異方性ウェットエッチング方法およびＭＥＭＳデバイスの製造方法
【課題】特殊な酸化剤を用いることなく微細突起の発生を抑制できる異方性ウェットエッチング方法およびＭＥＭＳデバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】ＭＥＭＳデバイスを構成する赤外線センサＡは、シリコン基板１ａを用いて形成されており、シリコン基板１ａの一表面側において熱型赤外線検出部３の一部の直下に空洞部１１が形成されている。ＭＥＭＳデバイスの製造方法において、シリコン基板１の一部を異方性エッチングして空洞部１１を形成する異方性エッチング工程では、アルカリ系溶液としてＳｉを溶解させたＴＭＡＨ水溶液を用いるようにし、シリコン基板１ａを所定深さｄｐまで異方性エッチングする途中で、シリコン基板１ａを乾燥させることなく少なくとも１回の洗浄工程を行う。
【解決手段】ＭＥＭＳデバイスを構成する赤外線センサＡは、シリコン基板１ａを用いて形成されており、シリコン基板１ａの一表面側において熱型赤外線検出部３の一部の直下に空洞部１１が形成されている。ＭＥＭＳデバイスの製造方法において、シリコン基板１の一部を異方性エッチングして空洞部１１を形成する異方性エッチング工程では、アルカリ系溶液としてＳｉを溶解させたＴＭＡＨ水溶液を用いるようにし、シリコン基板１ａを所定深さｄｐまで異方性エッチングする途中で、シリコン基板１ａを乾燥させることなく少なくとも１回の洗浄工程を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異方性ウェットエッチング方法およびＭＥＭＳデバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、シリコン基板を用いて形成されるＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）デバイスとして、例えば、加速度センサ、圧力センサ、ジャイロセンサ、光スキャナ、マイクロバルブ、マイクロリレー、赤外線センサなどが広く知られている。
【０００３】
ここにおいて、ＭＥＭＳデバイスは、マイクロマシニング技術を利用して製造されるが、当該マイクロマシニング技術の１つとして、シリコン基板をアルカリ系溶液により異方性エッチングする異方性ウェットエッチング技術がある。この種の異方性ウェットエッチング技術で使用可能なアルカリ系溶液としては、ＫＯＨ水溶液、ＴＭＡＨ水溶液、ＥＤＰ水溶液などがあるが、ＫＯＨ水溶液はＳｉＯ２に対するエッチング選択比が比較的小さく、ＥＤＰ水溶液は発がん性があるので、ＳｉＯ２に対するエッチング選択比がＫＯＨ水溶液に比べて高く且つ発がん性のないＴＭＡＨ水溶液が広く用いられている。また、ＴＭＡＨ水溶液は、ＭＥＭＳデバイスの製造時に、Ａｌ膜からなる機能部（パッドや配線など）を浸食しないように、Ｓｉを溶解させて用いられることも多い（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、アルカリ系溶液を用いた異方性ウェットエッチングでは、エッチング底面に微細突起が発生してＭＥＭＳデバイスの製造歩留まりが低下してしまう場合があることが知られている。
【０００５】
上記特許文献１に開示された異方性ウェットエッチング方法では、アルカリ系溶液として、ＴＭＡＨ水溶液にＳｉと酸化剤とを添加したエッチャントを用いて一表面が（１００）面のシリコン基板を上記一表面側から異方性エッチングする際に、上記エッチャントとしてＴＭＡＨ水溶液に過硫酸アンモニウムからなる酸化剤を添加した後でＳｉを添加したものを用いると、エッチング底面に大量のピラミッド状の微細突起（マイクロピラミッド）が発生するのに対して、上記エッチャントとしてＴＭＡＨ水溶液にＳｉを添加した後で過硫酸アンモニウムからなる酸化剤を添加したものか、もしくは、ＴＭＡＨ水溶液にＳｉと硝酸アンモニウムからなる酸化剤とを添加したものを用いれば、微細突起がほとんど発生しないことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１１９６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載されたＭＥＭＳデバイスの製造時に行う異方性ウェットエッチングでは、アルカリ系溶液として、ＴＭＡＨ水溶液に対して過硫酸アンモニウムや硝酸アンモニウムのような特殊な酸化剤を添加したものを用いる必要があり、アルカリ系溶液の取り扱いが面倒になり、廃液処理設備などを含めた設備投資が増加し、製造コストが高くなってしまう可能性がある。
【０００８】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、特殊な酸化剤を用いることなく微細突起の発生を抑制できる異方性ウェットエッチング方法およびＭＥＭＳデバイスの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、シリコン基板をアルカリ系溶液により異方性エッチングする異方性ウェットエッチング方法であって、シリコン基板を所定深さまで異方性エッチングする途中で、シリコン基板を乾燥させることなく少なくとも１回の洗浄工程を行うことを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、シリコン基板を所定深さまで異方性エッチングする途中で、シリコン基板を乾燥させることなく少なくとも１回の洗浄工程を行うことにより、微細突起の発生原因となる反応生成物の除去することができ（滞留時間を短くでき）、特殊な酸化剤を用いることなく微細突起の発生を抑制できる。また、シリコン基板を乾燥させずに洗浄工程を行うので、シリコン基板から部分的あるいは完全に分離した構造体がシリコン基板に付着するスティッキングの発生を防止しつつ微細突起の発生を抑制することが可能となる。また、洗浄工程を追加する回数を複数回にすることにより、微細突起の発生をより抑制することができ、シリコン基板の加工形状のばらつきを低減できる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記洗浄工程で用いる液体が水であることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、前記洗浄工程で特別な液体を用いることなく微細突起の発生を抑制することができ、しかも、液体の取り扱いが容易になる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記洗浄工程では、前記液体の攪拌を行いながら洗浄を行うことを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、前記洗浄工程において反応生成物をより確実に除去することができる。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記アルカリ系溶液がＳｉを溶解させたＴＭＡＨ水溶液であることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、前記シリコン基板の上記一表面側にＡｌ膜が露出している場合でもＡｌ膜の浸食を防止しつつ微細突起の発生を抑制できる。また、ＫＯＨ水溶液を用いる場合に比べて、ＳｉＯ２に対するエッチング選択比を大きくできる。
【００１７】
請求項５の発明は、シリコン基板を用いて製造するＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、シリコン基板の一表面側にＡｌ膜からなる機能部を露出させた後で、シリコン基板の一部を上記一表面側から異方性エッチングする異方性エッチング工程を備え、異方性エッチング工程では、請求項４記載の異方性ウェットエッチング方法によりシリコン基板の前記一部を異方性エッチングすることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、異方性エッチング工程では、請求項４記載の異方性ウェットエッチング方法によりシリコン基板の前記一部を異方性エッチングするので、異方性エッチング工程において特殊な酸化剤を用いることなくＡｌ膜からなる機能部の浸食を防止しつつ微細突起の発生を抑制でき、歩留まりの向上を図れるから、低コストのＭＥＭＳデバイスを提供できる。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明は、特殊な酸化剤を用いることなく微細突起の発生を抑制できるという効果がある。
【００２０】
請求項５の発明は、異方性エッチング工程において特殊な酸化剤を用いることなくＡｌ膜からなる機能部の浸食を防止しつつ微細突起の発生を抑制でき、低コストのＭＥＭＳデバイスを提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態における赤外線センサの画素部の要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面に対応する概略断面図である。
【図２】同上における赤外線センサにおける画素部の平面レイアウト図である。
【図３】同上における赤外線センサの画素部の要部の平面レイアウト図である。
【図４】同上における赤外線センサの画素部の要部の平面レイアウト図である。
【図５】同上における赤外線センサの画素部の平面レイアウト図である。
【図６】同上における赤外線センサの平面レイアウト図である。
【図７】同上における赤外線センサの画素部の要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面に対応する概略断面図である。
【図８】同上における赤外線センサの冷接点を含む要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は概略断面図である。
【図９】同上における赤外線センサの温接点を含む要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は概略断面図である。
【図１０】同上における赤外線センサの画素部の要部の概略断面図である。
【図１１】同上における赤外線センサの画素部の要部の概略断面図である。
【図１２】同上における赤外線センサの要部説明図である。
【図１３】同上における赤外線センサの等価回路図である。
【図１４】同上における赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１５】同上における赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１６】同上における赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１７】同上における赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１８】同上における赤外線センサの製造方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本実施形態では、シリコン基板をアルカリ系溶液により異方性エッチングする異方性ウェットエッチング方法を利用して製造されるＭＥＭＳデバイスの一例として赤外線センサについて例示し、その赤外線センサの製造方法の説明の中で異方性ウェットエッチング方法について詳述する。なお、ＭＥＭＳデバイスは、必ずしも可動部のような機械要素を備えている必要はなく、本実施形態の赤外線センサのように、マイクロマシニング技術を利用して形成され、且つ、電気要素を備えたものであればよい。
【００２３】
以下、図１〜図１３に基づいて本実施形態における赤外線センサＡを説明する。
【００２４】
本実施形態における赤外線センサＡは、赤外線アレイセンサであって、熱型赤外線検出部３と画素選択用スイッチング素子であるＭＯＳトランジスタ４とを有する複数の画素部２（図６参照）がベース基板１の一表面側においてアレイ状（ここでは、２次元アレイ状）に配列されている。ここで、ベース基板１は、シリコン基板１ａを用いて形成されている。本実施形態では、１つのベース基板１の上記一表面側にｍ×ｎ個（図６および図１３に示した例では、８×８個）の画素部２が形成されているが、画素部２の数や配列は特に限定するものではない。また、本実施形態では、熱型赤外線検出部３の感温部３０が、複数個（ここでは、６個）のサーモパイル３０ａ（図２参照）を直列接続することにより構成されており、図１３では、熱型赤外線検出部３における感温部３０の等価回路を、当該感温部３０の熱起電力に対応する電圧源Ｖｓで表してある。なお、本実施形態では、シリコン基板１ａが、熱型赤外線検出部３を支持する支持基板を構成している。
【００２５】
また、本実施形態の赤外線センサＡは、図１、図２および図１３に示すように、各列の複数の熱型赤外線検出部３の感温部３０の一端が上述のＭＯＳトランジスタ４を介して各列ごとに共通接続された複数の垂直読み出し線７と、各行の熱型赤外線検出部３の感温部３０に対応するＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６が各行ごとに共通接続された複数の水平信号線６と、各列のＭＯＳトランジスタ４のｐ＋形ウェル領域４１が各列ごとに共通接続された複数のグラウンド線８と、各グラウンド線８が共通接続された共通グラウンド線９と、各列の複数個の熱型赤外線検出部３の感温部３０の他端が各列ごとに共通接続された複数の基準バイアス線５とを備えており、全ての熱型赤外線検出部３の感温部３０の出力を時系列的に読み出すことができるようになっている。要するに、本実施形態の赤外線センサＡは、ベース基板１の上記一表面側に熱型赤外線検出部３と当該熱型赤外線検出部３に並設され当該熱型赤外線検出部３の出力を読み出すためのＭＯＳトランジスタ４とを有する複数の画素部２が形成されている。
【００２６】
ここで、ＭＯＳトランジスタ４は、ゲート電極４６が水平信号線６に接続され、ソース電極４８が感温部３０を介して基準バイアス線５に接続され、各基準バイアス線５が共通基準バイアス線５ａに共通接続され、ドレイン電極４７が垂直読み出し線７に接続されており、各水平信号線６それぞれが各別の画素選択用パッドＶselに電気的に接続され、各垂直読み出し線７それぞれが各別の出力用パッドＶoutに電気的に接続され、共通グラウンド線９がグラウンド用パッドＧndに電気的に接続され、共通基準バイアス線５ａが基準バイアス用パッドＶrefと電気的に接続され、シリコン基板１ａが基板用パッドＶddに電気的に接続されている。
【００２７】
しかして、ＭＯＳトランジスタ４が順次オン状態になるように各画素選択用パッドＶselの電位を制御することで各画素部２の出力電圧を順次読み出すことができる。例えば、基準バイアス用パッドＶrefの電位を１．６５、グラウンド用パッドＧndの電位を０Ｖ、基板用パッドＶddの電位を５Ｖとしておき、画素選択用パッドＶselの電位を５Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオンとなり、出力用パッドＶoutから画素部２の出力電圧（１．６５Ｖ＋感温部３０の出力電圧）が読み出され、画素選択用パッドＶselの電位を０Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオフとなり、出力用パッドＶoutから画素部２の出力電圧は読み出されない。なお、図６では、画素選択用パッドＶsel、基準バイアス用パッドＶref、グラウンド用パッドＧnd、出力用パッドＶoutなどを区別せずに全てパッド８０として図示してある。
