができる。このため、ボンディングパッドと基板側との密着性を高く保持することができる。特別なプロセスを追加することなく、ボンディングパッドが基板側から剥離することを抑制することができる。なお、本発明の「基板」としては、例えば、後述するシリコン基板１が該当する。「第１領域」としては、例えば、後述するセンサー領域が該当する。「第２領域」としては、例えば、後述するパッド領域が該当する。「第１導電部」としては、例えば、後述する下部電極２５が該当する。「第２導電部」としては、例えば、後述する上部電極２９が該当する。
【００１２】
また、上記のセンサー装置の製造方法において、前記第３開口部を埋め込むように前記第２領域の前記第２絶縁膜上に第４導電部を形成する工程と、前記第４導電部上及び前記第１領域の前記第２絶縁膜上にそれぞれ第３絶縁膜を形成する工程と、前記第３絶縁膜の一部を除去して前記第４導電部を底面とする第４開口部を形成する工程と、をさらに含むことを特徴としてもよい。このような製造方法であれば、ボンディングパッドに導電性ワイヤーの一端を密着性高く接合することができる。例えば、第３導電部が窒化チタン（ＴｉＮ）であり、導電性ワイヤーが金（Ａｕ）線の場合でも、窒化チタンと金とが直に接することがないため、ボンディングパッドと導電性ワイヤーとの密着性を高めることができる。なお、本発明の「第４導電部」としては、例えば、後述する電極層３７が該当する。
【００１３】
また、上記のセンサー装置の製造方法において、前記第１導電部を形成する工程、前記焦電体を形成する工程及び前記第２導電部を形成する工程は、前記第１領域及び前記第２領域にそれぞれ第１導電部を形成し、前記第１導電部上に焦電体と第２導電部とを積層し、前記第２領域の前記第２導電部を除去して前記焦電体を露出させ、露出した前記焦電体を除去して前記第２領域の前記第１導電部を露出させ、露出した前記第１導電部を除去する工程、であることを特徴とする。このような製造方法であれば、第１領域には第１導電部と焦電体及び第２導電部が積層され、第２領域には第１導電部と焦電体及び第２導電部が存在しない構造を形成することができる。
【００１４】
本発明の別の態様に係るセンサー装置は、基板上の第１領域に焦電センサーを有すると共に、前記基板上の前記第１領域とは異なる第２領域にボンディングパッドを有するセンサー装置であって、前記第１領域に形成された第１導電部と、前記第１導電部上に形成された焦電体と、前記焦電体上に形成された第２導電部と、前記第２導電部を覆うように前記基板の上方に形成され、前記第２導電部を底面とする第１開口部を有し、前記第２領域に第２開口部を有する第１絶縁膜と、前記第１開口部及び前記第２開口部にそれぞれ埋め込まれた第３導電部と、前記第１領域において前記焦電体を覆い、前記第２領域において前記第３導電部を覆い、前記第２領域の前記第３導電部を底面とする第３開口部を有する第２絶縁膜と、を備えることを特徴とする。このような構成であれば、上記の製造方法により製造可能なセンサー装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＩＲセンサー装置１００の構成例を示す図。
【図２】ＩＲセンサー装置１００の製造方法を示す図（その１）。
【図３】ＩＲセンサー装置１００の製造方法を示す図（その２）。
【図４】ＩＲセンサー装置１００の製造方法を示す図（その３）。
【図５】ＩＲセンサー装置１００の製造方法を示す図（その４）。
【図６】本発明の第２実施形態に係るＩＲセンサー装置２００の構成例を示す図。
【図７】ＩＲセンサー装置２００の製造方法を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その重複する説明は省略する。
（１）第１実施形態
（１．１）構成
図１は、本発明の第１実施形態に係る焦電型赤外線センサー装置（以下、単にＩＲセンサー装置ともいう。）１００の構成例を示す断面図である。このＩＲセンサー装置１００は、焦電効果（即ち、温度変化によって焦電体の分極状態が変化する現象）を利用したものであり、焦電体の分極状態の変化を電圧又は焦電流で測定することにより、赤外線等の光を検出する装置である。
【００１７】
図１に示すように、このＩＲセンサー装置１００は、シリコン基板１と、シリコン基板１上に絶縁膜（図示せず）を介して設けられた第１配線層１１と、シリコン基板１の上方に形成されて第１配線層１１を覆う第１層間絶縁膜１３と、第１層間絶縁膜１３上に設けられた第２配線層１７と、第１層間絶縁膜１３上に形成されて第２配線層１７を覆う第２層間絶縁膜１９と、第２層間絶縁膜１９上に設けられた支持層（即ち、メンブレン）２１と、第１層間絶縁膜１３を貫いて第１配線層１１と第２配線層１７とを間を電気的に接続する第１プラグ電極１５と、第２層間絶縁膜１９を貫いて第２配線層１７を支持層２１上に引きす第２プラグ電極２３と、を備える。
【００１８】
シリコン基板１は、例えばバルクの単結晶シリコン基板である。図示しないが、このシリコン基板１には、例えば、ＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジスタ、キャパシタ、拡散抵抗等の各種素子が形成されており、これらの各種素子は図示しない絶縁膜によって覆われている。なお、シリコン基板１は、例えば、バルクの単結晶シリコン上に単結晶のシリコン層がエピタキシャル成長された構成であってもよい。この場合は、このエピタキシャル成長により形成された単結晶のシリコン層（即ち、エピタキシャル層）に、上記の各種素子が形成されている。
【００１９】
第１配線層１１及び第２配線層１７は、例えば、上記の各種素子に電気的に接続する配線である。第１配線層１１及び第２配線層１７の材質は、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）である。第１層間絶縁膜１３及び第２層間絶縁膜１９は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2）若しくはシリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4）、又は、これらを積層した積層膜である。第１プラグ電極１５及び第２プラグ電極２３の材質は、例えば、タングステン（Ｗ）である。
【００２０】
また、図１に示すように、このＩＲセンサー装置１００は、例えば、シリコン基板１上のセンサー領域（即ち、第１領域）に設けられた焦電センサー３０と、シリコン基板１上であってセンサー領域とは異なる位置のパッド領域（即ち、第２領域）に設けられたボンディングパッド４０と、第１絶縁膜３１、第２絶縁膜３５、第３絶縁膜４１及び第３配線層３３と、を備える。
【００２１】
焦電センサー３０は、支持層２１上に形成された下部電極２５と、下部電極２５上に形成された焦電体２７と、焦電体２７上に形成された上部電極２９と、を有する。下部電極２５及び上部電極２９の各材質は、導電性を有するものである。一例を挙げると、下部電極２５は、イリジウム（Ｉｒ）、酸化イリジウム（ＩｒＯＸ）、白金（Ｐｔ）を、この順で下から積層した積層膜である。上部電極２９は、白金、酸化イリジウム、イリジウムを、この順で下から積層した積層膜である。焦電体２７の材質は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、又は、ＰＺＴにニオブ（Ｎｂ）を添加したＰＺＴＮである。
【００２２】
また、焦電センサー３０は、第１絶縁膜３１で覆われている。第１絶縁膜３１は、例えば、シリコン酸化膜である。さらに、センサー領域において、第１絶縁膜３１には上部電極２９を底面とする貫通した第１開口部５１（図３（ｂ）を参照）が設けられている。そして、この第１開口部５１にセンサー領域の第３配線層３３の一部が埋め込まれている。これにより、センサー領域の第３配線層３３は上部電極２９と電気的に接続されている。第３配線層３３の材質は、例えば窒化チタンである。
