红外线阵列传感器的制作方法

专利名称：红外线阵列传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及红外线阵列传感器。
背景技术：
在日本公开专利公报特开2001-309122号公报(以下作为专利文献1进行说明) 中，公开了一种现有的红外线阵列传感器。以往，在各种领域中进行了红外线阵列传感器的研究和开发。该红外线阵列传感器利用显微机械加工(micromachining)技术等制造而成。 红外线阵列传感器具有衬底(base)和多个像素部。各个像素部具有红外线吸收部。而且， 多个像素部被阵列状排列在衬底基板的表面上。图23表示了专利文献1所公开的红外线阵列传感器。如图23所示，红外线阵列传感器具有衬底基板1、和多个像素部2。其中，在图23中只图示了 1个像素部。衬底基板1使用硅基板形成。多个像素部2被配置在衬底基板1的表面。各个像素部具有像素形成区域。该像素形成区域被十字状的边界部18分割成4个矩形状的小区域。而且，衬底形成有多个下凹部11。而且，像素部在衬底基板1上被配置成各小区域位于各下凹部11之上。另外，各小区域具有小薄膜构造部3aa。而且，在衬底基板2上，像素部2被配置成小薄膜构造部3aa位于各下凹部11的边缘内侧。小薄膜构造部3aa保持具有层叠构造的红外线吸收部33a。该红外线吸收部33a 由第一 S^2膜、感温元件、第二 S^2膜、和红外线吸收膜构成。如果具体说明，则感温元件由金属薄膜电阻(电阻测辐射热计(bolometer))构成。该金属薄膜电阻被配置在第一 SiO2 膜上。第二 SiO2膜被配置成覆盖感感温元件。红外线吸收膜被配置在第二 SiO2膜上。红外线吸收部通过2个桥!3bb与衬底基板1的下凹部的边缘连结。另外，在图23所示的构造中，感温元件由电阻测辐射热计构成。而且，像素部2具有通过将4个感温元件串联连接而构成的感温部，由此，与按每个感温元件取得输出的情况相比，被设定为相对温度变化的输出变化变大。而且，专利文献1还记载了各感温元件可以使用热电堆(thermo pile)或焦电元件。其中，作为红外线阵列传感器，不限于上述的构造，还公知具备MOS晶体管的红外线阵列传感器。MOS晶体管是用于读出感温部的输出的像素选择用开关元件。这里，具有像素形成区域被分成4个小区域的像素部2的红外线阵列传感器，与具有作为形成区域大的1个薄膜构造部的像素部2的红外线阵列传感器相比，响应速度快。如果更具体说明，则具有像素形成区域被分成4个小区域的像素部2的红外线阵列传感器的红外线吸收部，与具有作为形成区域大的1个薄膜构造部的像素部2的红外线阵列传感器的红外线吸收部相比，热容量降低，由此，降低了时间常数(热时间常数)。结果，响应速度提尚。但是，该红外线阵列传感器的像素部2的像素形成区域在边界部18未形成小薄膜构造部3aa。因此，各像素部2中的小薄膜构造部3aa所占的面积增大。由于这一点，难以提高红外线阵列传感器的灵敏度。
而且，在图23所示的结构的红外线阵列传感器的情况下，如果增大红外线吸收部 33a的厚度尺寸，则红外线吸收部33a的热容量增加。结果，导致红外线阵列传感器的响应速度降低。对此，可考虑减小红外线吸收部33a的厚度尺寸。但是，如果减小红外线吸收部 33a的厚度尺寸，则灵敏度会下降。并且，如果减小红外线吸收部33a的厚度尺寸，则小薄膜构造部3aa容易发生翘曲。结果，导致制造时容易发生破损，降低了成品率。另外，导致构造的稳定性下降以及灵敏度下降。而且，在图23所示的结构的红外线阵列传感器中，小薄膜构造部3aa由2根直线状的桥31Λ从两方支承。因此，来自衬底基板1或外部(例如安装红外线阵列传感器的安装基板等)的应力、热应力，有可能使小薄膜构造部3aa发生变形。结果，导致红外线阵列传感器的灵敏度发生变化。

发明内容
本发明鉴于上述问题而提出。本发明的第一目的在于，提供一种使构造的稳定性提高的红外线阵列传感器。而本发明的第二目的在于，提高红外线阵列传感器的响应速度和灵敏度。为了解决上述问题，本发明的红外线阵列传感器具有衬底基板和多个像素部。上述衬底基板具有表面。衬底基板的表面具有多个下凹部和位于上述各个下凹部的周围的多个边缘。各个下凹部具有由上述边缘定义的内周。上述像素部以覆盖上述下凹部的方式被配置在上述衬底基板的上述表面。上述像素部具有薄膜构造体、多个第一红外线吸收层和多个感温元件。上述薄膜构造体设有第一狭缝，上述第一狭缝从上述薄膜构造体的背面贯通到表面。由此，上述第一狭缝将上述薄膜构造体分割成多个悬臂。上述悬臂沿着边缘排列配置。悬臂具有长度和宽度。悬臂在长度方向的一端具有第一端，在另一端具有第二端。 悬臂的上述第一端被固定在上述边缘。上述第一红外线吸收层被各个悬臂保持成位于上述内周的内侧。第一红外线吸收层通过吸收红外线而发热。第一红外线吸收层发出的热被传导到感温元件。感温元件设于上述悬臂。感温元件构成为当上述感温元件的温度发生了变化时，产生与温度变化对应的输出信号。该情况下，可获得响应速度和灵敏度提高、且构造的稳定性提高的效果。优选全部的上述感温元件以规定的连接关系相互电连接。全部的上述感温元件基于上述规定的连接关系，对应温度变化的输出变化被设定为比各个感温元件所产生的输出信号大。该情况下，也可获得响应速度和灵敏度提高，并且构造的稳定性提高的效果。优选全部的上述感温元件以规定的连接关系相互电连接，由此构成为当上述感温元件的温度发生了变化时，相互协作输出第二输出信号。第二输出信号比上述输出信号大。优选上述感温元件是热电堆。优选上述规定的连接关系是串联连接。优选上述下凹部形成为四棱锥状。优选上述下凹部从上述衬底基板的背面形成。优选上述下凹部形成为内面成为凹曲面的形状。优选在上述衬底基板的其他表面侧形成有使多个下凹部连通的开口部。优选上述悬臂在上述第一端与上述第二端之间形成有第二狭缝。上述第二狭缝从上述悬臂的背面朝向表面贯通。上述第二狭缝形成为在上述衬底基板的厚度方向与上述下凹部重叠。上述第一红外线吸收层形成在第二狭缝与上述第二端之间。上述热电堆具有热电偶、位于上述热电偶的一端的温接点、和位于另一端的冷接点。温接点被配置在上述第二端与上述第二狭缝之间。冷接点被配置在上述第一端与上述第二狭缝之间。该情况下，也可获得响应速度和灵敏度提高，而且构造的稳定性提高的效果。上述悬臂在宽度方向的一端与上述第二狭缝之间具有桥部。该情况下，优选将上述热电偶配置在上述桥部。由此，上述温接点通过被配置在上述桥部的热电偶与上述冷接点连接。