JP4661207B2 - Infrared sensor manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、赤外線センサの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an infrared sensor.
下記特許文献1に記載された従来の赤外線センサでは、支持梁の熱抵抗を上げるため、支持梁を構成するシリコン酸化膜を薄く形成することで、赤外線センサの感度を上げていた。その製造方法は、支持梁の部分のみエッチング犠牲層を高く積むことで支持梁を薄くする方法であった。
また、熱分離用のスリットの形成時のパターニングの際には、センサ領域と配線領域とを平坦に形成し、両者の高さを同じにすることで、赤外線吸収膜とその支持梁との熱分離用のスリットの加工精度を上げて、スリットをなるべく狭く形成する。これにより、赤外線吸収膜の面積を広くし、赤外線センサの感度を上げていた。
なお、サーモパイル型赤外線センサの構造、検出の原理については、下記特許文献2、下記非特許文献1に記載されている。
In the conventional infrared sensor described in the following
When patterning when forming the slit for heat separation, the sensor region and the wiring region are formed flat, and the height of both is the same, so that the heat of the infrared absorbing film and its supporting beam Increase the processing accuracy of the slit for separation, and make the slit as narrow as possible. As a result, the area of the infrared absorption film is increased, and the sensitivity of the infrared sensor is increased.
The structure of the thermopile infrared sensor and the detection principle are described in the following
通常、配線層が2層、3層と増えていくにしたがって、MOSFETやキャパシタが形成されている配線領域の高さが高くなる。上記従来例では、赤外線吸収膜の厚さを配線領域の厚さと同等に厚くする必要があるので、赤外線吸収膜の熱容量が増加し、結果として熱時定数が大きくなり、応答速度が遅くなってしまうという問題があった。熱時定数を小さくし、応答速度を速くするためには、赤外線吸収膜の厚さも薄くする必要がある。
本発明が解決すべき課題は、(1)熱分離用のスリットを狭く開口することにより、赤外線吸収膜の面積を広くし、赤外線センサの感度を上げ、かつ、(2)熱時定数を小さくし、応答速度を速くすることができる赤外線センサの製造方法を提供することにある。
Usually, as the number of wiring layers increases from two to three, the height of the wiring region in which the MOSFET and the capacitor are formed increases. In the above conventional example, it is necessary to make the thickness of the infrared absorption film equal to the thickness of the wiring region, so that the heat capacity of the infrared absorption film increases, resulting in a large thermal time constant and a slow response speed. There was a problem that. In order to reduce the thermal time constant and increase the response speed, it is necessary to reduce the thickness of the infrared absorption film.
The problems to be solved by the present invention are: (1) widening the area of the infrared absorbing film by narrowing the slit for heat separation, increasing the sensitivity of the infrared sensor, and (2) reducing the thermal time constant. It is another object of the present invention to provide an infrared sensor manufacturing method that can increase the response speed.
上記課題を解決するために、本発明は、シリコン基板上に直接形成された素子分離用シリコン酸化膜により素子分離された、赤外線吸収膜と支持梁とを有するセンサ領域、および、配線を有する配線領域を含んでなる赤外線センサの製造方法であり、前記配線領域における基板の表面を熱酸化して酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜を除去する工程とを少なくとも1回行うことによって、前記赤外線吸収膜の底面のすべて、および、前記支持梁の底面の少なくとも一部を、前記配線領域における前記シリコン基板上に形成される少なくとも一層のシリコン酸化膜のうち、最下位に位置するシリコン酸化膜の底面よりも高い位置に形成し、かつ、少なくとも、前記赤外線吸収膜と前記支持梁との熱分離用のスリットの形成時には、前記センサ領域の最上面の高さと前記配線領域の最上面の高さとを同じになるようにする、という構成になっている。 In order to solve the above problems, the present invention provides a sensor region having an infrared absorption film and a support beam, and a wiring having a wiring, which are isolated by a silicon oxide film for device isolation formed directly on a silicon substrate. A method of manufacturing an infrared sensor comprising a region , wherein the step of thermally oxidizing the surface of the substrate in the wiring region to form an oxide film and the step of removing the oxide film are performed at least once, A silicon oxide film located at the lowest position among at least one silicon oxide film formed on the silicon substrate in the wiring region, all of the bottom surface of the infrared absorption film and at least a part of the bottom surface of the support beam The sensor is formed at a position higher than the bottom surface of the sensor, and at least when the slit for heat separation between the infrared absorption film and the support beam is formed. A height of the top surface height and the wiring area of the top surface of the band to be the same, it has a configuration that.
