JP2019090739A - 熱型赤外線検出器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で高感度であり低価格な熱型赤外線検出器およびその製造方法を提供する。【解決手段】赤外線センサ１は、赤外線を透過させる支持体金属配線５４を有する支持体５を備えている。支持体５は、赤外線検出部４と空間的に分離された異なる平面内に、赤外線検出部４の一部を覆うように設けられている。支持体５の内部に配置された支持体金属配線５４は、酸素雰囲気下でプラズマ放電することにより、コバルト鉄膜の一部を酸化したものである。このような構造によれば、赤外線は支持体５を透過し、赤外線検出部４に吸収されるため、支持体５の上層に赤外線吸収層を設ける必要がない。また、支持体５を広範囲に長く形成することができるため、支持基板１０と赤外線検出部４を熱的に分離することができ、高感度化が図られる。【選択図】図３

Description

本発明は、赤外線を熱に変換して検出する熱型赤外線検出器およびその製造方法に関する。

赤外線固体撮像装置等に用いられる赤外線検出器は、物体から放射される遠赤外線を光子として捉える量子型と、分子の共振運動により生じる熱エネルギーとして捉える熱型に大別される。量子型は、低雑音、高感度、高速応答という特徴を有するが、光が持つエネルギーが小さいことから撮像素子をマイナス２００℃付近まで冷却する必要がある。このため、装置内に撮像素子を冷却するための冷凍機が必要となり、装置が複雑で高価となる。

一方、熱型は常温動作が可能であり、温度センサを有する赤外線検出部と信号読出し回路を半導体ラインで同時に形成できることから、量子型に比べ小型化および低価格化に有利である。このため、セキュリティーや車載用等の民生分野においては熱型が主流となっており、小型で低価格であると共に高感度であることが求められている。

従来の熱型赤外線検出器においては、赤外線検出部を断熱構造体である支持脚によって保持し、基板と赤外線検出部を熱的に分離していた。先行技術では、支持脚をできるだけ長く形成することにより断熱特性を向上させ、高感度化を図っている。例えば特許文献１には、温度センサとなるボロメータ膜が、高い熱抵抗を持つ薄膜支持脚で基板上方に持ち上げられたブリッジ構造が開示されている。ボロメータ膜は、支持脚により基板から熱的に分離されると共に、支持脚の中に形成された薄膜金属配線により、ブリッジ下方の基板に形成された信号読出し回路と電気的に結合されている。

また、赤外線に対する感度を高めるためには、画素面積に占める赤外線吸収領域の面積比である開口率をできるだけ大きく取ることが望ましい。しかしながら、熱型赤外線検出器の小型化を図るためには、赤外線センサアレイの画素ピッチを小さくする必要があり、画素面積が小さくなる。このため、特許文献１に記載されたような温度センサと支持脚が同一平面上に形成された構造では、開口率を大きく取ろうとすると支持脚を長くすることができなくなり、支持脚を長くすると開口率が大きく取れないという問題がある。

このような問題を解決するため、特許文献２および特許文献３では、温度センサと支持脚をそれぞれ離間した別の層で形成し、面積効率を高める工夫がなされている。特許文献２には、ボロメータ膜と赤外線吸収層を一体として広い領域に形成し、その下部に高い熱抵抗を持つ薄膜支持脚を別層で形成した２階建て構造が開示されている。

また、特許文献３には、赤外線の入射方向から見て、赤外線吸収層、断熱支持脚、温度センサの順に互いに空間的に分離した異なる平面内に形成した３階建て構造が開示されている。このような２階建てまたは３階建て構造とすることにより、支持脚を長くすることが容易であると共に画素の開口率を大きくすることができる。

