JP2009174917A - 赤外線検出素子、及び赤外線検出素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】梁が撓んでも基板の凹部との接触を回避する赤外線検出素子、及び赤外線検出素子の製造方法を提供する。
【解決手段】凹部１２２が形成されたシリコン基板１０１と、ポリシリコン層１０４を有する赤外線受光部１３０と、赤外線受光部１３０を凹部１２２の上方に支持し、赤外線受光部１３０から赤外線受光部１３０の辺に沿うように延在してシリコン基板１０１と連結する少なくとも２つの屈曲部１４０を有する梁と、を備えた赤外線検出素子において、前記梁の少なくとも一つの屈曲部１４０は、ポリシリコン層１３０を基準として凹部１２２と反対側の位置に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、赤外線検出素子、及びその製造方法に関するものであり、特に、赤外線受光部の温度をサーモパイルで検出する赤外線検出素子、及び赤外線検出素子の製造方法に関する。

赤外線は波長が０．７２μｍ〜１０００μｍ程度までの電磁波の総称である。大きくは短波長帯（３μｍ〜５μｍ）と長波長帯（８μｍ〜１４μｍ）に分類される。赤外線センサは、動作原理の観点から、量子型と熱型に大別される。量子型は赤外線の光量子（フォトン）によるセンサ素子の直列励起を利用している。その結果生じるセンサ素子の抵抗、電圧変化を読み取る（光起電力型、光導電型）。これらは、Ｎａｒｒｏｗ ｇａｐ半導体を用いているため、電子の熱揺らぎによるノイズ抑制が必須である。また、液体窒素温度までの冷却を施すため、センサは大掛かりになる欠点がある。

これに対し、熱型は入射赤外線を熱に変換して電気信号として読み出している。従って、ノイズ対策のために液体窒素温度レベルまで冷却をする必要がなく、非冷却タイプと呼ばれる。小型化、軽量化、及び低コスト化の観点からは、冷却タイプに比べて有利である。また、量子型（例えば、温度の検出分解能（ＮＥＴＤ）は非冷却タイプで＜０．１Ｋ、冷却タイプで＜０．０３Ｋ、応答速度は非冷却タイプで＜１０ｍｓｅｃ、冷却タイプで＜１μｓｅｃ）はセンサ性能に優れるのが利点だが、非冷却タイプの開発も進み、性能改善が著しい。広く普及させるためには、大きさ、コストは重要な項目であり、非冷却タイプの赤外線センサを取り込んだカメラは有利である。防犯・防災などの監視カメラ、非破壊用途でのサーモグラフィ、夜間の安全運転を確保するための車載カメラなどに応用されている。

熱型センサには、ＰＮ接合方式、ボロメータ方式、焦電方式、熱起電力（サーモパイル）方式などがある。サーモパイル方式は、赤外線受光部（赤外線吸収→熱変換）、梁を兼ねたサーモパイル（受光部の温度検知）、読み出し回路などから構成されている（例えば、特許文献１参照）。サーモパイルは梁を兼ねており、細長く薄く設計されている。

一方、素子自体の大きさが一定で梁をより長くするため、梁の断面形状をアーチ状にする素子が提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、梁に生じた面方向のねじれ応力に対応するため、梁の所定の箇所に突起を設けた素子が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
小田直紀、廣田正樹：“サーモパイル型非冷却赤外線検出器の開発”、日本赤外線学会誌、第１４巻２号、ｐ．４４〜４７（２００５） 特開平１１−２５８０３９号公報 特開２００７−１８７４９５号公報

しかしながら、特許文献１や２に記載の赤外線検出素子のように、細く長く薄い梁は、熱分解性向上を目的とした、赤外線受光部、あるいは梁自身への中空構造の形成の際に、開放された応力により歪みを生じやすい。例えば、図１５（Ａ）図のＡ−Ａ’断面図である図１５（Ｂ）のように、中空構造は、シリコン結晶の（１００）面を表面として、（１１１）面を露出した三角形状の凹みとなっている。この梁部が歪むと、図１６（Ｂ）のように、歪んだ梁が基板に接触するおそれがある。梁が基板に接触すると、接触箇所７１６から放熱するため実効的な梁長は短くなり、検出精度が低下する問題があった。
また、特許文献３では、面方向に生じたねじれ応力に対しては、基板との線接触から点接触に改善しているものの、赤外線受光部で発生する熱量は微小であるため、点接触であっても基板と接することにより放熱してしまい、梁長は短くなってしまう。また、シリコン基板の凹部との接触に関しては改善されていない。