本発明によれば、(1)センサ領域の最上面の高さと配線領域の最上面の高さとを同じにして、熱分離用のスリットを狭く開口することにより、赤外線吸収膜の面積を広くし、赤外線センサの感度を上げ、かつ、(2)赤外線吸収膜の底面のすべてを、配線領域におけるシリコン基板上に形成される少なくとも一層のシリコン酸化膜のうち、最下位に位置するシリコン酸化膜の底面よりも高い位置に形成することにより、熱時定数を小さくし、応答速度を速くすることができる赤外線センサの製造方法を提供することができる。 According to the present invention, (1) the height of the uppermost surface of the sensor region and the height of the uppermost surface of the wiring region are made the same, and the area for the infrared absorption film is increased by opening the slit for heat separation narrowly. The sensitivity of the infrared sensor is increased, and (2) all of the bottom surface of the infrared absorption film is formed of the silicon oxide film positioned at the lowest position of at least one silicon oxide film formed on the silicon substrate in the wiring region. By forming it at a position higher than the bottom surface, it is possible to provide a method for manufacturing an infrared sensor that can reduce the thermal time constant and increase the response speed.
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
《実施の形態1》
〈構成〉
図1(a)は本実施の形態の赤外線センサの平面図、(b)は(a)のM1−M2切断線における断面図、図2(a)は赤外線センサアレイにおける電気信号の出力の検出ブロック図、(b)は赤外線センサアレイの回路図である。
図2(a)、(b)において、200は赤外線センサアレイ、201はカウンタ、202はX−デコーダ、203はY−デコーダ、204はMOSFET、Vrefはバイアス電圧、GNDはグラウンド、Y*は*行目の画素選択信号、X*は*列目の画素選択信号、CLKはサンプリング用クロック、Voutは赤外線センサ出力である。
図2(a)、(b)に示すように、赤外線センサアレイ200は赤外線センサとそのサンプリングを行うカウンタ201やX−デコーダ202、Y−デコーダ203などのデジタル回路からなる。複数の赤外線センサがアレイ状に並んでいるため、図2(b)に示すように、画素の選択スイッチ素子であるMOSFET204が赤外線センサアレイ200の内部に内臓されている。
このため、赤外線センサアレイ200内部の一画素あたりの平面図、断面図はそれぞれ図1(a)、(b)に示すようになる。図1(a)、(b)において、1はシリコン基板、301はセンサが形成される領域(以下、センサ領域と称す)、302は配線が形成される領域(以下、配線領域と称す)、100は赤外線吸収膜、101は支持梁、19は赤外線吸収膜100とその支持梁101との熱分離を行うためのスリット、12、16はアルミ配線、2、7、10、13はシリコン酸化膜、500はシリコン基板1に形成した空洞である。図1(a)において、赤外線センサが形成される太黒枠内がセンサ領域301、それ以外が配線領域302である。すなわち、赤外線センサと選択スイッチ素子であるMOSFET204とが近接して配置され、配線層が複数配置されたような構成となっている。本実施の形態では、2層のアルミ配線12、16が形成された例を示すが、3層、4層の場合もあり得る。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings described below, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof is omitted.
<Constitution>
1A is a plan view of the infrared sensor of the present embodiment, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line M1-M2 in FIG. 2A, and FIG. 2A is a detection of an output of an electrical signal in the infrared sensor array. A block diagram and (b) are circuit diagrams of an infrared sensor array.
2A and 2B, 200 is an infrared sensor array, 201 is a counter, 202 is an X-decoder, 203 is a Y-decoder, 204 is a MOSFET, Vref is a bias voltage, GND is ground, Y * is * The pixel selection signal in the row, X * is the pixel selection signal in the * column, CLK is the sampling clock, and Vout is the infrared sensor output.
