赤外線検出素子およびその製造方法
【課題】 梁部の幅を狭くすることによって素子特性を向上させ得る赤外線検出素子を提供する。
【解決手段】 赤外線検出素子は、半導体基板上に空隙を介して形成された熱電変換部を有する赤外線検出部と、半導体基板上に空隙を介して形成されかつ赤外線検出部を支持しかつ赤外線検出部および半導体基板間の電気的接続をなす梁部と、を有する赤外線検出素子であって、梁部は絶縁材料膜を有しかつ絶縁材料膜から梁部の側面に露出した導電性材料層を有する。
【解決手段】 赤外線検出素子は、半導体基板上に空隙を介して形成された熱電変換部を有する赤外線検出部と、半導体基板上に空隙を介して形成されかつ赤外線検出部を支持しかつ赤外線検出部および半導体基板間の電気的接続をなす梁部と、を有する赤外線検出素子であって、梁部は絶縁材料膜を有しかつ絶縁材料膜から梁部の側面に露出した導電性材料層を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は赤外線検出素子およびその製造方法に関し、特に、熱型の赤外線検出素子構造のうち梁部の配線構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の赤外線検出素子は、赤外線吸収に伴う電子のバンド間遷移を用いており、量子型と呼ばれている。その検出感度向上のためには、液体窒素温度以下に冷却し、熱雑音を除去した状態で動作させる必要があった。このため、量子型の赤外線検出素子では、本質的にスターリングクーラー等の冷却機を備える必要があり、大型かつ非常に高価である。加えてメンテナンスも煩雑であることから、研究用を除くと軍事技術分野への応用が中心であった。
【０００３】
近年になって、軍事技術の民間への開放という形で、非冷却型（熱型）と呼ばれる全く新しいタイプの赤外線検出素子が市場公開されて以来、冷却機を不要とするこの熱型の赤外線検出素子の研究、開発が盛んに行われるようになった。この熱型の赤外線検出素子の動作原理は、赤外線を赤外線検出素子の赤外線検出部に吸収させ、熱に変換し、熱電変換部により、その温度変化を検知する。
【０００４】
この温度変化を電気信号に変換する方式には数種類が報告されており、検出部の温度変化を電気抵抗の変化として検出する抵抗ボロメータ方式、温度変化に伴う結晶格子の歪によって発生する自発分極の変化を検出する焦電方式、シリコンｐｎダイオードの電流・電圧特性の温度依存性を検出するダイオード方式、２箇所の接点間の温度差に応じて発生する起電力を検出するサーモパイル方式等がよく知られている。
【０００５】
すべての熱型の赤外線検出素子に共通する特徴として、赤外線検出素子の赤外線検出部の温度変化を電気信号に変換するため、吸収した赤外線による熱エネルギーが、赤外線検出部周りの基板に逃げないようにする工夫が感度維持と向上のため必須である。
【０００６】
今、赤外線検出部に入射する赤外線パワーをＰｉｎ、赤外線検出部から出る放射パワーをＰｏｕｔ、赤外線検出部温度をＴｄ、棊板温度をＴｓｕｂとし、赤外線検出部と基板との間の熱コンダクタンスをＧとすると、赤外線検出部から基板へ入射パワーの流出はそれらの温度差に比例し、Ｇ（Ｔｄ−Ｔｓｕｂ）・・・（係数１）で与えられる。従って、保存則の関係から、Ｐｉｎ＝Ｐｏｕｔ＋Ｇ（Ｔｄ−Ｔｓｕｂ）・・・（式２）が成り立つ。赤外線検出部温度と基板温度が等しくなる（Ｔｄ＝Ｔｓｕｂ）まで熱流の流れが生じる。今、入射パワーが△Ｐｉｎ変化したとき、赤外線検出部の温度が△Ｔｄだけ変化したとすると、Ｐｉｎ＋△Ｐｉｎ＝Ｐｏｕｔ＋△Ｐｏｕｔ＋Ｇ（Ｔｄ＋△Ｔｄ−Ｔｓｕｂ）・・・（式３）であり、△Ｐｏｕｔ＜＜Ｇ△Ｔｄとすると、式２および式３から、△Ｔｄ＝△Ｐｉｎ／Ｇ・・・（式４）の関係が得られる。すなわち、赤外線検出部の温度変化量は、赤外線検出部と基板間の熱コンダクタンスＧに反比例する。
【０００７】
つまり、熱型の赤外線検出素子の感度を向上させるためには、赤外線検出部と基板との熱分離が本質的に必要であり、両者の間の熱コンダクタンスを小さくすることが非常に重要である。
【０００８】
この熱分離実現のため、図１および図２に示すように、赤外線検出部１４０と基板１との界面に空隙２００を設け、空隙２００上にて赤外線検出部を基板から支持すると同時に赤外線検出部の電気信号を基板側に取り出す金属配線３１、３２を含む支持脚（梁部ともいう）２１、２２を設けたダイアフラム構造が熱型共通の基本構造となっている（特許文献１および２並びに非特許文献１２参照）。
【特許文献１】再公表ＷＯ９９／３１４７１（特願２０００−５３９３２５）
【特許文献２】特開２００１−２６７５４２
【非特許文献１】ＳＰＩＥ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ＸＸＶ， ｖｏｌ ３６９８，Ｐ５５６−５６４，１９９９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述のように、熱コンダクタンスを小さくするための梁部構造の選択枝としては、梁部を長くすること、梁部を細くすること等が考えられる。梁部を長くする場合、単純に図１の梁部２１、２２を複数回折り返す構造になり、赤外線検出部１４０の面積を小さくしなければならなくなる。このため、赤外線検出部１４０の面積を維持しつつ熱コンダクタンスを小さくするためには、梁部２１、２２を細くする方法がより効果的である。しかしながら、特許文献１や、非特許文献１によると、以下に述べるように、梁部をあまり細くできないという技術的課題が生じる。
【００１０】
図３は、特許文献１や非特許文献１の記載から類推される梁部２１の断面構造（図１のＸ−Ｙ線で切断した箇所の展開断面）を示す。特許文献１開示技術ではＳＯＩ（Silicon On Insulator）半導体基板１が用いられており、基板１内に埋め込まれた埋込シリコン酸化膜３００上のシリコン膜３１０からパターンニングされた金属配線となるべき部分のシリコン膜３１０上に金属シリサイド３２５を介して金属配線３３５が形成されている。シリコン膜３１０、金属シリサイド３２５および金属配線３３５の積層体である配線は層間絶縁膜３４０やシリコン酸化膜３２０や埋込シリコン酸化膜３００などのＳｉＯ２などの保護膜によって全体が覆われて梁部２１が構成されている。
【００１１】
特許文献１の製造方法に従えば、梁部２１は、以下の図４〜図９の説明のように形成される。
【００１２】
図４に示すように、ＳＯＩ基板１の最表面のシリコン単結晶層を、所望の金属配線パターンに対応してシリコン膜３１０が残るように酸化して、分離膜としてシリコン酸化膜ＳｉＯ２を形成する。
【００１３】
次に、シリコン膜３１０およびシリコン酸化膜ＳｉＯ２上にシリコン酸化膜３２０を形成後、図５に示すように、フォトリソグラフィ／エッチング技術を用いて行い、シリコン酸化膜３２０に所望の金属配線パターンに対応する開口を形成して、シリコン膜３１０表面を露出させる（シリサイド形成すべき部分のパターン加工）。
【００１４】
次に、シリサイド化させる金属膜を、露出シリコン膜３１０表面およびシリコン酸化膜３２０上に形成後、急速加熱法等により金属シリサイドを形成させる。シリサイド化していない未反応の金属膜は、王水で除去することで、シリコン酸化膜３２０の開口で画定された図６に示す金属シリサイド３２５を形成する。
【００１５】
さらにこの後、シリコン酸化膜３２０および露出金属シリサイド３２５上に所定の配線金属膜を形成した後、フォトリソグラフィ／エッチング技術を用いて金属膜を加工し、図７に示す所望の金属配線パターンの金属配線３３５を形成する。
【００１６】
この後、図８に示すように、シリコン酸化膜３２０および金属配線３３５上に保護層として酸化シリコンなどの層間絶縁膜３４０を形成する。
【００１７】