【００２３】
なお、支持層２１は、例えば、シリコン酸化膜若しくはシリコン窒化膜、又は、これらを積層した積層膜である。センサー領域の支持層２１直下であって、例えば、図１の紙面手前側又は紙面奥側には、図示しない空洞部が形成されている。この空洞部は、焦電センサー３０とシリコン基板１との間を断熱するために設けられている。支持層２１によって、焦電センサー３０は空洞部の上方で支えられている。
【００２４】
第２絶縁膜３５は第３配線層３３上に設けられている。第３絶縁膜４１は第２絶縁膜３５上に設けられている。第２絶縁膜３５は例えばシリコン窒化膜であり、第３絶縁膜４１は例えばシリコン酸化膜である。センサー領域において、第３絶縁膜４１は、例えば赤外線等の光を吸収して熱に変換する膜として機能する。
一方、ボンディングパッド４０は、支持層２１上に形成された第３配線層３３と、第３配線層３３上に形成されたパッド用の電極層３７と、を有する。電極層３７は、例えば、窒化チタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）合金とを、この順で下から積層した積層膜である。アルミニウム合金としては、例えば、アルミニウムに銅（Ｃｕ）を少量添加したＡｌＣｕなどが挙げられる。
【００２５】
また、パッド領域において、支持層２１と第３配線層３３との間に第１絶縁膜３１が配置されており、この第１絶縁膜３１に第２プラグ電極２３を底面とする貫通した第２開口部５２（図３（ｂ）を参照）が設けられている。そして、この第２開口部５２にパッド領域の第３配線層３３の一部が埋め込まれている。これにより、パッド領域の第３配線層３３は第２プラグ電極２３と電気的に接続されている。
【００２６】
また、パッド領域において、第３配線層３３と電極層３７との間に第２絶縁膜３５が配置されており、この第２絶縁膜３５に下部電極２５を底面とする貫通した第３開口部５３（図４（ｂ）を参照）が設けられている。そして、この第３開口部５３に電極層３７の一部が埋め込まれている。これにより、電極層３７は、パッド領域の第３配線層３３と電気的に接続されている。
【００２７】
さらに、ボンディングパッド４０上には第３絶縁膜４１が設けられている。この第３絶縁膜４１には、ボンディングパッド４０の中央部を底面とする貫通した第４開口部５４が設けられている。図示しないが、この第４開口部５４の底面で露出しているボンディングパッド４０の表面に、金線等のワイヤーが接合される。そして、この金線を介して、ＩＲセンサー装置１００は、例えば外部端子と電気的に接続される。次に、ＩＲセンサー装置１００の製造方法について説明する。
【００２８】
（１.２）製造方法
図２（ａ）〜図５（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るＩＲセンサー装置１００の製造方法を示す断面図である。図２（ａ）に示すように、まず始めに、シリコン基板１を用意する。上述したように、このシリコン基板１の一方の面側には、例えば第１配線層１１と、第１層間絶縁膜１３と、第１プラグ電極１５と、第２配線層１７と、第２層間絶縁膜１９とが形成されている。次に、図２（ｂ）に示すように、第２層間絶縁膜１９上に支持層２１を形成する。支持層２１の形成は、例えばＣＶＤ（chemical vapor deposition）法で行う。
【００２９】
次に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、支持層２１及び第２層間絶縁膜１９を部分的に除去する（即ち、パターニングする）。これにより、パッド領域の支持層２１及び第２層間絶縁膜１９に、第２配線層１７を底面とする（即ち、第２配線層１７を露出する）開口部を形成する。そして、この開口部内に第２プラグ電極２３を形成する。第２プラグ電極２３の形成方法は、例えば以下の通りである。即ち、上記の開口部を埋め込むように支持層２１上にタングステン膜を形成する。タングステン膜の形成は、例えばスパッタ法（即ち、スパッタリング）で行う。次に、このタングステン膜を研削して、開口部内にのみタングステン膜を残し、開口部の内側以外の領域（即ち、支持層２１上）からタングステン膜を除去する。タングステン膜の研削は、例えばＣＭＰ（chemical mechanical polish）で行う。これにより、上記の開口部内に埋め込まれて、第２配線層１７に電気的に接続した第２プラグ電極２３を形成する。
【００３０】
次に、図２（ｃ）に示すように、第２プラグ電極２３が形成された後の支持層２１上に、下部電極２５と焦電体２７と上部電極２９とを順次積層する。下部電極２５及び上部電極２９の形成は、例えばスパッタ法でそれぞれ行う。また、焦電体２７の形成は、例えば、ゾルゲル法、スパッタ法又はＭＯＣＶＤ（metal organic ＣＶＤ）法で行う。
次に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により、上部電極２９、焦電体２７及び下部電極２５をパターニングする。このパターニング工程では、まず始めに、上部電極２９、焦電体２７をパターニングし、次に、上部電極２９及び焦電体２７下から露出した下部電極２５をパターニングする。図示しないが、上部電極２９及び焦電体２７のパターニング時には、センサー領域を覆い、且つパッド領域を露出した（即ち、開口した）形状の第１のレジストパターンをマスクとして用いる。これにより、パッド領域の上部電極２９を除去して焦電体２７を露出させ、露出した焦電体２７を除去して、パッド領域の下部電極２５を露出させる。また、下部電極２５のパターニング時には、センサー領域を覆い、且つパッド領域を露出した形状の第２のレジストパターンをマスクとして用いる。
【００３１】
これにより、図３（ａ）に示すように、センサー領域では上部電極２９、焦電体２７及び下部電極２５を有する焦電センサー３０を形成すると共に、パッド領域では露出していた下部電極２５が除去されて支持層２１が露出した構造を形成する。この構造では、支持層２１からプラグ電極２３が露出している。
次に、図３（ｂ）に示すように、シリコン基板１の上方に第１絶縁膜３１を形成する。第１絶縁膜３１の形成は、例えばＣＶＤ法で行う。第１絶縁膜３１によって、センサー領域の焦電センサー３０と、パッド領域の下部電極２５との間が絶縁される。そして、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、第１絶縁膜３１をパターニングする。これにより、センサー領域の第１絶縁膜３１に上部電極２９を底面とする第１開口部５１を形成すると共に、パッド領域の第１絶縁膜３１に第２プラグ電極を底面とする第２開口部５２を形成する。
【００３２】
次に、第１開口部５１及び第２開口部５２を埋め込むように、例えば窒化チタン等の導電膜を形成する。この導電膜の形成は、例えばスパッタ法で行う。そして、この導電膜を、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いてパターニングする。これにより、図３（ｃ）に示すように、センサー領域とパッド領域とにそれぞれ、互いに分離された第３配線層３３を形成する。
【００３３】
次に、図４（ａ）に示すように、シリコン基板１の上方に第２絶縁膜３５を形成する。第２絶縁膜３５の形成は、例えばＣＶＤ法で行う。第２絶縁膜３５によって、第３配線層３３が覆われる。そして、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、第２絶縁膜３５をパターニングする。
これにより、図４（ｂ）に示すように、パッド領域の第２絶縁膜３５に第３配線層３３を底面とする第３開口部５３を形成する。次に、第３開口部５３を埋め込むように、例えばＡｌＣｕ／ＴｉＮ等の導電膜を形成する。この導電膜の形成は、例えばスパッタ法で行う。そして、この導電膜を、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いてパターニングする。これにより、図４（ｃ）に示すように、パッド領域に電極層３７を形成する。