【００２８】
以下、熱型赤外線検出部３およびＭＯＳトランジスタ４それぞれの構造について説明する。なお、本実施形態では、上述のシリコン基板１ａとして、導電形がｎ形で上記一表面が（１００）面の単結晶シリコン基板を用いている。
【００２９】
熱型赤外線検出部３は、シリコン基板１ａの上記一表面側の各画素部２それぞれにおける熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１に形成されており、ＭＯＳトランジスタ４は、シリコン基板１ａの上記一表面側の各画素部２それぞれにおけるＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２に形成されている。
【００３０】
ところで、各画素部２は、赤外線を吸収する赤外線吸収部３３（図１（ｂ）および図２参照）を備えており、各画素部２では、シリコン基板１ａに赤外線吸収部３３を当該ベース基板１から熱絶縁するための空洞部（掘込部）１１が形成され、シリコン基板１ａの上記一表面側で平面視において空洞部１１の内周線の内側に赤外線吸収部３３を有し空洞部１１を覆う薄膜構造部３ａが形成されている。また、各画素部２では、薄膜構造部３ａが複数の線状のスリット１３により空洞部１１の内周方向に沿って並設されそれぞれ熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位（平面視で空洞部１１を囲む部位）から内方へ延長された複数（図２に示した例では、６つ）の小薄膜構造部３ａａに分離され、各小薄膜構造部３ａａごとにサーモパイル３０ａが設けられるとともに、各サーモパイル３０ａごとに出力を取り出す場合に比べて温度変化に対する出力変化が大きくなるように全てのサーモパイル３０ａが直列接続されており、隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結する連結片３ｃが形成されている。以下では、赤外線吸収部３３のうち各小薄膜構造部３ａａそれぞれに対応して分割された各部位を分割赤外線吸収部３３ａと称する。
【００３１】
本実施形態では、薄膜構造部３ａに形成された複数のサーモパイル３０ａの全て、上述の例では、６つ全てのサーモパイル３０ａを直列接続した接続関係としてあるが、これに限らず、例えば、それぞれ３個のサーモパイル３０ａの直列回路を並列接続するようにしてもよく、この場合には、６つ全てのサーモパイル３０ａが並列接続されている場合や各サーモパイル３０ａごとに出力を取り出す場合に比べて感度を高めることができ、また、６つ全てのサーモパイル３０ａが直列接続されている場合に比べて、感温部３０の電気抵抗を低くできて熱雑音が低減されるから、Ｓ／Ｎ比が向上する。ここにおいて、薄膜構造部３ａにおける小薄膜構造部３ａａの数に等しいサーモパイル３０ａの数は４以上の偶数であればよく、半数のサーモパイル３０ａを直列接続し、その直列回路を並列接続した接続関係とすれば、同様に感度を高めることができるとともにＳ／Ｎ比を向上できる。
【００３２】
ここで、画素部２では、小薄膜構造部３ａａごとに、熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位と分割赤外線吸収部３３ａとを連結する２つの平面視短冊状のブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂが空洞部１１の内周方向に離間して形成されており、当該２つのブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂと分割赤外線吸収部３３ａとを空間的に分離し空洞部１１に連通する平面視コ字状のスリット１４が形成されている。ここにおいて、熱型赤外線検出部３のうち平面視において薄膜構造部３ａを囲む部位は矩形枠状の形状となっている。なお、ブリッジ部３ｂｂは、赤外線吸収部３３および熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位それぞれとの連結部位以外の部分が上述の各スリット１３，１４により分割赤外線吸収部３３ａおよび熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位と空間的に分離されている。ここで、小薄膜構造部３ａａの熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位からの延長方向の寸法を９３μｍ、小薄膜構造部３ａａの延長方向に直交する幅方向の寸法を７５μｍ、各ブリッジ部３ｂｂの幅寸法を２３μｍ、各スリット１３，１４の幅を５μｍに設定してあるが、これらの値は一例であって特に限定するものではない。
【００３３】
上述の薄膜構造部３ａは、シリコン基板１ａの上記一表面側に形成されたシリコン酸化膜１ｂと、当該シリコン酸化膜１ｂ上に形成されたシリコン窒化膜３２と、当該シリコン窒化膜３２上に形成された感温部３０と、シリコン窒化膜３２の表面側で感温部３０を覆うように形成されたＢＰＳＧ膜からなる層間絶縁膜５０と、層間絶縁膜５０上に形成されたＰＳＧ膜と当該ＰＳＧ膜上に形成されたＮＳＧ膜との積層膜からなるパッシベーション膜６０との積層構造部をパターニングすることにより形成されている。
【００３４】
本実施形態では、シリコン窒化膜３２のうち薄膜構造部３ａのブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂ以外の部位が上述の赤外線吸収部３３を構成し、シリコン基板１ａとシリコン酸化膜１ｂとシリコン窒化膜３２と層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０とでベース基板１を構成している。また、本実施形態では、層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０との積層膜が、熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１とＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２とに跨って形成されているが、熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１に形成された部分が赤外線吸収膜７０（図１（ｂ）参照）を兼ねている。ここで、赤外線吸収膜７０の屈折率をｎ２、検出対象の赤外線の中心波長をλとするとき、赤外線吸収膜７０の厚さｔ２をλ／４ｎ２に設定するようにしているので、検出対象の波長（例えば、８〜１２μｍ）の赤外線の吸収効率を高めることができ、高感度化を図れる。例えば、ｎ２＝１．４、λ＝１０μｍの場合には、ｔ２≒１．８μｍとすればよい。なお、本実施形態では、層間絶縁膜５０の膜厚を０．８μｍ、パッシベーション膜６０の膜厚を１μｍ（ＰＳＧ膜の膜厚を０．５μｍ、ＮＳＧ膜の膜厚を０．５μｍ）としてある。また、赤外線吸収膜７０は、上述の構成に限らず、例えば、シリコン窒化膜により構成してもよい。
【００３５】
また、各画素部２では、空洞部１１の内周形状が矩形状であり、連結片３ｃは、平面視十字状に形成されており、小薄膜構造部３ａａの延長方向に交差する斜め方向において隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士、小薄膜構造部３ａａの延長方向において隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士、小薄膜構造部３ａａの延長方向に直交する方向において隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結している。
【００３６】
サーモパイル３０ａは、シリコン窒化膜３２上に形成され小薄膜構造部３ａａとベース基板１とに跨って形成された細長のｎ形ポリシリコン層（第１の熱電要素）３４と細長のｐ形ポリシリコン層（第２の熱電要素）３５との一端部同士を分割赤外線吸収部３３ａの赤外線入射面側で金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる第１の接続金属部３６により電気的に接続した複数個（図２に示した例では、９個）の熱電対を有しており、ベース基板１の上記一表面側で互いに隣り合う熱電対のｎ形ポリシリコン層３４の他端部とｐ形ポリシリコン層３５の他端部とが金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる第２の接続金属部３７により接合され電気的に接続されている。ここで、サーモパイル３０ａは、ｎ形ポリシリコン層３４の上記一端部とｐ形ポリシリコン層３５の上記一端部と第１の接続金属部３６とで分割赤外線吸収部３３ａ側の温接点Ｔ１を構成し、ｎ形ポリシリコン層３４の上記他端部とｐ形ポリシリコン層３５の上記他端部と第２の接続金属部３７とでベース基板１側の冷接点Ｔ２を構成している。要するに、サーモパイル３０ａの各温接点Ｔ１は、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重なる領域に形成され、各冷接点Ｔ２は、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重ならない領域に形成されている。なお、本実施形態における赤外線センサＡでは、サーモパイル３０ａの各ｎ形ポリシリコン層３４および各ｐ形ポリシリコン層３５それぞれにおいて上述のブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂに形成されている部位およびベース基板１のシリコン窒化膜３２上に形成されている部位でも赤外線を吸収することができる。
【００３７】
また、本実施形態における赤外線センサＡでは、上述の空洞部１１の形状が四角錘状であり、平面視における中央部の方が周部に比べて深さ寸法が大きくなっているので、薄膜構造部３ａの中央部に温接点Ｔ１が集まるように各画素部２におけるサーモパイル３０ａの平面レイアウトを設計してある。すなわち、図２の上下方向における真ん中の２つの小薄膜構造部３ａａでは、図２および図３に示すように、３つの小薄膜構造部３ａａの並設方向に沿って温接点Ｔ１を並べて配置してあるのに対し、当該上下方向における上側の２つの小薄膜構造部３ａａでは、図２および図４に示すように、３つの小薄膜構造部３ａａの並設方向において真ん中の小薄膜構造部３ａａに近い側に温接点Ｔ１を集中して配置してあり、当該上下方向における下側の２つの小薄膜構造部３ａａでは、図２に示すように、３つの小薄膜構造部３ａａの並設方向において真ん中の小薄膜構造部３ａａに近い側に温接点Ｔ１を集中して配置してある。しかして、本実施形態における赤外線センサＡでは、図２の上下方向における上側、下側の小薄膜構造部３ａａの複数の温接点Ｔ１の配置が、真ん中の小薄膜構造部３ａａの複数の温接点Ｔ１の配置と同じである場合に比べて、温接点Ｔ１の温度変化を大きくできるので、感度を向上できる。なお、本実施形態では、空洞部１１の最深部の深さを所定深さｄｐ（図１（ｂ）参照）とするとき、所定深さｄｐを２００μｍに設定してあるが、この値は一例であり、特に限定するものではない。
【００３８】
また、小薄膜構造部３ａａは、シリコン窒化膜３２の赤外線入射面側においてサーモパイル３０ａを形成していない領域に、小薄膜構造部３ａａの反りを抑制するとともに赤外線を吸収するｎ形ポリシリコン層からなる赤外線吸収層３９（図１、図２および図１０参照）が形成されている。また、隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結する連結片３ｃには、当該連結片３ｃを補強するｎ形ポリシリコン層からなる補強層３９ｂ（図７参照）が設けられている。ここで、補強層３９ｂは、赤外線吸収層３９と連続一体に形成されている。しかして、本実施形態における赤外線センサＡでは、連結片３ｃが補強層３９ｂにより補強されているので、使用中の外部の温度変化や衝撃に起因して発生する応力による破損を防止でき、また、製造時の破損を低減でき、製造歩留まりの向上を図れる。なお、本実施形態では、図７に示す連結片３ｃの長さ寸法Ｌ１を２４μｍ、幅寸法Ｌ２を５μｍ、補強層３９ｂの幅寸法Ｌ３を１μｍに設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。ただし、本実施形態のようにベース基板１がシリコン基板１ａを用いて形成され、補強層３９ｂがｎ形ポリシリコン層により形成される場合には、空洞部１１の形成時に補強層３９ｂがエッチングされるのを防止するために、補強層３９ｂの幅寸法は、連結片３ｃの幅寸法よりも小さく設定し、平面視において補強層３９ｂの両側縁が連結片３ｃの両側縁よりも内側に位置する必要がある。
【００３９】
また、本実施形態における赤外線センサＡは、図７および図１２（ｂ）に示すように、連結片３ｃの両側縁と小薄膜構造部３ａａの側縁との間にそれぞれ面取り部３ｄ，３ｄが形成され、十字状の連結片３ｃの略直交する側縁間にも面取り部３ｅが形成されている。しかして、本実施形態における赤外線センサＡでは、図１２（ａ）に示すように面取り部が形成されていない場合に比べて連結片３ｃと小薄膜構造部３ａａとの連結部位での応力集中を緩和でき、製造時に発生する残留応力を低減できるとともに製造時の破損を低減でき、製造歩留まりの向上を図れる。また、使用中の外部の温度変化や衝撃に起因して発生する応力による破損を防止できる。なお、図７に示した例では、各面取り部３ｄ，３ｅをＲが３μｍのＲ面取り部としてあるが、Ｒ面取り部に限らず、例えば、Ｃ面取り部としてもよい。
【００４０】
ところで、本実施形態における赤外線センサＡは、通電されることにより発生するジュール熱により温接点Ｔ１を温める自己診断用ヒータ部（故障診断用配線）１３９を備えている。ここにおいて、自己診断用ヒータ部１３９は、熱型赤外線検出部３においてシリコン基板１ａの空洞部１１に重なる領域でサーモパイル３０ａと重ならないように配置されている。ここで、熱型赤外線検出部３は、全ての小薄膜構造部３ａａに跨って自己診断用ヒータ部１３９が形成されている。
【００４１】
具体的には、本実施形態における赤外線センサＡは、各画素部２に、熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位と一方のブリッジ部３ｂｂと分割赤外線吸収部３３ａと他方のブリッジ部３ｂｂと熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位とに跨るように引き回された自己診断用ヒータ部１３９を設けて、全ての自己診断用ヒータ部１３９を直列接続してある。しかして、本実施形態における赤外線センサＡでは、製造途中での検査時や使用時において、ｍ×ｎ個の自己診断用ヒータ部１３９の直列回路への通電の有無によって、ブリッジ部３ｂｂの折れや自己診断用ヒータ部１３９の断線などを検出することができる。また、本実施形態における赤外線センサでは、上述の検査時や使用時において、ｍ×ｎ個の自己診断用ヒータ部１３９の直列回路へ通電して各感温部３０の出力を検出することにより、感温部３０の断線の有無や感度のばらつき（感温部３０の出力のばらつき）などを検知することが可能となる。ここにおいて、感度のばらつきに関しては、画素部２ごとの感度のばらつきを検知することが可能であり、例えば、薄膜構造部３ａの反りや薄膜構造部３ａのシリコン基板１ａへのスティッキングなどに起因した感度のばらつきを検知することが可能となる。ここで、本実施形態における赤外線センサＡでは、平面視において、自己診断用ヒータ部１３９を複数の温接点Ｔ１の群の付近において折り返され蛇行した形状としてあるので、自己診断用ヒータ部１３９へ通電することにより発生するジュール熱によって、各温接点Ｔ１を効率良く温めることができる。ここにおいて、自己診断用ヒータ部１３９は、ｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５と同一平面上に同一厚さで形成されている。