この後、図９に示すように、シリコンエッチングを行う際にエッチャントを供給するエッチング窓Ｗｄを、層間絶縁膜３４０、シリコン酸化膜３２０および埋込シリコン酸化膜３００を貫いて形成する。エッチング窓Ｗｄにより赤外線検出部と基板との間隙が画定される。このエッチング窓Ｗｄを形成するためのレジスト露光工程は、一般的には、厳しいマスク合わせ精度を要求する。
【００１８】
最終的に、エッチング窓Ｗｄを介したシリコンエッチングを含むフォトリソグラフィ／エッチング工程を行い梁部２１、２２の形状を作り込み、図３の空隙２００で隔てた赤外線検出部および基板の構造が完成する。ここまでの工程で合計３回のフォトリソグラフィ／エッチング工程が必要になる。
【００１９】
今、図１０に示すように、梁部２１の幅をＬ１、金属シリサイド３２５の幅をＬ２、シリサイド反応を起させる形成領域幅（開口）をＬ３とすると、Ｌ１＞Ｌ２＝Ｌ３の関係が成り立つ。すなわち、梁部幅Ｌ１は、シリサイド領域幅Ｌ３（＝Ｌ２）よりも、フォトリソ工程における合わせ誤差分の２倍（両側分）以上に幅広く設計する必要がある。なぜなら、梁部幅がそれ以下の場合、梁部形状エッチングの際、端部がシリサイド領域にかかる危険があり、シリサイド領域がエッチング除去された場合には、配線抵抗のばらつきを引き起こし、赤外線検出素子の性能を著しく低下させてしまう。さらに、参考特許の場合には、金属シリサイド上に金属配線を形成しているため、梁部幅はこの金属配線幅に加えて例えば合わせ誤差の２倍以上に広くしなければならない。
【００２０】
１例として、デザインルール０．３５μｍ程度を用いた設計の場合、シリサイド幅を０．８μｍとし、片側の合わせ誤差を０．３μｍと仮定すると、金属配線幅は１．４μｍ、梁部幅２．０μｍまでしか細線化できないことになる。言い換えると梁部幅をある値Ｌに固定した場合、シリサイド幅は、Ｌ２ｘ０．３以下にしなければならず、電気抵抗の観点から、従来技術では、金属配線を追加して低抵抗化する必要があったと考えられる。
【００２１】
このように、梁部内に金属シリサイドを形成し配線層を金属シリサイド上に形成するため、それらの合わせずれを考慮するための梁部幅マージンを確保しなければならず、従来から、梁部の幅を狭くすることが困難であった。また、梁部上の配線については配線層と金属シリサイドとを形成するため、従来技術では工程数が多かった。
【００２２】
そこで本発明は、以上の従来の技術問題に鑑みて考案されたものであり、工程数を抑え、梁部の幅をより狭くすることによって素子特性を向上させ得る赤外線検出素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明による赤外線検出素子は、半導体基板上に空隙を介して形成された熱電変換部を有する赤外線検出部と、
前記半導体基板上に空隙を介して形成されかつ前記赤外線検出部を支持しかつ前記赤外線検出部および前記半導体基板間の電気的接続をなす梁部と、
を有する赤外線検出素子であって、
前記梁部は絶縁材料膜を有しかつ前記絶縁材料膜から前記梁部の側面に露出した導電性材料層を有することを特徴とする。
【００２４】
本発明による赤外線検出素子においては、前記導電性材料層は、シリコン層と金属シリサイド層の積層構造からなることとすることができる。
【００２５】
本発明による赤外線検出素子においては、前記導電性材料層は、金属シリサイド層の単一層からなることとすることができる。
【００２６】
本発明による赤外線検出素子においては、前記導電性材料層は、金属層からなることとすることができる。
【００２７】
本発明による赤外線検出素子においては、前記導電性材料層は、金属層の単一層からなることとすることができる。
【００２８】
本発明による赤外線検出素子においては、前記導電性材料層は、複数の金属層の積層構造からなることとすることができる。
【００２９】
本発明による赤外線検出素子においては、前記金属層は、金属シリサイド層上に積層されていることとすることができる。
【００３０】
本発明による赤外線検出素子においては、前記金属層は、シリコン層に積層された金属シリサイド層上に積層されていることとすることができる。
【００３１】
本発明による赤外線検出素子においては、前記シリコン層が、単結晶シリコン膜、あるいはポリシリコン膜であることとすることができる。
【００３２】
本発明による赤外線検出素子においては、前記金属シリサイド膜の金属成分として、Ｐｔ，Ｔｉ，Ｗ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｍｏ，Ｍｎ，およびＣｒの少なくとも１つを含むこととすることができる。
【００３３】
本発明による赤外線検出素子においては、前記赤外線検出部に赤外線吸収膜が接合されていることとすることができる。
【００３４】
本発明による赤外線検出素子の製造方法は、半導体基板上に空隙を介して形成された熱電変換部を有する赤外線検出部と、前記半導体基板上に空隙を介して形成されかつ前記赤外線検出部を支持しかつ前記赤外線検出部および前記半導体基板間の電気的接続をなす梁部と、を有する赤外線検出素子の製造方法であって、
半導体基板上に、熱電変換部を有する赤外線検出部を形成する工程と、
前記赤外線検出部および前記半導体基板間の電気的接続をなす導電性材料層を形成する工程と、
前記赤外線検出部および前記導電性材料層を覆う絶縁材料膜を形成する工程と、
前記絶縁材料膜および前記導電性材料層の一部を一括除去して、前記導電性材料層がその側面に露出した梁部を形成する工程と、
前記梁部の側面に露出した導電性材料層を覆う犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層の一部を除去して、前記半導体基板を露出させる工程と、
前記半導体基板を露出させた領域から前記半導体基板をエッチング除去して、前記熱電変換部および前記導電性材料層とその周囲の前記絶縁材料膜との下方に空隙を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００３５】
本発明による赤外線検出素子の製造方法においては、前記梁部を形成する工程において、前記導電性材料層および前記梁部の幅が同一となるように前記絶縁材料膜および前記導電性材料層の一部がエッチング除去されることとすることができる。
【００３６】
本発明による赤外線検出素子の製造方法においては、前記導電性材料層および前記絶縁材料膜が熱酸化、熱ＣＶＤ、あるいはプラズマＣＶＤ法により形成されたこととすることができる。
【００３７】
本発明による赤外線検出素子の製造方法においては、前記犠牲層を形成する工程において、前記犠牲層を加工して前記赤外線検出部を露出させ、前記赤外線検出部および前記犠牲層の表面に赤外線吸収膜を成膜して、前記赤外線吸収膜を前記赤外線検出部に接合する工程を含むこととすることができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、梁部形状加工の際に金属シリサイド層などの導電性材料層も一括加工するため、従来の課題にあったフォトリソグラフィ／エッチング工程における合わせ誤差を完全に取り除くことができる。このため、梁部幅を従来構造の半分以下にすることが可能になる。
【００３９】
また、本発明によれば、梁部幅まで金属シリサイド層などの導電性材料層を広げることができるため、低抵抗化することが可能となり、従来技術で必要とされた金属配線層が不要となり、工程の簡略化、費用の低減が可能になる。なお、低抵抗化のために金属配線層を積層してもよいことは言うまでもない。
【００４０】
さらに、本発明によれば、導電性材料層、特に金属シリサイドの線幅を細線化していくと、熱処理による金属の凝集不良が発生し易くなるが、本発明では、シリサイド領域を梁部幅よりも広域に形成可能なため、製造上の凝集不良に対しても対策効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
本発明による実施形態の赤外線検出素子について添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００４２】