优选上述温接点被配置在上述第一红外线吸收部与上述第二狭缝之间。优选上述红外线阵列传感器还具有第二红外线吸收层。上述第二红外线吸收层被配置在上述第二狭缝与上述第二端之间。温接点被配置在上述第二红外线吸收层与上述第一红外线吸收层之间。优选上述第二狭缝沿着与上述悬臂的长度方向交叉的方向形成。也可以取而代之，优选上述悬臂由桥部、保持板、和副保持板构成。该情况下，桥部的第一端被安装于上述边缘。桥部从上述边缘向上述内周的内侧延伸，由此，具有位于与上述第一端相反侧的第二端。保持板按照在上述衬底基板的厚度方向与下凹部重叠的方式被保持在上述桥部的第二端。副保持板从上述保持板向上述悬臂的第一端延伸。副保持板与上述桥部分离，由此，悬臂具有U字状的第二狭缝。上述第二红外线吸收层上述副保持板被保持，由此，上述第二红外线吸收层被配置在上述第二狭缝与上述第二端之间。热电偶按照通过上述桥部的方式被设置于上述悬臂。优选上述悬臂形成为上述宽度随着从上述第一端向上述第二端而逐渐变小。优选上述下凹部具有与厚度方向正交的开口。上述开口为6边形，由此，上述边缘具有6个边。各个悬臂的上述第一端被安装于上述各个边。各个悬臂向开口的中心延伸。 各个悬臂通过上述第一狭缝而与邻接的悬臂分离。


图1是实施方式1的红外线阵列传感器中的像素部的平面布局图。图2是上述红外线阵列传感器中的像素部的平面布局图。图3是上述红外线阵列传感器的平面布局图。图4表示上述红外线阵列传感器中的像素部的主要部分，(a)是平面布局图，(b) 是与(a)的D-D剖面对应的概略剖面图。图5是上述红外线阵列传感器中的像素部的主要部分的平面布局图。图6是上述红外线阵列传感器中的像素部的主要部分的平面布局图。图7表示上述红外线阵列传感器中的像素部的主要部分，(a)是平面布局图，(b) 是概略剖面图。图8表示上述红外线阵列传感器中的像素部的主要部分，(a)是平面布局图，(b) 是概略剖面图。图9是上述红外线阵列传感器中的像素部的主要部分的概略剖面图。图10是上述红外线阵列传感器中的像素部的主要部分的概略剖面图。
图11是上述红外线阵列传感器的等效电路图。图12是上述红外线阵列传感器中的像素部的其他结构例的平面布局图。图13是具备上述红外线阵列传感器的红外线模块的概略剖面图。图14是用于说明上述红外线阵列传感器的制造方法的主要工程剖面图。图15是用于说明上述红外线阵列传感器的制造方法的主要工程剖面图。图16是用于说明上述红外线阵列传感器的制造方法的主要工程剖面图。图17是用于说明上述红外线阵列传感器的制造方法的主要工程剖面图。图18是实施方式2的红外线阵列传感器中的像素部的概略剖面图。图19是实施方式3的红外线阵列传感器中的像素部的概略剖面图。图20是实施方式4的红外线阵列传感器中的像素部的概略剖面图。图21是实施方式5的红外线阵列传感器中的像素部的平面布局图。图22是上述像素部的平面布局图的主要部分放大图。图23是表示现有例的红外线阵列传感器的主要部分概略立体图。
具体实施例方式(实施方式1)下面，结合图1 图13，对本实施方式的红外线阵列传感器A进行说明。本实施方式的红外线阵列传感器A具有多个像素部2 (参照图3)、和衬底基板1。 各像素部2具有热型红外线检测部3、和作为像素选择用开关元件的MOS晶体管4。多个像素部2在衬底基板1的表面被排列成阵列状。如果具体说明，则多个像素部2在衬底基板 1的表面以2维阵列状排列。衬底基板1使用硅基板Ia形成。本实施方式中，在1个衬底基板1的上述表面形成有mXn个(在图3及图11所示的例子中是8X8个)像素部2。但是，像素部2的数量、排列没有特别的限定。而且，在本实施方式中，热型红外线检测部3的感温部30由串联连接的多个(这里是6个)感温元件30a(参照图1)构成。各个感温元件30a分别由热电堆构成。在图11中，热型红外线检测部3的感温部30的等效电路由与该感温部30的热电动势对应的电压源Vs来表示。另外，本实施方式的红外线阵列传感器A如图1、图4及图11所示，具有多个垂直读出线7、多根水平信号线6、多根地线8、共用地线9、和多根基准偏置线5。多根垂直读出线7通过上述的MOS晶体管4，按每列与各列的多个热型红外线检测部3的感温部30的一端公共连接。多根水平信号线6按每一行与和各行的热型红外线检测部3的感温部30对应的MOS晶体管4的栅电极46公共连接。多根地线8按每列与各列的MOS晶体管4的p+ 型阱区域41公共连接。多根基准偏置线5按每列与各列的多个热型红外线检测部3的感温部30的另一端公共连接。该结构能够以时间序列读出所有热型红外线检测部3的感温部30的输出。总之，本实施方式的红外线阵列传感器A具有多个像素部2。该像素部在衬底基板1的表面形成有具有热型红外线检测部3和MOS晶体管4的多个像素部2。MOS晶体管4为了读出该热型红外线检测部3的输出而与热型红外线检测部3并联设置。MOS晶体管4具有栅电极46、源电极48和漏电极47。栅电极46与水平信号线6 连接。源电极48通过感温部30与基准偏置线5连接，各个基准偏置线5与共用基准偏置线如公共连接。漏电极47与垂直读出线7连接。各个水平信号线6分别与相互独立的像
7素选择用焊盘Vsel电连接。各个垂直读出线7分别与相互独立的输出用焊盘Vout电连接。共用地线9与接地用焊盘&id电连接。共用基准偏置线如与基准偏置用焊盘Vref电连接。硅基板Ia与基板用焊盘Vdd电连接。因此，通过控制各个像素选择用焊盘Vsel的电位，以使MOS晶体管4依次成为导通状态，可依次读出作为各像素部2的输出电压的输出信号。例如，在预先设基准偏置用焊盘Vref的电位为1. 65V、设接地用焊盘&id的电位为0V、设基板用焊盘Vdd的电位为5V，并将像素选择用焊盘Vsel的电位设为5V时，MOS晶体管4导通。由此，从输出用焊盘Vout读出像素部2的输出电压(1.65V+感温部30的输出电压)。在将像素选择用焊盘Vsel的电位设为OV的情况下，MOS晶体管4截止。由此，从输出用焊盘Vout不能读出像素部2的输出电压。其中，在图3中未将像素选择用焊盘Vsel、基准偏置用焊盘Vref、接地用焊盘&id 和输出用焊盘Vout等区别图示，而全部图示为焊盘80。图13表示了红外线阵列传感器模块。该红外线阵列传感器模块具有红外线阵列传感器A、信号处理IC芯片B和外壳C。信号处理IC芯片B对作为该红外线阵列传感器A 的输出信号的输出电压进行信号处理。外壳C用于收纳红外线阵列传感器A和信号处理IC 芯片B。该情况下，信号处理IC芯片B中设有多个焊盘、放大电路(未图示)、多路转接器等。