热式红外线固态成像装置及其制造方法

专利名称：热式红外线固态成像装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种具有热分离结构的热式红外线固态成像装置及其 制造方法，具体涉及一种其中填充因数得到改善的具有檐体结构的热 式红外线固态成像装置及其制造方法。
背景技术：
为了增强用于热式红外线固态成像装置的热式红外线检测器的灵 敏性，在发明人为Oda的特开日本专利申请KOKAI公布第2001-215151
号的描述中已经提出能够增强填充因数的热式红外线固态成像装置的 结构和制造方法。图4是示出了在特开日本专利申请KOKAI公布第 2001-215151号中描述的热式红外线固态成像装置的单位像素沿着电流
路径的剖面结构图。
在利用信号读出电路27形成的Si集成电路基底l上，形成金属反射 膜2。为了覆盖金属反射膜2，形成第一绝缘保护膜21。在Si集成电路基 底1的第一绝缘保护膜21侧的表面上，设置了多个红外线接收部22 (隔 膜)。红外线接收部22 (隔膜)中的每一个都被支撑在第一绝缘保护 膜21的表面上方，通过横跨腔部23的支撑部6支撑。对于一个红外线接 收部22 (隔膜)设置一个像素。红外线接收部22 (隔膜)由下述部分 构成热辐射计薄膜B (温度检测部)；两个电极部，其接触金属配 线15的热辐射计薄膜13 (温度检测部)；以及，绝缘保护膜24、 25和 26，其围绕所述热辐射计薄膜13 (温度检测部)和所述两个电极部。支撑部6包括与Si集成电路基底l的表面平行的横柱6a;以及，连接到横 柱6a的一端的支柱6b，并且被构造为通过绝缘保护膜24、 25和26围绕金 属配线15。横柱6a虽然在图4中被描述为极短，但是实际上至少穿檐体 红外线接收部22 (隔膜)的一侧设置，以使得热导小，并且其一端连 接到红外线接收部22 (隔膜)。如上所述的金属配线15其一端作为电 极部电气地连接到热辐射计薄膜13 (温度检测部)，并且其另一端电 气地连接到信号读出电路27的连接电极3。檐部12从与红外线接收部22 (隔膜)的Si集成电路基底l相反的表面突出。檐部12以下述方式来延 伸覆盖所述电极部、支撑部6和连接电极3，所述檐部12与红外线接 收部22(隔膜)中的所述电极部、支撑部6和Si集成电路基底l的连接电 极3隔开。
当红外线入射在红外线接收部22 (隔膜)的绝缘保护膜24、 25和 26以及檐部12上时，红外线的一部分分别被绝缘保护膜24、 25和26以 及檐部12吸收，并且绝缘保护膜24、 25和26以及檐部12被加热。入射 在绝缘保护膜24、 25和26以及檐部12上但是未被吸收的红外线分别穿 过红外线接收部22 (隔膜)、檐部12和支撑部6，并且朝着Si集成电路 基底1进行。穿过红外线接收部22 (隔膜)、檐部12和支撑部6的红外 线分别被金属反射膜2、金属配线15和连接电极3向红外线接收部22(隔 膜)和檐部12反射，并且再一次入射在绝缘保护膜24、 25和26以及檐 部12上。由此，由金属反射膜2等反射的红外线被绝缘保护膜24、 25和 26以及檐部12吸收，因此进一步加热了绝缘保护膜24、 25和26以及檐 部12。檐部12的热量通过绝缘保护膜25和26被传输到热辐射计薄膜13 (温度检测部)。以这种方式，热辐射计薄膜13 (温度检测部)的温 度通过来自檐部12和绝缘保护膜24、 25和26的热量来改变，由此改变 热辐射计薄膜13 (温度检测部)的电阻值。这种电阻值的改变在Si集成 电路基底1中的信号读出电路27被转换为电压的改变，并且被作为电信 号读出。根据该电信号，通过外部电路形成红外线图像。
在本像素结构中，檐部12从红外线接收部22 (隔膜)突出，并且横跨一空间地覆盖与Si集成电路基底l相对的所述电极部、支撑部6的各 自表面以及连接电极3。因此，提高了每个像素的填充因数，从而可以 更多地吸收红外线，并且可以增强灵敏度。
在特开日本专利申请KOKAI公布第2001-215151号所述的技术中， 红外线接收部(隔膜)的绝缘保护膜、支撑部的绝缘保护膜和檐部由 氮化硅膜、氧化硅膜或者氮氧化硅膜形成。在这些膜中，构成红外线 接收部(隔膜)的绝缘保护膜和构成支撑部的绝缘保护膜由同一层的 绝缘膜形成。但是，因为檐部被构造为延伸以覆盖电极部、支撑部和 连接电极，该檐部与所述红外线接收部的所述电极部、支撑部和Si集成 电路基底的连接电极隔开，因此，其由与红外线接收部(隔膜)和支 撑部分离的层的绝缘膜形成。因此，在制造过程中，檐部直接地层叠 在红外线接收部(隔膜)上，并且用于形成檐体的绝缘膜有些非必要 的部分仍然保持存在，这无益于填充因数的改善。如果这个部分被保 持完好，则产生红外线接收部(隔膜)的热容量无意义地增加的问题， 由此引起减少热响应特性的问题。