本発明は、前記問題点に鑑みなされたものであり、以下の目的を達成することを課題とする。
即ち、本発明の目的は、梁が撓んでも基板の凹部との接触を回避する赤外線検出素子、及び赤外線検出素子の製造方法を提供することにある。

本発明者は鋭意検討した結果、下記の赤外線検出素子、及び赤外線検出素子の製造方法を用いることにより、上記問題を解決できることを見出し、上記目的を達成するに至った。

即ち、請求項１に記載の赤外線検出素子は、凹部が形成されたシリコン基板と、ポリシリコン層を有する赤外線受光部と、前記赤外線受光部を前記凹部の上方に支持し、前記赤外線受光部から前記赤外線受光部の辺に沿うように延在して前記シリコン基板と連結する少なくとも２つの屈曲部を有する梁と、を備えた赤外線検出素子において、前記梁の少なくとも一つの屈曲部は、前記ポリシリコン層を基準として前記凹部と反対側の位置に設けられていることを特徴とする。
請求項１に記載の赤外線検出素子によると、梁が撓んだ時に最も歪量の大きい屈曲部は、赤外線受光部の最下層の配線を基準として、シリコン基板の凹部とは反対側に突出するように設けられている。従って、梁が撓んでも梁の屈曲部とシリコン基板の凹部とが接触することがなく、梁から基板への熱損出が抑制され、検出精度の劣化を防止することができる。

請求項２に記載の赤外線検出素子は、前記少なくとも一つの屈曲部に上面視凸部形状が形成されていることを特徴とする。
請求項２に記載の赤外線検出素子によると、請求項１に記載の発明の効果に加え、上面視凸部が梁に加わる応力の方向を変えて、梁自体の歪量を抑制することができる。従って、梁とシリコン基板の凹部との接触をより一層抑制し、梁から基板への熱損出が抑制され、検出精度の劣化を防止することができる。

請求項３に記載の赤外線検出素子は、前記少なくとも一つの屈曲部に開口部が形成されていることを特徴とする。
請求項３に記載の赤外線検出素子によると、請求項２に記載の発明の効果に加え、梁に加わる応力が開口部で緩和されるため、梁自体の歪量を更に抑制することができる。従って、梁から基板への熱損出が抑制され、検出精度の劣化を防止することができる。

請求項４に記載の赤外線検出素子の製造方法は、シリコン基板上に段差を有する第１のポリシリコンを形成する工程と、前記第１のポリシリコン上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に第２のポリシリコンを形成する工程と、前記第２のポリシリコンをパターニングして温度センサを形成する工程と、少なくとも２つの屈曲部を有する梁を形成する工程と、前記段差が形成されたポリシリコン及び前記シリコン基板を異方性エッチングする工程と、を有することを特徴とする。
請求項４に記載の赤外線検出素子の製造方法によると、請求項１に記載の赤外線検出素子を製造することができる。

請求項５に記載の赤外線検出素子の製造方法は、前記少なくとも一つの屈曲部に上面視凸部形状を形成することを特徴とする。
請求項５に記載の赤外線検出素子の製造方法によると、請求項５に記載の発明の効果に加え、梁の歪量を抑制した請求項２に記載の赤外線検出素子を製造することができる。

請求項６に記載の赤外線検出素子の製造方法は、前記少なくとも一つの屈曲部に開口部を形成することを特徴とする。
請求項６に記載の赤外線検出素子の製造方法によると、請求項６に記載の発明の効果に加え、更に梁の歪量を抑制した請求項３に記載の赤外線検出素子を製造することができる。