【００４２】
上述の赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび自己診断用ヒータ部１３９は、第１の熱電要素であるｎ形ポリシリコン層３４と同じｎ形不純物（例えば、リンなど）を同じ不純物濃度（例えば、１０１８〜１０２０ｃｍ−３）で含んでおり、ｎ形ポリシリコン層３４に同時に形成されている。また、ｐ形ポリシリコン層３５のｐ形不純物として例えばボロンを採用すればよく、不純物濃度を例えば１０１８〜１０２０ｃｍ−３程度の範囲で適宜設定すればよい。本実施形態では、ｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５それぞれの不純物濃度が１０１８〜１０２０ｃｍ−３であり、熱電対の抵抗値を低減でき、Ｓ／Ｎ比の向上を図れる。なお、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび自己診断用ヒータ部１３９は、ｎ形ポリシリコン層３４と同じｎ形不純物を同じ不純物濃度でドーピングしてあるが、これに限らず、例えば、第２の熱電要素であるｐ形ポリシリコン層３５と同じ不純物を同じ不純物濃度でドーピングするようにしてもよい。
【００４３】
ところで、本実施形態では、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび自己診断用ヒータ部１３９の屈折率をｎ１、検出対象の赤外線の中心波長をλとするとき、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび自己診断用ヒータ部１３９それぞれの厚さｔ１をλ／４ｎ１に設定するようにしているので、検出対象の波長（例えば、８〜１２μｍ）の赤外線の吸収効率を高めることができ、高感度化を図れる。例えば、ｎ１＝３．６、λ＝１０μｍの場合には、ｔ１≒０．６９μｍとすればよい。
【００４４】
また、本実施形態では、ｎ形ポリシリコン層２４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび自己診断用ヒータ部１３９それぞれの不純物濃度が１０１８〜１０２０ｃｍ−３であるので、赤外線の吸収率を高くしつつ赤外線の反射を抑制することができて、感温部３０の出力のＳ／Ｎ比を高めることができ、また、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび自己診断用ヒータ部１３９をｎ形ポリシリコン層３４と同一工程で形成できるから、低コスト化を図れる。
【００４５】
ここで、感温部３０の第１の接続金属部３６と第２の接続金属部３７とは、シリコン基板１ａの上記一表面側において上述の層間絶縁膜５０により絶縁分離されている（図８および図９参照）。すなわち、温接点Ｔ１側の第１の接続金属部３６は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ａ１，５０ａ２を通して両ポリシリコン層３４，３５の上記各一端部と電気的に接続され、冷接点Ｔ２側の第２の接続金属部３７は、層間絶縁膜５０に形成されたコンタクトホール５０ａ３，５０ａ４を通して両ポリシリコン層３４，３５の上記各他端部と電気的に接続されている。
【００４６】
また、ＭＯＳトランジスタ４は、上述のように、シリコン基板１ａの上記一表面側における各画素部２それぞれにおけるＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２に形成されている。ここで、ＭＯＳトランジスタ４は、図１および図１１に示すように、シリコン基板１ａの上記一表面側にｐ＋形ウェル領域４１が形成され、ｐ＋形ウェル領域４１内に、ｎ＋形ドレイン領域４３とｎ＋形ソース領域４４とが離間して形成されている。また、ｐ＋形ウェル領域４１内には、ｎ＋形ドレイン領域４３とｎ＋形ソース領域４４とを囲むｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２が形成されている。また、ｐ＋形ウェル領域４１においてｎ＋形ドレイン領域４３とｎ＋形ソース領域４４との間に位置する部位の上には、シリコン酸化膜（熱酸化膜）からなるゲート絶縁膜４５を介してｎ形ポリシリコン層からなるゲート電極４６が形成されている。また、ｎ＋形ドレイン領域４３上には金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなるドレイン電極４７が形成され、ｎ＋形ソース領域４４上には金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなるソース電極４８が形成されている。ここで、ゲート電極４６、ドレイン電極４７およびソース電極４８は、上述の層間絶縁膜５０により絶縁分離されている。すなわち、ドレイン電極４７は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ｄを通してｎ＋形ドレイン領域４３と電気的に接続され、ソース電極４８は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ｅを通してｎ＋形ソース領域４４と電気的に接続されている。
【００４７】
ところで、本実施形態における赤外線センサＡの各画素部２では、ＭＯＳトランジスタ４のソース電極４８と感温部３０の一端とが電気的に接続され、感温部３０の他端が基準バイアス線５に電気的に接続されている。また、各画素部２では、ＭＯＳトランジスタ４のドレイン電極４７が垂直読み出し線７と電気的に接続され、ゲート電極４６が当該ゲート電極４６と連続一体に形成されたｎ形ポリシリコン配線からなる水平信号線６と電気的に接続されている。また、各画素部２では、ＭＯＳトランジスタ４のｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２上に金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなるグラウンド用電極４９が形成されており、当該グラウンド用電極４９が、当該ｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２をｎ＋形ドレイン領域４３およびｎ＋形ソース領域４４よりも低電位にバイアスして素子分離するための共通グラウンド線８と電気的に接続されている。なお、グラウンド用電極４９は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ｆを通してｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２と電気的に接続されている。
【００４８】
以上説明した本実施形態における赤外線センサＡによれば、通電されることにより発生するジュール熱によって温接点Ｔ１を温める自己診断用ヒータ部１３９を備えているので、自己診断用ヒータ部１３９へ通電してサーモパイル３０ａの出力を測定することにより、サーモパイル３０ａの断線などの故障の有無を判断することが可能となって、信頼性の向上を図れ、しかも、自己診断用ヒータ部１３９は、熱型赤外線検出部３において支持基板であるシリコン基板１ａの空洞部１１に重なる領域でサーモパイル３０ａと重ならないように配置されているので、自己診断用ヒータ部１３９によるサーモパイル３０ａの温接点Ｔ１の熱容量の増大を防止でき、感度および応答速度の向上を図れる。
【００４９】
ここで、本実施形態における赤外線センサＡは、使用時において自己診断を行わない通常時は、自己診断用ヒータ部１３９も外部からの赤外線を吸収するので、複数の温接点Ｔ１の温度の均一化を図れ、感度の向上を図れる。なお、本実施形態における赤外線センサＡでは、赤外線吸収層３９および補強層３９ｂも外部からの赤外線を吸収するので、複数の温接点Ｔ１の温度の均一化を図れ、感度の向上を図れる。また、本実施形態における赤外線センサＡの使用時の自己診断は、別途の信号処理ＩＣチップ（図示せず）などに設けられた自己診断回路（図示せず）により定期的に行われるが、必ずしも定期的に行う必要はない。
【００５０】
また、本実施形態における赤外線センサＡでは、薄膜構造部３ａが、複数の線状のスリット１３により空洞部１１の内周方向に沿って並設されそれぞれ熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位から内方へ延長された複数の小薄膜構造部３ａａに分離され、各小薄膜構造部３ａａごとにサーモパイル３０ａの温接点Ｔ１が設けられるとともに、各サーモパイル３０ａごとに出力を取り出す場合に比べて温度変化に対する出力変化が大きくなる接続関係で全てのサーモパイル３０ａが電気的に接続されているので、応答速度および感度の向上を図れ、しかも、全ての小薄膜構造部３ａａに跨って自己診断用ヒータ部１３９が形成されているので、熱型赤外線検出部３の全てのサーモパイル３０ａを一括して自己診断することが可能となる。また、本実施形態の赤外線センサＡでは、隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結する連結片３ｃが形成されていることにより、各小薄膜構造部３ａａの反りを低減でき、構造安定性の向上を図れ、感度が安定する。
【００５１】
また、本実施形態における赤外線センサＡでは、ｎ形ポリシリコン層３４とｐ形ポリシリコン層３５と赤外線吸収層３９と補強層３９ｂと自己診断用ヒータ部１３９とが同一の厚さに設定されているので、小薄膜構造部３ａａの応力バランスの均一性が向上し、小薄膜構造部３ａａの反りを抑制することができ、製品ごとの感度のばらつきや、画素部２ごとの感度のばらつきを低減できる。
【００５２】
また、本実施形態における赤外線センサＡは、自己診断用ヒータ部１３９が、第１の熱電要素であるｎ形ポリシリコン層３４もしくは第２の熱電要素であるｐ形ポリシリコン層３５と同じ材料により形成されているので、自己診断用ヒータ部１３９を第１の熱電要素もしくは第２の熱電要素と同時に形成することが可能となり、製造プロセスの簡略化による低コスト化を図れる。
【００５３】
また、本実施形態における赤外線センサＡは、赤外線吸収部３３および自己診断用ヒータ部１３９を備えた複数の画素部２が支持基板であるシリコン基板１ａの上記一表面側でアレイ状に設けられているので、製造時や使用時の自己診断に際して各画素部２それぞれの自己診断用ヒータ部１３９に通電することにより各画素部２それぞれの感温部３０の感度のばらつきを把握することが可能となる。
【００５４】
また、本実施形態の赤外線センサＡは、各画素部２ごとに感温部３０の出力を読み出すためのＭＯＳトランジスタ４を有しているので、出力用パッドＶout（図１３参照）の数を少なくでき、小型化および低コスト化を図れる。
【００５５】
以下、本実施形態における赤外線センサＡの製造方法について図１４〜図１７を参照しながら簡説明する。
【００５６】
まず、シリコン基板１ａの上記一表面側に第１の所定膜厚（例えば、０．３μｍ）の第１のシリコン酸化膜３１と第２の所定膜厚（例えば、０．１μｍ）のシリコン窒化膜３２との積層膜からなる絶縁層を形成する絶縁層形成工程を行い、その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して当該絶縁層のうち熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１に対応する部分の一部を残してＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２に対応する部分をエッチング除去する絶縁層パターニング工程を行うことによって、図１４（ａ）に示す構造を得る。ここにおいて、シリコン酸化膜３１は、シリコン基板１ａを所定温度（例えば、１１００℃）で熱酸化することにより形成し、シリコン窒化膜３２は、ＬＰＣＶＤ法により形成している。
【００５７】
上述の絶縁層パターニング工程の後、シリコン基板１ａの上記一表面側にｐ＋形ウェル領域４１を形成するウェル領域形成工程を行い、続いて、シリコン基板１の上記一表面側におけるｐ＋形ウェル領域４１内にｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２を形成するチャネルストッパ領域形成工程を行うことによって、図１４（ｂ）に示す構造を得る。ここで、ウェル領域形成工程では、シリコン基板１ａの上記一表面側の露出部位を所定温度で熱酸化することにより第２のシリコン酸化膜（熱酸化膜）５１を選択的に形成し、その後、ｐ＋形ウェル領域４１を形成するためのマスクを利用したフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン酸化膜５１をパターニングし、続いて、ｐ形不純物（例えば、ボロンなど）のイオン注入を行ってから、ドライブインを行うことにより、ｐ＋形ウェル領域４１を形成する。また、チャネルストッパ領域形成工程では、シリコン基板１ａの上記一表面側を所定温度で熱酸化することにより第３のシリコン酸化膜（熱酸化膜）５２を選択的に形成し、その後、ｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２を形成するためのマスクを利用したフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して第３のシリコン酸化膜５２をパターニングし、続いて、ｐ形不純物（例えば、ボロンなど）のイオン注入を行ってから、ドライブインを行うことにより、ｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２を形成する。なお、第１のシリコン酸化膜３１と第２のシリコン酸化膜５１と第３のシリコン酸化膜５２とでシリコン基板１ａの上記一表面側のシリコン酸化膜１ｂを構成している。
【００５８】
