赤外線検出素子の製造方法
【課題】集積化が容易で検出感度の向上が可能な赤外線２次元イメージセンサの製造方法を提供する。
【解決手段】強誘電体膜から成る赤外線検出容量ＣＦのうち、容量部分１００は、引出配線１０２および１０４により支持されて、溝部３３０の両側のＳｉ基板に対して保持される。下部電極は、引出配線１０２と結合し、上部電極は、引出配線１０４と結合する。容量部分１００の平面形状は、長方形形状から、対角線方向に互いに対向する１０６の部分および１０８の部分を除いた形状となっている。
【解決手段】強誘電体膜から成る赤外線検出容量ＣＦのうち、容量部分１００は、引出配線１０２および１０４により支持されて、溝部３３０の両側のＳｉ基板に対して保持される。下部電極は、引出配線１０２と結合し、上部電極は、引出配線１０４と結合する。容量部分１００の平面形状は、長方形形状から、対角線方向に互いに対向する１０６の部分および１０８の部分を除いた形状となっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、強誘電体薄膜材料を用いて、対象物体から放出される赤外線強度を検出する赤外線検出素子の構成および赤外線検出素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
［赤外線検出素子の背景技術］
室温の物体や人体からは、波長１０μｍ付近の赤外線（熱線）が輻射されており、これを計測することにより、それらの存在や温度の情報が非接触で得られ、自動扉、侵入警戒器、電子レンジの調理モニタ、科学計測等のさまざまな応用がなされている。
【０００３】
こういった計測において、一番のキーデバイスは赤外センサであり、量子型赤外センサと熱型赤外センサの２種類に大きく分けられる。
【０００４】
量子型赤外センサは、感度が大きく検知能力に優れているが、冷却が必要なため装置が大型になるといった点で実用性に問題があるが、熱型赤外センサは、感度が量子型赤外センサよりは少し劣るものの室温動作が可能であるというメリットがあり、実用性に富んでいる。
【０００５】
強誘電体材料は、図２６に示すような分極および誘電率の双方の温度依存性を有し、これらの特性を熱型赤外線センサとして使用することができる。前者の効果は、従来の焦電（ＰＥ）ボロメータに関し、後者は、誘電ボロメータ（ＤＢ）に関する。
【０００６】
したがって、熱型赤外センサとして、焦電効果を用いるもの、抵抗ボロメータ、誘電ボロメータ、サーモパイル、ゴーレイセル等、数多くのものが提案されている。たとえば、焦電効果を用いた赤外線イメージセンサが、非特許文献１に開示されている。
【０００７】
特に、電界を印加して誘電率の温度変化を検知する誘電ボロメータは、他のセンサより感度が高く、チョッパを設ける必要がない等の優れた特徴を有しており実用的見地から期待されている。
【０００８】
さらに、より高度な赤外線センシングとして、物体や風景の温度分布を非接触で得られる赤外線イメージセンサ（サーモグラフィー）への応用が期待される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｐｒｏｃ．８ｔｈ ＩＥＥＥ Ｉｎｔ．Ｓｙｍｐ．Ａｐｐｌ．Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（１９９２）ｐｐ．１−１０（「ＰＹＲＯＥＬＥＣＴＲＩＣ ＩＭＡＧＩＮＧ」Ｂｅｍａｒｄ Ｍ．Ｋｕｌｗｉｃｋｉ ｅｔ．ａｌ．）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
赤外イメージングのためには、焦電セラミックとシリコンＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）とのアレイをバンプで結合したり、薄膜微小抵抗ボロメータをマイクロブリッジ構造上に形成し、シリコンＦＥＴアレイと結合した室温動作赤外線撮像素子が試作されている。
【００１１】
これらの素子においてはさらに、感度や画素数の増加による高分解能化等の高機能化が期待されている。しかし、従来の焦電型赤外センサや抵抗ボロメータ型赤外センサの検出では感度が限られており、あるいは、画素数も十分とはいえない。
【００１２】
図２７は、このような従来のシリコンＦＥＴアレイと結合した赤外線検出素子の画素セル２０の断面構造を示す図である。
【００１３】
図２７を参照して、画素セル２０は、Ｓｉ基板３００上に堆積されたシリコン酸化膜３０４と、シリコン酸化膜３０４の開口部に形成されたＭＯＳトランジスタＴｒ１と、ＭＯＳトランジスタＴｒ１に隣接して形成され、下部電極３０８（Ｐｔ／Ｔｉ積層膜）、強誘電体膜３１０（ＢＳＴ膜）および上部電極３１２（Ａｌ膜）とからなる赤外線検出容量ＣＦと、Ｓｉ基板３００の裏面側から赤外線検出容量ＣＦの直下部分の所定深さまで開口する溝部３３０とを含む。
【００１４】
ＭＯＳトランジスタＴｒ１は、シリコン酸化膜３０４の開口部のＳｉ基板主表面に形成され、基板の導伝型とは逆極性の不純物領域であるソース／ドレイン領域３２０および３２４と、ソース／ドレイン領域３２０および３２４に挟まれるＳｉ基板主表面に形成されたチャネル層３２２と、チャネル層直上のＳｉ基板主表面に堆積されたゲート酸化膜３０２およびゲート酸化膜３０２上に形成されたポリシリコンゲート電極３１４とを含む。
【００１５】
下部電極３０８は、シリコン酸化膜３０４の上部に堆積され層間絶縁膜となるシリコン窒化膜３０６上に堆積される。下部電極３０８は、ソース／ドレイン領域３２０とコンタクトしている。
【００１６】
ゲート電極３１４上には、下部電極３０８と同一の配線層により形成された引出し配線３１６が設けられ、下部電極３０８と同一の配線層により形成された引出し配線３１８とソース／ドレイン領域３２４とがコンタクトしている。
【００１７】
溝部３３０を設けるのは、画素セル２０が熱型赤外センサであって、その温度上昇が出力信号強度に直接影響することから、熱伝導の大きいＳｉ基板３００への熱のロスをできるだけ減少させるためである。
【００１８】
したがって、溝部３３０とシリコン酸化膜３０４との間に残されるＳｉ基板厚は、プロセス上、可能な限り薄くすることが望ましい。一方、画素セル２０間で、この残存Ｓｉ基板厚がばらつくのは、好ましくない。このために、Ｓｉ基板の表面側には、溝部３３０を裏面側からエッチングする際のエッチングストッパ層が形成される。たとえば、基板表面側からホウ素（Ｂ）等のイオン（たとえば、濃度３×１０16ｃｍ-3以上）を注入しておくことで、Ｓｉのエッチングレートが減少することを利用する。
次に、図２７に示した画素セル２０の製造方法を、その第１〜第１２工程のフローを断面図に従って説明する。
【００１９】
図２８〜図３９は、上記第１〜第１２工程をそれぞれ示す断面図である。
図２８を参照して、第１工程においては、Ｓｉ基板３００をＲＣＡ洗浄の後、その表面に熱酸化によりシリコン酸化膜３０４を形成する。
【００２０】
この熱酸化の条件としては、例えば、１０００℃、酸素流量 ５ｌ／ｍｉｎの条件下で５分間の酸化の後、さらに、１０００℃、酸素流量 ５ｌ／ｍｉｎ、水素流量 ４．５ｌ／ｍｉｎの条件下で１８０分の酸化を行なう。このような条件での熱酸化により、たとえば、〜６５０ｎｍの酸化膜が形成される。
【００２１】
また、基板裏面にアラインメントマーク３０１をドライエッチング等の異方性エッチングにより形成する。
【００２２】
図２９を参照して、第２工程ではシリコン酸化膜３０４の所定領域３０３をエッチングにより開口する。後に説明するようにこの領域３０３にＭＯＳトランジスタＴＲ１が形成される。
【００２３】
図３０を参照して、レジストパターン３０５をマスクとしてＭＯＳトランジスタＴＲ１のチャネル部３２２へ、その導伝型に対応したイオン種のイオン注入を行った後、活性化のためのアニールを行う。
【００２４】
図３１を参照して、Ｓｉ基板に対して熱酸化により、ゲート酸化膜３０２を堆積した後、ＣＶＤ（Chemical Vaper Deposition ）法等によりゲート電極となるポリシリコン３０７を堆積する。
【００２５】
図３２を参照して、ＲＩＥ（Reactive Ion Eyching）等の異方性エッチングによりポリシリコン３０７をパターニングして、エッチングすることによりゲート電極３１４が形成される。
【００２６】
図３３を参照して、ゲートパターンをマスクとして開口部３０３上およびシリコン酸化膜３０４上に堆積しているゲート酸化膜３０２をエッチング除去した後、ゲート電極３１４およびシリコン酸化膜３０４をマスクとしてソース／ドレイン領域３２０および３２４の不純物拡散を行う。
【００２７】
図３４を参照して、ＣＶＤ法等によりシリコン窒化膜３０６を堆積する。
このようなシリコン窒化膜３０６の形成条件としては、７８０℃、ＳｉＣｌ2Ｈ2 ０．０１５ｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3 ０．０６０ｌ／ｍｉｎ、２６．７Ｐａ、６０ｍｉｎの条件を用いると、たとえば、約３００ｎｍのシリコン窒化膜が堆積される。
【００２８】
図３５を参照して、ウエハ裏面にレジストでパターニングをし、シリコン窒化膜およびシリコン酸化膜をエッチング除去する。その後、基板裏面側からＴＭＡＨ２２％のエッチャントで、１００℃、１８０ｍｉｎという条件で異方性ウエットエッチングによりＳｉ基板３００の赤外線検出容量ＣＦ直下に溝部３３０を形成する。この溝部の開口寸法は、たとえば、数十μｍ×数十μｍの大きさである。また、エッチングされる深さは、約２５０μｍである。
また、赤外線検出容量ＣＦの直下のＳｉ基板厚は、たとえば、０〜５０μｍの範囲であり、上述のとおり、機械的強度の許す限り薄ければ薄いほどよい。
つまり、好ましくは、赤外線検出容量ＣＦの直下にはＳｉ基板が存在しなくなるまでエッチング除去することが望ましい。
【００２９】
図３６を参照して、ＭＯＳトランジスタＴＲ１のソース／ドレイン領域３２０および３２４ならびにゲート電極３１４上に開口するコンタクトホール（接続孔）をＲＩＥ等により形成する。
【００３０】
図３７を参照して、レジストによるパターニングを行ない、スパッタリング法ないし真空蒸着法による成膜の後、アセトンおよび超音波洗浄によるリフトオフ法等により下部電極３０８ならびに引出し配線３１６および３１８となるＰｔ／Ｔｉ積層膜を形成する。ｒｆスパッタによる成膜の場合、Ｔｉの成膜時は、Ａｒ ０．００５３２ｌ／ｍｉｎ、０．６Ｐａ、ＲＦパワー５００Ｗの条件で３ｍｉｎ間成膜し、Ｐｔの成膜時は、Ａｒ ０．００５３２ｌ／ｍｉｎ、０．６Ｐａ、ＲＦパワー２００Ｗの条件で８ｍｉｎ間成膜を行なう。この条件では、Ｔｉ膜厚は、６０ｎｍであり、Ｐｔ膜厚は、１６０ｎｍである。
【００３１】
続いて、図３８を参照して、レーザーアブレーション法等により強誘電体膜３１０のＢＳＴ膜等を堆積する。レーザーアブレーションにより強誘電体膜を堆積することで、低基板温度での成膜が可能であり、ＦＥＴアレイが形成されている基板へのダメージを低く押さえることができる。
【００３２】
図３９を参照して、上部電極となるＡｌ膜３１２をスパッタリング法あるいは真空蒸着法等により所定パターンに形成する。
以上の工程により、図２７に示したような断面構造を有する画素セル２０が形成される。
【００３３】
図２７に示したような画素セル２０は、電界誘起焦電効果による誘電ボロメータであって、誘電率の温度変化を利用することにより、赤外線センサとして動作する。
【００３４】
以上、説明したとおり、赤外線検出容量ＣＦ直下のＳｉ基板基板厚は、望ましくは、０μｍとすることが望ましい。
【００３５】
このためには、例えば、図３９までの工程終了後、ウエハ裏面からシリコン窒化膜およびシリコン酸化膜をマスクとして、Ｓｉ基板をドライエッチングする。ＳＦ6ガス０．００７５ｌ／ｍｉｎ。１３．３Ｐａ、ＲＦパワー５０Ｗの条件で約３０ｍｉｎエッチングすればよい。
【００３６】
ただし、溝部３３０をＳｉ基板裏面から、Ｓｉ基板の表面までエッチングしてしまうと、以下に説明するような問題が生じる。
【００３７】
図４０は、このように赤外線検出容量ＣＦ直下のＳｉ基板厚を０μｍまで、完全にエッチング除去した場合の状態を示す平面図であり、図４１は、図４０のＱ−Ｑ´断面を示す断面図である。
【００３８】
このように、赤外線検出容量ＣＦ直下にはＳｉ基板が残らないようにエッチング除去した後に溝部上に保持される部分を「メンブレン」と呼び、このような構成を「メンブレン構造」と呼ぶことにする。
【００３９】
ただし、このようなメンブレン構造とした場合、赤外線検出容量ＣＦが、下地絶縁膜、下部電極、強誘電体薄膜、上部電極等から成る多層膜構造であるために、それらの膜ストレス等の影響により、図４１に示すように、メンブレンがひずんでしまうという問題がある。
【００４０】
