專利名稱：紅外陣列傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及紅外陣列傳感器，更特別地，其涉及包括多個(gè)像素的紅外陣列傳感器。
背景技術(shù)：
在許多地方研究和開發(fā)了常規(guī)的紅外陣列傳感器，其通過(guò)使用微機(jī)械加工技術(shù)制成并且包括基礎(chǔ)襯底和像素部陣列，該像素部具有位于基礎(chǔ)襯底的一個(gè)表面?zhèn)鹊募t外吸收部(見日本專利申請(qǐng)公開P2001-309122A(下文中稱為“專利文件”))。在該專利文件中公開的紅外圖像傳感器包括硅襯底，并且在襯底的表面上形成像素形成區(qū)域。傳感器元件(例如輻射熱計(jì)傳感器元件)也分別放置在像素形成區(qū)域。該專利文件還描述了每個(gè)輻射熱計(jì)傳感器元件可以用熱電傳感器元件或溫差電堆傳感器元件替代。特別地，每個(gè)像素形成區(qū)被分成4個(gè)區(qū)域(下文中稱為“分區(qū)區(qū)域”)，并且4個(gè)傳感器元件分別放置在4個(gè)分區(qū)區(qū)域上。4個(gè)傳感器元件中的每個(gè)均為膜結(jié)構(gòu)，其被布置成覆蓋硅襯底表面上形成的下陷部分的開口。該結(jié)構(gòu)包括SiO2薄膜、位于該薄膜上的金屬薄膜電阻器(電阻輻射熱計(jì))、位于該電阻器上的SiA薄膜(第二 SiA薄膜)和位于第二 SiA 薄膜上的吸收膜。因此，在4個(gè)分區(qū)區(qū)域中形成的每個(gè)傳感器元件的兩端均沿其自身的分區(qū)區(qū)域的對(duì)角線方向延伸。4個(gè)傳感器元件通過(guò)硅襯底表面(下陷部分之間的端面)上的3個(gè)導(dǎo)電圖案串聯(lián)連接。因此1個(gè)像素的輸出是4個(gè)傳感器元件的總輸出，從而可以增加每個(gè)像素輸出。與每個(gè)像素形成區(qū)域提供有一個(gè)傳感器元件的傳感器相比，可以降低4個(gè)分區(qū)區(qū)域的每個(gè)的熱容以及時(shí)間常數(shù)(熱時(shí)間常數(shù))。因此，可以增加響應(yīng)速度。然而在紅外圖像傳感器中，每個(gè)像素形成區(qū)域被十字形狹縫分隔成4個(gè)分區(qū)區(qū)域，從而每個(gè)像素的膜結(jié)構(gòu)的面積因狹縫而減小。因此難以增加傳感器的靈敏度。如果增加每個(gè)膜結(jié)構(gòu)的厚度尺寸，則可以增加靈敏度，但是響應(yīng)速度由于每個(gè)膜結(jié)構(gòu)熱容的增加而降低。相反地，如果每個(gè)膜結(jié)構(gòu)的厚度尺寸減小，則響應(yīng)速度增加，但除增加靈敏度外每個(gè)膜結(jié)構(gòu)可能變形，從而由于生產(chǎn)過(guò)程中的破裂而導(dǎo)致良品率降低。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的降低還可以導(dǎo)致靈敏度的降低。通過(guò)沿傳感器元件自身的分區(qū)區(qū)域的對(duì)角線方向延伸的兩個(gè)線性臂，4個(gè)分區(qū)區(qū)域中形成的每個(gè)傳感器元件由硅襯底支承。因此，每個(gè)膜結(jié)構(gòu)可因外力(例如震動(dòng)等)而變形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是除改善響應(yīng)速度和靈敏度外，還改善結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。本發(fā)明的紅外陣列傳感器包括基礎(chǔ)襯底(1)，其包括第一和第二表面；空腔，其具有陣列結(jié)構(gòu)并形成于基礎(chǔ)襯底(1)的第一表面?zhèn)?；和像素?)，其分別由基礎(chǔ)襯底(1)支承以覆蓋空腔(11)，每個(gè)像素部包括膜結(jié)構(gòu)(3a)。像素部O)的每個(gè)膜結(jié)構(gòu) (3a)包括由狹縫(13)分隔開的分區(qū)膜結(jié)構(gòu)(3aa)。每個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)(3aa)包括熱傳感器 (30a)。優(yōu)選地，像素部O)的每個(gè)膜結(jié)構(gòu)(3a)包括用于將其自身的分區(qū)膜結(jié)構(gòu)(3aa)彼此連接的連接件(3c)。 在本發(fā)明中，可以提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，并且可以提高靈敏度穩(wěn)定性。在一個(gè)實(shí)施方案中，像素部(2)的每個(gè)膜結(jié)構(gòu)(3a)包括熱傳感器(30a)，它們彼此電連接以獲得熱傳感器(30a)的各輸出絕對(duì)值的總和。在該實(shí)施方案中，可以提高響應(yīng)速度和靈敏度。在一個(gè)實(shí)施方案中，像素部O)的每個(gè)熱傳感器(30a)是溫差電堆。像素部(2) 的每個(gè)膜結(jié)構(gòu)(3a)的熱傳感器(30a)彼此串聯(lián)電連接，使得獲得熱傳感器(30a)的各輸出絕對(duì)值的總和。在該實(shí)施方案中，不必對(duì)每個(gè)熱傳感器施加電流，從而不產(chǎn)生自身生熱。因此，可以防止每個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)(3aa)因自身生熱而變形。該實(shí)施方案的優(yōu)點(diǎn)還有例如節(jié)約電力以及不受溫度影響的高精度靈敏度。在一個(gè)實(shí)施方案中，每個(gè)所述分區(qū)膜結(jié)構(gòu)(3aa)通過(guò)橋部(31Λ)由基礎(chǔ)襯底⑴ 支承。所述橋部CBbb)和通過(guò)其由基礎(chǔ)襯底(1)支承的分區(qū)膜結(jié)構(gòu)(3aa)的形狀為由2至 3個(gè)狹縫(1 圍繞的矩形。所述2個(gè)或3個(gè)狹縫由1個(gè)或2個(gè)連接件(3c)分隔開。在一個(gè)實(shí)施方案中，每個(gè)空腔(11)的內(nèi)周邊為矩形形狀。所述分區(qū)膜結(jié)構(gòu)(3aa) 包括布置成由對(duì)應(yīng)空腔(11)的開口兩側(cè)彼此接近的2個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)(3aa)。所述2個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)(3aa)通過(guò)所述1個(gè)或2個(gè)連接件(3c)彼此連接。