JPH09318436A - 熱型赤外線センサ及びその製造方法並びにこれを用いたイメージセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 赤外線受光部の物性値の温度依存性を高めて
センサ感度を向上させた熱型赤外線センサを提供する。 【解決手段】 シリコン基板１の上方に多結晶シリコン
層１４が形成され、該多結晶シリコン層１４の表面に白
金シリサイド層１５が形成されてショットキーバリアダ
イオードが構成され、該ショットキーバリアダイオード
が温度センサ部として用いられた熱型赤外線センサ１０
が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱型赤外線センサ
に関し、特に、赤外線受光部に温度センサ部としてショ
ットキーバリアダイオードが形成された熱型赤外線セン
サに関する。

【０００２】

【従来の技術】観測対象物から放射される赤外線を、赤
外線受光部にて受光し、斯く受光した赤外線の強さに応
じて変化する当該赤外線受光部の物性値を検知して、赤
外線の強さを検出する熱型赤外線センサが公知である。
このような熱型赤外線センサにおいて、その赤外線受光
部にショットキーバリアダイオードを形成しておき、当
該赤外線受光部の温度変化に応じて変化する抵抗値の変
化を電気的に検出する熱型赤外線センサが、例えば、特
開平５−４００６４号公報にて公知である。

【０００３】このショットキーバリアダイオードを温度
センサ部として用いた熱型赤外線センサは、ショットキ
ーバリアダイオードに逆方向バイアスを加えたときに流
れる逆方向電流が温度に依存して変化することを利用し
たものである。特に、ショットキーバリアダイオードで
は、逆方向にバイアスを加えたときに、当該バイアス電
圧に対する逆方向電流の依存性が弱いため、仮に、測定
時にバイアス電圧がふらついても逆方向電流のふらつき
が小さく、温度に応じて変化する電流値を安定して測定
することが可能である。

【０００４】又、ショットキーバリアダイオードは、温
度変化に対して高い抵抗変化率（電流の変化に対する電
圧の変化の比率）が実現できるため、高感度の熱型赤外
線センサが達成できることも、上記した特開平５−４０
０６４号公報等によって知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、熱型赤外線
センサにおいては、赤外線が入射したときに赤外線受光
部の温度を大きく変化させるために、赤外線受光部と基
板（半導体基板）との間を断熱構造として、当該赤外線
受光部の熱容量を小さくする必要がある。然るに、図１
９，図２０に示すように、従来のショットキーバリアダ
イオード（ＳＢＤ）を用いた熱型赤外線センサ１００で
は、ショットキーバリアダイオードを構成する金属膜若
しくは金属シリサイド膜（例えば、白金シリサイド）１
０５をシリコン基板（単結晶シリコン）１０１上に直接
形成していたため、赤外線受光部１００Ａがシリコン基
板１０１と一体となってその熱容量が大きくなり、当該
熱型赤外線センサ１００のセンサ感度の向上が図れなか
った。尚、図１９，図２０中、１０６Ａ，１０６Ｂはア
ルミ配線、１０４Ｇはガードリング、１０４Ｂはｐ⁺形
拡散層、１０２，１０３は窒化シリコン膜である。

【０００６】因みに、シリコン基板１０１上に直接形成
された赤外線受光部１００Ａを、当該シリコン基板１０
１に対して断熱構造とする手法として、上記赤外線受光
部１００Ａを形成した後、当該赤外線受光部１００Ａを
保護膜で覆い、この状態で、異方性エッチングにより赤
外線受光部１００Ａの下側のシリコン基板１０１に孔を
設ける手法等も考えられている。しかし、この方法によ
ると、エッチングにより形成される孔が、当該赤外線受
光部１００Ａの周りを囲むように外側に広がってしま
い、特に、赤外線受光部１００Ａを高密度に集積させる
必要のある赤外線イメージセンサへの適用には不向きで
あった。

【０００７】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
ので、温度センサ部の感度を高めると共に、当該赤外線
受光部の物性値の温度依存性を高めてセンサ感度を向上
させた熱型赤外線センサ及びこれを高集積に配したイメ
ージセンサを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明に係る熱型赤外線センサは、半導体
基板の上方に多結晶シリコン層が形成され、該多結晶シ
リコン層の表面に金属膜又は金属シリサイド膜が形成さ
れてショットキーバリアダイオードが構成され、該ショ
ットキーバリアダイオードを温度センサ部として用いた
ものである。

【０００９】又、請求項２の発明は、上記半導体基板と
上記多結晶シリコン層との間に所定幅の空隙を設け、上
記空隙の上方に上記ショットキーバリアダイオードを形
成したものである。又、請求項３の発明は、上記多結晶
シリコン層を、赤外線受光部を構成する１又は２以上の
膜によって当該空隙上で支持して、ブリッジ構造をなし
たものである。

【００１０】又、請求項４の発明は、上記１又は２以上
の膜の少なくとも１つを絶縁膜としたものである。又、
請求項５の発明は、上記１又は２以上の膜の少なくとも
１つを配線層としたものである。又、請求項６の発明
は、上記赤外線受光部の下方の半導体基板に所定深度の
凹部を形成したものである。

【００１１】又、請求項７の発明は、上記半導体基板と
上記多結晶シリコン層との間に、上記半導体基板に比べ
て熱伝導度の低い所定幅の層間膜を設け、該層間膜の上
方に上記ショットキーバリアダイオードを形成したもの
である。又、請求項８の発明は、上記ショットキーバリ
アダイオードの下方に位置する半導体基板の所定領域
に、赤外線を反射する反射層を形成したものである。

【００１２】又、請求項９の発明は、上記反射層を、上
記多結晶シリコン層の形成工程で必要な温度より高い融
点を有する金属にて形成したものである。又、請求項１
０の発明は、上記反射層を、チタン、タングステン、又
は、チタン及びタングステンを含有する合金の何れかの
金属で構成したものである。又、請求項１１の発明は、
上記ショットキーバリアダイオードの直下の赤外線受光
部の下面から上記反射層の表面までの高さを、当該赤外
線の波長の４分のｎ倍（但しｎは奇数）としたものであ
る。

【００１３】又、請求項１２の発明は、熱型赤外線セン
サを製造するに当たり、半導体基板上に犠牲層を形成
し、その上方に直接、若しくは１又は２以上の膜を介し
て多結晶シリコン層を形成し、該多結晶シリコン層上に
金属膜を成膜してショットキーダイオードを形成し、そ
の後、上記犠牲層を除去して、上記ブリッジ構造を形成
するようにしたものである。

【００１４】又、請求項１３の発明は、熱型赤外線セン
サを製造するに当たり、半導体基板上に所定深度の凹部
を形成し、該凹部に犠牲層を充填し、その上方に直接、
若しくは１又は２以上の膜を介して多結晶シリコン層を
形成し、該多結晶シリコン層上に金属膜を成膜してショ
ットキーダイオードを形成し、その後、上記犠牲層を除
去して、上記ブリッジ構造を形成するようにしたもので
ある。

【００１５】又、請求項１４の発明は、上記犠牲層の除
去を、ウェットエッチングによって行なうものである。
又、請求項１５の発明は、上記赤外線受光部を構成する
上記１又は２以上の膜の１つを、赤外線吸収膜としたも
のである。又、請求項１６の発明は、上記熱型赤外線セ
ンサを複数個、線状若しくは面状に整列させて、イメー
ジセンサを構成したものである。

【００１６】（作用）上記請求項１の発明によれば、多
結晶シリコン層と当該多結晶シリコン層上の金属膜若し
くは金属シリサイド膜とによって構成されたショットキ
ーバリアダイオードが、温度センサ部として用いられる
ため、多結晶シリコン膜を成膜することが可能な部位
に、適宜、高感度の熱型赤外線センサを形成することが
でき、熱型赤外線センサの設計の自由度が高くなる。

【００１７】又、請求項２の発明によれば、半導体基板
と多結晶シリコン層との間の空隙によって、ショットキ
ーバリアダイオードが形成された多結晶シリコン膜を、
半導体基板に対して高い断熱構造とすることができる。
又、請求項３の発明によれば、赤外線受光部と半導体基
板との高い断熱構造が得られるブリッジ構造の熱型赤外
線センサの温度センサ部として当該ショットキーバリア
ダイオードを利用できる。