また、このような膜ストレスを緩和するために、互いに逆方向のストレスを有する膜を多層化することも可能であるが、ちょうどストレスを相互にキャンセルするように積層することは、積層膜の各層において、膜厚やストレス値を厳密に管理・制御することが必要となり、いたずらにプロセスを複雑化させてしまう。
【００４１】
さらに、Ｓｉ基板の裏面からエッチングにより溝部３３０を形成することとすると、このエッチングに相当時間をようするために、エッチャントにより強誘電体薄膜の特性が劣化してしまう場合があるという問題もあった。
【００４２】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、集積化が容易で検出感度の向上が可能な赤外線２次元イメージセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００４３】
請求項１記載の赤外線検出素子の製造方法は、基板の主表面上に第１の引出配線および下部電極金属層を形成するステップと、下部電極金属層上に強誘電体層を積層するステップと強誘電体層上に第１の絶縁膜を堆積するステップと、第１の絶縁層上に上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップと、下部電極直下の基板を、基板の主表面側から異方性ウェットエッチングすることにより、下部電極、強誘電体層および上部電極層が第１および第２の引出配線により支持されるように、溝部を形成するステップとを備える。
【００４４】
請求項２記載の赤外線検出素子の製造方法は、請求項１記載の赤外線検出素子の製造方法の構成に加えて、上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップの後に、第２の絶縁膜を堆積するステップをさらに備える。
【００４５】
請求項３記載の赤外線検出素子の製造方法は、基板の主表面上にＭｇＯ膜を形成するステップと、ＭｇＯ膜上に第１の引出配線および下部電極金属層を形成するステップと、下部電極金属層上に強誘電体層を積層するステップと、強誘電体層上に上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップと、下部電極直下の基板を、基板の主表面側から異方性ウェットエッチングすることにより、下部電極、強誘電体層および上部電極層が第１および第２の引出配線により支持されるように、溝部を形成するステップとを備える。
【００４６】
請求項４記載の赤外線検出素子の製造方法は、請求項３記載の赤外線検出素子の製造方法の構成に加えて、上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップの後に、絶縁膜を堆積するステップをさらに備える。
【００４７】
請求項５記載の赤外線検出素子の製造方法は、基板の主表面上に第１の絶縁膜を堆積し、所定の形状を含む平面形状にパターニングするステップと、第１の絶縁膜の所定の形状の直下の基板を、基板の主表面側から異方性ウェットエッチングすることにより、所定の形状部分が基板の主表面に対して支持されるメンブレンを構成するように、溝部を形成するステップと、メンブレンに対して第１の引出配線および下部電極金属層を形成するステップと、下部電極金属層上に強誘電体層を積層するステップと、強誘電体層上に第２の絶縁膜を堆積するステップと、第２の絶縁膜上に上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップとを備える。
【００４８】
請求項６記載の赤外線検出素子の製造方法は、請求項５記載の赤外線検出素子の製造方法の構成に加えて、上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップの後に、第３の絶縁膜を堆積するステップをさらに備える。
【００４９】
請求項７記載の赤外線検出素子の製造方法は、基板の主表面上に第１の絶縁膜を堆積するステップと、第１の絶縁膜上にＭｇＯ膜を形成し、第１の絶縁膜およびＭｇＯ膜を所定の形状を含む平面形状にパターニングするステップと、第１の絶縁膜の所定の形状の直下の基板を、基板の主表面側から異方性ウェットエッチングすることにより、所定の形状部分が基板の主表面に対して支持されるメンブレンを構成するように、溝部を形成するステップと、メンブレン上に第１の引出配線および下部電極金属層を形成するステップと、下部電極金属層上に強誘電体層を積層するステップと強誘電体層上に上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップとを備える。
【００５０】
請求項８記載の赤外線検出素子の製造方法は、請求項７記載の赤外線検出素子の製造方法の構成に加えて、上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップの後に、第２の絶縁膜を堆積するステップをさらに備える。
【発明の効果】
【００５１】
本発明の画素セルにより、室温で高感度かつ簡易な構成の赤外線検出回路を実現することができ、それを２次元に配列した２次元センサアレイにより、高感度かつ高密度画素の室温動作赤外線２次元イメージセンサを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態１の赤外線２次元イメージセンサ１０００の構成を示す概略ブロック図である。
【図２】図１の画素セル２０の構成を示す回路図である。
【図３】図２に示した回路をシリコン（Ｓｉ）などの半導体基板上に集積回路として形成する際の平面パターンを示す平面図である。
【図４】図３に示した平面図のＰ−Ｐ´断面を示す断面図である。
【図５】図３に示した赤外線検出容量ＣＦ部分および溝部３３０（ＧＶ）の平面パターンの詳細を説明するための図である。
【図６】図５のＲ−Ｒ´平面を示す断面図である。
【図７】実施の形態２の赤外線検出容量ＣＦ部分および溝部３３０（ＧＶ）の平面パターンの詳細を説明するための図である。
【図８】実施の形態３の赤外線検出容量ＣＦ部分および溝部３３０（ＧＶ）の平面パターンの詳細を説明するための図である。
【図９】実施の形態４の赤外線検出容量ＣＦの断面構造を示す図である。
【図１０】図９に示す構造の製造方法の工程のうち、第１〜第３工程のフローを示す断面図である。
【図１１】図９に示す構造の製造方法の工程のうち、第４〜第６工程のフローを示す断面図である。
【図１２】実施の形態４の製造方法の変形例１の第１〜第３工程のフローを示す断面図である。
【図１３】実施の形態４の製造方法の変形例１の製造方法の工程のうち、第４〜第６工程のフローを示す断面図である。
【図１４】実施の形態４の製造方法の変形例２の第１〜第３工程のフローを示す断面図である。
【図１５】実施の形態４の製造方法の変形例２の製造方法の工程のうち、第４〜第６工程のフローを示す断面図である。
【図１６】実施の形態４の製造方法の変形例３の第１〜第３工程のフローを示す断面図である。
【図１７】実施の形態４の製造方法の変形例３の製造方法の工程のうち、第４〜第６工程のフローを示す断面図である。
【図１８】実施の形態５による、図９に示す構造の製造方法の工程のうち、第１〜第３工程のフローを示す断面図である。
【図１９】実施の形態５の製造方法の工程のうち、第４〜第５工程のフローを示す断面図である。
【図２０】実施の形態５の製造方法の変形例１の第１〜第３工程のフローを示す断面図である。
【図２１】実施の形態５の製造方法の変形例１の製造方法の工程のうち、第４〜第５工程のフローを示す断面図である。
【図２２】実施の形態５の製造方法の変形例２の第１〜第３工程のフローを示す断面図である。
【図２３】実施の形態５の製造方法の変形例２の製造方法の工程のうち、第４〜第５工程のフローを示す断面図である。
【図２４】実施の形態５の製造方法の変形例３の第１〜第３工程のフローを示す断面図である。
【図２５】実施の形態５の製造方法の変形例３の製造方法の工程のうち、第４〜第５工程のフローを示す断面図である。
【図２６】強誘電体材料の分極および誘電率の双方の温度依存性を示す図である。
【図２７】従来のシリコンＦＥＴアレイと結合した赤外線検出素子の画素セル２０の断面構造を示す図である。
【図２８】従来の画素セル２０の製造フロー中の第１工程を示す断面図である。
【図２９】従来の画素セル２０の製造フロー中の第２工程を示す断面図である。
【図３０】従来の画素セル２０の製造フロー中の第３工程を示す断面図である。
【図３１】従来の画素セル２０の製造フロー中の第４工程を示す断面図である。
【図３２】従来の画素セル２０の製造フロー中の第５工程を示す断面図である。
【図３３】従来の画素セル２０の製造フロー中の第６工程を示す断面図である。
【図３４】従来の画素セル２０の製造フロー中の第７工程を示す断面図である。
【図３５】従来の画素セル２０の製造フロー中の第８工程を示す断面図である。
【図３６】従来の画素セル２０の製造フロー中の第９工程を示す断面図である。
【図３７】従来の画素セル２０の製造フロー中の第１０工程を示す断面図である。
【図３８】従来の画素セル２０の製造フロー中の第１１工程を示す断面図である。
【図３９】従来の画素セル２０の製造フロー中の第１２工程を示す断面図である。
【図４０】赤外線検出容量ＣＦ直下のＳｉ基板厚を０μｍまで、完全にエッチング除去した場合の状態を示す平面図である。
【図４１】図４０のＱ−Ｑ´断面を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１の赤外線２次元イメージセンサ１０００の構成を示す概略ブロック図である。
【００５４】
赤外線２次元イメージセンサ１０００は、外部からの制御信号（タイミング信号、アドレス信号等を含む）を受ける制御信号入力端子２と、外部制御信号に応じて赤外線２次元イメージセンサ１０００の動作を制御する信号を出力する制御回路１０と、画素セル２０がマトリックス状に配列されたセンサアレイ１６と、制御回路１０に制御されて、センサアレイ１６中の行の選択を行う行セレクタ１２と、制御回路１０により制御されてセンサアレイ１６中の列の選択を行う列セレクタ１４と、センサアレイ１６の列に対応して設けられ、選択された画素セルからの信号を増幅するオペアンプ２２と、センサアレイの列に対応して設けられオペアンプ２２からの信号の高周波ノイズの除去を行う帯域透過フィルタ２４と、制御回路１０により制御されて、帯域透過フィルタ２４からの信号を選択的に出力端子４に与えるマルチプレクサ２６とを含む。
【００５５】
制御回路１０は、外部からの制御信号に応じて、行セレクタ１２の動作を制御する信号ＣＬＫ１と、列セレクタ１４の動作を制御する信号ＣＬＫ２と、マルチプレクサ２６の動作を制御する信号ＳＣとを出力する。
【００５６】
図２は、図１の画素セル２０の構成を示す回路図である。
画素セル２０は、第１の駆動信号ＳＤ１が与えられるノード２０２と、第２の駆動信号ＳＤ２が与えられるノード２０４と、ノード２０２と２０４との間に直列に接続される抵抗体Ｒ１および参照容量ＣＲと、ノード２０２と２０４との間に直列に接続される抵抗体Ｒ２および赤外線検出容量ＣＦと、抵抗体Ｒ１と参照容量ＣＲとの接続ノードｎ１と画素セル２０の第１の出力ノードｎｔ１との間に直列に接続されるトランジスタＴｒ１およびＴｒ２と、抵抗体Ｒ２と赤外線検出容量ＣＦとの接続ノードｎ２と画素セル２０の第２の出力ノードｎｔ２との間に直列に接続されるトランジスタＴｒ３およびＴｒ４とを含む。
トランジスタＴｒ１およびＴｒ３は、行セレクタ１２からの信号Ｓｘに応じて導通または非導通状態となり、トランジスタＴｒ２およびＴｒ４は、列セレクタ１４からの信号Ｓｙに応じて導通または非導通状態となる。
【００５７】
出力ノードｎｔ１およｎｔ２からは、それぞれ互いに相補な信号ＯＵＴおよび／ＯＵＴが出力される。
【００５８】
また、抵抗体Ｒ１およびＲ２としては、特に限定されないが、たとえば、注入抵抗やポリシリコン薄膜を用いることが可能である。もちろん、他の金属材料等の薄膜を抵抗体Ｒ１およびＲ１として用いることが可能である。
【００５９】
また、参照容量としては、特に限定されないが、赤外線が入射しないように遮蔽した赤外線検出容量と同様の強誘電体薄膜を用いたキャパシタとしたり、シリコン酸化膜を金属電極で挟んだ構造を用いることが可能である。
【００６０】
さらに、赤外線検出容量としては、好ましくは、強誘電体材料、たとえば、（Ｂａ1-x Ｓｒx ）ＴｉＯ3 （以下、ＢＳＴと呼ぶ）の薄膜を用いることが可能である。ただし、赤外線を吸収したことによる温度変化にともなって誘電率の変化する材料であれば、ＢＳＴに限定されるものではない。
【００６１】
この赤外線検知感度は、従来の電界印加なしの純粋の焦電効果を用いた場合に比べて、数十倍であり、抵抗型ボロメータに比べても約５倍と大きなものとなる。さらに、誘電率を電界を加えて測定するためチョッパが必要なくなるという利点もある。
【００６２】