上述のチャネルストッパ領域形成工程の後、ｐ＋形ウェル領域４１におけるｎ＋形ドレイン領域４３およびｎ＋形ソース領域４４それぞれの形成予定領域にｎ形不純物（例えば、リンなど）のイオン注入を行ってからドライブを行うことによりｎ＋形ドレイン領域４３およびｎ＋形ソース領域４４を形成するソース・ドレイン形成工程を行い、当該ソース・ドレイン形成工程の後、シリコン基板１ａの上記一表面側に熱酸化により所定膜厚（例えば、６００Å）のシリコン酸化膜（熱酸化膜）からなるゲート絶縁膜４５を形成するゲート絶縁膜形成工程を行い、続いて、シリコン基板１ａの上記一表面側の全面にゲート電極４６、水平信号線６（図２参照）、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび自己診断用ヒータ部１３９の基礎となる所定膜厚（例えば、０．６９μｍ）のノンドープポリシリコン層をＬＰＣＶＤ法により形成するポリシリコン層形成工程を行い、その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上記ノンドープポリシリコン層のうちゲート電極４６、水平信号線６、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび自己診断用ヒータ部１３９それぞれに対応する部分が残るようにパターニングするポリシリコン層パターニング工程を行い、続いて、上記ノンドープポリシリコン層のうちｐ形ポリシリコン層３５に対応する部分にｐ形不純物（例えば、ボロンなど）のイオン注入を行ってからドライブを行うことによりｐ形ポリシリコン層３５を形成するｐ形ポリシリコン層形成工程を行い、その後、上記ノンドープポリシリコン層のうちｎ形ポリシリコン層３４、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂ、自己診断用ヒータ部１３９、ゲート電極４６および水平信号線６に対応する部分にｎ形不純物（例えば、リンなど）のイオン注入を行ってからドライブを行うことによりｎ形ポリシリコン層３４、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂ、自己診断用ヒータ部１３９、ゲート電極４６および水平信号線６を形成するｎ形ポリシリコン層形成工程を行うことによって、図１５（ａ）に示す構造を得る。なお、ｐ形ポリシリコン層形成工程とｎ形ポリシリコン層形成工程との順序は逆でもよい。
【００５９】
上述のｐ形ポリシリコン層形成工程およびｎ形ポリシリコン層形成工程が終了した後、シリコン基板１ａの上記一表面側に層間絶縁膜５０を形成する層間絶縁膜形成工程を行い、続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して層間絶縁膜５０に上記各コンタクトホール５０ａ１，５０ａ２，５０ａ３，５０ａ４，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ（図８、図９および図１１参照）を形成するコンタクトホール形成工程を行うことによって、図１５（ｂ）に示す構造を得る。ここで、層間絶縁膜形成工程では、シリコン基板１ａの上記一表面側に所定膜厚（例えば、０．８μｍ）のＢＰＳＧ膜をＣＶＤ法により堆積させてから、所定温度（例えば、８００℃）でリフローすることにより平坦化された層間絶縁膜５０を形成する。
【００６０】
上述のコンタクトホール形成工程の後、シリコン基板１ａの上記一表面側の全面に第１の接続金属部３６、第２の接続金属部３７、ドレイン電極４７、ソース電極４８、基準バイアス線５、垂直読み出し線７、グラウンド線８、共通グラウンド線９および各パッドＶout，Ｖsel，Ｖref，Ｖdd，Ｇndなど（図１３参照）の基礎となる所定膜厚（例えば、２μｍ）の金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜）をスパッタ法などにより形成する金属膜形成工程を行い、続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して金属膜をパターニングすることで第１の接続金属部３６、第２の接続金属部３７、ドレイン電極４７、ソース電極４８、基準バイアス線５、垂直読み出し線７、グラウンド線８、共通グラウンド線９および各パッドＶout，Ｖsel，Ｖref，Ｖdd，Ｇndなどを形成する金属膜パターニング工程を行うことによって、図１６（ａ）に示す構造を得る。なお、金属膜パターニング工程におけるエッチングはＲＩＥにより行っている。また、この金属膜パターニング工程を行うことにより、温接点Ｔ１および冷接点Ｔ２が形成される。
【００６１】
上述の金属膜パターニング工程の後、シリコン基板１ａの上記一表面側（つまり、層間絶縁膜５０の表面側）に所定膜厚（例えば、０．５μｍ）のＰＳＧ膜と所定膜厚（例えば、０．５μｍ）のＮＳＧ膜との積層膜からなるパッシベーション膜６０をＣＶＤ法により形成するパッシベーション膜形成工程を行うことによって、図１６（ｂ）に示す構造を得る。なお、パッシベーション膜６０は、ＰＳＧ膜とＮＳＧ膜との積層膜に限らず、例えば、シリコン窒化膜でもよい。
【００６２】
上述のパッシベーション膜形成工程の後、シリコン酸化膜３１とシリコン窒化膜３２との積層膜からなる熱絶縁層と、当該熱絶縁層上に形成された感温部３０と、熱絶縁層の表面側で感温部３０を覆うように形成された層間絶縁膜５０と、層間絶縁膜５０上に形成されたパッシベーション膜６０との積層構造部をパターニングすることにより上述の小薄膜構造部３ａａを形成する積層構造部パターニング工程を行うことによって、図１７（ａ）に示す構造を得る。なお、積層構造部パターニング工程において、上述の各スリット１３，１４を形成している。
【００６３】
上述の積層構造部パターニング工程の後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して各パッドＶout，Ｖsel，Ｖref，Ｖdd，Ｇndを露出させるパッド用開口部（図示せず）を形成するパッド用開口部形成工程を行い、続いて、上述の各スリット１３，１４をエッチャント導入孔としてアルカリ系溶液を導入してシリコン基板１ａを異方性エッチングすることによりシリコン基板１ａに空洞部１１を形成する空洞部形成工程を行うことによって、図１７（ｂ）に示す構造の画素部２が２次元アレイ状に配列された赤外線センサＡを得る。ここで、パッド用開口部形成工程におけるエッチングはＲＩＥにより行っている。また、空洞部形成工程では、アルカリ系溶液として、Ｓｉが溶解されたＴＭＡＨ水溶液（ＴＭＡＨの１１．５％水溶液）を用い、液温を所定温度（例えば、８５℃）に設定しているが、アルカリ系溶液はＴＭＡＨ水溶液に限らず、ＫＯＨ水溶液やＥＤＰ水溶液などを用いてもよい。なお、空洞部形成工程が終了するまでの全工程はウェハレベルで行うので、空洞部形成工程が終了した後、個々の赤外線センサＡに分離する分離工程を行えばよい。また、上述の説明から分かるように、ＭＯＳトランジスタ４の製造方法に関してみれば、周知の一般的なＭＯＳトランジスタの製造方法を採用しており、熱酸化による熱酸化膜の形成、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術による熱酸化膜のパターニング、不純物のイオン注入、ドライブイン（不純物の拡散）の基本工程を繰り返すことにより、ｐ＋形ウェル領域４１、ｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２、ｎ＋形ドレイン領域４３とｎ＋形ソース領域４４を形成している。
【００６４】
上述の赤外線センサＡでは、シリコン基板１ａとして上記一表面が（１００）面の単結晶シリコン基板を用いて、エッチング速度の結晶面方位依存性を利用した異方性エッチングにより形成する空洞部１１を四角錘状の形状としてあるが、四角錘状の形状に限らず、四角錘台状の形状でもよい。また、シリコン基板１ａの上記一表面の面方位は特に限定するものではなく、例えば、シリコン基板１ａとして上記一表面が（１１０）面の単結晶シリコン基板を用いてもよい。
【００６５】
ところで、上述の空洞部形成工程では、シリコン基板１ａをアルカリ系溶液により異方性エッチングする異方性ウェットエッチング方法を採用しているが、所定深さｄｐまで連続して異方性エッチングを行う製造プロセスを採用した場合、図１８に示すように多数のピラミッド状の微細突起１ｄが発生して深さ方向へのエッチングの進行が妨げられた不良品（エッチングが自動的にストップしてしまった不良品）の発生が懸念される。このような微細突起１ｄの発生原因は、エッチング中に発生する反応生成物であるＳｉ（ＯＨ）４やＨ２がエッチング底面へ滞留することにあると考えられ、微細突起１ｄが発生してしまうと、赤外線センサＡの感度の低下、製品間の感度のばらつきの増大、製造歩留まりの低下、などの原因となってしまう。
【００６６】
これに対し、本願発明者は、鋭意研究の結果、上記特許文献１のような特殊な酸化剤を用いずとも、シリコン基板１ａを上記一表面から所定深さｄｐまで異方性エッチングする途中で、洗浄工程を少なくとも１回行うことにより、微細突起１ｄの密度を大幅に低減できるという知見を得た。例えば、アルカリ系溶液として、Ｓｉが溶解された所定温度（８５℃）のＴＭＡＨ水溶液（ＴＭＡＨの１１．５％水溶液）を用いた場合、エッチング時間を３時間として連続して異方性エッチングを行った場合には、１０μｍ以上のサイズの微細突起１ｄの密度が数１００〜１０００個／ｍｍ２であるのに対して、０．５時間の異方性エッチングと０．５時間の水洗（洗浄工程）とを繰り返してトータルで３時間の異方性エッチングを行った場合には１０μｍ以上のサイズの微細突起の密度が０個／ｍｍ２であった。
【００６７】
そこで、本実施形態の異方性ウェットエッチング方法では、シリコン基板１ａを上記一表面から所定深さｄｐまで異方性エッチングする途中で、シリコン基板１ａを乾燥させることなく５回の洗浄工程を行うようにしている。具体的には、シリコン基板１ａをエッチング用処理槽のアルカリ系溶液中に所定時間だけ浸漬することによりシリコン基板１ａをエッチングするエッチング過程と、シリコン基板１ａをエッチング用処理槽のアルカリ系溶液中から取り出した後に、乾燥工程を行うことなくシリコン基板１ａの上記一表面の露出部位がアルカリ系溶液で覆われた状態で、洗浄工程で用いる洗浄用処理槽の液体中に浸漬して洗浄する洗浄過程とを繰り返すようにしている。ここで、洗浄工程で用いる液体として、ＨＦ系溶液（ＨＦ、ＢＨＦなど）や水を用いれば、ピラミッド状の微細突起１ｄの発生を抑制できるが、ＨＦ系溶液を用いる場合には、コストが高くなるだけでなく、ＨＦに対するエッチング耐性を有するマスク層を設ける必要があり、赤外線センサＡの製造プロセスの工程数が増加し、製造コストが高くなってしまう。これに対して、本実施形態では、液体として水を用いているので、洗浄工程で特別な液体を用いることなく微細突起１ｄの発生を抑制することができ、しかも、液体の取り扱いが容易になる。
【００６８】
しかして、本実施形態の異方性ウェットエッチング方法では、シリコン基板１ａを所定深さまで異方性エッチングする途中で、シリコン基板１ａを乾燥させることなく洗浄工程を行うことにより、微細突起１ｄの発生原因となる反応生成物であるＳｉ（ＯＨ）４やＨ２を除去することができ（反応生成物の滞留時間を短くでき）、上記特許文献１に記載された特殊な酸化剤を用いることなく微細突起の発生を抑制できる。また、シリコン基板１ａを乾燥させずに洗浄工程を行うので、シリコン基板１ａから部分的に分離した構造体（上述の赤外線センサＡでは、薄膜構造部３ａ）がシリコン基板１ａに付着するスティッキングの発生を防止しつつ微細突起１ｄの発生を抑制することが可能となる。また、洗浄工程を追加する回数を複数回にすることにより、微細突起１ｄの発生をより抑制することができ、シリコン基板１ａの加工形状のばらつきを低減できる。なお、ＭＥＭＳデバイスの構造によっては、シリコン基板１ａから完全に分離した構造体がシリコン基板１ａに付着するスティッキングの発生を防止することができる。
【００６９】
また、本実施形態では、アルカリ系溶液としてＳｉを溶解させたＴＭＡＨ水溶液を用いるので、シリコン基板１ａの上記一表面側にＡｌ膜（ＡｌにＳｉを添加したＡｌ−Ｓｉ膜を含む）が露出している場合でもＡｌ膜の浸食を防止しつつ微細突起１ｄの発生を抑制できる。また、ＫＯＨ水溶液を用いる場合に比べて、ＳｉＯ２に対するエッチング選択比を大きくできる。
【００７０】
なお、本実施形態では、所定深さｄｐが２００μｍに設定してあり、洗浄工程を５回行っているが、洗浄工程の回数は特に限定するものではなく、所定深さｄｐに応じて適宜設定すればよく、少なくとも１回の洗浄工程を行うようにすればよい。ただし、所定深さｄｐが深いほど、洗浄工程の回数は多いほうが好ましい。
【００７１】
また、上述の洗浄工程では、液体の攪拌を行いながら洗浄を行うことが好ましく、攪拌を行うことで、洗浄工程において反応生成物をより確実に除去することができる。ここにおいて、洗浄工程で、液体を攪拌する攪拌手段としては、例えば、洗浄用処理槽内に配置するスターラ（回転翼）を採用してもよいし、シリコン基板１ａを揺動させてもよいし、超音波を印加するようにしてもよい。
【００７２】
上述の赤外線センサの製造方法は、シリコン基板１ａを用いて製造するＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、シリコン基板１ａの上記一表面側にＡｌ膜からなる機能部であるパッドＶout，Ｖsel，Ｖref，Ｖdd，Ｇndを露出させた後で、シリコン基板１ａの一部を上記一表面側から異方性エッチングする異方性エッチング工程（空洞部形成工程）を備え、異方性エッチング工程では、上述の異方性ウェットエッチング方法によりシリコン基板１ａの上記一部をＳｉを溶解させたＴＭＡＨ水溶液により異方性エッチングするので、異方性エッチング工程において特殊な酸化剤を用いることなくＡｌ膜からなる機能部の浸食を防止しつつ微細突起１ｄの発生を抑制でき、歩留まりの向上を図れるから、低コストのＭＥＭＳデバイスを提供できる。要するに、空洞部１１の深さが安定し（本実施形態では、空洞部１１の最深部の深さが所定深さｄｐよりも浅くなるのを防止することができ）、感度が安定するとともに、製造歩留まりが向上する。
【００７３】
ところで、上述の赤外線センサＡは、各画素部２にＭＯＳトランジスタ４を設けてあるが、ＭＯＳトランジスタ４は必ずしも設ける必要はない。また、赤外線センサＡは、必ずしも画素部２をアレイ状に備えた赤外線アレイセンサである必要はなく、少なくとも１つのサーモパイル３０ａを備えたものであればよい。また、感温部３０をサーモパイル３０ａにより構成する例に限らず、例えば、抵抗ボロメータ、サーミスタ、焦電素子などにより構成してもよい。
【００７４】
また、上述の実施形態では、ＭＥＭＳデバイスの一例として赤外線センサを例示したが、ＭＥＭＳデバイスは、赤外線センサに限らず、例えば、加速度センサ、圧力センサ、ジャイロセンサ、光スキャナ、マイクロバルブ、マイクロリレーなどでもよく、これらのＭＥＭＳデバイスの製造方法に関して、異方性エッチング工程で、上述の異方性ウェットエッチング方法を適用することが可能である。
【符号の説明】
【００７５】
Ａ 赤外線センサ（ＭＥＭＳデバイス）
ｄｐ 所定深さ
１ａ シリコン基板
３ 熱型赤外線検出部
１１ 空洞部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異方性ウェットエッチング方法およびＭＥＭＳデバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、シリコン基板を用いて形成されるＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）デバイスとして、例えば、加速度センサ、圧力センサ、ジャイロセンサ、光スキャナ、マイクロバルブ、マイクロリレー、赤外線センサなどが広く知られている。
【０００３】