为了防止热响应特性的这种减少，可以通过蚀刻而部分地去除在 红外线接收部(隔膜)上的中心附近层叠的用于形成檐体的绝缘膜非 必要部分。而且，在特开日本专利申请KOKAI公布第2001-215151号中 描述的、在图4中所示的热式红外线固态成像装置单位像素的剖面结构 图中，描述了下述状态其中，去除了在红外线接收部(隔膜)上层 叠的用于形成檐体的绝缘膜非必要部分。按照特开日本专利申请 KOKAI公布第2001-215151号的描述，在将用于形成檐体的绝缘膜处理 为檐部形式的过程中，同时通过蚀刻来部分地去除在这个红外线接收 部分(隔膜)上直接层叠的用于形成檐体的绝缘膜非必要部分。在这 个过程中，因为用于形成檐体的绝缘膜必须确定地切割和划分每个像 素的檐部，因此需要足够地增加过蚀刻，过蚀刻实现比用于形成檐体 的绝缘膜的薄膜厚度更厚的蚀刻。在此，在特开日本专利申请KOKAI 公布第2001-215151号的制造方法中，构成红外线接收部(隔膜)的绝缘保护膜的消除量增加。而且，因为难于控制消除量，也产生了在各 像素、各晶片以及各批次上的特性上的变化增大。如果甚高地执行过 蚀刻，则甚至有红外线接收部(隔膜)的绝缘保护膜被拨开的风险， 因此损害了热辐射计薄膜(温度检测部)。
为了避免这样的问题，本申请的发明人等已经在特开日本专利申
请KOKAI公布第2005-116856号和美国专利第7,276,698 B2号中提出了 一种热式红外线固态成像装置及其制造方法，它们在处理精度上高， 并且在抑制在各像素、各晶片和各批次上的特性上的变化的同时部分 地去除在红外线接收部(隔膜)上层叠的用于形成檐体的绝缘膜非必 要部分，由此使得能够减少被抑制的热响应特性。图5和6是示出了在 美国专利第7,276，698 B2号中所述的热式红外线固态成像装置的单位像 素的示意性纵向剖面结构图和单位像素俯视图。
如图5和6中所示，檐部12通过环形檐体连接器18而连接到隔膜5， 并且些许在其内部，檐体开口19是打开的。如图5中的剖面图中所示， 在跨越在从檐体连接器18到檐体开口19的上面，在隔膜5的上方保留有 空间地来支撑所述檐体12。利用作为被提供在隔膜5的中心中的蚀刻阻 挡层的、岛形的牺牲层来去除已经在檐部开口19中存在的用于形成檐 体的绝缘膜的非必要部分，因此，使得檐部12具有这样的横截面形状。 该牺牲层与用于确保具有檐部12和支撑部6等的空间、的牺牲层同时形 成，即同一层。在随后的牺牲层蚀刻过程中，己经变为蚀刻阻挡层的 牺牲层的碎片与其他牺牲层同时被去除。
按照这种方法，可以通过使用蚀刻阻挡层来去除用于形成檐体的 绝缘膜非必要部分，而不使得制造过程变复杂。因此，在不切除构成 红外线接收部(隔膜)的绝缘保护膜的情况下，解决了在各像素、各 晶片和各批次上的特性的变化变大的问题
发明内容
在按照特开日本专利申请KOKAI公布第2001-215151号和第 2005-116856号和美国专利第7,276,698 B2中的热式红外线固态成像装 置中，檐部分别被构成为独立的对象。因此，当在试图改善像素的热 响应特性中使得檐部的膜厚度变薄时，存在檐部的入射红外线吸收能 力降低的问题。
而且，在按照特开日本专利申请KOKAI公布第2005-116856号和美 国专利第7，276，698 B2中的热式红外线固态成像装置中的像素的檐体连 接器具有通过经由光刻技术的牺牲层的连接区域打开而限定的几何形
状。作为牺牲层，使用光敏聚酰亚胺、多晶硅和铝等。在光敏聚酰亚 胺的情况下，通过直接曝光而形成图案。首先，在多晶硅和铝中，在 它们之上涂敷的光致抗蚀剂被曝光，以形成图案，随后，通过蚀刻在 多晶硅和铝上形成图案。当通过曝光装置在光敏聚酰亚胺和光致抗蚀 剂上构图形成的在设备极限附近的窄间隙时，由于衍射效应而扩展所 述间隙，并且极难按照曝光掩模尺寸来形成图案。因为需要考虑这样 的扩展，因此存在下述问题必须将从隔膜边缘向檐体连接器的间距 和从檐体连接器到檐体开口的间距设置得大。因为从隔膜边缘到檐体 连接器的区域、檐体连接器的区域和从檐体连接器到檐体开口的区域 是与隔膜重叠的位置，即使在这些区域中有或没有檐部时，吸收等量 的红外线。因此，这些区域的放大部分浪费地减少了热响应特性。