【００１８】又、請求項４の発明によれば、比較的熱伝
導度が低い絶縁膜で、ショットキーバリアダイオードを
構成する部位が、半導体基板上で支持されるので、当該
赤外線受光部の熱コンダクタンスが小さくなる。又、こ
の絶縁膜を、同時に赤外線受光部の保護膜としても機能
させることができる。又、請求項５の発明によれば、シ
ョットキーバリアダイオードと半導体基板とを電気的に
接続する配線層を、当該ショットキーバリアダイオード
を支持する膜として利用できる。

【００１９】又、請求項６の発明によれば、半導体基板
に設けられた凹部によって、当該半導体基板と赤外線受
光部との高い断熱構造が得られる。又、請求項７の発明
によれば、熱型赤外線センサの赤外線受光部と半導体基
板との断熱構造を容易に達成できる。又、請求項８の発
明によれば、赤外線受光部を透過した赤外線を、反射層
で反射させて再び当該赤外線受光部に入射させることが
できる。

【００２０】又、請求項９の発明によれば、半導体基板
上に予め形成される反射層が、その後行なわれる多結晶
シリコン層の製造工程で、溶融することがなくなる。
又、請求項１０の発明によれば、高融点のチタンを含有
する金属膜を用いることによって、当該反射層が多結晶
シリコン層の製造工程で溶融することがなくなる。

【００２１】又、請求項１１の発明によれば、赤外線受
光部を透過した赤外線と、その後、反射層表面で反射し
た赤外線とが互いに打ち消し合うことがなくなるため、
当該反射した赤外線を効率よく、赤外線受光部に再び入
射させることができる。又、請求項１２の発明によれ
ば、当該熱型赤外線センサの赤外線受光部を形成した
後、半導体基板上に予め形成された犠牲層を除去するだ
けで、ショットキーバリアダイオードを温度センサ部と
して用いたブリッジ構造の熱型赤外線センサが形成がで
きる。

【００２２】又、請求項１３の発明によれば、半導体基
板上に凹部を設け、この凹部を埋めるように形成された
犠牲層を、当該熱型赤外線センサの赤外線受光部を形成
した後に除去するだけで、ショットキーバリアダイオー
ドを温度センサ部として用いたブリッジ構造の熱型赤外
線センサが形成できる。又、請求項１４の発明によれ
ば、等方性の高いエッチングで赤外線受光部の下方にあ
る上記犠牲層を容易に除去することができる。

【００２３】又、請求項１５の発明によれば、入射赤外
線に対する赤外線受光部の温度変化が大きくなる。又、
請求項１６の発明によれば、感度の高い熱型赤外線セン
サを多数備えたイメージセンサが達成される。

【００２４】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）以下、本発明の第１の実施形態につ
いて添付図面を参照して説明する。尚、この第１の実施
形態は、請求項１から請求項５、請求項８から請求項１
２、請求項１４から請求項１６に対応する。

【００２５】先ず、熱型赤外線センサ１０の概略につい
て、図１から図３を用いて説明する。尚、図２は熱型赤
外線センサ１０の表面に形成された窒化シリコン膜１９
及び多結晶シリコン層１４表面に形成された酸化シリコ
ン膜１８を除去した状態での平面図である。この第１の
実施形態の熱型赤外線センサ１０は、図１から図３に示
すように、赤外線受光部１０Ａが、基体１０Ｂ（シリコ
ン基板１，窒化シリコン膜１２）上で架橋部１０Ｃで支
持されたブリッジ構造となっている。

【００２６】又、基体１０Ｂの赤外線受光部１０Ａの直
下位置には、該赤外線受光部１０Ａを透過した赤外線を
反射させて再び当該赤外線受光部１０Ａに吸収させるた
めの反射部１０Ｄ（反射層１１）が形成されている。斯
かるブリッジ構造の熱型赤外線センサ１０は、赤外線受
光部１０Ａと基体１０Ｂの間に設けられた空隙Ｓによ
り、赤外線受光部１０Ａと基体１０Ｂ間が断熱構造とな
るため、一定の強さの赤外線が入射した際の赤外線受光
部１０Ａの温度変化が大きくなる。更に、上記反射部１
０Ｄの働きによって一旦赤外線受光部１０Ａを透過した
赤外線が当該反射部１０Ｄで反射された後、当該赤外線
受光部１０Ａに吸収されるため赤外線を効率よく吸収で
きるようになっている。

【００２７】又、赤外線受光部１０Ａには、温度センサ
部として用いられるショットキーバリアダイオード（以
下「ＳＢＤ」と略記する。）が形成されている。このＳ
ＢＤは、赤外線受光部１０Ａに入射した赤外線の強さに
応じて当該赤外線受光部１０Ａの温度が変化したとき
に、この温度変化に応じてその逆方向飽和電流の値が変
化する。而して、この逆方向飽和電流の値を検出するこ
とにより入射赤外線の強さを求めることができる。

【００２８】上記した特開平５−４００６４号公報に記
載のように、熱型赤外線センサ１０にＳＢＤを用いる場
合には、当該ＳＢＤに所定の逆バイアスが掛けられて逆
方向飽和電流以外の電流を無視できるようにしておき、
逆方向飽和電流の温度に対する指数関数的な関係式か
ら、サーミスタの場合と同様に温度変化が測定できるよ
うにする。

【００２９】次に、熱型赤外線センサ１０の詳細な構造
について、図１，図２を参照して説明する。ｎ形のシリ
コン基板１の上面には、タングステンからなる反射層１
１が形成されており、該反射層１１を覆うように、その
全面に窒化シリコン膜１２が形成されている。而して、
シリコン基板１及び窒化シリコン膜１２によって熱型赤
外線センサ１０の基体１０Ｂが構成され、更に上記反射
層１１によって上記反射部１０Ｄが構成されている。

【００３０】尚、ここでは反射層１１を構成する金属と
して、タングステンを使用する例について説明するが、
これに限らず他の金属、例えば、チタン、チタンとタン
グステンの合金等の高融点を有する金属を用いてもよ
い。一方、上記基体１０Ｂの上方には、窒化シリコン膜
１３が橋状に形成され、その上面に多結晶シリコン層１
４が形成されている。

【００３１】多結晶シリコン層１４の上面の略中央に
は、白金シリサイド層１５が形成され、多結晶シリコン
層１４との間で、ＳＢＤを構成する。又、多結晶シリコ
ン層１４には、白金シリサイド層１５との接合面を囲む
ように、ｎ形の拡散層からなるガードリング１４Ｇが形
成され、ガードリング１４Ｇの外側の領域に、ｐ⁺形拡
散層１４Ｂが形成されている。

【００３２】又、多結晶シリコン層１４の表面には、酸
化シリコン膜１８が形成され、この酸化シリコン膜１８
に設けられたコンタクトホール１８Ａ，１８Ｂを介し
て、チタンからなる配線層１６Ａ，１６Ｂが、各々、上
記ガードリング１４Ｇ、上記ｐ ⁺形拡散層１４Ｂに電気
的に接続されている。そして、これらの全面を覆うよう
に保護膜及び赤外線吸収層としての窒化シリコン膜１９
が形成されている。

【００３３】尚、上記窒化シリコン膜１３は、その下面
１３Ａの、反射層１１の上面１１Ａからの高さｈ1が、
当該赤外線の波長λの４分のｎ倍（但しｎは奇数）とな
るように形成されている。これによって、赤外線受光部
１０Ａを透過した赤外線が、反射層１１で反射された
後、再び当該赤外線受光部１０Ａに効率よく吸収され
る。又、図中１Ａ，１Ｂは、シリコン基板１に予め形成
されたｐ⁺形拡散層であり、該ｐ⁺形拡散層１Ａ，１Ｂ
は、窒化シリコン膜１２に設けられたコンタクトホール
１２Ａ，１２Ｂを介して、各々、上記配線層１６Ａ，１
６Ｂに電気的に接続され、他方で、シリコン基板１に形
成された読み出し回路の配線等（図示省略）に電気的に
接続されている。

【００３４】次に、上記構造の熱型赤外線センサ１０の
製造方法について、図４，図５を用いて説明する。 （１）ｎ形のシリコン基板１上に、周知の半導体製造技
術によって、熱型赤外線センサ１０の読み出し回路（図
示省略）を予め形成しておき、その後、シリコン基板１
の表面にタングステンを例えば、スパッタ法により０．
５μｍ形成し、これを周知のホトリソグラフィ技術を用
いたエッチングにて所望の形状にパターニングして、タ
ングステンからなる反射層１１を形成する。次いで、そ
の上面に、例えばプラズマＣＶＤ法によって、膜厚が
０．１μｍの窒化シリコン膜１２を形成する。更に、そ
の上面に液状のシリカ系化合物を回転塗布し、その後こ
れを焼成して（スピン・オン・グラス法）ＳＯＧ膜２を
形成する（図４（ａ））。