請求項７に記載の赤外線検出素子の製造方法は、前記シリコン基板の表面が（１００）面であり、前記シリコン基板の（１１１）が露出するように異方性エッチングすることを特徴とする。
請求項７に記載の赤外線検出素子の製造方法によると、例えばウエットエッチングによりシリコン基板を異方性エッチングする際、（１１１）面のエッチング速度が（１００）面のそれより遅い。従って、基板の面方位が（１００）面であるときに、基板の表面から一定の角度で側壁を形成することができる。

本発明によれば、梁が撓んでも基板の凹部との接触を回避する赤外線検出素子、及び赤外線検出素子の製造方法を提供することができる。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態につき説明する。なお、図面には、この発明が理解できる程度に各構成部位の形状、大きさ及び配置関係が概略的に示されているにすぎず、これによりこの発明が特に限定されるものではない。

＜第１の実施形態＞
〔赤外線検出素子〕
図１は、本発明の第１の実施形態における赤外線検出素子の概略上面図であり、図２（Ａ）は、本発明の第１の実施形態における赤外線検出素子の図１のＣ−Ｃ’断面図であり、図２（Ｂ）は本発明の第１の実施形態における赤外線検出素子の図１中のＡ−Ａ’断面図である。
本発明の第１の実施形態における赤外線検出素子１００は、シリコン基板１０１に形成された凹部を形成することにより、空洞１２２が設けられている。この空洞１２２は、ウエットエッチングの場合、図２（Ｂ）のように、例えば断面形状が台形であり、（１００）面をエッチングしているので斜面が（１１１）面となる。空洞１２２上に赤外線受光部１３０が位置し、この赤外線受光部１３０は、凹部の上方に位置し、赤外線受光部１３０とシリコン基板１０１の側壁部とに接続された梁で支持されている。そして、前記梁を覆うようにリンドープシリコン酸化膜１２０が堆積されている。
また、この梁は、図２（Ａ）に示すように、赤外線受光部１３０から引き出された梁を基準として屈曲部１４０がシリコン基板１０１とは反対側に位置している。

本発明の第１の実施形態における赤外線検出素子は、図１において、少なくとも屈曲部１４０が、図２（Ｂ）に示す赤外線受光部１３０中のポリシリコン１０４を基準として、空洞１２２（シリコン基板の凹部）と反対側の位置に設けられていることを特徴とする。具体的には、ポリシリコン１０４のコンタクトプラグ１１１側の面を基準として、屈曲部１４０のシリコン基板１０１側の面が、シリコン基板１０１とは反対側に位置するものである。
ここで、「少なくとも屈曲部」としたのは、図１の梁１０５、１０６が自重や応力で撓む際、最も歪量の大きい箇所が屈曲部１４０であることによる。また、ポリシリコン１０４を基準としたのは、梁は従来図２（Ｂ）の配線１１２と接続されている。配線１１２は赤外線受光部１３０中の梁と接続する近傍でポリシリコン１０４の高さまで引き下ろされており、引き下ろされた箇所で梁と配線１１２とが接続される。従って、従来の赤外線検出素子の梁は、赤外線受光部１３０のポリシリコン１０４と同じ高さから引き出されていることになる。以上より、本発明の赤外線検出素子１００は、従来の梁が位置する高さであるポリシリコン１０４の高さを基準として、シリコン基板１０１とは反対側に屈曲部１４０が位置する構造である。この構造を有することにより、従来と同様に梁が撓んでも、図１６（Ｂ）のように、当該梁下部のシリコン基板７０１の（１１１）面である傾斜部７０２と接することはない。
つまり、本発明の赤外線検出素子１００の特徴は、図２（Ａ）に示すように、梁の少なくとも屈曲部１４０がシリコン基板１０１と離間する方向に、梁の歪量より大きい量だけ突出するように設けられていることである。

図３は、図１に示した赤外線検出素子１００の概略斜視図である。図のように、赤外線検出素子１００において、梁の最も撓みやすい屈曲部１４０が赤外線受光部１３０から引き出された梁を基準としてシリコン基板１０１とは反対側に位置している。
屈曲部１４０の位置は、具体的には、梁の歪量を想定し、その歪量においてもシリコン基板１０１とは接触しない量であるＸだけ、シリコン基板１０１とは反対側に突出する位置である。従って、赤外線検出素子を劣悪な環境で使用する場合には、それに応じた歪量を想定して突出量Ｘを大きくすれば、屈曲部１４０がシリコン基板１０１と接触することはない。