已经考虑到上述问题而作出了本发明，并且本发明的主要目的是 提供 一种具有上述的檐体结构的热式红外线检测器来作为单位像素 的热式红外线固态成像装置及其制造方法；以及， 一种热式红外线固
态成像装置及其制造方法，所述热式红外线固态成像装置能够改善像 素的热响应特性，而不降低檐部的入射的红外线吸收能力，而是能够 增强所述能力。
为了实现上述的目的，根据本发明的第一示例性方面的热式红外
线固态成像装置包括基底，其中，形成用于读出信号的集成电路；红外线检测器，其至少具有隔膜和支撑部，所述隔膜包括温度检测部， 所述支撑部所述基底的一个侧面的表面上以留有空间的形式支撑所述 隔膜，并且所述支撑部包括配线，所述配线电气地连接所述集成电路 和所述隔膜的所述温度检测部；以及，檐部，其连接到所述隔膜的外 周边附近，并且至少具有延伸到所述隔膜的外部的第一区域、连接到 所述隔膜的外周边附近的第二区域和从外周边附近在半空中向上立起 的第三区域，所述第三区域向所述隔膜传输通过吸收入射的红外线而 产生的热量，其中，所述檐部具有比所述第二区域和所述第三区域的 厚度更厚的所述第一区域的厚度。
根据本发明的第二示例性方面的热式红外线固态成像装置的制造 方法至少包括第一过程，用于除了所述连接电极之外的基底上设置
第一牺牲层，所述基底形成有用于读出信号的集成电路，并且具有与
所述集成电路的连接电极；第二过程，用于在所述第一牺牲层上形成
包括所述温度检测部的所述隔膜，并形成支撑部，所述支撑部包括配 线，用于电气地连接所述基底的所述连接电极和所述隔膜的所述温度 检测部，其中所述隔膜通过支撑部支撑在所述衬底的一侧的表面，所
述支撑部和所述隔膜之间具有空间；第三过程，用于将第二牺牲层设 置在所述基底的整个表面上，并且另外，将用于形成檐体的第一构件 设置在所述第二牺牲层上；第四过程，用于通过构图去除用于形成檐 体的所述第一构件和所述隔膜上所述第二牺牲层；第五过程，用于在 除了外周边附近的隔膜上设置第三牺牲层；第六过程，在所述基底的 整个表面上设置用于形成檐体的第二构件；第七过程，用于通过构图 去除在所述隔膜内部而不是外周边附近的用于形成檐体的第二构件， 并且同时通过构图去除在所述隔膜的外部的、而不是外周边附近的用 于形成檐体的所述第二构件和用于形成檐体的所述第一构件的部分来 曝光所述第二牺牲层；以及，第八过程，用于去除所述第一牺牲层、 所述第二牺牲层和所述第三牺牲层。


通过阅读下面的详细说明和附图，本发明的这些目的和其他目的 和优点将变得更清楚，其中
图1A是用于描述根据本发明的一个实施例的热式红外线固态成像 装置的结构和制造方法的示意性纵向剖面结构图。
图1B是用于描述根据本发明的一个实施例的热式红外线固态成像 装置的结构和制造方法的示意性纵向剖面结构图。
图1C是用于描述根据本发明的一个实施例的热式红外线固态成像
装置的结构和制造方法的示意性纵向剖面结构图。
图1D是用于描述根据本发明的一个实施例的热式红外线固态成像 装置的结构和制造方法的示意性纵向剖面结构图。
图1E是用于描述根据本发明的一个实施例的热式红外线固态成像
装置的结构和制造方法的示意性纵向剖面结构图。
图1F是用于描述根据本发明的一个实施例的热式红外线固态成像
装置的结构和制造方法的示意性纵向剖面结构图。
图2A是根据本发明的一个实施例在形成檐部之前的热式红外线固 态成像装置的单位像素俯视图。
图2B是根据本发明的一个实施例在形成檐部之后的热式红外线固 态成像装置的单位像素俯视图。
图3A是用于描述根据本发明的另一个实施例的热式红外线固态成
像装置的结构和制造方法示意性纵向剖面结构图。
图3B是用于描述根据本发明的另一个实施例的热式红外线固态成
像装置的结构和制造方法的示意性纵向剖面结构图。
图3C是用于描述根据本发明的另一个实施例的热式红外线固态成 像装置的结构和制造方法的示意性纵向剖面结构图。
图4是用于示出在特开日本专利申请KOKAI公布第2001-215151号 中所述的热式红外线固态成像装置的单位像素沿着电流路径的剖面结 构图。
图5是用于示出在美国专利第7,276，698号中所述的热式红外线固
态成像装置的单位像素的示意性剖面结构图。
图6是在美国专利第7，276,698 B2号中所述的热式红外线固态成像装置的单位像素的俯视图。
具体实施例方式
将通过使用附图来详细说明根据本发明一个实施例的一种热式红 外线固态成像装置及其制造方法。在附图中的相同或者等同部分提供 相同的附图标记。