さらに、参照容量との差動をとることにより格段に感度を向上させることが可能な構成を比較的簡単な構造で実現できるため、二次元アレイとした場合にも高解像度を実現しやすいとの特徴を有する。
【００６３】
図３は、図２に示した回路をシリコン（Ｓｉ）などの半導体基板上に集積回路として形成する際の平面パターンを示す平面図であり、図４は、図３に示した平面図のＰ−Ｐ´断面を示す断面図である。
【００６４】
図３および図４を参照して、画素セル２０は、図２７に示した従来の赤外線検出素子の構成と異なる点は、まず、溝部３３０が、Ｓｉ基板３００の裏面側から赤外線検出容量ＣＦの直下部分まで開口していることである。さらに、後に説明するするように、赤外線検出容量ＣＦおよび溝部３３０の部分の平面形状が異なることである。
【００６５】
その他の点は、図２７に示した構成と同様であるので、同一部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００６６】
なお、図３中で領域ＧＶは、溝部３３０をエッチング形成する際の平面パターンであり、領域ＧＶを囲む領域ＧＥＳは、溝部３３０を裏面側からエッチングする際のエッチングストッパ層を形成する領域を意味する。すなわち、上述のとおり、基板表面側からホウ素（Ｂ）等のイオン（たとえば、濃度３×１０16ｃｍ-3以上）を注入しておくことで、Ｓｉのエッチングレートが減少することを利用する。
【００６７】
また、図３において、辺Ｓ−Ｓ´に対して鏡像対称に画素セル２０に隣接する画素セルが形成される。
【００６８】
強誘電体膜として用いる、ＢＳＴ［（Ｂａ1-x Ｓｒx ）ＴｉＯ3 ］は、レーザーアブレーション法により（１００）面のＳｉ基板上に堆積されたＰｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2 積層構造上に約１μｍの厚さ形成したものである。
【００６９】
ＢＳＴのＢａ／Ｓｒの組成比によりキュリー温度Ｔｃはかなり変動するが、組成比〜２（ｘ＝０．３３）付近で、キュリー温度Ｔｃは２５℃〜３０℃となり、その付近で誘電率は大きく変化する。最大変動部の付近では、変化率は約１００／Ｋ（Ｋ：ケルビン）に達し、相対変化量に換算すると約１０％変動する。
【００７０】
図５は、図３に示した赤外線検出容量ＣＦ部分および溝部３３０（ＧＶ）の平面パターンの詳細を説明するための図であり、図６は、図５のＲ−Ｒ´平面を示す断面図である。
【００７１】
図５にしめすように、赤外線検出容量ＣＦのうち、容量部分１００は、引出配線１０２および１０４により支持されて、溝部３３０の両側のＳｉ基板に対して保持される。したがって、この容量部分１００は、上述したメンブレン構造となっている。たとえば、下部電極３０８は、引出配線１０２と結合し、上部電極３１２は、引出配線１０４と結合する。
【００７２】
ここで、容量部分１００の平面形状は、長方形形状から、対角線方向に互いに対向する１０６の部分および１０８の部分（点線で示す）を除いた形状となっている。このような形状とすることにより、容量部分１００は、積層構造ではあるものの、これら積層膜のストレスの影響が緩和される。したがって、図６に示すように、赤外線検出容量ＣＦの直下のＳｉ基板が存在しない場合でも、従来の構造のように、メンブレン部分がひずんでしまうことがない。
【００７３】
つまり、メンブレン部分をひずませないようにするために、積層膜のストレスとして許容される範囲が広がるので、プロセスを簡略化した上で、高感度な赤外線検出素子を実現することが可能となる。
【００７４】
［実施の形態２］
図７は、実施の形態２の赤外線検出容量ＣＦ部分および溝部３３０（ＧＶ）の平面パターンの詳細を説明するための図であり、実施の形態１の図５と対比される図である。
【００７５】
実施の形態１の赤外線検出容量ＣＦ部分の構成と異なる点は、容量部（メンブレン）１００の中央部分に、スリット部１２０が設けられていることである。
【００７６】
すなわち、容量部１００において、このスリット部１２０には、貫通孔が形成されており、実施の形態１の場合よりも、さらに積層膜のストレスによるメンブレン部の歪を抑制することが可能となっている。
【００７７】
したがって、積層膜のストレスとして許容される範囲が広がるので、プロセスを簡略化した上で、高感度な赤外線検出素子を実現することが可能となる。
【００７８】
［実施の形態３］
図８は、実施の形態３の赤外線検出容量ＣＦ部分および溝部３３０（ＧＶ）の平面パターンの詳細を説明するための図であり、実施の形態２の図７と対比される図である。
【００７９】
実施の形態２の図７の構成と異なる点は、引き出し線１０２および１０４が、容量部１００を支持する個所が、Ｓｉ基板３００に近い側の頂点部分となっていることと、この支持個所の近傍に切り込み部分１２０および１２２が設けられる構成となっていることである。
【００８０】
このような形状とすることでも、実施の形態２の場合と同様に、積層膜のストレスによるメンブレン部の歪を抑制することが可能である。
【００８１】
［実施の形態４］
以上説明した、実施の形態１〜３においては、赤外線検出容量ＣＦ直下のＳｉ基板３００は、その裏面からのエッチングにより完全に除去される構成となっていた。
【００８２】
しかしながら、熱伝導の大きいＳｉ基板３００への熱のロスをできるだけ減少させることで、赤外線検出素子の感度を向上させるという観点からは、溝部３３０は、必ずしも、Ｓｉ基板３００の裏面側からエッチング除去する必要はない。
【００８３】
実施の形態４の赤外線検出素子では、赤外線検出容量ＣＦ直下のＳｉ基板３００を基板表面側からエッチングすることにより除去することを特徴とする。
【００８４】
この場合、赤外線検出容量ＣＦの平面形状としては、図４０で説明した従来の赤外線検出容量部ＣＦの平面パターンまたは実施の形態１〜３で説明した平面形状を用いることが出来る。ただし、実施の形態１〜３で説明した平面形状を用いれば、メンブレン構造部の歪を抑制するための効果が相乗的に発揮される。
【００８５】
この時、実施の形態２および３のように、容量部１００の中央にスリット部１２０が存在すれば、基板表面側から、赤外線検出容量部ＣＦ直下のＳｉ基板３００のエッチングが促進されるという効果がある。
【００８６】
このような構成とすることで、以下の説明でも明らかとなるように、Ｓｉ基板３００をエッチングするために、エッチャントに基板が浸される時間を減少させることができるため、強誘電体膜の膜質の劣化を抑制することが可能となる。
【００８７】
図９は、実施の形態４の赤外線検出容量ＣＦの断面構造を示す図であり、実施の形態１の図４と対比される図である。
【００８８】
実施の形態４においては、Ｓｉ基板３００の表面側から溝部３３２が形成されている点を除いては、実施の形態１と同様であるので、同一部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００８９】
以下、図９に示す構造の製造方法をそのフローを示す断面図について説明するが、図９に示す矢印Ｖの方向から見た断面図により説明をすることとする。
【００９０】
図１０は、上述した、図９に示す構造の製造方法の工程のうち、第１〜第３工程のフローを示す断面図である。
【００９１】
なお、以下の説明では、説明の簡単のために、トランジスタ部分の製造工程については省略し、赤外線検出容量ＣＦの形成フローのみを説明することとする。
【００９２】
まず、図１０（ａ）に示すようなＳｉ基板３００の表面上に、図１０（ｂ）に示すように、従来の方法と同様な熱酸化法により、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）３０４を形成する。その上に、下部電極となる金属膜３０８、たとえば、Ｐｔ／Ｔｉ積層膜を、従来の方法と同様に、ＲＦスパッタ＋リフトオフにより形成する。
【００９３】
つづいて、図１０（ｃ）に示すように、レーザアブレーション法等により、ＢＳＴ膜などの強誘電体薄膜３１０を堆積する。
【００９４】
図１１は、図９に示す構造の製造方法の工程のうち、第４〜第６工程のフローを示す断面図である。
【００９５】
つづいて、図１１（ｄ）に示すように、強誘電体膜上に、ＣＶＤ法等によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）３１１を形成する。その上に、上部電極となる金属膜３１２、たとえば、Ａｌ膜を、真空蒸着＋リフトオフにより形成する。
【００９６】
つぎに、図１１（ｅ）に示すように、上部電極金属膜３１２をマスクとして、シリコン酸化膜３１１および強誘電体膜３１０をエッチング除去する。
【００９７】
最後に、図１１（ｆ）に示すように、図３のＧＶ領域に相当する領域で開口するレジストパターンをＳｉ基板表面に形成し、表面側からエッチングを行ない、赤外線検出容量ＣＦ直下のＳｉ基板を除去して、溝部３３２を形成する。
【００９８】
このときのエッチングは、ＴＭＡＨ２２％のエッチャントで、１００℃という条件で所定時間の異方性ウエットエッチングを行なうことにより、Ｓｉ基板３００の赤外線検出容量ＣＦ直下に溝部３３２が形成される。
【００９９】
以上のような工程により、表面側から、赤外線検出容量ＣＦ直下のＳｉ基板３００の除去を行ない、かつ、強誘電体膜の劣化を防止することで、赤外線検出素子の感度を向上させることが可能となる。
【０１００】
しかも、強誘電体膜３１０上にＣＶＤ法によるシリコン酸化膜を積層することで、強誘電体膜３１０のストレスが緩和され、メンブレン部の歪が小さくなるという効果も奏する。
【０１０１】
［実施の形態４の変形例１］
図１２は、実施の形態４の製造方法の変形例１であって、図９に示す構造の製造方法の工程のうち、第１〜第３工程のフローを示す断面図であり、図１３は、実施の形態４の製造方法の変形例１の製造方法の工程のうち、第４〜第６工程のフローを示す断面図である。
【０１０２】
実施の形態４の製造方法と異なる点は、図１３（ｅ）に示す第５工程において、上部電極金属膜３１２をマスクにシリコン酸化膜および強誘電体膜をエッチングした後に、図１３（ｆ）に示す第６工程において、さらにその上層にＣＶＤ法によりシリコン酸化膜３１３を形成してパターニングした後に、赤外線検出容量ＣＦ直下のＳｉ基板３００を基板表面側からエッチングする構成となっている点である。
【０１０３】
このような製造方法とすることで、さらにＣＶＤ成膜のシリコン酸化膜３１３がメンブレン部の積層構造の最上層に含まれることにより、全体としてのストレスが緩和され、メンブレン部の歪が一層減少するという効果がある。
【０１０４】
さらに、ＣＶＤ成膜のシリコン酸化膜３１３が、赤外線吸収膜として作用して感度が向上するという効果もある。このような赤外線吸収膜としては、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）やＳＯＧ（Spin On Glass）膜でも同様の効果がある。
【０１０５】
［実施の形態４の変形例２］
図１４は、実施の形態４の製造方法の変形例２であって、図９に示す構造の製造方法の工程のうち、第１〜第３工程のフローを示す断面図であり、図１５は、実施の形態４の製造方法の変形例２の製造方法の工程のうち、第４〜第６工程のフローを示す断面図である。
【０１０６】
実施の形態４の製造方法と異なる点は、図１４（ｂ）に示す第２工程において、Ｓｉ基板３００上に形成されたシリコン酸化膜の上にさらにＭｇＯ膜３０５が積層されることと、強誘電体膜３１０上にはシリコン酸化膜３１１が積層されないことである。
【０１０７】
ここで、ＭｇＯの成膜条件としては、ターゲットにＭｇＯを用いて、酸素流量２０ｓｃｃｍ、Ａｒ流量５０ｓｃｃｍ、ガス圧１Ｐａ、ＲＦ電力２００Ｗの条件下で、スパッタリングにより成膜する。
【０１０８】
その他の点は、実施の形態４の製造方法と基本的に同様であるので、その説明は繰り返さない。
【０１０９】
このような製造方法とすることで、ＭｇＯ膜３０５がメンブレン部の積層構造中に含まれることにより、全体としてのストレスが緩和され、メンブレン部の歪が一層減少するという効果がある。
【０１１０】
さらに、強誘電体膜の配向性が良くなり特性が向上して、感度がよくなるという効果もある。
【０１１１】
［実施の形態４の変形例３］
図１６は、実施の形態４の製造方法の変形例３であって、図９に示す構造の製造方法の工程のうち、第１〜第３工程のフローを示す断面図であり、図１７は、実施の形態４の製造方法の変形例３の製造方法の工程のうち、第４〜第６工程のフローを示す断面図である。
【０１１２】
実施の形態４の製造方法と異なる点は、図１６（ｂ）に示す第２工程において、Ｓｉ基板３００上に形成されたシリコン酸化膜の上にさらにＭｇＯ膜３０５が積層されることと、強誘電体膜３１０上にはシリコン酸化膜３１１が積層されないことである。
【０１１３】