米国特許第５，２８６，９７６号公報 米国特許第６，１４４，０３０号公報 特許第３９４４４６５号公報

しかしながら、特許文献２に開示された２階建て構造は、支持脚の上方に温度センサが設けられているため、温度センサの形成工程が最終工程となり、高温処理を必要とする温度センサを使うことができない。すなわち、下層の支持脚から基板にかけてアルミニウム等の金属配線が形成されるため、上層の温度センサの形成工程中における熱処理温度は金属配線に許容される温度（アルミニウムの場合約５００℃）を超えることができない。

このため、特許文献２では、形成工程で高温処理が必要な温度センサが使えないだけでなく、高温の熱処理による効果、すなわち製造装置でのプラズマダメージの回復による電気特性の安定化、および電気的接触部で発生する雑音の抑制といった効果を享受することができない。

一方、特許文献３に開示された３階建て構造では、支持脚を容易に長くすることができると共に、温度センサが下層であるため高温処理が必要な温度センサを使うことが可能である。このため、高温の熱処理による電気特性の安定化および雑音の抑制といった効果を享受することができる。さらに、最上層に設けた赤外線吸収層により赤外線を効率的に吸収することができ、赤外線センサのＳ／Ｎ比を向上することが容易であり、高性能化に対して有利である。しかし、３階建て構造であるため画素構造が複雑であり、製造工程も複雑となることから、低価格化を図ることが困難である。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、小型で高感度であり、且つ低価格な熱型赤外線検出器およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る熱型赤外線検出器は、基板上に、赤外線の入射による温度変化を電気信号に変換する温度センサを有する赤外線検出部と、温度センサから電気信号を読み出す支持体金属配線を有する支持体とを備え、赤外線検出部は、支持体によって基板との間に中空部を介して保持され、支持体は、赤外線検出部と空間的に分離された異なる平面内に、赤外線の入射方向から見て赤外線検出部の一部を覆うように設けられ、支持体金属配線には、赤外線を透過させる金属材料が用いられているものである。

本発明に係る熱型赤外線検出器の製造方法は、赤外線検出部が支持体によって基板との間に中空部を介して保持された熱型赤外線検出器の製造方法であって、基板上に、赤外線の入射による温度変化を電気信号に変換する温度センサを有する赤外線検出部を形成する工程と、赤外線検出部を覆い、且つ基板と一部が接触した犠牲層を形成する工程と、犠牲層を部分的に除去して温度センサの一部を露出させる工程と、犠牲層の上に、犠牲層から露出した温度センサに電気接続するように支持体金属配線層を形成する工程と、支持体金属配線層を赤外線が透過するように改質する工程と、犠牲層および基板の一部を除去して支持体と中空部を形成する工程とを含むものである。

本発明に係る熱型赤外線検出器によれば、赤外線検出部と異なる平面内に支持体を設けているので、赤外線検出部と同一平面内に支持体を設けた場合に比べて支持体を容易に長くすることができ、断熱特性が向上する。また、赤外線検出部の画素の開口率を大きくすることができ、赤外線に対する感度を高めることができる。さらに、支持体金属配線が赤外線を透過させる金属膜で構成されているため、赤外線検出部を覆うように支持体を配置することができ、支持体の上層に赤外線吸収層を設ける必要がないため簡素な構造となる。

本発明に係る熱型赤外線検出器の製造方法によれば、赤外線検出部を支持体金属配線層よりも先に形成するので、支持体金属配線層に許容される温度を考慮する必要がなく、形成工程で高温処理が必要な温度センサを用いることが可能である。また、支持体が赤外線を透過させるため、支持体の上層に赤外線吸収層を設ける必要がなく、製造が容易である。よって、本発明によれば、小型で高感度であり、且つ低価格な熱型赤外線検出器が得られる。