【００３５】（２）上記形成したＳＯＧ膜２の上面にレ
ジストを塗布し、これを所望の形状に露光／現像してマ
スク３を作製し、これを用いて、上記ＳＯＧ膜２をドラ
イエッチングし、所望形状のＳＯＧ膜２Ａを形成する。
（図４（ｂ）） （３）上記マスク３を除去し、上記形成されたＳＯＧ膜
２Ａの上面に、上記と同じスピン・オン・グラス法でＳ
ＯＧ膜を形成し、続いてエッチングバックを行って上記
ＳＯＧ膜２Ａと窒化シリコン膜１２との間の段差をなく
すための傾斜部４Ａ，４Ａを形成する。而して、当該傾
斜部４Ａ，４Ａは、上記ＳＯＧ膜２Ａと協働して犠牲層
５を構成する。この場合、当該犠牲層５は、上記反射層
１１の上面から当該ＳＯＧ膜５の上面までの高さｈ1
が、前述した高さ（＝ｎ×λ／４：但し、ｎは奇数、λ
は入射赤外線の波長）となるように、その厚さが決定さ
れる（図４（ｃ））。

【００３６】（４）上記犠牲層５を覆うように、例えば
ＣＶＤ法で窒化シリコンを０．３μｍ形成し、これをパ
ターニングして所望形状の窒化シリコン膜１３（図１，
図２参照）を形成する。このときのパターニングによ
り、上記窒化シリコンで一旦覆われた上記犠牲層５が再
び露出する（図２の一点鎖線で示す）。そして、その上
面に、抵抗率が１×１０¹⁶Ωcmとなるようにｎ形の不純
物が導入された多結晶シリコン膜を、例えば、ＣＶＤ法
で１．０μｍ形成し、これをレジストで覆ったのち当該
レジストを所望の形状（赤外線受光部１０Ａの形状）に
露光／現像してマスクを形成し、これを用いたドライエ
ッチングで、所望の形状の多結晶シリコン層１４を形成
する。上記レジストを除去した後、熱酸化により、多結
晶シリコン層１４の表面に、０．１μｍの膜厚の酸化シ
リコン膜１８を形成する（図４（ｄ））。

【００３７】（５）酸化膜１８が形成された多結晶シリ
コン層１４の上面に所望のマスクを作製し、これを用い
たイオンインプランテーションによりボロンを注入（５
×１０ ¹⁵cm^-2）する。上記マスクを除去した後、再び周
知のホトリソグラフィ技術によってマスクを形成し、こ
れを用いたイオンインプランテーションによりヒ素を注
入して（３×１０¹⁵cm^-2）、当該マスクを除去した後、
アニール（９００℃，１時間）を施して、ガードリング
１４Ｇ及びｐ⁺形拡散層１４Ｂを形成する（図５
（ｅ））。

【００３８】（６）次いで、レジストを全面に塗布し、
これを所望の形状に露光／現像して酸化シリコン膜１８
の所望の領域（多結晶シリコン層１４のＳＢＤが形成さ
れる領域に対応）のみを露出させ、この状態でウェット
エッチングを行って、露出している酸化シリコン膜１８
を除去する。更に、その上面に白金シリサイドを例え
ば、スパック法によって０．０１μｍ形成し、その後、
上記レジストを除去して（リフトオフ）、上記所望の領
域にのみ白金シリサイド膜１５を形成する（図５
（ｆ））。

【００３９】（７）次いで、シリコン基板１上面に形成
されている窒化シリコン膜１２上にレジストを塗布し、
これを所望の形状に露光／現像してマスクを形成し、こ
れを用いたエッチングにより、窒化シリコン膜１２に、
シリコン基板１のｐ⁺形拡散層１Ａ，１Ｂに連通するコ
ンタクトホール１２Ａ，１２Ｂを設ける。次いで、少な
くとも酸化シリコン膜１８を覆うようにレジストを塗布
し、これを露光／現像してマスクを作製し、これを用い
た酸化シリコン膜１８のエッチングによって上記ガイド
リング１４Ｇ，ｐ⁺形拡散層１４Ｂに連通するコンタク
トホール１８Ａ，１８Ｂを形成する。上記レジストを除
去した後、その上面にチタンを、例えばスパッタ法によ
って０．５μｍ形成し、これを公知のホトリソグラフィ
技術によって所望の形状にパターニングして、配線層１
６Ａ，１６Ｂを形成する（図５（ｇ））。

【００４０】（８）次いで、保護膜及び赤外線吸収膜と
して、窒化シリコン膜を、例えば、ＣＶＤ法によって
０．３μｍ形成し、これを公知のホトリソグラフィ技術
によってパターニングして、赤外線受光部１０Ａに対応
する領域に所望形状の窒化シリコン膜１９を形成する
（図５（ｈ））。この場合にも、犠牲層５は、一旦、当
該窒化シリコン膜によって全面が覆われるが、その後の
パターニングによって、図２の一点鎖線で示すように、
その一部が再び露出する。

【００４１】（９）この状態でウェットエッチングを行
って上記犠牲層５を除去し、窒化シリコン膜１２と反射
層１１との間に空隙Ｓを形成して、図１から図３に示す
ブリッジ構造を得る。図６は、第１の実施形態の変形例
に係る熱型赤外線センサ１０’を示す。この熱型赤外線
センサ１０’は、反射層１１に代えて、シリコン基板１
に予め形成されている金属配線１１Ａ，１１Ｂを用いて
いて、入射赤外線を反射させるようにした点が異なるも
のである。このようにシリコン基板１に形成されている
金属配線を反射層の代わりに用いることによって、製造
工程が簡略化され、しかも、熱型赤外線センサ１０’の
下方のスペースを有効に利用できるため、当該熱型赤外
線センサ１０’を用いてイメージセンサを構成する際の
高集積化も図れる。

【００４２】尚、金属配線としては、イメージセンサの
読み出し回路に設けられる金属配線が考えられる。この
場合、金属配線は、その後の半導体製造工程における加
熱処理に充分に耐えられる高融点の金属、例えば、タン
グステンによって形成される。次に、上記熱型赤外線セ
ンサ１０を用いたイメージセンサ２０について、図７，
図８を参照して説明する。

【００４３】上記構成の熱型赤外線センサ１０は、図に
は示していないが、当該基体１０Ｂ上に２次元の格子状
に整列されて、イメージセンサ２０を構成する。即ち、
イメージセンサ２０は、図７に示すように、ＭＯＳ型イ
メージセンサであり、実際には、１つのイメージセンサ
２０には、多数の熱型赤外線センサ１０，１０，１０…
が、水平及び垂直方向に各々数百個配置され、これら配
置された熱型赤外線センサ１０がイメージセンサ２０の
各画素を構成している。尚、図７では、説明を簡単にす
るために、水平及び垂直方向に各々２画素宛、計４個熱
型赤外線センサ１０ａ〜１０ｄを配置した例を示してい
る。

【００４４】以下、この図７を用いて説明する。熱型赤
外線センサ１０ａのＳＢＤ２１には読み出し用ｐ形ＭＯ
Ｓトランジスタ（垂直スイッチ）２５のドレインが接続
され、垂直スイッチ２５のゲートは垂直走査回路３１に
接続され、垂直スイッチ２５のソースは垂直読み出しラ
イン３７に接続されている。又、熱型赤外線センサ１０
ｂのＳＢＤ２２には垂直スイッチ２６のドレインが接続
され、垂直スイッチ２６のゲートは垂直走査回路３１に
接続され、垂直スイッチ２６のソースは垂直読み出しラ
イン３８に接続されている。又、熱型赤外線センサ１０
ｃのＳＢＤ２３には垂直スイッチ２７のドレインが接続
され、垂直スイッチ２７のゲートは垂直走査回路３１に
接続され、垂直スイッチ２７のソースは垂直読み出しラ
イン３７に接続されている。又、熱型赤外線センサ１０
ｄのＳＢＤ２４には垂直スイッチ２８のドレインが接続
され、垂直スイッチ２８のゲートは垂直走査回路３１に
接続され、垂直スイッチ２８のソースは垂直読み出しラ
イン３８に接続されている。