図１１は本実施形態の赤外線検出素子の拡大部分断面図、特に、梁部２１の断面構造（図１のＸ−Ｙ線で切断した箇所の展開断面に相当する）を示す。梁部２１は、ＳＯＩ基板１をＳＯＩ基板１内に埋め込まれた埋込シリコン酸化膜４００上にて、シリコン膜４１０とその上の金属シリサイド４１５との積層体である配線、並びにその上のシリコン窒化膜４２０（保護膜）によって梁部２１が構成されている。この場合の本実施形態における従来構造との最大の相違点は、従来方法ではシリサイド領域が後の梁部形状の内側に存在するのに対して、本発明では、その外側両側まで延在し露出する点である。
【００４３】
梁部２１は、以下の図１２〜図１７の説明する概略順序で形成され、図１２〜図１７は本実施形態に係る赤外線検出素子の製造工程の手順を示す部分断面図である。
【００４４】
まず、基板１内に埋め込まれた埋込シリコン酸化膜４００上にシリコン膜４１０が一様に形成されているＳＯＩ基板１を用意する。図１２に示すように、かかるシリコン膜４１０から赤外線検出部１４０を作成するとともに、ＳＯＩ基板の埋め込み酸化シリコン膜を保護絶縁部４００とする。また同時に、所望の金属配線パターンに対応してシリコン膜４１０が残るようにパターニングする。すなわち、ＳＯＩ基板１の最表面のシリコン単結晶層を、赤外線検出部および金属配線パターン以外のパターンで、酸化して保護絶縁部４００ａとして形成し、赤外線検出部と保護絶縁部４００を互いに隣接して形成する。赤外線検出部１４０は熱電変換部を備え、例えば単結晶シリコンを材料とするｐｎダイオード列（図示せず）として作成する。赤外線検出部に隣接して形成される保護絶縁部４００ａは素子分離領域として作用される。この酸化シリコンの保護絶縁部４００ａの領域には後の空隙形成用のエッチング窓を含めるように形成される。
【００４５】
次に、配線のために残したシリコン膜４１０の上に金属シリサイド４１５を形成して支持配線部を形成する。ここでは、シリサイドを形成するための金属膜を形成した後、急速加熱法等により、金属シリサイド４１５を形成する。
【００４６】
その後に未反応の金属膜を除去するためのウエットエッチングを行った後、保護層として、図１３に示すように、シリコン酸化膜あるいは、シリコン窒化膜４２０を形成する。本実施例では、シリコン膜４１０の上層部のみを部分的にシリサイド化しているが、シリコン膜を残さずシリコン膜全体を完全にシリサイド化させてもよい。金属シリサイド膜の金属成分として、Ｐｔ，Ｔｉ，Ｗ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｍｏ，Ｍｎ，およびＣｒの少なくとも１つが挙げられる。
【００４７】
次に、図１４に示すように、梁部を画定するために、シリコン窒化膜４２０、金属シリサイド４１５、シリコン膜４１０および保護絶縁部４００まで、例えばＲＩＥ等の異方性エッチングによって基板１に達する梁部形成用の貫通孔２４を形成し、半導体基板１の表面を露出させる。この工程により、赤外線検出部１４０が形成される領域と、梁部２１が形成される領域とが互いに分離して形成される。
【００４８】
このように、梁部形状を形成するフォトリソグラフィ／エッチングを行うことで、図1４の梁部構造を一括して形成することができる。
【００４９】
本実施形態の最大の特徴は、シリコン窒化膜４２０、金属シリサイド４１５、シリコン膜４１０、埋込シリコン酸化膜４００を１つのフォトマスクで一括加工する点である。このため、レイアウト上の特徴は、シリサイド形成領域幅は従来よりも広く、梁部形状加工後にはシリサイド幅が梁部幅と一致している。
【００５０】
次に、図１５に示すように、貫通孔２４の内側壁を含めて、基板上面全体に絶縁材料からなる犠牲層４３０を形成する。なお、犠牲層４３０の上面を加工して、後の赤外線検出部に接合される反射膜や赤外線吸収膜（図示せず）を順に形成することができる。
【００５１】
次に、図１６に示すように、犠牲層４３０など（シリコン窒化膜４２０、保護絶縁部４００ａおよび埋込シリコン酸化膜４００）の一部をエッチング除去して基板１に達するトレンチを形成し、エッチング窓Ｗｄを形成する。
【００５２】
そして、図１７に示すように、エッチング窓の底面に接する半導体基板１を徐々にエッチングし、空隙２００を形成する。湿式エッチングの場合は赤外線検出部１４０周りの梁部領域を囲むように予め深いエッチングストッパ（図示せず）を基板１内部に埋設しておく。ガスエッチングの場合、エッチング形状はエッチング窓Ｗｄ近傍の接合柱直下で最も深く端部になるに従って浅くなるので浅いエッチングストッパ（図示せず）を形成する。
【００５３】
次に、犠牲層４３０を例えばドライエッチングにより除去し、図１１に示す構造の赤外線検出素子が得られる。
【００５４】
図１８に、本実施形態の赤外線固体撮像素子（赤外線吸収部を除く）の画素を示す概略部分切欠斜視図を示す。赤外線検出素子は、半導体基板１上に空隙２００を介して形成された熱電変換部（例えば埋込シリコン酸化膜４００上のｐｎダイオード列１４０ａ）を有する赤外線検出部１４０と、半導体基板１上に空隙２００を介して形成されかつ赤外線検出部１４０を支持しかつ赤外線検出部１４０および半導体基板１間の電気的接続をなす梁部２１、２２と、を有する。梁部２１、２２は絶縁材料膜（例えばシリコン窒化膜４２０）を有しかつ絶縁材料膜から梁部２１、２２の側面に露出した導電性材料層（例えばシリコン膜４１０とその上の金属シリサイド４１５の積層構造）を有している。
【００５５】
本実施形態では、空隙形成用のエッチング窓の形成位置が多少ずれても、梁形成する際のマスク合わせよりも精度がそれほど要求されず、製造工程の簡略化と歩留まり向上が図れる。
【００５６】
なお、本発明では赤外線検出方法として、熱電変換部にｐｎダイオードを用いているが、本発明はその梁部の構造および製造方法に関するものであり、その検出部の熱電変換方式が他の抵抗ボロメータ方式や焦電方式等であってもよく、基板も必ずしもＳＯＩ基板を用いる必要はない。本発明では、埋込シリコン酸化膜上のシリコン膜に金属シリサイド層を形成したが、例えば、シリコン酸化膜上のポリシリコンに金属シリサイドを形成する構造および製造方法でも、同様の効果を得ることが可能である。すなわち、本発明は、梁部に形成されるシリサイドに替えて従来の金属配線を形成した場合であっても実施が可能である。上記実施形態では梁部に形成される導電性材料が金属シリサイド単層で構成したが、金属シリサイド層上に金属膜を積層して、複数層の多層支持配線部としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】赤外線吸収部を除いた従来の赤外線固体撮像素子の画素を示す平面図である。
【図２】他の従来の赤外線吸収構造を備えたＳＯＩダイオードの赤外線検出素子構造を示す断面図である。
【図３】図１のＸ−Ｙ線で切断した箇所の部分断面図である。
【図４】従来の赤外線固体撮像素子の製造工程におけるＳＯＩ基板の部分断面図である。
【図５】従来の赤外線固体撮像素子の製造工程におけるＳＯＩ基板の部分断面図である。
【図６】従来の赤外線固体撮像素子の製造工程におけるＳＯＩ基板の部分断面図である。
【図７】従来の赤外線固体撮像素子の製造工程におけるＳＯＩ基板の部分断面図である。
【図８】従来の赤外線固体撮像素子の製造工程におけるＳＯＩ基板の部分断面図である。
【図９】従来の赤外線固体撮像素子の製造工程におけるＳＯＩ基板の部分断面図である。
【図１０】従来の赤外線固体撮像素子における梁部の部分断面図である。
【図１１】本実施形態の赤外線検出素子の部分断面図である。
【図１２】本実施形態の赤外線検出素子の製造工程におけるＳＯＩ基板の部分断面図である。
【図１３】本実施形態の赤外線検出素子の製造工程におけるＳＯＩ基板の部分断面図である。