本発明の実施の形態１に係る熱型赤外線固体撮像装置の概略図である。 本発明の実施の形態１に係る赤外線イメージセンサを示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る赤外線センサを模式的に示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る赤外線センサを模式的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る赤外線センサの下地構造体の製造方法を説明する断面図である。 本発明の実施の形態１に係る赤外線センサの製造方法を説明する断面図である。 酸化されたコバルト鉄膜における波長１０μｍの赤外線透過率を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る赤外線センサの製造方法を説明する断面図である。 本発明の実施の形態３に係る赤外線センサの支持体金属配線を構成する酸化されたコバルト鉄膜の深さ方向の酸素原子濃度を示す図である。

実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態１に係る熱型赤外線検出器およびその製造方法について、図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態１に係る熱型赤外線検出器を備えた熱型赤外線固体撮像装置の概略図、図２は本実施の形態１に係る赤外線イメージセンサを示す斜視図、図３および図４は、本実施の形態１に係る赤外線センサ（図２中Ａ−Ａで示す部分）を模式的に示す断面図と斜視図である。なお、各図において、図中、同一、相当部分には同一符号を付している。

熱型赤外線固体撮像装置１００は、筐体に取り付けられたレンズ保護用窓１０１、赤外線を入射するための光学レンズ１０２、窓材１０３が取り付けられたパッケージ１０４に収納された赤外線イメージセンサ１０５、および出力された画像信号を処理する信号処理回路１０６等を備えている。

赤外線イメージセンサ１０５は、図２に示すように、赤外線の入射による温度変化を電気信号に変換する熱型赤外線検出器である赤外線センサ１が２次元マトリックス状に配列された赤外線センサアレイ２と、赤外線センサアレイ２の周辺に配置された信号読出し回路３を備えている。信号読出し回路３は、個々の赤外線センサ１の電気信号を順次読み出し、入射した赤外線に応じた画像信号を出力する。

本実施の形態１に係る赤外線センサ１の構造について、図３および図４を用いて説明する。なお、図３では、赤外線センサ１を構成する膜の詳細については、図示を省略している。赤外線センサ１の赤外線検出部４は、支持体５によって支持基板１０との間に中空部６を介して断熱的に保持されている。赤外線検出部４には、温度センサとしてのＰＮ接合ダイオード４１が２個以上直列接続されており、個々のＰＮ接合ダイオード４１は金属配線４５および支持体金属配線５４により電気的に結合されている。

熱型赤外線固体撮像装置１００における赤外線イメージセンサ１０５の赤外線検出原理について簡単に説明する。被写体が発した赤外線は、赤外線センサアレイ２の赤外線センサ１に入射する。赤外線が入射した赤外線センサ１は、赤外線のエネルギーにより温度が上昇し、この温度変化に応じて赤外線検出部４のＰＮ接合ダイオード４１の電気特性が変化する。

なお、赤外線検出部４の温度センサは、ＰＮ接合ダイオード４１に限定されるものではなく、トランジスタや抵抗ボロメータ膜で構成された温度センサを用いてもよい。赤外線イメージセンサ１０５は、温度センサの電気特性の変化を信号読出し回路３により読み取り外部に出力することにより、被写体の熱画像を得る。

すなわち、赤外線センサ１は、入射エネルギーに対して大きく温度上昇し、ＰＮ接合ダイオード４１の電気特性が大きく変化することが望ましく、そのために、赤外線検出部４は、入射した赤外線をロスなく効率的に熱に変換することが重要である。本実施の形態１に係る赤外線センサ１は、入射した赤外線を効率的に赤外線検出部４に伝達することが可能な構造を備えたものである。

本実施の形態１に係る赤外線イメージセンサ１０５の製造方法について説明する。まず、図５（ａ）から図５（ｅ）を用いて、赤外線イメージセンサ１０５の下地構造体の製造工程について説明する。なお、図５（ａ）から図５（ｅ）では、赤外線センサアレイ２の１つの画素を構成する赤外線センサ１の断面を示し、信号読出し回路３については図示を省略している。

図５（ａ）に示すように、支持基板１０として、単結晶シリコン支持基板１１上に、埋め込みシリコン酸化膜層１２、単結晶シリコン層１３が順次積層された、いわゆるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を準備する。