【００４５】垂直読み出しライン３７の一端には、水平
出力ｐ形ＭＯＳトランジスタ（水平スイッチ）３５のド
レインが接続され、水平スイッチ３５のゲートは水平走
査回路３２に接続され、水平スイッチ３５のソースは出
力端子３９に接続されている。一方、垂直読み出しライ
ン３８の一端には、水平出力ｐ形ＭＯＳトランジスタ
（水平スイッチ）３６のドレインが接続され、水平スイ
ッチ３６のゲートは水平走査回路３２に接続され、水平
スイッチ３６のソースは出力端子３９に接続されてい
る。尚、出力端子３９と水平スイッチ３５，３６との間
には、抵抗３３，電源３４が接続されている。

【００４６】水平走査回路３２及び垂直走査回路３１
は、各々シフトレジスタ等で構成され、クロックパルス
とスタートパルスにより各々駆動される。このうち水平
走査回路３２は、駆動パルスΦ１，Φ２を発生させ、こ
れを各々水平スイッチ３５，３６に出力する。一方、垂
直走査回路３１は駆動パルスΦ１１，Φ１２を発生さ
せ、これを垂直スイッチ２５，２６、垂直スイッチ２
７，２８に、各々出力する。

【００４７】水平走査回路３２より出力された駆動パル
スΦ１，Φ２は、水平スイッチ３５及び３６のゲートに
各々供給され、水平スイッチ３５，３６のオン／オフタ
イミングが制御される。一方、垂直走査回路３１より出
力された駆動パルスΦ１１，Φ１２は、垂直スイッチ２
５，２６、垂直スイッチ２７，２８のゲートに各々供給
され、垂直スイッチ２５，２６、垂直スイッチ２７，２
８のオン／オフタイミングが制御される。

【００４８】このように水平スイッチ３５，３６、垂直
スイッチ２５，２６，２７，２８のオン／オフタイミン
グを制御することにより、各熱型赤外線センサ１０ａ〜
１０ｄと、出力端子３９とが所定のタイミングで導通す
る。

【００４９】次に、上記構成のイメージセンサ２０の動
作について、図８を参照して説明する。図８は、垂直走
査回路３１および水平走査回路３２より出力される駆動
パルスΦ１１、Φ１２，Φ１，Φ２の波形と、出力端子
３９の出力電圧Ｖoutの波形の時間的な変化を示すタイ
ミングチャートである。

【００５０】先ず、時刻ｔ0において、垂直走査回路３
１からの駆動パルスΦ１１をローレベルに変化させる
と、垂直スイッチ２５，２６がオンする。次に、時刻ｔ
1において、水平走査回路３２からの駆動パルスΦ１を
ローレベルに変化させると、水平スイッチ３５がオンす
る。これにより、ＳＢＤ２１と出力端子３９とが導通す
るのに同期して、先ず、ＳＢＤ２１の容量が電源３４の
電圧Ｖ0によってプリチャージ（充電）される。このた
め、出力端子３９の出力電圧ＶoutはＶ1に立ち上がり、
プリチャージが終了すると下降しはじめる。但し、ＳＢ
Ｄ２１の逆方向電流ＩRが大きいときには、水平スイッ
チ３５がオンしている間（Φ１がローレベルになってい
る間）は、Ｖ2＝ＩR×Ｒのレベルまでしか下がらない。
その後、時刻ｔ2において、水平走査回路３２からの駆
動パルスΦ１を元のハイレベルに戻すと、水平スイッチ
３５がオフし、出力端子３９の出力電圧Ｖoutは、水平
スイッチ３５がオンする前のレベルに戻る。このとき、
ＳＢＤ２１の寄生容量に蓄積された電荷の逆方向電流Ｉ
Rによる放電が開始される。

【００５１】次に、時刻ｔ3において、水平走査回路３
２の駆動パルスΦ２をローレベルに変化させると、上述
した場合と同様に、水平スイッチ３６がオンするのに同
期して、ＳＢＤ２２が電源３４の電圧Ｖ0によってプリ
チャージされる。このため、出力端子３９の出力電圧Ｖ
outはＶ1に立ち上がり、プリチャージが終了すると下降
しはじめる。但し、ＳＢＤ２２の逆方向電流ＩRが大き
いときには、水平スイッチ３６がオンしている間は、Ｖ
2＝ＩR×Ｒのレベルまでしか下がらない。その後、時刻
ｔ4において、水平走査回路３２からの駆動パルスΦ２
を元のハイレベルに戻すと、水平スイッチ３６がオフ
し、出力端子３９の出力電圧Ｖoutは、水平スイッチ３
６がオンする前のレベルに戻る。このときＳＢＤ２２の
寄生容量に蓄積された電荷の逆方向電流ＩRによる放電
が開始される。その後、垂直走査回路３１からの駆動パ
ルスΦ１１は元のハイレベルに戻される（時刻ｔ5）。

【００５２】次に、時刻ｔ10において、垂直走査回路３
１からの駆動パルスΦ１２をローレベルに変化させる
と、垂直スイッチ２７，２８がオンする。次に、時刻ｔ
11において、水平走査回路３２からの駆区動パルスΦ１
をローレベルに変化させると、水平スイッチ３５がオン
する。これにより、ＳＢＤ２３と、出力端子３９とが導
通するのに同期して、先ず、ＳＢＤ２３の容量が電源３
４の電圧Ｖ0によってプリチャージされる。このため、
出力端子３９の出力電圧ＶoutはＶ1に立ち上がり、プリ
チャージが終了すると下降しはじめる。但し、ＳＢＤ２
３の逆方向電流ＩRが大きいときには、水平スイッチ３
５がオンしている間は、Ｖ2＝ＩR×Ｒのレベルまでしか
下がらない。その後、時刻ｔ12において、水平走査回路
３２からの駆動パルスΦ１を元のレベルに戻すと、水平
スイッチ３５がオフし、出力端子３９の出力電圧Ｖout
は、水平スイッチ３５がオンする前のレベルに戻る。こ
のときＳＢＤ２３の寄生容量に蓄積された電荷の逆方向
電流ＩRによる放電が開始される。

【００５３】次に、時刻ｔ13において、水平走査回路３
２の駆動パルスΦ２をローレベルに変化させると、上述
した場合と同様に、水平スイッチ３６がオンするのに同
期して、ＳＢＤ２４が電源３４の電圧Ｖ0によってプリ
チャージされる。このため、出力端子３９の出力電圧Vo
utはＶ1に立ち上がり、プリチャージが終了すると下降
しはじめる。但し、ＳＢＤ２４の逆方向電流ＩRが大き
いときには、水平スイッチ３６がオンしている間は、Ｖ
２＝ＩR×Ｒのレベルまでしか下がらない。その後、時
刻ｔ14において、水平走査回路３２からの駆動パルスΦ
２を元のハイレベルに戻すと、水平スイッチ３６がオフ
し、出力端子３９の出力電圧Ｖoutは、水平スイッチ３
６がオンする前のレベルに戻る。このときＳＢＤ２４の
寄生容量に蓄積された電荷の逆方向電流ＩRによる放電
が開始される。その後、垂直走査回路３１からの駆動パ
ルスΦ１２は元のハイレベルに戻される（時刻ｔ15）。

【００５４】時刻ｔ20以降も、上述した動作が繰り返さ
れる。すなわち、時刻ｔ20において、垂直走査回路３１
からの駆動パルスΦ１１をローレベルに変化させて、垂
直スイッチ２５，２６をオンする。次に、時刻ｔ21にお
いて、水平走査回路３２からの駆区動パルスΦ１をロー
レベルに変化させ、水平スイッチ３５をオンする。これ
により、ＳＢＤ２１と出力端子３９とが導通するのに同
期して、先ず、ＳＢＤ２１の容量が電源３４の電圧Ｖ0
によってプリチャージされる。

【００５５】このとき、時刻ｔ2においてＳＢＤ２１に
蓄積されていた電荷が、時刻ｔ2から時刻ｔ21までの間
に放電され、その後残った電荷量に対応する電荷のみが
プリチャージされたままとなる。ところで、ＳＢＤ２１
の逆方向電流ＩRは、ＳＢＤ２１の温度が高い程大き
く、その温度が低い程小さくなる。従って、上記蓄積さ
れた電荷が上記所定の時間内に放電される電荷量も、そ
の温度が高い程多くなり、その温度が低い程少なくな
る。よって、ＳＢＤ２１にプリチャージされるときの出
力端子３９の出力電圧Voutの上記値Ｖ1は、ＳＢＤ２１
の温度に応じて変化することになる。