【００３４】
次に、図５に示すように、シリコン基板１の上方に第３絶縁膜４１を形成する。上述したように、この第３絶縁膜４１は、例えば赤外線等の光を吸収して熱に変換するための膜である。第３絶縁膜４１の形成は、例えばＣＶＤ法で行う。第３絶縁膜４１によって、焦電センサー３０とボンディングパッド４０の両方が覆われる。そして、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、第３絶縁膜４１をパターニングする。
【００３５】
これにより、パッド領域の第３絶縁膜４１にボンディングパッド４０を底面とする第４開口部５４（図１を参照）を形成する。また、この第４開口部５４の形成工程と前後して、支持層２１下の図示しない犠牲層をエッチングして除去し、空洞部を形成する。この空洞部は、上述したように、焦電センサー３０とシリコン基板１との間を断熱するための空洞部である。以上の工程を経て、図１に示したＩＲセンサー装置１００が完成する。
【００３６】
（１.３）第１実施形態の効果
本発明の第１実施形態によれば、焦電センサー３０を構成する下部電極２５と、ボンディングパッド４０を構成する下部電極２５と、を同時に形成することができる。また、焦電センサー３０において上部電極２９と第３配線層３３とを電気的に接続するための第１開口部５１と、ボンディングパッド４０において下部電極２５と第３配線層３３とを電気的に接続するための第２開口部５２と、を同時に形成することができる。さらに、焦電センサー３０の上部電極２９と電気的に接続する第３配線層３３と、ボンディングパッド４０を構成する第３配線層３３と、を同時に形成することができる。また、焦電センサー３０を覆って光吸収膜として機能する第２絶縁膜３５と、ボンディングパッド４０の一部を覆って保護膜として機能する第２絶縁膜３５と、を同時に形成することができる。同様に、焦電センサー３０を覆って光吸収膜として機能する第３絶縁膜４１と、ボンディングパッド４０の一部を覆って保護膜として機能する第３絶縁膜４１と、を同時に形成することができる。
【００３７】
このように、焦電センサー３０や、焦電センサー３０に接続される配線層等の形成工程を利用して、ボンディングパッド４０を形成することができる。従って、工程数の増加を抑えつつ、ボンディングパッド４０を効率良く形成することができる。
また、パッド領域は、下部電極２５及び上部電極２９が残存せず、第３配線層３３が残存した構造に形成される。このため、パッド領域に下部電極２５が残存する場合と比べて、ボンディングパッド４０の高さを下部電極２５の厚さ分だけ低くすることができる。これにより、図１に示すように、パッド領域とセンサー領域とにおいて、支持層２１の表面から第３絶縁膜４１の表面までの高さを、ほぼ同じ高さとすることができる。即ち、パッド領域の支持層２１の表面から第３絶縁膜４１の表面までの高さをｈ1とし、センサー領域の支持層２１の表面から第３絶縁膜４１の表面までの高さをｈ２としたとき、ｈ1＝ｈ２とすることができる。例えば、高さｈ1を２．３μｍ程度とすることができる。
【００３８】
さらに、第３配線層３３の構成材として、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）など、貴金属以外の材料を用いることができる。このため、ボンディングパッド４０と基板１側との密着性を高く保持することができる。特別なプロセスを追加することなく、ボンディングパッド４０が基板１側から剥離することを抑制することができる。
また、本発明の第１実施形態によれば、ボンディングパッド４０に導電性ワイヤーの一端を密着性高く接合することができる。例えば、ＩＲセンサー装置１００では、第３配線層３３と導電性ワイヤーとの間に、ＡｌＣｕ／ＴｉＮからなる電極層３７を介在させている。このため、第３配線層３３が窒化チタンであり、導電性ワイヤーが金線の場合でも、窒化チタンと金とが直に接することがないため、ボンディングパッド４０と導電性ワイヤーとの密着性を高めることができる。
【００３９】
（２）第２実施形態
上記の第１実施形態では、パッド領域の第１絶縁膜３１の一部に、第２プラグ電極２３を底面とする第２開口部５２を形成する場合について説明した。しかしながら、本発明において、第２開口部５２を形成する領域は、パッド領域の一部に限定されるものではない。本発明では、パッド領域の全域、又はほぼ全域に第２開口部５２を形成してもよい。即ち、パッド領域の第１絶縁膜を全て除去してもよい。第２実施形態では、このような例について説明する。
【００４０】
（２.１）構成
図６は、本発明の第２実施形態に係るＩＲセンサー装置２００の構成例を示す断面図である。このＩＲセンサー装置２００は、第１実施形態で説明したＩＲセンサー装置１００と同様に、焦電効果を利用したものであり、焦電体の分極状態の変化を電圧又は焦電流で測定することにより、赤外線等の光を検出する装置である。
図６に示すように、このＩＲセンサー装置２００は、シリコン基板１と、シリコン基板１上に絶縁膜（図示せず）を介して設けられた第１配線層１１と、シリコン基板１の上方に形成されて第１配線層１１を覆う第１層間絶縁膜１３と、第１層間絶縁膜１３上に設けられた第２配線層１７と、第１層間絶縁膜１３上に形成されて第２配線層１７を覆う第２層間絶縁膜１９と、第２層間絶縁膜１９上に設けられた支持層２１と、第１層間絶縁膜１３を貫いて第１配線層１１と第２配線層１７とを間を電気的に接続する第１プラグ電極１５と、第２層間絶縁膜１９を貫いて第２配線層１７を支持層２１上に引きす第２プラグ電極２３と、を備える。
【００４１】
また、図６に示すように、このＩＲセンサー装置２００は、例えば、シリコン基板１上のセンサー領域に設けられた焦電センサー３０と、シリコン基板１上であってセンサー領域とは異なる位置のパッド領域に設けられたボンディングパッド４０と、第１絶縁膜３１、第２絶縁膜３５、第３絶縁膜４１及び第３配線層３３と、を備える。
ここで、図６に示すように、パッド領域には第１絶縁膜３１は形成されていない。即ち、後述の図７（ｂ）に示すように、第１絶縁膜３１が有する第２開口部５２は、パッド領域の全域に形成されている。そして、パッド領域の第３配線層３３は支持層２１上に直接配置されている。これにより、ＩＲセンサー装置２００は、第１実施形態で説明したＩＲセンサー装置１００と比べて、パッド領域の支持層２１の表面から第３絶縁膜４１の表面までの高さｈ1がより低くなっている。次に、ＩＲセンサー装置２００の製造方法について説明する。
【００４２】
（２．２）製造方法
図７（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１実施形態に係るＩＲセンサー装置１００の製造方法を示す断面図である。図７（ａ）において、第１絶縁膜３１を形成する工程までは第１実施形態と同じである。第１絶縁膜３１を形成した後で、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、第１絶縁膜３１をパターニングする。これにより、図７（ｂ）に示すように、センサー領域の第１絶縁膜３１に上部電極２９を底面とする第１開口部５１を形成すると共に、パッド領域から第１絶縁膜３１を全て除去する。即ち、第１絶縁膜３１に、パッド領域の全域に第２開口部５２を形成する。
【００４３】
次に、第１開口部５１及び第２開口部５２を埋め込むように、例えば窒化チタン等の導電膜を形成する。この導電膜の形成は、例えばスパッタ法で行う。そして、この導電膜を、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いてパターニングする。これにより、図７（ｃ）に示すように、センサー領域とパッド領域とにそれぞれ、互いに分離された第３配線層３３を形成する。
