赤外線センサの製造方法
【課題】サーモパイルの抵抗のばらつきを小さくすることが可能な赤外線センサの製造方法を提供する。
【解決手段】サーモパイル３０ａにおけるｐ形ポリシリコン層３５およびｎ形ポリシリコン層３４の基礎となるノンドープのポリシリコン層を形成した後、ｐ形不純物およびｎ形不純物それぞれを上記ポリシリコン層の互いに異なる所定部位にイオン注入してｐ形ポリシリコン層３５およびｎ形ポリシリコン層３４を形成するようにし、ｐ形ポリシリコン層３５を形成するためのｐ形不純物のイオン注入を行う際のイオン注入量を、ｐ形ポリシリコン層３５のドーピング濃度が固溶限となるイオン注入量よりも高く設定し、かつ、ｎ形ポリシリコン層３４を形成するためのｎ形不純物のイオン注入を行う際のイオン注入量を、ｎ形ポリシリコン層３４のドーピング濃度が固溶限となるイオン注入量よりも高く設定する。
【解決手段】サーモパイル３０ａにおけるｐ形ポリシリコン層３５およびｎ形ポリシリコン層３４の基礎となるノンドープのポリシリコン層を形成した後、ｐ形不純物およびｎ形不純物それぞれを上記ポリシリコン層の互いに異なる所定部位にイオン注入してｐ形ポリシリコン層３５およびｎ形ポリシリコン層３４を形成するようにし、ｐ形ポリシリコン層３５を形成するためのｐ形不純物のイオン注入を行う際のイオン注入量を、ｐ形ポリシリコン層３５のドーピング濃度が固溶限となるイオン注入量よりも高く設定し、かつ、ｎ形ポリシリコン層３４を形成するためのｎ形不純物のイオン注入を行う際のイオン注入量を、ｎ形ポリシリコン層３４のドーピング濃度が固溶限となるイオン注入量よりも高く設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線センサの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、図２０および図２１に示す構成の赤外線センサＡ’が提案されている（特許文献１）。この赤外線センサＡ’は、赤外線を吸収する赤外線吸収部３３’の温度変化に応じた出力電圧を発生する熱電対型の感温部３０’を具備する熱型赤外線検出部３’とＭＯＳトランジスタ４’とを有する画素部２’を備えている。また、この赤外線センサＡ’は、ａ×ｂ個（図２１の例では、４×４個）の画素部２’が、ベース基板２０１の一表面側において２次元アレイ状に配置されている。ここで、ベース基板２０１は、ｎ形のシリコン基板２０１ａを用いて形成されている。なお、図２１（ｂ）では、感温部３０’の等価回路を、当該熱電対型の感温部３０’の熱起電力に対応する電圧源で表してある。
【０００３】
上述の感温部３０’は、熱電対の２種類の熱電要素として、ｐ形ポリシリコン層３５’とｎ形ポリシリコン層３４’とを備えており、ｐ形ポリシリコン層３５’のｐ形不純物（例えば、ボロン）の濃度およびｎ形ポリシリコン層３４’のｎ形不純物（例えば、リン）の濃度それぞれを、１０１８〜１０２０ｃｍ−３とすることが記載されている。なお、特許文献１には、熱電対型の感温部３０’をサーモパイルにより構成することも記載されている。
【０００４】
また、ＭＯＳトランジスタ４’は、シリコン基板２０１ａの上記一表面側にｐ形（ｐ＋）のウェル領域４１が形成され、ウェル領域４１内に、ｎ形（ｎ＋）のドレイン領域４３とｎ形（ｎ＋）のソース領域４４とが離間して形成されている。また、ウェル領域４１内には、ドレイン領域４３とソース領域４４とを囲むｐ形（ｐ＋＋）のチャネルストッパ領域４２が形成されている。ウェル領域４１においてドレイン領域４３とソース領域４４との間に位置する部位の上には、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜４５を介してｎ形の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、ＭＯＳトランジスタ４’は、チャネルストッパ領域４２上にグラウンド用電極４９が形成されている。
【０００５】
上述の赤外線センサＡ’は、各列の複数の熱型赤外線検出部３’の感温部３０’の一端が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２０７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２０６とを備えている。また、赤外線センサＡ’は、各列のＭＯＳトランジスタ４’のウェル領域４１が各列ごとに共通接続された複数のグラウンド線２０８と、各グラウンド線２０８が共通接続された共通グラウンド線２０９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２０５とを備えている。
【０００６】
また、赤外線センサＡ’は、各水平信号線２０６それぞれが、各別の画素選択用のパッドＶselに電気的に接続され、各垂直読み出し線２０７それぞれが、各別の出力用のパッドＶoutに電気的に接続されている。
【０００７】
さらに、赤外線センサＡ’は、共通グラウンド線２０９が、グラウンド用のパッドＧndに電気的に接続され、共通基準バイアス線２０５ａが、基準バイアス用のパッドＶrefと電気的に接続され、シリコン基板２０１ａが基板用のパッドＶddに電気的に接続されている。
【０００８】
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のパッド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。
【０００９】
ここで、特許文献１には、基準バイアス用のパッドＶrefの電位を１．６５Ｖ、グラウンド用のパッドＧndの電位を０Ｖ、基板用のパッドＶddの電位を５Ｖとしておき、画素選択用のパッドＶselの電位を５Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４’がオンとなり、出力用のパッド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、画素選択用のパッドＶselの電位を０Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４’がオフとなり、出力用のパッドＶoutから画素部２’の出力電圧は読み出されないことが記載されている。
【００１０】
また、特許文献１には、図２２に示すように、赤外線センサＡ’と、当該赤外線センサＡ’の出力信号である出力電圧を信号処理する信号処理ＩＣチップＢ’と、赤外線センサＡ’および信号処理ＩＣチップＢ’が実装されたパッケージＣ’とを備えた赤外線センサモジュールが記載されている。ここで、特許文献１には、信号処理ＩＣチップＢ’に、図２３に示すように、赤外線センサＡ’の複数（図示例では、４つ）の出力用のパッドＶoutそれぞれがボンディングワイヤからなる配線８０を介して各別に電気的に接続される複数（図示例では、４つ）の入力用のパッドＶin、入力用のパッドＶinの出力電圧を増幅する増幅回路ＡＭＰ、複数の入力用のパッドＶinの出力電圧を択一的に増幅回路ＡＭＰに入力するマルチプレクサＭＵＸなどを設ければ、赤外線画像を得ることができることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１０−７８４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、上述のような赤外線センサモジュールの製造にあたっては、温度分解能のばらつきを小さくすることが望ましい。
【００１３】
ここで、上述の赤外線センサモジュールの全体のノイズをＮtotal〔Ｖ〕、赤外線センサモジュールの温度分解能をＮＥＴＤ〔℃〕、感温部３０’の出力電圧をＶAC〔Ｖ／℃〕とすると、
ＮＥＴＤ＝Ｎtotal／ＶAC〔℃〕 （式１）
となる。
【００１４】
ここにおいて、赤外線センサモジュールの１／ｆノイズをＮ1/f〔Ｖ〕、赤外線センサＡ’の熱ノイズをＮTh〔Ｖ〕、外来ノイズをＮEMS〔Ｖ〕、赤外線センサＡ’以外（信号処理ＩＣチップＢ’、パッケージＣ’など）からの熱ノイズや外部からの光ノイズを合わせたノイズをＮT&E〔Ｖ〕とすると、
Ｎtotal＝（Ｎ1/f＋ＮTh＋ＮEMS＋ＮT&E）1/2〔Ｖ〕 （式２）
となる。
【００１５】
また、上述の赤外線センサＡ’において信号読み出し時に直列接続される感温部３０’の抵抗とＭＯＳトランジスタ４’のオン抵抗との直列接続の合成抵抗をＲ12〔Ω〕とすると、Ｎth∝Ｒ121/2〔Ｖ〕となる。すなわち、赤外線センサＡ’の熱ノイズは、感温部３０’の抵抗をＲ1、ＭＯＳトランジスタ４’のオン抵抗をＲ2とすると、抵抗Ｒ1とオン抵抗Ｒ2との直列接続の合成抵抗Ｒ12の平方根に比例する。
【００１６】
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、サーモパイルの抵抗のばらつきを小さくすることが可能な赤外線センサ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】
【００１７】
本発明の赤外線センサの製造方法は、半導体基板と、サーモパイルにより構成される感温部を具備し半導体基板の一表面側に形成されて前記半導体基板に支持された熱型赤外線検出部とを備え、サーモパイルの熱電対の２種類の熱電要素が、ｐ形ポリシリコン層とｎ形ポリシリコン層とである赤外線センサの製造方法であって、前記サーモパイルの前記ｐ形ポリシリコン層および前記ｎ形ポリシリコン層の形成にあたっては、前記ｐ形ポリシリコン層および前記ｎ形ポリシリコン層の基礎となるノンドープのポリシリコン層を形成した後、前記ポリシリコン層に対してｐ形不純物およびｎ形不純物それぞれを前記ポリシリコン層の互いに異なる所定部位にイオン注入して前記ｐ形ポリシリコン層および前記ｎ形ポリシリコン層を形成するようにし、前記ｐ形ポリシリコン層を形成するための前記ｐ形不純物のイオン注入を行う際のイオン注入量を、前記ｐ形ポリシリコン層のドーピング濃度が固溶限となるイオン注入量よりも高く設定し、かつ、前記ｎ形ポリシリコン層を形成するための前記ｎ形不純物のイオン注入を行う際のイオン注入量を、前記ｎ形ポリシリコン層のドーピング濃度が固溶限となるイオン注入量よりも高く設定することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の赤外線センサの製造方法は、半導体基板と、サーモパイルにより構成される感温部を具備し半導体基板の一表面側に形成されて前記半導体基板に支持された熱型赤外線検出部とを備え、サーモパイルの熱電対の２種類の熱電要素が、ｐ形ポリシリコン層とｎ形ポリシリコン層とである赤外線センサの製造方法であって、前記サーモパイルの前記ｐ形ポリシリコン層および前記ｎ形ポリシリコン層の形成にあたっては、前記ｐ形ポリシリコン層および前記ｎ形ポリシリコン層の基礎となるノンドープのポリシリコン層を成膜した後、前記ポリシリコン層に対してｐ形不純物およびｎ形不純物それぞれを前記ポリシリコン層の互いに異なる所定部位にイオン注入する前に、前記ポリシリコン層の結晶粒径を大きくさせて以後の製造工程での前記結晶粒径の変化を抑制可能な熱処理条件で前記ポリシリコン層のアニールを行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の赤外線センサの製造方法においては、サーモパイルの抵抗のばらつきを小さくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態１の赤外線センサに関し、（ａ）は要部概略断面図、（ｂ）は製造方法の説明図である。
【図２】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３】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４】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５】同上における赤外線センサの画素部の要部を示す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画素部の要部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の平面レイアウト図である。
【図８】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９】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１０】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画素部の要部の概略断面図である。
【図１３】同上における赤外線センサの要部説明図である。
【図１４】同上における赤外線センサの等価回路図である。
【図１５】同上における赤外線センサモジュールの概略断面図である。
【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を説明するための主要工程断面図である。
【図１９】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２０】従来例における赤外線センサを示し、（ａ）は画素部の平面レイアウト図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面に対応する概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＥ−Ｅ’断面に対応する概略断面図である。
【図２１】同上を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は等価回路図である。
【図２２】同上の赤外線センサを備えた赤外線センサモジュールの要部概略平面図である。
【図２３】同上の赤外線センサを備えた赤外線センサモジュールの要部説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（実施形態１）
以下、図１〜図１５に基づいて本実施形態における赤外線センサ１００について説明してから、その製造方法について説明する。なお、図１（ａ）は、図５のＤ−Ｄ’断面に対応する概略断面図である。
【００２２】
赤外線センサ１００は、熱型赤外線検出部３と画素選択用の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が、半導体基板１の上記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（図２参照）。本実施形態では、１つの半導体基板１の上記一表面側にｍ×ｎ個（図２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３参照）を直列接続することにより構成されている。図１４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で表してある。
【００２３】
また、赤外線センサ１００は、図３、図５および図１４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（第１の配線）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（第２の配線）６とを備えている。また、赤外線センサ１００は、各列のＭＯＳトランジスタ４のｐ形（ｐ＋）のウェル領域４１が各列ごとに共通接続された複数のグラウンド線（第３の配線）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（第４の配線）とを備えている。さらに、赤外線センサ１００は、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（第５の配線）５を備えている。しかして、赤外線センサ１００は、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、赤外線センサ１００は、半導体基板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。
【００２４】
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、ドレイン電極４７が垂直読み出し線７に接続されている。ここで、各水平信号線６それぞれは、各別の画素選択用のパッドＶselに電気的に接続され、各基準バイアス線５は、共通基準バイアス線５ａに共通接続され、各垂直読み出し線７それぞれは、各別の出力用のパッドＶoutに電気的に接続されている。また、共通グラウンド線９は、グラウンド用のパッドＧndに電気的に接続され、共通基準バイアス線５ａは、基準バイアス用のパッドＶrefと電気的に接続され、半導体基板１は、基板用のパッドＶddに電気的に接続されている。
【００２５】
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のパッド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、基準バイアス用のパッドＶrefの電位を１．６５Ｖ、グラウンド用のパッドＧndの電位を０Ｖ、基板用のパッドＶddの電位を５Ｖとしておき、画素選択用のパッドＶselの電位を５Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオンとなり、出力用のパッドＶoutから画素部２の出力電圧（１．６５Ｖ＋感温部３０の出力電圧）が読み出される。また、画素選択用のパッドＶselの電位を０Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオフとなり、出力用のパッドＶoutから画素部２の出力電圧は読み出されない。なお、図２では、図１４における画素選択用のパッドＶsel、基準バイアス用のパッドＶref、グラウンド用のパッドＧnd、出力用のパッドＶoutなどを区別せずに、全てパッド８０として図示してある。
【００２６】
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、上述の半導体基板１として、導電形がｎ形で上記一表面が（１００）面の単結晶のシリコン基板を用いている。
【００２７】
各画素部２の熱型赤外線検出部３は、半導体基板１の上記一表面側において熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１（図１（ａ）、図５参照）に形成されている。また、各画素部２のＭＯＳトランジスタ４は、半導体基板１の上記一表面側においてＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２（図１（ａ）、図５参照）に形成されている。