【００５６】ここでは説明は省略するが、ＳＢＤ２２〜
２４の場合についても、上述した場合と同様にして、そ
れらの温度に対応する出力電圧Ｖ１をそれぞれ得ること
ができる。従って、出力端子３９の出力電圧Ｖoutの上
記値Ｖ1をサンプルホールドすることにより、熱型赤外
線センサ１０ａ〜１０ｄの各赤外線受光部１０Ａ，１０
Ａ，…の温度を検出することにより赤外線イメージを得
ることができる。この場合、時刻ｔ1から時刻ｔ21の間
が、蓄積時間（放電時間）であり、１／６０秒程度とさ
れる。

【００５７】（第２の実施形態）次に、第２の実施形態
について、図９から図１３を参照して説明する。この第
２の実施形態は、請求項１から請求項６、請求項８から
請求項１１及び請求項１３から請求項１５に対応する。

【００５８】先ず、熱型赤外線センサ４０の概略につい
て、図９から図１１を用いて説明する。尚、図１０は熱
型赤外線センサ４０の表面に形成された窒化シリコン膜
４９及び多結晶シリコン層４４表面に形成された酸化シ
リコン膜４８を除去した状態での平面図である。熱型赤
外線センサ４０は、図９から図１１に示すように、赤外
線受光部４０Ａが、基体４０Ｂ上で架橋部４０Ｃで支持
されたブリッジ構造となっている。更に、赤外線受光部
４０Ａの直下の基体４０Ｂには、所定深度ｄの凹部４０
Ｅが形成されている。尚、図１０では、赤外線受光部４
０Ａと架橋部４０Ｃを太線で示す。

【００５９】更に、上記凹部４０Ｅの底部には、上記赤
外線受光部４０Ａを透過した赤外線を反射させて再び当
該赤外線受光部４０Ａに吸収させるための反射層（反射
部）４１が形成されている。斯かるブリッジ構造の熱型
赤外線センサ４０は、赤外線受光部４０Ａと基体４０Ｂ
の凹部４０Ｅとの間に設けられた空隙Ｓにより、赤外線
受光部４０Ａと基体４０Ｂ間が断熱構造となり、一定の
強さの入射赤外線に対する赤外線受光部４０Ａの温度変
化が大きくなる。特に、基体４０Ｂに凹部４０Ｅを設け
ることによって、空隙Ｓを大きく設けることができるの
で、その断熱効果を高めることができる。

【００６０】又、上記反射層４１の働きによって一旦赤
外線受光部４０Ａを透過した赤外線が当該反射層４１で
反射された後、当該赤外線受光部４０Ａに吸収されるよ
うになっている。この場合にも、上記凹部４０Ｅの反射
層４１の上面４１Ａまでの深度ｄを適宜設定できるの
で、後述するように、赤外線を効率よく再び当該赤外線
受光部４０Ａに吸収させることができる。

【００６１】又、この熱型赤外線センサ４０において
も、上記熱型赤外線センサ１０と同様に、温度センサ部
として、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）が用
いられて、当該ＳＢＤの逆方向飽和電流ＩRの温度に対
する指数関数的な関係式を用いて、サーミスタの場合と
同様に温度変化、即ち赤外線の強度が測定できるように
なっている。

【００６２】次に、熱型赤外線センサ４０の具体的な構
造について、図９，図１０を参照して説明する。熱型赤
外線センサ４０の基体４０Ｂを構成するｎ形のシリコン
基板５１には、溝５１Ｄが形成されている。そして、こ
の溝５１Ｄの表面には、タングステンからなる反射層４
１が形成され、更にこの反射層４１を覆うように窒化シ
リコン膜４２が形成されて凹部４０Ｅを構成する。

【００６３】上記基体４０Ａの上方には、上記凹部４０
Ｅを跨ぐように窒化シリコン膜４３が橋状に形成され、
該窒化シリコン膜４３の上面に多結晶シリコン層４４が
形成されている。この多結晶シリコン層４４の上面に
は、該多結晶シリコン層４４と協働してＳＢＤを構成す
る白金シリサイド層４５が形成されている。又、多結晶
シリコン層４４には、上記白金シリサイド層４５との接
合面を囲むように、ｎ形の拡散層からなるガードリング
４４Ｇが形成され、このガードリング４４Ｇの外側の領
域に、ｐ⁺形拡散層４４Ｂが形成されている。

【００６４】上記多結晶シリコン層４４の表面には、酸
化シリコン膜４８が形成され、この酸化シリコン膜４８
に設けられたコンタクトホール４８Ａ，４８Ｂを介し
て、チタンからなる配線層４６Ａ，４６Ｂが、各々、上
記ガードリング４４Ｇ、上記ｐ ⁺形拡散層４４Ｂに電気
的に接続されている。そして、これらの全面を覆うよう
に窒化シリコン膜４９が形成されている。

【００６５】尚、上記窒化シリコン膜４３は、その下面
４３Ｋの、反射層４１の上面４１Ａからの高さｈ2が、
当該赤外線の波長λの４分のｎ倍（但しｎは奇数）とな
るように形成されている。これによって、赤外線受光部
４０Ａを透過した赤外線が、反射層４１で反射された
後、再び当該赤外線受光部４０Ａに吸収されるようにな
る。又、図中５１Ａ，５１Ｂは、シリコン基板１に予め
形成されたｐ⁺形拡散層であり、該ｐ⁺形拡散層５１Ａ，
５１Ｂは、窒化シリコン膜４３に形成されたコンタクト
ホール４３Ａ，４３Ｂを介して各々上記配線層４６Ａ，
４６Ｂに電気的に接続されると共に、他方で、シリコン
基板５１に形成された読み出し回路の配線等（図示省
略）に電気的にも接続されている。

【００６６】次に、上記構造の熱型赤外線センサ４０の
製造方法について、図１２，図１３を用いて説明する。 （１）先ず、周知の半導体製造技術によって当該熱型赤
外線センサ４０の読み出し回路（図示省略）が形成され
たｎ形のシリコン基板５１上に、レジストを塗布し、赤
外線受光部４０Ａに対応する領域のみ露出するように、
これを露光／現像し、斯く作製したレジストを用いたド
ライエッチングにて、シリコン基板５１に所定深度ｄ１
の溝５１Ｄを形成する。その後、レジストを除去し、当
該シリコン基板５１の表面にタングステン膜５２を例え
ば、スパッタ法によって０．５μｍ形成し、次いで、窒
化シリコン膜５３を０．３μｍ形成する。このとき上記
所定深度ｄ１から上記タングステン膜５２の厚さ（０．
５μｍ）を減算した値が、上記した深度ｄとなる（図１
２（ａ））。

【００６７】（２）次いで、液状のシリカ系化合物を回
転塗布し、これを焼成する処理（スピン・オン・グラス
法）を２度繰り返して厚膜のＳＯＧ膜を形成し、この上
にレジストを塗布し、これを所望の形状に露光／現像し
て所望のマスクを作製し、これを用いたドライエッチン
グで、上記溝５１Ｄを充填するＳＯＧ膜５５を形成す
る。次いで、再びレジストを塗布し、赤外線受光部４０
Ａに対応する領域のみが覆われるようにこれを露光／現
像して所望のマスク５４を形成し、これを用いたドライ
エッチングによって、シリコン基板５１上にて露出して
いるタングステン膜５２及び窒化シリコン膜５３を除去
する（図１２（ｂ））。

【００６８】（３）上記マスク５４を除去し、その後、
再びスピン・オン・グラス法によってＳＯＧ膜を成膜
し、これをパターニングして、上記ＳＯＧ膜５５とシリ
コン基板５１との間の段差にＳＯＧ膜からなる傾斜部５
６Ａ，５６Ａを形成する。このとき形成された傾斜部５
６Ａ，５６Ａと上記ＳＯＧ膜５５によって、犠牲層５７
が構成される。この場合、犠牲層５７は、上記反射層４
１の上面から当該ＳＯＧ膜５５の上面までの高さｈ2
が、所望の高さ（＝ｎ×λ／４：但し、ｎは奇数、λは
入射赤外線の波長）となるように、その厚さが決定され
る（図１２（ｃ））。