これ以降の工程は、第１実施形態と同じである。即ち、第２絶縁膜３５を形成し（図４（ａ）参照）、第３開口部５３を形成し（図４（ｂ）参照）、電極層３７を形成し（図４（ｃ）参照）、第３絶縁膜４１を形成する（図５参照）。その後、第４開口部５４を形成する。これにより、図６に示したセンサー装置２００が完成する。
【００４４】
（２.３）第２実施形態の効果
本発明の第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。また、第１実施形態の効果に加えて、下記の効果を奏する。
即ち、本発明の第２実施形態によれば、パッド領域の第３配線層３３は支持層２１上に直接配置されている。このため、パッド領域の支持層２１の表面から第３絶縁膜４１の表面までの高さｈ1を、下部電極２５及び第１絶縁膜３１の各厚さ分だけ低くすることができ、高さｈ１を第１実施形態よりもさらに低くすることができる。例えば、ｈ１＜ｈ２とすることができ、高さｈ1を２μｍ程度とすることができる。
【００４５】
なお、上記のＩＲセンサー装置１００、２００は、例えば、赤外線を受光することにより人体の存在を検出する人感センサーや、人体の温度分布などを検出する温度センサー等を一例とする各種機器と、その製造方法に適用することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１ シリコン基板、１１ 第１配線層、１３ 第１層間絶縁膜、１５ 第１プラグ電極、１７ 第２配線層、１９ 第２層間絶縁膜、２１ 支持層、２３ 第２プラグ電極、２５ 下部電極、２７ 焦電体、２９ 上部電極、３０ 焦電センサー、３１ 第１絶縁膜、３３ 第３配線層、３５ 第２絶縁膜、３７ 電極層、４０ ボンディングパッド、４１ 第３絶縁膜、５１ 第１開口部、５２ 第２開口部、５３ 第３開口部、５４ 第４開口部、１００ 、２００ ＩＲセンサー装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサー装置の製造方法及びセンサー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば、特許文献１に開示されたものがある。即ち、特許文献１には、焦電膜（強誘電体膜）と、焦電体の下側に接続された下部電極と、焦電体の上側に接続された上部電極と、を有する構造の焦電型光検出素子が開示されている。
焦電型光検出素子は、焦電体の温度による分極状態を焦電流で捉える。すなわち、焦電型光検出素子に光（例えば、赤外線等）が照射されると焦電体の温度が変化する。焦電体では、温度変化があると自発分極量に変化が生じて表面電荷量に変化が生じ、温度変化がないと表面電荷は中和する。焦電体の表面電荷量が変化することに伴い、上部電極と下部電極との間には焦電流が流れる。焦電型赤外線検出素子は、この焦電流を検出することによって、照射された赤外線等の光量を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１５３８５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、焦電型光検出素子が形成される基板には、通常、焦電型光検出素子（又は、基板に形成される他の素子）と外部端子とを電気的に接続するためのボンディングパッドも形成される。特許文献１には、焦電型光検出素子（以下、焦電センサーともいう。）と同一の基板に搭載されることに適した構造のボンディングパッドと、その形成方法とに関して、具体的な開示がなかった。
【０００５】
そこで、本発明者は、上記のボンディングパッドを、焦電センサーの下部電極又は上部電極を形成する工程で同時に形成する方法を考えた。この方法によれば、下部電極又は上部電極の形成工程を利用してボンディングパッドを形成するため、ボンディングパッドを形成するための専用工程を少なくすることができる。このため、焦電センサーとボンディングパッドとを同一の基板に効率良く形成できる、という顕著な効果を奏する。
【０００６】
しかしながら、上記の方法において、焦電センサーの下部電極又は上部電極に白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等の貴金属が含まれている場合は、ボンディングパッドにも貴金属が含まれることとなる。ボンディングパッドにＰｔ、Ｉｒ等の貴金属が含まれていると、ボンディングパッドと基板側（例えば、基板の表面を覆うシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）等）との密着性が十分でなく、ワイヤーボンディングの際にボンディングパッドが基板側から剥がれてしまう可能性が考えられた。また、このような可能性を低減するために、ボンディングパッドに剥離防止を目的とした特別なプロセスを追加することも考えられるが、その場合は、工程数が増えて製造方法が複雑となる。
【０００７】
そこで、この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、焦電センサーとボンディングパッドとを同一の基板に効率良く形成することができ、また、特別なプロセスを追加することなくボンディングパッドの剥離を抑制できるようにしたセンサー装置の製造方法及びセンサー装置を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るセンサー装置は、基板上の第１領域に焦電センサーを有すると共に、前記基板上の前記第１領域とは異なる第２領域にボンディングパッドを有するセンサー装置の製造方法であって、前記第１領域に第１導電部を形成する工程と、前記第１導電部上に焦電体を形成する工程と、前記焦電体上に第２導電部を形成する工程と、前記第２導電部上及び、前記第２領域にそれぞれ第１絶縁膜を形成する工程と、前記第１絶縁膜の一部を除去して、前記第１領域に前記第２導電部を底面とする第１開口部を形成し、前記第２領域に第２開口部を形成する工程と、前記第１開口部及び前記第２開口部にそれぞれ第３導電部を埋め込む工程と、前記第１領域において前記焦電体を覆い、前記第２領域において前記第３導電部を覆う第２絶縁膜を形成する工程と、前記第２絶縁膜の一部を除去して前記第３導電部を底面とする第３開口部を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
このような製造方法であれば、焦電センサーにおいて第２導電部と第３導電部とを電気的に接続するための第１開口部と、ボンディングパッドにおいて第３導電部を埋め込むための第２開口部とを同時に形成することができる。また、焦電センサーに接続する第３導電部と、ボンディングパッドを構成する第３導電部と、を同時に形成することができる。また、焦電センサーを覆って光吸収膜として機能する第２絶縁膜と、ボンディングパッドの一部を覆って保護膜として機能する第２絶縁膜と、を同時に形成することができる。
【００１０】
このように、上記の製造方法によれば、焦電センサーや、焦電センサーに接続される第３導電部、焦電センサーを覆って光吸収膜として機能する第２絶縁膜の各形成工程を利用して、ボンディングパッドや、ボンディングパッドの一部を覆う保護膜をそれぞれ形成することができる。従って、工程数の増加を抑えつつ、焦電センサーとボンディングパッドとを同一の基板上に効率良く形成できる。
【００１１】
また、第２領域は、第１導電部及び第２導電部が残存せず、第３導電部が残存した構造に形成される。このため、第２領域において、例えば第１導電部が残存する場合と比べて、ボンディングパッドの高さを低くすることができる。さらに、第３導電部の構成材として、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）など、貴金属以外の材料を用いることができる。このため、ボンディングパッドと基板側との密着性を高く保持することができる。特別なプロセスを追加することなく、ボンディングパッドが基板側から剥離することを抑制することができる。なお、本発明の「基板」としては、例えば、後述するシリコン基板１が該当する。「第１領域」としては、例えば、後述するセンサー領域が該当する。「第２領域」としては、例えば、後述するパッド領域が該当する。「第１導電部」としては、例えば、後述する下部電極２５が該当する。「第２導電部」としては、例えば、後述する上部電極２９が該当する。