【００２８】
赤外線センサ１００は、半導体基板１の上記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。熱型赤外線検出部３は、半導体基板１の上記一表面側で空洞部１１の周部に形成された支持部３ｄと、半導体基板１の上記一表面側で平面視において空洞部１１を覆う第１の薄膜構造部３ａとを備えている。第１の薄膜構造部３ａは、赤外線を吸収する赤外線吸収部３３を備えている。ここで、第１の薄膜構造部３ａは、空洞部１１の周方向に沿って並設され支持部３ｄに支持された複数の第２の薄膜構造部３ａａと、隣接する第２の薄膜構造部３ａａ同士を連結する連結片３ｃとを有している。なお、図３の例の熱型赤外線検出部３では、複数の線状のスリット１３を設けることにより、第１の薄膜構造部３ａが６つの第２の薄膜構造部３ａａに分離されている。以下では、赤外線吸収部３３（第１の赤外線吸収部３３と称する）のうち第２の薄膜構造部３ａａそれぞれに対応して分割された各部位を第２の赤外線吸収部３３ａと称する。
【００２９】
熱型赤外線検出部３は、第２の薄膜構造部３ａａごとにサーモパイル３０ａが設けられている。ここで、サーモパイル３０ａは、温接点Ｔ１が、第２の薄膜構造部３ａａに設けられ、冷接点Ｔ２が、支持部３ｄに設けられている。要するに、温接点Ｔ１は、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重なる第１の領域に形成され、冷接点Ｔ２は、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重ならない第２の領域に形成されている。
【００３０】
また、熱型赤外線検出部３の感温部３０は、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。図３の例では、感温部３０は、６個のサーモパイル３０ａを直列接続してある。ただし、上述の接続関係は、複数個のサーモパイル３０ａの全てを直列接続する接続関係に限らない。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れば、６個のサーモパイル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る。また、６個のサーモパイル３０ａの全て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。
【００３１】
ここで、熱型赤外線検出部３では、第２の薄膜構造部３ａａごとに、支持部３ｄと第２の赤外線吸収部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の周方向に離間して形成されている。これにより、２つのブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂと第２の赤外線吸収部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。熱型赤外線検出部３のうち、平面視において第１の薄膜構造部３ａを囲む部位である支持部３ｄは、矩形枠状の形状となっている。なお、ブリッジ部３ｂｂは、上述の各スリット１３，１４により、第２の赤外線吸収部３３ａおよび支持部３ｄそれぞれとの連結部位以外の部分が、第２の赤外線吸収部３３ａおよび支持部３ｄと空間的に分離されている。ここで、第２の薄膜構造部３ａａは、支持部３ｄからの延長方向の寸法を９３μｍ、この延長方向に直交する幅方向の寸法を７５μｍとし、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。
【００３２】
第１の薄膜構造部３ａは、半導体基板１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形成されている。層間絶縁膜５０は、ＢＰＳＧ膜により構成してある。また、パッシベーション膜６０は、ＰＳＧ膜と当該ＰＳＧ膜上に形成されたＮＳＧ膜との積層膜により構成してあるが、これに限らず、例えば、シリコン窒化膜により構成してもよい。
【００３３】
上述の熱型赤外線検出部３では、シリコン窒化膜３２のうち第１の薄膜構造部３ａのブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂ以外の部位が第１の赤外線吸収部３３を構成している。また、支持部３ｄは、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とで構成されている。
【００３４】
また、赤外線センサ１００は、層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０との積層膜が、半導体基板１の上記一表面側において、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おり、この積層膜のうち、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（ａ）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。
【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Ｘ字状に形成されており、第２の薄膜構造部３ａａの延長方向に交差する斜め方向において隣接する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士、第２の薄膜構造部３ａａの延長方向において隣接する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士、第２の薄膜構造部３ａａの延長方向に直交する方向において隣接する第２の薄膜構造部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上で第２の薄膜構造部３ａａと支持部３ｄとに跨って形成されたｎ形ポリシリコン層３４とｐ形ポリシリコン層３５との一端部同士を第２の赤外線吸収部３３ａの赤外線入射面側で金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる接続部３６により電気的に接続した複数個（図３に示した例では、９個）の熱電対を有している。また、サーモパイル３０ａは、半導体基板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）からなる接続部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の上記一端部と接続部３６とで温接点Ｔ１を構成している。また、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の上記他端部と接続部３７とで冷接点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。上述の説明から分かるように、サーモパイル３０ａは、熱電対の２種類の熱電要素として、ｐ形ポリシリコン層３５とｎ形ポリシリコン層３４とを備えている。なお、本実施形態における赤外線センサ１００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半導体基板１の上記一表面側のシリコン窒化膜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、赤外線センサ１００は、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、第１の薄膜構造部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３の上下方向における真ん中の２つの第２の薄膜構造部３ａａでは、図３および図６に示すように、３つの第２の薄膜構造部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つの第２の薄膜構造部３ａａでは、図３および図７に示すように、３つの第２の薄膜構造部３ａａの並設方向において真ん中の第２の薄膜構造部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つの第２の薄膜構造部３ａａでは、図３に示すように、３つの第２の薄膜構造部３ａａの並設方向において真ん中の第２の薄膜構造部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１００では、図３の上下方向における上側、下側の第２の薄膜構造部３ａａの複数の温接点Ｔ１の配置が、真ん中の第２の薄膜構造部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（ａ）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、第２の薄膜構造部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、第２の薄膜構造部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が形成されている。また、隣接する第２の薄膜構造部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８参照）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、赤外線センサ１００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８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半導体基板１としてシリコン基板を用いており、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、赤外線センサ１００は、図８および図１３（ｂ）に示すように、連結片３ｃの両側縁と第２の薄膜構造部３ａａの側縁との間にそれぞれ面取り部３ｄ，３ｄが形成され、Ｘ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、赤外線センサ１００では、図１３（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と第２の薄膜構造部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８に示した例では、各面取り部３ｄ，３ｅをＲ（アール）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】
また、赤外線センサ１００は、各熱型赤外線検出部３に、支持部３ｄと一方のブリッジ部３ｂｂと第２の赤外線吸収部３３ａと他方のブリッジ部３ｂｂと支持部３ｄとに跨るように引き回されたｎ形ポリシリコン層からなる故障診断用の配線（以下、故障診断用配線と称する）１３９を設けて、全ての故障診断用配線１３９を直列接続してある。しかして、ｍ×ｎ個の故障診断用配線１３９の直列回路へ通電することで、ブリッジ部３ｂｂの折れなどの破損の有無を検出することができる。
【００４１】
要するに、赤外線センサ１００は、製造途中での検査時や使用時において、ｍ×ｎ個の故障診断用配線１３９の直列回路への通電の有無によって、ブリッジ部３ｂｂの折れや故障診断用配線１３９の断線などを検出することができる。また、赤外線センサ１００では、上述の検査時や使用時において、ｍ×ｎ個の故障診断用配線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、第１の薄膜構造部３ａの反りや第１の薄膜構造部３ａの半導体基板１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１００では、平面視において、故障診断用配線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。したがって、故障診断用配線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。上述の故障診断用配線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および故障診断用配線１３９は、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（ｎ形不純物がリンの場合には、リンの固溶限である５×１０２０ｃｍ−３）で含んでおり、ｎ形ポリシリコン層３４と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、ｐ形不純物がボロンの場合には、不純物濃度をボロンの固溶限である１×１０２０ｃｍ−３に設定すればよい。本実施形態では、ｎ形ポリシリコン層３４の不純物濃度が５×１０２０ｃｍ−３であり、ｐ形ポリシリコン層３５の不純物濃度が１×１０２０ｃｍ−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および故障診断用配線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、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してもよい。また、赤外線吸収層３９および故障診断用配線１３９は、ｎ形ポリシリコン層３４と同時に形成せずに、不純物濃度を例えば１×１０１８〜１×１０２０ｃｍ−３程度の範囲で適宜設定してもよい。
【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、および故障診断用配線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、および故障診断用配線１３９それぞれの厚さｔ１をλ／４ｎ１に設定するようにしている。しかして、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。なお、本実施形態では、赤外線吸収層３９および故障診断用配線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。
【００４４】
ここで、感温部３０の接続部３６と接続部３７とは、半導体基板１の上記一表面側において、層間絶縁膜５０によって絶縁分離されている（図９および図１０参照）。すなわち、温接点Ｔ１側の接続部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ている。また、冷接点Ｔ２側の接続部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。
【００４５】
また、ＭＯＳトランジスタ４は、上述のように、半導体基板１の上記一表面側においてＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２に形成されている。
【００４６】
ＭＯＳトランジスタ４は、図５および図１２に示すように、半導体基板１の上記一表面側にｐ形（ｐ＋）のウェル領域４１が形成され、ウェル領域４１内に、ｎ形（ｎ＋）のドレイン領域４３とｎ形（ｎ＋）のソース領域４４とが離間して形成されている。さらに、ウェル領域４１内には、ドレイン領域４３とソース領域４４とを囲むｐ形（ｐ＋＋）のチャネルストッパ領域４２が形成されている。
【００４７】
ウェル領域４１においてドレイン領域４３とソース領域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。
【００４８】
また、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、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。
【００４９】
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によって絶縁分離されている。ここで、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を通してソース領域４４と電気的に接続されている。
【００５０】
赤外線センサ１００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に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の電極（以下、グラウンド用電極と称する）４９が形成されている。このグラウンド用電極４９は、チャネルストッパ領域４２をドレイン領域４３およびソース領域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を通してチャネルストッパ領域４２と電気的に接続されている。
【００５１】
上述の赤外線センサ１００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を温める故障診断用配線（自己診断用配線）１３９を備えているので、故障診断用配線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、故障診断用配線１３９は、熱型赤外線検出部３において半導体基板１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、故障診断用配線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。
【００５２】
ここで、赤外線センサ１００は、使用時において自己診断を行わない通常時において、故障診断用配線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、赤外線センサ１００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、赤外線センサ１００の使用時の自己診断は、ＩＣ素子１０２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。
【００５３】