【００６９】（４）次いで、窒化シリコン膜４３をＣＶ
Ｄ法によって０．５μｍ形成し、これをパターニングす
る。このパターニングにより、当該窒化シリコン膜４３
によって一旦覆われた犠牲層５７が再び露出する。その
後、抵抗率が１×１０¹⁶Ωcmとなるようにｎ形不純物が
混入された多結晶シリコン膜を、例えば、ＣＶＤ法によ
って１．０μｍ成長させ、これをレジストで覆い、露光
／現像を施して所望のマスクを作製し、これを用いたド
ライエッチングで当該多結晶シリコン膜を所望の形状
（赤外線受光部４０Ａの形状）にエッチングして、多結
晶シリコン層４４を形成する。上記レジストを除去した
後、熱酸化により、多結晶シリコン層４４の表面に、
０．１μｍの膜厚の酸化シリコン膜４８を形成する（図
１２（ｄ））。

【００７０】（５）酸化膜４８が形成された多結晶シリ
コン層４４の上面に所望のマスクを作製し、このマスク
を用いて所望の領域にボロンをイオンインプランテーシ
ョンにより注入し（５×１０¹⁵cm^-2）、その後、再び周
知のホトリソグラフィ技術によってマスクを形成し、こ
れを用いて所望の領域にヒ素をイオンインプランテーシ
ョンにより注入し（３×１０¹⁵cm^-2）、その後、アニー
ル（９００℃，１時間）を施して、ｎ⁺形拡散層よりな
るガードリング４４Ｇとｐ⁺形拡散層４４Ｂとを形成す
る（図１３（ｅ））。

【００７１】（６）次いで、レジストを全面に塗布し、
これを露光／現像して酸化シリコン膜４８の所望の領域
（多結晶シリコン層４４のＳＢＤが形成される領域に対
応）のみを露出させるマスクを形成し、この状態でウェ
ットエッチングを行って露出している酸化シリコン膜４
８を除去する。更に、その上面に白金シリサイドを例え
ば、スパック法によって０．０１μｍ形成し、その後、
上記レジストを除去して（リフトオフ）、上記所望の領
域にのみ白金シリサイド膜４５を形成する（図１３
（ｆ））。

【００７２】（７）次いで、シリコン基板５１上面に形
成されている窒化シリコン膜４３上にレジストを塗布
し、これをパターニングしてマスクを形成し、これを用
いたエッチングにより、当該窒化シリコン膜４２に、シ
リコン基板５１のｐ⁺形拡散層５１Ａ，５１Ｂに連通す
るコンタクトホール４３Ａ，４３Ｂを設ける。次いで、
少なくとも酸化シリコン膜４８を覆うレジストを形成
し、これを露光／現像してマスクを作製し、これを用い
た酸化シリコン膜４８のエッチングによって上記ガイド
リング４４Ｇ，ｐ⁺形拡散層４４Ｂに連通するコンタク
トホール４８Ａ，４８Ｂを形成する。上記マスクとして
用いたレジストを除去した後、その上面にチタンを、例
えばスパッタ法によって０．３μｍ形成し、これを公知
のホトリソグラフィ技術によって所望の形状にパターニ
ングして、配線層４６Ａ，４６Ｂを形成する（図１３
（ｇ））。

【００７３】（８）最後に、保護膜及び赤外線吸収膜と
して、窒化シリコン膜を、例えば、ＣＶＤ法によって
０．５μｍ形成し、これを公知のホトリソグラフィ技術
によってパターニングして、赤外線受光部４０Ａに対応
する領域に当該窒化シリコン膜４９を形成する。このパ
ターニングによって、上記窒化シリコン膜にて一旦覆わ
れた犠牲層５７は、再び露出する。そして、この状態で
ウェットエッチングを行って上記犠牲層５７を除去し、
窒化シリコン膜４３と反射層４１との間に空隙Ｓを形成
して、図９から図１１に示したブリッジ構造を得る。

【００７４】図１４は、第２の実施形態の変形例に係る
熱型赤外線センサ４０’を示す。この変形例に係る熱型
赤外線センサ４０’は、上記した熱型赤外線センサ４０
の凹部４０Ｅに形成された反射層４１に代えて、シリコ
ン基板５１に予め形成されている金属配線４１Ａ，４１
Ｂを反射層として用いた点が異なるものである。この場
合、凹部４０Ｅの斜面はテーパー状に形成されて、当該
金属配線４１Ａ，４１Ｂのステップカバレッジの改善が
施されている。この場合、金属配線は、その後の半導体
製造工程における加熱処理に充分に耐えられる高融点の
金属、例えば、タングステンによって形成される。

【００７５】尚、この第２の実施形態に係る熱型赤外線
センサ４０及び熱型赤外線センサ４０’を用いて、イメ
ージセンサを構成する場合にも、上記した第１の実施形
態と全く同様の回路構成（図７）にて、線状若しくは面
状に、これら熱型赤外線センサ４０（又は４０’）を配
列させればよい。尚、これら熱型赤外線センサ４０（又
は４０’）を用いたイメージセンサの回路構成並びにそ
の動作については、その詳細な説明を省略する。

【００７６】尚、この第２の実施形態でも、反射層４１
をタングステンで形成した例を示したが、他の高融点の
金属、例えば、チタン、チタンとタングステンの合金等
で、反射層４１を形成してもよい。 （第３の実施形態）次に、第３の実施形態について、図
１５から図１８を参照して説明する。この第３の実施形
態は、請求項１、請求項７から請求項１１及び請求項１
５に対応する。

【００７７】先ず、熱型赤外線センサ４０の概略につい
て、図１５，図１６を用いて説明する。尚、図１６は熱
型赤外線センサ６０の表面に形成された窒化シリコン膜
６９及び酸化シリコン膜６８を除去した状態での平面図
である。この第３の実施形態の熱型赤外線センサ６０
は、図１５，図１６に示すように、赤外線受光部６０Ａ
の下に断熱部６０Ｓが形成されており、該断熱部６０Ｓ
の、シリコン基板（基体）７１との接続面には、上記赤
外線受光部６０Ａを透過した赤外線を反射させて再び当
該赤外線受光部６０Ａに吸収させるための反射層６１が
形成されている。

【００７８】斯かる構造の熱型赤外線センサ６０は、赤
外線受光部６０Ａとシリコン基板７１の間に形成された
断熱部６０Ｓにより、赤外線受光部６０Ａとシリコン基
板７１間が断熱構造となる。

【００７９】この第３の実施形態では、断熱部６０Ｓに
ＳＯＧ膜６２を使用した。ここで、シリコン基板７１の
熱伝導度は、１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるのに対し、Ｓ
ＯＧ膜６２の熱伝導度は、１．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）であ
る。このようにシリコン基板７１と断熱部６０Ｓを構成
するＳＯＧ膜６２との間に大きな熱伝導度の差があるの
で、赤外線受光部６０Ａとシリコン基板７１との間の十
分な断熱が達成される。

【００８０】而して、一定の強さの入射赤外線に対する
赤外線受光部６０Ａの温度変化が大きくなる。更に、上
記反射層６１の働きによって一旦赤外線受光部６０Ａを
透過した赤外線が当該反射層６１で反射された後、当該
赤外線受光部６０Ａに吸収されるようになっている。
又、赤外線受光部６０Ａには、上記第１，第２の実施形
態の熱型赤外線センサ１０，４０と同様に、ショットキ
ーバリアダイオード（ＳＢＤ）が形成され、赤外線受光
部６０Ａの温度変化に応じた、ＳＢＤの逆方向飽和電流
値を検出して入射した赤外線の強さを検知するようにな
っている。

【００８１】次に、熱型赤外線センサ６０の具体的な構
造について、図１５，図１６を参照して説明する。ｎ形
のシリコン基板７１の上面には、タングステンからなる
反射層６１が形成されており、該反射層６１を覆うよう
に、その全面にＳＯＧ膜６２が形成されている。而し
て、このＳＯＧ膜６２が上記のように断熱部６０Ｓとし
て機能している。

【００８２】上記ＳＯＧ膜６２の上面には多結晶シリコ
ン層６４が形成されている。又、上記多結晶シリコン層
６４の上面には、白金シリサイド層６５が形成され、当
該多結晶シリコン層６４との間で、ＳＢＤを構成してい
る。又、多結晶シリコン層６４には、上記白金シリサイ
ド層６５との接合面を囲むように、ｎ形の拡散層からな
るガードリング６４Ｇが形成され、該ガードリング６４
Ｇの外側の領域に、ｐ ⁺形拡散層６４Ｂが形成されてい
る。