さらに、実施の形態４の製造方法と異なる他の点は、図１７（ｅ）に示す第５工程において、上部金属電極３１２をマスクに強誘電体膜３１０をエッチングした後に、図１７（ｆ）に示す第６工程において、さらにその上層にＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を形成してパターニングした後に、赤外線検出容量ＣＦ直下のＳｉ基板３００を基板表面側からエッチングする構成となっている点である。
【０１１４】
その他の点は、実施の形態４の製造方法と基本的に同様であるので、その説明は繰り返さない。
【０１１５】
このような製造方法とすることで、メンブレン部の全体としてのストレスが緩和され、メンブレン部の歪が一層減少するという効果がある。
【０１１６】
さらに、シリコン酸化膜が保護膜として作用して強誘電体膜の劣化が防止される。このような保護膜としては、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）やＳＯＧ（Spin On Glass）膜でも同様の効果がある。
【０１１７】
［実施の形態５］
実施の形態４においては、強誘電体膜を成膜し、赤外線検出容量ＣＦ部分を完成させた後に、Ｓｉ基板の表面側から、赤外線検出容量ＣＦ直下のＳｉ基板を除去して、図９に示した構造を形成した。
【０１１８】
この実施の形態４の製造方法は、従来の方法と比べて、強誘電体膜がＳｉ基板のエッチャントに曝される時間は格段に短くなるものの、完全にこのエッチャントによる影響を除去はできない。
【０１１９】
実施の形態５の製造方法では、Ｓｉ基板のエッチャントによる強誘電体膜の劣化を完全に抑制して、図９に示した構造を形成することを可能とする。ただし、赤外線検出容量ＣＦ部分の製造方法が異なる以外は、実施の形態４と同様である。
【０１２０】
図１８は、上述した実施の形態５による、図９に示す構造の製造方法の工程のうち、第１〜第３工程のフローを示す断面図である。
【０１２１】
なお、以下の説明でも、説明の簡単のために、トランジスタ部分の製造工程については省略し、赤外線検出容量ＣＦの形成フローのみを説明することとする。
【０１２２】
まず、図１８（ａ）に示すようなＳｉ基板３００の表面上に、図１８（ｂ）に示すように、従来の方法と同様な熱酸化法により、シリコン酸化膜３０４を形成する。
【０１２３】
つづいて、図３のＧＶ領域に相当する領域で開口するレジストパターンをＳｉ基板表面に形成し、表面側からシリコン酸化膜３０４およびシリコン基板３００のエッチングを行ない、赤外線検出容量ＣＦが形成される領域直下のＳｉ基板を予め除去して、溝部３３２を形成する。
【０１２４】
図１９は、実施の形態５の製造方法の工程のうち、第４〜第５工程のフローを示す断面図である。
【０１２５】
次に、図１９（ｄ）に示すように、シリコン酸化膜３０４の上に、下部電極となる金属膜３０８、たとえば、Ｐｔ／Ｔｉ積層膜を、従来の方法と同様に、ＲＦスパッタ＋リフトオフにより形成する。つづいて、レーザアブレーション法等により、ＢＳＴ膜などの強誘電体薄膜３１０を堆積する。
【０１２６】
つづいて、図１９（ｅ）に示すように、強誘電体膜上に、ＣＶＤ法等によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）３１１を形成する。その上に、上部電極となる金属膜３１２、たとえば、Ａｌ膜を、真空蒸着法＋リフトオフにより形成する。
【０１２７】
以上のような工程により、表面側から、赤外線検出容量ＣＦ直下のＳｉ基板３００の除去を行ない、かつ、強誘電体膜に全く劣化を与えることなく、赤外線検出素子の感度を向上させることが可能となる。
【０１２８】
［実施の形態５の変形例１］
図２０は、実施の形態５の製造方法の変形例１であって、図９に示す構造の製造方法の工程のうち、第１〜第３工程のフローを示す断面図であり、図２１は、実施の形態５の製造方法の変形例１の製造方法の工程のうち、第４〜第５工程のフローを示す断面図である。
【０１２９】
実施の形態５の製造方法と異なる点は、図２１（ｅ）に示す第５工程において、上部金属電極のさらに上層にＣＶＤ法によりシリコン酸化膜３１３を形成する構成となっている点である。
【０１３０】
このような製造方法とすることで、ＣＶＤ成膜のシリコン酸化膜３１３がメンブレン部の積層構造の最上層に含まれることにより、全体としてのストレスが緩和され、メンブレン部の歪が一層減少するという効果がある。
【０１３１】
また、ＣＶＤ成膜のシリコン酸化膜３１３が赤外線吸収膜として作用して感度が向上するという効果もある。このような赤外線吸収膜としては、有機高分子膜でも同様の効果が得られる。
【０１３２】
［実施の形態５の変形例２］
図２２は、実施の形態５の製造方法の変形例２であって、図９に示す構造の製造方法の工程のうち、第１〜第３工程のフローを示す断面図であり、図２３は、実施の形態５の製造方法の変形例２の製造方法の工程のうち、第４〜第５工程のフローを示す断面図である。
【０１３３】
実施の形態５の製造方法と異なる点は、図２２（ｂ）に示す第２工程において、Ｓｉ基板３００上に形成されたシリコン酸化膜の上にさらにＭｇＯ膜が積層されることと、強誘電体膜３１０上にはシリコン酸化膜３１１が積層されないことである。
【０１３４】
ここで、ＭｇＯの成膜条件は、実施の形態４と同様である。
その他の点は、実施の形態４の製造方法と基本的に同様であるので、その説明は繰り返さない。
【０１３５】
このような製造方法とすることで、ＭｇＯ膜がメンブレン部の積層構造中に含まれることにより、全体としてのストレスが緩和され、メンブレン部の歪が一層減少するという効果がある。
【０１３６】
また、ＣＶＤ成膜のシリコン酸化膜３１３が赤外線吸収膜として作用して感度が向上するという効果もある。このような赤外線吸収膜としては、有機高分子膜でも同様の効果が得られる。
【０１３７】
［実施の形態５の変形例３］
図２４は、実施の形態５の製造方法の変形例３であって、図９に示す構造の製造方法の工程のうち、第１〜第３工程のフローを示す断面図であり、図２５は、実施の形態５の製造方法の変形例３の製造方法の工程のうち、第４〜第５工程のフローを示す断面図である。
【０１３８】
実施の形態５の製造方法と異なる点は、図２４（ｂ）に示す第２工程において、Ｓｉ基板３００上に形成されたシリコン酸化膜の上にさらにＭｇＯ膜が積層されることと、強誘電体膜３１０上にはシリコン酸化膜３１１が積層されないことである。
【０１３９】
さらに、実施の形態５の製造方法と異なる点は、図２５（ｅ）に示す第５工程において、上部金属電極のさらに上層にＣＶＤ法によりシリコン酸化膜３１３を形成する構成となっている点である。
【０１４０】
その他の点は、実施の形態４の製造方法と基本的に同様であるので、その説明は繰り返さない。
【０１４１】
このような製造方法とすることで、メンブレン部の全体としてのストレスが緩和され、メンブレン部の歪が一層減少するという効果がある。
【０１４２】
以上のように構成された画素セルにより、室温で高感度かつ簡易な構成の赤外線検出回路を実現することができ、それを２次元に配列した２次元センサアレイにより、高感度かつ高密度画素の室温動作赤外線２次元イメージセンサを実現することができる。
さらに、以上説明してきたような本発明にかかる赤外線検出回路および赤外線２次元イメージセンサにより、室温動作可能で小型の赤外線イメージセンサが実現されることで、簡便な構成でサーモグラフィーを得ることができる。
【０１４３】
これは、病気の早期発見、機器の故障診断、ガス漏れ検知などの屋内での応用にとどまらず、都市や自然環境監視、火災監視、自動車用暗視野下での運転補助、構造物の非破壊診断、侵入警戒、資源探査、気象観測等の屋外での応用を含めて幅広く適用することが可能である。
【０１４４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図されている。
【符号の説明】
【０１４５】
２ 制御信号入力端子、４ 出力端子、１０ 制御回路、１２ 行セレクタ、１４ 列セレクタ、１６ センサアレイ、２０ 画素セル、２２ オペアンプ、２４ 帯域透過フィルタ、２６ マルチプレクサ、３００ シリコン基板、３０２ ゲート酸化膜、３０４ シリコン酸化膜、３０５ ＭｇＯ膜、３０６ シリコン窒化膜、３０８ 下部電極、３１０ 強誘電体薄膜、３１２ 上部電極、３１４ ゲート電極、３１６，３１８ 引出し配線、３３０，３３２ 溝部、１０００ 赤外線２次元イメージセンサ。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、強誘電体薄膜材料を用いて、対象物体から放出される赤外線強度を検出する赤外線検出素子の構成および赤外線検出素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
［赤外線検出素子の背景技術］
室温の物体や人体からは、波長１０μｍ付近の赤外線（熱線）が輻射されており、これを計測することにより、それらの存在や温度の情報が非接触で得られ、自動扉、侵入警戒器、電子レンジの調理モニタ、科学計測等のさまざまな応用がなされている。
【０００３】
こういった計測において、一番のキーデバイスは赤外センサであり、量子型赤外センサと熱型赤外センサの２種類に大きく分けられる。
【０００４】
量子型赤外センサは、感度が大きく検知能力に優れているが、冷却が必要なため装置が大型になるといった点で実用性に問題があるが、熱型赤外センサは、感度が量子型赤外センサよりは少し劣るものの室温動作が可能であるというメリットがあり、実用性に富んでいる。
【０００５】
強誘電体材料は、図２６に示すような分極および誘電率の双方の温度依存性を有し、これらの特性を熱型赤外線センサとして使用することができる。前者の効果は、従来の焦電（ＰＥ）ボロメータに関し、後者は、誘電ボロメータ（ＤＢ）に関する。
【０００６】
したがって、熱型赤外センサとして、焦電効果を用いるもの、抵抗ボロメータ、誘電ボロメータ、サーモパイル、ゴーレイセル等、数多くのものが提案されている。たとえば、焦電効果を用いた赤外線イメージセンサが、非特許文献１に開示されている。
【０００７】
特に、電界を印加して誘電率の温度変化を検知する誘電ボロメータは、他のセンサより感度が高く、チョッパを設ける必要がない等の優れた特徴を有しており実用的見地から期待されている。
【０００８】
さらに、より高度な赤外線センシングとして、物体や風景の温度分布を非接触で得られる赤外線イメージセンサ（サーモグラフィー）への応用が期待される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｐｒｏｃ．８ｔｈ ＩＥＥＥ Ｉｎｔ．Ｓｙｍｐ．Ａｐｐｌ．Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（１９９２）ｐｐ．１−１０（「ＰＹＲＯＥＬＥＣＴＲＩＣ ＩＭＡＧＩＮＧ」Ｂｅｍａｒｄ Ｍ．Ｋｕｌｗｉｃｋｉ ｅｔ．ａｌ．）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
赤外イメージングのためには、焦電セラミックとシリコンＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）とのアレイをバンプで結合したり、薄膜微小抵抗ボロメータをマイクロブリッジ構造上に形成し、シリコンＦＥＴアレイと結合した室温動作赤外線撮像素子が試作されている。
【００１１】
これらの素子においてはさらに、感度や画素数の増加による高分解能化等の高機能化が期待されている。しかし、従来の焦電型赤外センサや抵抗ボロメータ型赤外センサの検出では感度が限られており、あるいは、画素数も十分とはいえない。
【００１２】
図２７は、このような従来のシリコンＦＥＴアレイと結合した赤外線検出素子の画素セル２０の断面構造を示す図である。
【００１３】
図２７を参照して、画素セル２０は、Ｓｉ基板３００上に堆積されたシリコン酸化膜３０４と、シリコン酸化膜３０４の開口部に形成されたＭＯＳトランジスタＴｒ１と、ＭＯＳトランジスタＴｒ１に隣接して形成され、下部電極３０８（Ｐｔ／Ｔｉ積層膜）、強誘電体膜３１０（ＢＳＴ膜）および上部電極３１２（Ａｌ膜）とからなる赤外線検出容量ＣＦと、Ｓｉ基板３００の裏面側から赤外線検出容量ＣＦの直下部分の所定深さまで開口する溝部３３０とを含む。
【００１４】
ＭＯＳトランジスタＴｒ１は、シリコン酸化膜３０４の開口部のＳｉ基板主表面に形成され、基板の導伝型とは逆極性の不純物領域であるソース／ドレイン領域３２０および３２４と、ソース／ドレイン領域３２０および３２４に挟まれるＳｉ基板主表面に形成されたチャネル層３２２と、チャネル層直上のＳｉ基板主表面に堆積されたゲート酸化膜３０２およびゲート酸化膜３０２上に形成されたポリシリコンゲート電極３１４とを含む。
【００１５】