【００１２】
また、上記のセンサー装置の製造方法において、前記第３開口部を埋め込むように前記第２領域の前記第２絶縁膜上に第４導電部を形成する工程と、前記第４導電部上及び前記第１領域の前記第２絶縁膜上にそれぞれ第３絶縁膜を形成する工程と、前記第３絶縁膜の一部を除去して前記第４導電部を底面とする第４開口部を形成する工程と、をさらに含むことを特徴としてもよい。このような製造方法であれば、ボンディングパッドに導電性ワイヤーの一端を密着性高く接合することができる。例えば、第３導電部が窒化チタン（ＴｉＮ）であり、導電性ワイヤーが金（Ａｕ）線の場合でも、窒化チタンと金とが直に接することがないため、ボンディングパッドと導電性ワイヤーとの密着性を高めることができる。なお、本発明の「第４導電部」としては、例えば、後述する電極層３７が該当する。
【００１３】
また、上記のセンサー装置の製造方法において、前記第１導電部を形成する工程、前記焦電体を形成する工程及び前記第２導電部を形成する工程は、前記第１領域及び前記第２領域にそれぞれ第１導電部を形成し、前記第１導電部上に焦電体と第２導電部とを積層し、前記第２領域の前記第２導電部を除去して前記焦電体を露出させ、露出した前記焦電体を除去して前記第２領域の前記第１導電部を露出させ、露出した前記第１導電部を除去する工程、であることを特徴とする。このような製造方法であれば、第１領域には第１導電部と焦電体及び第２導電部が積層され、第２領域には第１導電部と焦電体及び第２導電部が存在しない構造を形成することができる。
【００１４】
本発明の別の態様に係るセンサー装置は、基板上の第１領域に焦電センサーを有すると共に、前記基板上の前記第１領域とは異なる第２領域にボンディングパッドを有するセンサー装置であって、前記第１領域に形成された第１導電部と、前記第１導電部上に形成された焦電体と、前記焦電体上に形成された第２導電部と、前記第２導電部を覆うように前記基板の上方に形成され、前記第２導電部を底面とする第１開口部を有し、前記第２領域に第２開口部を有する第１絶縁膜と、前記第１開口部及び前記第２開口部にそれぞれ埋め込まれた第３導電部と、前記第１領域において前記焦電体を覆い、前記第２領域において前記第３導電部を覆い、前記第２領域の前記第３導電部を底面とする第３開口部を有する第２絶縁膜と、を備えることを特徴とする。このような構成であれば、上記の製造方法により製造可能なセンサー装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＩＲセンサー装置１００の構成例を示す図。
【図２】ＩＲセンサー装置１００の製造方法を示す図（その１）。
【図３】ＩＲセンサー装置１００の製造方法を示す図（その２）。
【図４】ＩＲセンサー装置１００の製造方法を示す図（その３）。
【図５】ＩＲセンサー装置１００の製造方法を示す図（その４）。
【図６】本発明の第２実施形態に係るＩＲセンサー装置２００の構成例を示す図。
【図７】ＩＲセンサー装置２００の製造方法を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その重複する説明は省略する。
（１）第１実施形態
（１．１）構成
図１は、本発明の第１実施形態に係る焦電型赤外線センサー装置（以下、単にＩＲセンサー装置ともいう。）１００の構成例を示す断面図である。このＩＲセンサー装置１００は、焦電効果（即ち、温度変化によって焦電体の分極状態が変化する現象）を利用したものであり、焦電体の分極状態の変化を電圧又は焦電流で測定することにより、赤外線等の光を検出する装置である。
【００１７】
図１に示すように、このＩＲセンサー装置１００は、シリコン基板１と、シリコン基板１上に絶縁膜（図示せず）を介して設けられた第１配線層１１と、シリコン基板１の上方に形成されて第１配線層１１を覆う第１層間絶縁膜１３と、第１層間絶縁膜１３上に設けられた第２配線層１７と、第１層間絶縁膜１３上に形成されて第２配線層１７を覆う第２層間絶縁膜１９と、第２層間絶縁膜１９上に設けられた支持層（即ち、メンブレン）２１と、第１層間絶縁膜１３を貫いて第１配線層１１と第２配線層１７とを間を電気的に接続する第１プラグ電極１５と、第２層間絶縁膜１９を貫いて第２配線層１７を支持層２１上に引きす第２プラグ電極２３と、を備える。
【００１８】
シリコン基板１は、例えばバルクの単結晶シリコン基板である。図示しないが、このシリコン基板１には、例えば、ＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジスタ、キャパシタ、拡散抵抗等の各種素子が形成されており、これらの各種素子は図示しない絶縁膜によって覆われている。なお、シリコン基板１は、例えば、バルクの単結晶シリコン上に単結晶のシリコン層がエピタキシャル成長された構成であってもよい。この場合は、このエピタキシャル成長により形成された単結晶のシリコン層（即ち、エピタキシャル層）に、上記の各種素子が形成されている。
【００１９】
第１配線層１１及び第２配線層１７は、例えば、上記の各種素子に電気的に接続する配線である。第１配線層１１及び第２配線層１７の材質は、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）である。第１層間絶縁膜１３及び第２層間絶縁膜１９は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2）若しくはシリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4）、又は、これらを積層した積層膜である。第１プラグ電極１５及び第２プラグ電極２３の材質は、例えば、タングステン（Ｗ）である。
【００２０】
また、図１に示すように、このＩＲセンサー装置１００は、例えば、シリコン基板１上のセンサー領域（即ち、第１領域）に設けられた焦電センサー３０と、シリコン基板１上であってセンサー領域とは異なる位置のパッド領域（即ち、第２領域）に設けられたボンディングパッド４０と、第１絶縁膜３１、第２絶縁膜３５、第３絶縁膜４１及び第３配線層３３と、を備える。
【００２１】
焦電センサー３０は、支持層２１上に形成された下部電極２５と、下部電極２５上に形成された焦電体２７と、焦電体２７上に形成された上部電極２９と、を有する。下部電極２５及び上部電極２９の各材質は、導電性を有するものである。一例を挙げると、下部電極２５は、イリジウム（Ｉｒ）、酸化イリジウム（ＩｒＯＸ）、白金（Ｐｔ）を、この順で下から積層した積層膜である。上部電極２９は、白金、酸化イリジウム、イリジウムを、この順で下から積層した積層膜である。焦電体２７の材質は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、又は、ＰＺＴにニオブ（Ｎｂ）を添加したＰＺＴＮである。
【００２２】
また、焦電センサー３０は、第１絶縁膜３１で覆われている。第１絶縁膜３１は、例えば、シリコン酸化膜である。さらに、センサー領域において、第１絶縁膜３１には上部電極２９を底面とする貫通した第１開口部５１（図３（ｂ）を参照）が設けられている。そして、この第１開口部５１にセンサー領域の第３配線層３３の一部が埋め込まれている。これにより、センサー領域の第３配線層３３は上部電極２９と電気的に接続されている。第３配線層３３の材質は、例えば窒化チタンである。
【００２３】