【００８３】上記多結晶シリコン層６４の表面には、酸
化シリコン膜６８が形成され、この酸化シリコン膜６８
に設けられたコンタクトホール６８Ａ，６８Ｂを介し
て、チタンからなる配線層６６Ａ，６６Ｂが、各々、上
記ガードリング６４Ｇ、上記ｐ ⁺形拡散層６４Ｂに電気
的に接続されている。そして、これらの全面を覆うよう
に窒化シリコン膜６９が形成されている。

【００８４】尚、上記多結晶シリコン層６４は、その下
面６４Ａの、反射層６１の上面６１Ａからの高さｈ3
が、当該赤外線の波長λの４分のｎ倍（但しｎは奇数）
となるように形成されている。これによって、赤外線受
光部６０Ａを透過した赤外線が、反射層６１で反射され
た後、再び当該赤外線受光部６０Ａに吸収されるように
なる。

【００８５】又、図中７１Ａ，７１Ｂは、シリコン基板
７１に予め形成されたｐ⁺形拡散層であり、該ｐ⁺形拡散
層７１Ａ，７１Ｂは、ＳＯＧ膜６２に形成されたコンタ
クトホール６２Ａ，６２Ｂを介して、上記配線層６６
Ａ，６６Ｂに電気的に接続されると共に、シリコン基板
７１に形成された読み出し回路の配線等（図示省略）に
電気的に接続されている。

【００８６】次に、上記構造の熱型赤外線センサ６０の
製造方法について、図１７，図１８を用いて説明する。 （１）ｎ形のシリコン基板７１上に、周知の半導体製造
技術によって、当該熱型赤外線センサ６０の読み出し回
路（図示省略）を予め形成しておき、その後、当該シリ
コン基板７１の表面にタングステンをスパッタ法で０．
５μｍ形成し、これを周知のホトリソグラフィ技術を用
いたエッチングにて所望の形状にパターニングして、タ
ングステンからなる反射層６１を形成し、その上面に液
状のシリカ系化合物を回転塗布し、その後これを焼成し
て（スピン・オン・グラス法）、膜厚が２．５μｍのＳ
ＯＧ膜６２を形成する。この場合のＳＯＧ膜６２の上記
膜厚（２．５μｍ）は、反射層６１の上面から当該ＳＯ
Ｇ膜６２の上面６２Ｋまでの高さｈ3が、所望の高さ
（＝ｎ×λ／４：但し、ｎは奇数、λは入射赤外線の波
長）となるように決定される（図１７（ａ））。

【００８７】（２）上記形成したＳＯＧ膜６２の上面
に、抵抗率が１×１０¹⁶Ωcmとなるようにｎ形の不純物
が導入された多結晶シリコン膜を、例えば、ＣＶＤ法で
１．０μｍ形成し、これをレジストで覆ったのち所望の
形状に露光／現像してマスクを形成し、これを用いたド
ライエッチングで、所望の形状（赤外線受光部６０Ａの
形状）の多結晶シリコン層６４を形成する。上記レジス
トを除去した後、熱酸化により、多結晶シリコン層６４
の表面に、０．１μｍの膜厚の酸化シリコン膜６８を形
成する（図１７（ｂ））。

【００８８】（３）酸化膜６８が形成された多結晶シリ
コン層６４の上面に所望のマスクを作製し、これを用い
たイオンインプランテーションによりボロンを注入し
（５×１０¹⁵cm^-2）、その後、再び周知のホトリソグラ
フィ技術によってマスクを形成し、これを用いたイオン
インプランテーションによりヒ素を注入し（３×１０¹⁵
cm ^-2）、その後、アニール（９００℃，１時間）を施し
て、ｎ形拡散層からなるガードリング６４Ｇとｐ⁺形拡
散層６４Ｂとを形成する（図１７（ｃ））。

【００８９】（４）レジストを全面に塗布し、これを所
望の形状に露光／現像して酸化シリコン膜６８の所望の
領域（多結晶シリコン層６４のＳＢＤが形成される領域
に対応）のみを露出させ、この状態でウェットエッチン
グを行って露出している酸化シリコン膜６８を除去す
る。更に、その上面に白金シリサイドを例えば、スパッ
ク法によって０．０１μｍ形成し、その後、上記レジス
トを除去して（リフトオフ）、上記所望の領域にのみ白
金シリサイド膜６５を形成する（図１８（ｄ））。

【００９０】（５）再び、レジストを全面に塗布し、こ
れを所望の形状に露光／現像してマスクを形成し、これ
を用いたエッチングにより、上記ＳＯＧ膜６２に、シリ
コン基板７１のｐ⁺形拡散層７１Ａ，７１Ｂに連通する
コンタクトホール６２Ａ，６２Ｂを形成し、当該レジス
トを除去する（図１８（ｅ））。

【００９１】（６）次いで、少なくとも酸化シリコン膜
６８を覆うようにレジストを塗布し、これを露光／現像
してマスクを作製し、これを用いた酸化シリコン膜６８
のエッチングによって上記ガイドリング６４Ｇ，ｐ⁺形
拡散層６４Ｂに連通するコンタクトホール６８Ａ，６８
Ｂを形成する。上記レジストを除去した後、その上面に
チタンを、例えばスパッタ法によって０．３μｍ形成
し、これを公知のホトリソグラフィ技術によって所望の
形状にパターニングして、配線層６６Ａ，６６Ｂを形成
する（図１８（ｆ））。

【００９２】（７）次いで、保護膜及び赤外線吸収膜と
して、窒化シリコン膜を、例えば、ＣＶＤ法によって
０．３μｍ形成し、これを公知のホトリソグラフィ技術
によってパターニングして、赤外線受光部６０Ａに対応
する領域に所望形状の窒化シリコン膜６９を形成して、
図１５に示す構造の熱型赤外線センサ６０を得る。尚、
この第３の実施形態に係る熱型赤外線センサ６０を用い
て、イメージセンサを構成する場合にも、上記した第１
の実施形態と全く同様の回路構成（図７）にて、線状若
しくは面状に、これら熱型赤外線センサ６０，６０…を
配列させればよい。尚、これら熱型赤外線センサ６０を
用いたイメージセンサの具体的な説明は省略する。

【００９３】尚、この第３の実施形態でも、反射層６１
をタングステンで形成した例を示したが、他の高融点の
金属、例えば、チタン、チタンとタングステンの合金等
で、反射層６１を形成してもよい。

【００９４】

【発明の効果】上記請求項１の発明によれば、多結晶シ
リコン層と当該多結晶シリコン層上の金属膜若しくは金
属シリサイド膜とによって構成されたショットキーバリ
アダイオードが、温度センサ部として用いられるため、
多結晶シリコン膜を成膜することが可能な部位に、適
宜、高感度の熱型赤外線センサを形成することができ、
熱型赤外線センサの設計の自由度が高くなる。

【００９５】又、請求項２の発明によれば、ショットキ
ーバリアダイオードが形成された多結晶シリコン膜を、
半導体基板に対して断熱構造とすることができるので、
当該熱型赤外線センサの感度を更に高めることができ
る。又、請求項３の発明によれば、熱型赤外線センサの
赤外線受光部と半導体基板との高い断熱構造が得られる
ブリッジ構造に当該ショットキーバリアダイオードが形
成されるので、熱型赤外線センサの感度を更に高めるこ
とができる。

【００９６】又、請求項４の発明によれば、比較的熱伝
導度が低い絶縁膜で、ショットキーバリアダイオードを
構成する部位が支持されるので、当該赤外線受光部の熱
コンダクタンスが小さくなって、センサの感度が向上す
る。又、請求項５の発明によれば、ショットキーバリア
ダイオードと半導体基板とを電気的に接続する配線層を
も、当該ショットキーバリアダイオードを構成する部位
を支持する膜として利用でき、センサ感度を向上させた
熱型赤外線センサが容易に達成できる。

【００９７】又、請求項６の発明によれば、半導体基板
に設けられた溝によって、当該半導体基板と赤外線受光
部との高い断熱構造が得られ、センサ感度を向上させた
熱型赤外線センサが容易に達成できる。又、請求項７の
発明によれば、熱型赤外線センサの赤外線受光部と半導
体基板との断熱構造を容易に達成でき、センサ感度を向
上させた熱型赤外線センサが提供される。

【００９８】又、請求項８の発明によれば、赤外線受光
部を透過した赤外線を、この反射層で反射させて再び当
該赤外線受光部に入射させることができるので、センサ
感度を向上させた熱型赤外線センサが提供される。又、
請求項９の発明によれば、半導体基板上に予め形成され
る反射層が、その後行なわれる多結晶シリコン層の製造
工程で、溶融することがなく、センサ感度を向上させた
熱型赤外線センサが提供される。