信号处理IC芯片B的多个焊盘通过由接合线(bonding wire)构成的布线81与红外线阵列传感器A的多个焊盘80分别独立电连接。而且，信号处理IC芯片B的多个焊盘的一部分(以下称为输入用焊盘)与红外线阵列传感器A的输出用焊盘Vout连接。放大电路用于放大从输入用焊盘输出的输出电压。多路转接器用于将多个输入用焊盘的输出电压择一地输入到上述放大电路。通过该结构，可获得红外线图像。 外壳C由外壳主体90和壳盖100构成。外壳主体90形成为一面开口的矩形箱状， 而且，由在内底面侧安装红外线阵列传感器A及信号处理IC芯片B的多层陶瓷基板(陶瓷封装)构成。壳盖100具有将红外线聚焦于红外线阵列传感器A的透镜110，而且，由被设置成覆盖外壳主体90的上述一面侧的金属罩构成。由外壳主体90和壳盖100包围的气密空间成为干燥氮气氛。这里，壳盖100的周部通过缝焊而固定在形成于外壳主体90的上述一面上的矩形框状的金属图案(未图示)。另外，外壳主体90不限于多层陶瓷基板，例如也可以使用层叠了玻璃环氧树脂基板的外壳主体。这里，在外壳主体90的内面形成有屏蔽用导体图案92。红外线阵列传感器A及信号处理IC芯片B通过由导电性接合材料(例如焊锡或银浆料等)构成的接合层95、95，与外壳主体90的屏蔽用导体图案92接合。其中，红外线阵列传感器A与外壳主体90的接合方法、信号处理IC芯片B与外壳主体90的接合方法不限于使用焊锡或银浆料等导电性接合材料的接合方法。例如，也可以采用常温接合法，例如利用了 Au-Sn共晶或Au-Si共晶的接合法等。但是，与使用了导电性接合材料的接合法相比，优选采用常温接合法等能够直接接合的接合法。理由是使用常温接合法等能够直接接合的接合法，容易提高红外线阵列传感器5与透镜110的距离精度。上述透镜110的材料是红外线透射材料的一种的Si。该透镜110只要利用LIGA 工艺形成、或利用应用了阳极氧化技术的半导体透镜的制造方法(例如日本专利公报第三 897055号公报、日本专利公报第三897056号公报等)形成即可。而且，以覆盖壳盖100的开口窗101的方式，利用导电性接合剂(例如焊锡、银浆料等)将透镜110粘接到壳盖100的开口窗101的周部。并且，透镜110与外壳主体90的屏蔽用导体图案92电连接。基于该结构，在上述的红外线阵列传感器模块中，可防止因外来的电磁噪声引起的S/N比下降。其中，根据需要对透镜110设置适当的红外线光学滤波部(带通滤波部、宽带阻断滤波部等)。 红外线光学滤波部通过交替层叠折射率不同的多种薄膜等而形成。另外，在上述的红外线阵列传感器模块中，红外线阵列传感器A的衬底基板1其外周形状是矩形状。红外线阵列传感器A的所有焊盘80沿着衬底基板1的外周缘的一边并列设置。信号处理IC芯片B的外周形状是矩形状。与红外线阵列传感器A的各焊盘80电连接的上述各焊盘，沿着信号处理IC芯片B的外周缘的一边并列设置。而且，红外线阵列传感器A及信号处理IC芯片B被配置成红外线阵列传感器A的衬底基板1的一边和信号处理IC芯片B的一边相对于其他边之间更近。因此，可缩短将红外线阵列传感器A的各焊盘80和信号处理IC芯片B的上述各焊盘连接的布线81。由此，可降低外来噪声的影响，从而提高抗噪声性。下面，对热型红外线检测部3及MOS晶体管4各自的构造进行说明。其中，在本实施方式中，作为上述的硅基板la，使用了导电型为η型且上述一个表面为(100)面的单晶硅基板。热型红外线检测部3形成在硅基板Ia的上述表面的各像素部2各自中的热型红外线检测部3的形成用区域Al。MOS晶体管4形成在硅基板Ia的上述表面的各像素部2 各自中的MOS晶体管4的形成用区域Α2。各像素部2具有吸收红外线的红外线吸收部33。因此，在衬底基板1上形成有用于将红外线吸收部33与该衬底基板1热绝缘的多个下凹部11。由此，在下凹部11的周围设有图4(b)所示那样的包围下凹部11的边缘15。而且，下凹部具有由边缘定义的内周。在衬底基板1的上述表面设有薄膜构造部3a。该薄膜构造部3a以在衬底基板1的上述表面上，俯视下红外线吸收部33位于下凹部11的内侧的方式，覆盖下凹部11。换言之，薄膜构造部3a位于边缘的内侧。而且，在各像素部2中，薄膜构造部3a设有多个线状的第一狭缝 13。该第一狭缝13从薄膜构造部3a的背面贯通到表面。通过第一狭缝13分离成沿着下凹部的周方向并列设置、且分别从衬底基板1中的下凹部11的周部向内方延长的多个(在图1所示的例中是6个)小薄膜构造部3aa。(通过多个线状的第一狭缝13分离成沿着下凹部11的周方向并列设置并分别被衬底基板1悬臂支承的多个小薄膜构造部3aa。)该小薄膜构造部3aa具有长度和宽度。而且，小薄膜构造部3aa在长度方向的一端具有第一端， 在长度方向的另一端具有第二端。小薄膜构造部3aa的第一端被安装在衬底基板1的边缘 15，由此，小薄膜构造部3aa作为悬臂3aa发挥功能。按各个小薄膜构造部(悬臂)3aa设有感温元件30a。并且，各个感温元件30a以规定的连接关系相互电连接。具体而言，以与按每个感温元件30a取得输出的情况相比，对应温度变化的输出变化变大的连接关系，电连接全部的感温元件30a。如果更具体说明，则将全部感温元件30a电连接成能够输出各个感温元件30a的输出之和。由此，在感温元件30a的温度发生变化时，各个感温元件30a 的第一输出信号变化。各个感温元件30a由于全部的感温元件30a以输出变化变大的连接关系电连接，所以，在各个感温元件30a发生了温度变化时，各个感温元件30a与其他感温元件30a协作，产生第二输出信号。该第二输出信号比第一输出信号大。以下，将红外线吸收部33中与各个小薄膜构造部(悬臂)3aa分别对应地被分割的各部位称为红外线吸收部33 ο另外，不是必须将形成在薄膜构造部3a的多个感温元件30a全部(在上述的例中是6个感温元件30a)串联连接。例如，也可以分别将3个感温元件30a的串联电路并联连接。该情况下，与全部6个感温元件30a并联连接的情况、按每个感温元件30a取得输出的情况相比，可提高灵敏度。而且，与全部6个感温元件30a串联连接的情况相比，可降低感温部30的电阻，减少热噪声。从而，可提高S/N比。这里，在像素部2中，按每个小薄膜构造部(悬臂)3aa，在下凹部11的周方向分离形成有将衬底基板1和红外线吸收部33a连结的2个俯视呈短栅状的桥部!3bb、;3bb。而且，小薄膜构造部(悬臂)3aa形成有与下凹部11连通的俯视呈U字状的第二狭缝14。该第二狭缝从小薄膜构造部3aa的背面朝向表面贯通。