本発明の赤外線検出素子の構成部位である、シリコン基板、空洞、梁、及び赤外線受光部について詳述する。
［シリコン基板、空洞］
本発明におけるシリコン基板１０１は、表面が（１００）面である。ウエットエッチングではシリコンの（１００）面と（１１１）面とのエッチング速度の差が生じるため、図２（Ｂ）に示すように、斜面が（１１１）面である空洞１２２が形成される。空洞の形成方法としては、ドライエッチングで使用するガスに比べてウエットエッチングで使用する薬液が安価である点で、ウエットエッチングにて空洞を形成する方が好ましい。

［梁］
本発明における梁は、サーモパイルを兼ねた構造を有する。梁の断面構造を図２（Ａ）に示す。シリコン窒化膜（ＳｉＮ）からなる絶縁膜１０３、及び１１９とシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）１０７からなる絶縁膜で、Ｎ型ポリシリコン１０５とＰ型ポリシリコン１０６が覆われた構造である。
また、赤外線受光部のサーモパイルを通しての熱伝導ロスを防ぐため、梁としても機能するサーモパイルの熱抵抗を増加させる必要がある。従って、梁としてのサーモパイルを細く薄く長くして熱抵抗を増加させるために、赤外線受光部１３０から引き出されたサーモパイルを赤外線受光部１３０の辺に沿って長くした構造を有する。従って、本発明の赤外線検出素子１００は、図２（Ａ）に示すように、梁の屈曲部１３０に段差を設けているため、段差がない梁と比較して梁の長さが増加している。従って、熱抵抗を増加させることができる点で好ましい。

［赤外線受光部］
本発明における赤外線受光部１３０は、図２（Ｂ）に示すように、ポリシリコン１０４上にコンタクトプラグ１１１を介して配線１１２が設けられている。この配線１１２は、前述した梁（サーモパイル）と接続するために設けられたものである。センサ外の周辺回路では、配線１１２は、スルホール（不図示）を介して積層構造を形成する。配線の材質としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、及びこれらの含む合金が挙げられる。
また、赤外線受光部１３０の下層部には、ポリシリコン１０４が形成されている。このポリシリコン１０４は、後述するように、梁中のポリシリコンと同時に形成されるため、梁が赤外線受光部１３０から引き出される高さは、ポリシリコン１３０と同じ高さということになる。
なお、以下に記載の好ましい態様のように、赤外線受光部から梁が引き出される位置が、従来の梁が引き出される位置より梁の歪量分だけ高い位置から引き出されていてもよい。この態様については以下に記載する。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態における赤外線検出素子は、図４に示すように、梁を赤外線受光部２３０から引き出す際、そもそも歪量分だけ高くした位置から引き出した態様が挙げられる。
通常、外部からの衝撃では図３に示すように屈曲部１４０が最も撓みやすい。しかしながら、図４に示す赤外線検出素子２００では、屈曲部以外の箇所の自重、あるいは応力などによる撓み発生に対しても、シリコン基板と接することがない点で好ましい。

＜本発明の第１の実施形態における赤外線検出素子の製造方法＞
本発明の第１の実施形態における赤外線検出素子の製造方法は、シリコン基板上に段差を有する第１のポリシリコンを形成する工程と、前記第１のポリシリコン上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に第２のポリシリコンを形成する工程と、前記第２のポリシリコンをパターニングして温度センサを形成する工程と、少なくとも２つの屈曲部を有する梁を形成する工程と、前記段差が形成されたポリシリコン及び前記シリコン基板を異方性エッチングする工程と、を有する。
この製造方法の一例を図５〜図１０に示す。なお、図５〜７、図８（Ａ）、図９（Ａ）、及び図１０（Ａ）は、図１のＣ−Ｃ’断面における工程断面図であり、図８（Ｂ）、図９（Ｂ）、及び図１０（Ｂ）は、図１のＡ−Ａ’断面工程図である。