图1A-1F是用于示出根据本发明的热式红外线固态成像装置的制 造方法中的主要过程的纵向剖面结构图。图2A和2B分别是其中去除了 檐体的情形和其中提供檐体的情形的单位像素俯视图。
首先，通过普通的Si集成电路制造过程来形成Si集成电路基底l， 其具有多个信号读出电路(未示出)、金属反射膜2和连接电极3。虽 然在图1A-1F中未示出，但是可以整体地形成绝缘保护膜，以覆盖Si集 成电路基底l的表面、金属反射膜2和连接电极3。
在图1A中，除了与支撑部6和连接电极3的接触部分之外，在Si集 成电路基底1上形成第一牺牲层4，该第一牺牲层4用于在隔膜5和支撑 部6以及Si集成电路基底l之间形成间隙。例如通过下述方式来形成第一 牺牲层4:使用光敏聚酰亚胺涂敷，通过曝光和显影构图，然后热处理。 第一牺牲层4的厚度大约是0.5到3微米。在第一牺牲层4和连接电极3上， 形成隔膜5和支撑部6。如下形成这些部件。首先，通过等离子体CVD 方法等形成下层绝缘保护膜。所述下层绝缘保护膜由氧化硅膜(SiO， Si02)、氮化硅膜(SiN， Si3N4)或者氮氧化硅膜(SiON)等组成， 其具有大约50-500 nm的厚度。在此层上，通过溅射方法等来形成构成 热辐射计薄膜13的材料膜，并且构图热辐射计薄膜13以对应于在图2A 中所示的像素的隔膜5。例如，热辐射计薄膜13由氧化钒(V203和VOx 等)和氧化钛(TiOx)等组成，其具有大约50-200 nm的厚度。通过等 离子体CVD方法等来形成覆盖热辐射计薄膜13的绝缘保护膜，并且在 该绝缘保护膜上，打开热辐射计接触16和连接电极接触17。所述绝缘保护膜由氧化硅膜(SiO， Si02)、氮化硅膜(SiN， Si3N4)或者氮氧 化硅膜(SiON)等组成，其具有大约50-200 nm的厚度。通过溅射方法 等来形成构成金属配线15的金属薄膜，并且构图金属配线15以对应于 支撑部6。金属配线15由铝、铜、金、钛、钨、钼或者钛/铝/钒等组成， 其具有大约50-200 nm的厚度。而且，通过等离子体CVD方法等形成上 层绝缘保护膜以覆盖在这些元件上。上层绝缘膜由氧化硅膜(SiO， Si02)、氮化硅膜(SiN， Si3N4)或者氮氧化硅膜(SiON)等组成， 其具有大约50-500 nm的厚度。最后，上层绝缘保护膜到下层绝缘保护 膜被集合在一起以构图为隔膜5和支撑部6的形状，由此达到完成图2A 的结构。隔膜5和支撑部6的构图同时具有部分地曝光第一牺牲层4的聚 酰亚胺的效果。在图1A中，在图2A的单位像素的整个表面上进一步形 成用于形成檐体的第二牺牲层7和第一层构件8。例如通过如下方法来形 成第二牺牲层7:使用光敏聚酰亚胺来涂敷，通过曝光和显影在其中像 素阵列形状的区域的周围将其去除，然后进行热处理。第二牺牲层7的 厚度大约是0.5-3微米。用于形成檐体的第一层构件8由氧化硅膜(SiO， Si02)、氮化硅膜(SiN， Si3N4)或者氮氧化硅膜(SiON)等组成，其 具有大约20-2000 nm的厚度；并且通过等离子体CVD方法等来形成。
在图1B中，通过使用光致抗蚀剂掩模9，通过干蚀刻到接近隔膜5 的边缘附近来去除用于形成檐体的第一层构件8和第二牺牲层7。因为 通过蚀刻移除的区域不是窄间隙，而是从曝光设备性能的角度看非常 宽的，因此可以执行高度精确的构图。当将同一材料被选择作为隔膜5 的最上层和用于形成檐体的第一层构件8的材料时，蚀刻条件应当设置 为具有高选择率，以使得所述材料实际上不被蚀刻，并且在干蚀刻去 除达到隔膜5之前仅蚀刻牺牲层7。
在图1C中，在内侧形成第三牺牲层IO，而不是在隔膜5上的连接区 域。例如，通过下述方式来形成第三牺牲层10:通过使用光敏聚酰亚 胺进行涂敷，通过曝光和显影构图，然后进行热处理。因为在此的构 图从曝光设备性能的角度看也去除了很宽的区域，因此可以高精度地执行所述过程。可以使得在作为结果形成的隔膜5上的连接区域的宽度 变得细长，其超过曝光设备性能的极限。在本过程中，在利用光敏聚 酰亚胺涂敷时，虽然存在与由光敏聚酰亚胺组成的第二牺牲层7接触的 区域，但是因为第二牺牲层7已经被先前的热处理改变和硬化，因此可
以执行构图，而在曝光和显影时使得第二牺牲层7的形状不会变形。第 三牺牲层10的厚度大约是0.5-3微米。
在图1D中，在用于形成檐体的第一层构件8、隔膜5的连接区域和 第三牺牲层10上形成用于形成檐体的第二层构件11。用于形成檐体的 第二层构件ll由氧化硅膜(SiO， Si02)、氮化硅膜(SiN， Si3N4)或 者氮氧化硅膜(SiON)等组成，其具有大约10-500 nm的厚度；并且通 过等离子体CVD方法等来形成。