下部電極３０８は、シリコン酸化膜３０４の上部に堆積され層間絶縁膜となるシリコン窒化膜３０６上に堆積される。下部電極３０８は、ソース／ドレイン領域３２０とコンタクトしている。
【００１６】
ゲート電極３１４上には、下部電極３０８と同一の配線層により形成された引出し配線３１６が設けられ、下部電極３０８と同一の配線層により形成された引出し配線３１８とソース／ドレイン領域３２４とがコンタクトしている。
【００１７】
溝部３３０を設けるのは、画素セル２０が熱型赤外センサであって、その温度上昇が出力信号強度に直接影響することから、熱伝導の大きいＳｉ基板３００への熱のロスをできるだけ減少させるためである。
【００１８】
したがって、溝部３３０とシリコン酸化膜３０４との間に残されるＳｉ基板厚は、プロセス上、可能な限り薄くすることが望ましい。一方、画素セル２０間で、この残存Ｓｉ基板厚がばらつくのは、好ましくない。このために、Ｓｉ基板の表面側には、溝部３３０を裏面側からエッチングする際のエッチングストッパ層が形成される。たとえば、基板表面側からホウ素（Ｂ）等のイオン（たとえば、濃度３×１０16ｃｍ-3以上）を注入しておくことで、Ｓｉのエッチングレートが減少することを利用する。
次に、図２７に示した画素セル２０の製造方法を、その第１〜第１２工程のフローを断面図に従って説明する。
【００１９】
図２８〜図３９は、上記第１〜第１２工程をそれぞれ示す断面図である。
図２８を参照して、第１工程においては、Ｓｉ基板３００をＲＣＡ洗浄の後、その表面に熱酸化によりシリコン酸化膜３０４を形成する。
【００２０】
この熱酸化の条件としては、例えば、１０００℃、酸素流量 ５ｌ／ｍｉｎの条件下で５分間の酸化の後、さらに、１０００℃、酸素流量 ５ｌ／ｍｉｎ、水素流量 ４．５ｌ／ｍｉｎの条件下で１８０分の酸化を行なう。このような条件での熱酸化により、たとえば、〜６５０ｎｍの酸化膜が形成される。
【００２１】
また、基板裏面にアラインメントマーク３０１をドライエッチング等の異方性エッチングにより形成する。
【００２２】
図２９を参照して、第２工程ではシリコン酸化膜３０４の所定領域３０３をエッチングにより開口する。後に説明するようにこの領域３０３にＭＯＳトランジスタＴＲ１が形成される。
【００２３】
図３０を参照して、レジストパターン３０５をマスクとしてＭＯＳトランジスタＴＲ１のチャネル部３２２へ、その導伝型に対応したイオン種のイオン注入を行った後、活性化のためのアニールを行う。
【００２４】
図３１を参照して、Ｓｉ基板に対して熱酸化により、ゲート酸化膜３０２を堆積した後、ＣＶＤ（Chemical Vaper Deposition ）法等によりゲート電極となるポリシリコン３０７を堆積する。
【００２５】
図３２を参照して、ＲＩＥ（Reactive Ion Eyching）等の異方性エッチングによりポリシリコン３０７をパターニングして、エッチングすることによりゲート電極３１４が形成される。
【００２６】
図３３を参照して、ゲートパターンをマスクとして開口部３０３上およびシリコン酸化膜３０４上に堆積しているゲート酸化膜３０２をエッチング除去した後、ゲート電極３１４およびシリコン酸化膜３０４をマスクとしてソース／ドレイン領域３２０および３２４の不純物拡散を行う。
【００２７】
図３４を参照して、ＣＶＤ法等によりシリコン窒化膜３０６を堆積する。
このようなシリコン窒化膜３０６の形成条件としては、７８０℃、ＳｉＣｌ2Ｈ2 ０．０１５ｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3 ０．０６０ｌ／ｍｉｎ、２６．７Ｐａ、６０ｍｉｎの条件を用いると、たとえば、約３００ｎｍのシリコン窒化膜が堆積される。
【００２８】
図３５を参照して、ウエハ裏面にレジストでパターニングをし、シリコン窒化膜およびシリコン酸化膜をエッチング除去する。その後、基板裏面側からＴＭＡＨ２２％のエッチャントで、１００℃、１８０ｍｉｎという条件で異方性ウエットエッチングによりＳｉ基板３００の赤外線検出容量ＣＦ直下に溝部３３０を形成する。この溝部の開口寸法は、たとえば、数十μｍ×数十μｍの大きさである。また、エッチングされる深さは、約２５０μｍである。
また、赤外線検出容量ＣＦの直下のＳｉ基板厚は、たとえば、０〜５０μｍの範囲であり、上述のとおり、機械的強度の許す限り薄ければ薄いほどよい。
つまり、好ましくは、赤外線検出容量ＣＦの直下にはＳｉ基板が存在しなくなるまでエッチング除去することが望ましい。
【００２９】
図３６を参照して、ＭＯＳトランジスタＴＲ１のソース／ドレイン領域３２０および３２４ならびにゲート電極３１４上に開口するコンタクトホール（接続孔）をＲＩＥ等により形成する。
【００３０】
図３７を参照して、レジストによるパターニングを行ない、スパッタリング法ないし真空蒸着法による成膜の後、アセトンおよび超音波洗浄によるリフトオフ法等により下部電極３０８ならびに引出し配線３１６および３１８となるＰｔ／Ｔｉ積層膜を形成する。ｒｆスパッタによる成膜の場合、Ｔｉの成膜時は、Ａｒ ０．００５３２ｌ／ｍｉｎ、０．６Ｐａ、ＲＦパワー５００Ｗの条件で３ｍｉｎ間成膜し、Ｐｔの成膜時は、Ａｒ ０．００５３２ｌ／ｍｉｎ、０．６Ｐａ、ＲＦパワー２００Ｗの条件で８ｍｉｎ間成膜を行なう。この条件では、Ｔｉ膜厚は、６０ｎｍであり、Ｐｔ膜厚は、１６０ｎｍである。
【００３１】
続いて、図３８を参照して、レーザーアブレーション法等により強誘電体膜３１０のＢＳＴ膜等を堆積する。レーザーアブレーションにより強誘電体膜を堆積することで、低基板温度での成膜が可能であり、ＦＥＴアレイが形成されている基板へのダメージを低く押さえることができる。
【００３２】
図３９を参照して、上部電極となるＡｌ膜３１２をスパッタリング法あるいは真空蒸着法等により所定パターンに形成する。
以上の工程により、図２７に示したような断面構造を有する画素セル２０が形成される。
【００３３】
図２７に示したような画素セル２０は、電界誘起焦電効果による誘電ボロメータであって、誘電率の温度変化を利用することにより、赤外線センサとして動作する。
【００３４】
以上、説明したとおり、赤外線検出容量ＣＦ直下のＳｉ基板基板厚は、望ましくは、０μｍとすることが望ましい。
【００３５】
このためには、例えば、図３９までの工程終了後、ウエハ裏面からシリコン窒化膜およびシリコン酸化膜をマスクとして、Ｓｉ基板をドライエッチングする。ＳＦ6ガス０．００７５ｌ／ｍｉｎ。１３．３Ｐａ、ＲＦパワー５０Ｗの条件で約３０ｍｉｎエッチングすればよい。
【００３６】
ただし、溝部３３０をＳｉ基板裏面から、Ｓｉ基板の表面までエッチングしてしまうと、以下に説明するような問題が生じる。
【００３７】
図４０は、このように赤外線検出容量ＣＦ直下のＳｉ基板厚を０μｍまで、完全にエッチング除去した場合の状態を示す平面図であり、図４１は、図４０のＱ−Ｑ´断面を示す断面図である。
【００３８】
このように、赤外線検出容量ＣＦ直下にはＳｉ基板が残らないようにエッチング除去した後に溝部上に保持される部分を「メンブレン」と呼び、このような構成を「メンブレン構造」と呼ぶことにする。
【００３９】
ただし、このようなメンブレン構造とした場合、赤外線検出容量ＣＦが、下地絶縁膜、下部電極、強誘電体薄膜、上部電極等から成る多層膜構造であるために、それらの膜ストレス等の影響により、図４１に示すように、メンブレンがひずんでしまうという問題がある。
【００４０】
また、このような膜ストレスを緩和するために、互いに逆方向のストレスを有する膜を多層化することも可能であるが、ちょうどストレスを相互にキャンセルするように積層することは、積層膜の各層において、膜厚やストレス値を厳密に管理・制御することが必要となり、いたずらにプロセスを複雑化させてしまう。
【００４１】
さらに、Ｓｉ基板の裏面からエッチングにより溝部３３０を形成することとすると、このエッチングに相当時間をようするために、エッチャントにより強誘電体薄膜の特性が劣化してしまう場合があるという問題もあった。
【００４２】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、集積化が容易で検出感度の向上が可能な赤外線２次元イメージセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００４３】
請求項１記載の赤外線検出素子の製造方法は、基板の主表面上に第１の引出配線および下部電極金属層を形成するステップと、下部電極金属層上に強誘電体層を積層するステップと強誘電体層上に第１の絶縁膜を堆積するステップと、第１の絶縁層上に上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップと、下部電極直下の基板を、基板の主表面側から異方性ウェットエッチングすることにより、下部電極、強誘電体層および上部電極層が第１および第２の引出配線により支持されるように、溝部を形成するステップとを備える。
【００４４】
請求項２記載の赤外線検出素子の製造方法は、請求項１記載の赤外線検出素子の製造方法の構成に加えて、上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップの後に、第２の絶縁膜を堆積するステップをさらに備える。
【００４５】
請求項３記載の赤外線検出素子の製造方法は、基板の主表面上にＭｇＯ膜を形成するステップと、ＭｇＯ膜上に第１の引出配線および下部電極金属層を形成するステップと、下部電極金属層上に強誘電体層を積層するステップと、強誘電体層上に上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップと、下部電極直下の基板を、基板の主表面側から異方性ウェットエッチングすることにより、下部電極、強誘電体層および上部電極層が第１および第２の引出配線により支持されるように、溝部を形成するステップとを備える。
【００４６】
請求項４記載の赤外線検出素子の製造方法は、請求項３記載の赤外線検出素子の製造方法の構成に加えて、上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップの後に、絶縁膜を堆積するステップをさらに備える。
【００４７】
請求項５記載の赤外線検出素子の製造方法は、基板の主表面上に第１の絶縁膜を堆積し、所定の形状を含む平面形状にパターニングするステップと、第１の絶縁膜の所定の形状の直下の基板を、基板の主表面側から異方性ウェットエッチングすることにより、所定の形状部分が基板の主表面に対して支持されるメンブレンを構成するように、溝部を形成するステップと、メンブレンに対して第１の引出配線および下部電極金属層を形成するステップと、下部電極金属層上に強誘電体層を積層するステップと、強誘電体層上に第２の絶縁膜を堆積するステップと、第２の絶縁膜上に上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップとを備える。
【００４８】
請求項６記載の赤外線検出素子の製造方法は、請求項５記載の赤外線検出素子の製造方法の構成に加えて、上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップの後に、第３の絶縁膜を堆積するステップをさらに備える。
【００４９】
請求項７記載の赤外線検出素子の製造方法は、基板の主表面上に第１の絶縁膜を堆積するステップと、第１の絶縁膜上にＭｇＯ膜を形成し、第１の絶縁膜およびＭｇＯ膜を所定の形状を含む平面形状にパターニングするステップと、第１の絶縁膜の所定の形状の直下の基板を、基板の主表面側から異方性ウェットエッチングすることにより、所定の形状部分が基板の主表面に対して支持されるメンブレンを構成するように、溝部を形成するステップと、メンブレン上に第１の引出配線および下部電極金属層を形成するステップと、下部電極金属層上に強誘電体層を積層するステップと強誘電体層上に上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップとを備える。
【００５０】
請求項８記載の赤外線検出素子の製造方法は、請求項７記載の赤外線検出素子の製造方法の構成に加えて、上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップの後に、第２の絶縁膜を堆積するステップをさらに備える。
【発明の効果】
【００５１】
本発明の画素セルにより、室温で高感度かつ簡易な構成の赤外線検出回路を実現することができ、それを２次元に配列した２次元センサアレイにより、高感度かつ高密度画素の室温動作赤外線２次元イメージセンサを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態１の赤外線２次元イメージセンサ１０００の構成を示す概略ブロック図である。
【図２】図１の画素セル２０の構成を示す回路図である。