而且，第二狭缝14与下凹部11连通。 从而，第二狭缝14在衬底基板的厚度方向与下凹部11重叠。因此，小薄膜构造部(悬臂 3aa)由桥部!3bb、保持板、和副保持板构成。上述桥部的第一端被安装在上述边缘，而且从上述边缘向上述内周的内侧延伸，由此，具有位于上述第一端相反侧的第二端。上述保持板被保持在上述桥部的第二端，以便在上述衬底基板的厚度方向与下凹部重叠。上述副保持板从上述保持板向上述悬臂的第一端延伸，而且与上述桥部分离，由此，悬臂具有U字状的第二狭缝。这里，衬底基板1中俯视下包围薄膜构造部3a的部位成为矩形框状的形状。换言之，衬底基板1中包围薄膜构造部3a的部位，在与衬底基板1的厚度方向垂直的面上成为矩形框状的形状。其中，桥部:3bb的与红外线吸收部33及衬底基板1各自的连接部位以外的部分，被上述的各第一狭缝13、第二狭缝14在空间上分离成红外线吸收部33a及衬底基板1。即，这里将小薄膜构造部(悬臂)3aa的从衬底基板1起的延长方向的尺寸设为 93 μ m、将小薄膜构造部(悬臂)3aa的与延长方向正交的宽度方向的尺寸设为75 μ m、将各个桥部!3bb的宽度尺寸设为23 μ m、将各个第一狭缝13、第二狭缝14的宽度设为5 μ m。但是，这些值只是一例，并没有特殊的限定。上述的薄膜构造部3a通过将硅氧化膜lb、硅氮化膜32、感温部30、层间绝缘膜 50、和钝化膜60的层叠构造部图案化而形成。硅氧化膜Ib形成在硅基板Ia的上述表面。 硅氮化膜32形成在该硅氧化膜Ib上。感温部30形成在该硅氮化膜32上。层间绝缘膜50 由形成为覆盖硅氮化膜32的表面侧的BPSG膜构成。钝化膜60由形成在层间绝缘膜50上的PSG膜和形成在该PSG膜上的NSG膜的层叠膜构成。在本实施方式中，硅氮化膜32中的薄膜构造部3a的桥部!BbbJbb以外的部位构成上述红外线吸收部33。而且，由硅基板la、硅氧化膜lb、硅氮化膜32、层间绝缘膜50和钝化膜60构成了衬底基板1。另外，在本实施方式中，层间绝缘膜50与钝化膜60的层叠膜跨越热型红外线检测部3的形成用区域Al JPMOS晶体管4的形成用区域A2而形成。但是，形成在热型红外线检测部3的形成用区域Al上的部分兼作红外线吸收膜70 (参照图 4(b))。这里，在将红外线吸收膜70的折射率设为π2、将检测对象的红外线的中心波长设为λ时，将红外线吸收膜70的厚度t2设定为λ/4η2。因此，可提高检测对象的波长(例如8 12 λ m)的红外线吸收效率，实现高灵敏度化。例如在n2 = 1. 4、λ = 10 μ m的情况下，只要t2 1. 8μ m即可。其中，在本实施方式中，将层间绝缘膜50的膜厚设为0. 8μ m、 将钝化膜60的膜厚设定为1 μ m(将PSG膜的膜厚设定为0. 5 μ m、将BSG膜的膜厚设定为 0. 5μπι)。而且，红外线吸收膜70不限于上述的构造，例如也可以由硅氮化膜构成。
另外，像素部2的各个感温元件30a分别是热电堆。而且，感温元件30a的连接关系为串联连接。并且，在各像素部2中，下凹部11的内周形状为矩形状。由热电堆构成的感温元件30a具有多个热电偶。该热电偶(在图1所示的例中有 9个)将η型多晶硅层34和P型多晶硅层35的一端部彼此，在红外线吸收部33a的红外线入射面侧，利用由金属材料(例如Al-Si等)构成的连接部36电连接。η型多晶硅层34和 P型多晶硅层35跨越在硅氮化膜32上形成的小薄膜构造部(悬臂)3aa和衬底基板1而形成。换言之，热电偶按照通过桥部的方式被设置于上述悬臂。这里，构成感温元件30a的热电堆利用η型多晶硅层34的上述一端部、ρ型多晶硅层35的上述一端部和连接部36，构成红外线吸收部33a侧的温接点300，利用η型多晶硅层34的上述另一端部、ρ型多晶硅层 35的上述另一端部和连接部37，构成衬底基板1侧的冷接点310。热电堆根据温接点与冷接点的温度差，输出规定的输出信号。即，热电堆在温接点与冷接点的温度差发生变化时， 产生与温度变化对应的输出信号。这里，在本实施方式的红外线阵列传感器A中，上述下凹部11的形状为四棱锥状。 而且，俯视下的中央部比周部深度尺寸大。换言之，下凹部11具有与衬底基板1的厚度方向垂直的开口，该开口具有开口尺寸。该开口尺寸随着从下凹部11的表面向背面的延伸而逐渐变小。而且，将各像素部2中的感温元件30a的平面布局设计成温接点集中在薄膜构造部3a的中央部。S卩，在图1的上下方向的正中的2个小薄膜构造部3aa中，如图1及图 5所示，沿着3个小薄膜构造部(悬臂)3aa的排列方向，排列配置连接部36。另一方面，在该上下方向上的上侧的2个小薄膜构造部3aa中，如图1及图6所示，在3个小薄膜构造部 (悬臂)3aa的排列方向上，将连接部36集中配置在接近正中的小薄膜构造部(悬臂)3aa 的一侧。在该上下方向上的下侧的2个小薄膜构造部3aa中，如图1所示，在3个小薄膜构造部(悬臂)3aa的排列方向上，将连接部36集中配置在接近正中的小薄膜构造部(悬臂)3aa的一侧。因此，在本实施方式的红外线阵列传感器A中，与图1的上下方向中的上侧、下侧的小薄膜构造部(悬臂)3aa的多个连接部36的配置，和正中的小薄膜构造部(悬臂)3aa的多个连接部的配置相同的情况相比，可增大温接点的温度变化，从而能够提高灵敏度。而且，小薄膜构造部(悬臂)3aa在硅氮化膜32的红外线入射面侧未形成感温元件30a的区域，形成有红外线吸收层39 (第一红外线吸收层39a、第二红外线吸收层39b和第三红外线吸收层39c)(参照图1、图4及图8)。该红外线吸收层39(39a、39b、39c)由抑制小薄膜构造部(悬臂)3aa的翘曲、且吸收红外线的η型多晶硅层构成。若具体说明，则第一红外线吸收层39a被设在薄膜构造部3aa的长度方向的第二端，位于与第一端相反侧。 (但是，第一红外线吸收层39a只要位于第二狭缝14与第二端之间即可。)因此，温接点位于第二端与第二狭缝之间。并且，温接点300位于第一红外线吸收层39a与第二狭缝14 之间。另外，第二红外线吸收层39b按照离开第一红外线吸收层39a的方式被配置在第二狭缝与第二端之间。因此，第二红外线吸收层39b位于温接点300与第二狭缝14之间。换言之，上述第二红外线吸收层被上述副保持板保持，由此，上述第二红外线吸收层被配置在上述第二狭缝14与上述第二端之间。另外，温接点300被配置在第二红外线吸收层39b与第一红外线吸收层39a之间。而且，第三红外线吸收层39c只设在6个小薄膜构造部(悬臂)3aa中位于中央的2个小薄膜构造部(悬臂)3aa。