次に、図５（ｂ）に示すように、ＰＮ接合ダイオード４１を分離するため、例えば、ＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ）分離法等の局所酸化法によって、それぞれのＰＮ接合ダイオード４１を熱酸化膜４２により電気的に絶縁する。続いて、図示しない信号読出し回路３となる領域を、単結晶シリコン支持基板１１上に形成する。

さらに、写真製版技術およびイオン注入技術等により、ＰＮ接合ダイオード４１の所定の位置に、Ｎ型またはＰ型の不純物原子を所定の深さまで注入し、ダイオードとして機能するＰ型およびＮ型の不純物層（図示省略）を設ける。なお、所定の位置とは、ＰＮ接合の順方向特性が物理的に所望の動作となる位置であり、単結晶シリコン層１３の不純物濃度分布が均一な領域、あるいは意図的に濃度勾配が設けられた領域が、所定の深さ形成される。

次に、図５（ｃ）に示すように、全面に第１の層間酸化膜４３を堆積し、写真製版技術およびドライエッチング技術により、第１の層間酸化膜４３の所定の位置に第１のコンタクトホール４４を所定の深さまで開口する。これにより、ＰＮ接合ダイオード４１の一部が露出する。

さらに、図５（ｄ）に示すように、ＰＮ接合ダイオード４１と信号読出し回路３を電気的に接続する金属配線４５を形成する。金属配線４５の材料は、所望の抵抗値であれば特に限定されるものではない。また、ランプアニール技術等により金属シリサイド膜として用いてもよい。

続いて、図５（ｅ）に示すように、金属配線４５を電気的に絶縁する第２の層間酸化膜４６を堆積し、第２の層間酸化膜４６の所定の位置に第２のコンタクトホール４７とエッチングホール４８を開口する。第２のコンタクトホール４７により、ＰＮ接合ダイオード４１および金属配線４５は、後に形成される支持体金属配線５４と電気的に接続される。エッチングホール４８は、単結晶シリコン支持基板１１まで達している。以上の工程により、赤外線センサ１の赤外線検出部４となる部分が形成された下地構造体が完成する。

次に、図６（ａ）から図６（ｄ）を用いて、下地構造体形成以降の製造方法、すなわちＰＮ接合ダイオード４１を含む画素部と信号読出し回路（図示省略）を接続する支持体５の形成工程について説明する。図６（ａ）に示すように、下地構造体の表面に、赤外線検出部を覆い、且つ基板（ここでは単結晶シリコン支持基板１１）と一部が接触した犠牲層５１を形成する。犠牲層５１としては、最終工程で赤外線センサ１の構成部材と選択的にエッチング除去可能な材料、例えば有機系材料が用いられる。

次に、図６（ｂ）に示すように、写真製版技術により犠牲層５１の所定の位置を部分的に除去して犠牲層開口部５２を形成し、温度センサの一部、ここではＰＮ接合ダイオード４１に接続された金属配線４５を露出させる。続いて、例えばＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）技術により、犠牲層５１の上に、犠牲層開口部５２を覆うように支持体下層膜５３となるシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）を形成する。さらに、写真製版技術とエッチング技術により、支持体下層膜５３となるシリコン酸化膜を、犠牲層開口部５２の部分のみエッチング除去する。

続いて、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）技術により、犠牲層５１から露出した金属配線４５に電気接続するように、支持体金属配線５４となる支持体金属配線層を、犠牲層開口部５２の内部および支持体下層膜５３の上部に形成する。支持体下層膜５３の上層となる部分の支持体金属配線層の膜厚は、例えば４０Åとする。

支持体金属配線層としては、酸化または窒化処理、あるいはそれらと同等の熱処理等により赤外線を透過するようになる金属材料が用いられる。本実施の形態１では、支持体金属配線層として、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）を用いているが、これに限定されるものではなく、貴金属以外の金属材料、例えばチタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、およびこれらのいずれかを含む合金等から選択された金属材料を用いることができる。