【図１４】本実施形態の赤外線検出素子の製造工程におけるＳＯＩ基板の部分断面図である。
【図１５】本実施形態の赤外線検出素子の製造工程におけるＳＯＩ基板の部分断面図である。
【図１６】本実施形態の赤外線検出素子の製造工程におけるＳＯＩ基板の部分断面図である。
【図１７】本実施形態の赤外線検出素子の製造工程におけるＳＯＩ基板の部分断面図である。
【図１８】本実施形態の赤外線固体撮像素子（赤外線吸収部を除く）の画素を示す概略部分切欠斜視図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ ＳＯＩ基板
２１、２２ 梁部
２４ 梁部形成用の貫通孔
１４０ 赤外線検出部
２００ 空隙
３００ 埋込シリコン酸化膜
３１０ シリコン膜
３２０ シリコン酸化膜
３２５ 金属シリサイド
３３５ 金属配線
３４０ 層間絶縁膜
４００ａ 保護絶縁部
４００ 埋込シリコン酸化膜
４１０ シリコン膜
４１５ 金属シリサイド
４２０ シリコン窒化膜
４３０ 犠牲層
Ｗｄ エッチング窓
【技術分野】
【０００１】
本発明は赤外線検出素子およびその製造方法に関し、特に、熱型の赤外線検出素子構造のうち梁部の配線構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の赤外線検出素子は、赤外線吸収に伴う電子のバンド間遷移を用いており、量子型と呼ばれている。その検出感度向上のためには、液体窒素温度以下に冷却し、熱雑音を除去した状態で動作させる必要があった。このため、量子型の赤外線検出素子では、本質的にスターリングクーラー等の冷却機を備える必要があり、大型かつ非常に高価である。加えてメンテナンスも煩雑であることから、研究用を除くと軍事技術分野への応用が中心であった。
【０００３】
近年になって、軍事技術の民間への開放という形で、非冷却型（熱型）と呼ばれる全く新しいタイプの赤外線検出素子が市場公開されて以来、冷却機を不要とするこの熱型の赤外線検出素子の研究、開発が盛んに行われるようになった。この熱型の赤外線検出素子の動作原理は、赤外線を赤外線検出素子の赤外線検出部に吸収させ、熱に変換し、熱電変換部により、その温度変化を検知する。
【０００４】
この温度変化を電気信号に変換する方式には数種類が報告されており、検出部の温度変化を電気抵抗の変化として検出する抵抗ボロメータ方式、温度変化に伴う結晶格子の歪によって発生する自発分極の変化を検出する焦電方式、シリコンｐｎダイオードの電流・電圧特性の温度依存性を検出するダイオード方式、２箇所の接点間の温度差に応じて発生する起電力を検出するサーモパイル方式等がよく知られている。
【０００５】
すべての熱型の赤外線検出素子に共通する特徴として、赤外線検出素子の赤外線検出部の温度変化を電気信号に変換するため、吸収した赤外線による熱エネルギーが、赤外線検出部周りの基板に逃げないようにする工夫が感度維持と向上のため必須である。
【０００６】
今、赤外線検出部に入射する赤外線パワーをＰｉｎ、赤外線検出部から出る放射パワーをＰｏｕｔ、赤外線検出部温度をＴｄ、棊板温度をＴｓｕｂとし、赤外線検出部と基板との間の熱コンダクタンスをＧとすると、赤外線検出部から基板へ入射パワーの流出はそれらの温度差に比例し、Ｇ（Ｔｄ−Ｔｓｕｂ）・・・（係数１）で与えられる。従って、保存則の関係から、Ｐｉｎ＝Ｐｏｕｔ＋Ｇ（Ｔｄ−Ｔｓｕｂ）・・・（式２）が成り立つ。赤外線検出部温度と基板温度が等しくなる（Ｔｄ＝Ｔｓｕｂ）まで熱流の流れが生じる。今、入射パワーが△Ｐｉｎ変化したとき、赤外線検出部の温度が△Ｔｄだけ変化したとすると、Ｐｉｎ＋△Ｐｉｎ＝Ｐｏｕｔ＋△Ｐｏｕｔ＋Ｇ（Ｔｄ＋△Ｔｄ−Ｔｓｕｂ）・・・（式３）であり、△Ｐｏｕｔ＜＜Ｇ△Ｔｄとすると、式２および式３から、△Ｔｄ＝△Ｐｉｎ／Ｇ・・・（式４）の関係が得られる。すなわち、赤外線検出部の温度変化量は、赤外線検出部と基板間の熱コンダクタンスＧに反比例する。
【０００７】
つまり、熱型の赤外線検出素子の感度を向上させるためには、赤外線検出部と基板との熱分離が本質的に必要であり、両者の間の熱コンダクタンスを小さくすることが非常に重要である。
【０００８】
この熱分離実現のため、図１および図２に示すように、赤外線検出部１４０と基板１との界面に空隙２００を設け、空隙２００上にて赤外線検出部を基板から支持すると同時に赤外線検出部の電気信号を基板側に取り出す金属配線３１、３２を含む支持脚（梁部ともいう）２１、２２を設けたダイアフラム構造が熱型共通の基本構造となっている（特許文献１および２並びに非特許文献１２参照）。
【特許文献１】再公表ＷＯ９９／３１４７１（特願２０００−５３９３２５）
【特許文献２】特開２００１−２６７５４２
【非特許文献１】ＳＰＩＥ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ＸＸＶ， ｖｏｌ ３６９８，Ｐ５５６−５６４，１９９９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述のように、熱コンダクタンスを小さくするための梁部構造の選択枝としては、梁部を長くすること、梁部を細くすること等が考えられる。梁部を長くする場合、単純に図１の梁部２１、２２を複数回折り返す構造になり、赤外線検出部１４０の面積を小さくしなければならなくなる。このため、赤外線検出部１４０の面積を維持しつつ熱コンダクタンスを小さくするためには、梁部２１、２２を細くする方法がより効果的である。しかしながら、特許文献１や、非特許文献１によると、以下に述べるように、梁部をあまり細くできないという技術的課題が生じる。
【００１０】
図３は、特許文献１や非特許文献１の記載から類推される梁部２１の断面構造（図１のＸ−Ｙ線で切断した箇所の展開断面）を示す。特許文献１開示技術ではＳＯＩ（Silicon On Insulator）半導体基板１が用いられており、基板１内に埋め込まれた埋込シリコン酸化膜３００上のシリコン膜３１０からパターンニングされた金属配線となるべき部分のシリコン膜３１０上に金属シリサイド３２５を介して金属配線３３５が形成されている。シリコン膜３１０、金属シリサイド３２５および金属配線３３５の積層体である配線は層間絶縁膜３４０やシリコン酸化膜３２０や埋込シリコン酸化膜３００などのＳｉＯ２などの保護膜によって全体が覆われて梁部２１が構成されている。
【００１１】
特許文献１の製造方法に従えば、梁部２１は、以下の図４〜図９の説明のように形成される。
【００１２】
図４に示すように、ＳＯＩ基板１の最表面のシリコン単結晶層を、所望の金属配線パターンに対応してシリコン膜３１０が残るように酸化して、分離膜としてシリコン酸化膜ＳｉＯ２を形成する。
【００１３】
次に、シリコン膜３１０およびシリコン酸化膜ＳｉＯ２上にシリコン酸化膜３２０を形成後、図５に示すように、フォトリソグラフィ／エッチング技術を用いて行い、シリコン酸化膜３２０に所望の金属配線パターンに対応する開口を形成して、シリコン膜３１０表面を露出させる（シリサイド形成すべき部分のパターン加工）。
【００１４】
次に、シリサイド化させる金属膜を、露出シリコン膜３１０表面およびシリコン酸化膜３２０上に形成後、急速加熱法等により金属シリサイドを形成させる。シリサイド化していない未反応の金属膜は、王水で除去することで、シリコン酸化膜３２０の開口で画定された図６に示す金属シリサイド３２５を形成する。
【００１５】
さらにこの後、シリコン酸化膜３２０および露出金属シリサイド３２５上に所定の配線金属膜を形成した後、フォトリソグラフィ／エッチング技術を用いて金属膜を加工し、図７に示す所望の金属配線パターンの金属配線３３５を形成する。
【００１６】
この後、図８に示すように、シリコン酸化膜３２０および金属配線３３５上に保護層として酸化シリコンなどの層間絶縁膜３４０を形成する。
【００１７】