また、赤外線センサ１００は、第１の薄膜構造部３ａが、複数の線状のスリット１３を設けることによって、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を囲む部位である支持部３ｄから内方へ延長された複数の第２の薄膜構造部３ａａに分離され、各第２の薄膜構造部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、全ての第２の薄膜構造部３ａａに跨って故障診断用配線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、赤外線センサ１００では、隣接する第２の薄膜構造部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、各第２の薄膜構造部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。
【００５４】
また、赤外線センサ１００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と故障診断用配線１３９とが同一の厚さに設定されているので、第２の薄膜構造部３ａａの応力バランスの均一性が向上し、第２の薄膜構造部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。
【００５５】
また、赤外線センサ１００は、故障診断用配線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、故障診断用配線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。
【００５６】
また、赤外線センサ１００は、赤外線吸収部３３および故障診断用配線１３９を備えた複数の画素部２が、半導体基板１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それぞれの故障診断用配線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。
【００５７】
また、赤外線センサ１００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、出力用のパッドＶout（図１４参照）の数を少なくでき、小型化および低コスト化を図れる。
【００５８】
ところで、上述の赤外線センサ１００を備えた赤外線センサモジュールの一例を図１５に示す。この赤外線センサモジュールは、赤外線センサ１００と、この赤外線センサ１００の出力信号を信号処理するＩＣ素子１０２と、赤外線センサ１００およびＩＣ素子１０２が収納されたパッケージ１０３とを備えている。
【００５９】
パッケージ１０３は、赤外線センサ１００およびＩＣ素子１０２が実装されたパッケージ本体１０４と、パッケージ本体１０４との間に赤外線センサ１００およびＩＣ素子１０２を囲む形でパッケージ本体１０４に気密的に接合されたパッケージ蓋１０５とで構成されている。
【００６０】
パッケージ本体１０４は、ＩＣ素子１０２と赤外線センサ１００とが横並びで実装されている。一方、パッケージ蓋１０５は、赤外線センサ１００での検知対象の赤外線を透過する機能および導電性を有している。
【００６１】
パッケージ蓋１０５は、パッケージ本体１０４の上記一表面側に覆着されたメタルキャップ１５２と、メタルキャップ１５２において赤外線センサ１００に対応する部位に形成された開口窓１５２ａを閉塞するレンズ１５３とで構成されている。ここにおいて、レンズ１５３が、赤外線を透過する機能を有するとともに、赤外線センサ１００へ赤外線を収束する機能を有している。
【００６２】
ＩＣ素子１０２は、ＡＳＩＣ（：Application Specific ＩＣ）であり、シリコン基板を用いて形成されている。また、ＩＣ素子１０２としてベアチップを用いている。しかして、本実施形態では、ＩＣ素子１０２がベアチップをパッケージングしたものである場合に比べて、パッケージ１０３の小型化を図れる。
【００６３】
ＩＣ素子１０２の回路構成は、赤外線センサ１００の種類などに応じて適宜設計すればよく、例えば、赤外線センサ１００を制御する制御回路、赤外線センサ１００の複数の出力用のパッド８０に電気的に接続された複数の入力用のパッドの出力電圧を増幅する増幅回路、複数の入力用のパッドの出力電圧を択一的に上記増幅回路に入力するマルチプレクサなどを備えた回路構成とすれば、赤外線画像を得ることが可能となる。また、ＩＣ素子１０２は、上述の自己診断回路も備えている。
【００６４】
上述の赤外線センサモジュールは、パッケージ本体１０４とパッケージ蓋１０５とで構成されるパッケージ１０３の内部空間（気密空間）１６５を、ドライ窒素雰囲気としてあるが、これに限らず、例えば、真空雰囲気としてもよい。
【００６５】
パッケージ本体１０４は、絶縁材料からなる基体１０４ａに金属材料からなる配線パターン（図示せず）および電磁シールド層１４４が形成されており、電磁シールド層１４４により電磁シールド機能を有している。一方、パッケージ蓋１０５は、レンズ１５３が導電性を有するとともに、レンズ１５３がメタルキャップ１５２に導電性材料により接合されており、導電性を有している。そして、パッケージ蓋１０５は、パッケージ本体１０４の電磁シールド層１４４と電気的に接続されている。しかして、上述の赤外線センサモジュールでは、パッケージ本体１０４の電磁シールド層１４４とパッケージ蓋１０５とを同電位とすることができる。その結果、パッケージ１０３は、赤外線センサ１００とＩＣ素子１０２と上記配線パターンと後述のボンディングワイヤ（図示せず）と含んで構成されるセンサ回路（図示せず）への外来の電磁ノイズを防止する電磁シールド機能を有している。
【００６６】
パッケージ本体１０４は、赤外線センサ１００およびＩＣ素子１０２が一表面側に実装される平板状のセラミック基板により構成してある。要するに、パッケージ本体１０４は、基体１０４ａが絶縁材料であるセラミックスにより形成されており、配線パターンのうち基体１０４ａの一表面側に形成された部位に、赤外線センサ１００およびＩＣ素子１０２それぞれのパッド（図示せず）が、ボンディングワイヤを介して適宜接続されている。なお、赤外線センサモジュールにおいて、赤外線センサ１００とＩＣ素子１０２とは、ボンディングワイヤなどを介して電気的に接続されている。各ボンディングワイヤとしては、Ａｌワイヤに比べて耐腐食性の高いＡｕワイヤを用いることが好ましい。
【００６７】
上述の赤外線センサモジュールでは、パッケージ本体１０４の絶縁材料としてセラミックスを採用しているので、上記絶縁材料としてエポキシ樹脂などの有機材料を採用する場合に比べて、パッケージ本体１０４の耐湿性および耐熱性を向上させることができる。ここで、絶縁材料のセラミックスとして、アルミナを採用すれば、窒化アルミニウムや炭化珪素などを採用する場合に比べて、上記絶縁材料の熱伝導率が小さく、ＩＣ素子１０２やパッケージ１０３の外部からの熱に起因した赤外線センサ１００の温度上昇を抑制できる。つまり、赤外線センサ１００以外（ＩＣ素子１０２、パッケージ１０３など）からの熱ノイズや外部からの光ノイズを合わせたノイズＮT&E〔Ｖ〕を低減することが可能となる。
【００６８】
また、パッケージ本体１０４は、上述の配線パターンの一部により構成される外部接続電極（図示せず）が、基体１０４ａの他表面と側面とに跨って形成されている。しかして、この赤外線センサモジュールでは、回路基板などへの２次実装後において、回路基板などとの接合部の外観検査を容易に行うことができる。
【００６９】
また、赤外線センサ１００は、パッケージ本体１０４に対して、第１のダイボンド剤（例えば、シリコーン樹脂など）からなる複数の接合部１１５を介して実装されている。また、ＩＣ素子１０２は、パッケージ本体１０４に対して、第２のダイボンド剤（例えば、シリコーン樹脂など）からなる接合部１２５を介して実装されている。各ダイボンド剤としては、低融点ガラスやエポキシ系樹脂やシリコーン系樹脂などの絶縁性接着剤、半田（鉛フリー半田、Ａｕ−Ｓｎ半田など）や銀ペーストなどの導電性接着剤を用いればよい。また、各ダイボンド剤を用いずに、例えば、常温接合法や、Ａｕ−Ｓｎ共晶もしくはＡｕ−Ｓｉ共晶を利用した共晶接合法などにより接合してもよい。
【００７０】
上述の赤外線センサモジュールでは、赤外線センサ１００が、複数の接合部１１５を介してパッケージ本体１０４に実装してあるので、赤外線センサ１００それぞれの裏面の全体が接合部１１５を介してパッケージ本体１０４に接合される場合に比べて、赤外線センサ１００とパッケージ本体１０４との間の空間１１６が断熱部として機能することと、接合部１１５の断面積の低減とにより、パッケージ本体１０４から赤外線センサ１００へ熱が伝達しにくくなる。
【００７１】
この接合部１１５の数は、特に限定するものではないが、赤外線センサ１００の外周形状が矩形状（正方形状ないし長方形状）の場合には、例えば、３つが好ましく、この場合には、赤外線センサ１００の外周形状に基づいて規定した仮想三角形の３つの頂点に対応する３箇所に設けることにより、パッケージ本体１０４への実装時などの温度変化に起因したパッケージ本体１０４の変形が赤外線センサ１００の傾きとして伝わるから、赤外線センサ１００が変形するのを抑制することができ、赤外線センサ１００に生じる応力を低減することが可能となる。なお、上述の赤外線センサモジュールでは、赤外線センサ１００の外周形状が例えば正方形状の場合、赤外線センサ１００の外周の１辺の両端の２箇所と、当該１辺に平行な辺の１箇所（ここでは、中央部）との３箇所に頂点を有する仮想三角形を規定しているが、仮想三角形の頂点の位置は、赤外線センサ１００の外周形状、赤外線センサ１００の各パッド８０へのワイヤボンディング時の接合信頼性（言い換えれば、赤外線センサ１００のパッド８０の位置）を考慮して規定することが好ましい。接合部１１５には、赤外線センサ１００とパッケージ本体１０４との距離を規定するスペーサを混入させてもよく、このようなスペーサを混入させておけば、赤外線センサモジュールの製品間での赤外線センサ１００とパッケージ本体１０４との間の熱絶縁性能のばらつきを低減可能となる。ただし、赤外線センサ１００の裏面全体を、接合部１１５を介してパッケージ本体１０４に接合してもよい。
【００７２】
また、ＩＣ素子１０２は、外周形状が矩形状（正方形状ないし長方形状）であり、裏面全体が接合部１２５を介してパッケージ本体１０４に接合されている。
【００７３】
パッケージ蓋１０５は、パッケージ本体１０４側の一面が開放された箱状に形成され赤外線センサ１００に対応する部位に開口窓１５２ａが形成されたメタルキャップ１５２と、メタルキャップ１５２の開口窓１５２ａを閉塞する形でメタルキャップ１５２に接合されたレンズ１５３とで構成されており、メタルキャップ１５２の上記一面がパッケージ本体１０４により閉塞される形でパッケージ本体１０４に気密的に接合されている。ここで、パッケージ本体１０４の上記一表面の周部には、パッケージ本体１０４の外周形状に沿った枠状の金属パターン１４７（図１５参照）が全周に亘って形成されており、パッケージ蓋１０５とパッケージ本体１０４の金属パターン１４７とは、シーム溶接（抵抗溶接法）により金属接合されており、気密性および電磁シールド効果を高めることができる。なお、パッケージ蓋１０５のメタルキャップ１５２は、コバールにより形成されており、Ｎｉめっきが施されている。また、パッケージ本体１０４の金属パターン１４７は、コバールにより形成され、Ｎｉのめっきが施され、さらにＡｕのめっきが施されている。
【００７４】
パッケージ蓋１０５とパッケージ本体１０４の金属パターン１４７との接合方法は、シーム溶接に限らず、他の溶接（例えば、スポット溶接）や、導電性樹脂により接合してもよい。ここで、導電性樹脂として異方導電性接着剤を用いれば、樹脂（バインダー）中に分散された導電粒子の含有量が少なく、接合時に加熱・加圧を行うことでパッケージ蓋１０５とパッケージ本体１０４との接合部の厚みを薄くできるので、外部からパッケージ１０３内へ水分やガス（例えば、水蒸気、酸素など）が侵入するのを抑制できる。また、導電性樹脂として、酸化バリウム、酸化カルシウムなどの乾燥剤を混入させたものを用いてもよい。
【００７５】
なお、パッケージ本体１０４およびパッケージ蓋１０５の外周形状は矩形状としてあるが、矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。また、パッケージ蓋１０５のメタルキャップ１５２は、パッケージ本体１０４側の端縁から全周に亘って外方に延設された鍔部１５２ｂを備えており、鍔部１５２ｂが全周に亘ってパッケージ本体１０４と接合されている。
【００７６】
レンズ１５３は、平凸型の非球面レンズである。しかして、上述の赤外線センサモジュールでは、レンズ１５３の薄型化を図りながらも、赤外線センサ１００での赤外線の受光効率の向上による高感度化を図れる。また、この赤外線センサモジュールでは、赤外線センサ１００の検知エリアをレンズ１５３により設定することが可能となる。レンズ１５３は、所望のレンズ形状に応じて半導体基板（ここでは、シリコン基板）との接触パターンを設計した陽極を半導体基板の一表面側に半導体基板との接触がオーミック接触となるように形成した後に半導体基板の構成元素の酸化物をエッチング除去する溶液からなる電解液中で半導体基板の他表面側を陽極酸化することで除去部位となる多孔質部を形成してから当該多孔質部を除去することにより形成された半導体レンズ（ここでは、シリコンレンズ）により構成されている。しかして、レンズ１５３は、導電性を有している。なお、この種の陽極酸化技術を応用した半導体レンズの製造方法については、例えば、特許第３８９７０５５号公報、特許第３８９７０５６号公報などに開示されているので、説明を省略する。
【００７７】
上述の赤外線センサモジュールでは、赤外線センサ１００の検知エリアを上述の半導体レンズからなるレンズ１５３により設定することができ、また、レンズ１５３として、球面レンズよりも短焦点で且つ開口径が大きく収差が小さな半導体レンズを採用することができるから、短焦点化により、パッケージ１０３の薄型化を図れる。ここで、赤外線センサモジュールは、赤外線センサ１００の検知対象の赤外線として、人体から放射される１０μｍ付近の波長帯（８μｍ〜１３μｍ）の赤外線を想定しており、レンズ１５３の材料として、ＺｎＳやＧａＡｓなどに比べて環境負荷が少なく且つ、Ｇｅに比べて低コスト化が可能であり、しかも、ＺｎＳに比べて波長分散が小さなＳｉを採用している。
【００７８】
また、レンズ１５３は、メタルキャップ１５２における開口部１５２ａの周部に導電性接着剤（例えば、鉛フリー半田、銀ペーストなど）からなる接合部１５８により固着されている。上述のように、接合部１５８の材料として導電性接着剤を採用することにより、レンズ１５３が、接合部１５８およびメタルキャップ１５２を介してパッケージ本体１０４の電磁シールド層１４４に電気的に接続されるので、電磁ノイズに対するシールド性を高めることができ、外来の電磁ノイズに起因したＳ／Ｎ比の低下を防止することができる。つまり、赤外線センサモジュールは、外来ノイズＮEMS〔Ｖ〕を低減することが可能となる。
【００７９】
上述のレンズ１５３には、赤外線センサ１００での検知対象の赤外線の波長を含む所望の波長域の赤外線を透過し当該波長域以外の赤外線を反射する光学多層膜（多層干渉フィルタ膜）からなるフィルタ部（図示せず）を設けることが好ましい。このようなフィルタ部を設けることにより、所望の波長域以外の不要な波長域の赤外線や可視光をフィルタ部によりカットすることが可能となり、太陽光などによるノイズの発生を抑制することができ、高感度化を図れる。
【００８０】
上述の赤外線センサモジュールでは、上述のようにＩＣ素子１０２としてベアチップを採用しているので、パッケージ蓋１０５が可視光をカットする機能を有するように、メタルキャップ１５２およびレンズ１５３およびフィルタ部の材料を適宜選択することにより、可視光に起因したＩＣ素子１０２の起電力による誤動作を防止することができる。ただし、ベアチップからなるＩＣ素子１０２における少なくともパッケージ蓋１０５側の表面に外部からの光を遮光する樹脂部（図示せず)を設けるようにすれば、ＩＣ素子１０２がベアチップをパッケージングしたものである場合に比べてパッケージ１０３の小型化を図りつつ、可視光に起因したＩＣ素子１０２の起電力による誤動作を防止することができる。
【００８１】
また、この赤外線モジュールでは、パッケージ本体１０４が平板状に形成されているので、パッケージ本体１０４への赤外線センサ１００およびＩＣ素子１０２の実装が容易になるとともに、パッケージ本体１０４の低コスト化が可能となる。また、パッケージ本体１０４が平板状に形成されているので、パッケージ本体１０４を、一面が開放された箱状の形状として、多層セラミック基板により構成し、パッケージ本体１０４の内底面に赤外線センサ１００を実装する場合に比べて、パッケージ本体１０４の上記一表面側に配置される赤外線センサ１００とレンズ１５３との間の距離の精度を高めることができ、より一層の高感度化を図れる。なお、以下では、パッケージ本体１０４において、赤外線センサ１００を実装する領域を第１の領域１４０、ＩＣ素子１０２を実装する領域を第２の領域１４２と称する。
【００８２】
上述の赤外線センサモジュールでは、パッケージ本体１０４において、第１の領域１４０に比べて、第２の領域１４２の厚みを薄くしてある。ここで、パッケージ本体１０４の第２の領域１４２は、基体１０４ａの上記一表面に凹部１０４ｂを設けることにより、第１の領域１４０よりも厚みを薄くしてある。また、パッケージ本体１０４の第２の領域１４２では、電磁シールド層１４４が露出している。
【００８３】
また、パッケージ本体１０４の第２の領域１４２では、金属材料（例えば、Ｃｕなど）からなる複数のビア（サーマルビア）１４５が基体１０４ａの厚み方向に貫設されており、各ビア１４５が電磁シールド層１４４と接して熱結合されている。
【００８４】
ここで、ＩＣ素子１０２は、第２の領域１４２において電磁シールド層１４４に接合部１２５を介して実装されている。しかして、ＩＣ素子１０２で発生した熱を電磁シールド層１４４におけるＩＣ素子１０２の直下の部位およびビア１４５を通してパッケージ１０３の外側へ効率良く放熱させることが可能となる。ここで、電磁シールド層１４４のうち第２の領域１４２に形成された部位が、ＩＣ素子１０２が実装され熱結合される金属部を構成し、各ビア１４５が、第１の領域１４０を避けて形成されてパッケージ１０３の外側に一部が露出する放熱部を構成している。要するに、金属部は、第１の領域１４０を避けて形成されてパッケージ１０３の外側に一部が露出する放熱部と熱結合されている。
【００８５】
上述の赤外線センサモジュールでは、パッケージ本体１０４において、赤外線センサ１００を実装する第１の領域１４０に比べて、ＩＣ素子１０２を実装する第２の領域１４２の厚みよりも薄くしてあるので、ＩＣ素子１０２で発生した熱がパッケージ本体１０４を通る経路で赤外線センサ１００に伝熱されにくくなり、ＩＣ素子１０２の発熱が赤外線センサ１００に与える影響を低減でき、ＩＣ素子１０２の発熱に起因した感度の低下を抑制することが可能となる。
【００８６】