−シリコン基板上に段差を有する第１のポリシリコンを形成する工程−
まず、図５に示すように、ＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ）形成されたシリコン基板１０１上にポリシリコン層１０２をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成する。なお、シリコン基板１０１の表面は面方位が（１００）面となっている。第１のポリシリコン層１０２は歪量を想定して、例えば２μｍの膜厚になるように形成する。
次に、歪が最も発生しうる箇所を除いて、公知のリソグラフィーとドライエッチングにより、第１のポリシリコン層１０２を除去することで、段差を形成する。ただし、前記除去した箇所では、ポリシリコン層１０２を完全除去することなく、後述するシリコン基板１０１の空洞１２２形成時の犠牲層として、例えば、３００ｎｍ残るようにする。

−第１のポリシリコン上に絶縁膜を形成する工程−
前述のように段差を有する第１のポリシリコン１０２上に絶縁膜であるシリコン窒化膜（ＳｉＮ）１０３をＣＶＤ法で堆積する。例えば、膜厚は１００ｎｍ〜３００ｎｍ程度とする。

−絶縁膜上に第２のポリシリコンを形成する工程−
図６に示す工程では、シリコン窒化膜１０３上に第２のポリシリコン層１０４を堆積する。図示していないが、第２のポリシリコン層１０４に、リン（Ｐ）又は砒素（Ａｓ）をイオン注入してＮ型ポリシリコンを形成する。また、Ｎ型ポリシリコンが形成されていないポリシリコン層１０４にボロン（Ｂ）をイオン注入してＰ型ポリシリコンを形成する。

−第２のポリシリコンをパターニングして温度センサを形成する工程−
図７に示す工程では、公知のリソグラフィーとドライエッチングにより、イオン注入したポリシリコン層１０４をパターニングすることにより、少なくとも２つの屈曲部を有するＮ型ポリシリコン１０５とＰ型ポリシリコン１０６を形成する。図８に示す工程では、シリコン酸化膜１０７等の層間絶縁膜を形成する。図８（Ａ）では、前記屈曲部に段差を形成しているが、梁歪みによるシリコン基板１０１との接触懸念のない箇所の断面を示す図８（Ｂ）では、段差を形成していない。出力端子、及び赤外線受光部に接する箇所以外については、前述した好ましい態様で述べたように、シリコン基板１０１から離間するような位置に、ポリシリコン層に段差を設けてもよい。

−少なくとも２つの屈曲部を有する梁を形成する工程−
図９（Ｂ）に示す工程では、更にシリコン酸化膜１０８などの層間絶縁膜を形成する。その後、赤外線受光部１３０の所定の位置にコンタクト孔を形成する。そのコンタクト孔を上からＷ／ＴｉＮ／Ｔｉ構造の金属膜を形成し、エッチバックによりコンタクト孔以外の金属膜を除去する。例えば、ＣＶＤ法で形成したＷ膜の膜厚を８００ｎｍとし、スパッタ法で形成したＴｉＮ／Ｔｉ積層膜の膜厚を、それぞれ５０ｎｍ／３０ｎｍとして堆積する。このエッチバックにより、コンタクトプラグ１１１が形成される。次に、コンタクトプラグ１１１と接続されるような配線１１２を形成した後、さらにシリコン酸化膜１１３などの絶縁膜を全面に堆積する。続いて、アモルファスシリコン膜１１４をスパッタ法により、例えば１００ｎｍの膜厚で堆積する。公知のリソグラフィー、及びドライエッチングにより、任意の箇所にアモルファスシリコン１１４をパターニングした後に、シリコン酸化膜１１５などの層間絶縁膜を堆積し、スルホール（不図示）を形成し、エッチバックによりＷ／ＴｉＮ積層構造からなるスルホールプラグ（不図示）を形成する。スルホールプラグ（不図示）と電気的に接続する配線１１７を形成する。さらに、シリコン酸化膜１１８を全面に形成する。その後、Ｎ型ポリシリコン１０５、及びＰ型ポリシリコン１０６を覆うシリコン酸化膜１０７を残すように、シリコン酸化膜１０８、１１３、１１５、１１８を公知のリソグラフィー、及びエッチングによりスリットを形成する。次いで、再び公知のリソグラフィーを行い、Ｎ型ポリシリコン１０５、及びＰ型ポリシリコン１０６がシリコン酸化膜１０７で覆われるように、それぞれの側部のシリコン酸化膜１０７をエッチングし、エッチングストップ層として働くシリコン窒化膜１０３上までエッチングする。