第三红外线吸收层39c被配置在第一红外线吸收层39a与第二红外线吸收层39b之间。另外，本实施方式的红外线阵列传感器A在小薄膜构造部(悬臂)3aa的延长方向的前端缘与宽度方向的两侧缘之间形成有倒角部。因此，与如图12所示那样未形成倒角部的情况相比，可减少制造时的破损。而且，下凹部11的形成变得容易，可提高制造成品率。其中，上述倒角部是C面倒角部，但不限于C 面倒角部，例如也可以是R面倒角部。另外，本实施方式的红外线阵列传感器A在各像素部2中设有由η型多晶硅层构成的故障诊断用布线139，该布线139按照跨越衬底基板1、一方的桥部:3bb、红外线吸收部 33a、另一方的桥部!3bb、和衬底基板1的方式迂回布置。而且，所有的故障诊断用布线139 串联连接。因此，通过向mXn个故障诊断用布线139的串联电路通电，可检测出桥部!3bb 的折断等破损的有无。上述的红外线吸收层39a、39b、39c以及故障诊断用布线139，以相同的杂质浓度 (例如1018 1020cm_3)含有与η型多晶硅层34相同的η型杂质(例如磷等)。因此，红外线吸收层39a、39b、39c以及故障诊断用布线139与η型多晶硅层34同时形成。另外，作为P型多晶硅层35的ρ型杂质，例如只要采用硼即可。该情况下，只要将杂质浓度恰当设定为例如IOw 102°cm_3程度的范围即可。在本实施方式中，η型多晶硅层34及ρ型多晶硅层35各自的杂质浓度为1018 102°cm_3，可减小热电偶的电阻值，提高S/N比。另外，虽然红外线吸收层39a、39b、39c以及故障诊断用布线139以相同的杂质浓度掺杂了与η型多晶硅层34相同的η型杂质，但并不限于此，例如，也可以以相同的杂质浓度掺杂与ρ型多晶硅层35相同的杂质。在本实施方式中，当将η型多晶硅层34、ρ型多晶硅层35、红外线吸收层39a、39b、 39c以及故障诊断用布线139的折射率设定为nl、将检测对象的红外线的中心波长设定为 λ时，将η型多晶硅层34、ρ型多晶硅层35、红外线吸收层39a、39b、39c以及故障诊断用布线139各自的厚度tl设定为λ/4η1。因此，可提高检测对象的波长(例如8 12 μ m)的红外线的吸收效率，从而实现高灵敏度化。例如，在nl = 3. 6、λ =IOym的情况下，只要设定tl ^ 0. 69 μ m即可。另外，在本实施方式中，η型多晶硅层34、p型多晶硅层35、红外线吸收层39a、39b、 39c以及故障诊断用布线139各自的杂质浓度为IO18 102°cm_3。因此，可以在提高红外线的吸收率的同时，抑制红外线的反射。结果，可提高感温部30的输出的S/N比。而且，由于能够在与η型多晶硅层34相同工序形成红外线吸收层39a、39b、39c以及故障诊断用布线 139，所以可降低成本。这里，感温部30的连接部36和连接部37在衬底基板1的上述表面，被上述的层间绝缘膜50绝缘分离(参照图7和图8)。即，温接点侧的连接部36穿过形成在层间绝缘膜50中的接触孔50al、50a2，与两个多晶硅层34、35的上述各一端部电连接。冷接点侧的连接部37穿过形成在层间绝缘膜50中的接触孔50a3、50a4，与两个多晶硅层34、35的上述各另一端部电连接。而且，MOS晶体管4如上所述，形成在衬底基板Ia的上述表面上的各像素部2各自的MOS晶体管4的形成用区域A2。这里，MOS晶体管4如图4及图10所示，在硅基板Ia 的上述表面上形成有P+型阱区域41。而且，在ρ+型阱区域41内分开形成η+型漏极区域43 和η+型源极区域44。另外，在ρ+型阱区域41内，形成有包围η+型漏极区域43和η+型源极
12区域44的p++型沟道阻断区域42。而且，在ρ+型阱区域41中位于η+型漏极区域43与η+ 型源极区域44之间的部位上，隔着由硅氧化膜(热氧化膜)构成的栅极绝缘膜45形成有由η型多晶硅层构成的栅电极46。另外，在η+型漏极区域43上形成有由金属材料(例如 Al-Si等)构成的漏电极47。而且，在η+型源极区域44上形成有由金属材料(例如Al-Si 等)构成的源电极48。这里，栅电极46、漏电极47和源电极48被上述的层间绝缘膜50绝缘分离。即，漏电极47穿过形成在层间绝缘膜50中的接触孔50d与η+型漏极区域43电连接，源电极48穿过形成在层间绝缘膜50中的接触孔50e与η+型源极区域44电连接。在本实施方式的红外线阵列传感器A的各像素部2中，MOS晶体管4的源电极48 与感温部30的一端电连接，感温部30的另一端与基准偏置线5电连接。而且，在本实施方式的红外线阵列传感器A的各像素部2中，MOS晶体管4的漏电极47与垂直读出线7电连接。栅电极46与和该栅电极46连续一体形成的由η型多晶硅布线构成的水平信号线6电连接。另外，在各像素部2中，在MOS晶体管4的ρ++型沟道阻断区域42上形成有由金属材料(例如Al-Si等)构成的接地用电极49。该接地用电极49与共用地线8电连接，该共用地线8用于通过将该ρ++型沟道阻断区域42偏置为比η.型漏极区域43及η.型源极区域低的电位，来实现元件分离。其中，接地用电极49穿过形成在层间绝缘膜50中的接触孔50f， 与P++型沟道阻断区域42电连接。下面，参照图14 图17，对本实施方式的红外线阵列传感器A的制造方法进行说明。首先，进行绝缘层形成工序，在硅基板Ia的上述表面形成由第一规定膜厚(例如 0. 3 μ m)的硅氧化膜31与第二规定膜厚(例如1 μ m)的硅氮化膜32的层叠膜构成的绝缘层。然后，进行绝缘层图案化工序，利用光刻技术及蚀刻技术，保留该绝缘层中与热型红外线检测部3的形成用区域Al对应的部分的一部分，将与MOS晶体管4的形成用区域A2对应的部分蚀刻除去。由此，得到图14(a)所示的构造。这里，通过以规定温度(例如1100°C ) 对硅基板Ia实施热氧化来形成硅氧化膜31，通过LPCVD法形成硅氮化膜32。在上述的绝缘层图案化工序之后，进行在硅基板Ia的上述表面形成P+型阱区域 41的阱区域形成工序。然后，进行沟道阻断区域形成工序，在硅基板1的上述表面上的P+ 型阱区域41内，形成p++型沟道阻断区域42。由此，得到图14(b)所示的构造。这里，在阱区域形成工序中进行如下的第一工序、第二工序和第三工序。在第一工序中，通过以规定的温度对硅基板Ia的上述表面的露出部位实施热氧化，选择性形成第二硅氧化膜(热氧化膜)51。在第一工序之后的第二工序中，采用用于形成ρ+型阱区域41的利用了掩模的光刻技术及蚀刻技术，对硅氧化膜51实施图案化。在第二工序之后的第三工序中，进行ρ型杂质 (例如硼等)的离子注入，然后进行深入扩散(drive in)。这样，形成p+型阱区域41。另外，在沟道阻断区域形成工序中，进行如下的第一工序、第二工序和第三工序。在第一工序中，通过以规定的温度对硅基板Ia的上述表面实施热氧化，选择性形成第三硅氧化膜(热氧化膜)52。在第一工序之后的第二工序中，采用用于形成p++型沟道阻断区域42的利用了掩模的光刻技术及蚀刻技术对第三硅氧化膜52实施图案化。紧接着第二工序在第三工序中，进行P型杂质(例如硼等)的离子注入，然后进行深入扩散。这样，形成P++型沟道阻断区域42。其中，由第一硅氧化膜31、第二硅氧化膜51和第三硅氧化膜52构成了硅基板 Ia的上述表面的硅氧化膜lb。