ここにおいて、ＭＥＭＳデバイスは、マイクロマシニング技術を利用して製造されるが、当該マイクロマシニング技術の１つとして、シリコン基板をアルカリ系溶液により異方性エッチングする異方性ウェットエッチング技術がある。この種の異方性ウェットエッチング技術で使用可能なアルカリ系溶液としては、ＫＯＨ水溶液、ＴＭＡＨ水溶液、ＥＤＰ水溶液などがあるが、ＫＯＨ水溶液はＳｉＯ２に対するエッチング選択比が比較的小さく、ＥＤＰ水溶液は発がん性があるので、ＳｉＯ２に対するエッチング選択比がＫＯＨ水溶液に比べて高く且つ発がん性のないＴＭＡＨ水溶液が広く用いられている。また、ＴＭＡＨ水溶液は、ＭＥＭＳデバイスの製造時に、Ａｌ膜からなる機能部（パッドや配線など）を浸食しないように、Ｓｉを溶解させて用いられることも多い（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、アルカリ系溶液を用いた異方性ウェットエッチングでは、エッチング底面に微細突起が発生してＭＥＭＳデバイスの製造歩留まりが低下してしまう場合があることが知られている。
【０００５】
上記特許文献１に開示された異方性ウェットエッチング方法では、アルカリ系溶液として、ＴＭＡＨ水溶液にＳｉと酸化剤とを添加したエッチャントを用いて一表面が（１００）面のシリコン基板を上記一表面側から異方性エッチングする際に、上記エッチャントとしてＴＭＡＨ水溶液に過硫酸アンモニウムからなる酸化剤を添加した後でＳｉを添加したものを用いると、エッチング底面に大量のピラミッド状の微細突起（マイクロピラミッド）が発生するのに対して、上記エッチャントとしてＴＭＡＨ水溶液にＳｉを添加した後で過硫酸アンモニウムからなる酸化剤を添加したものか、もしくは、ＴＭＡＨ水溶液にＳｉと硝酸アンモニウムからなる酸化剤とを添加したものを用いれば、微細突起がほとんど発生しないことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１１９６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載されたＭＥＭＳデバイスの製造時に行う異方性ウェットエッチングでは、アルカリ系溶液として、ＴＭＡＨ水溶液に対して過硫酸アンモニウムや硝酸アンモニウムのような特殊な酸化剤を添加したものを用いる必要があり、アルカリ系溶液の取り扱いが面倒になり、廃液処理設備などを含めた設備投資が増加し、製造コストが高くなってしまう可能性がある。
【０００８】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、特殊な酸化剤を用いることなく微細突起の発生を抑制できる異方性ウェットエッチング方法およびＭＥＭＳデバイスの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、シリコン基板をアルカリ系溶液により異方性エッチングする異方性ウェットエッチング方法であって、シリコン基板を所定深さまで異方性エッチングする途中で、シリコン基板を乾燥させることなく少なくとも１回の洗浄工程を行うことを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、シリコン基板を所定深さまで異方性エッチングする途中で、シリコン基板を乾燥させることなく少なくとも１回の洗浄工程を行うことにより、微細突起の発生原因となる反応生成物の除去することができ（滞留時間を短くでき）、特殊な酸化剤を用いることなく微細突起の発生を抑制できる。また、シリコン基板を乾燥させずに洗浄工程を行うので、シリコン基板から部分的あるいは完全に分離した構造体がシリコン基板に付着するスティッキングの発生を防止しつつ微細突起の発生を抑制することが可能となる。また、洗浄工程を追加する回数を複数回にすることにより、微細突起の発生をより抑制することができ、シリコン基板の加工形状のばらつきを低減できる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記洗浄工程で用いる液体が水であることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、前記洗浄工程で特別な液体を用いることなく微細突起の発生を抑制することができ、しかも、液体の取り扱いが容易になる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記洗浄工程では、前記液体の攪拌を行いながら洗浄を行うことを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、前記洗浄工程において反応生成物をより確実に除去することができる。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記アルカリ系溶液がＳｉを溶解させたＴＭＡＨ水溶液であることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、前記シリコン基板の上記一表面側にＡｌ膜が露出している場合でもＡｌ膜の浸食を防止しつつ微細突起の発生を抑制できる。また、ＫＯＨ水溶液を用いる場合に比べて、ＳｉＯ２に対するエッチング選択比を大きくできる。
【００１７】
請求項５の発明は、シリコン基板を用いて製造するＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、シリコン基板の一表面側にＡｌ膜からなる機能部を露出させた後で、シリコン基板の一部を上記一表面側から異方性エッチングする異方性エッチング工程を備え、異方性エッチング工程では、請求項４記載の異方性ウェットエッチング方法によりシリコン基板の前記一部を異方性エッチングすることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、異方性エッチング工程では、請求項４記載の異方性ウェットエッチング方法によりシリコン基板の前記一部を異方性エッチングするので、異方性エッチング工程において特殊な酸化剤を用いることなくＡｌ膜からなる機能部の浸食を防止しつつ微細突起の発生を抑制でき、歩留まりの向上を図れるから、低コストのＭＥＭＳデバイスを提供できる。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明は、特殊な酸化剤を用いることなく微細突起の発生を抑制できるという効果がある。
【００２０】
請求項５の発明は、異方性エッチング工程において特殊な酸化剤を用いることなくＡｌ膜からなる機能部の浸食を防止しつつ微細突起の発生を抑制でき、低コストのＭＥＭＳデバイスを提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態における赤外線センサの画素部の要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面に対応する概略断面図である。
【図２】同上における赤外線センサにおける画素部の平面レイアウト図である。
【図３】同上における赤外線センサの画素部の要部の平面レイアウト図である。
【図４】同上における赤外線センサの画素部の要部の平面レイアウト図である。
【図５】同上における赤外線センサの画素部の平面レイアウト図である。
【図６】同上における赤外線センサの平面レイアウト図である。
【図７】同上における赤外線センサの画素部の要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面に対応する概略断面図である。
【図８】同上における赤外線センサの冷接点を含む要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は概略断面図である。
【図９】同上における赤外線センサの温接点を含む要部を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は概略断面図である。
【図１０】同上における赤外線センサの画素部の要部の概略断面図である。
【図１１】同上における赤外線センサの画素部の要部の概略断面図である。
【図１２】同上における赤外線センサの要部説明図である。
【図１３】同上における赤外線センサの等価回路図である。
【図１４】同上における赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１５】同上における赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１６】同上における赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１７】同上における赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１８】同上における赤外線センサの製造方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本実施形態では、シリコン基板をアルカリ系溶液により異方性エッチングする異方性ウェットエッチング方法を利用して製造されるＭＥＭＳデバイスの一例として赤外線センサについて例示し、その赤外線センサの製造方法の説明の中で異方性ウェットエッチング方法について詳述する。なお、ＭＥＭＳデバイスは、必ずしも可動部のような機械要素を備えている必要はなく、本実施形態の赤外線センサのように、マイクロマシニング技術を利用して形成され、且つ、電気要素を備えたものであればよい。
【００２３】
以下、図１〜図１３に基づいて本実施形態における赤外線センサＡを説明する。
【００２４】
本実施形態における赤外線センサＡは、赤外線アレイセンサであって、熱型赤外線検出部３と画素選択用スイッチング素子であるＭＯＳトランジスタ４とを有する複数の画素部２（図６参照）がベース基板１の一表面側においてアレイ状（ここでは、２次元アレイ状）に配列されている。ここで、ベース基板１は、シリコン基板１ａを用いて形成されている。本実施形態では、１つのベース基板１の上記一表面側にｍ×ｎ個（図６および図１３に示した例では、８×８個）の画素部２が形成されているが、画素部２の数や配列は特に限定するものではない。また、本実施形態では、熱型赤外線検出部３の感温部３０が、複数個（ここでは、６個）のサーモパイル３０ａ（図２参照）を直列接続することにより構成されており、図１３では、熱型赤外線検出部３における感温部３０の等価回路を、当該感温部３０の熱起電力に対応する電圧源Ｖｓで表してある。なお、本実施形態では、シリコン基板１ａが、熱型赤外線検出部３を支持する支持基板を構成している。
【００２５】
また、本実施形態の赤外線センサＡは、図１、図２および図１３に示すように、各列の複数の熱型赤外線検出部３の感温部３０の一端が上述のＭＯＳトランジスタ４を介して各列ごとに共通接続された複数の垂直読み出し線７と、各行の熱型赤外線検出部３の感温部３０に対応するＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６が各行ごとに共通接続された複数の水平信号線６と、各列のＭＯＳトランジスタ４のｐ＋形ウェル領域４１が各列ごとに共通接続された複数のグラウンド線８と、各グラウンド線８が共通接続された共通グラウンド線９と、各列の複数個の熱型赤外線検出部３の感温部３０の他端が各列ごとに共通接続された複数の基準バイアス線５とを備えており、全ての熱型赤外線検出部３の感温部３０の出力を時系列的に読み出すことができるようになっている。要するに、本実施形態の赤外線センサＡは、ベース基板１の上記一表面側に熱型赤外線検出部３と当該熱型赤外線検出部３に並設され当該熱型赤外線検出部３の出力を読み出すためのＭＯＳトランジスタ４とを有する複数の画素部２が形成されている。
【００２６】
ここで、ＭＯＳトランジスタ４は、ゲート電極４６が水平信号線６に接続され、ソース電極４８が感温部３０を介して基準バイアス線５に接続され、各基準バイアス線５が共通基準バイアス線５ａに共通接続され、ドレイン電極４７が垂直読み出し線７に接続されており、各水平信号線６それぞれが各別の画素選択用パッドＶselに電気的に接続され、各垂直読み出し線７それぞれが各別の出力用パッドＶoutに電気的に接続され、共通グラウンド線９がグラウンド用パッドＧndに電気的に接続され、共通基準バイアス線５ａが基準バイアス用パッドＶrefと電気的に接続され、シリコン基板１ａが基板用パッドＶddに電気的に接続されている。
【００２７】
しかして、ＭＯＳトランジスタ４が順次オン状態になるように各画素選択用パッドＶselの電位を制御することで各画素部２の出力電圧を順次読み出すことができる。例えば、基準バイアス用パッドＶrefの電位を１．６５、グラウンド用パッドＧndの電位を０Ｖ、基板用パッドＶddの電位を５Ｖとしておき、画素選択用パッドＶselの電位を５Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオンとなり、出力用パッドＶoutから画素部２の出力電圧（１．６５Ｖ＋感温部３０の出力電圧）が読み出され、画素選択用パッドＶselの電位を０Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオフとなり、出力用パッドＶoutから画素部２の出力電圧は読み出されない。なお、図６では、画素選択用パッドＶsel、基準バイアス用パッドＶref、グラウンド用パッドＧnd、出力用パッドＶoutなどを区別せずに全てパッド８０として図示してある。
【００２８】
以下、熱型赤外線検出部３およびＭＯＳトランジスタ４それぞれの構造について説明する。なお、本実施形態では、上述のシリコン基板１ａとして、導電形がｎ形で上記一表面が（１００）面の単結晶シリコン基板を用いている。
【００２９】
熱型赤外線検出部３は、シリコン基板１ａの上記一表面側の各画素部２それぞれにおける熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１に形成されており、ＭＯＳトランジスタ４は、シリコン基板１ａの上記一表面側の各画素部２それぞれにおけるＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２に形成されている。
【００３０】
ところで、各画素部２は、赤外線を吸収する赤外線吸収部３３（図１（ｂ）および図２参照）を備えており、各画素部２では、シリコン基板１ａに赤外線吸収部３３を当該ベース基板１から熱絶縁するための空洞部（掘込部）１１が形成され、シリコン基板１ａの上記一表面側で平面視において空洞部１１の内周線の内側に赤外線吸収部３３を有し空洞部１１を覆う薄膜構造部３ａが形成されている。また、各画素部２では、薄膜構造部３ａが複数の線状のスリット１３により空洞部１１の内周方向に沿って並設されそれぞれ熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位（平面視で空洞部１１を囲む部位）から内方へ延長された複数（図２に示した例では、６つ）の小薄膜構造部３ａａに分離され、各小薄膜構造部３ａａごとにサーモパイル３０ａが設けられるとともに、各サーモパイル３０ａごとに出力を取り出す場合に比べて温度変化に対する出力変化が大きくなるように全てのサーモパイル３０ａが直列接続されており、隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結する連結片３ｃが形成されている。以下では、赤外線吸収部３３のうち各小薄膜構造部３ａａそれぞれに対応して分割された各部位を分割赤外線吸収部３３ａと称する。
【００３１】