【図３】図２に示した回路をシリコン（Ｓｉ）などの半導体基板上に集積回路として形成する際の平面パターンを示す平面図である。
【図４】図３に示した平面図のＰ−Ｐ´断面を示す断面図である。
【図５】図３に示した赤外線検出容量ＣＦ部分および溝部３３０（ＧＶ）の平面パターンの詳細を説明するための図である。
【図６】図５のＲ−Ｒ´平面を示す断面図である。
【図７】実施の形態２の赤外線検出容量ＣＦ部分および溝部３３０（ＧＶ）の平面パターンの詳細を説明するための図である。
【図８】実施の形態３の赤外線検出容量ＣＦ部分および溝部３３０（ＧＶ）の平面パターンの詳細を説明するための図である。
【図９】実施の形態４の赤外線検出容量ＣＦの断面構造を示す図である。
【図１０】図９に示す構造の製造方法の工程のうち、第１〜第３工程のフローを示す断面図である。
【図１１】図９に示す構造の製造方法の工程のうち、第４〜第６工程のフローを示す断面図である。
【図１２】実施の形態４の製造方法の変形例１の第１〜第３工程のフローを示す断面図である。
【図１３】実施の形態４の製造方法の変形例１の製造方法の工程のうち、第４〜第６工程のフローを示す断面図である。
【図１４】実施の形態４の製造方法の変形例２の第１〜第３工程のフローを示す断面図である。
【図１５】実施の形態４の製造方法の変形例２の製造方法の工程のうち、第４〜第６工程のフローを示す断面図である。
【図１６】実施の形態４の製造方法の変形例３の第１〜第３工程のフローを示す断面図である。
【図１７】実施の形態４の製造方法の変形例３の製造方法の工程のうち、第４〜第６工程のフローを示す断面図である。
【図１８】実施の形態５による、図９に示す構造の製造方法の工程のうち、第１〜第３工程のフローを示す断面図である。
【図１９】実施の形態５の製造方法の工程のうち、第４〜第５工程のフローを示す断面図である。
【図２０】実施の形態５の製造方法の変形例１の第１〜第３工程のフローを示す断面図である。
【図２１】実施の形態５の製造方法の変形例１の製造方法の工程のうち、第４〜第５工程のフローを示す断面図である。
【図２２】実施の形態５の製造方法の変形例２の第１〜第３工程のフローを示す断面図である。
【図２３】実施の形態５の製造方法の変形例２の製造方法の工程のうち、第４〜第５工程のフローを示す断面図である。
【図２４】実施の形態５の製造方法の変形例３の第１〜第３工程のフローを示す断面図である。
【図２５】実施の形態５の製造方法の変形例３の製造方法の工程のうち、第４〜第５工程のフローを示す断面図である。
【図２６】強誘電体材料の分極および誘電率の双方の温度依存性を示す図である。
【図２７】従来のシリコンＦＥＴアレイと結合した赤外線検出素子の画素セル２０の断面構造を示す図である。
【図２８】従来の画素セル２０の製造フロー中の第１工程を示す断面図である。
【図２９】従来の画素セル２０の製造フロー中の第２工程を示す断面図である。
【図３０】従来の画素セル２０の製造フロー中の第３工程を示す断面図である。
【図３１】従来の画素セル２０の製造フロー中の第４工程を示す断面図である。
【図３２】従来の画素セル２０の製造フロー中の第５工程を示す断面図である。
【図３３】従来の画素セル２０の製造フロー中の第６工程を示す断面図である。
【図３４】従来の画素セル２０の製造フロー中の第７工程を示す断面図である。
【図３５】従来の画素セル２０の製造フロー中の第８工程を示す断面図である。
【図３６】従来の画素セル２０の製造フロー中の第９工程を示す断面図である。
【図３７】従来の画素セル２０の製造フロー中の第１０工程を示す断面図である。
【図３８】従来の画素セル２０の製造フロー中の第１１工程を示す断面図である。
【図３９】従来の画素セル２０の製造フロー中の第１２工程を示す断面図である。
【図４０】赤外線検出容量ＣＦ直下のＳｉ基板厚を０μｍまで、完全にエッチング除去した場合の状態を示す平面図である。
【図４１】図４０のＱ−Ｑ´断面を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１の赤外線２次元イメージセンサ１０００の構成を示す概略ブロック図である。
【００５４】
赤外線２次元イメージセンサ１０００は、外部からの制御信号（タイミング信号、アドレス信号等を含む）を受ける制御信号入力端子２と、外部制御信号に応じて赤外線２次元イメージセンサ１０００の動作を制御する信号を出力する制御回路１０と、画素セル２０がマトリックス状に配列されたセンサアレイ１６と、制御回路１０に制御されて、センサアレイ１６中の行の選択を行う行セレクタ１２と、制御回路１０により制御されてセンサアレイ１６中の列の選択を行う列セレクタ１４と、センサアレイ１６の列に対応して設けられ、選択された画素セルからの信号を増幅するオペアンプ２２と、センサアレイの列に対応して設けられオペアンプ２２からの信号の高周波ノイズの除去を行う帯域透過フィルタ２４と、制御回路１０により制御されて、帯域透過フィルタ２４からの信号を選択的に出力端子４に与えるマルチプレクサ２６とを含む。
【００５５】
制御回路１０は、外部からの制御信号に応じて、行セレクタ１２の動作を制御する信号ＣＬＫ１と、列セレクタ１４の動作を制御する信号ＣＬＫ２と、マルチプレクサ２６の動作を制御する信号ＳＣとを出力する。
【００５６】
図２は、図１の画素セル２０の構成を示す回路図である。
画素セル２０は、第１の駆動信号ＳＤ１が与えられるノード２０２と、第２の駆動信号ＳＤ２が与えられるノード２０４と、ノード２０２と２０４との間に直列に接続される抵抗体Ｒ１および参照容量ＣＲと、ノード２０２と２０４との間に直列に接続される抵抗体Ｒ２および赤外線検出容量ＣＦと、抵抗体Ｒ１と参照容量ＣＲとの接続ノードｎ１と画素セル２０の第１の出力ノードｎｔ１との間に直列に接続されるトランジスタＴｒ１およびＴｒ２と、抵抗体Ｒ２と赤外線検出容量ＣＦとの接続ノードｎ２と画素セル２０の第２の出力ノードｎｔ２との間に直列に接続されるトランジスタＴｒ３およびＴｒ４とを含む。
トランジスタＴｒ１およびＴｒ３は、行セレクタ１２からの信号Ｓｘに応じて導通または非導通状態となり、トランジスタＴｒ２およびＴｒ４は、列セレクタ１４からの信号Ｓｙに応じて導通または非導通状態となる。
【００５７】
出力ノードｎｔ１およｎｔ２からは、それぞれ互いに相補な信号ＯＵＴおよび／ＯＵＴが出力される。
【００５８】
また、抵抗体Ｒ１およびＲ２としては、特に限定されないが、たとえば、注入抵抗やポリシリコン薄膜を用いることが可能である。もちろん、他の金属材料等の薄膜を抵抗体Ｒ１およびＲ１として用いることが可能である。
【００５９】
また、参照容量としては、特に限定されないが、赤外線が入射しないように遮蔽した赤外線検出容量と同様の強誘電体薄膜を用いたキャパシタとしたり、シリコン酸化膜を金属電極で挟んだ構造を用いることが可能である。
【００６０】
さらに、赤外線検出容量としては、好ましくは、強誘電体材料、たとえば、（Ｂａ1-x Ｓｒx ）ＴｉＯ3 （以下、ＢＳＴと呼ぶ）の薄膜を用いることが可能である。ただし、赤外線を吸収したことによる温度変化にともなって誘電率の変化する材料であれば、ＢＳＴに限定されるものではない。
【００６１】
この赤外線検知感度は、従来の電界印加なしの純粋の焦電効果を用いた場合に比べて、数十倍であり、抵抗型ボロメータに比べても約５倍と大きなものとなる。さらに、誘電率を電界を加えて測定するためチョッパが必要なくなるという利点もある。
【００６２】
さらに、参照容量との差動をとることにより格段に感度を向上させることが可能な構成を比較的簡単な構造で実現できるため、二次元アレイとした場合にも高解像度を実現しやすいとの特徴を有する。
【００６３】
図３は、図２に示した回路をシリコン（Ｓｉ）などの半導体基板上に集積回路として形成する際の平面パターンを示す平面図であり、図４は、図３に示した平面図のＰ−Ｐ´断面を示す断面図である。
【００６４】
図３および図４を参照して、画素セル２０は、図２７に示した従来の赤外線検出素子の構成と異なる点は、まず、溝部３３０が、Ｓｉ基板３００の裏面側から赤外線検出容量ＣＦの直下部分まで開口していることである。さらに、後に説明するするように、赤外線検出容量ＣＦおよび溝部３３０の部分の平面形状が異なることである。
【００６５】
その他の点は、図２７に示した構成と同様であるので、同一部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００６６】
なお、図３中で領域ＧＶは、溝部３３０をエッチング形成する際の平面パターンであり、領域ＧＶを囲む領域ＧＥＳは、溝部３３０を裏面側からエッチングする際のエッチングストッパ層を形成する領域を意味する。すなわち、上述のとおり、基板表面側からホウ素（Ｂ）等のイオン（たとえば、濃度３×１０16ｃｍ-3以上）を注入しておくことで、Ｓｉのエッチングレートが減少することを利用する。
【００６７】
また、図３において、辺Ｓ−Ｓ´に対して鏡像対称に画素セル２０に隣接する画素セルが形成される。
【００６８】
強誘電体膜として用いる、ＢＳＴ［（Ｂａ1-x Ｓｒx ）ＴｉＯ3 ］は、レーザーアブレーション法により（１００）面のＳｉ基板上に堆積されたＰｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2 積層構造上に約１μｍの厚さ形成したものである。
【００６９】
ＢＳＴのＢａ／Ｓｒの組成比によりキュリー温度Ｔｃはかなり変動するが、組成比〜２（ｘ＝０．３３）付近で、キュリー温度Ｔｃは２５℃〜３０℃となり、その付近で誘電率は大きく変化する。最大変動部の付近では、変化率は約１００／Ｋ（Ｋ：ケルビン）に達し、相対変化量に換算すると約１０％変動する。
【００７０】
図５は、図３に示した赤外線検出容量ＣＦ部分および溝部３３０（ＧＶ）の平面パターンの詳細を説明するための図であり、図６は、図５のＲ−Ｒ´平面を示す断面図である。
【００７１】
図５にしめすように、赤外線検出容量ＣＦのうち、容量部分１００は、引出配線１０２および１０４により支持されて、溝部３３０の両側のＳｉ基板に対して保持される。したがって、この容量部分１００は、上述したメンブレン構造となっている。たとえば、下部電極３０８は、引出配線１０２と結合し、上部電極３１２は、引出配線１０４と結合する。
【００７２】
ここで、容量部分１００の平面形状は、長方形形状から、対角線方向に互いに対向する１０６の部分および１０８の部分（点線で示す）を除いた形状となっている。このような形状とすることにより、容量部分１００は、積層構造ではあるものの、これら積層膜のストレスの影響が緩和される。したがって、図６に示すように、赤外線検出容量ＣＦの直下のＳｉ基板が存在しない場合でも、従来の構造のように、メンブレン部分がひずんでしまうことがない。
【００７３】
つまり、メンブレン部分をひずませないようにするために、積層膜のストレスとして許容される範囲が広がるので、プロセスを簡略化した上で、高感度な赤外線検出素子を実現することが可能となる。
【００７４】
［実施の形態２］
図７は、実施の形態２の赤外線検出容量ＣＦ部分および溝部３３０（ＧＶ）の平面パターンの詳細を説明するための図であり、実施の形態１の図５と対比される図である。
【００７５】
実施の形態１の赤外線検出容量ＣＦ部分の構成と異なる点は、容量部（メンブレン）１００の中央部分に、スリット部１２０が設けられていることである。
【００７６】
すなわち、容量部１００において、このスリット部１２０には、貫通孔が形成されており、実施の形態１の場合よりも、さらに積層膜のストレスによるメンブレン部の歪を抑制することが可能となっている。
【００７７】
したがって、積層膜のストレスとして許容される範囲が広がるので、プロセスを簡略化した上で、高感度な赤外線検出素子を実現することが可能となる。
【００７８】
［実施の形態３］
図８は、実施の形態３の赤外線検出容量ＣＦ部分および溝部３３０（ＧＶ）の平面パターンの詳細を説明するための図であり、実施の形態２の図７と対比される図である。
【００７９】
実施の形態２の図７の構成と異なる点は、引き出し線１０２および１０４が、容量部１００を支持する個所が、Ｓｉ基板３００に近い側の頂点部分となっていることと、この支持個所の近傍に切り込み部分１２０および１２２が設けられる構成となっていることである。
【００８０】
このような形状とすることでも、実施の形態２の場合と同様に、積層膜のストレスによるメンブレン部の歪を抑制することが可能である。
【００８１】
［実施の形態４］
以上説明した、実施の形態１〜３においては、赤外線検出容量ＣＦ直下のＳｉ基板３００は、その裏面からのエッチングにより完全に除去される構成となっていた。
【００８２】
しかしながら、熱伝導の大きいＳｉ基板３００への熱のロスをできるだけ減少させることで、赤外線検出素子の感度を向上させるという観点からは、溝部３３０は、必ずしも、Ｓｉ基板３００の裏面側からエッチング除去する必要はない。