在該實(shí)施方案中，可以減少2個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)(3aa)的每個(gè)的變形。靈敏度穩(wěn)定而且制造良品率提高。在一個(gè)實(shí)施方案中，每個(gè)空腔(11)內(nèi)周邊為矩形形狀。所述分區(qū)膜結(jié)構(gòu)(3aa)包括2個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)(3aa)，它們沿對(duì)應(yīng)空腔(11)的開口的一側(cè)彼此相鄰布置。所述2個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)(3aa)通過(guò)所述1個(gè)連接件(3c)彼此連接。在該實(shí)施方案中，增加2個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)(3aa)的每個(gè)的扭轉(zhuǎn)剛度。因此，可以減少2個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)(3aa)的每個(gè)的扭轉(zhuǎn)變形，并且靈敏度穩(wěn)定而且制造良品率提高。在一個(gè)實(shí)施方案中，在所述連接件(3c)的兩側(cè)邊沿和分區(qū)膜結(jié)構(gòu)(3aa)的側(cè)邊沿之間分別形成倒角部(3d)。在該實(shí)施方案中，與沒(méi)有形成倒角部的情況相比，可以吸收在所述連接件和所述分區(qū)膜結(jié)構(gòu)的連接區(qū)域處的應(yīng)力集中?？梢詼p少剩余的應(yīng)力和生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的破裂，從而提高制造良品率。還可以防止由使用時(shí)的沖擊或外界溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力所導(dǎo)致的破裂。在一個(gè)實(shí)施方案中，連接件(3c)包括用于增強(qiáng)連接件(3c)的增強(qiáng)層(39b)。在該實(shí)施方案中，還可以防止由使用時(shí)的沖擊或外界溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力所導(dǎo)致的破裂?？梢詼p少生產(chǎn)過(guò)程中的破裂，從而增加制造良品率。在一個(gè)實(shí)施方案中，每個(gè)空腔(11)為四面錐形。在該實(shí)施方案中，當(dāng)使用硅襯底作為基礎(chǔ)襯底(1)時(shí)，每個(gè)空腔11可以通過(guò)使用堿性溶液的各向異性蝕刻容易地形成。在一個(gè)實(shí)施方案中，每個(gè)空腔(11)包括在基礎(chǔ)襯底(1)的第二表面?zhèn)鹊拈_口。在該實(shí)施方案中，可以抑制每個(gè)膜結(jié)構(gòu)到基礎(chǔ)襯底的熱傳遞，從而靈敏度進(jìn)一步提高。在一個(gè)實(shí)施方案中，基礎(chǔ)襯底(1)包括開口(12)，該開口(12)包括在基礎(chǔ)襯底 (1)第二表面?zhèn)鹊目涨?11)。在該實(shí)施方案中，可以進(jìn)一步抑制每個(gè)膜結(jié)構(gòu)到基礎(chǔ)襯底的
4熱傳遞，從而靈敏度進(jìn)一步提高。在一個(gè)實(shí)施方案中，每個(gè)空腔(11)的內(nèi)表面是凹曲面。在該實(shí)施方案中，空腔的內(nèi)表面可以將穿過(guò)膜結(jié)構(gòu)的紅外線反射到膜結(jié)構(gòu)中。紅外線的吸收量可以增加從而提高靈敏度。本發(fā)明的紅外陣列傳感器包括基礎(chǔ)襯底(1)；空腔(11)，其具有陣列結(jié)構(gòu)并形成于基礎(chǔ)襯底(1)的表面?zhèn)?；和像素部O)，其分別由基礎(chǔ)襯底(1)支承以覆蓋空腔(11)，每個(gè)像素部包括膜結(jié)構(gòu)(3a)。像素部(2)的每個(gè)膜結(jié)構(gòu)(3a)包括由狹縫(13)分隔開的分區(qū)膜結(jié)構(gòu)(3aa)。每個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)(3aa)包括熱傳感器(30a)。熱傳感器(30a)彼此電連接， 使得獲得熱傳感器(30a)的各輸出絕對(duì)值的總和。優(yōu)選地，每個(gè)熱傳感器(30a)是溫差電堆，并且彼此串聯(lián)電連接，使得獲得熱傳感器(30a)的各輸出絕對(duì)值的總和。在該實(shí)施方案中，可以進(jìn)一步提高響應(yīng)速度和靈敏度。該實(shí)施方案可以包括連接件(3c)。本發(fā)明的紅外陣列傳感器包括基礎(chǔ)襯底(1)；空腔(11)，其具有陣列結(jié)構(gòu)并形成于基礎(chǔ)襯底(1)的表面?zhèn)龋缓拖袼夭縊)，其分別由基礎(chǔ)襯底(1)支承以覆蓋空腔(11)，每個(gè)像素部包括膜結(jié)構(gòu)(3a)。像素部(2)的每個(gè)膜結(jié)構(gòu)(3a)包括由狹縫(13)分隔開的分區(qū)膜結(jié)構(gòu)(3aa)。每個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)(3aa)包括熱傳感器(30a)。每個(gè)所述分區(qū)膜結(jié)構(gòu)(3aa)通過(guò)橋部(31Λ)由基礎(chǔ)襯底(1)支承。所述橋部CBbb)和通過(guò)其由基礎(chǔ)襯底(1)支承的分區(qū)膜結(jié)構(gòu)(3aa)包括熱傳感器(30a)，該熱傳感器(30a)包括在作為熱結(jié)的連接點(diǎn)處彼此電連接的第一和第二半熱傳感器。所述熱結(jié)放置在分區(qū)膜結(jié)構(gòu)(3aa)中，而熱傳感器(30a)的兩端放置在基礎(chǔ)襯底側(cè)。此外，分區(qū)膜結(jié)構(gòu)(3aa)中的熱結(jié)放置在分區(qū)膜結(jié)構(gòu)(3aa)的中央部分。在該實(shí)施方案中，可以增加每個(gè)熱結(jié)中的溫度變化，從而可以提高靈敏度。該實(shí)施方案可以包括連接件(3c)。