本実施形態では、薄膜構造部３ａに形成された複数のサーモパイル３０ａの全て、上述の例では、６つ全てのサーモパイル３０ａを直列接続した接続関係としてあるが、これに限らず、例えば、それぞれ３個のサーモパイル３０ａの直列回路を並列接続するようにしてもよく、この場合には、６つ全てのサーモパイル３０ａが並列接続されている場合や各サーモパイル３０ａごとに出力を取り出す場合に比べて感度を高めることができ、また、６つ全てのサーモパイル３０ａが直列接続されている場合に比べて、感温部３０の電気抵抗を低くできて熱雑音が低減されるから、Ｓ／Ｎ比が向上する。ここにおいて、薄膜構造部３ａにおける小薄膜構造部３ａａの数に等しいサーモパイル３０ａの数は４以上の偶数であればよく、半数のサーモパイル３０ａを直列接続し、その直列回路を並列接続した接続関係とすれば、同様に感度を高めることができるとともにＳ／Ｎ比を向上できる。
【００３２】
ここで、画素部２では、小薄膜構造部３ａａごとに、熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位と分割赤外線吸収部３３ａとを連結する２つの平面視短冊状のブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂが空洞部１１の内周方向に離間して形成されており、当該２つのブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂと分割赤外線吸収部３３ａとを空間的に分離し空洞部１１に連通する平面視コ字状のスリット１４が形成されている。ここにおいて、熱型赤外線検出部３のうち平面視において薄膜構造部３ａを囲む部位は矩形枠状の形状となっている。なお、ブリッジ部３ｂｂは、赤外線吸収部３３および熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位それぞれとの連結部位以外の部分が上述の各スリット１３，１４により分割赤外線吸収部３３ａおよび熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位と空間的に分離されている。ここで、小薄膜構造部３ａａの熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位からの延長方向の寸法を９３μｍ、小薄膜構造部３ａａの延長方向に直交する幅方向の寸法を７５μｍ、各ブリッジ部３ｂｂの幅寸法を２３μｍ、各スリット１３，１４の幅を５μｍに設定してあるが、これらの値は一例であって特に限定するものではない。
【００３３】
上述の薄膜構造部３ａは、シリコン基板１ａの上記一表面側に形成されたシリコン酸化膜１ｂと、当該シリコン酸化膜１ｂ上に形成されたシリコン窒化膜３２と、当該シリコン窒化膜３２上に形成された感温部３０と、シリコン窒化膜３２の表面側で感温部３０を覆うように形成されたＢＰＳＧ膜からなる層間絶縁膜５０と、層間絶縁膜５０上に形成されたＰＳＧ膜と当該ＰＳＧ膜上に形成されたＮＳＧ膜との積層膜からなるパッシベーション膜６０との積層構造部をパターニングすることにより形成されている。
【００３４】
本実施形態では、シリコン窒化膜３２のうち薄膜構造部３ａのブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂ以外の部位が上述の赤外線吸収部３３を構成し、シリコン基板１ａとシリコン酸化膜１ｂとシリコン窒化膜３２と層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０とでベース基板１を構成している。また、本実施形態では、層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０との積層膜が、熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１とＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２とに跨って形成されているが、熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１に形成された部分が赤外線吸収膜７０（図１（ｂ）参照）を兼ねている。ここで、赤外線吸収膜７０の屈折率をｎ２、検出対象の赤外線の中心波長をλとするとき、赤外線吸収膜７０の厚さｔ２をλ／４ｎ２に設定するようにしているので、検出対象の波長（例えば、８〜１２μｍ）の赤外線の吸収効率を高めることができ、高感度化を図れる。例えば、ｎ２＝１．４、λ＝１０μｍの場合には、ｔ２≒１．８μｍとすればよい。なお、本実施形態では、層間絶縁膜５０の膜厚を０．８μｍ、パッシベーション膜６０の膜厚を１μｍ（ＰＳＧ膜の膜厚を０．５μｍ、ＮＳＧ膜の膜厚を０．５μｍ）としてある。また、赤外線吸収膜７０は、上述の構成に限らず、例えば、シリコン窒化膜により構成してもよい。
【００３５】
また、各画素部２では、空洞部１１の内周形状が矩形状であり、連結片３ｃは、平面視十字状に形成されており、小薄膜構造部３ａａの延長方向に交差する斜め方向において隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士、小薄膜構造部３ａａの延長方向において隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士、小薄膜構造部３ａａの延長方向に直交する方向において隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結している。
【００３６】
サーモパイル３０ａは、シリコン窒化膜３２上に形成され小薄膜構造部３ａａとベース基板１とに跨って形成された細長のｎ形ポリシリコン層（第１の熱電要素）３４と細長のｐ形ポリシリコン層（第２の熱電要素）３５との一端部同士を分割赤外線吸収部３３ａの赤外線入射面側で金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる第１の接続金属部３６により電気的に接続した複数個（図２に示した例では、９個）の熱電対を有しており、ベース基板１の上記一表面側で互いに隣り合う熱電対のｎ形ポリシリコン層３４の他端部とｐ形ポリシリコン層３５の他端部とが金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる第２の接続金属部３７により接合され電気的に接続されている。ここで、サーモパイル３０ａは、ｎ形ポリシリコン層３４の上記一端部とｐ形ポリシリコン層３５の上記一端部と第１の接続金属部３６とで分割赤外線吸収部３３ａ側の温接点Ｔ１を構成し、ｎ形ポリシリコン層３４の上記他端部とｐ形ポリシリコン層３５の上記他端部と第２の接続金属部３７とでベース基板１側の冷接点Ｔ２を構成している。要するに、サーモパイル３０ａの各温接点Ｔ１は、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重なる領域に形成され、各冷接点Ｔ２は、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重ならない領域に形成されている。なお、本実施形態における赤外線センサＡでは、サーモパイル３０ａの各ｎ形ポリシリコン層３４および各ｐ形ポリシリコン層３５それぞれにおいて上述のブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂに形成されている部位およびベース基板１のシリコン窒化膜３２上に形成されている部位でも赤外線を吸収することができる。
【００３７】
また、本実施形態における赤外線センサＡでは、上述の空洞部１１の形状が四角錘状であり、平面視における中央部の方が周部に比べて深さ寸法が大きくなっているので、薄膜構造部３ａの中央部に温接点Ｔ１が集まるように各画素部２におけるサーモパイル３０ａの平面レイアウトを設計してある。すなわち、図２の上下方向における真ん中の２つの小薄膜構造部３ａａでは、図２および図３に示すように、３つの小薄膜構造部３ａａの並設方向に沿って温接点Ｔ１を並べて配置してあるのに対し、当該上下方向における上側の２つの小薄膜構造部３ａａでは、図２および図４に示すように、３つの小薄膜構造部３ａａの並設方向において真ん中の小薄膜構造部３ａａに近い側に温接点Ｔ１を集中して配置してあり、当該上下方向における下側の２つの小薄膜構造部３ａａでは、図２に示すように、３つの小薄膜構造部３ａａの並設方向において真ん中の小薄膜構造部３ａａに近い側に温接点Ｔ１を集中して配置してある。しかして、本実施形態における赤外線センサＡでは、図２の上下方向における上側、下側の小薄膜構造部３ａａの複数の温接点Ｔ１の配置が、真ん中の小薄膜構造部３ａａの複数の温接点Ｔ１の配置と同じである場合に比べて、温接点Ｔ１の温度変化を大きくできるので、感度を向上できる。なお、本実施形態では、空洞部１１の最深部の深さを所定深さｄｐ（図１（ｂ）参照）とするとき、所定深さｄｐを２００μｍに設定してあるが、この値は一例であり、特に限定するものではない。
【００３８】
また、小薄膜構造部３ａａは、シリコン窒化膜３２の赤外線入射面側においてサーモパイル３０ａを形成していない領域に、小薄膜構造部３ａａの反りを抑制するとともに赤外線を吸収するｎ形ポリシリコン層からなる赤外線吸収層３９（図１、図２および図１０参照）が形成されている。また、隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結する連結片３ｃには、当該連結片３ｃを補強するｎ形ポリシリコン層からなる補強層３９ｂ（図７参照）が設けられている。ここで、補強層３９ｂは、赤外線吸収層３９と連続一体に形成されている。しかして、本実施形態における赤外線センサＡでは、連結片３ｃが補強層３９ｂにより補強されているので、使用中の外部の温度変化や衝撃に起因して発生する応力による破損を防止でき、また、製造時の破損を低減でき、製造歩留まりの向上を図れる。なお、本実施形態では、図７に示す連結片３ｃの長さ寸法Ｌ１を２４μｍ、幅寸法Ｌ２を５μｍ、補強層３９ｂの幅寸法Ｌ３を１μｍに設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。ただし、本実施形態のようにベース基板１がシリコン基板１ａを用いて形成され、補強層３９ｂがｎ形ポリシリコン層により形成される場合には、空洞部１１の形成時に補強層３９ｂがエッチングされるのを防止するために、補強層３９ｂの幅寸法は、連結片３ｃの幅寸法よりも小さく設定し、平面視において補強層３９ｂの両側縁が連結片３ｃの両側縁よりも内側に位置する必要がある。
【００３９】
また、本実施形態における赤外線センサＡは、図７および図１２（ｂ）に示すように、連結片３ｃの両側縁と小薄膜構造部３ａａの側縁との間にそれぞれ面取り部３ｄ，３ｄが形成され、十字状の連結片３ｃの略直交する側縁間にも面取り部３ｅが形成されている。しかして、本実施形態における赤外線センサＡでは、図１２（ａ）に示すように面取り部が形成されていない場合に比べて連結片３ｃと小薄膜構造部３ａａとの連結部位での応力集中を緩和でき、製造時に発生する残留応力を低減できるとともに製造時の破損を低減でき、製造歩留まりの向上を図れる。また、使用中の外部の温度変化や衝撃に起因して発生する応力による破損を防止できる。なお、図７に示した例では、各面取り部３ｄ，３ｅをＲが３μｍのＲ面取り部としてあるが、Ｒ面取り部に限らず、例えば、Ｃ面取り部としてもよい。
【００４０】
ところで、本実施形態における赤外線センサＡは、通電されることにより発生するジュール熱により温接点Ｔ１を温める自己診断用ヒータ部（故障診断用配線）１３９を備えている。ここにおいて、自己診断用ヒータ部１３９は、熱型赤外線検出部３においてシリコン基板１ａの空洞部１１に重なる領域でサーモパイル３０ａと重ならないように配置されている。ここで、熱型赤外線検出部３は、全ての小薄膜構造部３ａａに跨って自己診断用ヒータ部１３９が形成されている。
【００４１】
具体的には、本実施形態における赤外線センサＡは、各画素部２に、熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位と一方のブリッジ部３ｂｂと分割赤外線吸収部３３ａと他方のブリッジ部３ｂｂと熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位とに跨るように引き回された自己診断用ヒータ部１３９を設けて、全ての自己診断用ヒータ部１３９を直列接続してある。しかして、本実施形態における赤外線センサＡでは、製造途中での検査時や使用時において、ｍ×ｎ個の自己診断用ヒータ部１３９の直列回路への通電の有無によって、ブリッジ部３ｂｂの折れや自己診断用ヒータ部１３９の断線などを検出することができる。また、本実施形態における赤外線センサでは、上述の検査時や使用時において、ｍ×ｎ個の自己診断用ヒータ部１３９の直列回路へ通電して各感温部３０の出力を検出することにより、感温部３０の断線の有無や感度のばらつき（感温部３０の出力のばらつき）などを検知することが可能となる。ここにおいて、感度のばらつきに関しては、画素部２ごとの感度のばらつきを検知することが可能であり、例えば、薄膜構造部３ａの反りや薄膜構造部３ａのシリコン基板１ａへのスティッキングなどに起因した感度のばらつきを検知することが可能となる。ここで、本実施形態における赤外線センサＡでは、平面視において、自己診断用ヒータ部１３９を複数の温接点Ｔ１の群の付近において折り返され蛇行した形状としてあるので、自己診断用ヒータ部１３９へ通電することにより発生するジュール熱によって、各温接点Ｔ１を効率良く温めることができる。ここにおいて、自己診断用ヒータ部１３９は、ｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５と同一平面上に同一厚さで形成されている。
【００４２】
上述の赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび自己診断用ヒータ部１３９は、第１の熱電要素であるｎ形ポリシリコン層３４と同じｎ形不純物（例えば、リンなど）を同じ不純物濃度（例えば、１０１８〜１０２０ｃｍ−３）で含んでおり、ｎ形ポリシリコン層３４に同時に形成されている。また、ｐ形ポリシリコン層３５のｐ形不純物として例えばボロンを採用すればよく、不純物濃度を例えば１０１８〜１０２０ｃｍ−３程度の範囲で適宜設定すればよい。本実施形態では、ｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５それぞれの不純物濃度が１０１８〜１０２０ｃｍ−３であり、熱電対の抵抗値を低減でき、Ｓ／Ｎ比の向上を図れる。なお、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび自己診断用ヒータ部１３９は、ｎ形ポリシリコン層３４と同じｎ形不純物を同じ不純物濃度でドーピングしてあるが、これに限らず、例えば、第２の熱電要素であるｐ形ポリシリコン層３５と同じ不純物を同じ不純物濃度でドーピングするようにしてもよい。
【００４３】
ところで、本実施形態では、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび自己診断用ヒータ部１３９の屈折率をｎ１、検出対象の赤外線の中心波長をλとするとき、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび自己診断用ヒータ部１３９それぞれの厚さｔ１をλ／４ｎ１に設定するようにしているので、検出対象の波長（例えば、８〜１２μｍ）の赤外線の吸収効率を高めることができ、高感度化を図れる。例えば、ｎ１＝３．６、λ＝１０μｍの場合には、ｔ１≒０．６９μｍとすればよい。