続いて、支持体金属配線層を赤外線が透過するように改質する。本実施の形態１では、酸素雰囲気下でプラズマ放電することにより、支持体金属配線層の一部を酸化する。この時のプロセス条件は、例えばＲＦパワー１４００Ｗ、ステージ温度１４０度、酸素流量３００ｃｃ、プロセス圧力１３０Ｐａ、プロセス時間３００秒である。

なお、支持体金属配線層を赤外線が透過するように改質する工程では、酸素雰囲気下で熱処理することにより、支持体金属配線層の一部を酸化してもよい。あるいは、窒素雰囲気下でプラズマ放電または熱処理することにより支持体金属配線層の一部を窒化してもよい。いずれの場合も、支持体金属配線層の表面から膜厚方向に所定の深さの部分を酸化または窒化し、酸化または窒化されていない部分を残すことが望ましい。

支持体金属配線層を形成後、例えばＰＥＣＶＤ技術により支持体上層膜５５となるシリコン酸化膜を堆積する。支持体下層膜５３および支持体上層膜５５は、可能な限り薄膜とすることが望ましい。これにより支持体５の断熱特性が改善され、赤外線センサ１の性能が向上する。また、支持体上層膜５５および支持体下層膜５３は、シリコン酸化膜に限定されるものではなく、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）でもよく、あるいはシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜と膜特性が同等かそれ以上の絶縁薄膜を用いることもできる。

次に、図６（ｃ）に示すように、写真製版技術とエッチング技術により、支持体上層膜５５、支持体金属配線５４、および支持体下層膜５３を所望の形状に形成する。本実施の形態１においては、例えば３６５ｎｍの水銀スペクトル波長であるｉ線を光源とする露光機を用い、フォトレジストを５００ｎｍ幅となるように形成し、その後、ＤＲＹエッチング技術により不要な膜をエッチング除去している。

続いて、図６（ｄ）に示すように、例えば酸素プラズマ処理とＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ａｍｍｏｎｉｕｍｕ−Ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）等のエッチング技術を用い、犠牲層５１および単結晶シリコン支持基板１１の一部を除去して支持体５と中空部６を形成する。最後に、支持体５の支持体配線金属５４全体を覆う保護膜（図示省略）として、例えばＰＥＣＶＤ技術によりシリコン酸化膜を形成する。以上の工程により、赤外線検出部４が支持体５によって単結晶シリコン支持基板１１との間に中空部６を介して保持された赤外線センサ１が完成する。

図７は、酸化されたコバルト鉄膜の赤外線透過率について実験した結果を示している。図７において、縦軸は波長１０μｍの赤外線透過率（％）、横軸は、酸化されたコバルト鉄膜の膜厚（Å）を示している。実験の結果、酸化されたコバルト鉄膜の波長１０μｍの赤外線透過率は、膜厚６０Å以下で５０％以上、膜厚４０Å以下では９０％以上であった。

本実施の形態１では、支持体金属配線５４であるコバルト鉄膜の膜厚は４０Åであるが、４０Åの膜厚の大部分を酸化した場合、波長１０μｍの赤外線透過率は９０％以上であり、赤外線の反射が殆ど無い。ただし、膜の全てを酸化すると配線抵抗が高くなるため、配線としての機能を維持できるように酸化されていない部分を残す必要がある。

本実施の形態１によれば、支持体５に配置された支持体金属配線５４が赤外線を透過させるため、支持体５が赤外線検出部４の一部を覆うように赤外線検出部４の直上に配置されていても、赤外線は支持体５を透過し赤外線検出部４に吸収される。よって、支持体５の上層に赤外線吸収層を設ける必要がなく、構造が簡素であり製造も容易である。これに対し、従来構造では、支持脚中に配置された金属配線は光学的には反射膜として作用するため、支持脚の上層に赤外線吸収層を設ける必要があり、構造が複雑であった。