この後、図９に示すように、シリコンエッチングを行う際にエッチャントを供給するエッチング窓Ｗｄを、層間絶縁膜３４０、シリコン酸化膜３２０および埋込シリコン酸化膜３００を貫いて形成する。エッチング窓Ｗｄにより赤外線検出部と基板との間隙が画定される。このエッチング窓Ｗｄを形成するためのレジスト露光工程は、一般的には、厳しいマスク合わせ精度を要求する。
【００１８】
最終的に、エッチング窓Ｗｄを介したシリコンエッチングを含むフォトリソグラフィ／エッチング工程を行い梁部２１、２２の形状を作り込み、図３の空隙２００で隔てた赤外線検出部および基板の構造が完成する。ここまでの工程で合計３回のフォトリソグラフィ／エッチング工程が必要になる。
【００１９】
今、図１０に示すように、梁部２１の幅をＬ１、金属シリサイド３２５の幅をＬ２、シリサイド反応を起させる形成領域幅（開口）をＬ３とすると、Ｌ１＞Ｌ２＝Ｌ３の関係が成り立つ。すなわち、梁部幅Ｌ１は、シリサイド領域幅Ｌ３（＝Ｌ２）よりも、フォトリソ工程における合わせ誤差分の２倍（両側分）以上に幅広く設計する必要がある。なぜなら、梁部幅がそれ以下の場合、梁部形状エッチングの際、端部がシリサイド領域にかかる危険があり、シリサイド領域がエッチング除去された場合には、配線抵抗のばらつきを引き起こし、赤外線検出素子の性能を著しく低下させてしまう。さらに、参考特許の場合には、金属シリサイド上に金属配線を形成しているため、梁部幅はこの金属配線幅に加えて例えば合わせ誤差の２倍以上に広くしなければならない。
【００２０】
１例として、デザインルール０．３５μｍ程度を用いた設計の場合、シリサイド幅を０．８μｍとし、片側の合わせ誤差を０．３μｍと仮定すると、金属配線幅は１．４μｍ、梁部幅２．０μｍまでしか細線化できないことになる。言い換えると梁部幅をある値Ｌに固定した場合、シリサイド幅は、Ｌ２ｘ０．３以下にしなければならず、電気抵抗の観点から、従来技術では、金属配線を追加して低抵抗化する必要があったと考えられる。
【００２１】
このように、梁部内に金属シリサイドを形成し配線層を金属シリサイド上に形成するため、それらの合わせずれを考慮するための梁部幅マージンを確保しなければならず、従来から、梁部の幅を狭くすることが困難であった。また、梁部上の配線については配線層と金属シリサイドとを形成するため、従来技術では工程数が多かった。
【００２２】
そこで本発明は、以上の従来の技術問題に鑑みて考案されたものであり、工程数を抑え、梁部の幅をより狭くすることによって素子特性を向上させ得る赤外線検出素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明による赤外線検出素子は、半導体基板上に空隙を介して形成された熱電変換部を有する赤外線検出部と、
前記半導体基板上に空隙を介して形成されかつ前記赤外線検出部を支持しかつ前記赤外線検出部および前記半導体基板間の電気的接続をなす梁部と、
を有する赤外線検出素子であって、
前記梁部は絶縁材料膜を有しかつ前記絶縁材料膜から前記梁部の側面に露出した導電性材料層を有することを特徴とする。
【００２４】
本発明による赤外線検出素子においては、前記導電性材料層は、シリコン層と金属シリサイド層の積層構造からなることとすることができる。
【００２５】
本発明による赤外線検出素子においては、前記導電性材料層は、金属シリサイド層の単一層からなることとすることができる。
【００２６】
本発明による赤外線検出素子においては、前記導電性材料層は、金属層からなることとすることができる。
【００２７】
本発明による赤外線検出素子においては、前記導電性材料層は、金属層の単一層からなることとすることができる。
【００２８】
本発明による赤外線検出素子においては、前記導電性材料層は、複数の金属層の積層構造からなることとすることができる。
【００２９】
本発明による赤外線検出素子においては、前記金属層は、金属シリサイド層上に積層されていることとすることができる。
【００３０】
本発明による赤外線検出素子においては、前記金属層は、シリコン層に積層された金属シリサイド層上に積層されていることとすることができる。
【００３１】
本発明による赤外線検出素子においては、前記シリコン層が、単結晶シリコン膜、あるいはポリシリコン膜であることとすることができる。
【００３２】
本発明による赤外線検出素子においては、前記金属シリサイド膜の金属成分として、Ｐｔ，Ｔｉ，Ｗ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｍｏ，Ｍｎ，およびＣｒの少なくとも１つを含むこととすることができる。
【００３３】
本発明による赤外線検出素子においては、前記赤外線検出部に赤外線吸収膜が接合されていることとすることができる。
【００３４】
本発明による赤外線検出素子の製造方法は、半導体基板上に空隙を介して形成された熱電変換部を有する赤外線検出部と、前記半導体基板上に空隙を介して形成されかつ前記赤外線検出部を支持しかつ前記赤外線検出部および前記半導体基板間の電気的接続をなす梁部と、を有する赤外線検出素子の製造方法であって、
半導体基板上に、熱電変換部を有する赤外線検出部を形成する工程と、
前記赤外線検出部および前記半導体基板間の電気的接続をなす導電性材料層を形成する工程と、
前記赤外線検出部および前記導電性材料層を覆う絶縁材料膜を形成する工程と、
前記絶縁材料膜および前記導電性材料層の一部を一括除去して、前記導電性材料層がその側面に露出した梁部を形成する工程と、
前記梁部の側面に露出した導電性材料層を覆う犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層の一部を除去して、前記半導体基板を露出させる工程と、
前記半導体基板を露出させた領域から前記半導体基板をエッチング除去して、前記熱電変換部および前記導電性材料層とその周囲の前記絶縁材料膜との下方に空隙を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００３５】
本発明による赤外線検出素子の製造方法においては、前記梁部を形成する工程において、前記導電性材料層および前記梁部の幅が同一となるように前記絶縁材料膜および前記導電性材料層の一部がエッチング除去されることとすることができる。
【００３６】
本発明による赤外線検出素子の製造方法においては、前記導電性材料層および前記絶縁材料膜が熱酸化、熱ＣＶＤ、あるいはプラズマＣＶＤ法により形成されたこととすることができる。
【００３７】
本発明による赤外線検出素子の製造方法においては、前記犠牲層を形成する工程において、前記犠牲層を加工して前記赤外線検出部を露出させ、前記赤外線検出部および前記犠牲層の表面に赤外線吸収膜を成膜して、前記赤外線吸収膜を前記赤外線検出部に接合する工程を含むこととすることができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、梁部形状加工の際に金属シリサイド層などの導電性材料層も一括加工するため、従来の課題にあったフォトリソグラフィ／エッチング工程における合わせ誤差を完全に取り除くことができる。このため、梁部幅を従来構造の半分以下にすることが可能になる。
【００３９】
また、本発明によれば、梁部幅まで金属シリサイド層などの導電性材料層を広げることができるため、低抵抗化することが可能となり、従来技術で必要とされた金属配線層が不要となり、工程の簡略化、費用の低減が可能になる。なお、低抵抗化のために金属配線層を積層してもよいことは言うまでもない。
【００４０】
さらに、本発明によれば、導電性材料層、特に金属シリサイドの線幅を細線化していくと、熱処理による金属の凝集不良が発生し易くなるが、本発明では、シリサイド領域を梁部幅よりも広域に形成可能なため、製造上の凝集不良に対しても対策効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