在图1E中，虽然执行了用于将像素与像素断开的檐部12的结构的 构图，但是此时，也通过蚀刻去除了在隔膜5的中心的第三牺牲层10上 的、用于形成檐体的第二层构件ll的非必要部分，结果，如图2B所示， 通过极窄的带状檐体连接器18将檐部12与隔膜5接触，并且些许在其内 部，檐体开口19打开。在岛形的第三牺牲层10中完成用于形成檐体的 第二层构件ll的非必要部分的蚀刻，并且檐体开口19的内部处于其中 将第三牺牲层10的一部分留在后面的状态。
在图1F中，通过使用氧气等离子体灰化而去除第一牺牲层4、第二 牺牲层7和第三牺牲层10，由此在Si集成电路基底l和檐部12之间形成间 隙和在Si集成电路基底l和隔膜5之间形成间隙，并且同时，也使得檐体 开口19的内部变空。
作为上述过程的结果，如图1F中所示，将檐部12的结构形成为以 使得第一区域12a厚至两层，而第二区域12b和第三区域12c薄至一层， 其中，所述第一区域12a是指覆盖下述表面的区域，所述表面是与跨越 地设置在除了隔膜5之外的各部件的的空间上的除了隔膜5之外的该各部件的基底相对的表面，所述第二区域12b是与隔膜5的连接区域相接 触的区域，所述第三区域12c是从隔膜5处向上立起在半空中的区域。而
且，可以实现所述热式红外线固态成像装置，其中，设置了多个热式 红外线检测器，其中，从隔膜边缘到檐体连接器的余量和从檐体连接 器到檐体开口的余量极小。所述热式红外线固态成像装置已经实现了 在保持和增强入射的红外线吸收能力的同时，改善像素的热响应特性 的目的。
在上述的实施例中，虽然在图1A中仅形成用于形成檐体的一层构
件，但是如果在此形成任意数量的薄膜层，则可以实现下述热式红外 线固态成像装置，其中，使得檐部承载特殊的波长特性，诸如红外线 的吸收和透射。在此，当檐部被构造为多层膜叠加结构以使得檐部承
载诸如红外线的吸收和透射之类的特殊波长特性时，在图5和图6中所 示的美国专利第7,276,698 B2号中所述的热式红外线固态成像装置的结 构使得整个檐部成为薄膜，因此像素的热响应特性极差。但是，在本 发明中，可以将檐体连接器和从隔膜5在半空中向上立起的区域的相应 的薄膜厚度与薄膜层的数量减小到足以支撑檐部的最小极限的机械强 度，因此，防止损害像素的热响应特性。而且，因为薄膜部分与隔膜 重叠地放置，因此也防止由于薄膜厚度的减小和薄膜层的数量的减少 而降低像素的红外线检测灵敏度。
通过使得在红外线入射侧上的最外膜为传导材料，并且进一步通 过对于空间执行阻抗匹配(薄层电阻条件377欧姆/平方)，也可以减 少入射的红外线的反射损失。
而且，虽然也在图1D中形成仅一个用于形成檐体的层构件，但是 也使得此层为多层，并且可以通过那些各种材料的协同效应来提高其 机械强度，以可以进一步减小整个膜厚度。
另外，第一牺牲层4、第二牺牲层7和第三牺牲层10可以由多晶硅和铝构成。当第二牺牲层7和第三牺牲层10由同一种材料构成时，如果
具有强各向异性的干蚀刻用于构ic中的第三牺牲层io，则没有问
题。但是，如果不是这样，则存在第二牺牲层7的侧壁形状塌陷的风险。 因此，如图3A-3C中所示，在形成第三牺牲层10之前，形成极薄的牺牲 层保护膜20。例如，通过使用联氨和四甲基氢氧化铵(TMAH)的湿 蚀刻，并且通过使用XeF2等离子体等的干蚀刻，执行当多晶硅被用于牺 牲层时的牺牲层的去除。例如，通过使用盐酸或热磷酸的湿蚀刻，执 行当铝用于牺牲层时的牺牲层的去除。当氮化硅膜用于构成隔膜5和支 撑部6的绝缘保护膜时，如果使得磷酸太热(达到摄氏160度)，则也 蚀刻氮化硅膜。在此，需要注意。
而且，当氧化硅膜用于构成隔膜5、支撑部6和檐部12的材料时， 第一牺牲层4、第二牺牲层7和第三牺牲层10可以由氮化硅膜构成，并 且反之亦然。例如，通过使用热磷酸的湿蚀刻来执行当氮化硅模式牺 牲层时的牺牲层的去除，并且例如，通过使用盐酸的湿蚀刻来执行当 氧化硅膜是牺牲层时的牺牲层的去除。
在上述实施例中，虽然已经已经对具有作为温度检测部的热辐射 计薄膜的热辐射计型红外线固态成像装置进行了描述，但本发明不限 于此，并且可以在能够通过诸如具有作为温度检测部的热电堆的檐体 结构来增强灵敏度的所有热式红外线固态成像装置中施加这种效应。
(示例)