將進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施方案。參照以下詳細(xì)描述和附圖會(huì)更好地理解本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中圖1是實(shí)施方案1的紅外陣列傳感器中像素部的平面布局圖；圖2是紅外陣列傳感器中像素部的平面布局圖；圖3是紅外陣列傳感器的平面布局圖；圖4A和4B顯示紅外陣列傳感器的像素部的必要部分，并且分別是平面布局圖和沿圖4A的D-D’線的橫截面示意圖；圖5是紅外陣列中像素部的必要部分的平面布局圖；圖6是紅外陣列中像素部的必要部分的平面布局圖；圖7A和7B顯示紅外陣列傳感器中像素部的必要部分，并且分別是平面布局圖和沿圖7A的D-D’線的橫截面示意圖；圖8A和8B顯示紅外陣列傳感器中像素部的必要部分，并且分別是平面布局圖和橫截面示意圖；圖9A和9B顯示紅外陣列傳感器中像素部的必要部分，并且分別是平面布局圖和橫截面示意圖；圖10是紅外陣列傳感器中像素部的必要部分的橫截面示意圖11是紅外陣列傳感器中像素部的必要部分的橫截面示意圖；圖12是紅外陣列傳感器的必要部分的闡釋圖；圖13是紅外陣列傳感器的等效電路示意圖；圖14是具有紅外陣列傳感器的紅外模塊的橫截面示意圖；圖15是作為紅外陣列傳感器制造方法的闡釋圖的主要工序中的其橫截面圖；圖16是作為闡釋圖的紅外傳感器制造方法的主要工序中的橫截面圖；圖17是作為闡釋圖的紅外傳感器制造方法的主要工序中的橫截面圖；圖18是作為闡釋圖的紅外傳感器制造方法的主要工序中的橫截面圖；圖19是實(shí)施方案2的紅外陣列傳感器中像素部的橫截面示意圖；圖20是實(shí)施方案3的紅外陣列傳感器中像素部的橫截面示意圖；圖21是實(shí)施方案4的紅外陣列傳感器中像素部的橫截面示意圖；圖22是實(shí)施方案5的紅外陣列傳感器中像素部的平面布局圖；圖23是實(shí)施方案6的紅外陣列傳感器中像素部的平面布局圖；圖M是實(shí)施方案7的紅外陣列傳感器中像素部的平面布局圖；和圖25是像素部的平面布局圖中必要部分的放大圖。實(shí)施方案的描述(實(shí)施方案1)參照?qǐng)D1-13說(shuō)明本實(shí)施方案的紅外陣列傳感器A。本實(shí)施方案的紅外陣列傳感器A包括具有第一表面(正面)和第二表面(背面) 的基礎(chǔ)襯底1。在基礎(chǔ)襯底1的第一表面?zhèn)忍峁┯邢袼夭?的陣列(在該情況下為二維陣列)(見圖3)，每個(gè)像素部2具有熱型紅外感測(cè)部3和作為像素選擇開關(guān)元件的MOS晶體管4。基礎(chǔ)襯底1由硅襯底Ia制成。在本實(shí)施方案中，mXn(在圖3和13的實(shí)例中，但不限于其，為8X8)的像素部2形成在一個(gè)基礎(chǔ)襯底1的第一表面?zhèn)取Ｔ诒緦?shí)施方案中，熱型紅外感測(cè)部3的溫度傳感器30由多個(gè)(例如6個(gè))熱傳感器30a形成(見圖1)，每個(gè)熱傳感器30a由溫差電堆形成，它們串聯(lián)連接，使得獲得熱傳感器30a的各輸出絕對(duì)值的總和。 在圖13中，熱型紅外感測(cè)部3中溫度傳感器30的等效電路由電壓源V表示，其對(duì)應(yīng)溫度傳感器30的熱電動(dòng)勢(shì)。如圖1、4和13所示，本實(shí)施方案的紅外陣列傳感器A包括垂直讀出線7、水平信號(hào)線6、接地線8、公共接地線9和參照偏壓線5。每個(gè)垂直讀出線7均通過(guò)一列MOS晶體管4 與熱型紅外感測(cè)部3中的一列溫度傳感器30的第一末端相連。每個(gè)水平信號(hào)線6均與MOS 晶體管4的柵電極46連接，其對(duì)應(yīng)熱型紅外感測(cè)部3的一排溫度傳感器30。每個(gè)接地線8 均與一列MOS晶體管4的P+阱區(qū)41連接。公共接地線9均與接地線8連接。每個(gè)參照偏壓線5均與熱型紅外感測(cè)部3的一列溫度傳感器30的第二末端相連。傳感器適于作為時(shí)序數(shù)據(jù)提供熱型紅外感測(cè)部3中所有溫度傳感器30的輸出。簡(jiǎn)言之，本實(shí)施方案的紅外陣列傳感器A由像素部2形成，該像素部2在基礎(chǔ)襯底1的第一表面?zhèn)染哂袩嵝图t外感測(cè)部3 和MOS晶體管4，MOS晶體管4與紅外感測(cè)部3并排布置并適于讀出紅外感測(cè)部3的輸出。在該情況下，MOS晶體管4的柵電極46連接至水平信號(hào)線6，并且其源電極48經(jīng)溫度傳感器30連接至參照偏壓線5，其漏電極47連接至垂直讀出線7。每個(gè)參照偏壓線5 均與公共參照偏壓線fe連接。水平信號(hào)線6分別電連接至分離的像素選擇墊Vsel。垂直讀出線7分別電連接至分離的輸出墊Vout。公共接地線9電連接至接地墊&id。公共參照偏壓線fe電連接至參照偏壓墊Vref。硅襯底Ia電連接至襯底墊Vdd。因此，可以通過(guò)控制每個(gè)像素選擇墊Vsel的電位以使MOS晶體管4依次開啟來(lái)依次讀出每個(gè)像素部2的輸出電壓。例如，當(dāng)分別將參照偏壓墊Vref的電位、接地墊&id的電位和襯底墊Vdd的電位設(shè)置為1. 65,OV和5V時(shí)，如果像素選擇墊Vsel的電位被設(shè)定為 5V JUMOS晶體管4開啟并且從輸出墊Vout上讀出每個(gè)像素部2的輸出電壓(1. 65V+ “溫度傳感器30的輸出電壓”)。如果像素選擇墊Vsel的電位設(shè)置為0V，M0S晶體管4關(guān)閉，并且不從輸出墊Vout讀出像素部2的輸出電壓。順便提及，在圖3中，所有像素選擇墊Vsel、 參照偏壓墊Vref、接地墊Gnd、輸出墊Vout等均被無(wú)差別地表示為80。如圖14中所示，紅外陣列傳感器模塊可以包括紅外陣列傳感器A ；信號(hào)處理IC芯片B，其配置為對(duì)作為紅外陣列傳感器A的輸出信號(hào)的輸出電壓進(jìn)行信號(hào)處理；封裝C，其中放置紅外陣列傳感器A和信號(hào)處理IC芯片B。在情況下，如果信號(hào)處理IC芯片B提供有以下部分則可以獲得熱成像墊(未顯示)，其經(jīng)由接合線形成的線81分別電連接至紅外陣列傳感器A的墊80;放大器電路，其配置為放大每個(gè)墊(下文中稱為“輸入墊”)的墊輸出電壓，所述墊連接至紅外陣列傳感器A的輸出墊Vout ；和多路復(fù)用器，其配置為交替地向放大器電路提供輸入墊的輸出電壓。封裝C由封裝體90和封裝蓋100構(gòu)成。封裝體90由多層陶瓷基底形成(陶瓷封裝)，它是在其一個(gè)面上具有開口的矩形殼，并且紅外陣列傳感器A和信號(hào)處理IC芯片B安裝在其內(nèi)部下表面上。封裝蓋100是金屬蓋，其連接至封裝體90的一個(gè)側(cè)面并且包括透鏡 110，透鏡110配置為將紅外線聚焦在紅外陣列傳感器A上。由封裝體90和封裝蓋100封閉的氣密空間中為干燥氮?dú)夥?。在本?shí)例中，封裝蓋100的周邊被通過(guò)縫焊固定至在封裝體90的一個(gè)面上形成的矩形框形金屬圖案(未顯示)。封裝體90不限于多層陶瓷基體。 例如，本體可以由層疊玻璃環(huán)氧樹脂基體形成。在該情況下，在封裝體90的內(nèi)表面上形成屏蔽導(dǎo)電圖案92。