また、本実施の形態１では、支持体５を形成する層と赤外線検出部４を形成する層を別層とし、支持体５と赤外線検出部４とを異なる平面内に設けているので、支持体と赤外線検出部を同じ層に形成した従来構造よりも、支持体５を広範囲に長く形成することができる。これにより、支持基板１０と赤外線検出部４を熱的に分離することができ、熱コンダクタンスを小さくすることができる。また、画素の開口率を大きく取ることができるため、入射した赤外線を効率的に赤外線検出部４に伝達させるがことが可能である。

また、本実施の形態１に係る赤外線センサ１の製造方法では、赤外線検出部４を支持体金属配線５４よりも先に形成するので、支持体金属配線５４に許容される温度を考慮する必要がなく、形成工程で高温処理が必要な温度センサを用いることが可能である。さらに、高温の熱処理による効果、すなわち製造装置でのプラズマダメージの回復による電気特性の安定化、および電気的接触部で発生する雑音の抑制といった効果を享受することができる。

また、本実施の形態１に係る赤外線センサ１の製造方法では、支持体金属配線層を赤外線が透過するように改質する工程が必要であるが、支持体金属配線層を酸化または窒化する工程は従来装置で容易に行うことが可能であり、複雑な工程や新たな設備投資は必要ないため、製造コストの上昇を抑制することができる。

これらのことから、本実施の形態１によれば、小型で高感度であり、且つ低価格な赤外線センサ１を備えた赤外線イメージセンサ１０５が得られる。また、本実施の形態１に係る赤外線イメージセンサ１０５を備えた熱型赤外線固体撮像装置１００は、小型で高感度であり、且つ低価格を実現することができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る赤外線センサは、支持体５に配置される支持体金属配線を、第１の支持体金属配線５４ａと第２の支持体金属配線５４ｂを含む積層膜とし、積層膜の一部を酸化または窒化したものである。それ以外の構成については、上記実施の形態１と同様であるので、以下の説明では上記実施の形態１との相違点のみ説明する。

本実施の形態２に係る赤外線センサの製造方法について、図８を用いて説明する。なお、図８は、上記実施の形態１で説明した図６（ｂ）に続く工程を示している。所定の位置に犠牲層開口部５２（図６（ｂ）参照）が形成され、ＰＮ接合ダイオード４１に接続された金属配線４５を露出させた犠牲層５１の上に、例えばＰＥＣＶＤ技術により、犠牲層開口部５２を覆うように支持体下層膜５３となるシリコン酸化膜を形成し、犠牲層開口部５２の部分のみエッチング除去する。

続いて、ＰＶＤ技術により、犠牲層５１から露出した金属配線４５に電気接続するように、第１の支持体金属配線５４ａとなる第１の支持体金属配線層を膜厚４０Å形成する。さらに、ＰＶＤ技術により、第２の支持体金属配線５４ｂとなる第２の支持体金属配線層を膜厚４０Å形成する。本実施の形態２では、第１の支持体金属配線層および第２の支持体金属配線層としてコバルト鉄を用いている。

続いて、第１の支持体金属配線層および第２の支持体金属配線層を、酸素雰囲気下でプラズマ放電することにより酸化し、赤外線が透過するように改質する。その後、例えばＰＥＣＶＤ技術により支持体上層膜５５となるシリコン酸化膜を堆積する。なお、本実施の形態２では、支持体金属配線を２層の積層膜としたが、２層以上の積層膜であってもよい。

本実施の形態２では、支持体金属配線が各々膜厚４０Åの第１の支持体金属配線５４ａと第２の支持体金属配線５４ｂを含む積層膜であるため、上記実施の形態１の単層の膜厚４０Åの支持体金属配線５４よりも赤外線透過率は低下する。ただし、積層膜とすることにより、コンタクト部のカバレジが向上し、コンタクト抵抗が小さくなり、雑音が小さくなる効果が得られる。