なお、支持層２１は、例えば、シリコン酸化膜若しくはシリコン窒化膜、又は、これらを積層した積層膜である。センサー領域の支持層２１直下であって、例えば、図１の紙面手前側又は紙面奥側には、図示しない空洞部が形成されている。この空洞部は、焦電センサー３０とシリコン基板１との間を断熱するために設けられている。支持層２１によって、焦電センサー３０は空洞部の上方で支えられている。
【００２４】
第２絶縁膜３５は第３配線層３３上に設けられている。第３絶縁膜４１は第２絶縁膜３５上に設けられている。第２絶縁膜３５は例えばシリコン窒化膜であり、第３絶縁膜４１は例えばシリコン酸化膜である。センサー領域において、第３絶縁膜４１は、例えば赤外線等の光を吸収して熱に変換する膜として機能する。
一方、ボンディングパッド４０は、支持層２１上に形成された第３配線層３３と、第３配線層３３上に形成されたパッド用の電極層３７と、を有する。電極層３７は、例えば、窒化チタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）合金とを、この順で下から積層した積層膜である。アルミニウム合金としては、例えば、アルミニウムに銅（Ｃｕ）を少量添加したＡｌＣｕなどが挙げられる。
【００２５】
また、パッド領域において、支持層２１と第３配線層３３との間に第１絶縁膜３１が配置されており、この第１絶縁膜３１に第２プラグ電極２３を底面とする貫通した第２開口部５２（図３（ｂ）を参照）が設けられている。そして、この第２開口部５２にパッド領域の第３配線層３３の一部が埋め込まれている。これにより、パッド領域の第３配線層３３は第２プラグ電極２３と電気的に接続されている。
【００２６】
また、パッド領域において、第３配線層３３と電極層３７との間に第２絶縁膜３５が配置されており、この第２絶縁膜３５に下部電極２５を底面とする貫通した第３開口部５３（図４（ｂ）を参照）が設けられている。そして、この第３開口部５３に電極層３７の一部が埋め込まれている。これにより、電極層３７は、パッド領域の第３配線層３３と電気的に接続されている。
【００２７】
さらに、ボンディングパッド４０上には第３絶縁膜４１が設けられている。この第３絶縁膜４１には、ボンディングパッド４０の中央部を底面とする貫通した第４開口部５４が設けられている。図示しないが、この第４開口部５４の底面で露出しているボンディングパッド４０の表面に、金線等のワイヤーが接合される。そして、この金線を介して、ＩＲセンサー装置１００は、例えば外部端子と電気的に接続される。次に、ＩＲセンサー装置１００の製造方法について説明する。
【００２８】
（１.２）製造方法
図２（ａ）〜図５（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るＩＲセンサー装置１００の製造方法を示す断面図である。図２（ａ）に示すように、まず始めに、シリコン基板１を用意する。上述したように、このシリコン基板１の一方の面側には、例えば第１配線層１１と、第１層間絶縁膜１３と、第１プラグ電極１５と、第２配線層１７と、第２層間絶縁膜１９とが形成されている。次に、図２（ｂ）に示すように、第２層間絶縁膜１９上に支持層２１を形成する。支持層２１の形成は、例えばＣＶＤ（chemical vapor deposition）法で行う。
【００２９】
次に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、支持層２１及び第２層間絶縁膜１９を部分的に除去する（即ち、パターニングする）。これにより、パッド領域の支持層２１及び第２層間絶縁膜１９に、第２配線層１７を底面とする（即ち、第２配線層１７を露出する）開口部を形成する。そして、この開口部内に第２プラグ電極２３を形成する。第２プラグ電極２３の形成方法は、例えば以下の通りである。即ち、上記の開口部を埋め込むように支持層２１上にタングステン膜を形成する。タングステン膜の形成は、例えばスパッタ法（即ち、スパッタリング）で行う。次に、このタングステン膜を研削して、開口部内にのみタングステン膜を残し、開口部の内側以外の領域（即ち、支持層２１上）からタングステン膜を除去する。タングステン膜の研削は、例えばＣＭＰ（chemical mechanical polish）で行う。これにより、上記の開口部内に埋め込まれて、第２配線層１７に電気的に接続した第２プラグ電極２３を形成する。
【００３０】
次に、図２（ｃ）に示すように、第２プラグ電極２３が形成された後の支持層２１上に、下部電極２５と焦電体２７と上部電極２９とを順次積層する。下部電極２５及び上部電極２９の形成は、例えばスパッタ法でそれぞれ行う。また、焦電体２７の形成は、例えば、ゾルゲル法、スパッタ法又はＭＯＣＶＤ（metal organic ＣＶＤ）法で行う。
次に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により、上部電極２９、焦電体２７及び下部電極２５をパターニングする。このパターニング工程では、まず始めに、上部電極２９、焦電体２７をパターニングし、次に、上部電極２９及び焦電体２７下から露出した下部電極２５をパターニングする。図示しないが、上部電極２９及び焦電体２７のパターニング時には、センサー領域を覆い、且つパッド領域を露出した（即ち、開口した）形状の第１のレジストパターンをマスクとして用いる。これにより、パッド領域の上部電極２９を除去して焦電体２７を露出させ、露出した焦電体２７を除去して、パッド領域の下部電極２５を露出させる。また、下部電極２５のパターニング時には、センサー領域を覆い、且つパッド領域を露出した形状の第２のレジストパターンをマスクとして用いる。
【００３１】
これにより、図３（ａ）に示すように、センサー領域では上部電極２９、焦電体２７及び下部電極２５を有する焦電センサー３０を形成すると共に、パッド領域では露出していた下部電極２５が除去されて支持層２１が露出した構造を形成する。この構造では、支持層２１からプラグ電極２３が露出している。
次に、図３（ｂ）に示すように、シリコン基板１の上方に第１絶縁膜３１を形成する。第１絶縁膜３１の形成は、例えばＣＶＤ法で行う。第１絶縁膜３１によって、センサー領域の焦電センサー３０と、パッド領域の下部電極２５との間が絶縁される。そして、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、第１絶縁膜３１をパターニングする。これにより、センサー領域の第１絶縁膜３１に上部電極２９を底面とする第１開口部５１を形成すると共に、パッド領域の第１絶縁膜３１に第２プラグ電極を底面とする第２開口部５２を形成する。
【００３２】
次に、第１開口部５１及び第２開口部５２を埋め込むように、例えば窒化チタン等の導電膜を形成する。この導電膜の形成は、例えばスパッタ法で行う。そして、この導電膜を、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いてパターニングする。これにより、図３（ｃ）に示すように、センサー領域とパッド領域とにそれぞれ、互いに分離された第３配線層３３を形成する。
【００３３】
次に、図４（ａ）に示すように、シリコン基板１の上方に第２絶縁膜３５を形成する。第２絶縁膜３５の形成は、例えばＣＶＤ法で行う。第２絶縁膜３５によって、第３配線層３３が覆われる。そして、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、第２絶縁膜３５をパターニングする。
これにより、図４（ｂ）に示すように、パッド領域の第２絶縁膜３５に第３配線層３３を底面とする第３開口部５３を形成する。次に、第３開口部５３を埋め込むように、例えばＡｌＣｕ／ＴｉＮ等の導電膜を形成する。この導電膜の形成は、例えばスパッタ法で行う。そして、この導電膜を、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いてパターニングする。これにより、図４（ｃ）に示すように、パッド領域に電極層３７を形成する。
【００３４】