紅外陣列傳感器A和信號(hào)處理IC芯片通過(guò)由導(dǎo)電接合材料(例如，釬焊劑、銀膏等)形成的接合層95和95接合至封裝體90的屏蔽導(dǎo)電圖案92上。紅外陣列傳感器A和信號(hào)處理IC芯片B接合至封裝體90的方法不限于使用導(dǎo)電接合材料(例如釬焊劑或銀膏)的方法。例如，可以使用室溫接合方法，使用如Au-Sn共晶或Au-Si共晶的接合方法。關(guān)于此，與使用導(dǎo)電接合材料的接合方法相比，能直接接合的接合方法(例如室溫接合法)在提高紅外陣列傳感器5和透鏡110的距離精確性方面有優(yōu)勢(shì)。在該情況下透鏡110的材料是作為紅外可穿透材料的Si并且可以通過(guò)LIGA等方法形成，LIGA方法是基于陽(yáng)極氧化技術(shù)的半導(dǎo)體透鏡制造法(例如，日本專利3897055、 3897056)。透鏡110通過(guò)導(dǎo)電粘合劑(例如釬焊劑、銀膏等)粘合至封裝蓋100的開口窗 101的周邊，從而該開口窗101是關(guān)閉的。透鏡110還電連接至封裝體90的屏蔽導(dǎo)電圖案 92。因此，在紅外陣列傳感器模塊中，可以防止因外部電磁噪音引起的S/N比降低。此外， 透鏡110可以提供有必要的、適合的紅外光濾波器(帶通濾波器、寬帶截止濾波器等)，其通過(guò)交替層疊折射率不同的膜形成。在紅外陣列傳感器模塊上，紅外陣列傳感器A的基礎(chǔ)襯底1的外周形狀為矩形。紅外陣列傳感器A中的所有墊80沿基礎(chǔ)襯底1外周周邊的側(cè)并排布置。信號(hào)處理IC芯片B的外周形狀為矩形。沿信號(hào)處理IC芯片B外周周邊的側(cè)提供上述墊，所述墊分別電連接至紅外陣列傳感器A的墊80。紅外陣列傳感器A和信號(hào)處理IC芯片B布置為使它們的上述側(cè)比它們的其他側(cè)更相互接近。因此，可以縮短連接紅外陣列傳感器A的墊80和信號(hào)處理 IC芯片B墊的線81。因此，可以減小外部噪音并提高抗噪性。現(xiàn)在說(shuō)明熱型紅外感測(cè)部3和MOS晶體管4的每種構(gòu)型。在本實(shí)施方案中，用作硅襯底Ia的是導(dǎo)電類型和第一表面分別為η型和表面(100)的單晶硅襯底。在硅襯底Ia的第一表面?zhèn)壬系拿總€(gè)像素部2中，熱型紅外感測(cè)部3在熱型紅外感測(cè)部3的形成區(qū)Al中形成。在硅襯底Ia的第一表面?zhèn)鹊拿總€(gè)像素部2中，MOS晶體管4在 MOS晶體管4的形成區(qū)Α2中形成。附帶地，每個(gè)像素部2包括用于吸收紅外線的紅外吸收部33 ；形成于基礎(chǔ)襯底 1中并將紅外吸收部33與基礎(chǔ)襯底1熱絕緣的空腔11 ；和覆蓋空腔11的膜結(jié)構(gòu)(薄膜結(jié)構(gòu))，并且從基礎(chǔ)襯底1的第一表面?zhèn)绕揭晻r(shí)，所述膜結(jié)構(gòu)使紅外吸收部33在空腔11中。 像素部2中的每個(gè)膜結(jié)構(gòu)3a通過(guò)線形狹縫13分隔成多個(gè)(在圖1的實(shí)例中為6個(gè))分區(qū)膜結(jié)構(gòu)(小薄膜結(jié)構(gòu))3aa，它們沿空腔的外周方向并排布置，并且從基礎(chǔ)襯底1中空腔11 的外周向內(nèi)延伸。每個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa提供有熱傳感器30a，并且所有熱傳感器30a以如下連接關(guān)系電連接與從每個(gè)熱傳感器30a分別獲得每個(gè)輸出的情況相比，響應(yīng)于溫度變化的輸出變化變得更大。每個(gè)像素部2形成有用于連接相鄰的分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa和3aa的連接件3c。在下文中，分別對(duì)應(yīng)于分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa的每個(gè)紅外吸收部33的每個(gè)部分被稱為分區(qū)紅外吸收部33a。附帶地，在膜結(jié)構(gòu)3a上形成的所有熱傳感器30a (在以上實(shí)例中，所有6個(gè)熱傳感器30a)可以不總是串聯(lián)連接的。例如，3個(gè)熱傳感器30的串聯(lián)電路和另3個(gè)熱傳感器30a 的串聯(lián)電路可以并聯(lián)連接。在該情況下，與所有6個(gè)熱傳感器30a并聯(lián)連接的情況或從每個(gè)熱傳感器30a分別獲得每個(gè)輸出的情況相比，靈敏度可以提高。此外，與所有6個(gè)熱傳感器30a串聯(lián)連接的情況相比，溫度傳感器30的電阻可以降低，并且其熱噪音降低，從而增加 S/N 比。在該情況下，像素部2中每個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa形成為具有2個(gè)橋部31Λ和!3bb，平視時(shí)它們的形狀為矩形，其沿空腔11的外周方向形成并間隔開，并且連接基礎(chǔ)襯底1和分區(qū)紅外吸收部33a。每個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa形成為具有平視時(shí)形狀為馬蹄鐵形的狹縫14，并且其在空間上分隔開兩個(gè)橋部:3bb、3l3b與分區(qū)紅外吸收部33a，并且與空腔11相連通。在該情況下，平視時(shí)圍繞膜結(jié)構(gòu)3a的基礎(chǔ)襯底1的部分的形狀為矩形框。除連接紅外吸收部33 和基礎(chǔ)襯底1的部分外，狹縫13和14將橋部33b的一部分與分區(qū)紅外吸收部33a空間上分隔開。在該情況下，分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa的沿從基礎(chǔ)襯底1延伸方向的尺寸被設(shè)定為93μπι， 垂直于分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa的延伸方向的寬度方向上的尺寸被設(shè)定為75 μ m,每個(gè)橋部3 的寬度尺寸被設(shè)定為23 μ m，狹縫13和14每個(gè)的寬度被設(shè)定為5 μ m。這些值是一個(gè)實(shí)例并不具體限制。膜結(jié)構(gòu)3a通過(guò)將包括以下的層疊結(jié)構(gòu)圖案化而形成形成于硅襯底Ia第一表面?zhèn)壬系亩趸枘b ；形成于二氧化硅膜Ib上的氮化硅膜32 ；形成于氮化硅膜32上的溫度傳感器30 ；由在氮化硅膜32表面?zhèn)雀采w溫度傳感器30的BPSG膜形成的層間介電膜50 ； 和由層間介電膜50上形成的PSG膜和PSG膜上形成的NSG膜形成的層疊膜形成的鈍化膜60。