なお、単層で膜厚を厚くすることによっても上記効果は得られるが、その場合、高い赤外線透過率を得ることが難しくなる。図７の実験結果によると、膜厚４０Åの酸化されたコバルト鉄膜の波長１０μｍの赤外線透過率は９０％以上であり、これを２層重ねて膜厚８０Åの積層膜としても、９０％の２乗で８０％以上の赤外線透過率が得られる。一方、単層で膜厚８０Åの酸化されたコバルト鉄膜では、４０％以下の赤外線透過率しか得られないため、積層膜とすることが望ましい。

本実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、支持体金属配線を２層以上の積層膜とすることにより低雑音化が図られ、小型、低雑音、および高感度であり、且つ低価格な赤外線イメージセンサが得られる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る赤外線センサは、上記実施の形態２と同様に、支持体に配置される支持体金属配線を、第１の支持体金属配線５４ａと第２の支持体金属配線５４ｂを含む積層膜とし、積層膜の一部を酸化または窒化したものである。本実施の形態３では、上記実施の形態２よりもさらに支持体金属配線の配線抵抗を小さくするため、第１の支持体金属配線５４ａの膜厚を７０Åとしている。それ以外の構成および製造方法については、上記実施の形態１および実施の形態２と同様であるので、ここでは説明を省略する。

図９は、本実施の形態３に係る赤外線センサの支持体金属配線を構成する酸化されたコバルト鉄膜の深さ方向の酸素原子濃度を示している。図９において、縦軸は酸素原子濃度（％）、横軸は支持体金属配線の表面からの深さ（Å）である。コバルト鉄膜の全てが酸化された場合、膜抵抗すなわち配線抵抗が高くなり、配線としての機能から逸脱する。このため、本実施の形態３では、第１の支持体金属配線５４ａの膜厚を７０Åと厚くし、膜底部に酸化されていない金属層を残存させている。

図９に示すように、本実施の形態３において酸化されたコバルト鉄膜は、表面から深さ３０Å程度までは安定して３０％以上の酸素原子濃度となっているが、表面からの深さが５０Å程度になると膜中の酸素原子濃度は数％と少なくなる。このため、第１の支持体金属配線５４ａの膜厚を７０Åとし、酸化されていない層を１０Å〜４０Å程度残すことにより、配線として妥当な抵抗が得られる。また、コンタクト抵抗がさらに低下し、オーミックコンタクトが実現する。

本実施の形態３によれば、上記実施の形態１および実施の形態２と同様の効果に加え、支持体金属配線を２層以上の積層膜とし、上記実施の形態２よりも第１の支持体金属配線５４ａの膜厚を厚くすることにより、コンタクト抵抗をさらに低下させることが可能となる。なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

本発明は、赤外線固体撮像装置等に用いられる赤外線検出器およびその製造方法として利用することができる。

１ 赤外線センサ、２ 赤外線センサアレイ、３ 信号読出し回路、４ 赤外線検出部、５ 支持体、６ 中空部、１０ 支持基板、１１ 単結晶シリコン支持基板、１２ 埋め込みシリコン酸化膜層、１３ 単結晶シリコン層、４１ ＰＮ接合ダイオード、４２ 熱酸化膜、４３ 第１の層間酸化膜、４４ 第１のコンタクトホール、４５ 金属配線、４６ 第２の層間酸化膜、４７ 第２のコンタクトホール、４８ エッチングホール、５１ 犠牲層、５２ 犠牲層開口部、５３ 支持体下層膜、５４ 支持体金属配線、５４ａ 第１の支持体金属配線、５４ｂ 第２の支持体金属配線、５５ 支持体上層膜、１００ 熱型赤外線固体撮像装置、１０１ レンズ保護用窓、１０２ 光学レンズ、１０３ 窓材、１０４ パッケージ、１０５ 赤外線イメージセンサ、１０６ 信号処理回路