在上述沟道阻断区域形成工序之后，进行源极/漏极形成工序。在源极/漏极形成工序中进行如下的第一工序和第二工序。即，在第一工序中，对P+型阱区域41中的η+型漏极区域43及η+型源极区域44各自的形成预定区域进行η型杂质(例如磷等)的离子注入。接着，在第二工序中进行深入扩散。由此来进行形成η+型漏极区域43及η+型源极区域44的源极/漏极形成工序。在该源极/漏极形成工序之后，进行栅极绝缘膜形成工序，在硅基板Ia的上述表面通过热氧化形成规定膜厚(例如600人)的由硅氧化膜(热氧化膜)构成的栅极绝缘膜45。接着，进行多晶硅层形成工序，在硅基板Ia的上述表面的整个面，利用LPCVD法形成规定膜厚(例如0.69μπι)的无掺杂多晶硅层，该无掺杂多晶硅层成为栅电极46、水平信号线6 (参照图1)、η型多晶硅层34、ρ型多晶硅层35、红外线吸收层39a、39b、39c以及故障诊断用布线139的基础。然后，利用光刻技术及蚀刻技术，进行按照保留上述无掺杂多晶硅层中的与栅电极46、水平信号线6、η型多晶硅层34、ρ型多晶硅层35、红外线吸收层39a、39b、39c以及故障诊断用布线139分别对应的部分的方式加以图案化的多晶硅层图案蚀刻工序。接着，进行P型多晶硅层形成工序，对上述无掺杂多晶硅层中的与P型多晶硅层35对应的部分进行ρ型杂质(例如硼等)的离子注入，并进行深入扩散，由此形成P型多晶硅层35。然后，进行通过对上述无掺杂多晶硅层中的与η型多晶硅层 34、红外线吸收层39a、39b、39c、故障诊断用布线139、栅电极46以及水平信号线6对应的部分进行η型杂质(例如磷等)的离子注入，并深入扩散，由此形成η型多晶硅层34、红外线吸收层39a、39b、39c、故障诊断用布线139、栅电极46及水平信号线6的η型多晶硅层形成工序。由此，得到图15(a)所示的构造。其中，ρ型多晶硅层形成工序和η型多晶硅层形成工序的顺序可以颠倒。在上述的ρ型多晶硅层形成工序及η型多晶硅层形成工序完成之后，进行在硅基板Ia的上述表面形成层间绝缘膜50的层间绝缘膜形成工序，接下来，进行接触孔形成工序，利用光刻技术和蚀刻技术对层间绝缘膜50形成上述各个接触孔50al、50a2、50a3、 50a4、50d、50e、50f(参照图7、图8及图10)，由此得到图15(b)所示的构造。这里，在层间绝缘膜形成工序中，在硅基板Ia的上述表面利用CVD法堆积规定膜厚(例如0.8μπι)的 BPSG膜之后，通过以规定温度(例如800°C)进行回流(ref low)，形成平坦化的层间绝缘膜 50。在上述的接触孔形成工序之后，进行金属膜形成工序，在硅基板Ia上述表面的整个面，采用溅射法形成规定膜厚(例如2μπι)的金属膜(例如Al-Si膜等)，该金属膜成为连接部36、37、漏电极47、源电极48、基准偏置线5、垂直读出线7、地线8、共用地线9以及各个焊盘￥0肚、￥%1、￥1~时、￥(1(1、&1(1等(参照图11)的基础。接下来，进行金属膜图案化工序， 通过采用光刻技术和蚀刻技术对金属膜进行图案化，形成连接部36、37、漏电极47、源电极 48、基准偏置线5、垂直读出线7、地线8、共用地线9以及各个焊盘Vout、Vsel, Vref, Vdd、 &id等。由此，得到图16(a)所示的构造。其中，金属膜图案化工序中的蚀刻是通过RIE进行。在上述的金属膜图案化工序之后，进行钝化膜形成工序，利用CVD法在硅基板Ia 的上述表面(即层间绝缘膜50的表面侧)形成由规定膜厚(例如0. 5 μ m)的PSG膜和规定膜厚(例如0.5μπι)的NSG膜的层叠膜构成的钝化膜60。由此，得到图16(b)所示的构造。其中，钝化膜60不限于PSG膜与NSG膜的层叠膜，例如也可以是硅氮化膜。
在上述的钝化膜形成工序之后，进行层叠构造部图案化工序，通过对由硅氧化膜 31与硅氮化膜32的层叠膜构成的热绝缘层、形成在该热绝缘层上的感温部30、在热绝缘层的表面侧形成为覆盖感温部30的层间绝缘膜50、和形成在层间绝缘膜50上的钝化膜60的层叠构造部进行图案化，来形成上述的小薄膜构造部(悬臂)3aa。由此，得到图17(a)所示的构造。其中，在层叠构造部图案化工序中，形成了上述的各个第一狭缝13、第二狭缝14。在上述的层叠构造部图案化工序之后，进行利用光刻技术和蚀刻技术，形成使各焊盘V0ut、Vsel、Vref、Vdd、&id露出的焊盘用开口部(未图示)的焊盘用开口部形成工序。 接着，进行下凹部形成工序，通过将上述各个第一狭缝13、第二狭缝14作为蚀刻液导入孔， 导入蚀刻液，并对硅基板Ia进行各向异性蚀刻，在硅基板Ia中形成下凹部11。由此，得到图17(b)所示构造的像素部2被配置成2维阵列状的红外线阵列传感器A。这里，焊盘用开口部形成工序中的蚀刻通过RIE进行。另外，在下凹部形成工序中，作为蚀刻液，使用被加热到规定温度(例如85°C)的TMAH溶液。但蚀刻液不限于TMAH溶液，也可以使用其他碱类溶液(例如KOH溶液等)。其中，由于到下凹部形成工序结束的全部工序以晶片规模进行，所以在下凹部形成工序完成之后，只要进行分离成各个红外线阵列传感器A的分离工序即可。另外，根据上述的说明可知，关于MOS晶体管4的制造方法，采用了公知的一般性 MOS晶体管的制造方法。即，通过反复进行基于热氧化的热氧化膜的形成、采用光刻技术和蚀刻技术的热氧化膜的图案化、杂质的离子注入、深入扩散(杂质的扩散)的基本工序，形成了 P+型阱区域41、p++型沟道阻断区域42、n+型漏极区域43和η.型源极区域44。以上说明的本实施方式的红外线阵列传感器A具有衬底基板和多个像素部。上述衬底基板具有表面，上述表面具有多个下凹部和位于上述各下凹部的周围的多个边缘。