在本實(shí)施方案中，除了膜結(jié)構(gòu)3a的橋部;3bb、3l3b之外，上述紅外吸收部33由氮化硅膜32的部分形成?；A(chǔ)襯底1由硅襯底la、二氧化硅膜lb、氮化硅膜32、層間介電膜50 和鈍化膜60構(gòu)成。在本實(shí)施方案中，層間介電膜50和鈍化膜60的層疊膜形成為跨越熱型紅外感測(cè)部3的形成區(qū)域Al和MOS晶體管4的形成區(qū)域A2，并且在熱型紅外感測(cè)部3的形成區(qū)域Al處形成的部分也起到紅外吸收膜70的作用(見圖4B)。在該情況下，當(dāng)紅外吸收膜70的折射率和來(lái)自檢測(cè)對(duì)象的紅外線的中心波長(zhǎng)分別為112和λ時(shí)，紅外吸收膜70的厚度(t2)被設(shè)定為λ/4η2。因此，可以增加來(lái)自檢測(cè)對(duì)象的某波長(zhǎng)(例如8-12 μ m)的紅外線的吸收效率，從而增加靈敏度。例如，在n2 = 1. 4并且λ = IOym的情況下，只需將t2 設(shè)置為約等于1.8μπι。附帶地，在本實(shí)施方案中，層間介電膜50的厚度為0.8 μ m，鈍化層 60的厚度為1 μ m(PSG膜的厚度為0. 5 μ m，NSG膜的厚度為0. 5 μ m)。紅外吸收膜70不限于上述結(jié)構(gòu)。例如，該膜可以由氮化硅膜形成。像素部2中的每個(gè)熱傳感器30a還可以是溫差電堆，并且上述連接關(guān)系為串聯(lián)。 在每個(gè)像素部2中，每個(gè)空腔11的內(nèi)周的形狀為矩形。平視時(shí)每個(gè)連接件3c的形狀為十字形，并且連接沿與分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa延伸方向交叉的對(duì)角線方向連接的分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa和 3aa ；沿分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa的延伸方向連接的分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa和3aa ；和沿與分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa 延伸方向垂直的方向連接的分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa和3aa。由溫差電堆形成的熱傳感器30a具有多個(gè)(在圖1的實(shí)例中為9個(gè))熱電偶，每個(gè)熱電偶通過(guò)由金屬材料(例如，Al-Si等)形成的連接部(熱結(jié))36(在分區(qū)紅外吸收部 33a的紅外入口側(cè))電連接在η-型多晶硅層34(第一和第二半熱傳感器中的一個(gè))的第一末端與P-型多晶硅層35 (第一和第二半熱傳感器中的另一個(gè))的第一末端之間，其中 η-型多晶硅層34和ρ-型多晶硅層35在氮化硅膜32上形成，并且形成為跨越分區(qū)膜結(jié)構(gòu) 3aa和基礎(chǔ)襯底1。在基礎(chǔ)襯底1的第一表面?zhèn)扰R接的作為熱電偶的n_型多晶硅層34和 P-型多晶硅層35的第二末端(作為冷結(jié)的輸出端)接合并通過(guò)由金屬材料(例如，Al-Si 等)制成的連接部37電連接。在該情況下，在形成熱傳感器30a的熱電偶中，η-型多晶硅層34和ρ-型多晶硅層35的第一末端以及連接部36在分區(qū)紅外吸收部33a的側(cè)構(gòu)成熱結(jié)， 而η-型多晶硅層34和ρ-型多晶硅層35的第二末端以及連接部37在基礎(chǔ)襯底1的側(cè)構(gòu)成冷結(jié)。簡(jiǎn)言之，如圖5和6所示，每個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)(3aa)包括多個(gè)(第一至第九)熱傳感器(30a)，它們構(gòu)成組合電路并且彼此電連接，使得獲得熱傳感器(30a)的各輸出絕對(duì)值的總和。例如，熱傳感器(溫差電堆)構(gòu)成串聯(lián)電路并彼此串聯(lián)連接，使得獲得熱傳感器 (30a)的各輸出絕對(duì)值的總和。此外，多個(gè)(6個(gè))膜結(jié)構(gòu)3a的多個(gè)(6個(gè))組合電路彼此電連接，使得獲得組合電路的各輸出絕對(duì)值的總和。例如，串聯(lián)電路彼此串聯(lián)連接，使得獲得串聯(lián)電路的各輸出絕對(duì)值的總和。在本實(shí)施方案的紅外陣列傳感器A中，上述空腔11的形狀為四面錐形并且平視時(shí)中央部分的深度比外周更深。因此，每個(gè)像素部2中熱傳感器30a的平面布局設(shè)計(jì)為使得熱結(jié)集中在膜結(jié)構(gòu)3a的中央部分。換言之，在圖1垂直方向中央的2個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa中， 連接部36沿3個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa的排列方向并排布置，如圖1和圖5所示。在垂直方向上側(cè)的2個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa中，將連接部36布置并集中在靠近的3個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa的排列
9方向中間的分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa處，如圖1和6所示。在垂直方向下側(cè)的2個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa 中，將連接部36布置并集中在靠近3個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa的排列方向中間的分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa 處，如圖1所示。因此，在本實(shí)施方案的紅外陣列傳感器A中，與圖1得垂直方向上側(cè)和下側(cè)的分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa的連接部36的布置與中間的分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa的連接部36的布置相同的情況相比，可以增加每個(gè)熱結(jié)的溫度變化，以提高靈敏度。