As shown in FIGS. 2A and 2B, the infrared sensor array 200 includes an infrared sensor and digital circuits such as a
Therefore, a plan view and a sectional view of each pixel inside the infrared sensor array 200 are as shown in FIGS. 1A and 1B, respectively. 1A and 1B, 1 is a silicon substrate, 301 is a region where a sensor is formed (hereinafter referred to as a sensor region), 302 is a region where wiring is formed (hereinafter referred to as a wiring region), 100 is an infrared absorption film, 101 is a support beam, 19 is a slit for performing thermal separation between the
赤外線センサの上面と、該赤外線センサの配線が通っている配線領域302の上面とがずれている場合、赤外線吸収膜100とその支持梁101との熱分離を行うためのスリット19を、RIE(Reactive Ion Etching)などの異方性エッチングで形成した場合、スリット19の断面形状は、テーパー形状に形成されるため、センサ領域301におけるスリット19と、配線領域302に隣接するスリット19とで幅が異なってしまう。さらに、センサ領域301内の配線領域302に近い外側寄りにあるスリット19と、内側寄りにあるスリット19とでも幅が異なってしまう。そのため、製造プロセスにおいてスリット19の幅の最小寸法からずれ、大きくなってしまう。スリット19の形成時におけるセンサ領域301の上面と、配線領域302の上面とが平坦で同じ高さの位置にあれば、スリット19の幅を均一に形成することができる。
また、支持梁101の熱抵抗を高くするため、支持梁101は薄く、熱時定数が大きくなり、応答速度が遅くならないように赤外線吸収膜100も薄くする必要がある。
本発明では、これらを同時に実現させるため、配線領域302における配線の層数が多くなって配線領域302の厚さが厚くなっても、センサ領域301と配線領域302の高さが同じになるようにし、スリット19の加工精度を向上させ、赤外線吸収膜100の面積(開口率)を最大に、赤外線吸収膜100と支持梁101の厚さを最小に保つことができる赤外線センサの製造方法および赤外線センサを提供するものである。
When the upper surface of the infrared sensor is displaced from the upper surface of the wiring region 302 through which the wiring of the infrared sensor passes, the
Further, in order to increase the thermal resistance of the
In the present invention, in order to realize these simultaneously, even if the number of wiring layers in the wiring region 302 increases and the wiring region 302 becomes thicker, the sensor region 301 and the wiring region 302 have the same height. In addition, the manufacturing method of the infrared sensor and the infrared ray capable of improving the processing accuracy of the
〈製造方法〉
図3〜図11は本実施の形態の赤外線センサの製造方法を示す工程図であり、それぞれの図において、(a)は赤外線センサの平面図、(b)は(a)のM1−M2切断線における断面図である。
なお、配線領域302におけるMOSFETの製造方法については説明を省略し、ゲート配線およびアルミ配線の製造工程のみ説明する。
まず、図3に示すように、シリコン基板1において、公知のLOCOS(Local Oxidation
of Silicon)法によりシリコン酸化膜(SiO2)2を形成し(酸化時のシリコン窒化膜からなるマスク層は図示省略)、センサ領域301と配線領域302とを素子分離する。なお、図3(a)において、303はMOSFETが形成される領域(以下、MOSFET領域と称す)である。
次に、センサ領域301の全面に、ポリシリコンからなるエッチング犠牲層3を形成する。
次に、シリコン基板1に空洞を形成する際のエッチング領域を決定するために、ボロン(B)イオンをイオン注入してエッチングストッパ4を形成する。
<Production method>
3 to 11 are process diagrams showing a method of manufacturing the infrared sensor according to the present embodiment. In each figure, (a) is a plan view of the infrared sensor, and (b) is a cut along M1-M2 of (a). It is sectional drawing in a line.
The description of the method for manufacturing the MOSFET in the wiring region 302 is omitted, and only the manufacturing process of the gate wiring and the aluminum wiring will be described.
First, as shown in FIG. 3, in the
of silicon) is used to form a silicon oxide film (SiO 2 ) 2 (the mask layer made of a silicon nitride film during oxidation is not shown), and the sensor region 301 and the wiring region 302 are separated from each other. In FIG. 3A, reference numeral 303 denotes a region where a MOSFET is formed (hereinafter referred to as a MOSFET region).