上述下凹部具有由上述边缘定义的内周。上述像素部以覆盖上述下凹部的方式被配置在上述衬底基板的上述表面。上述像素部具有薄膜构造体、多个第一红外线吸收部和多个感温元件。上述薄膜构造体设有狭缝，上述狭缝从上述薄膜构造体的背面贯通到表面。由此，上述狭缝将上述薄膜构造体分割成多个悬臂。上述悬臂沿着边缘排列配置。上述悬臂具有长度和宽度。悬臂在长度方向的一端具有第一端、且在另一端具有第二端。上述第一端被固定在上述边缘。上述第一红外线吸收部被各个悬臂保持为位于上述内周的内侧。上述感温元件被设在上述悬臂。上述感温元件构成为当上述感温元件的温度发生了变化时，输出与温度变化对应的输出信号。因此，悬臂上的第一红外线吸收部所吸收的热被可靠地传导到感温元件。从而，在第一红外线吸收部吸收红外线而发出的热发生了变化时，感温元件的温度变化。由此，感温元件能够可靠地检测出温度变化。并且，可抑制因来自衬底基板1或外部的应力、热应力引起各个小薄膜构造部30aa变形，从而可提高构造稳定性。并且，全部的上述感温元件以规定的连接关系相互电连接。全部的上述感温元件基于上述规定的连接关系，对应温度变化的输出变化被设定为比各感温元件所产生的输出信号大。因此，可提高响应速度和灵敏度。另外，全部的上述感温元件以规定的连接关系相互电连接，由此，构成为在上述感温元件的温度发生了变化时，相互协作输出第二输出信号。上述第二输出信号比上述输出信号大。因此，可提高响应速度和灵敏度。并且，上述感温元件是热电堆。因此，由于不需要向各感温元件流入电流，本身不发热，所以与利用电阻测辐射热计构成各感温元件30a的情况相比，具有不发生因本身发热导致各小薄膜构造部(悬臂)3aa翘曲的优点和降低电力消耗的优点、以及灵敏度不因温度而一定的高精度的优点。这里，在采用热电堆作为各感温元件30a的情况下，只要将全部感温元件30a串联连接，即可将各感温元件30a各自的热电动势相加输出，因此，可满足上述连接关系，提高灵敏度。但感温元件30a只要是热型红外线检测元件即可，不限于热电堆或电阻测辐射热计，也可以采用焦电元件，在各感温元件30a是焦电元件的情况下，只要将多个焦电元件并联连接，即可将基于焦电效应产生的电荷相加输出，因此，可满足上述连接关系，提高灵敏度。而且，上述下凹部形成为四棱锥状。因此，在使用硅基板形成衬底基板1的情况下，能够通过利用碱类溶液的各向异性蚀刻容易地形成下凹部11。并且，小薄膜构造部(悬臂)3aa在上述第一端与上述第二端之间形成有第二狭缝。上述第二狭缝从上述悬臂的背面朝向表面贯通。上述第二狭缝形成为在上述衬底基板的厚度方向与上述下凹部重叠。上述第一红外线吸收部形成在第二狭缝与上述第二端之间。上述热电堆具有热电偶、位于上述热电偶的一端的温接点、和位于另一端的冷接点。上述温接点被配置在上述第二端与上述第二狭缝之间。上述冷接点被配置在上述第一端与上述第二狭缝之间。因此，可提高响应速度和灵敏度。而且，温接点被配置在上述第一红外线吸收部与上述第二端之间。因此，可提高响应速度和灵敏度。并且，红外线阵列传感器还具有第二红外线吸收部，上述第二红外线吸收部被配置在上述第二狭缝与上述第二端之间。温接点被配置在上述第二红外线吸收部与上述第一红外线吸收部之间。因此，可提高响应速度和灵敏度。另外，第二狭缝沿着与上述悬臂的长度方向交叉的方向形成。因此，可提高响应速度和灵敏度。而且，在本实施方式的红外线阵列传感器A中，由于在硅氮化膜32的红外线入射面侧，除了 η型多晶硅层34及ρ型多晶硅层35以外，还设有红外线吸收层39a、39b、39c以及故障诊断用布线139，所以，在形成η型多晶硅层34及ρ型多晶硅层35时，可抑制硅氮化膜32被蚀刻而变薄(这里，在上述的多晶硅层图案化工序中，抑制当对成为η型多晶硅层 34及ρ型多晶硅层35的基础的无掺杂多晶硅层进行蚀刻时的过蚀刻时，硅氮化膜32被蚀刻而变薄的情况)，并且可提高薄膜构造部3a的应力平衡的均衡性，实现红外线吸收部33 的薄膜化，同时防止小薄膜构造部(悬臂)3aa的翘曲，从而提高灵敏度。这里，对于η型多晶硅层34、ρ型多晶硅层35、红外线吸收层39a、39b、39c以及故障诊断用布线139，为了防止被上述下凹部形成工序中使用的蚀刻液(例如TMAH溶液)腐蚀，需要将俯视形状设计成在第一狭缝13、第二狭缝14的内侧面不露出。而且，在本实施方式的红外线阵列传感器A中，由于将η型多晶硅层34、ρ型多晶硅层35、红外线吸收层39a、39b、39c以及故障诊断用布线139设定为相同的厚度，所以，小薄膜构造部(悬臂)3aa的应力平衡的均勻性提高，可抑制小薄膜构造部(悬臂)3aa的翘曲ο另外，由于本实施方式的红外线阵列传感器A按各像素部2具有用于读出感温部 30的输出的MOS晶体管4，所以可减少输出用焊盘Vout的数量，实现小型化及低成本化。(实施方式2)CN 102414544 A
说明书
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本实施方式的红外线阵列传感器A的基本结构与实施方式1大致相同，其不同点如图18所示那样，衬底基板1的下凹部11从衬底基板1的背面形成。其中，对于与实施方式1相同的构成要素附加相同的符号，并省略说明。实施方式1在形成下凹部11的下凹部形成工序中，从衬底基板1的上述表面经过第一狭缝13、第二狭缝14导入蚀刻液，通过对硅基板Ia进行利用了蚀刻速度的结晶面方位依存性的各向异性蚀刻，形成了下凹部11。与之相对，当制造本实施方式的红外线阵列传感器A时，在形成下凹部11的下凹部形成工序中，只要使用例如采用了感应耦合等离子(ICP)型干式蚀刻装置进行各向异性蚀刻，从衬底基板1的上述其他表面侧形成硅基板Ia中的下凹部11形成预定区域即可。因此，根据本实施方式的红外线阵列传感器，可抑制从薄膜构造部3a的各个小薄膜构造部(悬臂)3aa向衬底基板1的热传导，能够实现进一步的高灵敏度化。(实施方式3)本实施方式的红外线阵列传感器A的基本结构与实施方式1大致相同，其不同点如图19所示那样，下凹部11形成为该下凹部11的内面成为凹曲面的形状。其中，对于与实施方式1相同的构成要素附加相同的符号，并省略说明。这里，实施方式1在形成下凹部11的下凹部形成工序中，通过利用了蚀刻速度的结晶面方位依存性的各向异性蚀刻，形成了下凹部11，但在本实施方式中，通过各向同性蚀刻形成了下凹部11。因此，根据本实施方式的红外线阵列传感器A，可抑制透过了薄膜构造部3a的红外线在下凹部11的内面向薄膜构造部3a侧反射，所以能够增大红外线吸收部33中的红外线吸收量，提高灵敏度。