在分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa中，紅外吸收層39(見圖1、4和10)在氮化硅膜32的紅外入口側(cè)的沒(méi)有形成熱傳感器30a的區(qū)域中形成。紅外吸收層由η-型多晶硅層形成，其吸收紅外線并防止分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa變形。連接相鄰的分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa和3aa的連接件3C提供有增強(qiáng)層39b (見圖7)，其由η-型多晶硅層形成并增強(qiáng)連接件3C。在該情況下，增強(qiáng)層39b和紅外吸收層39具有連續(xù)的整體結(jié)構(gòu)。因此，在本實(shí)施方案的紅外陣列傳感器A中，連接件 3C被增強(qiáng)層39b增強(qiáng)，因此可以防止使用中因沖擊或外部溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力所引起的破裂，并且還減少生產(chǎn)中的破裂以提高制造良品率。在本實(shí)施方案中，如圖7所示，分別將連接件3c的長(zhǎng)度Ll和寬度L2和增強(qiáng)層39b的寬度L3設(shè)定為但不限于，例如，M μ m和5 μ m 和1 μ m。當(dāng)按照上述實(shí)施方案，基礎(chǔ)襯底1和每個(gè)增強(qiáng)層39b分別由硅襯底Ia和n_型多晶硅層形成時(shí)，必須使增強(qiáng)層39b的寬度尺寸小于連接件3c的寬度尺寸，并且必須使在平視時(shí)增強(qiáng)層39b的兩個(gè)側(cè)邊緣位于連接件3c的兩個(gè)側(cè)邊緣內(nèi)，以防止形成空腔11時(shí)蝕刻增強(qiáng)層39b。在本實(shí)施方案的紅外陣列傳感器A中，如圖7和12B所示，倒角部3d和3d分別形成在連接件3c的兩個(gè)側(cè)邊緣和分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa的側(cè)邊緣之間。倒角部3e還形成在十字形連接件3c的垂直側(cè)邊緣。因此，在本實(shí)施方案的紅外陣列傳感器A中，與如圖12A所示的未形成倒角部的情況相比，可以減少集中在連接件3c和分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa的連接區(qū)域處的應(yīng)力。因此，可以減少生產(chǎn)中產(chǎn)生的剩余應(yīng)力和破裂并提高制造良品率。還可以防止使用中由于沖擊或外部溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力而引起的破裂。在圖7所示的實(shí)例中，每個(gè)倒角部3d 和!Be是3 μ m的R-倒角，但是并不限于R-倒角。例如，它們每個(gè)可以是C-倒角。在本實(shí)施方案的紅外陣列傳感器A中，每個(gè)像素部2提供有故障診斷線139，其由延伸跨越基礎(chǔ)襯底1和一個(gè)橋部:3bb以及分區(qū)膜結(jié)構(gòu)33a和另一橋部!3bb的η-型多晶硅層形成。所有故障診斷線139串聯(lián)連接。因此，通過(guò)對(duì)mXn故障診斷線139的串聯(lián)電路供電，可以檢測(cè)破裂的存在，如破裂的橋:3bb。紅外吸收層39、增強(qiáng)層39b和故障診斷線139含有與n_型多晶硅層34相同的雜質(zhì)濃度(例如IO18-IO20Cm-3)的相同雜質(zhì)(例如磷)，并且它們與η-型多晶硅層34同時(shí)形成。其只需要使用例如硼作為P-型多晶硅層35的ρ-型雜質(zhì)，并將其雜質(zhì)濃度設(shè)定在適合范圍，如1018-102°cm_3。在本實(shí)施方案中，每個(gè)η-型多晶硅層34和ρ-型多晶硅層35的雜質(zhì)濃度為1018-102°cm_3，從而可以降低每個(gè)熱電偶的電阻值并可以提高S/N比。在該情況下， 紅外吸收層39、增強(qiáng)層39b和故障診斷線139摻雜有與η-型多晶硅層34相同雜質(zhì)濃度的相同η-型雜質(zhì)，但是它們不限于該雜質(zhì)。例如，它們可以摻雜有與P-型多晶硅層35相同雜質(zhì)濃度的相同雜質(zhì)。在本實(shí)施方案中，η-型多晶硅層34、ρ_型多晶硅層35、紅外吸收層39、增強(qiáng)層39b 和故障診斷線139的每個(gè)的厚度tl被設(shè)定為λ /4ηι，其中η-型多晶硅層34、ρ-型多晶硅層35、紅外吸收層39、增強(qiáng)層39b和故障診斷線139的每個(gè)的折射率為Ii1，來(lái)自檢測(cè)對(duì)象的 10紅外線的中心波長(zhǎng)為λ。因此，可以增加來(lái)自檢測(cè)對(duì)象的某波長(zhǎng)(例如8_12μπι)的紅外線的吸收效率，從而可以增加靈敏度。例如，在 =3.6并且λ = ΙΟμπι的情況下，只需將 tl設(shè)置為約等于0. 69 μ m。在本實(shí)施方案中，η-型多晶硅層34、ρ_型多晶硅層35、紅外吸收層39、增強(qiáng)層39b 和故障診斷線139的每個(gè)的雜質(zhì)濃度為1018-102°cm_3。因此，可以增加紅外線的反射同時(shí)增加紅外線的吸收部分，并且可以增加每個(gè)溫度傳感器30的輸出的S/N比。還可以按照與 η-型多晶硅層34相同的方法形成紅外吸收層39、增強(qiáng)層39b和故障診斷線139，從而可以降低成本。在該情況下，溫度傳感器30中的連接部36和連接部37被基礎(chǔ)襯底1的第一表面?zhèn)鹊膶娱g介電膜50分隔開并絕緣(見圖8和9)。換言之，熱結(jié)36通過(guò)在層間介電膜50中形成的接觸孔50 和50 與每個(gè)多晶硅層34、35的第一末端電連接。冷結(jié)側(cè)的連接部37 通過(guò)在層間介電膜50中形成的接觸孔50 和50 與每個(gè)多晶硅層34、35的第二末端電連接。MOS晶體管4形成在硅襯底Ia的第一表面?zhèn)戎忻總€(gè)像素部2的MOS晶體管4的形成區(qū)A2中。如圖4和11所示，在MOS晶體管4中，ρ+阱區(qū)41形成在硅襯底Ia的第一表面?zhèn)?，在P+阱區(qū)41中形成并間隔開n+漏極區(qū)43和n+源極區(qū)44。圍繞η+漏極區(qū)43和η+源極區(qū)44的ρ++溝道截?cái)鄥^(qū)也在ρ+阱區(qū)41中形成。在ρ+阱區(qū)41中的η.漏極區(qū)43和η.源極區(qū)44之間的部分上通過(guò)氧化硅膜(熱氧化膜)的柵極絕緣膜46形成η-型多晶硅層的柵電極46。漏電極47由金屬材料(例如Al-Si等)形成，并形成在η+漏極區(qū)43上。