本発明による実施形態の赤外線検出素子について添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００４２】
図１１は本実施形態の赤外線検出素子の拡大部分断面図、特に、梁部２１の断面構造（図１のＸ−Ｙ線で切断した箇所の展開断面に相当する）を示す。梁部２１は、ＳＯＩ基板１をＳＯＩ基板１内に埋め込まれた埋込シリコン酸化膜４００上にて、シリコン膜４１０とその上の金属シリサイド４１５との積層体である配線、並びにその上のシリコン窒化膜４２０（保護膜）によって梁部２１が構成されている。この場合の本実施形態における従来構造との最大の相違点は、従来方法ではシリサイド領域が後の梁部形状の内側に存在するのに対して、本発明では、その外側両側まで延在し露出する点である。
【００４３】
梁部２１は、以下の図１２〜図１７の説明する概略順序で形成され、図１２〜図１７は本実施形態に係る赤外線検出素子の製造工程の手順を示す部分断面図である。
【００４４】
まず、基板１内に埋め込まれた埋込シリコン酸化膜４００上にシリコン膜４１０が一様に形成されているＳＯＩ基板１を用意する。図１２に示すように、かかるシリコン膜４１０から赤外線検出部１４０を作成するとともに、ＳＯＩ基板の埋め込み酸化シリコン膜を保護絶縁部４００とする。また同時に、所望の金属配線パターンに対応してシリコン膜４１０が残るようにパターニングする。すなわち、ＳＯＩ基板１の最表面のシリコン単結晶層を、赤外線検出部および金属配線パターン以外のパターンで、酸化して保護絶縁部４００ａとして形成し、赤外線検出部と保護絶縁部４００を互いに隣接して形成する。赤外線検出部１４０は熱電変換部を備え、例えば単結晶シリコンを材料とするｐｎダイオード列（図示せず）として作成する。赤外線検出部に隣接して形成される保護絶縁部４００ａは素子分離領域として作用される。この酸化シリコンの保護絶縁部４００ａの領域には後の空隙形成用のエッチング窓を含めるように形成される。
【００４５】
次に、配線のために残したシリコン膜４１０の上に金属シリサイド４１５を形成して支持配線部を形成する。ここでは、シリサイドを形成するための金属膜を形成した後、急速加熱法等により、金属シリサイド４１５を形成する。
【００４６】
その後に未反応の金属膜を除去するためのウエットエッチングを行った後、保護層として、図１３に示すように、シリコン酸化膜あるいは、シリコン窒化膜４２０を形成する。本実施例では、シリコン膜４１０の上層部のみを部分的にシリサイド化しているが、シリコン膜を残さずシリコン膜全体を完全にシリサイド化させてもよい。金属シリサイド膜の金属成分として、Ｐｔ，Ｔｉ，Ｗ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｍｏ，Ｍｎ，およびＣｒの少なくとも１つが挙げられる。
【００４７】
次に、図１４に示すように、梁部を画定するために、シリコン窒化膜４２０、金属シリサイド４１５、シリコン膜４１０および保護絶縁部４００まで、例えばＲＩＥ等の異方性エッチングによって基板１に達する梁部形成用の貫通孔２４を形成し、半導体基板１の表面を露出させる。この工程により、赤外線検出部１４０が形成される領域と、梁部２１が形成される領域とが互いに分離して形成される。
【００４８】
このように、梁部形状を形成するフォトリソグラフィ／エッチングを行うことで、図1４の梁部構造を一括して形成することができる。
【００４９】
本実施形態の最大の特徴は、シリコン窒化膜４２０、金属シリサイド４１５、シリコン膜４１０、埋込シリコン酸化膜４００を１つのフォトマスクで一括加工する点である。このため、レイアウト上の特徴は、シリサイド形成領域幅は従来よりも広く、梁部形状加工後にはシリサイド幅が梁部幅と一致している。
【００５０】
次に、図１５に示すように、貫通孔２４の内側壁を含めて、基板上面全体に絶縁材料からなる犠牲層４３０を形成する。なお、犠牲層４３０の上面を加工して、後の赤外線検出部に接合される反射膜や赤外線吸収膜（図示せず）を順に形成することができる。
【００５１】
次に、図１６に示すように、犠牲層４３０など（シリコン窒化膜４２０、保護絶縁部４００ａおよび埋込シリコン酸化膜４００）の一部をエッチング除去して基板１に達するトレンチを形成し、エッチング窓Ｗｄを形成する。
【００５２】
そして、図１７に示すように、エッチング窓の底面に接する半導体基板１を徐々にエッチングし、空隙２００を形成する。湿式エッチングの場合は赤外線検出部１４０周りの梁部領域を囲むように予め深いエッチングストッパ（図示せず）を基板１内部に埋設しておく。ガスエッチングの場合、エッチング形状はエッチング窓Ｗｄ近傍の接合柱直下で最も深く端部になるに従って浅くなるので浅いエッチングストッパ（図示せず）を形成する。
【００５３】
次に、犠牲層４３０を例えばドライエッチングにより除去し、図１１に示す構造の赤外線検出素子が得られる。
【００５４】
図１８に、本実施形態の赤外線固体撮像素子（赤外線吸収部を除く）の画素を示す概略部分切欠斜視図を示す。赤外線検出素子は、半導体基板１上に空隙２００を介して形成された熱電変換部（例えば埋込シリコン酸化膜４００上のｐｎダイオード列１４０ａ）を有する赤外線検出部１４０と、半導体基板１上に空隙２００を介して形成されかつ赤外線検出部１４０を支持しかつ赤外線検出部１４０および半導体基板１間の電気的接続をなす梁部２１、２２と、を有する。梁部２１、２２は絶縁材料膜（例えばシリコン窒化膜４２０）を有しかつ絶縁材料膜から梁部２１、２２の側面に露出した導電性材料層（例えばシリコン膜４１０とその上の金属シリサイド４１５の積層構造）を有している。
【００５５】
本実施形態では、空隙形成用のエッチング窓の形成位置が多少ずれても、梁形成する際のマスク合わせよりも精度がそれほど要求されず、製造工程の簡略化と歩留まり向上が図れる。
【００５６】
なお、本発明では赤外線検出方法として、熱電変換部にｐｎダイオードを用いているが、本発明はその梁部の構造および製造方法に関するものであり、その検出部の熱電変換方式が他の抵抗ボロメータ方式や焦電方式等であってもよく、基板も必ずしもＳＯＩ基板を用いる必要はない。本発明では、埋込シリコン酸化膜上のシリコン膜に金属シリサイド層を形成したが、例えば、シリコン酸化膜上のポリシリコンに金属シリサイドを形成する構造および製造方法でも、同様の効果を得ることが可能である。すなわち、本発明は、梁部に形成されるシリサイドに替えて従来の金属配線を形成した場合であっても実施が可能である。上記実施形態では梁部に形成される導電性材料が金属シリサイド単層で構成したが、金属シリサイド層上に金属膜を積層して、複数層の多層支持配線部としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】赤外線吸収部を除いた従来の赤外線固体撮像素子の画素を示す平面図である。
【図２】他の従来の赤外線吸収構造を備えたＳＯＩダイオードの赤外線検出素子構造を示す断面図である。
【図３】図１のＸ−Ｙ線で切断した箇所の部分断面図である。
【図４】従来の赤外線固体撮像素子の製造工程におけるＳＯＩ基板の部分断面図である。
【図５】従来の赤外線固体撮像素子の製造工程におけるＳＯＩ基板の部分断面図である。
【図６】従来の赤外線固体撮像素子の製造工程におけるＳＯＩ基板の部分断面図である。
【図７】従来の赤外線固体撮像素子の製造工程におけるＳＯＩ基板の部分断面図である。
【図８】従来の赤外線固体撮像素子の製造工程におけるＳＯＩ基板の部分断面図である。
【図９】従来の赤外線固体撮像素子の製造工程におけるＳＯＩ基板の部分断面図である。
【図１０】従来の赤外線固体撮像素子における梁部の部分断面図である。
【図１１】本実施形態の赤外線検出素子の部分断面図である。
【図１２】本実施形態の赤外線検出素子の製造工程におけるＳＯＩ基板の部分断面図である。
【図１３】本実施形態の赤外線検出素子の製造工程におけるＳＯＩ基板の部分断面図である。