次に、図５に示すように、シリコン基板１の上方に第３絶縁膜４１を形成する。上述したように、この第３絶縁膜４１は、例えば赤外線等の光を吸収して熱に変換するための膜である。第３絶縁膜４１の形成は、例えばＣＶＤ法で行う。第３絶縁膜４１によって、焦電センサー３０とボンディングパッド４０の両方が覆われる。そして、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、第３絶縁膜４１をパターニングする。
【００３５】
これにより、パッド領域の第３絶縁膜４１にボンディングパッド４０を底面とする第４開口部５４（図１を参照）を形成する。また、この第４開口部５４の形成工程と前後して、支持層２１下の図示しない犠牲層をエッチングして除去し、空洞部を形成する。この空洞部は、上述したように、焦電センサー３０とシリコン基板１との間を断熱するための空洞部である。以上の工程を経て、図１に示したＩＲセンサー装置１００が完成する。
【００３６】
（１.３）第１実施形態の効果
本発明の第１実施形態によれば、焦電センサー３０を構成する下部電極２５と、ボンディングパッド４０を構成する下部電極２５と、を同時に形成することができる。また、焦電センサー３０において上部電極２９と第３配線層３３とを電気的に接続するための第１開口部５１と、ボンディングパッド４０において下部電極２５と第３配線層３３とを電気的に接続するための第２開口部５２と、を同時に形成することができる。さらに、焦電センサー３０の上部電極２９と電気的に接続する第３配線層３３と、ボンディングパッド４０を構成する第３配線層３３と、を同時に形成することができる。また、焦電センサー３０を覆って光吸収膜として機能する第２絶縁膜３５と、ボンディングパッド４０の一部を覆って保護膜として機能する第２絶縁膜３５と、を同時に形成することができる。同様に、焦電センサー３０を覆って光吸収膜として機能する第３絶縁膜４１と、ボンディングパッド４０の一部を覆って保護膜として機能する第３絶縁膜４１と、を同時に形成することができる。
【００３７】
このように、焦電センサー３０や、焦電センサー３０に接続される配線層等の形成工程を利用して、ボンディングパッド４０を形成することができる。従って、工程数の増加を抑えつつ、ボンディングパッド４０を効率良く形成することができる。
また、パッド領域は、下部電極２５及び上部電極２９が残存せず、第３配線層３３が残存した構造に形成される。このため、パッド領域に下部電極２５が残存する場合と比べて、ボンディングパッド４０の高さを下部電極２５の厚さ分だけ低くすることができる。これにより、図１に示すように、パッド領域とセンサー領域とにおいて、支持層２１の表面から第３絶縁膜４１の表面までの高さを、ほぼ同じ高さとすることができる。即ち、パッド領域の支持層２１の表面から第３絶縁膜４１の表面までの高さをｈ1とし、センサー領域の支持層２１の表面から第３絶縁膜４１の表面までの高さをｈ２としたとき、ｈ1＝ｈ２とすることができる。例えば、高さｈ1を２．３μｍ程度とすることができる。
【００３８】
さらに、第３配線層３３の構成材として、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）など、貴金属以外の材料を用いることができる。このため、ボンディングパッド４０と基板１側との密着性を高く保持することができる。特別なプロセスを追加することなく、ボンディングパッド４０が基板１側から剥離することを抑制することができる。
また、本発明の第１実施形態によれば、ボンディングパッド４０に導電性ワイヤーの一端を密着性高く接合することができる。例えば、ＩＲセンサー装置１００では、第３配線層３３と導電性ワイヤーとの間に、ＡｌＣｕ／ＴｉＮからなる電極層３７を介在させている。このため、第３配線層３３が窒化チタンであり、導電性ワイヤーが金線の場合でも、窒化チタンと金とが直に接することがないため、ボンディングパッド４０と導電性ワイヤーとの密着性を高めることができる。
【００３９】
（２）第２実施形態
上記の第１実施形態では、パッド領域の第１絶縁膜３１の一部に、第２プラグ電極２３を底面とする第２開口部５２を形成する場合について説明した。しかしながら、本発明において、第２開口部５２を形成する領域は、パッド領域の一部に限定されるものではない。本発明では、パッド領域の全域、又はほぼ全域に第２開口部５２を形成してもよい。即ち、パッド領域の第１絶縁膜を全て除去してもよい。第２実施形態では、このような例について説明する。
【００４０】
（２.１）構成
図６は、本発明の第２実施形態に係るＩＲセンサー装置２００の構成例を示す断面図である。このＩＲセンサー装置２００は、第１実施形態で説明したＩＲセンサー装置１００と同様に、焦電効果を利用したものであり、焦電体の分極状態の変化を電圧又は焦電流で測定することにより、赤外線等の光を検出する装置である。
図６に示すように、このＩＲセンサー装置２００は、シリコン基板１と、シリコン基板１上に絶縁膜（図示せず）を介して設けられた第１配線層１１と、シリコン基板１の上方に形成されて第１配線層１１を覆う第１層間絶縁膜１３と、第１層間絶縁膜１３上に設けられた第２配線層１７と、第１層間絶縁膜１３上に形成されて第２配線層１７を覆う第２層間絶縁膜１９と、第２層間絶縁膜１９上に設けられた支持層２１と、第１層間絶縁膜１３を貫いて第１配線層１１と第２配線層１７とを間を電気的に接続する第１プラグ電極１５と、第２層間絶縁膜１９を貫いて第２配線層１７を支持層２１上に引きす第２プラグ電極２３と、を備える。
【００４１】
また、図６に示すように、このＩＲセンサー装置２００は、例えば、シリコン基板１上のセンサー領域に設けられた焦電センサー３０と、シリコン基板１上であってセンサー領域とは異なる位置のパッド領域に設けられたボンディングパッド４０と、第１絶縁膜３１、第２絶縁膜３５、第３絶縁膜４１及び第３配線層３３と、を備える。
ここで、図６に示すように、パッド領域には第１絶縁膜３１は形成されていない。即ち、後述の図７（ｂ）に示すように、第１絶縁膜３１が有する第２開口部５２は、パッド領域の全域に形成されている。そして、パッド領域の第３配線層３３は支持層２１上に直接配置されている。これにより、ＩＲセンサー装置２００は、第１実施形態で説明したＩＲセンサー装置１００と比べて、パッド領域の支持層２１の表面から第３絶縁膜４１の表面までの高さｈ1がより低くなっている。次に、ＩＲセンサー装置２００の製造方法について説明する。
【００４２】
（２．２）製造方法
図７（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１実施形態に係るＩＲセンサー装置１００の製造方法を示す断面図である。図７（ａ）において、第１絶縁膜３１を形成する工程までは第１実施形態と同じである。第１絶縁膜３１を形成した後で、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、第１絶縁膜３１をパターニングする。これにより、図７（ｂ）に示すように、センサー領域の第１絶縁膜３１に上部電極２９を底面とする第１開口部５１を形成すると共に、パッド領域から第１絶縁膜３１を全て除去する。即ち、第１絶縁膜３１に、パッド領域の全域に第２開口部５２を形成する。
【００４３】
次に、第１開口部５１及び第２開口部５２を埋め込むように、例えば窒化チタン等の導電膜を形成する。この導電膜の形成は、例えばスパッタ法で行う。そして、この導電膜を、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いてパターニングする。これにより、図７（ｃ）に示すように、センサー領域とパッド領域とにそれぞれ、互いに分離された第３配線層３３を形成する。
これ以降の工程は、第１実施形態と同じである。即ち、第２絶縁膜３５を形成し（図４（ａ）参照）、第３開口部５３を形成し（図４（ｂ）参照）、電極層３７を形成し（図４（ｃ）参照）、第３絶縁膜４１を形成する（図５参照）。その後、第４開口部５４を形成する。これにより、図６に示したセンサー装置２００が完成する。