制造热辐射计型红外线固态成像装置，其有效像素的数量是320X 240并且像素间距是23.5微米。在Si集成电路基底上，以阵列的形状形 成具有在图2A和2B中所示结构的像素。像素光接收面积与像素整个面 积的比率在图2A未提供檐体结构的情况下大约是60y。，在图2B提供了 檐体结构的情况下大约是92%。构成隔膜和支撑部的下层绝缘保护膜和 上层绝缘保护膜都由厚度为150 nm的氮化硅膜形成。作为热辐射计薄 膜，使用厚度为IOO nm的氧化钒。对于在热辐射计薄膜上的绝缘保护膜，使用厚度为50nm的氮化硅膜。对于配线，为了尽可能不使得由红 外线产生的热量逃离，使用具有低导热率的、厚度为50nm的钛/铝/钒。 对于檐部，利用用于形成檐体的第一层构件的厚度为250 nm的氮化硅 膜和利用用于形成檐体的第二层构件的厚度为50 nm的氮化硅膜形成 檐部。使得从隔膜边缘到檐体连接器的余量为0.3微米，使得接触部分 宽度为0.4微米，并且使得从檐体连接器到檐体开口的余量为0.4微 米。结果，檐体开口面积与像素光接收面积的比率为大约49%。
同时也制造了具有与在图6中所示的美国专利第7,276,698 B2中所
述的结构的像素具有相同标准的热辐射计式红外线固态成像装置，并 且与前一种进行性能的比较。通过厚度为300 nm的氮化硅膜来形成檐 部。从隔膜边缘到檐体连接器的余量变为l微米，接触点宽度变为l微 米，并且从檐体连接器到檐体开口的余量变为0.75微米。结果，檐体 开口面积与像素光接收面积的比率变为大约27%。这表明在本发明中檐 体形成构件的非必要部分的去除比率提高大约1.8倍。
对于檐部的光接收部分，因为两个装置的材料和膜厚度相同，因 此灵敏度比较指示相同的性能。但是，因为在本发明中的像素的量被 减少到在图6中所示的像素的结构的大约75%，因此本发明的热时间常 数为大约12毫秒，而具有在图6中所示的结构的像素的热常数为大约16毫秒。
从上面，确认了本发明的热式红外线固态成像装置及其制造方法 的有效性。
如上所述，在根据本发明的热式红外线固态成像装置中，檐部的
结构使得跨越在除了隔膜之外的部件的空间上的覆盖与除了隔膜之 外的部件的基底相对的表面的区域的厚度比与隔膜的连接区域相接触 的檐体侧连接器的厚度以及比从隔膜处在半空中向上立起的区域的厚 度至少更厚，或者，构成前者的薄膜层的数量大于构成后者的薄膜层的数量。因此，获得下述效果通过提高前者的厚度和层的数量或者 设计在层叠膜的内部的每层的厚度和材料质量的组合，保持和增强入 射的红外线吸收能力，同时可以通过减少后者的厚度和薄膜层的数量
来改善像素的热响应特性。
而且，在根据本发明的热式红外线固态成像装置的制造方法中， 除了本热式红外线固态成像装置结构的制造能力之外，还可以抑制在 图案形成时由于衍射效应导致的间隙的扩展，因此，可以获得从隔膜 边缘到檐体连接器的余量和从檐体连接器到檐体开口的余量而没有任 何进一步地增加。这是因为，由于通过分立的过程来执行在隔膜的连 接区域的外侧的牺牲层形成和在隔膜的连接区域内侧的牺牲层形成， 因此，限定檐体连接器的几何形状的牺牲层的连接区域开口不经受通 过对于光敏聚酰亚胺和光致抗蚀剂的一次曝光而进行的窄间隙的图案 形成。由此，获得下述效果与在檐部中与隔膜重叠的部分可以被切 除，并且，可以改善像素的热响应特性。
另外，作为本发明的适当修改，包括下面的配置。
根据本发明的第一方面的热式红外线固态成像装置的特征如下 优选地，基底具有与集成电路的连接电极，并且隔膜包括红外 线吸收部，其通过吸收红外线而被加热；温度检测部，用于通过由来 自红外线吸收部的热量导致的温度变化来检测所述红外线吸收部的温 度变化；以及，电极部，其电气地连接到所述温度检测部，其中，通 过由传导材料形成支撑部的至少一部分来包含所述配线，并且所述配 线连接所述连接电极和所述电极部，由此电气地连接集成电路和隔膜 的温度检测部，并且，在跨越在连接电极和支撑部的空间上，所述檐 部的第一区域覆盖在与连接电极和支撑部的基底相对的侧。
进一步优选地，檐部的特征在于，构成第一区域的薄膜层的数量 大于构成第二区域和第三区域的薄膜层的数量。优选地，檐部的特征在于，包括第一区域的薄膜的红外线入射侧 上的最外薄膜和包括第二区域以及第三区域的薄膜形成为同一层。
优选地，檐部的特征在于，包括第二区域和第三区域的薄膜的至 少一部分包括牺牲保护薄膜。
优选地，檐部的特征在于，包括第一区域的薄膜的红外线入射侧 上的最外薄膜是传导材料。
优选地，檐部的特征在于，包括第一区域的薄膜的红外线入射侧 上的最外薄膜与空间阻抗匹配。
根据本发明的第二方面的热式红外线固态成像装置的制造方法的 特征如下。