【図１４】本実施形態の赤外線検出素子の製造工程におけるＳＯＩ基板の部分断面図である。
【図１５】本実施形態の赤外線検出素子の製造工程におけるＳＯＩ基板の部分断面図である。
【図１６】本実施形態の赤外線検出素子の製造工程におけるＳＯＩ基板の部分断面図である。
【図１７】本実施形態の赤外線検出素子の製造工程におけるＳＯＩ基板の部分断面図である。
【図１８】本実施形態の赤外線固体撮像素子（赤外線吸収部を除く）の画素を示す概略部分切欠斜視図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ ＳＯＩ基板
２１、２２ 梁部
２４ 梁部形成用の貫通孔
１４０ 赤外線検出部
２００ 空隙
３００ 埋込シリコン酸化膜
３１０ シリコン膜
３２０ シリコン酸化膜
３２５ 金属シリサイド
３３５ 金属配線
３４０ 層間絶縁膜
４００ａ 保護絶縁部
４００ 埋込シリコン酸化膜
４１０ シリコン膜
４１５ 金属シリサイド
４２０ シリコン窒化膜
４３０ 犠牲層
Ｗｄ エッチング窓
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に空隙を介して形成された熱電変換部を有する赤外線検出部と、
前記半導体基板上に空隙を介して形成されかつ前記赤外線検出部を支持しかつ前記赤外線検出部および前記半導体基板間の電気的接続をなす梁部と、
を有する赤外線検出素子であって、
前記梁部は絶縁材料膜を有しかつ前記絶縁材料膜から前記梁部の側面に露出した導電性材料層を有することを特徴とする赤外線検出素子。
【請求項２】
前記導電性材料層は、シリコン層と金属シリサイド層の積層構造からなることを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出素子。
【請求項３】
前記導電性材料層は、金属シリサイド層の単一層からなることを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出素子。
【請求項４】
前記導電性材料層は、金属層からなることを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出素子。
【請求項５】
前記導電性材料層は、金属層の単一層からなることを特徴とする請求項４に記載の赤外線検出素子。
【請求項６】
前記導電性材料層は、複数の金属層の積層構造からなることを特徴とする請求項４に記載の赤外線検出素子。
【請求項７】
前記金属層は、金属シリサイド層上に積層されていることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の赤外線検出素子。
【請求項８】
前記金属層は、シリコン層に積層された金属シリサイド層上に積層されていることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の赤外線検出素子。
【請求項９】
前記シリコン層が、単結晶シリコン膜、あるいはポリシリコン膜であることを特徴とする請求項２または８に記載の赤外線検出素子。
【請求項１０】
前記金属シリサイド膜の金属成分として、Ｐｔ，Ｔｉ，Ｗ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｍｏ，Ｍｎ，およびＣｒの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２、３、７または８に記載の赤外線検出素子。
【請求項１１】
前記赤外線検出部に赤外線吸収膜が接合されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の赤外線検出素子。
【請求項１２】
半導体基板上に空隙を介して形成された熱電変換部を有する赤外線検出部と、前記半導体基板上に空隙を介して形成されかつ前記赤外線検出部を支持しかつ前記赤外線検出部および前記半導体基板間の電気的接続をなす梁部と、を有する赤外線検出素子の製造方法であって、
半導体基板上に、熱電変換部を有する赤外線検出部を形成する工程と、
前記赤外線検出部および前記半導体基板間の電気的接続をなす導電性材料層を形成する工程と、
前記赤外線検出部および前記導電性材料層を覆う絶縁材料膜を形成する工程と、
前記絶縁材料膜および前記導電性材料層の一部を一括除去して、前記導電性材料層がその側面に露出した梁部を形成する工程と、
前記梁部の側面に露出した導電性材料層を覆う犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層の一部を除去して、前記半導体基板を露出させる工程と、
前記半導体基板を露出させた領域から前記半導体基板をエッチング除去して、前記熱電変換部および前記導電性材料層とその周囲の前記絶縁材料膜との下方に空隙を形成する工程と、を含むことを特徴とする赤外線検出素子の製造方法。
【請求項１３】
前記梁部を形成する工程において、前記導電性材料層および前記梁部の幅が同一となるように前記絶縁材料膜および前記導電性材料層の一部がエッチング除去されることを特徴とする請求項１２に記載の赤外線検出素子の製造方法。
【請求項１４】
前記導電性材料層および前記絶縁材料膜が熱酸化、熱ＣＶＤ、あるいはプラズマＣＶＤ法により形成されたことを特徴とする請求項１２または１３に記載の赤外線検出素子の製造方法。
【請求項１５】
前記導電性材料層を形成する工程において、前記導電性材料層は、シリコン層と金属シリサイド層の積層構造からなることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の赤外線検出素子の製造方法。
【請求項１６】
前記導電性材料層を形成する工程において、前記導電性材料層は、金属シリサイド層の単一層からなることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の赤外線検出素子の製造方法。
【請求項１７】
前記導電性材料層を形成する工程において、前記導電性材料層は、金属層からなることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の赤外線検出素子の製造方法。
【請求項１８】
前記導電性材料層を形成する工程において、前記導電性材料層は、金属層の単一層からなることを特徴とする請求項１７に記載の赤外線検出素子の製造方法。
【請求項１９】
前記導電性材料層を形成する工程において、前記導電性材料層は、複数の金属層の積層構造からなることを特徴とする請求項１７に記載の赤外線検出素子の製造方法。
【請求項２０】
前記導電性材料層を形成する工程において、前記金属層は、金属シリサイド層上に積層されていることを特徴とする請求項１７〜１９のいずれかに記載の赤外線検出素子の製造方法。
【請求項２１】
前記導電性材料層を形成する工程において、前記金属層は、シリコン層に積層された金属シリサイド層上に積層されていることを特徴とする請求項１７〜１９のいずれかに記載の赤外線検出素子の製造方法。
【請求項２２】
前記導電性材料層を形成する工程において、前記シリコン層が、単結晶シリコン膜、あるいはポリシリコン膜であることを特徴とする請求項１５または２１に記載の赤外線検出素子の製造方法。
【請求項２３】
前記導電性材料層を形成する工程において、前記金属シリサイド膜の金属成分として、Ｐｔ，Ｔｉ，Ｗ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｍｏ，Ｍｎ，およびＣｒの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１５、１６、２０または２１に記載の赤外線検出素子の製造方法。
【請求項２４】
前記犠牲層を形成する工程において、前記犠牲層を加工して前記赤外線検出部を露出させ、前記赤外線検出部および前記犠牲層の表面に赤外線吸収膜を成膜して、前記赤外線吸収膜を前記赤外線検出部に接合する工程を含むことを特徴とする請求項１２〜２３のいずれかに記載の赤外線検出素子の製造方法。