上述のパッケージ本体１０４は、電磁シールド板を内蔵したプリント配線板により構成してもよく、第２の領域１４２で電磁シールド板の一面を露出させ当該電磁シールド板にＩＣ素子１０２を実装するようにしてもよい。この場合には、当該プリント配線板により構成されるパッケージ本体１０４の周部とパッケージ蓋１０５とを、例えば、酸化バリウム、酸化カルシウムなどの乾燥剤を混入させた導電性樹脂や、導電性を有するＢステージのエポキシ樹脂などからなる接合部により気密的に接合すればよい。
【００８７】
以下、赤外線センサ１００の基本的な製造方法について図１６〜図１９を参照して説明する。
【００８８】
まず、シリコン基板からなる半導体基板１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う。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１６（ａ）に示す構造を得る。ここにおいて、第１のシリコン酸化膜３１は、半導体基板１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。
【００８９】
上述の絶縁層パターニング工程の後、半導体基板１の上記一表面側にｐ形（ｐ＋）のウェル領域４１を形成するウェル領域形成工程を行い、続いて、半導体基板１の上記一表面側におけるウェル領域４１内にｐ形（ｐ＋＋）の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１６（ｂ）に示す構造を得る。ここで、ウェル領域形成工程では、まず、半導体基板１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を選択的に形成する。その後、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をパターニングする。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、ウェル領域４１を形成する。要するに、ウェル領域形成工程では、イオン注入法を利用してウェル領域４１を形成する。また、チャネルストッパ領域形成工程では、半導体基板１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を選択的に形成する。その後、ｐ形（ｐ＋＋）の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をパターニングする。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、チャネルストッパ領域４２を形成する。要するに、チャネルストッパ領域形成工程では、イオン注入法を利用して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、半導体基板１の上記一表面側のシリコン酸化膜１ｂを構成している。
【００９０】
上述のチャネルストッパ領域形成工程の後、ＭＯＳトランジスタ４のしきい値電圧（ＶＴ）を制御するためのイオン注入を行うイオン注入工程（以下、ＶＴイオン注入工程とも称する）を実施する。ここにおいて、ＶＴイオン注入工程では、ウェル領域４１と同じ導電形の不純物（例えば、ボロンなどのｐ形不純物）を、所望のしきい値電圧に対応するチャネル濃度に応じてイオン注入する。
【００９１】
ＶＴイオン注入工程の後、ｎ形（ｎ＋）のドレイン領域４３およびｎ形（ｎ＋）のソース領域４４を形成するドレイン領域・ソース領域形成工程を行う。このドレイン領域・ソース領域形成工程では、ウェル領域４１におけるドレイン領域４３およびソース領域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って、ドレイン領域４３およびソース領域４４を形成する。要するに、ドレイン領域・ソース領域形成工程では、イオン注入法を利用してドレイン領域４３およびソース領域４４を形成する。
【００９２】
ドレイン領域・ソース領域形成工程の後、半導体基板１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う。続いて、半導体基板１の上記一表面側の全面にゲート電極４６、水平信号線６（図３参照）、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および故障診断用配線１３９の基礎となる所定膜厚（例えば、０．６９μｍ）のノンドープのポリシリコン層をＬＰＣＶＤ法により形成するポリシリコン層形成工程を行う。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の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および故障診断用配線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う。続いて、上記ノンドープの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（第１の所定部位）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う。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、故障診断用配線１３９、ゲート電極４６および水平信号線６に対応する部分（第２の所定部位）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、故障診断用配線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１７（ａ）に示す構造を得る。なお、ポリシリコン層形成工程でのＬＰＣＶＤ法による上記ノンドープのポリシリコン層の成膜温度は、例えば、７００℃程度に設定すればよく、また、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それぞれにおけるドライブの温度は８００〜９００℃程度の範囲で設定すればよい。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。いずれにしても、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は、イオン注入法を利用するが、この点については後述する。
【００９３】
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、半導体基板１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う。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に各コンタクトホール５０ａ１，５０ａ２，５０ａ３，５０ａ４，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ（図９、図１０、図１２参照）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１７（ｂ）に示す構造を得る。層間絶縁膜形成工程では、半導体基板１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。
【００９４】
上述のコンタクトホール形成工程の後、半導体基板１の上記一表面側の全面に接続部３６，３７、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１４参照）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う。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接続部３６，３７、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１８（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。
【００９５】
上述の金属膜パターニング工程の後、半導体基板１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１８（ｂ）に示す構造を得る。
【００９６】
上述のパッシベーション膜形成工程の後、第１のシリコン酸化膜３１、シリコン窒化膜３２、層間絶縁膜５０、パッシベーション膜６０などを備え、感温部３０などが埋設された積層構造部をパターニングすることにより、第２の薄膜構造部３ａａおよび連結片３ｃ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１９（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、各スリット１３，１４を形成している。
【００９７】
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を露出させる開口部（図示せず）を形成する開口部形成工程を行う。次に、各スリット１３，１４をエッチング液導入孔としてエッチング液を導入し半導体基板１を異方性エッチング（結晶異方性エッチング）することにより半導体基板１に空洞部１１を形成する空洞部形成工程を行うことで、図１９（ｂ）に示す構造の赤外線センサ１００を得る。ここで、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、エッチング液として所定温度（例えば、８５℃）に加熱したＴＭＡＨ溶液を用いているが、エッチング液はＴＭＡＨ溶液に限らず、他のアルカリ系溶液（例えば、ＫＯＨ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１００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、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、ウェル領域４１、チャネルストッパ領域４２、ドレイン領域４３とソース領域４４を形成している。
【００９８】
ところで、本実施形態の赤外線センサの製造方法では、上述のように、サーモパイル３０ａのｐ形ポリシリコン層３５およびｎ形ポリシリコン層３４の形成にあたっては、ｐ形ポリシリコン層３５およびｎ形ポリシリコン層３４の基礎となるノンドープのポリシリコン層を形成した後、上記ポリシリコン層に対してｐ形不純物およびｎ形不純物それぞれを上記ポリシリコン層の互いに異なる所定部位にイオン注入してｐ形ポリシリコン層３５およびｎ形ポリシリコン層３４を形成するようにしている。
【００９９】
ここにおいて、不純物（ｐ形不純物あるいはｎ形不純物）のドーピング濃度と熱電要素（第１の熱電要素であるｐ形ポリシリコン層３５あるいは第２の熱電要素であるｎ形ポリシリコン層３４）の抵抗とは、図１（ｂ）の模式図に示すような関係にあり、ドーピング濃度が高くなるにつれて熱電要素の抵抗が高くなるが、ドーピング濃度が固溶限を超えると熱電要素の抵抗は略一定値となる。ここで、ｐ形不純物としてボロンを採用する場合の固溶限は１×１０２０ｃｍ−３、ｎ形不純物としてリンを採用する場合の固溶限は５×１０２０ｃｍ−３である。
【０１００】
しかしながら、上記特許文献１のように、ｐ形ポリシリコン層３５’（図２０参照）のｐ形不純物（例えば、ボロン）の濃度およびｎ形ポリシリコン層３４’（図２０参照）のｎ形不純物（例えば、リン）の濃度それぞれを、１０１８〜１０２０ｃｍ−３とした場合、ロット間やウェハ間でｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５の抵抗がばらつきやすい。
【０１０１】
これに対して、本実施形態では、ｐ形ポリシリコン層３５を形成するためのｐ形不純物のイオン注入を行う際のイオン注入量を、ｐ形ポリシリコン層３５のドーピング濃度が固溶限となるイオン注入量よりも高く設定し、かつ、ｎ形ポリシリコン層３４を形成するためのｎ形不純物のイオン注入を行う際のイオン注入量を、ｎ形ポリシリコン層３４のドーピング濃度が当該ドーピング濃度の固溶限となるイオン注入量よりも高く設定するようにしている。例えば、ｐ形不純物としてボロンを採用する場合の固溶限は１×１０２０ｃｍ−３、ｎ形不純物としてリンを採用する場合の固溶限は５×１０２０ｃｍ−３なので、前者の場合のイオン注入量は、ドーピング濃度が１×１０２０ｃｍ−３となるイオン注入量（ドーズ量）よりも高く設定し、後者の場合のイオン注入量は、ドーピング濃度が５×１０２０ｃｍ−３となるイオン注入量（ドーズ量）よりも高く設定すればよい。
【０１０２】
しかして、本実施形態の赤外線センサ１００の製造方法では、サーモパイル３０ａの抵抗のばらつきを小さくすることが可能となり、画素部２間、ロット間およびウェハ間で赤外線センサ１００の感温部３０の抵抗のばらつきを低減することが可能となるから、赤外線センサモジュールの温度分解能のばらつきを小さくすることが可能となる。
【０１０３】
（実施形態２）
本実施形態における赤外線センサ１００の基本構成および基本的な製造方法は実施形態１と同じなので、図示を省略する。
【０１０４】
ところで、上述のポリシリコン層形成工程では、ＬＰＣＶＤ法によりノンドープのポリシリコン層を形成する際の成膜温度が７００℃程度であり、ポリシリコン層を構成している多数の結晶粒の粒径である結晶粒径が比較的小さいので、ポリシリコン層形成工程よりも後の製造工程においてプロセス温度が７００℃よりも高く熱処理時間の比較的短い工程（例えば、上述のｐ形ポリシリコン層形成工程における９００℃、１時間のドライブやｎ形ポリシリコン層形成工程における９００℃、１時間のドライブなど）があると、その工程において結晶粒径が変化し、ロット間やウェハ間でｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５の抵抗がばらつきやすい。
【０１０５】
これに対して、本実施形態の赤外線センサ１００の製造方法において、ｐ形ポリシリコン層３５およびｎ形ポリシリコン層３４の基礎となるノンドープのポリシリコン層をＬＰＣＶＤ法により成膜した後、ポリシリコン層に対してｐ形不純物およびｎ形不純物それぞれをポリシリコン層の互いに異なる所定部位にイオン注入する前に、ポリシリコン層の結晶粒径を大きくさせて以後の製造工程での結晶粒径の変化を抑制可能な熱処理条件でポリシリコン層のアニールを行う。この熱処理条件としては、例えば、熱処理温度を１１００℃、熱処理時間を６時間とすればよい。
【０１０６】
しかして、本実施形態の赤外線センサ１００の製造方法では、ノンドープのポリシリコン層にイオン注入した後の製造工程での熱処理により結晶粒径が変化するのを抑制することが可能となるから、サーモパイル３０ａの抵抗のばらつきを小さくすることが可能となり、画素部２間、ロット間およびウェハ間で赤外線センサ１００の感温部３０の抵抗のばらつきを低減することが可能となるから、赤外線センサモジュールの温度分解能のばらつきを小さくすることが可能となる。
【０１０７】
また、実施形態１の赤外線センサ１００の製造方法において、本実施形態で説明した熱処理条件でのポリシリコン層のアニールを行うようにしてもよく、サーモパイル３０ａの抵抗のばらつきをより小さくすることが可能となる。
【０１０８】
上述の各実施形態における赤外線センサ１００では、半導体基板１として上記一表面が（１００）面の単結晶の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、半導体基板１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、半導体基板１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。
【０１０９】
また、赤外線センサ１００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チップである必要はなく、少なくとも１つの熱型赤外線検出部３を備えたものであればよい。また、半導体基板１における空洞部１１は、半導体基板１の厚み方向に貫通する形で形成してもよく、この場合は、空洞部１１を形成する空洞部形成工程において、半導体基板１の上記一表面とは反対の他表面側から、半導体基板１における空洞部１１の形成予定領域を、例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のドライエッチング装置を用いた異方性エッチング技術を利用して形成すればよい。
【符号の説明】
【０１１０】
１ 半導体基板
３ 熱型赤外線検出部
３０ 感温部
３０ａ サーモパイル
３４ ｎ形ポリシリコン層
３５ ｐ形ポリシリコン層
１００ 赤外線センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線センサの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、図２０および図２１に示す構成の赤外線センサＡ’が提案されている（特許文献１）。この赤外線センサＡ’は、赤外線を吸収する赤外線吸収部３３’の温度変化に応じた出力電圧を発生する熱電対型の感温部３０’を具備する熱型赤外線検出部３’とＭＯＳトランジスタ４’とを有する画素部２’を備えている。また、この赤外線センサＡ’は、ａ×ｂ個（図２１の例では、４×４個）の画素部２’が、ベース基板２０１の一表面側において２次元アレイ状に配置されている。ここで、ベース基板２０１は、ｎ形のシリコン基板２０１ａを用いて形成されている。なお、図２１（ｂ）では、感温部３０’の等価回路を、当該熱電対型の感温部３０’の熱起電力に対応する電圧源で表してある。
【０００３】
上述の感温部３０’は、熱電対の２種類の熱電要素として、ｐ形ポリシリコン層３５’とｎ形ポリシリコン層３４’とを備えており、ｐ形ポリシリコン層３５’のｐ形不純物（例えば、ボロン）の濃度およびｎ形ポリシリコン層３４’のｎ形不純物（例えば、リン）の濃度それぞれを、１０１８〜１０２０ｃｍ−３とすることが記載されている。なお、特許文献１には、熱電対型の感温部３０’をサーモパイルにより構成することも記載されている。
【０００４】
また、ＭＯＳトランジスタ４’は、シリコン基板２０１ａの上記一表面側にｐ形（ｐ＋）のウェル領域４１が形成され、ウェル領域４１内に、ｎ形（ｎ＋）のドレイン領域４３とｎ形（ｎ＋）のソース領域４４とが離間して形成されている。また、ウェル領域４１内には、ドレイン領域４３とソース領域４４とを囲むｐ形（ｐ＋＋）のチャネルストッパ領域４２が形成されている。ウェル領域４１においてドレイン領域４３とソース領域４４との間に位置する部位の上には、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜４５を介してｎ形の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、ＭＯＳトランジスタ４’は、チャネルストッパ領域４２上にグラウンド用電極４９が形成されている。