【００４４】
また、本実施形態では、ｎ形ポリシリコン層２４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび自己診断用ヒータ部１３９それぞれの不純物濃度が１０１８〜１０２０ｃｍ−３であるので、赤外線の吸収率を高くしつつ赤外線の反射を抑制することができて、感温部３０の出力のＳ／Ｎ比を高めることができ、また、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび自己診断用ヒータ部１３９をｎ形ポリシリコン層３４と同一工程で形成できるから、低コスト化を図れる。
【００４５】
ここで、感温部３０の第１の接続金属部３６と第２の接続金属部３７とは、シリコン基板１ａの上記一表面側において上述の層間絶縁膜５０により絶縁分離されている（図８および図９参照）。すなわち、温接点Ｔ１側の第１の接続金属部３６は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ａ１，５０ａ２を通して両ポリシリコン層３４，３５の上記各一端部と電気的に接続され、冷接点Ｔ２側の第２の接続金属部３７は、層間絶縁膜５０に形成されたコンタクトホール５０ａ３，５０ａ４を通して両ポリシリコン層３４，３５の上記各他端部と電気的に接続されている。
【００４６】
また、ＭＯＳトランジスタ４は、上述のように、シリコン基板１ａの上記一表面側における各画素部２それぞれにおけるＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２に形成されている。ここで、ＭＯＳトランジスタ４は、図１および図１１に示すように、シリコン基板１ａの上記一表面側にｐ＋形ウェル領域４１が形成され、ｐ＋形ウェル領域４１内に、ｎ＋形ドレイン領域４３とｎ＋形ソース領域４４とが離間して形成されている。また、ｐ＋形ウェル領域４１内には、ｎ＋形ドレイン領域４３とｎ＋形ソース領域４４とを囲むｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２が形成されている。また、ｐ＋形ウェル領域４１においてｎ＋形ドレイン領域４３とｎ＋形ソース領域４４との間に位置する部位の上には、シリコン酸化膜（熱酸化膜）からなるゲート絶縁膜４５を介してｎ形ポリシリコン層からなるゲート電極４６が形成されている。また、ｎ＋形ドレイン領域４３上には金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなるドレイン電極４７が形成され、ｎ＋形ソース領域４４上には金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなるソース電極４８が形成されている。ここで、ゲート電極４６、ドレイン電極４７およびソース電極４８は、上述の層間絶縁膜５０により絶縁分離されている。すなわち、ドレイン電極４７は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ｄを通してｎ＋形ドレイン領域４３と電気的に接続され、ソース電極４８は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ｅを通してｎ＋形ソース領域４４と電気的に接続されている。
【００４７】
ところで、本実施形態における赤外線センサＡの各画素部２では、ＭＯＳトランジスタ４のソース電極４８と感温部３０の一端とが電気的に接続され、感温部３０の他端が基準バイアス線５に電気的に接続されている。また、各画素部２では、ＭＯＳトランジスタ４のドレイン電極４７が垂直読み出し線７と電気的に接続され、ゲート電極４６が当該ゲート電極４６と連続一体に形成されたｎ形ポリシリコン配線からなる水平信号線６と電気的に接続されている。また、各画素部２では、ＭＯＳトランジスタ４のｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２上に金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなるグラウンド用電極４９が形成されており、当該グラウンド用電極４９が、当該ｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２をｎ＋形ドレイン領域４３およびｎ＋形ソース領域４４よりも低電位にバイアスして素子分離するための共通グラウンド線８と電気的に接続されている。なお、グラウンド用電極４９は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ｆを通してｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２と電気的に接続されている。
【００４８】
以上説明した本実施形態における赤外線センサＡによれば、通電されることにより発生するジュール熱によって温接点Ｔ１を温める自己診断用ヒータ部１３９を備えているので、自己診断用ヒータ部１３９へ通電してサーモパイル３０ａの出力を測定することにより、サーモパイル３０ａの断線などの故障の有無を判断することが可能となって、信頼性の向上を図れ、しかも、自己診断用ヒータ部１３９は、熱型赤外線検出部３において支持基板であるシリコン基板１ａの空洞部１１に重なる領域でサーモパイル３０ａと重ならないように配置されているので、自己診断用ヒータ部１３９によるサーモパイル３０ａの温接点Ｔ１の熱容量の増大を防止でき、感度および応答速度の向上を図れる。
【００４９】
ここで、本実施形態における赤外線センサＡは、使用時において自己診断を行わない通常時は、自己診断用ヒータ部１３９も外部からの赤外線を吸収するので、複数の温接点Ｔ１の温度の均一化を図れ、感度の向上を図れる。なお、本実施形態における赤外線センサＡでは、赤外線吸収層３９および補強層３９ｂも外部からの赤外線を吸収するので、複数の温接点Ｔ１の温度の均一化を図れ、感度の向上を図れる。また、本実施形態における赤外線センサＡの使用時の自己診断は、別途の信号処理ＩＣチップ（図示せず）などに設けられた自己診断回路（図示せず）により定期的に行われるが、必ずしも定期的に行う必要はない。
【００５０】
また、本実施形態における赤外線センサＡでは、薄膜構造部３ａが、複数の線状のスリット１３により空洞部１１の内周方向に沿って並設されそれぞれ熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位から内方へ延長された複数の小薄膜構造部３ａａに分離され、各小薄膜構造部３ａａごとにサーモパイル３０ａの温接点Ｔ１が設けられるとともに、各サーモパイル３０ａごとに出力を取り出す場合に比べて温度変化に対する出力変化が大きくなる接続関係で全てのサーモパイル３０ａが電気的に接続されているので、応答速度および感度の向上を図れ、しかも、全ての小薄膜構造部３ａａに跨って自己診断用ヒータ部１３９が形成されているので、熱型赤外線検出部３の全てのサーモパイル３０ａを一括して自己診断することが可能となる。また、本実施形態の赤外線センサＡでは、隣接する小薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結する連結片３ｃが形成されていることにより、各小薄膜構造部３ａａの反りを低減でき、構造安定性の向上を図れ、感度が安定する。
【００５１】
また、本実施形態における赤外線センサＡでは、ｎ形ポリシリコン層３４とｐ形ポリシリコン層３５と赤外線吸収層３９と補強層３９ｂと自己診断用ヒータ部１３９とが同一の厚さに設定されているので、小薄膜構造部３ａａの応力バランスの均一性が向上し、小薄膜構造部３ａａの反りを抑制することができ、製品ごとの感度のばらつきや、画素部２ごとの感度のばらつきを低減できる。
【００５２】
また、本実施形態における赤外線センサＡは、自己診断用ヒータ部１３９が、第１の熱電要素であるｎ形ポリシリコン層３４もしくは第２の熱電要素であるｐ形ポリシリコン層３５と同じ材料により形成されているので、自己診断用ヒータ部１３９を第１の熱電要素もしくは第２の熱電要素と同時に形成することが可能となり、製造プロセスの簡略化による低コスト化を図れる。
【００５３】
また、本実施形態における赤外線センサＡは、赤外線吸収部３３および自己診断用ヒータ部１３９を備えた複数の画素部２が支持基板であるシリコン基板１ａの上記一表面側でアレイ状に設けられているので、製造時や使用時の自己診断に際して各画素部２それぞれの自己診断用ヒータ部１３９に通電することにより各画素部２それぞれの感温部３０の感度のばらつきを把握することが可能となる。
【００５４】
また、本実施形態の赤外線センサＡは、各画素部２ごとに感温部３０の出力を読み出すためのＭＯＳトランジスタ４を有しているので、出力用パッドＶout（図１３参照）の数を少なくでき、小型化および低コスト化を図れる。
【００５５】
以下、本実施形態における赤外線センサＡの製造方法について図１４〜図１７を参照しながら簡説明する。
【００５６】
まず、シリコン基板１ａの上記一表面側に第１の所定膜厚（例えば、０．３μｍ）の第１のシリコン酸化膜３１と第２の所定膜厚（例えば、０．１μｍ）のシリコン窒化膜３２との積層膜からなる絶縁層を形成する絶縁層形成工程を行い、その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して当該絶縁層のうち熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１に対応する部分の一部を残してＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２に対応する部分をエッチング除去する絶縁層パターニング工程を行うことによって、図１４（ａ）に示す構造を得る。ここにおいて、シリコン酸化膜３１は、シリコン基板１ａを所定温度（例えば、１１００℃）で熱酸化することにより形成し、シリコン窒化膜３２は、ＬＰＣＶＤ法により形成している。
【００５７】
上述の絶縁層パターニング工程の後、シリコン基板１ａの上記一表面側にｐ＋形ウェル領域４１を形成するウェル領域形成工程を行い、続いて、シリコン基板１の上記一表面側におけるｐ＋形ウェル領域４１内にｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２を形成するチャネルストッパ領域形成工程を行うことによって、図１４（ｂ）に示す構造を得る。ここで、ウェル領域形成工程では、シリコン基板１ａの上記一表面側の露出部位を所定温度で熱酸化することにより第２のシリコン酸化膜（熱酸化膜）５１を選択的に形成し、その後、ｐ＋形ウェル領域４１を形成するためのマスクを利用したフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン酸化膜５１をパターニングし、続いて、ｐ形不純物（例えば、ボロンなど）のイオン注入を行ってから、ドライブインを行うことにより、ｐ＋形ウェル領域４１を形成する。また、チャネルストッパ領域形成工程では、シリコン基板１ａの上記一表面側を所定温度で熱酸化することにより第３のシリコン酸化膜（熱酸化膜）５２を選択的に形成し、その後、ｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２を形成するためのマスクを利用したフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して第３のシリコン酸化膜５２をパターニングし、続いて、ｐ形不純物（例えば、ボロンなど）のイオン注入を行ってから、ドライブインを行うことにより、ｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２を形成する。なお、第１のシリコン酸化膜３１と第２のシリコン酸化膜５１と第３のシリコン酸化膜５２とでシリコン基板１ａの上記一表面側のシリコン酸化膜１ｂを構成している。
【００５８】
上述のチャネルストッパ領域形成工程の後、ｐ＋形ウェル領域４１におけるｎ＋形ドレイン領域４３およびｎ＋形ソース領域４４それぞれの形成予定領域にｎ形不純物（例えば、リンなど）のイオン注入を行ってからドライブを行うことによりｎ＋形ドレイン領域４３およびｎ＋形ソース領域４４を形成するソース・ドレイン形成工程を行い、当該ソース・ドレイン形成工程の後、シリコン基板１ａの上記一表面側に熱酸化により所定膜厚（例えば、６００Å）のシリコン酸化膜（熱酸化膜）からなるゲート絶縁膜４５を形成するゲート絶縁膜形成工程を行い、続いて、シリコン基板１ａの上記一表面側の全面にゲート電極４６、水平信号線６（図２参照）、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび自己診断用ヒータ部１３９の基礎となる所定膜厚（例えば、０．６９μｍ）のノンドープポリシリコン層をＬＰＣＶＤ法により形成するポリシリコン層形成工程を行い、その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上記ノンドープポリシリコン層のうちゲート電極４６、水平信号線６、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂおよび自己診断用ヒータ部１３９それぞれに対応する部分が残るようにパターニングするポリシリコン層パターニング工程を行い、続いて、上記ノンドープポリシリコン層のうちｐ形ポリシリコン層３５に対応する部分にｐ形不純物（例えば、ボロンなど）のイオン注入を行ってからドライブを行うことによりｐ形ポリシリコン層３５を形成するｐ形ポリシリコン層形成工程を行い、その後、上記ノンドープポリシリコン層のうちｎ形ポリシリコン層３４、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂ、自己診断用ヒータ部１３９、ゲート電極４６および水平信号線６に対応する部分にｎ形不純物（例えば、リンなど）のイオン注入を行ってからドライブを行うことによりｎ形ポリシリコン層３４、赤外線吸収層３９、補強層３９ｂ、自己診断用ヒータ部１３９、ゲート電極４６および水平信号線６を形成するｎ形ポリシリコン層形成工程を行うことによって、図１５（ａ）に示す構造を得る。なお、ｐ形ポリシリコン層形成工程とｎ形ポリシリコン層形成工程との順序は逆でもよい。
【００５９】
上述のｐ形ポリシリコン層形成工程およびｎ形ポリシリコン層形成工程が終了した後、シリコン基板１ａの上記一表面側に層間絶縁膜５０を形成する層間絶縁膜形成工程を行い、続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して層間絶縁膜５０に上記各コンタクトホール５０ａ１，５０ａ２，５０ａ３，５０ａ４，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ（図８、図９および図１１参照）を形成するコンタクトホール形成工程を行うことによって、図１５（ｂ）に示す構造を得る。ここで、層間絶縁膜形成工程では、シリコン基板１ａの上記一表面側に所定膜厚（例えば、０．８μｍ）のＢＰＳＧ膜をＣＶＤ法により堆積させてから、所定温度（例えば、８００℃）でリフローすることにより平坦化された層間絶縁膜５０を形成する。