源電極48由金屬材料(例如Al-Si等)形成，并形成在η+源極區(qū)44上。在該情況下，柵電極 46、漏電極47和源電極48被層間介電膜50分隔開并絕緣。換言之，漏電極47通過(guò)在層間介電膜50中形成的接觸孔50d與η+漏極區(qū)43電連接。源電極48通過(guò)在層間介電膜50中形成的接觸孔50e與η+源極區(qū)44電連接。附帶地，在本實(shí)施方案的紅外陣列傳感器A的每個(gè)像素部2中，熱傳感器30的第一末端與MOS晶體管4的源電極48電連接，熱傳感器30的第二末端與參照偏壓線5電連接。并且，在本實(shí)施方案的紅外陣列傳感器A的每個(gè)像素部2中，MOS晶體管4的漏電極47 與垂直讀出線7電連接，其柵電極46與水平信號(hào)線6 (由與柵電極46連續(xù)一體化的η-型多晶硅線形成)電連接。并且，在每個(gè)像素部2中，由金屬材料(例如Al-Si等)形成的接地電極49在MOS晶體管4的ρ++溝道截?cái)鄥^(qū)42上形成，并且接地電極49與公共接地線8 電連接，用于通過(guò)對(duì)P++溝道截?cái)鄥^(qū)42施加偏壓以使其比η.漏極區(qū)43和η.源極區(qū)44電位更低來(lái)隔離元件。接地電極49通過(guò)在層間介電膜50中形成的接觸孔50f與p++溝道截?cái)鄥^(qū)42電連接?，F(xiàn)在參照?qǐng)D15-18解釋用于制造本實(shí)施方案的紅外陣列傳感器A的方法。首先進(jìn)行絕緣層形成過(guò)程，在硅襯底Ia的第一表面?zhèn)壬闲纬山^緣層，其中絕緣層由具有第一膜厚度(例如0. 3 μ m)的第一氧化硅膜31和具有第二膜厚度(例如0. 1 μ m) 的氮化硅膜32的層疊膜構(gòu)成。然后通過(guò)光刻和蝕刻技術(shù)進(jìn)行絕緣層的圖案化過(guò)程，通過(guò)蝕刻去除對(duì)應(yīng)于MOS晶體管4的形成區(qū)A2的絕緣層部分，使得保留對(duì)應(yīng)于熱型紅外感測(cè)部3 的形成區(qū)Al的部分。從而獲得圖15A所示的結(jié)構(gòu)。在該情況下，二氧化硅膜31通過(guò)在預(yù)定溫度(例如1100°C )下硅襯底Ia的熱氧化而形成，氮化硅膜32通過(guò)LPCVD技術(shù)形成。
在絕緣層圖案化過(guò)程后，進(jìn)行阱區(qū)形成過(guò)程，在硅襯底Ia的第一表面?zhèn)刃纬蒔+阱區(qū)41。然后進(jìn)行溝道截?cái)鄥^(qū)形成過(guò)程，在硅襯底1的第一表面?zhèn)鹊腜+阱區(qū)41中形成p++溝道截?cái)鄥^(qū)。從而獲得圖15B所示的結(jié)構(gòu)。在阱區(qū)形成過(guò)程中，通過(guò)在預(yù)定溫度熱氧化硅襯底Ia的第一表面?zhèn)鹊谋┞秴^(qū)域來(lái)選擇性形成第二二氧化硅膜(熱氧化膜)51。然后通過(guò)使用形成P+阱區(qū)41的掩模以及光刻和蝕刻技術(shù)進(jìn)行二氧化硅膜51的圖案化。在ρ-型雜質(zhì) (例如硼等)的離子注入后進(jìn)行推進(jìn)，從而形成P+阱區(qū)41。在溝道截?cái)鄥^(qū)形成過(guò)程中，通過(guò)在預(yù)定溫度熱氧化硅襯底Ia的第一表面?zhèn)葋?lái)選擇性形成第三二氧化硅膜(熱氧化膜)52。 然后通過(guò)使用形成P++溝道截?cái)鄥^(qū)42的掩模以及光刻和蝕刻技術(shù)進(jìn)行第三二氧化硅膜52 的圖案化。在P-型雜質(zhì)(例如硼等)的離子注入后進(jìn)行推進(jìn)，從而形成P++溝道截?cái)鄥^(qū)42。 此外，第一二氧化硅膜31、第二二氧化硅膜51和第三二氧化硅膜52在硅襯底Ia的第一表面?zhèn)壬蠘?gòu)成二氧化硅膜lb。在溝道截?cái)鄥^(qū)形成過(guò)程后，進(jìn)行源極和漏極形成過(guò)程，通過(guò)在離子注入η-型雜質(zhì) (例如磷等)到P+阱區(qū)41的每個(gè)η+漏極區(qū)43和η+源極區(qū)44的形成區(qū)域之后進(jìn)行推入來(lái)形成η+漏極區(qū)43和η+源極區(qū)44。在源極和漏極形成過(guò)程后，進(jìn)行柵極絕緣膜形成過(guò)程， 通過(guò)熱氧化在硅襯底Ia的第一表面?zhèn)刃纬删哂薪o定膜厚度(例如600埃)的二氧化硅膜 (熱氧化膜)的柵極絕緣膜45。然后進(jìn)行多晶硅層形成過(guò)程，通過(guò)LPCVD技術(shù)在硅襯底Ia 的整個(gè)第一表面?zhèn)壬闲纬删哂薪o定膜厚度(例如0. 69 μ m)的未摻雜多晶硅層，其中未摻雜多晶硅層是柵電極46、水平信號(hào)線6 (見圖1)、η-型多晶硅層34、ρ-型多晶硅層35、紅外吸收層39、增強(qiáng)層39b和故障診斷線139的基底。然后通過(guò)使用光刻和蝕刻技術(shù)進(jìn)行多晶硅層的圖案化過(guò)程，進(jìn)行圖案化從而保留未摻雜多晶硅層的對(duì)應(yīng)于柵電極46、水平信號(hào)線 6、n-型多晶硅層34、p-型多晶硅層35、紅外吸收層39、增強(qiáng)層39b和故障診斷線139的部分。然后進(jìn)行P-型多晶硅層的形成過(guò)程，通過(guò)在離子注入P-形雜質(zhì)(例如硼等)到對(duì)應(yīng)于未摻雜多晶硅層的P-型多晶硅層35的部分中之后進(jìn)行推入來(lái)形成ρ-型多晶硅層35。 然后進(jìn)行η-型多晶硅層的形成過(guò)程，通過(guò)在離子注入η-型雜質(zhì)(例如磷等)到未摻雜多晶硅層的對(duì)應(yīng)于η-型多晶硅層34、紅外吸收層39、增強(qiáng)層39b、故障診斷線139、柵電極46 和水平信號(hào)線6的每個(gè)部分中之后進(jìn)行推入來(lái)形成η-型多晶硅層34、紅外吸收層39、增強(qiáng)層39b、故障診斷線139、柵電極46和水平信號(hào)線6。從而獲得圖16A所示的結(jié)構(gòu)。ρ-型多晶硅層形成過(guò)程和η-型多晶硅層形成過(guò)程可以顛倒順序。在完成ρ-型和η-型多晶硅層形成過(guò)程之后，進(jìn)行層間介電膜的形成過(guò)程，在硅襯底Ia的第一表面?zhèn)刃纬蓪娱g介電膜50。然后通過(guò)使用光刻和蝕刻技術(shù)進(jìn)行接觸孔形成過(guò)程，接觸孔50&1、50ει2、5(^3、50ει4、50(1、50Θ、50 ·(見圖8、9和11)在層間介電膜50中。從而獲得圖16Β所示的結(jié)構(gòu)。在層間介電膜形成過(guò)程中，具有給定膜厚度(例如0.8 μ m)的 BPSG膜通過(guò)CVD技術(shù)沉積在硅襯底Ia的第一表面?zhèn)?