−段差が形成されたポリシリコン及び前記シリコン基板を異方性エッチングする工程−
図１０（Ｂ）に示す工程では、シリコン窒化膜１１９をＣＶＤ法で堆積することで、Ｎ型ポリシリコン１０５とＰ型ポリシリコン１０６は、シリコン窒化膜１０３及び１１９で囲まれる。その後、後にリフトオフするためのリンドープしたシリコン酸化膜１２０からなる絶縁膜を形成する。赤外線受光部１３０の開口部にリソグラフィー及びエッチングを行い、シリコン基板１０１に空洞１２２を形成する目的で、エッチングスリット１２１を形成する。ヒドラジンなどの異方性エッチング液を用いて、犠牲層としてのポリシリコン層１０２とシリコン基板１０１をウエットエッチングする。ここでは、ウエットエッチングで空洞１２２を形成したが、ドライエッチングにより空洞１２２を形成してもよい。例えば、ウエットエッチングによりシリコン基板を異方性エッチングする際、（１１１）面のエッチング速度が（１００）面のそれより遅い。従って、基板の面方位が（１００）面であるときに、基板の表面から一定の角度で側壁が形成される。
最後に、この凹部形状の空洞１２２が基板に形成される。この時、ポリシリコン層１０２の断面凸形状の箇所も同時に除去され、段差（屈曲部１４０）を有する梁部が形成される。

＜本発明の第２の実施形態における赤外線検出素子の製造方法＞
本発明の第２の実施形態における赤外線検出素子の製造方法は、前述したシリコン基板上に段差を有する第１のポリシリコンを形成する工程において、梁が形成される箇所を除いて（図５に示すような段差が形成されないように）、公知のリソグラフィーとドライエッチングにより、第１のポリシリコン層１０２を除去したこと以外は第１の実施形態と同様の方法で製造することができる。

＜第３の実施形態＞
図１１（Ａ）は、従来の赤外線検出素子の上面該略図であり、図１１（Ｂ）は、従来の赤外線検出素子の部分上面概略外略図であり、図１１（Ｃ）は、本発明の第３の実施形態における赤外線検出素子の部分上面概略図であり、図１１（Ｄ）は、本発明の第３の実施形態における赤外線検出素子の変形例の部分上面概略図である。
本発明の第３の実施形態における赤外線検出素子は、図１１（Ａ）において、梁が最も撓みやすい屈曲部領域７４０に、図１１（Ｃ）に示すような上面視凸部形状が形成されていることが特徴である。この特徴を有することにより、図１１（Ｂ）の形状と比較して、梁が撓む際に外部応力の方向が変わり、梁の歪量を抑制することが可能となる。なお、この上面視凸部形状は、梁の少なくとも一つの屈曲部に設けられることが好ましい。また、さらに好ましい態様としては、梁の歪量をさらに抑制することができる観点から、梁全体に上面視凸部が設けられている態様が挙げられる。
本発明における上面視凸部形状は、図１１（Ｃ）に示すように、凸部が互いに対向するように配置されていてもよく、図１１（Ｄ）に示すように、凸部が同じ方向を向くように配置されていてもよい。さらには、歪量が大きい屈曲部近傍に密に配置されていてもよい。
また、Ｎ型ポリシリコン３０５とＰ型ポリシリコン３０６との距離Ｓ１、凸部の高さＳ２、及び凸部間の距離Ｓ３は、梁の歪量に応じて適宜調整することができる。
図１２は、本発明の第３の実施形態における赤外線検出素子の概略斜視図である。すなわち、図３に示す第１の実施形態における赤外線検出素子に、図１１（Ｃ）の上面視凸部を採用した赤外線検出素子の概略斜視図を示す。このように、梁が撓みやすい屈曲部に上面視凸部を設けることにより、梁が撓んだ場合でもシリコン基板との接触を防ぐことができる。