Next, an etching
Next, in order to determine an etching region for forming a cavity in the
次に、図4に示すように、配線領域302において、Y列のMOSFETのポリシリコンからなるゲート配線5を形成する。
次に、ポリシリコンからなるエッチング犠牲層3の上に、さらにポリシリコンからなるエッチング犠牲層6を積層し、センサ領域301の高さを底上げする。なお、エッチング犠牲層6の厚さは、センサ領域301の一番高い位置にある配線と、配線領域302の一番高い位置にある配線とが同じ位置になる程度の厚さである。また、(a)の平面図において、6a、6bはエッチング犠牲層6の一部の領域である。図4(c)は(a)のN1−N2切断線における断面図である。エッチング犠牲層6とエッチングストッパ4との間の段差が大きくなるので、この両者をまたいで配線されるサーモパイルがこの段差により断線しないように一定の高さを保つために、(a)に示すように、エッチング犠牲層6を領域6a、6bにも形成している。その断面が(c)に示される。
Next, as shown in FIG. 4, in the wiring region 302, the
Next, an etching
次に、図5に示すように、シリコン酸化膜(SiO2)7を公知の方法によりシリコン基板1の全面に堆積する。なお、(a)の平面図においてはシリコン酸化膜7は図示省略してある(以下、(a)の平面図においては理解しやすくするために、層等の部材を適宜図示省略する)。
次に、図6に示すように、センサ領域301にP型ポリシリコン層8、N型ポリシリコン層9を所定の形状に形成してサーモパイル400を形成する。
次に、ゲート配線5およびサーモパイル400を絶縁するために、シリコン基板1の全面にシリコン酸化膜(SiO2)10を形成する。
次に、図7に示すように、シリコン酸化膜7と10を選択的にエッチングし、コンタクトホール11を形成する。
Next, as shown in FIG. 5, a silicon oxide film (SiO 2 ) 7 is deposited on the entire surface of the
Next, as shown in FIG. 6, a
Next, a silicon oxide film (SiO 2 ) 10 is formed on the entire surface of the
Next, as shown in FIG. 7, the
次に、図8に示すように、アルミ配線12を形成する。
次に、アルミ配線12を絶縁するために、シリコン基板1の全面にシリコン酸化膜(SiO2)13を形成する。
次に、シリコン酸化膜13を選択的にエッチングし、第二のコンタクトホール14を形成する。
Next, as shown in FIG. 8,
Next, a silicon oxide film (SiO 2 ) 13 is formed on the entire surface of the
Next, the
次に、図9に示すように、第二のアルミ配線16を形成する。
次に、アルミ配線16を絶縁するために、シリコン基板1の全面にシリコン酸化膜(SiO2)17を形成する。なお、図9(b)において、xは配線領域302の最上面の高さ(赤外線センサ完成後の高さ。図11(b)参照)、yはセンサ領域301における一番高い位置にあるアルミ配線16の上面の高さ、zは配線領域302における一番高い位置にあるアルミ配線16の上面の高さである。このときの位置関係がエッチング犠牲層6を形成する際の該エッチング犠牲層6の厚さを決定する。x≧y≧zを満たす位置関係となるようにする。
Next, as shown in FIG. 9, the
Next, a silicon oxide film (SiO 2 ) 17 is formed on the entire surface of the
次に、図10に示すように、シリコン酸化膜17、13をCMP(Chemical Mechanical
Polishing)あるいはエッチバックにより除去して、センサ領域301のアルミ配線16の上面が露出しない程度に薄くして、センサ領域301と配線領域302との間の段差を少なくし平坦化する。この工程により赤外線吸収膜と支持梁の両方の厚さを薄くすることができる。すなわち、センサ領域301の支持梁を構成するシリコン酸化膜を薄くできるので、感度が上がる。また、赤外線吸収膜を薄くできるので、熱容量が低減でき、熱時定数が小さくなり、応答速度が速くなる。
次に、センサ領域301において、シリコン酸化膜13、10、7を選択的にエッチングして、スリット19を形成する。なお、上記のシリコン酸化膜17、13をCMPあるいはエッチバックにより除去する工程により、センサ領域301と配線領域302とは平坦化されており、また、センサ領域301のシリコン酸化膜13、10、7が薄くなっているので、スリット19の加工精度が良い。つまり、スリット19を幅を狭く形成することができる。
Next, as shown in FIG. 10, the
Polishing) or removal by etch-back to make the upper surface of the
Next, in the sensor region 301, the
次に、図11に示すように、スリット19からヒドラジンなどの強アルカリ溶液を用いて、ポリシリコンからなるエッチング犠牲層6、3と、シリコン基板1とを、該シリコン基板1の(111)面を露出させる異方性エッチングを行い、シリコン基板1の上面からピラミッド型に空洞を形成し、赤外線吸収膜100と、支持梁101とを分離する。これにより最終的に、赤外線吸収膜100と、支持梁101とを共に薄く形成することができる。その結果、赤外線吸収膜100の熱容量が下がり、熱時定数が小さくなり、応答速度が速くなる。また、支持梁101を共に薄く形成できるので、熱抵抗が下がり、感度を上げることができる。
Next, as shown in FIG. 11, using a strong alkaline solution such as hydrazine from the