【０００５】
上述の赤外線センサＡ’は、各列の複数の熱型赤外線検出部３’の感温部３０’の一端が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２０７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２０６とを備えている。また、赤外線センサＡ’は、各列のＭＯＳトランジスタ４’のウェル領域４１が各列ごとに共通接続された複数のグラウンド線２０８と、各グラウンド線２０８が共通接続された共通グラウンド線２０９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２０５とを備えている。
【０００６】
また、赤外線センサＡ’は、各水平信号線２０６それぞれが、各別の画素選択用のパッドＶselに電気的に接続され、各垂直読み出し線２０７それぞれが、各別の出力用のパッドＶoutに電気的に接続されている。
【０００７】
さらに、赤外線センサＡ’は、共通グラウンド線２０９が、グラウンド用のパッドＧndに電気的に接続され、共通基準バイアス線２０５ａが、基準バイアス用のパッドＶrefと電気的に接続され、シリコン基板２０１ａが基板用のパッドＶddに電気的に接続されている。
【０００８】
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のパッド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。
【０００９】
ここで、特許文献１には、基準バイアス用のパッドＶrefの電位を１．６５Ｖ、グラウンド用のパッドＧndの電位を０Ｖ、基板用のパッドＶddの電位を５Ｖとしておき、画素選択用のパッドＶselの電位を５Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４’がオンとなり、出力用のパッド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、画素選択用のパッドＶselの電位を０Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４’がオフとなり、出力用のパッドＶoutから画素部２’の出力電圧は読み出されないことが記載されている。
【００１０】
また、特許文献１には、図２２に示すように、赤外線センサＡ’と、当該赤外線センサＡ’の出力信号である出力電圧を信号処理する信号処理ＩＣチップＢ’と、赤外線センサＡ’および信号処理ＩＣチップＢ’が実装されたパッケージＣ’とを備えた赤外線センサモジュールが記載されている。ここで、特許文献１には、信号処理ＩＣチップＢ’に、図２３に示すように、赤外線センサＡ’の複数（図示例では、４つ）の出力用のパッドＶoutそれぞれがボンディングワイヤからなる配線８０を介して各別に電気的に接続される複数（図示例では、４つ）の入力用のパッドＶin、入力用のパッドＶinの出力電圧を増幅する増幅回路ＡＭＰ、複数の入力用のパッドＶinの出力電圧を択一的に増幅回路ＡＭＰに入力するマルチプレクサＭＵＸなどを設ければ、赤外線画像を得ることができることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１０−７８４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、上述のような赤外線センサモジュールの製造にあたっては、温度分解能のばらつきを小さくすることが望ましい。
【００１３】
ここで、上述の赤外線センサモジュールの全体のノイズをＮtotal〔Ｖ〕、赤外線センサモジュールの温度分解能をＮＥＴＤ〔℃〕、感温部３０’の出力電圧をＶAC〔Ｖ／℃〕とすると、
ＮＥＴＤ＝Ｎtotal／ＶAC〔℃〕 （式１）
となる。
【００１４】
ここにおいて、赤外線センサモジュールの１／ｆノイズをＮ1/f〔Ｖ〕、赤外線センサＡ’の熱ノイズをＮTh〔Ｖ〕、外来ノイズをＮEMS〔Ｖ〕、赤外線センサＡ’以外（信号処理ＩＣチップＢ’、パッケージＣ’など）からの熱ノイズや外部からの光ノイズを合わせたノイズをＮT&E〔Ｖ〕とすると、
Ｎtotal＝（Ｎ1/f＋ＮTh＋ＮEMS＋ＮT&E）1/2〔Ｖ〕 （式２）
となる。
【００１５】
また、上述の赤外線センサＡ’において信号読み出し時に直列接続される感温部３０’の抵抗とＭＯＳトランジスタ４’のオン抵抗との直列接続の合成抵抗をＲ12〔Ω〕とすると、Ｎth∝Ｒ121/2〔Ｖ〕となる。すなわち、赤外線センサＡ’の熱ノイズは、感温部３０’の抵抗をＲ1、ＭＯＳトランジスタ４’のオン抵抗をＲ2とすると、抵抗Ｒ1とオン抵抗Ｒ2との直列接続の合成抵抗Ｒ12の平方根に比例する。
【００１６】
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、サーモパイルの抵抗のばらつきを小さくすることが可能な赤外線センサ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】
【００１７】
本発明の赤外線センサの製造方法は、半導体基板と、サーモパイルにより構成される感温部を具備し半導体基板の一表面側に形成されて前記半導体基板に支持された熱型赤外線検出部とを備え、サーモパイルの熱電対の２種類の熱電要素が、ｐ形ポリシリコン層とｎ形ポリシリコン層とである赤外線センサの製造方法であって、前記サーモパイルの前記ｐ形ポリシリコン層および前記ｎ形ポリシリコン層の形成にあたっては、前記ｐ形ポリシリコン層および前記ｎ形ポリシリコン層の基礎となるノンドープのポリシリコン層を形成した後、前記ポリシリコン層に対してｐ形不純物およびｎ形不純物それぞれを前記ポリシリコン層の互いに異なる所定部位にイオン注入して前記ｐ形ポリシリコン層および前記ｎ形ポリシリコン層を形成するようにし、前記ｐ形ポリシリコン層を形成するための前記ｐ形不純物のイオン注入を行う際のイオン注入量を、前記ｐ形ポリシリコン層のドーピング濃度が固溶限となるイオン注入量よりも高く設定し、かつ、前記ｎ形ポリシリコン層を形成するための前記ｎ形不純物のイオン注入を行う際のイオン注入量を、前記ｎ形ポリシリコン層のドーピング濃度が固溶限となるイオン注入量よりも高く設定することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の赤外線センサの製造方法は、半導体基板と、サーモパイルにより構成される感温部を具備し半導体基板の一表面側に形成されて前記半導体基板に支持された熱型赤外線検出部とを備え、サーモパイルの熱電対の２種類の熱電要素が、ｐ形ポリシリコン層とｎ形ポリシリコン層とである赤外線センサの製造方法であって、前記サーモパイルの前記ｐ形ポリシリコン層および前記ｎ形ポリシリコン層の形成にあたっては、前記ｐ形ポリシリコン層および前記ｎ形ポリシリコン層の基礎となるノンドープのポリシリコン層を成膜した後、前記ポリシリコン層に対してｐ形不純物およびｎ形不純物それぞれを前記ポリシリコン層の互いに異なる所定部位にイオン注入する前に、前記ポリシリコン層の結晶粒径を大きくさせて以後の製造工程での前記結晶粒径の変化を抑制可能な熱処理条件で前記ポリシリコン層のアニールを行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の赤外線センサの製造方法においては、サーモパイルの抵抗のばらつきを小さくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態１の赤外線センサに関し、（ａ）は要部概略断面図、（ｂ）は製造方法の説明図である。
【図２】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３】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４】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５】同上における赤外線センサの画素部の要部を示す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画素部の要部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の平面レイアウト図である。
【図８】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９】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１０】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画素部の要部の概略断面図である。
【図１３】同上における赤外線センサの要部説明図である。
【図１４】同上における赤外線センサの等価回路図である。
【図１５】同上における赤外線センサモジュールの概略断面図である。
【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を説明するための主要工程断面図である。
【図１９】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２０】従来例における赤外線センサを示し、（ａ）は画素部の平面レイアウト図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面に対応する概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＥ−Ｅ’断面に対応する概略断面図である。
【図２１】同上を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は等価回路図である。
【図２２】同上の赤外線センサを備えた赤外線センサモジュールの要部概略平面図である。
【図２３】同上の赤外線センサを備えた赤外線センサモジュールの要部説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（実施形態１）
以下、図１〜図１５に基づいて本実施形態における赤外線センサ１００について説明してから、その製造方法について説明する。なお、図１（ａ）は、図５のＤ−Ｄ’断面に対応する概略断面図である。
【００２２】
赤外線センサ１００は、熱型赤外線検出部３と画素選択用の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が、半導体基板１の上記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（図２参照）。本実施形態では、１つの半導体基板１の上記一表面側にｍ×ｎ個（図２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３参照）を直列接続することにより構成されている。図１４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で表してある。
【００２３】
また、赤外線センサ１００は、図３、図５および図１４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（第１の配線）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（第２の配線）６とを備えている。また、赤外線センサ１００は、各列のＭＯＳトランジスタ４のｐ形（ｐ＋）のウェル領域４１が各列ごとに共通接続された複数のグラウンド線（第３の配線）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（第４の配線）とを備えている。さらに、赤外線センサ１００は、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（第５の配線）５を備えている。しかして、赤外線センサ１００は、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、赤外線センサ１００は、半導体基板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。
【００２４】
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、ドレイン電極４７が垂直読み出し線７に接続されている。ここで、各水平信号線６それぞれは、各別の画素選択用のパッドＶselに電気的に接続され、各基準バイアス線５は、共通基準バイアス線５ａに共通接続され、各垂直読み出し線７それぞれは、各別の出力用のパッドＶoutに電気的に接続されている。また、共通グラウンド線９は、グラウンド用のパッドＧndに電気的に接続され、共通基準バイアス線５ａは、基準バイアス用のパッドＶrefと電気的に接続され、半導体基板１は、基板用のパッドＶddに電気的に接続されている。
【００２５】
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のパッド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、基準バイアス用のパッドＶrefの電位を１．６５Ｖ、グラウンド用のパッドＧndの電位を０Ｖ、基板用のパッドＶddの電位を５Ｖとしておき、画素選択用のパッドＶselの電位を５Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオンとなり、出力用のパッドＶoutから画素部２の出力電圧（１．６５Ｖ＋感温部３０の出力電圧）が読み出される。また、画素選択用のパッドＶselの電位を０Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオフとなり、出力用のパッドＶoutから画素部２の出力電圧は読み出されない。なお、図２では、図１４における画素選択用のパッドＶsel、基準バイアス用のパッドＶref、グラウンド用のパッドＧnd、出力用のパッドＶoutなどを区別せずに、全てパッド８０として図示してある。
【００２６】
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、上述の半導体基板１として、導電形がｎ形で上記一表面が（１００）面の単結晶のシリコン基板を用いている。
【００２７】
各画素部２の熱型赤外線検出部３は、半導体基板１の上記一表面側において熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１（図１（ａ）、図５参照）に形成されている。また、各画素部２のＭＯＳトランジスタ４は、半導体基板１の上記一表面側においてＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２（図１（ａ）、図５参照）に形成されている。
【００２８】
赤外線センサ１００は、半導体基板１の上記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。熱型赤外線検出部３は、半導体基板１の上記一表面側で空洞部１１の周部に形成された支持部３ｄと、半導体基板１の上記一表面側で平面視において空洞部１１を覆う第１の薄膜構造部３ａとを備えている。第１の薄膜構造部３ａは、赤外線を吸収する赤外線吸収部３３を備えている。ここで、第１の薄膜構造部３ａは、空洞部１１の周方向に沿って並設され支持部３ｄに支持された複数の第２の薄膜構造部３ａａと、隣接する第２の薄膜構造部３ａａ同士を連結する連結片３ｃとを有している。なお、図３の例の熱型赤外線検出部３では、複数の線状のスリット１３を設けることにより、第１の薄膜構造部３ａが６つの第２の薄膜構造部３ａａに分離されている。以下では、赤外線吸収部３３（第１の赤外線吸収部３３と称する）のうち第２の薄膜構造部３ａａそれぞれに対応して分割された各部位を第２の赤外線吸収部３３ａと称する。
【００２９】
熱型赤外線検出部３は、第２の薄膜構造部３ａａごとにサーモパイル３０ａが設けられている。ここで、サーモパイル３０ａは、温接点Ｔ１が、第２の薄膜構造部３ａａに設けられ、冷接点Ｔ２が、支持部３ｄに設けられている。要するに、温接点Ｔ１は、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重なる第１の領域に形成され、冷接点Ｔ２は、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重ならない第２の領域に形成されている。
【００３０】
また、熱型赤外線検出部３の感温部３０は、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。図３の例では、感温部３０は、６個のサーモパイル３０ａを直列接続してある。ただし、上述の接続関係は、複数個のサーモパイル３０ａの全てを直列接続する接続関係に限らない。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れば、６個のサーモパイル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る。また、６個のサーモパイル３０ａの全て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。
【００３１】
ここで、熱型赤外線検出部３では、第２の薄膜構造部３ａａごとに、支持部３ｄと第２の赤外線吸収部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の周方向に離間して形成されている。これにより、２つのブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂと第２の赤外線吸収部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。熱型赤外線検出部３のうち、平面視において第１の薄膜構造部３ａを囲む部位である支持部３ｄは、矩形枠状の形状となっている。なお、ブリッジ部３ｂｂは、上述の各スリット１３，１４により、第２の赤外線吸収部３３ａおよび支持部３ｄそれぞれとの連結部位以外の部分が、第２の赤外線吸収部３３ａおよび支持部３ｄと空間的に分離されている。ここで、第２の薄膜構造部３ａａは、支持部３ｄからの延長方向の寸法を９３μｍ、この延長方向に直交する幅方向の寸法を７５μｍとし、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。