【請求項１】
半導体基板上に空隙を介して形成された熱電変換部を有する赤外線検出部と、
前記半導体基板上に空隙を介して形成されかつ前記赤外線検出部を支持しかつ前記赤外線検出部および前記半導体基板間の電気的接続をなす梁部と、
を有する赤外線検出素子であって、
前記梁部は絶縁材料膜を有しかつ前記絶縁材料膜から前記梁部の側面に露出した導電性材料層を有することを特徴とする赤外線検出素子。
【請求項２】
前記導電性材料層は、シリコン層と金属シリサイド層の積層構造からなることを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出素子。
【請求項３】
前記導電性材料層は、金属シリサイド層の単一層からなることを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出素子。
【請求項４】
前記導電性材料層は、金属層からなることを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出素子。
【請求項５】
前記導電性材料層は、金属層の単一層からなることを特徴とする請求項４に記載の赤外線検出素子。
【請求項６】
前記導電性材料層は、複数の金属層の積層構造からなることを特徴とする請求項４に記載の赤外線検出素子。
【請求項７】
前記金属層は、金属シリサイド層上に積層されていることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の赤外線検出素子。
【請求項８】
前記金属層は、シリコン層に積層された金属シリサイド層上に積層されていることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の赤外線検出素子。
【請求項９】
前記シリコン層が、単結晶シリコン膜、あるいはポリシリコン膜であることを特徴とする請求項２または８に記載の赤外線検出素子。
【請求項１０】
前記金属シリサイド膜の金属成分として、Ｐｔ，Ｔｉ，Ｗ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｍｏ，Ｍｎ，およびＣｒの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２、３、７または８に記載の赤外線検出素子。
【請求項１１】
前記赤外線検出部に赤外線吸収膜が接合されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の赤外線検出素子。
【請求項１２】
半導体基板上に空隙を介して形成された熱電変換部を有する赤外線検出部と、前記半導体基板上に空隙を介して形成されかつ前記赤外線検出部を支持しかつ前記赤外線検出部および前記半導体基板間の電気的接続をなす梁部と、を有する赤外線検出素子の製造方法であって、
半導体基板上に、熱電変換部を有する赤外線検出部を形成する工程と、
前記赤外線検出部および前記半導体基板間の電気的接続をなす導電性材料層を形成する工程と、
前記赤外線検出部および前記導電性材料層を覆う絶縁材料膜を形成する工程と、
前記絶縁材料膜および前記導電性材料層の一部を一括除去して、前記導電性材料層がその側面に露出した梁部を形成する工程と、
前記梁部の側面に露出した導電性材料層を覆う犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層の一部を除去して、前記半導体基板を露出させる工程と、
前記半導体基板を露出させた領域から前記半導体基板をエッチング除去して、前記熱電変換部および前記導電性材料層とその周囲の前記絶縁材料膜との下方に空隙を形成する工程と、を含むことを特徴とする赤外線検出素子の製造方法。
【請求項１３】
前記梁部を形成する工程において、前記導電性材料層および前記梁部の幅が同一となるように前記絶縁材料膜および前記導電性材料層の一部がエッチング除去されることを特徴とする請求項１２に記載の赤外線検出素子の製造方法。
【請求項１４】
前記導電性材料層および前記絶縁材料膜が熱酸化、熱ＣＶＤ、あるいはプラズマＣＶＤ法により形成されたことを特徴とする請求項１２または１３に記載の赤外線検出素子の製造方法。
【請求項１５】
前記導電性材料層を形成する工程において、前記導電性材料層は、シリコン層と金属シリサイド層の積層構造からなることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の赤外線検出素子の製造方法。
【請求項１６】
前記導電性材料層を形成する工程において、前記導電性材料層は、金属シリサイド層の単一層からなることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の赤外線検出素子の製造方法。
【請求項１７】
前記導電性材料層を形成する工程において、前記導電性材料層は、金属層からなることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の赤外線検出素子の製造方法。
【請求項１８】
前記導電性材料層を形成する工程において、前記導電性材料層は、金属層の単一層からなることを特徴とする請求項１７に記載の赤外線検出素子の製造方法。
【請求項１９】
前記導電性材料層を形成する工程において、前記導電性材料層は、複数の金属層の積層構造からなることを特徴とする請求項１７に記載の赤外線検出素子の製造方法。
【請求項２０】
前記導電性材料層を形成する工程において、前記金属層は、金属シリサイド層上に積層されていることを特徴とする請求項１７〜１９のいずれかに記載の赤外線検出素子の製造方法。
【請求項２１】
前記導電性材料層を形成する工程において、前記金属層は、シリコン層に積層された金属シリサイド層上に積層されていることを特徴とする請求項１７〜１９のいずれかに記載の赤外線検出素子の製造方法。
【請求項２２】
前記導電性材料層を形成する工程において、前記シリコン層が、単結晶シリコン膜、あるいはポリシリコン膜であることを特徴とする請求項１５または２１に記載の赤外線検出素子の製造方法。
【請求項２３】
前記導電性材料層を形成する工程において、前記金属シリサイド膜の金属成分として、Ｐｔ，Ｔｉ，Ｗ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｍｏ，Ｍｎ，およびＣｒの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１５、１６、２０または２１に記載の赤外線検出素子の製造方法。
【請求項２４】
前記犠牲層を形成する工程において、前記犠牲層を加工して前記赤外線検出部を露出させ、前記赤外線検出部および前記犠牲層の表面に赤外線吸収膜を成膜して、前記赤外線吸収膜を前記赤外線検出部に接合する工程を含むことを特徴とする請求項１２〜２３のいずれかに記載の赤外線検出素子の製造方法。
【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２００９−２２２４８９（Ｐ２００９−２２２４８９Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６５７０３（Ｐ２００８−６５７０３）
【出願日】平成２０年３月１４日（２００８．３．１４）
【出願人】（３０８０３３７１１）ＯＫＩセミコンダクタ株式会社 (898)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１４日（２００８．３．１４）
【出願人】（３０８０３３７１１）ＯＫＩセミコンダクタ株式会社 (898)
【Ｆターム（参考）】
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