上記のように本実施の形態の赤外線センサの製造方法は、図1、図11に示すように、センサ領域301における赤外線吸収膜100および支持梁101をエッチング犠牲層3、6の上に形成することによって、赤外線吸収膜100の底面Aおよび支持梁101の底面Bを、配線領域302の底面Cよりも高い位置に形成する。
また、図9に示すように、センサ領域301における一番高い位置にあるアルミ配線16の最上面の高さyを、配線領域302における一番高い位置にあるアルミ配線16の最上面の高さzと同じか、またはそれ以上の位置に、かつ、配線領域302の最上面の高さxよりも低い位置に形成する。
さらに、本実施の形態の赤外線センサは、赤外線吸収膜100および支持梁101の底面が、配線領域302の底面よりも高い位置に形成され、センサ領域301における一番高い位置にあるアルミ配線16の上面の高さyは、配線領域302における一番高い位置にあるアルミ配線16の上面の高さzと同じか、またはそれ以上の位置にあり、かつ、配線領域302の最上面の高さxよりも低い位置にある。
As described above, in the method of manufacturing the infrared sensor according to the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 11, the
Further, as shown in FIG. 9, the height y of the uppermost surface of the
Furthermore, in the infrared sensor of the present embodiment, the bottom surfaces of the
このようにセンサ領域301の最上部にあるアルミ配線16の上面の高さyを、配線領域302の最上部にあるアルミ配線16の上面の高さzと同じか、高くすることによって、赤外線吸収膜100、支持梁101の厚さを、センサ領域301のアルミ配線16の上面が露出する限界まで薄くすることができ、支持梁101の熱抵抗の向上、赤外線吸収膜100の熱容量の低減につながり、感度の上昇、熱時定数の低減による応答速度の高速化が実現できる。
また、センサ領域301の最上部にあるアルミ配線16の上面の高さyを、配線領域302の最上面の高さxより低くすることによって、図10における最上面のシリコン酸化膜17、13をエッチングの際、最上面の平坦化が可能である。
さらに、赤外線吸収膜100、支持梁101の両方の下に、厚いポリシリコンエッチング犠牲層6、3を敷き詰めることによって、両者の底面を同一平面上に形成できるので、赤外線吸収膜100、支持梁101の厚さを薄くすることができる。また、赤外線吸収膜100、支持梁101の厚さを薄くでき、両者が同一平面上にあることから、スリット19の幅の寸法を狭くすることができる。したがって、狭くした分、赤外線吸収膜100の領域を多く取ることができ、開口率が向上し、感度を向上することができる。
As described above, the height y of the upper surface of the
Further, by making the height y of the upper surface of the
Further, by laying thick polysilicon etching
《実施の形態2》
図12〜図17は本実施の形態の赤外線センサの製造方法を示す工程図であり、それぞれの図において、(a)は赤外線センサの平面図、(b)は(a)のM1−M2切断線における断面図である。図12においては(b)〜(d)が断面図。
なお、配線領域302におけるMOSFETの製造方法については説明を省略し、ゲート配線およびアルミ配線の製造工程のみ説明する。
まず、図12(b)に示すように、シリコン基板1において、配線領域302の全面をLOCOS法によって熱酸化を行い、シリコン酸化膜(SiO2)21を形成する(酸化時のセンサ領域301上のシリコン窒化膜からなるマスク層は図示省略)。
次に、図12(c)に示すように、LOCOS領域のシリコン酸化膜21をエッチングなどにより除去する。LOCOS法により形成されるシリコン酸化膜21は、シリコン酸化膜21の全体の厚さの55%が、シリコン酸化膜21形成前の元の表面の上に形成され、残りの45%が該表面の下側に形成される。このため、シリコン酸化膜21を除去すると、元の表面よりも下側にシリコン基板1の表面が露出することになる。
図12(b)と(c)の工程を繰り返し、所定の位置まで配線領域302の高さを下げる。所定の位置まで配線領域302の高さを下げることができれば、この2つの工程を1回だけ行うことも可能である。
次に、図12(d)に示すように、LOCOS法によりシリコン酸化膜2を形成し(酸化時のセンサ領域301および配線領域302上のシリコン窒化膜からなるマスク層は図示省略)、センサ領域301と配線領域302とを素子分離する。
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12-17 is process drawing which shows the manufacturing method of the infrared sensor of this Embodiment, In each figure, (a) is a top view of an infrared sensor, (b) is M1-M2 cutting | disconnection of (a). It is sectional drawing in a line. In FIG. 12, (b) to (d) are cross-sectional views.
The description of the method for manufacturing the MOSFET in the wiring region 302 is omitted, and only the manufacturing process of the gate wiring and the aluminum wiring will be described.