【００３２】
第１の薄膜構造部３ａは、半導体基板１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形成されている。層間絶縁膜５０は、ＢＰＳＧ膜により構成してある。また、パッシベーション膜６０は、ＰＳＧ膜と当該ＰＳＧ膜上に形成されたＮＳＧ膜との積層膜により構成してあるが、これに限らず、例えば、シリコン窒化膜により構成してもよい。
【００３３】
上述の熱型赤外線検出部３では、シリコン窒化膜３２のうち第１の薄膜構造部３ａのブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂ以外の部位が第１の赤外線吸収部３３を構成している。また、支持部３ｄは、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とで構成されている。
【００３４】
また、赤外線センサ１００は、層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０との積層膜が、半導体基板１の上記一表面側において、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おり、この積層膜のうち、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（ａ）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。
【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Ｘ字状に形成されており、第２の薄膜構造部３ａａの延長方向に交差する斜め方向において隣接する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士、第２の薄膜構造部３ａａの延長方向において隣接する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士、第２の薄膜構造部３ａａの延長方向に直交する方向において隣接する第２の薄膜構造部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上で第２の薄膜構造部３ａａと支持部３ｄとに跨って形成されたｎ形ポリシリコン層３４とｐ形ポリシリコン層３５との一端部同士を第２の赤外線吸収部３３ａの赤外線入射面側で金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる接続部３６により電気的に接続した複数個（図３に示した例では、９個）の熱電対を有している。また、サーモパイル３０ａは、半導体基板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）からなる接続部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の上記一端部と接続部３６とで温接点Ｔ１を構成している。また、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の上記他端部と接続部３７とで冷接点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。上述の説明から分かるように、サーモパイル３０ａは、熱電対の２種類の熱電要素として、ｐ形ポリシリコン層３５とｎ形ポリシリコン層３４とを備えている。なお、本実施形態における赤外線センサ１００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半導体基板１の上記一表面側のシリコン窒化膜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、赤外線センサ１００は、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、第１の薄膜構造部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３の上下方向における真ん中の２つの第２の薄膜構造部３ａａでは、図３および図６に示すように、３つの第２の薄膜構造部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つの第２の薄膜構造部３ａａでは、図３および図７に示すように、３つの第２の薄膜構造部３ａａの並設方向において真ん中の第２の薄膜構造部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つの第２の薄膜構造部３ａａでは、図３に示すように、３つの第２の薄膜構造部３ａａの並設方向において真ん中の第２の薄膜構造部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１００では、図３の上下方向における上側、下側の第２の薄膜構造部３ａａの複数の温接点Ｔ１の配置が、真ん中の第２の薄膜構造部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（ａ）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、第２の薄膜構造部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、第２の薄膜構造部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が形成されている。また、隣接する第２の薄膜構造部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８参照）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、赤外線センサ１００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８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半導体基板１としてシリコン基板を用いており、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、赤外線センサ１００は、図８および図１３（ｂ）に示すように、連結片３ｃの両側縁と第２の薄膜構造部３ａａの側縁との間にそれぞれ面取り部３ｄ，３ｄが形成され、Ｘ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、赤外線センサ１００では、図１３（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と第２の薄膜構造部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８に示した例では、各面取り部３ｄ，３ｅをＲ（アール）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】
また、赤外線センサ１００は、各熱型赤外線検出部３に、支持部３ｄと一方のブリッジ部３ｂｂと第２の赤外線吸収部３３ａと他方のブリッジ部３ｂｂと支持部３ｄとに跨るように引き回されたｎ形ポリシリコン層からなる故障診断用の配線（以下、故障診断用配線と称する）１３９を設けて、全ての故障診断用配線１３９を直列接続してある。しかして、ｍ×ｎ個の故障診断用配線１３９の直列回路へ通電することで、ブリッジ部３ｂｂの折れなどの破損の有無を検出することができる。
【００４１】
要するに、赤外線センサ１００は、製造途中での検査時や使用時において、ｍ×ｎ個の故障診断用配線１３９の直列回路への通電の有無によって、ブリッジ部３ｂｂの折れや故障診断用配線１３９の断線などを検出することができる。また、赤外線センサ１００では、上述の検査時や使用時において、ｍ×ｎ個の故障診断用配線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、第１の薄膜構造部３ａの反りや第１の薄膜構造部３ａの半導体基板１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１００では、平面視において、故障診断用配線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。したがって、故障診断用配線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。上述の故障診断用配線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および故障診断用配線１３９は、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（ｎ形不純物がリンの場合には、リンの固溶限である５×１０２０ｃｍ−３）で含んでおり、ｎ形ポリシリコン層３４と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、ｐ形不純物がボロンの場合には、不純物濃度をボロンの固溶限である１×１０２０ｃｍ−３に設定すればよい。本実施形態では、ｎ形ポリシリコン層３４の不純物濃度が５×１０２０ｃｍ−３であり、ｐ形ポリシリコン層３５の不純物濃度が１×１０２０ｃｍ−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および故障診断用配線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、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してもよい。また、赤外線吸収層３９および故障診断用配線１３９は、ｎ形ポリシリコン層３４と同時に形成せずに、不純物濃度を例えば１×１０１８〜１×１０２０ｃｍ−３程度の範囲で適宜設定してもよい。
【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、および故障診断用配線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、および故障診断用配線１３９それぞれの厚さｔ１をλ／４ｎ１に設定するようにしている。しかして、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。なお、本実施形態では、赤外線吸収層３９および故障診断用配線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。
【００４４】
ここで、感温部３０の接続部３６と接続部３７とは、半導体基板１の上記一表面側において、層間絶縁膜５０によって絶縁分離されている（図９および図１０参照）。すなわち、温接点Ｔ１側の接続部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ている。また、冷接点Ｔ２側の接続部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。
【００４５】
また、ＭＯＳトランジスタ４は、上述のように、半導体基板１の上記一表面側においてＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２に形成されている。
【００４６】
ＭＯＳトランジスタ４は、図５および図１２に示すように、半導体基板１の上記一表面側にｐ形（ｐ＋）のウェル領域４１が形成され、ウェル領域４１内に、ｎ形（ｎ＋）のドレイン領域４３とｎ形（ｎ＋）のソース領域４４とが離間して形成されている。さらに、ウェル領域４１内には、ドレイン領域４３とソース領域４４とを囲むｐ形（ｐ＋＋）のチャネルストッパ領域４２が形成されている。
【００４７】
ウェル領域４１においてドレイン領域４３とソース領域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。
【００４８】
また、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、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。
【００４９】
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によって絶縁分離されている。ここで、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を通してソース領域４４と電気的に接続されている。
【００５０】
赤外線センサ１００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に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の電極（以下、グラウンド用電極と称する）４９が形成されている。このグラウンド用電極４９は、チャネルストッパ領域４２をドレイン領域４３およびソース領域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を通してチャネルストッパ領域４２と電気的に接続されている。
【００５１】
上述の赤外線センサ１００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を温める故障診断用配線（自己診断用配線）１３９を備えているので、故障診断用配線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、故障診断用配線１３９は、熱型赤外線検出部３において半導体基板１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、故障診断用配線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。
【００５２】
ここで、赤外線センサ１００は、使用時において自己診断を行わない通常時において、故障診断用配線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、赤外線センサ１００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、赤外線センサ１００の使用時の自己診断は、ＩＣ素子１０２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。
【００５３】
また、赤外線センサ１００は、第１の薄膜構造部３ａが、複数の線状のスリット１３を設けることによって、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を囲む部位である支持部３ｄから内方へ延長された複数の第２の薄膜構造部３ａａに分離され、各第２の薄膜構造部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、全ての第２の薄膜構造部３ａａに跨って故障診断用配線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、赤外線センサ１００では、隣接する第２の薄膜構造部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、各第２の薄膜構造部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。
【００５４】
また、赤外線センサ１００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と故障診断用配線１３９とが同一の厚さに設定されているので、第２の薄膜構造部３ａａの応力バランスの均一性が向上し、第２の薄膜構造部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。
【００５５】
また、赤外線センサ１００は、故障診断用配線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、故障診断用配線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。
【００５６】
また、赤外線センサ１００は、赤外線吸収部３３および故障診断用配線１３９を備えた複数の画素部２が、半導体基板１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それぞれの故障診断用配線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。
【００５７】
また、赤外線センサ１００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、出力用のパッドＶout（図１４参照）の数を少なくでき、小型化および低コスト化を図れる。
【００５８】
ところで、上述の赤外線センサ１００を備えた赤外線センサモジュールの一例を図１５に示す。この赤外線センサモジュールは、赤外線センサ１００と、この赤外線センサ１００の出力信号を信号処理するＩＣ素子１０２と、赤外線センサ１００およびＩＣ素子１０２が収納されたパッケージ１０３とを備えている。
【００５９】
パッケージ１０３は、赤外線センサ１００およびＩＣ素子１０２が実装されたパッケージ本体１０４と、パッケージ本体１０４との間に赤外線センサ１００およびＩＣ素子１０２を囲む形でパッケージ本体１０４に気密的に接合されたパッケージ蓋１０５とで構成されている。
【００６０】
パッケージ本体１０４は、ＩＣ素子１０２と赤外線センサ１００とが横並びで実装されている。一方、パッケージ蓋１０５は、赤外線センサ１００での検知対象の赤外線を透過する機能および導電性を有している。
【００６１】
パッケージ蓋１０５は、パッケージ本体１０４の上記一表面側に覆着されたメタルキャップ１５２と、メタルキャップ１５２において赤外線センサ１００に対応する部位に形成された開口窓１５２ａを閉塞するレンズ１５３とで構成されている。ここにおいて、レンズ１５３が、赤外線を透過する機能を有するとともに、赤外線センサ１００へ赤外線を収束する機能を有している。
【００６２】
ＩＣ素子１０２は、ＡＳＩＣ（：Application Specific ＩＣ）であり、シリコン基板を用いて形成されている。また、ＩＣ素子１０２としてベアチップを用いている。しかして、本実施形態では、ＩＣ素子１０２がベアチップをパッケージングしたものである場合に比べて、パッケージ１０３の小型化を図れる。