【００９９】又、請求項１０の発明によれば、高融点の
チタン、タングステン、又は、チタン若しくはタングス
テンを含有する合金の何れかの金属を用いることによっ
て、当該反射層が多結晶シリコン層の製造工程で溶融す
ることがなく、センサ感度を向上させた熱型赤外線セン
サが提供される。又、請求項１１の発明によれば、赤外
線受光部を透過した赤外線と、その後、反射層表面で反
射した赤外線とが互いに打ち消し合うことがなくなるた
め、この反射した赤外線を効率よく、赤外線受光部に再
び入射させることができ、センサ感度を向上させた熱型
赤外線センサが提供される。

【０１００】又、請求項１２の発明によれば、半導体基
板上に予め形成された犠牲層を、当該熱型赤外線センサ
の赤外線受光部を形成後に除去するだけで、ショットキ
ーバリアダイオードを温度センサ部として用いたセンサ
感度の高いブリッジ構造の熱型赤外線センサを形成する
ことができる。又、請求項１３の発明によれば、半導体
基板上に溝を設け、この溝を埋めるように形成された犠
牲層を、当該熱型赤外線センサの赤外線受光部を形成後
に除去するだけで、ショットキーバリアダイオードを温
度センサ部として用いたセンサ感度の高いブリッジ構造
の熱型赤外線センサを形成することができる。

【０１０１】又、請求項１４の発明によれば、上記犠牲
層を容易に除去することができ、センサ感度を向上させ
た熱型赤外線センサが容易に製造できる。又、請求項１
５の発明によれば、入射赤外線に対する赤外線受光部の
温度変化が大きくなって、センサの感度が向上する。
又、請求項１６の発明によれば、感度の高い熱型赤外線
センサを多数備えたイメージセンサが達成され、且つ、
その高集積化も図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態の熱型赤外線センサ１０を示す
断面図である。

【図２】熱型赤外線センサ１０の平面図である。

【図３】熱型赤外線センサ１０の斜視図である。

【図４】熱型赤外線センサ１０の製造工程を示す断面図
である。

【図５】図４に示す製造工程に続いて行われる熱型赤外
線センサ１０の製造工程を示す断面図である。

【図６】第１の実施形態の変形例の熱型赤外線センサ１
０’を示す斜視図である。

【図７】赤外線センサ１０を用いたイメージセンサ２０
のデータ読み出し回路の回路図である。

【図８】イメージセンサ２０の動作を説明するためのタ
イミングチャートである。

【図９】第２の実施形態の熱型赤外線センサ４０を示す
断面図である。

【図１０】熱型赤外線センサ４０の平面図である。

【図１１】熱型赤外線センサ４０の斜視図である。

【図１２】熱型赤外線センサ４０の製造工程を示す断面
図である。

【図１３】図１２に示す製造工程に続いて行われる熱型
赤外線センサ４０の製造工程を示す断面図である。

【図１４】第２の実施形態の変形例の熱型赤外線センサ
４０’を示す斜視図である。

【図１５】第３の実施形態の熱型赤外線センサ６０を示
す断面図である。

【図１６】熱型赤外線センサ６０の平面図である。

【図１７】熱型赤外線センサ６０の製造工程を示す断面
図である。

【図１８】図１６に示す製造工程に続いて行われる熱型
赤外線センサ６０の製造工程を示す断面図である。

【図１９】従来の熱型赤外線センサ１００を示す断面図
である。

【図２０】従来の熱型赤外線センサ１００の平面図であ
る。

【符号の説明】

１，５１，７１ 半導体基板（シリコン基板） ５，５５ 犠牲層 １０，４０，６０ 熱型赤外線センサ １０Ａ，４０Ａ，６０Ａ 赤外線受光部 １０Ｂ，４０Ｂ，６０Ｂ 基体 １０Ｃ，４０Ｃ，６０Ｃ 架橋部 １０Ｄ 反射部 １１，４１，６１ 反射層 １４，４４，６４ 多結晶シリコン膜 ２０ イメージセンサ ４０Ｅ 凹部 ６０Ｓ 断熱部 Ｓ 空隙

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板の上方に多結晶シリコン層が
   形成され、 該多結晶シリコン層の表面に金属膜又は金属シリサイド
   膜が形成されてショットキーバリアダイオードが構成さ
   れ、 該ショットキーバリアダイオードが温度センサ部として
   用いられていることを特徴とする熱型赤外線センサ。
2. 【請求項２】 上記半導体基板と上記多結晶シリコン層
   との間に所定幅の空隙が設けられ、 上記空隙の上方に上記ショットキーバリアダイオードが
   形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱型
   赤外線センサ。
3. 【請求項３】 上記多結晶シリコン層は、赤外線受光部
   を構成する１又は２以上の膜によって当該空隙上で支持
   されて、ブリッジ構造をなしていることを特徴とする請
   求項２に記載の熱型赤外線センサ。
4. 【請求項４】 上記１又は２以上の膜の少なくとも１つ
   は絶縁膜であることを特徴とする請求項３に記載の熱型
   赤外線センサ。
5. 【請求項５】 上記１又は２以上の膜の少なくとも１つ
   は配線層であることを特徴とする請求項３又は請求項４
   に記載の熱型赤外線センサ。
6. 【請求項６】 上記赤外線受光部の下方の半導体基板に
   は所定深度の凹部が形成されていることを特徴とする請
   求項２から請求項５の何れかに記載の熱型赤外線セン
   サ。
7. 【請求項７】 上記半導体基板と上記多結晶シリコン層
   との間には、上記半導体基板に比べて熱伝導度の低い所
   定幅の層間膜が設けられ、 該層間膜の上方に上記ショットキーバリアダイオードが
   形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱型
   赤外線センサ。
8. 【請求項８】 上記ショットキーバリアダイオードの下
   方に位置する半導体基板の所定領域には、赤外線を反射
   する反射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の何れかに記載の熱型赤外線センサ。
9. 【請求項９】 上記反射層は、上記多結晶シリコン層の
   形成工程で必要な温度より高い融点を有する金属にて形
   成されていることを特徴とする請求項８に記載の熱型赤
   外線センサ。
10. 【請求項１０】 上記反射層は、チタン、タングステ
    ン、又は、チタン及びタングステンを含有する合金の何
    れかの金属からなることを特徴とする請求項８又は請求
    項９に記載の熱型赤外線センサ。
11. 【請求項１１】 上記赤外線受光部は、上記ショットキ
    ーバリアダイオードの直下の当該赤外線受光部の下面か
    ら上記反射層の表面までの高さが、当該赤外線の波長の
    ４分のｎ倍（但しｎは奇数）となるように形成されてい
    ることを特徴とする請求項８から請求項１０の何れかに
    記載の熱型赤外線センサ。
12. 【請求項１２】 半導体基板上に犠牲層を形成し、 その上方に直接、若しくは１又は２以上の膜を介して、
    多結晶シリコン層を形成し、 該多結晶シリコン層上に金属膜を成膜してショットキー
    ダイオードを形成し、 その後、上記犠牲層を除去して、上記ブリッジ構造を形
    成することを特徴とする請求項３から請求項５又は請求
    項８から請求項１１の何れかに記載の熱型赤外線センサ
    の製造方法。
13. 【請求項１３】 半導体基板上に所定深度の凹部を形成
    し、 該凹部に犠牲層を充填し、 その上方に直接、若しくは１又は２以上の膜を介して、
    多結晶シリコン層を形成し、 該多結晶シリコン層上に金属膜を成膜してショットキー
    ダイオードを形成し、 その後、上記犠牲層を除去して、上記ブリッジ構造を形
    成することを特徴とする請求項６又は請求項８から請求
    項１１の何れかに記載の熱型赤外線センサの製造方法。
14. 【請求項１４】 上記犠牲層の除去は、ウェットエッチ
    ングによって行われることを特徴とする請求項１２又は
    請求項１３に記載の熱型赤外線センサの製造方法。
15. 【請求項１５】 上記赤外線受光部を構成する上記１又
    は２以上の膜の１つは赤外線吸収膜であることを特徴と
    する請求項３から請求項６又は請求項８から請求項１４
    の何れかに記載の熱型赤外線センサ。
16. 【請求項１６】 請求項１から請求項１１及び請求項１
    ５の何れかに記載の熱型赤外線センサが複数個、線状若
    しくは面状に整列されていることを特徴とする熱型赤外
    線センサを用いたイメージセンサ。