Claims (14)

1. 基板上に、赤外線の入射による温度変化を電気信号に変換する温度センサを有する赤外線検出部と、前記温度センサから電気信号を読み出す支持体金属配線を有する支持体とを備え、
   前記赤外線検出部は、前記支持体によって前記基板との間に中空部を介して保持され、
   前記支持体は、前記赤外線検出部と空間的に分離された異なる平面内に、赤外線の入射方向から見て前記赤外線検出部の一部を覆うように設けられ、前記支持体金属配線には、赤外線を透過させる金属材料が用いられていることを特徴とする熱型赤外線検出器。
2. 前記支持体金属配線は、酸化または窒化された金属膜であることを特徴とする請求項１記載の熱型赤外線検出器。
3. 前記支持体金属配線は、表面から膜厚方向に所定の深さの部分が酸化または窒化され、酸化または窒化されていない部分が残されていることを特徴とする請求項２記載の熱型赤外線検出器。
4. 前記支持体金属配線は、コバルト鉄であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の熱型赤外線検出器。
5. 前記支持体金属配線は、チタン、アルミニウム、クロム、またはこれらのいずれかを含む合金であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の熱型赤外線検出器。
6. 前記支持体金属配線は、第１の支持体金属配線と第２の支持体金属配線を含む２層以上の積層膜であり、前記積層膜の一部が酸化または窒化されていることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の熱型赤外線検出器。
7. 前記温度センサは、直列接続された複数のダイオードであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の熱型赤外線検出器。
8. 前記基板は、単結晶シリコン基板上に埋め込みシリコン酸化膜層を介して単結晶シリコン層が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の熱型赤外線検出器。
9. 赤外線検出部が支持体によって基板との間に中空部を介して保持された熱型赤外線検出器の製造方法であって、
   基板上に、赤外線の入射による温度変化を電気信号に変換する温度センサを有する前記赤外線検出部を形成する工程と、
   前記赤外線検出部を覆い、且つ前記基板と一部が接触した犠牲層を形成する工程と、
   前記犠牲層を部分的に除去して前記温度センサの一部を露出させる工程と、
   前記犠牲層の上に、前記犠牲層から露出した前記温度センサに電気接続するように支持体金属配線層を形成する工程と、
   前記支持体金属配線層を赤外線が透過するように改質する工程と、
   前記犠牲層および前記基板の一部を除去して前記支持体と前記中空部を形成する工程とを含むことを特徴とする熱型赤外線検出器の製造方法。
10. 前記支持体金属配線層を赤外線が透過するように改質する工程において、酸素または窒素雰囲気下でプラズマ放電することにより、前記支持体金属配線層の一部を酸化または窒化することを特徴とする請求項９記載の熱型赤外線検出器の製造方法。
11. 前記支持体金属配線層を赤外線が透過するように改質する工程において、酸素または窒素雰囲気下で熱処理することにより、前記支持体金属配線層の一部を酸化または窒化することを特徴とする請求項９記載の熱型赤外線検出器の製造方法。
12. 前記支持体金属配線層を赤外線が透過するように改質する工程において、前記支持体金属配線層の表面から膜厚方向に所定の深さの部分を酸化または窒化し、酸化または窒化されていない部分を残すことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の熱型赤外線検出器の製造方法。
13. 前記支持体金属配線層として、コバルト鉄を用いたことを特徴とする請求項９から請求項１２のいずれか一項に記載の熱型赤外線検出器の製造方法。
14. 前記支持体金属配線層として、チタン、アルミニウム、クロム、またはこれらのいずれかを含む合金を用いたことを特徴とする請求項９から請求項１２のいずれか一項に記載の熱型赤外線検出器の製造方法。

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