＜第４の実施形態＞
図１３は、本発明の第４の実施形態における赤外線検出素子の概略斜視図である。すなわち、図４に示す第２の実施形態における赤外線検出素子に図１１（Ｃ）の上面視凸部を採用した赤外線検出素子の概略斜視図である。図１３に示すように、梁を赤外線受光部４３０から引き出す際、そもそも歪量分だけ高くした位置から引き出し、更に上面視凸部を設ける態様が挙げられる。
第４の実施形態は、凸部を設けることにより、第２の実施形態における赤外線検出素子の効果に加え、梁自体の歪量も抑制することが可能となる。

＜第５の実施形態＞
図１４（Ａ）は、従来の赤外線検出素子の部分上面外略図であり、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）のＡ−Ａ’断面外略図であり、図１４（Ｃ）は、本発明の第５の実施形態における赤外線検出素子の部分上面概略図であり、図１４（Ｄ）は、図１４（Ｃ）のＡ−Ａ’断面図であり、図１４（Ｅ）は、本発明の第５の実施形態における赤外線検出素子の変形例の部分上面概略図であり、図１４（Ｆ）は、図１４（Ｅ）のＡ−Ａ’断面図である。
図１４（Ｃ）及び（Ｅ）より、図１１（Ｂ）、（Ｃ）の各ポリシリコン間に開口部５１０、又は６１０を設けていることが特徴である。この開口部５１０、又は６１０により、内部応力を緩和することができ、梁の歪量をさらに低減することが可能となる。この開口部５１０、及び６１０は、図１４では上面視凸部の間に設けられているが、内部応力を効率よく緩和することができる位置であれば特に限定されない。

また、第５の実施形態を第２の実施形態に適用した態様であってもよい。この態様では、第２の実施形態の効果に加え、想定した以上に梁が撓むような外部応力が加わっても、梁の歪量を抑えることができるため、シリコン基板に接触することがない。

＜本発明の第３の実施形態における赤外線検出素子の製造方法＞
本発明の第３の実施形態における赤外線検出素子の製造方法は、第１の実施形態における赤外線検出素子の製造方法において、第１のポリシリコンを形成する。さらに、温度センサを形成する工程において、上面視凸部を形成するようなパターニングによりＮ型及びＰ型のポリシリコン３０５、３０６、又は４０５、及び４０６を形成する。この２工程以外は、第１の実施形態における赤外線検出素子の製造方法と同様にして製造することができる。
このように、第１の実施形態における赤外線検出素子と第２の実施形態における赤外線検出素子とは、同じ工程数で製造することが可能である。

＜本発明の第４の実施形態における赤外線検出素子の製造方法＞
本発明の第４の実施形態における赤外線検出素子の製造方法は、本発明の第２の実施形態における赤外線検出素子の製造方法において、上面視凸部を形成するようなパターニングを行うこと以外は第１の実施形態と同様の方法で製造することができる。

＜本発明の第５の実施形態における赤外線検出素子の製造方法＞
本発明の第５の実施形態における赤外線検出素子の製造方法では、本発明の第３の実施形態における赤外線検出素子の異方性エッチングする工程中、Ｎ型及びＰ型ポリシリコン間の所定の位置に、エッチングスリットを形成すると同時に開口部を設けることにより製造することができる。