First, as shown in FIG. 12B, in the
Next, as shown in FIG. 12C, the
12B and 12C are repeated, and the height of the wiring region 302 is lowered to a predetermined position. If the height of the wiring region 302 can be lowered to a predetermined position, these two steps can be performed only once.
Next, as shown in FIG. 12D, the
次に、図13に示すように、センサ領域301の全面にポリシリコンからなるエッチング犠牲層3を形成する。なお、(a)の平面図においては理解しやすくするために、層等の部材を適宜図示省略する)。
次に、シリコン基板1に空洞を形成する際のエッチング領域を決定するために、ボロン(B)イオンをイオン注入してエッチングストッパ4を形成する。
Next, as shown in FIG. 13, an etching
Next, in order to determine an etching region for forming a cavity in the
次に、配線領域302において、Y列のMOSFETのポリシリコンからなるゲート配線5を形成する。
次に、シリコン窒化膜22をセンサ領域301のエッチング犠牲層3およびエッチングストッパ4上に形成する。
Next, in the wiring region 302, the
Next, the
次に、図14に示すように、センサ領域301にP型ポリシリコン層8、N型ポリシリコン層9を所定の形状に形成してサーモパイル400を形成する。
次に、ゲート配線5およびサーモパイル400を絶縁するために、シリコン基板1の全面にシリコン酸化膜(SiO2)10を形成する。
次に、シリコン酸化膜10を選択的にエッチングし、コンタクトホール11を形成する。
次に、アルミ配線12を形成する。
次に、アルミ配線12を絶縁するために、シリコン基板1の全面にシリコン酸化膜(SiO2)13を形成する。
Next, as shown in FIG. 14, a
Next, a silicon oxide film (SiO 2 ) 10 is formed on the entire surface of the
Next, the
Next, the
Next, a silicon oxide film (SiO 2 ) 13 is formed on the entire surface of the
次に、図15に示すように、シリコン酸化膜13を選択的にエッチングし、第二のコンタクトホール14を形成する。
次に、第二のアルミ配線16を形成する。
次に、アルミ配線16を絶縁するために、シリコン基板1の全面にシリコン酸化膜(SiO2)17を形成する。
Next, as shown in FIG. 15, the
Next, the
Next, a silicon oxide film (SiO 2 ) 17 is formed on the entire surface of the
次に、図16に示すように、シリコン酸化膜17、13をCMPあるいはエッチバックにより除去して、センサ領域301のアルミ配線16の上面が露出しない程度に薄くして、センサ領域301と配線領域302との間の段差を少なくし平坦化する。この工程により赤外線吸収膜と支持梁の両方の厚さを薄くすることができる。すなわち、センサ領域301の支持梁を構成するシリコン酸化膜を薄くできるので、感度が上がる。また、赤外線吸収膜を薄くできるので、熱容量が低減でき、熱時定数が小さくなり、応答速度が速くなる。
次に、センサ領域301において、シリコン酸化膜13、10、7を選択的にエッチングして、スリット19を形成する。なお、上記のシリコン酸化膜17、13をCMPあるいはエッチバックにより除去する工程により、センサ領域301と配線領域302とは平坦化されており、また、センサ領域301のシリコン酸化膜13、10、7が薄くなっているので、スリット19の加工精度が良い。つまり、スリット19を幅を狭く形成することができる。
Next, as shown in FIG. 16, the
Next, in the sensor region 301, the
次に、図11に示すように、スリット19からヒドラジンなどの強アルカリ溶液を用いて、ポリシリコンからなるエッチング犠牲層6、3と、シリコン基板1とを、該シリコン基板1の(111)面を露出させる異方性エッチングを行い、シリコン基板1の上面からピラミッド型に空洞を形成し、赤外線吸収膜100と、支持梁101とを分離する。これにより最終的に、赤外線吸収膜100と、支持梁101とを共に薄く形成することができる。その結果、赤外線吸収膜100の熱容量が下がり、熱時定数が小さくなり、応答速度が速くなる。また、支持梁101を共に薄く形成できるので、熱抵抗が下がり、感度を上げることができる。
Next, as shown in FIG. 11, using a strong alkaline solution such as hydrazine from the
このように本実施の形態の赤外線センサの製造方法は、配線領域302におけるシリコン基板1の表面を熱酸化して酸化膜を形成する工程と、酸化膜を除去する工程とを少なくとも1回(つまり、1回もしくは複数回)行うことによって、センサ領域301における赤外線吸収膜100の底面および支持梁101の底面を、配線領域302の底面よりも高い位置に形成するという構成になっている。
本実施の形態では、上記のような工程により配線領域302が形成されるシリコン基板1の表面の高さを、下げることができるので、最終的なセンサ領域301の高さと、配線領域302の高さとの関係を制御することができる。その結果、センサ領域301の最上部にあるアルミ配線16の上面の高さy(図9参照)を、配線領域302の最上部にあるアルミ配線16の上面の高さzと同じか、高くすることによって、赤外線吸収膜100、支持梁101の厚さを、センサ領域301のアルミ配線16の上面が露出する限界まで薄くすることができ、支持梁101の熱抵抗の向上、赤外線吸収膜100の熱容量の低減につながり、感度の上昇、熱時定数の低減による応答速度の高速化が実現できる。
As described above, in the method for manufacturing the infrared sensor according to the present embodiment, the step of forming the oxide film by thermally oxidizing the surface of the