优选地，第二过程进一步包括在形成隔膜和支撑部的同时曝光第 一牺牲层，并且第七过程进一步包括通过构图来去除设置在所述隔膜 的外周的附近更靠外侧处的用于形成檐体的第一构件和用于形成檐体 的第二构件的一部分来曝光第二牺牲层，以及在第八过程中，从其中 去除了用于形成檐体的第一构件和用于形成檐体的第二构件的区域中 去除第一牺牲层、第二牺牲层和第三牺牲层。
优选地，在所述第二过程中，形成隔膜，所述隔膜包括红外线 吸收部，其通过吸收红外线来加热；温度检测部，用于通过由来自红
外线吸收部的热量导致的温度变化来检测所述红外线吸收部的温度变 化；电极部，电气地连接到所述温度检测部；同时，在隔膜的外部的 连接电极上和第一牺牲层上形成支撑部，所述支撑部的至少一部分由 传导材料形成，以构成电气地连接基底的连接电极和隔膜的电极部的 配线，并且支撑基底一侧的表面上的隔膜，所述隔膜与所述支撑部二者之间具有空间，并且在第四过程中，通过构图来去除用于形成檐体 的第一构件和第二牺牲层，该第二牺牲层位于隔膜上的外周边附近提 供的檐部的连接区域和连接区域的内侧的区域中，并且在第五过程中， 在除了隔膜上的外周边附近提供的连接区域之外，在其中去除了在隔 膜上的用于形成檐体的第一构件和第二牺牲层的区域上设置第三牺牲 层，并且在第六过程中，在用于形成檐体的第一构件上、在连接区域 上和在第三牺牲层上设置用于形成檐体的第二构件。
进一步优选地，在所述第四过程之后，添加在隔膜上、在形成檐 体的第一构件上和在通过构图去除而形成的第二牺牲层侧壁上设置牺 牲层保护膜的过程。
优选地，传导材料被用作用于形成檐体的第二构件的材料。
优选地，将聚酰亚胺用作第一牺牲层、第二牺牲层和第三牺牲层 的材料。
工业上的应用
作为本发明的应用示例，可以引用用于夜景系统(红外线照像机) 的热式红外线固态成像装置的制造。
可以在不脱离本发明的广义精神和范围的情况下，对其建立各种 实施例和进行各种改变。上述实施例意欲说明本发明，而不是限定本 发明的范围。通过所附的权利要求，而不是通过所述实施例来示出本 发明的范围。在本发明的权利要求的等同物的含义内和在权利要求内 进行的各种修改可以被看作在本发明的范围内。
本申请基于在2008年3月28日提交的包括说明书、权利要求、附图 和发明内容的日本专利申请第2008-086526号。在此通过引用并入上述 日本专利申请的公布的全部内容。
权利要求
1. 一种热式红外线固态成像装置，包括基底，在所述基底中形成用于读出信号的集成电路；红外线检测器，至少具有隔膜和支撑部，所述隔膜包括温度检测部，所述支撑部在所述基底的一侧的表面的上方以在其间留有空间的形式支撑所述隔膜，并且所述支撑部包括配线，所述配线用于电气地连接所述集成电路和所述隔膜的所述温度检测部；以及，檐部，连接到所述隔膜的外周边附近，至少具有第一区域、第二区域以及第三区域，并且用于将通过吸收入射的红外线而产生的热量传输至所述隔膜，其中，所述第一区域延伸到所述隔膜外部，所述第二区域连接到所述隔膜的外周边附近，所述第三区域从所述外周边附近向上立起在半空中，其中，所述檐部所具有的第一区域的厚度比所述第二区域和所述第三区域的厚度更厚。
2. 根据权利要求l的热式红外线固态成像装置，其中，所述基底 包括连同所述集成电路的连接电极，其中，所述隔膜包括红外线吸收部、温度检测部以及电极部，所 述红外线吸收部通过吸收红外线而被加热，所述温度检测部用于通过 根据来自所述红外线吸收部的热量导致的温度变化来检测所述红外线 吸收部的温度变化，所述电极部电气地连接到所述温度检测部，通过传导材料使得所述配线被包含在所述支撑部的至少一部分的 形成中，并且所述配线通过将所述连接电极和所述电极部相连接来电 气地连接所述集成电路和所述隔膜的所述温度检测部，并且其中，所述檐部的所述第一区域与所述连接电极和所述支撑部之 间有一空间，在跨越该空间的上方，所述檐部的所述第一区域覆盖与 所述连接电极和所述支撑部的基底相对的侧。
3. 根据权利要求l的热式红外线固态成像装置，其中，在所述檐部中，包括所述第一区域的薄膜层的数量大于包括所述 第二区域和所述第三区域的薄膜层的数量。
4. 根据权利要求3的热式红外线固态成像装置，其中，在包括所述第一区域的薄膜的红外线入射侧上的最外膜与包括所 述第二区域和所述第三区域的薄膜形成为同一层。
5. 根据权利要求3的热式红外线固态成像装置，其中，所述檐部至少在包括所述第二区域和所述第三区域的薄膜 的一部分中包括牺牲层保护膜。
6. 根据权利要求3的热式红外线固态成像装置，其中，所述檐部具有由传导材料制成的并且包括所述第一区域的 在所述薄膜的红外线入射侧上的最外膜。