本発明の第１の実施形態における赤外線検出素子の概略上面図である。 （Ａ）は本発明の第１の実施形態における赤外線検出素子のＣ−Ｃ’断面図であり、（Ｂ）は本発明の第１の実施形態における赤外線検出素子のＡ−Ａ’断面図である。 本発明の第１の実施形態における赤外線検出素子の概略斜視図である。 本発明の第２の実施形態における赤外線検出素子の概略斜視図である。 本発明の第１の実施形態における赤外線検出素子のＣ−Ｃ’工程断面図である。 本発明の第１の実施形態における赤外線検出素子のＣ−Ｃ’工程断面図である。 本発明の第１の実施形態における赤外線検出素子のＣ−Ｃ’工程断面図である。 （Ａ）は、本発明の第１の実施形態における赤外線検出素子のＣ−Ｃ’工程断面図であり、（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態における赤外線検出素子のＡ−Ａ’工程断面図である。 （Ａ）は、本発明の第１の実施形態における赤外線検出素子のＣ−Ｃ’工程断面図であり、（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態における赤外線検出素子のＡ−Ａ’工程断面図である。 （Ａ）は、本発明の第１の実施形態における赤外線検出素子のＣ−Ｃ’工程断面図であり、（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態における赤外線検出素子のＡ−Ａ’工程断面図である。 （Ａ）は、従来の赤外線検出素子の上面該略図であり、（Ｂ）は、従来の赤外線検出素子の部分上面概略外略図であり、（Ｃ）は、本発明の第３の実施形態における赤外線検出素子の部分上面概略図であり、（Ｄ）は、本発明の第３の実施形態における赤外線検出素子の変形例の部分上面概略図である。 本発明の第３の実施形態における赤外線検出素子の概略斜視図である。 本発明の第４の実施形態における赤外線検出素子の概略斜視図である。 （Ａ）は、従来の赤外線検出素子の部分上面外略図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＡ−Ａ’断面外略図であり、（Ｃ）は、本発明の第５の実施形態における赤外線検出素子の部分上面概略図であり、（Ｄ）は、（Ｃ）のＡ−Ａ’断面図であり、（Ｅ）は、本発明の第５の実施形態における赤外線検出素子の変形例の部分上面概略図であり、（Ｆ）は、（Ｅ）のＡ−Ａ’断面図である。 （Ａ）は、従来の赤外線検出素子における上面図であり、（Ｂ）は、従来の赤外線検出素子における断面図である。 （Ａ）は、従来の赤外線検出素子における上面図であり、（Ｂ）は、従来の赤外線検出素子における断面図である。

符号の説明

１００、２００、３００、４００ 赤外線検出素子
１０１ シリコン基板
１０２ 第１のポリシリコン層
１０３、１１３、１１５、１１８、１１９ シリコン窒化膜
１０４ （第２の）ポリシリコン（層）
１０５、２０５、３０５、４０５、５０５、６０５ Ｎ型ポリシリコン（梁）
１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６ Ｐ型ポリシリコン（梁）
１０７、１０８、１１３ シリコン酸化膜
１１４ アモルファスシリコン膜
１１６ 絶縁膜
１１７ 配線
１２０ リンドープシリコン酸化膜
１２１ エッチングスリット
１２２ 空洞（シリコン基板の凹部）
１３０、２３０、３３０、４３０ 赤外線受光部
１４０、３４０ 屈曲部
５１０、６１０ 開口部

Claims (7)

1. 凹部が形成されたシリコン基板と、ポリシリコン層を有する赤外線受光部と、前記赤外線受光部を前記凹部の上方に支持し、前記赤外線受光部から前記赤外線受光部の辺に沿うように延在して前記シリコン基板と連結する少なくとも２つの屈曲部を有する梁と、を備えた赤外線検出素子において、
   前記梁の少なくとも一つの屈曲部は、前記ポリシリコン層を基準として前記凹部と反対側の位置に設けられていることを特徴とする赤外線検出素子。
2. 前記少なくとも一つの屈曲部に上面視凸部形状が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出素子。
3. 前記少なくとも一つの屈曲部に開口部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の赤外線検出素子。
4. シリコン基板上に段差を有する第１のポリシリコンを形成する工程と、
   前記第１のポリシリコン上に絶縁膜を形成する工程と、
   前記絶縁膜上に第２のポリシリコンを形成する工程と、
   前記第２のポリシリコンをパターニングして温度センサを形成する工程と、
   少なくとも２つの屈曲部を有する梁を形成する工程と、
   前記段差が形成されたポリシリコン及び前記シリコン基板を異方性エッチングする工程と、
   を有することを特徴とする赤外線検出素子の製造方法。
5. 前記少なくとも一つの屈曲部に上面視凸部形状を形成することを特徴とする請求項４に記載の赤外線検出素子の製造方法。
6. 前記少なくとも一つの屈曲部に開口部を形成することを特徴とする請求項４に記載の赤外線検出素子の製造方法。
7. 前記シリコン基板の表面が（１００）面であり、前記シリコン基板の（１１１）が露出するように異方性エッチングすることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の赤外線検出素子の製造方法。

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