【００８３】
実施の形態４の赤外線検出素子では、赤外線検出容量ＣＦ直下のＳｉ基板３００を基板表面側からエッチングすることにより除去することを特徴とする。
【００８４】
この場合、赤外線検出容量ＣＦの平面形状としては、図４０で説明した従来の赤外線検出容量部ＣＦの平面パターンまたは実施の形態１〜３で説明した平面形状を用いることが出来る。ただし、実施の形態１〜３で説明した平面形状を用いれば、メンブレン構造部の歪を抑制するための効果が相乗的に発揮される。
【００８５】
この時、実施の形態２および３のように、容量部１００の中央にスリット部１２０が存在すれば、基板表面側から、赤外線検出容量部ＣＦ直下のＳｉ基板３００のエッチングが促進されるという効果がある。
【００８６】
このような構成とすることで、以下の説明でも明らかとなるように、Ｓｉ基板３００をエッチングするために、エッチャントに基板が浸される時間を減少させることができるため、強誘電体膜の膜質の劣化を抑制することが可能となる。
【００８７】
図９は、実施の形態４の赤外線検出容量ＣＦの断面構造を示す図であり、実施の形態１の図４と対比される図である。
【００８８】
実施の形態４においては、Ｓｉ基板３００の表面側から溝部３３２が形成されている点を除いては、実施の形態１と同様であるので、同一部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００８９】
以下、図９に示す構造の製造方法をそのフローを示す断面図について説明するが、図９に示す矢印Ｖの方向から見た断面図により説明をすることとする。
【００９０】
図１０は、上述した、図９に示す構造の製造方法の工程のうち、第１〜第３工程のフローを示す断面図である。
【００９１】
なお、以下の説明では、説明の簡単のために、トランジスタ部分の製造工程については省略し、赤外線検出容量ＣＦの形成フローのみを説明することとする。
【００９２】
まず、図１０（ａ）に示すようなＳｉ基板３００の表面上に、図１０（ｂ）に示すように、従来の方法と同様な熱酸化法により、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）３０４を形成する。その上に、下部電極となる金属膜３０８、たとえば、Ｐｔ／Ｔｉ積層膜を、従来の方法と同様に、ＲＦスパッタ＋リフトオフにより形成する。
【００９３】
つづいて、図１０（ｃ）に示すように、レーザアブレーション法等により、ＢＳＴ膜などの強誘電体薄膜３１０を堆積する。
【００９４】
図１１は、図９に示す構造の製造方法の工程のうち、第４〜第６工程のフローを示す断面図である。
【００９５】
つづいて、図１１（ｄ）に示すように、強誘電体膜上に、ＣＶＤ法等によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）３１１を形成する。その上に、上部電極となる金属膜３１２、たとえば、Ａｌ膜を、真空蒸着＋リフトオフにより形成する。
【００９６】
つぎに、図１１（ｅ）に示すように、上部電極金属膜３１２をマスクとして、シリコン酸化膜３１１および強誘電体膜３１０をエッチング除去する。
【００９７】
最後に、図１１（ｆ）に示すように、図３のＧＶ領域に相当する領域で開口するレジストパターンをＳｉ基板表面に形成し、表面側からエッチングを行ない、赤外線検出容量ＣＦ直下のＳｉ基板を除去して、溝部３３２を形成する。
【００９８】
このときのエッチングは、ＴＭＡＨ２２％のエッチャントで、１００℃という条件で所定時間の異方性ウエットエッチングを行なうことにより、Ｓｉ基板３００の赤外線検出容量ＣＦ直下に溝部３３２が形成される。
【００９９】
以上のような工程により、表面側から、赤外線検出容量ＣＦ直下のＳｉ基板３００の除去を行ない、かつ、強誘電体膜の劣化を防止することで、赤外線検出素子の感度を向上させることが可能となる。
【０１００】
しかも、強誘電体膜３１０上にＣＶＤ法によるシリコン酸化膜を積層することで、強誘電体膜３１０のストレスが緩和され、メンブレン部の歪が小さくなるという効果も奏する。
【０１０１】
［実施の形態４の変形例１］
図１２は、実施の形態４の製造方法の変形例１であって、図９に示す構造の製造方法の工程のうち、第１〜第３工程のフローを示す断面図であり、図１３は、実施の形態４の製造方法の変形例１の製造方法の工程のうち、第４〜第６工程のフローを示す断面図である。
【０１０２】
実施の形態４の製造方法と異なる点は、図１３（ｅ）に示す第５工程において、上部電極金属膜３１２をマスクにシリコン酸化膜および強誘電体膜をエッチングした後に、図１３（ｆ）に示す第６工程において、さらにその上層にＣＶＤ法によりシリコン酸化膜３１３を形成してパターニングした後に、赤外線検出容量ＣＦ直下のＳｉ基板３００を基板表面側からエッチングする構成となっている点である。
【０１０３】
このような製造方法とすることで、さらにＣＶＤ成膜のシリコン酸化膜３１３がメンブレン部の積層構造の最上層に含まれることにより、全体としてのストレスが緩和され、メンブレン部の歪が一層減少するという効果がある。
【０１０４】
さらに、ＣＶＤ成膜のシリコン酸化膜３１３が、赤外線吸収膜として作用して感度が向上するという効果もある。このような赤外線吸収膜としては、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）やＳＯＧ（Spin On Glass）膜でも同様の効果がある。
【０１０５】
［実施の形態４の変形例２］
図１４は、実施の形態４の製造方法の変形例２であって、図９に示す構造の製造方法の工程のうち、第１〜第３工程のフローを示す断面図であり、図１５は、実施の形態４の製造方法の変形例２の製造方法の工程のうち、第４〜第６工程のフローを示す断面図である。
【０１０６】
実施の形態４の製造方法と異なる点は、図１４（ｂ）に示す第２工程において、Ｓｉ基板３００上に形成されたシリコン酸化膜の上にさらにＭｇＯ膜３０５が積層されることと、強誘電体膜３１０上にはシリコン酸化膜３１１が積層されないことである。
【０１０７】
ここで、ＭｇＯの成膜条件としては、ターゲットにＭｇＯを用いて、酸素流量２０ｓｃｃｍ、Ａｒ流量５０ｓｃｃｍ、ガス圧１Ｐａ、ＲＦ電力２００Ｗの条件下で、スパッタリングにより成膜する。
【０１０８】
その他の点は、実施の形態４の製造方法と基本的に同様であるので、その説明は繰り返さない。
【０１０９】
このような製造方法とすることで、ＭｇＯ膜３０５がメンブレン部の積層構造中に含まれることにより、全体としてのストレスが緩和され、メンブレン部の歪が一層減少するという効果がある。
【０１１０】
さらに、強誘電体膜の配向性が良くなり特性が向上して、感度がよくなるという効果もある。
【０１１１】
［実施の形態４の変形例３］
図１６は、実施の形態４の製造方法の変形例３であって、図９に示す構造の製造方法の工程のうち、第１〜第３工程のフローを示す断面図であり、図１７は、実施の形態４の製造方法の変形例３の製造方法の工程のうち、第４〜第６工程のフローを示す断面図である。
【０１１２】
実施の形態４の製造方法と異なる点は、図１６（ｂ）に示す第２工程において、Ｓｉ基板３００上に形成されたシリコン酸化膜の上にさらにＭｇＯ膜３０５が積層されることと、強誘電体膜３１０上にはシリコン酸化膜３１１が積層されないことである。
【０１１３】
さらに、実施の形態４の製造方法と異なる他の点は、図１７（ｅ）に示す第５工程において、上部金属電極３１２をマスクに強誘電体膜３１０をエッチングした後に、図１７（ｆ）に示す第６工程において、さらにその上層にＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を形成してパターニングした後に、赤外線検出容量ＣＦ直下のＳｉ基板３００を基板表面側からエッチングする構成となっている点である。
【０１１４】
その他の点は、実施の形態４の製造方法と基本的に同様であるので、その説明は繰り返さない。
【０１１５】
このような製造方法とすることで、メンブレン部の全体としてのストレスが緩和され、メンブレン部の歪が一層減少するという効果がある。
【０１１６】
さらに、シリコン酸化膜が保護膜として作用して強誘電体膜の劣化が防止される。このような保護膜としては、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）やＳＯＧ（Spin On Glass）膜でも同様の効果がある。
【０１１７】
［実施の形態５］
実施の形態４においては、強誘電体膜を成膜し、赤外線検出容量ＣＦ部分を完成させた後に、Ｓｉ基板の表面側から、赤外線検出容量ＣＦ直下のＳｉ基板を除去して、図９に示した構造を形成した。
【０１１８】
この実施の形態４の製造方法は、従来の方法と比べて、強誘電体膜がＳｉ基板のエッチャントに曝される時間は格段に短くなるものの、完全にこのエッチャントによる影響を除去はできない。
【０１１９】
実施の形態５の製造方法では、Ｓｉ基板のエッチャントによる強誘電体膜の劣化を完全に抑制して、図９に示した構造を形成することを可能とする。ただし、赤外線検出容量ＣＦ部分の製造方法が異なる以外は、実施の形態４と同様である。
【０１２０】
図１８は、上述した実施の形態５による、図９に示す構造の製造方法の工程のうち、第１〜第３工程のフローを示す断面図である。
【０１２１】
なお、以下の説明でも、説明の簡単のために、トランジスタ部分の製造工程については省略し、赤外線検出容量ＣＦの形成フローのみを説明することとする。
【０１２２】
まず、図１８（ａ）に示すようなＳｉ基板３００の表面上に、図１８（ｂ）に示すように、従来の方法と同様な熱酸化法により、シリコン酸化膜３０４を形成する。
【０１２３】
つづいて、図３のＧＶ領域に相当する領域で開口するレジストパターンをＳｉ基板表面に形成し、表面側からシリコン酸化膜３０４およびシリコン基板３００のエッチングを行ない、赤外線検出容量ＣＦが形成される領域直下のＳｉ基板を予め除去して、溝部３３２を形成する。
【０１２４】
図１９は、実施の形態５の製造方法の工程のうち、第４〜第５工程のフローを示す断面図である。
【０１２５】
次に、図１９（ｄ）に示すように、シリコン酸化膜３０４の上に、下部電極となる金属膜３０８、たとえば、Ｐｔ／Ｔｉ積層膜を、従来の方法と同様に、ＲＦスパッタ＋リフトオフにより形成する。つづいて、レーザアブレーション法等により、ＢＳＴ膜などの強誘電体薄膜３１０を堆積する。
【０１２６】
つづいて、図１９（ｅ）に示すように、強誘電体膜上に、ＣＶＤ法等によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）３１１を形成する。その上に、上部電極となる金属膜３１２、たとえば、Ａｌ膜を、真空蒸着法＋リフトオフにより形成する。
【０１２７】
以上のような工程により、表面側から、赤外線検出容量ＣＦ直下のＳｉ基板３００の除去を行ない、かつ、強誘電体膜に全く劣化を与えることなく、赤外線検出素子の感度を向上させることが可能となる。
【０１２８】
［実施の形態５の変形例１］
図２０は、実施の形態５の製造方法の変形例１であって、図９に示す構造の製造方法の工程のうち、第１〜第３工程のフローを示す断面図であり、図２１は、実施の形態５の製造方法の変形例１の製造方法の工程のうち、第４〜第５工程のフローを示す断面図である。
【０１２９】
実施の形態５の製造方法と異なる点は、図２１（ｅ）に示す第５工程において、上部金属電極のさらに上層にＣＶＤ法によりシリコン酸化膜３１３を形成する構成となっている点である。
【０１３０】
このような製造方法とすることで、ＣＶＤ成膜のシリコン酸化膜３１３がメンブレン部の積層構造の最上層に含まれることにより、全体としてのストレスが緩和され、メンブレン部の歪が一層減少するという効果がある。
【０１３１】
また、ＣＶＤ成膜のシリコン酸化膜３１３が赤外線吸収膜として作用して感度が向上するという効果もある。このような赤外線吸収膜としては、有機高分子膜でも同様の効果が得られる。
【０１３２】
［実施の形態５の変形例２］
図２２は、実施の形態５の製造方法の変形例２であって、図９に示す構造の製造方法の工程のうち、第１〜第３工程のフローを示す断面図であり、図２３は、実施の形態５の製造方法の変形例２の製造方法の工程のうち、第４〜第５工程のフローを示す断面図である。
【０１３３】
実施の形態５の製造方法と異なる点は、図２２（ｂ）に示す第２工程において、Ｓｉ基板３００上に形成されたシリコン酸化膜の上にさらにＭｇＯ膜が積層されることと、強誘電体膜３１０上にはシリコン酸化膜３１１が積層されないことである。
【０１３４】
ここで、ＭｇＯの成膜条件は、実施の形態４と同様である。
その他の点は、実施の形態４の製造方法と基本的に同様であるので、その説明は繰り返さない。
【０１３５】