In the present embodiment, the height of the surface of the
《実施の形態3》
図18(a)〜(d)は本実施の形態の赤外線センサの製造方法を示す工程図であり、(a)は赤外線センサの平面図、(b)〜(d)は(a)のM1−M2切断線における断面図である。
なお、配線領域302におけるMOSFETの製造方法については説明を省略し、ゲート配線およびアルミ配線の製造工程のみ説明する。
まず、図18(b)に示すように、シリコン基板1において、配線領域302の全面をシリコン酸化膜(SiO2)31で覆う。
次に、図18(c)に示すように、センサ領域301の全面に、結晶方位がシリコン基板1と同一である単結晶シリコンからなるエピタキシャル成長層32を所定の高さまでエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長の回数は1回でも複数回行ってもよい。
次に、配線領域302上に堆積したシリコンと、シリコン酸化膜31をエッチングし、取り除く。その後、図18(d)に示すように、LOCOS法によりシリコン酸化膜2を形成し(酸化時のセンサ領域301および配線領域302上のシリコン窒化膜からなるマスク層は図示省略)、センサ領域301と配線領域302とを素子分離する。
これ以降の工程は図13〜図17に示した上記実施の形態2と同様なので、説明を省略する。
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18 (a) to 18 (d) are process diagrams showing a method of manufacturing the infrared sensor of the present embodiment, (a) is a plan view of the infrared sensor, and (b) to (d) are M1 of (a). It is sectional drawing in a -M2 cutting line.
The description of the method for manufacturing the MOSFET in the wiring region 302 is omitted, and only the manufacturing process of the gate wiring and the aluminum wiring will be described.
First, as shown in FIG. 18B, the entire surface of the wiring region 302 is covered with a silicon oxide film (SiO 2 ) 31 in the
Next, as shown in FIG. 18C, an epitaxial growth layer 32 made of single crystal silicon having the same crystal orientation as that of the
Next, the silicon deposited on the wiring region 302 and the
The subsequent steps are the same as those in the second embodiment shown in FIGS.
このように本実施の形態の赤外線センサの製造方法は、センサ領域301におけるシリコン基板1上にエピタキシャル成長層32を少なくとも1回形成することにより、センサ領域301における赤外線吸収膜100および支持梁101の底面を、配線領域302の底面よりも高い位置に形成するという構成になっている。
本実施の形態では、上記のような工程によりセンサ領域301が形成されるシリコン基板1の表面の高さを、上げることができるので、最終的なセンサ領域301の高さと、配線領域302の高さとの関係を制御することができる。その結果、センサ領域301の最上部にあるアルミ配線16の上面の高さy(図9参照)を、配線領域302の最上部にあるアルミ配線16の上面の高さzと同じか、高くすることによって、赤外線吸収膜100、支持梁101の厚さを、センサ領域301のアルミ配線16の上面が露出する限界まで薄くすることができ、支持梁101の熱抵抗の向上、赤外線吸収膜100の熱容量の低減につながり、感度の上昇、熱時定数の低減による応答速度の高速化が実現できる。
なお、以上説明した実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施の形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。例えば上記実施の形態では、サーモパイル型の赤外線センサについて述べたが、特にサーモパイル型に限定されず、それ以外のダイオード型やボロメータ型の赤外線センサにも適用可能である。
As described above, the infrared sensor manufacturing method according to the present embodiment forms the epitaxial growth layer 32 on the
In the present embodiment, the height of the surface of the
The embodiment described above is described in order to facilitate understanding of the present invention, and is not described in order to limit the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment includes all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the thermopile type infrared sensor has been described. However, the thermopile type infrared sensor is not limited to the thermopile type, and can be applied to other diode type or bolometer type infrared sensors.