【００６３】
ＩＣ素子１０２の回路構成は、赤外線センサ１００の種類などに応じて適宜設計すればよく、例えば、赤外線センサ１００を制御する制御回路、赤外線センサ１００の複数の出力用のパッド８０に電気的に接続された複数の入力用のパッドの出力電圧を増幅する増幅回路、複数の入力用のパッドの出力電圧を択一的に上記増幅回路に入力するマルチプレクサなどを備えた回路構成とすれば、赤外線画像を得ることが可能となる。また、ＩＣ素子１０２は、上述の自己診断回路も備えている。
【００６４】
上述の赤外線センサモジュールは、パッケージ本体１０４とパッケージ蓋１０５とで構成されるパッケージ１０３の内部空間（気密空間）１６５を、ドライ窒素雰囲気としてあるが、これに限らず、例えば、真空雰囲気としてもよい。
【００６５】
パッケージ本体１０４は、絶縁材料からなる基体１０４ａに金属材料からなる配線パターン（図示せず）および電磁シールド層１４４が形成されており、電磁シールド層１４４により電磁シールド機能を有している。一方、パッケージ蓋１０５は、レンズ１５３が導電性を有するとともに、レンズ１５３がメタルキャップ１５２に導電性材料により接合されており、導電性を有している。そして、パッケージ蓋１０５は、パッケージ本体１０４の電磁シールド層１４４と電気的に接続されている。しかして、上述の赤外線センサモジュールでは、パッケージ本体１０４の電磁シールド層１４４とパッケージ蓋１０５とを同電位とすることができる。その結果、パッケージ１０３は、赤外線センサ１００とＩＣ素子１０２と上記配線パターンと後述のボンディングワイヤ（図示せず）と含んで構成されるセンサ回路（図示せず）への外来の電磁ノイズを防止する電磁シールド機能を有している。
【００６６】
パッケージ本体１０４は、赤外線センサ１００およびＩＣ素子１０２が一表面側に実装される平板状のセラミック基板により構成してある。要するに、パッケージ本体１０４は、基体１０４ａが絶縁材料であるセラミックスにより形成されており、配線パターンのうち基体１０４ａの一表面側に形成された部位に、赤外線センサ１００およびＩＣ素子１０２それぞれのパッド（図示せず）が、ボンディングワイヤを介して適宜接続されている。なお、赤外線センサモジュールにおいて、赤外線センサ１００とＩＣ素子１０２とは、ボンディングワイヤなどを介して電気的に接続されている。各ボンディングワイヤとしては、Ａｌワイヤに比べて耐腐食性の高いＡｕワイヤを用いることが好ましい。
【００６７】
上述の赤外線センサモジュールでは、パッケージ本体１０４の絶縁材料としてセラミックスを採用しているので、上記絶縁材料としてエポキシ樹脂などの有機材料を採用する場合に比べて、パッケージ本体１０４の耐湿性および耐熱性を向上させることができる。ここで、絶縁材料のセラミックスとして、アルミナを採用すれば、窒化アルミニウムや炭化珪素などを採用する場合に比べて、上記絶縁材料の熱伝導率が小さく、ＩＣ素子１０２やパッケージ１０３の外部からの熱に起因した赤外線センサ１００の温度上昇を抑制できる。つまり、赤外線センサ１００以外（ＩＣ素子１０２、パッケージ１０３など）からの熱ノイズや外部からの光ノイズを合わせたノイズＮT&E〔Ｖ〕を低減することが可能となる。
【００６８】
また、パッケージ本体１０４は、上述の配線パターンの一部により構成される外部接続電極（図示せず）が、基体１０４ａの他表面と側面とに跨って形成されている。しかして、この赤外線センサモジュールでは、回路基板などへの２次実装後において、回路基板などとの接合部の外観検査を容易に行うことができる。
【００６９】
また、赤外線センサ１００は、パッケージ本体１０４に対して、第１のダイボンド剤（例えば、シリコーン樹脂など）からなる複数の接合部１１５を介して実装されている。また、ＩＣ素子１０２は、パッケージ本体１０４に対して、第２のダイボンド剤（例えば、シリコーン樹脂など）からなる接合部１２５を介して実装されている。各ダイボンド剤としては、低融点ガラスやエポキシ系樹脂やシリコーン系樹脂などの絶縁性接着剤、半田（鉛フリー半田、Ａｕ−Ｓｎ半田など）や銀ペーストなどの導電性接着剤を用いればよい。また、各ダイボンド剤を用いずに、例えば、常温接合法や、Ａｕ−Ｓｎ共晶もしくはＡｕ−Ｓｉ共晶を利用した共晶接合法などにより接合してもよい。
【００７０】
上述の赤外線センサモジュールでは、赤外線センサ１００が、複数の接合部１１５を介してパッケージ本体１０４に実装してあるので、赤外線センサ１００それぞれの裏面の全体が接合部１１５を介してパッケージ本体１０４に接合される場合に比べて、赤外線センサ１００とパッケージ本体１０４との間の空間１１６が断熱部として機能することと、接合部１１５の断面積の低減とにより、パッケージ本体１０４から赤外線センサ１００へ熱が伝達しにくくなる。
【００７１】
この接合部１１５の数は、特に限定するものではないが、赤外線センサ１００の外周形状が矩形状（正方形状ないし長方形状）の場合には、例えば、３つが好ましく、この場合には、赤外線センサ１００の外周形状に基づいて規定した仮想三角形の３つの頂点に対応する３箇所に設けることにより、パッケージ本体１０４への実装時などの温度変化に起因したパッケージ本体１０４の変形が赤外線センサ１００の傾きとして伝わるから、赤外線センサ１００が変形するのを抑制することができ、赤外線センサ１００に生じる応力を低減することが可能となる。なお、上述の赤外線センサモジュールでは、赤外線センサ１００の外周形状が例えば正方形状の場合、赤外線センサ１００の外周の１辺の両端の２箇所と、当該１辺に平行な辺の１箇所（ここでは、中央部）との３箇所に頂点を有する仮想三角形を規定しているが、仮想三角形の頂点の位置は、赤外線センサ１００の外周形状、赤外線センサ１００の各パッド８０へのワイヤボンディング時の接合信頼性（言い換えれば、赤外線センサ１００のパッド８０の位置）を考慮して規定することが好ましい。接合部１１５には、赤外線センサ１００とパッケージ本体１０４との距離を規定するスペーサを混入させてもよく、このようなスペーサを混入させておけば、赤外線センサモジュールの製品間での赤外線センサ１００とパッケージ本体１０４との間の熱絶縁性能のばらつきを低減可能となる。ただし、赤外線センサ１００の裏面全体を、接合部１１５を介してパッケージ本体１０４に接合してもよい。
【００７２】
また、ＩＣ素子１０２は、外周形状が矩形状（正方形状ないし長方形状）であり、裏面全体が接合部１２５を介してパッケージ本体１０４に接合されている。
【００７３】
パッケージ蓋１０５は、パッケージ本体１０４側の一面が開放された箱状に形成され赤外線センサ１００に対応する部位に開口窓１５２ａが形成されたメタルキャップ１５２と、メタルキャップ１５２の開口窓１５２ａを閉塞する形でメタルキャップ１５２に接合されたレンズ１５３とで構成されており、メタルキャップ１５２の上記一面がパッケージ本体１０４により閉塞される形でパッケージ本体１０４に気密的に接合されている。ここで、パッケージ本体１０４の上記一表面の周部には、パッケージ本体１０４の外周形状に沿った枠状の金属パターン１４７（図１５参照）が全周に亘って形成されており、パッケージ蓋１０５とパッケージ本体１０４の金属パターン１４７とは、シーム溶接（抵抗溶接法）により金属接合されており、気密性および電磁シールド効果を高めることができる。なお、パッケージ蓋１０５のメタルキャップ１５２は、コバールにより形成されており、Ｎｉめっきが施されている。また、パッケージ本体１０４の金属パターン１４７は、コバールにより形成され、Ｎｉのめっきが施され、さらにＡｕのめっきが施されている。
【００７４】
パッケージ蓋１０５とパッケージ本体１０４の金属パターン１４７との接合方法は、シーム溶接に限らず、他の溶接（例えば、スポット溶接）や、導電性樹脂により接合してもよい。ここで、導電性樹脂として異方導電性接着剤を用いれば、樹脂（バインダー）中に分散された導電粒子の含有量が少なく、接合時に加熱・加圧を行うことでパッケージ蓋１０５とパッケージ本体１０４との接合部の厚みを薄くできるので、外部からパッケージ１０３内へ水分やガス（例えば、水蒸気、酸素など）が侵入するのを抑制できる。また、導電性樹脂として、酸化バリウム、酸化カルシウムなどの乾燥剤を混入させたものを用いてもよい。
【００７５】
なお、パッケージ本体１０４およびパッケージ蓋１０５の外周形状は矩形状としてあるが、矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。また、パッケージ蓋１０５のメタルキャップ１５２は、パッケージ本体１０４側の端縁から全周に亘って外方に延設された鍔部１５２ｂを備えており、鍔部１５２ｂが全周に亘ってパッケージ本体１０４と接合されている。
【００７６】
レンズ１５３は、平凸型の非球面レンズである。しかして、上述の赤外線センサモジュールでは、レンズ１５３の薄型化を図りながらも、赤外線センサ１００での赤外線の受光効率の向上による高感度化を図れる。また、この赤外線センサモジュールでは、赤外線センサ１００の検知エリアをレンズ１５３により設定することが可能となる。レンズ１５３は、所望のレンズ形状に応じて半導体基板（ここでは、シリコン基板）との接触パターンを設計した陽極を半導体基板の一表面側に半導体基板との接触がオーミック接触となるように形成した後に半導体基板の構成元素の酸化物をエッチング除去する溶液からなる電解液中で半導体基板の他表面側を陽極酸化することで除去部位となる多孔質部を形成してから当該多孔質部を除去することにより形成された半導体レンズ（ここでは、シリコンレンズ）により構成されている。しかして、レンズ１５３は、導電性を有している。なお、この種の陽極酸化技術を応用した半導体レンズの製造方法については、例えば、特許第３８９７０５５号公報、特許第３８９７０５６号公報などに開示されているので、説明を省略する。
【００７７】
上述の赤外線センサモジュールでは、赤外線センサ１００の検知エリアを上述の半導体レンズからなるレンズ１５３により設定することができ、また、レンズ１５３として、球面レンズよりも短焦点で且つ開口径が大きく収差が小さな半導体レンズを採用することができるから、短焦点化により、パッケージ１０３の薄型化を図れる。ここで、赤外線センサモジュールは、赤外線センサ１００の検知対象の赤外線として、人体から放射される１０μｍ付近の波長帯（８μｍ〜１３μｍ）の赤外線を想定しており、レンズ１５３の材料として、ＺｎＳやＧａＡｓなどに比べて環境負荷が少なく且つ、Ｇｅに比べて低コスト化が可能であり、しかも、ＺｎＳに比べて波長分散が小さなＳｉを採用している。
【００７８】
また、レンズ１５３は、メタルキャップ１５２における開口部１５２ａの周部に導電性接着剤（例えば、鉛フリー半田、銀ペーストなど）からなる接合部１５８により固着されている。上述のように、接合部１５８の材料として導電性接着剤を採用することにより、レンズ１５３が、接合部１５８およびメタルキャップ１５２を介してパッケージ本体１０４の電磁シールド層１４４に電気的に接続されるので、電磁ノイズに対するシールド性を高めることができ、外来の電磁ノイズに起因したＳ／Ｎ比の低下を防止することができる。つまり、赤外線センサモジュールは、外来ノイズＮEMS〔Ｖ〕を低減することが可能となる。
【００７９】
上述のレンズ１５３には、赤外線センサ１００での検知対象の赤外線の波長を含む所望の波長域の赤外線を透過し当該波長域以外の赤外線を反射する光学多層膜（多層干渉フィルタ膜）からなるフィルタ部（図示せず）を設けることが好ましい。このようなフィルタ部を設けることにより、所望の波長域以外の不要な波長域の赤外線や可視光をフィルタ部によりカットすることが可能となり、太陽光などによるノイズの発生を抑制することができ、高感度化を図れる。
【００８０】
上述の赤外線センサモジュールでは、上述のようにＩＣ素子１０２としてベアチップを採用しているので、パッケージ蓋１０５が可視光をカットする機能を有するように、メタルキャップ１５２およびレンズ１５３およびフィルタ部の材料を適宜選択することにより、可視光に起因したＩＣ素子１０２の起電力による誤動作を防止することができる。ただし、ベアチップからなるＩＣ素子１０２における少なくともパッケージ蓋１０５側の表面に外部からの光を遮光する樹脂部（図示せず)を設けるようにすれば、ＩＣ素子１０２がベアチップをパッケージングしたものである場合に比べてパッケージ１０３の小型化を図りつつ、可視光に起因したＩＣ素子１０２の起電力による誤動作を防止することができる。
【００８１】
また、この赤外線モジュールでは、パッケージ本体１０４が平板状に形成されているので、パッケージ本体１０４への赤外線センサ１００およびＩＣ素子１０２の実装が容易になるとともに、パッケージ本体１０４の低コスト化が可能となる。また、パッケージ本体１０４が平板状に形成されているので、パッケージ本体１０４を、一面が開放された箱状の形状として、多層セラミック基板により構成し、パッケージ本体１０４の内底面に赤外線センサ１００を実装する場合に比べて、パッケージ本体１０４の上記一表面側に配置される赤外線センサ１００とレンズ１５３との間の距離の精度を高めることができ、より一層の高感度化を図れる。なお、以下では、パッケージ本体１０４において、赤外線センサ１００を実装する領域を第１の領域１４０、ＩＣ素子１０２を実装する領域を第２の領域１４２と称する。
【００８２】
上述の赤外線センサモジュールでは、パッケージ本体１０４において、第１の領域１４０に比べて、第２の領域１４２の厚みを薄くしてある。ここで、パッケージ本体１０４の第２の領域１４２は、基体１０４ａの上記一表面に凹部１０４ｂを設けることにより、第１の領域１４０よりも厚みを薄くしてある。また、パッケージ本体１０４の第２の領域１４２では、電磁シールド層１４４が露出している。
【００８３】
また、パッケージ本体１０４の第２の領域１４２では、金属材料（例えば、Ｃｕなど）からなる複数のビア（サーマルビア）１４５が基体１０４ａの厚み方向に貫設されており、各ビア１４５が電磁シールド層１４４と接して熱結合されている。
【００８４】
ここで、ＩＣ素子１０２は、第２の領域１４２において電磁シールド層１４４に接合部１２５を介して実装されている。しかして、ＩＣ素子１０２で発生した熱を電磁シールド層１４４におけるＩＣ素子１０２の直下の部位およびビア１４５を通してパッケージ１０３の外側へ効率良く放熱させることが可能となる。ここで、電磁シールド層１４４のうち第２の領域１４２に形成された部位が、ＩＣ素子１０２が実装され熱結合される金属部を構成し、各ビア１４５が、第１の領域１４０を避けて形成されてパッケージ１０３の外側に一部が露出する放熱部を構成している。要するに、金属部は、第１の領域１４０を避けて形成されてパッケージ１０３の外側に一部が露出する放熱部と熱結合されている。
【００８５】
上述の赤外線センサモジュールでは、パッケージ本体１０４において、赤外線センサ１００を実装する第１の領域１４０に比べて、ＩＣ素子１０２を実装する第２の領域１４２の厚みよりも薄くしてあるので、ＩＣ素子１０２で発生した熱がパッケージ本体１０４を通る経路で赤外線センサ１００に伝熱されにくくなり、ＩＣ素子１０２の発熱が赤外線センサ１００に与える影響を低減でき、ＩＣ素子１０２の発熱に起因した感度の低下を抑制することが可能となる。
【００８６】
上述のパッケージ本体１０４は、電磁シールド板を内蔵したプリント配線板により構成してもよく、第２の領域１４２で電磁シールド板の一面を露出させ当該電磁シールド板にＩＣ素子１０２を実装するようにしてもよい。この場合には、当該プリント配線板により構成されるパッケージ本体１０４の周部とパッケージ蓋１０５とを、例えば、酸化バリウム、酸化カルシウムなどの乾燥剤を混入させた導電性樹脂や、導電性を有するＢステージのエポキシ樹脂などからなる接合部により気密的に接合すればよい。
【００８７】
以下、赤外線センサ１００の基本的な製造方法について図１６〜図１９を参照して説明する。
【００８８】
まず、シリコン基板からなる半導体基板１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う。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１６（ａ）に示す構造を得る。ここにおいて、第１のシリコン酸化膜３１は、半導体基板１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。
【００８９】
上述の絶縁層パターニング工程の後、半導体基板１の上記一表面側にｐ形（ｐ＋）のウェル領域４１を形成するウェル領域形成工程を行い、続いて、半導体基板１の上記一表面側におけるウェル領域４１内にｐ形（ｐ＋＋）の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１６（ｂ）に示す構造を得る。ここで、ウェル領域形成工程では、まず、半導体基板１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を選択的に形成する。その後、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をパターニングする。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、ウェル領域４１を形成する。要するに、ウェル領域形成工程では、イオン注入法を利用してウェル領域４１を形成する。また、チャネルストッパ領域形成工程では、半導体基板１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を選択的に形成する。その後、ｐ形（ｐ＋＋）の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をパターニングする。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、チャネルストッパ領域４２を形成する。要するに、チャネルストッパ領域形成工程では、イオン注入法を利用して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、半導体基板１の上記一表面側のシリコン酸化膜１ｂを構成している。
【００９０】
上述のチャネルストッパ領域形成工程の後、ＭＯＳトランジスタ４のしきい値電圧（ＶＴ）を制御するためのイオン注入を行うイオン注入工程（以下、ＶＴイオン注入工程とも称する）を実施する。ここにおいて、ＶＴイオン注入工程では、ウェル領域４１と同じ導電形の不純物（例えば、ボロンなどのｐ形不純物）を、所望のしきい値電圧に対応するチャネル濃度に応じてイオン注入する。
【００９１】