(实施方式4)本实施方式的红外线阵列传感器A的基本结构与实施方式1、3大致相同，其不同点如图20所示那样，在衬底基板1的其他表面侧，形成有使多个下凹部11连通的开口部 12。其中，对于与实施方式1、3相同的构成要素附加相同的符号，并省略说明。这里，对于衬底基板1的开口部12，只要采用例如使用了 ICP型干式蚀刻装置的各向异性蚀刻技术，从衬底基板1的上述其他表面侧形成硅基板Ia中的开口部12的形成预定区域即可。因此，根据本实施方式的红外线阵列传感器A，可抑制从薄膜构造部3a的各个小薄膜构造部(悬臂)3aa向衬底基板1的热传导，能够实现进一步的高灵敏度化。(实施方式5)本实施方式的红外线阵列传感器A的基本结构与实施方式1 4大致相同，其不同点如图21及图22所示那样，像素部2的俯视形状为6边形，像素部2被配置成蜂窝状。 其中，对于与实施方式1 4相同的构成要素附加相同的符号，并省略说明。在图21及图22中虽然没有示出，但本实施方式在衬底基板1的表面形成有下凹部11。该下凹部11具有与衬底基板1的厚度方向垂直的6边形开口。因此，6边形的边缘位于下凹部11的周围。该6边形的边缘具有6个边。而且，薄膜构造体3a被以覆盖下凹部11的方式配置在衬底基板1的表面上。薄膜构造体3a被狭缝分割成6个成为悬臂的小薄膜构造体3aa。该小薄膜构造体3aa随着从第一端向第二端延伸，其宽度逐渐变窄。
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这样，悬臂随着从第一端向第二端延伸，其宽度逐渐变窄。因此，减少了悬臂的热容量。若悬臂的热容量减少，则被红外线吸收部33吸收的热发生变化时，感温元件30a的温度迅速变化。这样，可提高感温元件30a的检测性能。另外，本实施方式的红外线阵列传感器A能够防止各个小薄膜构造部(悬臂)3aa 的变形，而且可提高像素部2的配置密度。上述各个实施方式的红外线阵列传感器A在各像素部2中设有MOS晶体管4，但不必一定设置MOS晶体管4。
权利要求
1.一种红外线阵列传感器，具有衬底基板和多个像素部，其特征在于，上述衬底基板具有表面，上述表面具有多个下凹部和位于上述各个下凹部的周围的多个边缘，上述下凹部具有由上述边缘定义的内周，上述像素部按照覆盖上述下凹部的方式被配置在上述衬底基板的上述表面， 上述像素部具有薄膜构造体、多个第一红外线吸收层和多个感温元件， 上述薄膜构造体设有第一狭缝，上述第一狭缝从上述薄膜构造体的背面贯通到表面， 由此，上述第一狭缝将上述薄膜构造体分割成多个悬臂，上述悬臂沿着边缘排列配置，上述悬臂具有长度和宽度，在长度方向的一端具有第一端，而且在另一端具有第二端， 上述第一端被固定于上述边缘，上述第一红外线吸收层被各个悬臂保持为位于上述内周的内侧， 上述感温元件被设于上述悬臂，上述感温元件构成为当上述感温元件的温度发生了变化时，产生与温度变化对应的输出信号。
2.根据权利要求1所述的红外线阵列传感器，其特征在于， 全部的上述感温元件以规定的连接关系相互电连接，全部的上述感温元件基于上述规定的连接关系，对应温度变化的输出变化被设定为比各个感温元件产生的输出信号大。
3.根据权利要求1所述的红外线阵列传感器，其特征在于，全部的上述感温元件以规定的连接关系相互电连接，由此，构成为当上述感温元件的温度发生了变化时，相互协作输出第二输出信号， 上述第二输出信号比上述输出信号大。
4.根据权利要求2或3所述的红外线阵列传感器，其特征在于， 上述感温元件是热电堆。
5.根据权利要求2 4中任意一项所述的红外线阵列传感器，其特征在于， 上述规定的连接关系是串联连接。
6.根据权利要求2 5中任意一项所述的红外线阵列传感器，其特征在于， 上述下凹部形成为四棱锥状。
7.根据权利要求2 5中任意一项所述的红外线阵列传感器，其特征在于， 上述下凹部从上述衬底基板的背面形成。
8.根据权利要求2 5中任意一项所述的红外线阵列传感器，其特征在于， 上述下凹部形成为内面成为凹曲面的形状。
9.根据权利要求1 8中任意一项所述的红外线阵列传感器，其特征在于， 在上述衬底基板的其他表面侧形成有使多个下凹部连通的开口部。
10.根据权利要求1 9中任意一项所述的红外线阵列传感器，其特征在于， 上述悬臂在上述第一端与上述第二端之间形成有第二狭缝，上述第二狭缝从上述悬臂的背面朝向表面贯通，上述第二狭缝形成为在上述衬底基板的厚度方向与上述下凹部重叠，上述第一红外线吸收层形成在第二狭缝与上述第二端之间，上述热电堆具有热电偶、位于上述热电偶的一端的温接点、和位于另一端的冷接点，上述温接点被配置在上述第二端与上述第二狭缝之间， 上述冷接点被配置在上述第一端与上述第二狭缝之间。
11.根据权利要求10所述的红外线阵列传感器，其特征在于， 上述温接点被配置在上述第一红外线吸收部与上述第二狭缝之间。
12.根据权利要求11所述的红外线阵列传感器，其特征在于，上述像素部还具有第二红外线吸收层，上述第二红外线吸收层被配置在上述第二狭缝与上述第二端之间，上述温接点被配置在上述第二红外线吸收层与上述第一红外线吸收层之间。
13.根据权利要求1 12中任意一项所述的红外线阵列传感器，其特征在于， 上述第二狭缝沿着与上述悬臂的长度方向交叉的方向形成。
14.根据权利要求1 13中任意一项所述的红外线阵列传感器，其特征在于， 上述悬臂形成为上述宽度随着从上述第一端向上述第二端而逐渐变小。
15.根据权利要求14所述的红外线阵列传感器，其特征在于， 上述下凹部具有与厚度方向正交的开口，上述开口为6边形，由此，上述边缘具有6个边， 上述各个悬臂的上述第一端被安装于上述各个边， 上述各个悬臂朝向开口的中心延伸， 上述各个悬臂通过上述第一狭缝与邻接的悬臂分离。
全文摘要
该红外线阵列传感器具有衬底基板和多个像素部。衬底基板设有下凹部。像素部按照覆盖下凹部的方式被配置于衬底基板。上述像素部具有薄膜构造体、多个第一红外线吸收层和多个感温元件。上述薄膜构造体设有第一狭缝，上述第一狭缝将上述薄膜构造体分割成多个悬臂。上述悬臂在长度方向的一端具有第一端，在另一端具有第二端。上述感温元件被设于上述悬臂。感温元件构成为上上述感温元件的温度发生了变化时，输出与温度变化相应的输出信号。
文档编号H01L35/32GK102414544SQ20108001938
公开日2012年4月11日 申请日期2010年3月31日 优先权日2009年3月31日
发明者辻幸司 申请人:松下电工株式会社