1…シリコン基板
2、7、10、13、17、21、31…シリコン酸化膜
3、6、6a、6b…エッチング犠牲層
4…エッチングストッパ 5…ゲート配線
8…P型ポリシリコン層 9…N型ポリシリコン層
11、14…コンタクトホール 12、16…アルミ配線
19…スリット 22…シリコン窒化膜
31…エピタキシャル成長層
100…赤外線吸収膜 101…支持梁
200…赤外線センサアレイ 201…カウンタ
202…X−デコーダ 203…Y−デコーダ
204…MOSFET
301…センサ領域 302…配線領域
303…MOSFET領域
400…サーモパイル 500…空洞
Vref…バイアス電圧
GND…グラウンド
Y*…*行目の画素選択信号
X*…*列目の画素選択信号
CLK…サンプリング用クロック
Vout…赤外線センサ出力
DESCRIPTION OF
301 ... Sensor region 302 ... Wiring region 303 ...
Claims (3)
赤外線吸収膜と支持梁とを有するセンサ領域、および、配線を有する配線領域を含んでなる赤外線センサの製造方法であって、
前記配線領域における基板の表面を熱酸化して酸化膜を形成する工程と、
前記酸化膜を除去する工程と
を少なくとも1回行うことによって、
前記赤外線吸収膜の底面のすべて、および、前記支持梁の底面の少なくとも一部を、前記配線領域における前記シリコン基板上に形成される少なくとも一層のシリコン酸化膜のうち、最下位に位置するシリコン酸化膜の底面よりも高い位置に形成し、
かつ、
少なくとも、前記赤外線吸収膜と前記支持梁との熱分離用のスリットの形成時には、前記センサ領域の最上面の高さと前記配線領域の最上面の高さとを同じになるようにする、ことを特徴とする赤外線センサの製造方法。 The element was isolated by the element isolation silicon oxide film directly formed on the silicon substrate.
A sensor region having an infrared absorption film and a support beam, and a method for manufacturing an infrared sensor comprising a wiring region having wiring,
Thermally oxidizing the surface of the substrate in the wiring region to form an oxide film;
Performing the step of removing the oxide film at least once,
A silicon oxide located at the lowest position of at least one silicon oxide film formed on the silicon substrate in the wiring region, including all of the bottom surface of the infrared absorption film and at least a part of the bottom surface of the support beam. Formed higher than the bottom of the membrane,
And,
At least when the slit for heat separation between the infrared absorption film and the support beam is formed, the height of the uppermost surface of the sensor region is made equal to the height of the uppermost surface of the wiring region. A method for manufacturing an infrared sensor.
赤外線吸収膜と支持梁とを有するセンサ領域、および、配線を有する配線領域を含んでなる赤外線センサの製造方法であって、
前記配線領域の全面をシリコン酸化膜で覆い、次に、前記センサ領域の全面に、結晶方位がシリコン基板と同一である単結晶シリコンからなるエピタキシャル成長層を少なくとも1回形成し、次に、前記配線領域上に堆積したシリコンとシリコン酸化膜とをエッチングして取り除くことによって、
前記赤外線吸収膜の底面のすべて、および、前記支持梁の底面の少なくとも一部を、前記配線領域における前記シリコン基板上に形成される少なくとも一層のシリコン酸化膜のうち、最下位に位置するシリコン酸化膜の底面よりも高い位置に形成し、
かつ、
少なくとも、前記赤外線吸収膜と前記支持梁との熱分離用のスリットの形成時には、前記センサ領域の最上面の高さと前記配線領域の最上面の高さとを同じになるようにする、ことを特徴とする赤外線センサの製造方法。 The element was isolated by the element isolation silicon oxide film directly formed on the silicon substrate.
A sensor region having an infrared absorption film and a support beam, and a method for manufacturing an infrared sensor comprising a wiring region having wiring,
The entire surface of the wiring region is covered with a silicon oxide film, and then an epitaxial growth layer made of single crystal silicon having the same crystal orientation as that of the silicon substrate is formed on the entire surface of the sensor region at least once. By etching away the silicon and silicon oxide deposited on the area,
A silicon oxide located at the lowest position of at least one silicon oxide film formed on the silicon substrate in the wiring region, including all of the bottom surface of the infrared absorption film and at least a part of the bottom surface of the support beam. Formed higher than the bottom of the membrane,
And,
At least when the slit for heat separation between the infrared absorption film and the support beam is formed, the height of the uppermost surface of the sensor region is made equal to the height of the uppermost surface of the wiring region. A method for manufacturing an infrared sensor.
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