7. 根据权利要求6的热式红外线固态成像装置，其中，所述檐部具有与空间阻抗匹配的并且包括所述第一区域的 在所述薄膜的红外线入射侧上的最外膜。
8. —种热式红外线固态成像装置的制造方法，至少包括 第一过程，在形成有用于读出信号的集成电路的并且对于所述集成电路提供有连接电极的基底上的除了所述连接电极之外的地方上布 置第一牺牲层；第二过程，形成隔膜和支撑部，所述隔膜包括在所述第一牺牲层 上的温度检测部，所述支撑部包括配线，所述配线用于电气地连接所 述基底的所述连接电极和所述隔膜的所述温度检测部，其中，在所述 基底的一侧的表面的上方以在其间留有空间的形式来通过所述支撑部 支撑所述隔膜；第三过程，在所述基底的整个表面上设置第二牺牲层，并且另外， 在所述第二牺牲层上设置用于形成檐体的第一构件；第四过程，在所述隔膜上通过构图来去除用于形成檐体的所述第 一构件和所述第二牺牲层；第五过程，在除了外周边附近的隔膜上设置第三牺牲层； 第六过程，在所述基底的整个表面上设置用于形成檐体的第二构件；第七过程，通过构图来去除相比于在所述隔膜的外周边附近而被 设置在更内侧处的用于形成檐体的第二构件；以及第八过程，去除所述第一牺牲层、所述第二牺牲层和所述第三牺 牲层。
9. 根据权利要求8的热式红外线固态成像装置的制造方法，其中， 所述第二过程进一步包括在形成所述隔膜和所述支撑部的同时曝光第一牺牲层；所述第七过程进一步包括曝光第二牺牲层，其是通过构图来去除 相比于所述隔膜的外周边附近而被设置在更外侧的用于形成檐体的第 一构件以及用于形成檐体的第二构件的一部分；以及，在所述第八过程中，从去除了用于形成檐体的第一构件和用于形 成檐体的第二构件的区域中，去除第一牺牲层、第二牺牲层和第三牺 牲层。
10. 根据权利要求8的热式红外线固态成像装置的制造方法，其中，在所述第二过程中，形成包括红外线吸收部、温度检测部以及电 极部的所述隔膜，并且同时，在所述隔膜的外部的连接电极上和在所 述第一牺牲层上形成支撑部，其中，所述红外线吸收部通过吸收红外 线而加热，所述温度检测部用于通过根据来自所述红外线吸收部的热 量导致的温度变化来检测所述红外线吸收部的温度变化，所述电极部 电气地连接到所述温度检测部，以及其中，所述支撑部的至少一部分 由传导材料形成以使得包括用于将所述基底的所述连接电极和所述隔 膜的所述电极部进行电气连接的配线，并且所述支撑部在所述基底一侧的表面的上方以在其间留有空间的形式来支撑所述隔膜；在所述第四过程中，通过构图来去除在所述隔膜上的外周边附近提供的所述檐部的所述连接区域中的和所述连接区域的内侧区域中的用于形成檐体的第一构件和第二牺牲层；在所述第五过程中，除了在所述隔膜上的外周边附近提供的所述连接区域之外，在去除了在所述隔膜上的用于形成檐体的所述第一构件和所述第二牺牲层的区域上设置第三牺牲层；以及，在所述第六过程中，在用于形成檐体的所述第一构件、所述连接区域和所述第三牺牲层上设置用于形成檐体的第二构件。
11. 根据权利要求8的热式红外线固态成像装置的制造方法，其中 在所述第四过程后，添加一用于在所述隔膜、用于形成檐体的所述第一构件以及通过构图去除而形成的所述第二牺牲层的侧壁上设置 牺牲层保护膜的过程。
12. 根据权利要求8的热式红外线固态成像装置的制造方法，其中 将传导材料用作用于形成檐体的所述第二构件的材料。
13. 根据权利要求8的热式红外线固态成像装置的制造方法，其中 将聚酰亚胺用作所述第一牺牲层、所述第二牺牲层和所述第三牺牲层的材料。
全文摘要
本发明提供了一种热式红外线固态成像装置及其制造方法。所述热式红外线固态成像装置用于增强檐部的入射红外线吸收能力，并且能够改善像素的热响应特性。所述热式红外线固态成像装置包括红外线检测器，所述红外线检测器至少具有基底，所述基底具有用于读出信号的集成电路；隔膜，用于检测通过吸收红外线而导致的温度变化；以及支撑部，用于在所述基底的一侧的表面的上方以其间的隔膜，在所述隔膜和支撑部之间具有空间；并且所述热式红外线固态成像装置包括檐部，其连接到在所述隔膜的外周边附近提供的连接区域，并且在跨越一空间的上方至少覆盖除了所述隔膜之外的部件，并且向所述隔膜传输通过吸收入射红外线而产生的热量。
文档编号G01J5/10GK101545809SQ20091013025
公开日2009年9月30日 申请日期2009年3月30日 优先权日2008年3月28日
发明者远山茂 申请人:日本电气株式会社