このような製造方法とすることで、ＭｇＯ膜がメンブレン部の積層構造中に含まれることにより、全体としてのストレスが緩和され、メンブレン部の歪が一層減少するという効果がある。
【０１３６】
また、ＣＶＤ成膜のシリコン酸化膜３１３が赤外線吸収膜として作用して感度が向上するという効果もある。このような赤外線吸収膜としては、有機高分子膜でも同様の効果が得られる。
【０１３７】
［実施の形態５の変形例３］
図２４は、実施の形態５の製造方法の変形例３であって、図９に示す構造の製造方法の工程のうち、第１〜第３工程のフローを示す断面図であり、図２５は、実施の形態５の製造方法の変形例３の製造方法の工程のうち、第４〜第５工程のフローを示す断面図である。
【０１３８】
実施の形態５の製造方法と異なる点は、図２４（ｂ）に示す第２工程において、Ｓｉ基板３００上に形成されたシリコン酸化膜の上にさらにＭｇＯ膜が積層されることと、強誘電体膜３１０上にはシリコン酸化膜３１１が積層されないことである。
【０１３９】
さらに、実施の形態５の製造方法と異なる点は、図２５（ｅ）に示す第５工程において、上部金属電極のさらに上層にＣＶＤ法によりシリコン酸化膜３１３を形成する構成となっている点である。
【０１４０】
その他の点は、実施の形態４の製造方法と基本的に同様であるので、その説明は繰り返さない。
【０１４１】
このような製造方法とすることで、メンブレン部の全体としてのストレスが緩和され、メンブレン部の歪が一層減少するという効果がある。
【０１４２】
以上のように構成された画素セルにより、室温で高感度かつ簡易な構成の赤外線検出回路を実現することができ、それを２次元に配列した２次元センサアレイにより、高感度かつ高密度画素の室温動作赤外線２次元イメージセンサを実現することができる。
さらに、以上説明してきたような本発明にかかる赤外線検出回路および赤外線２次元イメージセンサにより、室温動作可能で小型の赤外線イメージセンサが実現されることで、簡便な構成でサーモグラフィーを得ることができる。
【０１４３】
これは、病気の早期発見、機器の故障診断、ガス漏れ検知などの屋内での応用にとどまらず、都市や自然環境監視、火災監視、自動車用暗視野下での運転補助、構造物の非破壊診断、侵入警戒、資源探査、気象観測等の屋外での応用を含めて幅広く適用することが可能である。
【０１４４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図されている。
【符号の説明】
【０１４５】
２ 制御信号入力端子、４ 出力端子、１０ 制御回路、１２ 行セレクタ、１４ 列セレクタ、１６ センサアレイ、２０ 画素セル、２２ オペアンプ、２４ 帯域透過フィルタ、２６ マルチプレクサ、３００ シリコン基板、３０２ ゲート酸化膜、３０４ シリコン酸化膜、３０５ ＭｇＯ膜、３０６ シリコン窒化膜、３０８ 下部電極、３１０ 強誘電体薄膜、３１２ 上部電極、３１４ ゲート電極、３１６，３１８ 引出し配線、３３０，３３２ 溝部、１０００ 赤外線２次元イメージセンサ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線検出素子の製造方法であって、
基板の主表面上に第１の引出配線および下部電極金属層を形成するステップと、
前記下部電極金属層上に強誘電体層を積層するステップと
前記強誘電体層上に第１の絶縁膜を堆積するステップと、
前記第１の絶縁層上に上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップと、
前記下部電極直下の前記基板を、前記基板の主表面側から異方性ウェットエッチングすることにより、前記下部電極、前記強誘電体層および前記上部電極層が前記第１および第２の引出配線により支持されるように、溝部を形成するステップとを備える、赤外線検出素子の製造方法。
【請求項２】
前記上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップの後に、第２の絶縁膜を堆積するステップをさらに備える、請求項１記載の赤外線検出素子の製造方法。
【請求項３】
赤外線検出素子の製造方法であって、
基板の主表面上にＭｇＯ膜を形成するステップと、
前記ＭｇＯ膜上に第１の引出配線および下部電極金属層を形成するステップと、
前記下部電極金属層上に強誘電体層を積層するステップと
前記強誘電体層上に上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップと、
前記下部電極直下の前記基板を、前記基板の主表面側から異方性ウェットエッチングすることにより、前記下部電極、前記強誘電体層および前記上部電極層が前記第１および第２の引出配線により支持されるように、溝部を形成するステップとを備える、赤外線検出素子の製造方法。
【請求項４】
前記上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップの後に、絶縁膜を堆積するステップをさらに備える、請求項３記載の赤外線検出素子の製造方法。
【請求項５】
赤外線検出素子の製造方法であって、
基板の主表面上に第１の絶縁膜を堆積し、所定の形状を含む平面形状にパターニングするステップと、
前記第１の絶縁膜の所定の形状の直下の前記基板を、前記基板の主表面側から異方性ウェットエッチングすることにより、前記所定の形状部分が前記基板の主表面に対して支持されるメンブレンを構成するように、溝部を形成するステップと、
前記メンブレンに対して第１の引出配線および下部電極金属層を形成するステップと、
前記下部電極金属層上に強誘電体層を積層するステップと
前記強誘電体層上に第２の絶縁膜を堆積するステップと、
前記第２の絶縁膜上に上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップとを備える、赤外線検出素子の製造方法。
【請求項６】
前記上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップの後に、第３の絶縁膜を堆積するステップをさらに備える、請求項５記載の赤外線検出素子の製造方法。
【請求項７】
赤外線検出素子の製造方法であって、
基板の主表面上に第１の絶縁膜を堆積するステップと、
前記第１の絶縁膜上にＭｇＯ膜を形成し、前記第１の絶縁膜および前記ＭｇＯ膜を所定の形状を含む平面形状にパターニングするステップと、
前記第１の絶縁膜の所定の形状の直下の前記基板を、前記基板の主表面側から異方性ウェットエッチングすることにより、前記所定の形状部分が前記基板の主表面に対して支持されるメンブレンを構成するように、溝部を形成するステップと、
前記メンブレン上に第１の引出配線および下部電極金属層を形成するステップと、
前記下部電極金属層上に強誘電体層を積層するステップと
前記強誘電体層上に上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップとを備える、赤外線検出素子の製造方法。
【請求項８】
前記上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップの後に、第２の絶縁膜を堆積するステップをさらに備える、請求項７記載の赤外線検出素子の製造方法。
【請求項１】
赤外線検出素子の製造方法であって、
基板の主表面上に第１の引出配線および下部電極金属層を形成するステップと、
前記下部電極金属層上に強誘電体層を積層するステップと
前記強誘電体層上に第１の絶縁膜を堆積するステップと、
前記第１の絶縁層上に上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップと、
前記下部電極直下の前記基板を、前記基板の主表面側から異方性ウェットエッチングすることにより、前記下部電極、前記強誘電体層および前記上部電極層が前記第１および第２の引出配線により支持されるように、溝部を形成するステップとを備える、赤外線検出素子の製造方法。
【請求項２】
前記上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップの後に、第２の絶縁膜を堆積するステップをさらに備える、請求項１記載の赤外線検出素子の製造方法。
【請求項３】
赤外線検出素子の製造方法であって、
基板の主表面上にＭｇＯ膜を形成するステップと、
前記ＭｇＯ膜上に第１の引出配線および下部電極金属層を形成するステップと、
前記下部電極金属層上に強誘電体層を積層するステップと
前記強誘電体層上に上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップと、
前記下部電極直下の前記基板を、前記基板の主表面側から異方性ウェットエッチングすることにより、前記下部電極、前記強誘電体層および前記上部電極層が前記第１および第２の引出配線により支持されるように、溝部を形成するステップとを備える、赤外線検出素子の製造方法。
【請求項４】
前記上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップの後に、絶縁膜を堆積するステップをさらに備える、請求項３記載の赤外線検出素子の製造方法。
【請求項５】
赤外線検出素子の製造方法であって、
基板の主表面上に第１の絶縁膜を堆積し、所定の形状を含む平面形状にパターニングするステップと、
前記第１の絶縁膜の所定の形状の直下の前記基板を、前記基板の主表面側から異方性ウェットエッチングすることにより、前記所定の形状部分が前記基板の主表面に対して支持されるメンブレンを構成するように、溝部を形成するステップと、
前記メンブレンに対して第１の引出配線および下部電極金属層を形成するステップと、
前記下部電極金属層上に強誘電体層を積層するステップと
前記強誘電体層上に第２の絶縁膜を堆積するステップと、
前記第２の絶縁膜上に上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップとを備える、赤外線検出素子の製造方法。
【請求項６】
前記上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップの後に、第３の絶縁膜を堆積するステップをさらに備える、請求項５記載の赤外線検出素子の製造方法。
【請求項７】
赤外線検出素子の製造方法であって、
基板の主表面上に第１の絶縁膜を堆積するステップと、
前記第１の絶縁膜上にＭｇＯ膜を形成し、前記第１の絶縁膜および前記ＭｇＯ膜を所定の形状を含む平面形状にパターニングするステップと、
前記第１の絶縁膜の所定の形状の直下の前記基板を、前記基板の主表面側から異方性ウェットエッチングすることにより、前記所定の形状部分が前記基板の主表面に対して支持されるメンブレンを構成するように、溝部を形成するステップと、
前記メンブレン上に第１の引出配線および下部電極金属層を形成するステップと、
前記下部電極金属層上に強誘電体層を積層するステップと
前記強誘電体層上に上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップとを備える、赤外線検出素子の製造方法。
【請求項８】
前記上部電極金属層および第２の引出配線を形成するステップの後に、第２の絶縁膜を堆積するステップをさらに備える、請求項７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１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【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２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【公開番号】特開２０１１−１３２２４（Ｐ２０１１−１３２２４Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７７７６０（Ｐ２０１０−１７７７６０）
【出願日】平成２２年８月６日（２０１０．８．６）
【分割の表示】特願２０００−１６４６８９（Ｐ２０００−１６４６８９）の分割
【原出願日】平成１２年６月１日（２０００．６．１）
【出願人】（０００００３４０３）ホーチキ株式会社 (792)
【出願人】（５９２１１１９９７）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月６日（２０１０．８．６）
【分割の表示】特願２０００−１６４６８９（Ｐ２０００−１６４６８９）の分割
【原出願日】平成１２年６月１日（２０００．６．１）
【出願人】（０００００３４０３）ホーチキ株式会社 (792)
【出願人】（５９２１１１９９７）
【Ｆターム（参考）】
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