ＶＴイオン注入工程の後、ｎ形（ｎ＋）のドレイン領域４３およびｎ形（ｎ＋）のソース領域４４を形成するドレイン領域・ソース領域形成工程を行う。このドレイン領域・ソース領域形成工程では、ウェル領域４１におけるドレイン領域４３およびソース領域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って、ドレイン領域４３およびソース領域４４を形成する。要するに、ドレイン領域・ソース領域形成工程では、イオン注入法を利用してドレイン領域４３およびソース領域４４を形成する。
【００９２】
ドレイン領域・ソース領域形成工程の後、半導体基板１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う。続いて、半導体基板１の上記一表面側の全面にゲート電極４６、水平信号線６（図３参照）、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および故障診断用配線１３９の基礎となる所定膜厚（例えば、０．６９μｍ）のノンドープのポリシリコン層をＬＰＣＶＤ法により形成するポリシリコン層形成工程を行う。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の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および故障診断用配線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う。続いて、上記ノンドープの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（第１の所定部位）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う。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、故障診断用配線１３９、ゲート電極４６および水平信号線６に対応する部分（第２の所定部位）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、故障診断用配線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１７（ａ）に示す構造を得る。なお、ポリシリコン層形成工程でのＬＰＣＶＤ法による上記ノンドープのポリシリコン層の成膜温度は、例えば、７００℃程度に設定すればよく、また、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それぞれにおけるドライブの温度は８００〜９００℃程度の範囲で設定すればよい。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。いずれにしても、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は、イオン注入法を利用するが、この点については後述する。
【００９３】
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、半導体基板１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う。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に各コンタクトホール５０ａ１，５０ａ２，５０ａ３，５０ａ４，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ（図９、図１０、図１２参照）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１７（ｂ）に示す構造を得る。層間絶縁膜形成工程では、半導体基板１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。
【００９４】
上述のコンタクトホール形成工程の後、半導体基板１の上記一表面側の全面に接続部３６，３７、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１４参照）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う。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接続部３６，３７、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１８（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。
【００９５】
上述の金属膜パターニング工程の後、半導体基板１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１８（ｂ）に示す構造を得る。
【００９６】
上述のパッシベーション膜形成工程の後、第１のシリコン酸化膜３１、シリコン窒化膜３２、層間絶縁膜５０、パッシベーション膜６０などを備え、感温部３０などが埋設された積層構造部をパターニングすることにより、第２の薄膜構造部３ａａおよび連結片３ｃ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１９（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、各スリット１３，１４を形成している。
【００９７】
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を露出させる開口部（図示せず）を形成する開口部形成工程を行う。次に、各スリット１３，１４をエッチング液導入孔としてエッチング液を導入し半導体基板１を異方性エッチング（結晶異方性エッチング）することにより半導体基板１に空洞部１１を形成する空洞部形成工程を行うことで、図１９（ｂ）に示す構造の赤外線センサ１００を得る。ここで、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、エッチング液として所定温度（例えば、８５℃）に加熱したＴＭＡＨ溶液を用いているが、エッチング液はＴＭＡＨ溶液に限らず、他のアルカリ系溶液（例えば、ＫＯＨ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１００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、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、ウェル領域４１、チャネルストッパ領域４２、ドレイン領域４３とソース領域４４を形成している。
【００９８】
ところで、本実施形態の赤外線センサの製造方法では、上述のように、サーモパイル３０ａのｐ形ポリシリコン層３５およびｎ形ポリシリコン層３４の形成にあたっては、ｐ形ポリシリコン層３５およびｎ形ポリシリコン層３４の基礎となるノンドープのポリシリコン層を形成した後、上記ポリシリコン層に対してｐ形不純物およびｎ形不純物それぞれを上記ポリシリコン層の互いに異なる所定部位にイオン注入してｐ形ポリシリコン層３５およびｎ形ポリシリコン層３４を形成するようにしている。
【００９９】
ここにおいて、不純物（ｐ形不純物あるいはｎ形不純物）のドーピング濃度と熱電要素（第１の熱電要素であるｐ形ポリシリコン層３５あるいは第２の熱電要素であるｎ形ポリシリコン層３４）の抵抗とは、図１（ｂ）の模式図に示すような関係にあり、ドーピング濃度が高くなるにつれて熱電要素の抵抗が高くなるが、ドーピング濃度が固溶限を超えると熱電要素の抵抗は略一定値となる。ここで、ｐ形不純物としてボロンを採用する場合の固溶限は１×１０２０ｃｍ−３、ｎ形不純物としてリンを採用する場合の固溶限は５×１０２０ｃｍ−３である。
【０１００】
しかしながら、上記特許文献１のように、ｐ形ポリシリコン層３５’（図２０参照）のｐ形不純物（例えば、ボロン）の濃度およびｎ形ポリシリコン層３４’（図２０参照）のｎ形不純物（例えば、リン）の濃度それぞれを、１０１８〜１０２０ｃｍ−３とした場合、ロット間やウェハ間でｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５の抵抗がばらつきやすい。
【０１０１】
これに対して、本実施形態では、ｐ形ポリシリコン層３５を形成するためのｐ形不純物のイオン注入を行う際のイオン注入量を、ｐ形ポリシリコン層３５のドーピング濃度が固溶限となるイオン注入量よりも高く設定し、かつ、ｎ形ポリシリコン層３４を形成するためのｎ形不純物のイオン注入を行う際のイオン注入量を、ｎ形ポリシリコン層３４のドーピング濃度が当該ドーピング濃度の固溶限となるイオン注入量よりも高く設定するようにしている。例えば、ｐ形不純物としてボロンを採用する場合の固溶限は１×１０２０ｃｍ−３、ｎ形不純物としてリンを採用する場合の固溶限は５×１０２０ｃｍ−３なので、前者の場合のイオン注入量は、ドーピング濃度が１×１０２０ｃｍ−３となるイオン注入量（ドーズ量）よりも高く設定し、後者の場合のイオン注入量は、ドーピング濃度が５×１０２０ｃｍ−３となるイオン注入量（ドーズ量）よりも高く設定すればよい。
【０１０２】
しかして、本実施形態の赤外線センサ１００の製造方法では、サーモパイル３０ａの抵抗のばらつきを小さくすることが可能となり、画素部２間、ロット間およびウェハ間で赤外線センサ１００の感温部３０の抵抗のばらつきを低減することが可能となるから、赤外線センサモジュールの温度分解能のばらつきを小さくすることが可能となる。
【０１０３】
（実施形態２）
本実施形態における赤外線センサ１００の基本構成および基本的な製造方法は実施形態１と同じなので、図示を省略する。
【０１０４】
ところで、上述のポリシリコン層形成工程では、ＬＰＣＶＤ法によりノンドープのポリシリコン層を形成する際の成膜温度が７００℃程度であり、ポリシリコン層を構成している多数の結晶粒の粒径である結晶粒径が比較的小さいので、ポリシリコン層形成工程よりも後の製造工程においてプロセス温度が７００℃よりも高く熱処理時間の比較的短い工程（例えば、上述のｐ形ポリシリコン層形成工程における９００℃、１時間のドライブやｎ形ポリシリコン層形成工程における９００℃、１時間のドライブなど）があると、その工程において結晶粒径が変化し、ロット間やウェハ間でｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５の抵抗がばらつきやすい。
【０１０５】
これに対して、本実施形態の赤外線センサ１００の製造方法において、ｐ形ポリシリコン層３５およびｎ形ポリシリコン層３４の基礎となるノンドープのポリシリコン層をＬＰＣＶＤ法により成膜した後、ポリシリコン層に対してｐ形不純物およびｎ形不純物それぞれをポリシリコン層の互いに異なる所定部位にイオン注入する前に、ポリシリコン層の結晶粒径を大きくさせて以後の製造工程での結晶粒径の変化を抑制可能な熱処理条件でポリシリコン層のアニールを行う。この熱処理条件としては、例えば、熱処理温度を１１００℃、熱処理時間を６時間とすればよい。
【０１０６】
しかして、本実施形態の赤外線センサ１００の製造方法では、ノンドープのポリシリコン層にイオン注入した後の製造工程での熱処理により結晶粒径が変化するのを抑制することが可能となるから、サーモパイル３０ａの抵抗のばらつきを小さくすることが可能となり、画素部２間、ロット間およびウェハ間で赤外線センサ１００の感温部３０の抵抗のばらつきを低減することが可能となるから、赤外線センサモジュールの温度分解能のばらつきを小さくすることが可能となる。
【０１０７】
また、実施形態１の赤外線センサ１００の製造方法において、本実施形態で説明した熱処理条件でのポリシリコン層のアニールを行うようにしてもよく、サーモパイル３０ａの抵抗のばらつきをより小さくすることが可能となる。
【０１０８】
上述の各実施形態における赤外線センサ１００では、半導体基板１として上記一表面が（１００）面の単結晶の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、半導体基板１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、半導体基板１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。
【０１０９】
また、赤外線センサ１００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チップである必要はなく、少なくとも１つの熱型赤外線検出部３を備えたものであればよい。また、半導体基板１における空洞部１１は、半導体基板１の厚み方向に貫通する形で形成してもよく、この場合は、空洞部１１を形成する空洞部形成工程において、半導体基板１の上記一表面とは反対の他表面側から、半導体基板１における空洞部１１の形成予定領域を、例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のドライエッチング装置を用いた異方性エッチング技術を利用して形成すればよい。
【符号の説明】
【０１１０】
１ 半導体基板
３ 熱型赤外線検出部
３０ 感温部
３０ａ サーモパイル
３４ ｎ形ポリシリコン層
３５ ｐ形ポリシリコン層
１００ 赤外線センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、サーモパイルにより構成される感温部を具備し半導体基板の一表面側に形成されて前記半導体基板に支持された熱型赤外線検出部とを備え、サーモパイルの熱電対の２種類の熱電要素が、ｐ形ポリシリコン層とｎ形ポリシリコン層とである赤外線センサの製造方法であって、前記サーモパイルの前記ｐ形ポリシリコン層および前記ｎ形ポリシリコン層の形成にあたっては、前記ｐ形ポリシリコン層および前記ｎ形ポリシリコン層の基礎となるノンドープのポリシリコン層を形成した後、前記ポリシリコン層に対してｐ形不純物およびｎ形不純物それぞれを前記ポリシリコン層の互いに異なる所定部位にイオン注入して前記ｐ形ポリシリコン層および前記ｎ形ポリシリコン層を形成するようにし、前記ｐ形ポリシリコン層を形成するための前記ｐ形不純物のイオン注入を行う際のイオン注入量を、前記ｐ形ポリシリコン層のドーピング濃度が固溶限となるイオン注入量よりも高く設定し、かつ、前記ｎ形ポリシリコン層を形成するための前記ｎ形不純物のイオン注入を行う際のイオン注入量を、前記ｎ形ポリシリコン層のドーピング濃度が固溶限となるイオン注入量よりも高く設定することを特徴とする赤外線センサの製造方法。
【請求項２】
半導体基板と、サーモパイルにより構成される感温部を具備し半導体基板の一表面側に形成されて前記半導体基板に支持された熱型赤外線検出部とを備え、サーモパイルの熱電対の２種類の熱電要素が、ｐ形ポリシリコン層とｎ形ポリシリコン層とである赤外線センサの製造方法であって、前記サーモパイルの前記ｐ形ポリシリコン層および前記ｎ形ポリシリコン層の形成にあたっては、前記ｐ形ポリシリコン層および前記ｎ形ポリシリコン層の基礎となるノンドープのポリシリコン層を成膜した後、前記ポリシリコン層に対してｐ形不純物およびｎ形不純物それぞれを前記ポリシリコン層の互いに異なる所定部位にイオン注入する前に、前記ポリシリコン層の結晶粒径を大きくさせて以後の製造工程での前記結晶粒径の変化を抑制可能な熱処理条件で前記ポリシリコン層のアニールを行うことを特徴とする赤外線センサの製造方法。
【請求項１】
半導体基板と、サーモパイルにより構成される感温部を具備し半導体基板の一表面側に形成されて前記半導体基板に支持された熱型赤外線検出部とを備え、サーモパイルの熱電対の２種類の熱電要素が、ｐ形ポリシリコン層とｎ形ポリシリコン層とである赤外線センサの製造方法であって、前記サーモパイルの前記ｐ形ポリシリコン層および前記ｎ形ポリシリコン層の形成にあたっては、前記ｐ形ポリシリコン層および前記ｎ形ポリシリコン層の基礎となるノンドープのポリシリコン層を形成した後、前記ポリシリコン層に対してｐ形不純物およびｎ形不純物それぞれを前記ポリシリコン層の互いに異なる所定部位にイオン注入して前記ｐ形ポリシリコン層および前記ｎ形ポリシリコン層を形成するようにし、前記ｐ形ポリシリコン層を形成するための前記ｐ形不純物のイオン注入を行う際のイオン注入量を、前記ｐ形ポリシリコン層のドーピング濃度が固溶限となるイオン注入量よりも高く設定し、かつ、前記ｎ形ポリシリコン層を形成するための前記ｎ形不純物のイオン注入を行う際のイオン注入量を、前記ｎ形ポリシリコン層のドーピング濃度が固溶限となるイオン注入量よりも高く設定することを特徴とする赤外線センサの製造方法。
【請求項２】
半導体基板と、サーモパイルにより構成される感温部を具備し半導体基板の一表面側に形成されて前記半導体基板に支持された熱型赤外線検出部とを備え、サーモパイルの熱電対の２種類の熱電要素が、ｐ形ポリシリコン層とｎ形ポリシリコン層とである赤外線センサの製造方法であって、前記サーモパイルの前記ｐ形ポリシリコン層および前記ｎ形ポリシリコン層の形成にあたっては、前記ｐ形ポリシリコン層および前記ｎ形ポリシリコン層の基礎となるノンドープのポリシリコン層を成膜した後、前記ポリシリコン層に対してｐ形不純物およびｎ形不純物それぞれを前記ポリシリコン層の互いに異なる所定部位にイオン注入する前に、前記ポリシリコン層の結晶粒径を大きくさせて以後の製造工程での前記結晶粒径の変化を抑制可能な熱処理条件で前記ポリシリコン層のアニールを行うことを特徴とする赤外線センサの製造方法。
【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１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【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１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１２−３７３９４（Ｐ２０１２−３７３９４Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７８０９４（Ｐ２０１０−１７８０９４）
【出願日】平成２２年８月６日（２０１０．８．６）
【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２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月６日（２０１０．８．６）
【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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