【００４４】
（２.３）第２実施形態の効果
本発明の第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。また、第１実施形態の効果に加えて、下記の効果を奏する。
即ち、本発明の第２実施形態によれば、パッド領域の第３配線層３３は支持層２１上に直接配置されている。このため、パッド領域の支持層２１の表面から第３絶縁膜４１の表面までの高さｈ1を、下部電極２５及び第１絶縁膜３１の各厚さ分だけ低くすることができ、高さｈ１を第１実施形態よりもさらに低くすることができる。例えば、ｈ１＜ｈ２とすることができ、高さｈ1を２μｍ程度とすることができる。
【００４５】
なお、上記のＩＲセンサー装置１００、２００は、例えば、赤外線を受光することにより人体の存在を検出する人感センサーや、人体の温度分布などを検出する温度センサー等を一例とする各種機器と、その製造方法に適用することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１ シリコン基板、１１ 第１配線層、１３ 第１層間絶縁膜、１５ 第１プラグ電極、１７ 第２配線層、１９ 第２層間絶縁膜、２１ 支持層、２３ 第２プラグ電極、２５ 下部電極、２７ 焦電体、２９ 上部電極、３０ 焦電センサー、３１ 第１絶縁膜、３３ 第３配線層、３５ 第２絶縁膜、３７ 電極層、４０ ボンディングパッド、４１ 第３絶縁膜、５１ 第１開口部、５２ 第２開口部、５３ 第３開口部、５４ 第４開口部、１００ 、２００ ＩＲセンサー装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の第１領域に焦電センサーを有すると共に、前記基板上の前記第１領域とは異なる第２領域にボンディングパッドを有するセンサー装置の製造方法であって、
前記第１領域に第１導電部を形成する工程と、
前記第１導電部上に焦電体を形成する工程と、
前記焦電体上に第２導電部を形成する工程と、
前記第２導電部上及び、前記第２領域にそれぞれ第１絶縁膜を形成する工程と、
前記第１絶縁膜の一部を除去して、前記第１領域に前記第２導電部を底面とする第１開口部を形成し、前記第２領域に第２開口部を形成する工程と、
前記第１開口部及び前記第２開口部にそれぞれ第３導電部を埋め込む工程と、
前記第１領域において前記焦電体を覆い、前記第２領域において前記第３導電部を覆う第２絶縁膜を形成する工程と、
前記第２絶縁膜の一部を除去して前記第３導電部を底面とする第３開口部を形成する工程と、を含むことを特徴とするセンサー装置の製造方法。
【請求項２】
前記第３開口部を埋め込むように前記第２領域の前記第２絶縁膜上に第４導電部を形成する工程と、
前記第４導電部上及び前記第１領域の前記第２絶縁膜上にそれぞれ第３絶縁膜を形成する工程と、
前記第３絶縁膜の一部を除去して前記第４導電部を底面とする第４開口部を形成する工程と、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のセンサー装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１導電部を形成する工程、前記焦電体を形成する工程及び前記第２導電部を形成する工程は、
前記第１領域及び前記第２領域にそれぞれ第１導電部を形成し、前記第１導電部上に焦電体と第２導電部とを積層し、前記第２領域の前記第２導電部を除去して前記焦電体を露出させ、露出した前記焦電体を除去して前記第２領域の前記第１導電部を露出させ、露出した前記第１導電部を除去する工程、であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のセンサー装置の製造方法。
【請求項４】
基板上の第１領域に焦電センサーを有すると共に、前記基板上の前記第１領域とは異なる第２領域にボンディングパッドを有するセンサー装置であって、
前記第１領域に形成された第１導電部と、
前記第１導電部上に形成された焦電体と、
前記焦電体上に形成された第２導電部と、
前記第２導電部を覆うように前記基板の上方に形成され、前記第２導電部を底面とする第１開口部を有し、前記第２領域に第２開口部を有する第１絶縁膜と、
前記第１開口部及び前記第２開口部にそれぞれ埋め込まれた第３導電部と、
前記第１領域において前記焦電体を覆い、前記第２領域において前記第３導電部を覆い、前記第２領域の前記第３導電部を底面とする第３開口部を有する第２絶縁膜と、を備えることを特徴とするセンサー装置。
【請求項１】
基板上の第１領域に焦電センサーを有すると共に、前記基板上の前記第１領域とは異なる第２領域にボンディングパッドを有するセンサー装置の製造方法であって、
前記第１領域に第１導電部を形成する工程と、
前記第１導電部上に焦電体を形成する工程と、
前記焦電体上に第２導電部を形成する工程と、
前記第２導電部上及び、前記第２領域にそれぞれ第１絶縁膜を形成する工程と、
前記第１絶縁膜の一部を除去して、前記第１領域に前記第２導電部を底面とする第１開口部を形成し、前記第２領域に第２開口部を形成する工程と、
前記第１開口部及び前記第２開口部にそれぞれ第３導電部を埋め込む工程と、
前記第１領域において前記焦電体を覆い、前記第２領域において前記第３導電部を覆う第２絶縁膜を形成する工程と、
前記第２絶縁膜の一部を除去して前記第３導電部を底面とする第３開口部を形成する工程と、を含むことを特徴とするセンサー装置の製造方法。
【請求項２】
前記第３開口部を埋め込むように前記第２領域の前記第２絶縁膜上に第４導電部を形成する工程と、
前記第４導電部上及び前記第１領域の前記第２絶縁膜上にそれぞれ第３絶縁膜を形成する工程と、
前記第３絶縁膜の一部を除去して前記第４導電部を底面とする第４開口部を形成する工程と、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のセンサー装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１導電部を形成する工程、前記焦電体を形成する工程及び前記第２導電部を形成する工程は、
前記第１領域及び前記第２領域にそれぞれ第１導電部を形成し、前記第１導電部上に焦電体と第２導電部とを積層し、前記第２領域の前記第２導電部を除去して前記焦電体を露出させ、露出した前記焦電体を除去して前記第２領域の前記第１導電部を露出させ、露出した前記第１導電部を除去する工程、であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のセンサー装置の製造方法。
【請求項４】
基板上の第１領域に焦電センサーを有すると共に、前記基板上の前記第１領域とは異なる第２領域にボンディングパッドを有するセンサー装置であって、
前記第１領域に形成された第１導電部と、
前記第１導電部上に形成された焦電体と、
前記焦電体上に形成された第２導電部と、
前記第２導電部を覆うように前記基板の上方に形成され、前記第２導電部を底面とする第１開口部を有し、前記第２領域に第２開口部を有する第１絶縁膜と、
前記第１開口部及び前記第２開口部にそれぞれ埋め込まれた第３導電部と、
前記第１領域において前記焦電体を覆い、前記第２領域において前記第３導電部を覆い、前記第２領域の前記第３導電部を底面とする第３開口部を有する第２絶縁膜と、を備えることを特徴とするセンサー装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１１３８３３（Ｐ２０１３−１１３８３３Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６３４４０（Ｐ２０１１−２６３４４０）
【出願日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]