【００６０】
上述のコンタクトホール形成工程の後、シリコン基板１ａの上記一表面側の全面に第１の接続金属部３６、第２の接続金属部３７、ドレイン電極４７、ソース電極４８、基準バイアス線５、垂直読み出し線７、グラウンド線８、共通グラウンド線９および各パッドＶout，Ｖsel，Ｖref，Ｖdd，Ｇndなど（図１３参照）の基礎となる所定膜厚（例えば、２μｍ）の金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜）をスパッタ法などにより形成する金属膜形成工程を行い、続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して金属膜をパターニングすることで第１の接続金属部３６、第２の接続金属部３７、ドレイン電極４７、ソース電極４８、基準バイアス線５、垂直読み出し線７、グラウンド線８、共通グラウンド線９および各パッドＶout，Ｖsel，Ｖref，Ｖdd，Ｇndなどを形成する金属膜パターニング工程を行うことによって、図１６（ａ）に示す構造を得る。なお、金属膜パターニング工程におけるエッチングはＲＩＥにより行っている。また、この金属膜パターニング工程を行うことにより、温接点Ｔ１および冷接点Ｔ２が形成される。
【００６１】
上述の金属膜パターニング工程の後、シリコン基板１ａの上記一表面側（つまり、層間絶縁膜５０の表面側）に所定膜厚（例えば、０．５μｍ）のＰＳＧ膜と所定膜厚（例えば、０．５μｍ）のＮＳＧ膜との積層膜からなるパッシベーション膜６０をＣＶＤ法により形成するパッシベーション膜形成工程を行うことによって、図１６（ｂ）に示す構造を得る。なお、パッシベーション膜６０は、ＰＳＧ膜とＮＳＧ膜との積層膜に限らず、例えば、シリコン窒化膜でもよい。
【００６２】
上述のパッシベーション膜形成工程の後、シリコン酸化膜３１とシリコン窒化膜３２との積層膜からなる熱絶縁層と、当該熱絶縁層上に形成された感温部３０と、熱絶縁層の表面側で感温部３０を覆うように形成された層間絶縁膜５０と、層間絶縁膜５０上に形成されたパッシベーション膜６０との積層構造部をパターニングすることにより上述の小薄膜構造部３ａａを形成する積層構造部パターニング工程を行うことによって、図１７（ａ）に示す構造を得る。なお、積層構造部パターニング工程において、上述の各スリット１３，１４を形成している。
【００６３】
上述の積層構造部パターニング工程の後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して各パッドＶout，Ｖsel，Ｖref，Ｖdd，Ｇndを露出させるパッド用開口部（図示せず）を形成するパッド用開口部形成工程を行い、続いて、上述の各スリット１３，１４をエッチャント導入孔としてアルカリ系溶液を導入してシリコン基板１ａを異方性エッチングすることによりシリコン基板１ａに空洞部１１を形成する空洞部形成工程を行うことによって、図１７（ｂ）に示す構造の画素部２が２次元アレイ状に配列された赤外線センサＡを得る。ここで、パッド用開口部形成工程におけるエッチングはＲＩＥにより行っている。また、空洞部形成工程では、アルカリ系溶液として、Ｓｉが溶解されたＴＭＡＨ水溶液（ＴＭＡＨの１１．５％水溶液）を用い、液温を所定温度（例えば、８５℃）に設定しているが、アルカリ系溶液はＴＭＡＨ水溶液に限らず、ＫＯＨ水溶液やＥＤＰ水溶液などを用いてもよい。なお、空洞部形成工程が終了するまでの全工程はウェハレベルで行うので、空洞部形成工程が終了した後、個々の赤外線センサＡに分離する分離工程を行えばよい。また、上述の説明から分かるように、ＭＯＳトランジスタ４の製造方法に関してみれば、周知の一般的なＭＯＳトランジスタの製造方法を採用しており、熱酸化による熱酸化膜の形成、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術による熱酸化膜のパターニング、不純物のイオン注入、ドライブイン（不純物の拡散）の基本工程を繰り返すことにより、ｐ＋形ウェル領域４１、ｐ＋＋形チャネルストッパ領域４２、ｎ＋形ドレイン領域４３とｎ＋形ソース領域４４を形成している。
【００６４】
上述の赤外線センサＡでは、シリコン基板１ａとして上記一表面が（１００）面の単結晶シリコン基板を用いて、エッチング速度の結晶面方位依存性を利用した異方性エッチングにより形成する空洞部１１を四角錘状の形状としてあるが、四角錘状の形状に限らず、四角錘台状の形状でもよい。また、シリコン基板１ａの上記一表面の面方位は特に限定するものではなく、例えば、シリコン基板１ａとして上記一表面が（１１０）面の単結晶シリコン基板を用いてもよい。
【００６５】
ところで、上述の空洞部形成工程では、シリコン基板１ａをアルカリ系溶液により異方性エッチングする異方性ウェットエッチング方法を採用しているが、所定深さｄｐまで連続して異方性エッチングを行う製造プロセスを採用した場合、図１８に示すように多数のピラミッド状の微細突起１ｄが発生して深さ方向へのエッチングの進行が妨げられた不良品（エッチングが自動的にストップしてしまった不良品）の発生が懸念される。このような微細突起１ｄの発生原因は、エッチング中に発生する反応生成物であるＳｉ（ＯＨ）４やＨ２がエッチング底面へ滞留することにあると考えられ、微細突起１ｄが発生してしまうと、赤外線センサＡの感度の低下、製品間の感度のばらつきの増大、製造歩留まりの低下、などの原因となってしまう。
【００６６】
これに対し、本願発明者は、鋭意研究の結果、上記特許文献１のような特殊な酸化剤を用いずとも、シリコン基板１ａを上記一表面から所定深さｄｐまで異方性エッチングする途中で、洗浄工程を少なくとも１回行うことにより、微細突起１ｄの密度を大幅に低減できるという知見を得た。例えば、アルカリ系溶液として、Ｓｉが溶解された所定温度（８５℃）のＴＭＡＨ水溶液（ＴＭＡＨの１１．５％水溶液）を用いた場合、エッチング時間を３時間として連続して異方性エッチングを行った場合には、１０μｍ以上のサイズの微細突起１ｄの密度が数１００〜１０００個／ｍｍ２であるのに対して、０．５時間の異方性エッチングと０．５時間の水洗（洗浄工程）とを繰り返してトータルで３時間の異方性エッチングを行った場合には１０μｍ以上のサイズの微細突起の密度が０個／ｍｍ２であった。
【００６７】
そこで、本実施形態の異方性ウェットエッチング方法では、シリコン基板１ａを上記一表面から所定深さｄｐまで異方性エッチングする途中で、シリコン基板１ａを乾燥させることなく５回の洗浄工程を行うようにしている。具体的には、シリコン基板１ａをエッチング用処理槽のアルカリ系溶液中に所定時間だけ浸漬することによりシリコン基板１ａをエッチングするエッチング過程と、シリコン基板１ａをエッチング用処理槽のアルカリ系溶液中から取り出した後に、乾燥工程を行うことなくシリコン基板１ａの上記一表面の露出部位がアルカリ系溶液で覆われた状態で、洗浄工程で用いる洗浄用処理槽の液体中に浸漬して洗浄する洗浄過程とを繰り返すようにしている。ここで、洗浄工程で用いる液体として、ＨＦ系溶液（ＨＦ、ＢＨＦなど）や水を用いれば、ピラミッド状の微細突起１ｄの発生を抑制できるが、ＨＦ系溶液を用いる場合には、コストが高くなるだけでなく、ＨＦに対するエッチング耐性を有するマスク層を設ける必要があり、赤外線センサＡの製造プロセスの工程数が増加し、製造コストが高くなってしまう。これに対して、本実施形態では、液体として水を用いているので、洗浄工程で特別な液体を用いることなく微細突起１ｄの発生を抑制することができ、しかも、液体の取り扱いが容易になる。
【００６８】
しかして、本実施形態の異方性ウェットエッチング方法では、シリコン基板１ａを所定深さまで異方性エッチングする途中で、シリコン基板１ａを乾燥させることなく洗浄工程を行うことにより、微細突起１ｄの発生原因となる反応生成物であるＳｉ（ＯＨ）４やＨ２を除去することができ（反応生成物の滞留時間を短くでき）、上記特許文献１に記載された特殊な酸化剤を用いることなく微細突起の発生を抑制できる。また、シリコン基板１ａを乾燥させずに洗浄工程を行うので、シリコン基板１ａから部分的に分離した構造体（上述の赤外線センサＡでは、薄膜構造部３ａ）がシリコン基板１ａに付着するスティッキングの発生を防止しつつ微細突起１ｄの発生を抑制することが可能となる。また、洗浄工程を追加する回数を複数回にすることにより、微細突起１ｄの発生をより抑制することができ、シリコン基板１ａの加工形状のばらつきを低減できる。なお、ＭＥＭＳデバイスの構造によっては、シリコン基板１ａから完全に分離した構造体がシリコン基板１ａに付着するスティッキングの発生を防止することができる。
【００６９】
また、本実施形態では、アルカリ系溶液としてＳｉを溶解させたＴＭＡＨ水溶液を用いるので、シリコン基板１ａの上記一表面側にＡｌ膜（ＡｌにＳｉを添加したＡｌ−Ｓｉ膜を含む）が露出している場合でもＡｌ膜の浸食を防止しつつ微細突起１ｄの発生を抑制できる。また、ＫＯＨ水溶液を用いる場合に比べて、ＳｉＯ２に対するエッチング選択比を大きくできる。
【００７０】
なお、本実施形態では、所定深さｄｐが２００μｍに設定してあり、洗浄工程を５回行っているが、洗浄工程の回数は特に限定するものではなく、所定深さｄｐに応じて適宜設定すればよく、少なくとも１回の洗浄工程を行うようにすればよい。ただし、所定深さｄｐが深いほど、洗浄工程の回数は多いほうが好ましい。
【００７１】
また、上述の洗浄工程では、液体の攪拌を行いながら洗浄を行うことが好ましく、攪拌を行うことで、洗浄工程において反応生成物をより確実に除去することができる。ここにおいて、洗浄工程で、液体を攪拌する攪拌手段としては、例えば、洗浄用処理槽内に配置するスターラ（回転翼）を採用してもよいし、シリコン基板１ａを揺動させてもよいし、超音波を印加するようにしてもよい。
【００７２】
上述の赤外線センサの製造方法は、シリコン基板１ａを用いて製造するＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、シリコン基板１ａの上記一表面側にＡｌ膜からなる機能部であるパッドＶout，Ｖsel，Ｖref，Ｖdd，Ｇndを露出させた後で、シリコン基板１ａの一部を上記一表面側から異方性エッチングする異方性エッチング工程（空洞部形成工程）を備え、異方性エッチング工程では、上述の異方性ウェットエッチング方法によりシリコン基板１ａの上記一部をＳｉを溶解させたＴＭＡＨ水溶液により異方性エッチングするので、異方性エッチング工程において特殊な酸化剤を用いることなくＡｌ膜からなる機能部の浸食を防止しつつ微細突起１ｄの発生を抑制でき、歩留まりの向上を図れるから、低コストのＭＥＭＳデバイスを提供できる。要するに、空洞部１１の深さが安定し（本実施形態では、空洞部１１の最深部の深さが所定深さｄｐよりも浅くなるのを防止することができ）、感度が安定するとともに、製造歩留まりが向上する。
【００７３】
ところで、上述の赤外線センサＡは、各画素部２にＭＯＳトランジスタ４を設けてあるが、ＭＯＳトランジスタ４は必ずしも設ける必要はない。また、赤外線センサＡは、必ずしも画素部２をアレイ状に備えた赤外線アレイセンサである必要はなく、少なくとも１つのサーモパイル３０ａを備えたものであればよい。また、感温部３０をサーモパイル３０ａにより構成する例に限らず、例えば、抵抗ボロメータ、サーミスタ、焦電素子などにより構成してもよい。
【００７４】
また、上述の実施形態では、ＭＥＭＳデバイスの一例として赤外線センサを例示したが、ＭＥＭＳデバイスは、赤外線センサに限らず、例えば、加速度センサ、圧力センサ、ジャイロセンサ、光スキャナ、マイクロバルブ、マイクロリレーなどでもよく、これらのＭＥＭＳデバイスの製造方法に関して、異方性エッチング工程で、上述の異方性ウェットエッチング方法を適用することが可能である。
【符号の説明】
【００７５】
Ａ 赤外線センサ（ＭＥＭＳデバイス）
ｄｐ 所定深さ
１ａ シリコン基板
３ 熱型赤外線検出部
１１ 空洞部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板をアルカリ系溶液により異方性エッチングする異方性ウェットエッチング方法であって、シリコン基板を所定深さまで異方性エッチングする途中で、シリコン基板を乾燥させることなく少なくとも１回の洗浄工程を行うことを特徴とする異方性ウェットエッチング方法。
【請求項２】
前記洗浄工程で用いる液体が水であることを特徴とする請求項１記載の異方性ウェットエッチング方法。
【請求項３】
前記洗浄工程では、前記液体の攪拌を行いながら洗浄を行うことを特徴とする請求項１または請求項２記載の異方性ウェットエッチング方法。
【請求項４】
前記アルカリ系溶液がＳｉを溶解させたＴＭＡＨ水溶液であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の異方性ウェットエッチング方法。
【請求項５】
シリコン基板を用いて製造するＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、シリコン基板の一表面側にＡｌ膜からなる機能部を露出させた後で、シリコン基板の一部を上記一表面側から異方性エッチングする異方性エッチング工程を備え、異方性エッチング工程では、請求項４記載の異方性ウェットエッチング方法によりシリコン基板の前記一部を異方性エッチングすることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１】
シリコン基板をアルカリ系溶液により異方性エッチングする異方性ウェットエッチング方法であって、シリコン基板を所定深さまで異方性エッチングする途中で、シリコン基板を乾燥させることなく少なくとも１回の洗浄工程を行うことを特徴とする異方性ウェットエッチング方法。
【請求項２】
前記洗浄工程で用いる液体が水であることを特徴とする請求項１記載の異方性ウェットエッチング方法。
【請求項３】
前記洗浄工程では、前記液体の攪拌を行いながら洗浄を行うことを特徴とする請求項１または請求項２記載の異方性ウェットエッチング方法。
【請求項４】
前記アルカリ系溶液がＳｉを溶解させたＴＭＡＨ水溶液であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の異方性ウェットエッチング方法。
【請求項５】
シリコン基板を用いて製造するＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、シリコン基板の一表面側にＡｌ膜からなる機能部を露出させた後で、シリコン基板の一部を上記一表面側から異方性エッチングする異方性エッチング工程を備え、異方性エッチング工程では、請求項４記載の異方性ウェットエッチング方法によりシリコン基板の前記一部を異方性エッチングすることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１１−１５１２１５（Ｐ２０１１−１５１２１５Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１３８９（Ｐ２０１０−１１３８９）
【出願日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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