，然后通過(guò)在預(yù)定溫度(例如800°C ) 進(jìn)行回流來(lái)形成層間介電膜50。在接觸孔形成過(guò)程后，進(jìn)行金屬膜形成過(guò)程，具有給定厚度(例如2 μ m)的金屬膜 (例如Al-Si膜等)通過(guò)濺鍍技術(shù)形成在硅襯底Ia的整個(gè)第一表面?zhèn)?，其中金屬膜是連接部36和37、漏電極47、源電極48、參照偏壓線5、垂直讀出線7、接地線8、公共接地線9、墊 Vout、墊Vsel、墊Vref、墊Vdd、墊Gnd等的基底(見圖13)。通過(guò)光刻和蝕刻技術(shù)進(jìn)行用于圖案化金屬膜的金屬膜圖案化過(guò)程，獲得連接部36和37、漏電極47、源電極48、參照偏壓線5、垂直讀出線7、接地線8、公共接地線9、墊Vout、墊Vse 1、墊Vref、墊Vdd、墊Gnd等。從而獲得圖17A所示的結(jié)構(gòu)。在該情況下，通過(guò)RIE進(jìn)行金屬膜圖案化過(guò)程中的蝕刻。在金屬膜圖案化過(guò)程之后，進(jìn)行鈍化膜形成過(guò)程，通過(guò)CVD技術(shù)在硅襯底Ia的第一表面?zhèn)?即在層間介電膜50的表面?zhèn)?上形成鈍化膜60，其中鈍化膜由具有給定膜厚度 (例如0. 5 μ m)的PSG膜和具有給定膜厚度(例如0. 5 μ m)的NSG膜的層疊膜形成。從而獲得圖17B所示的結(jié)構(gòu)。然后，鈍化膜60不限于PSG膜和NSG膜的層疊膜。例如，鈍化膜可以是氮化硅膜。在鈍化膜形成過(guò)程后，進(jìn)行層疊結(jié)構(gòu)圖案化過(guò)程，通過(guò)圖案化層疊結(jié)構(gòu)形成分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa，其中層疊結(jié)構(gòu)由以下構(gòu)成由二氧化硅膜31和氮化硅膜32的層疊膜形成的熱絕緣層；在熱絕緣層上形成的溫度傳感器30 ；從熱絕緣層的表面?zhèn)雀采w溫度傳感器30的層間介電膜50;和在層間介電膜50上形成的鈍化膜60。從而獲得圖18A所示的結(jié)構(gòu)。在層疊結(jié)構(gòu)圖案化過(guò)程中，形成上述狹縫13和14。在層疊結(jié)構(gòu)圖案化過(guò)程后，通過(guò)使用光刻和蝕刻技術(shù)進(jìn)行開口形成過(guò)程，形成用于暴露￥0肚、￥%1、￥1~時(shí)、￥(1(1、611(1的開口(未顯示)。然后進(jìn)行空腔形成過(guò)程，通過(guò)狹縫13 和14 (作為蝕刻溶液的注入孔)注入蝕刻溶液的硅襯底Ia的各向異性蝕刻在硅襯底Ia中形成空腔11。從而獲得圖18B所示的紅外陣列傳感器A，其中每個(gè)紅外陣列傳感器A具有像素部2的二維陣列。在該情況下，通過(guò)RIE進(jìn)行開口形成過(guò)程中的蝕刻。在空腔形成過(guò)程中，使用在預(yù)定溫度(例如85°C)加熱的TMAH溶液作為蝕刻溶液，但是蝕刻溶液不限于 TMAH溶液。蝕刻溶液可以是其它堿性溶液(例如KOH溶液等)。所有過(guò)程在晶片水平面上進(jìn)行直至空腔形成過(guò)程完成，在空腔形成過(guò)程后，進(jìn)行分離單個(gè)的紅外陣列傳感器A的分離步驟。如以上解釋中可見，使用生產(chǎn)MOS晶體管的公知方法作為生產(chǎn)MOS晶體管4的方法，其中通過(guò)以下重復(fù)的基本處理形成P+阱區(qū)41、p++溝道截?cái)鄥^(qū)42、n+漏極區(qū)43和η.源極區(qū)44 通過(guò)熱氧化形成熱氧化膜；通過(guò)光刻和蝕刻技術(shù)對(duì)熱氧化膜進(jìn)行圖案化；離子注入雜質(zhì)；和推入(雜質(zhì)擴(kuò)散)。在本實(shí)施方案的紅外陣列傳感器A中，每個(gè)像素部2在基礎(chǔ)襯底1中形成有空腔 11以將紅外吸收部33與基礎(chǔ)襯底1熱絕緣。還形成覆蓋空腔11的膜結(jié)構(gòu)3a，并且在基礎(chǔ)襯底1的第一表面?zhèn)染哂衅揭晻r(shí)在空腔11中的紅外吸收部33。膜結(jié)構(gòu)3a被線形狹縫13 分隔成分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa，其沿空腔11的外周方向布置并從基礎(chǔ)襯底1中的空腔11的外周向內(nèi)延伸。每個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa具有熱傳感器30a，所有熱傳感器30a以如下連接關(guān)系電連接與從每個(gè)熱傳感器30a分別獲得每個(gè)輸出的情況相比，響應(yīng)于溫度變化的輸出變化變大。從而提高了響應(yīng)速度和靈敏度。此外，形成連接件3c并且連接相鄰的分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa 和3aa，從而可以減少每個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa的變形，以提高結(jié)構(gòu)安全性和靈敏度穩(wěn)定性。附帶地，在上述專利文件的紅外圖像傳感器中，傳感器元件(熱傳感器)由電阻型輻射熱計(jì)形成。因此，所擔(dān)心的是膜結(jié)構(gòu)由于熱應(yīng)力而變形。這是因?yàn)樵跈z測(cè)電阻值的變化時(shí)，需要施加電流，這增加了電力消耗并產(chǎn)生自身生熱。由于自身生熱或環(huán)境溫度的變化造成的溫度變化，電阻器的溫度系數(shù)也變化，因此如果沒(méi)有提供溫度補(bǔ)償裝置則難以獲得高精度。如果提供溫度補(bǔ)償裝置，則增加傳感器的尺寸和成本。在本實(shí)施方案的紅外陣列傳感器A中，每個(gè)像素部2的熱傳感器30a是溫差電堆， 并且前述連接關(guān)系是串聯(lián)連接。因此，與每個(gè)熱傳感器30a由電阻型輻射熱計(jì)形成的情況
13相比，優(yōu)勢(shì)是防止每個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa由于自身生熱而變形，這減少電力消耗，從而提供高精度和不依賴于溫度的穩(wěn)定的靈敏度。由于不需要對(duì)每個(gè)熱傳感器30a施加電流，所以不產(chǎn)生自身生熱。當(dāng)用溫差電堆作為熱傳感器30a時(shí)，如果所有熱傳感器30a串聯(lián)連接，則每個(gè)熱傳感器30a的熱電動(dòng)勢(shì)被疊加。因此，上述的連接關(guān)系是令人滿意的并且靈敏度增加。 每個(gè)熱傳感器30a僅需要是熱型紅外感測(cè)元件，并且不限于溫差電堆或電阻型輻射熱計(jì)。 還可以使用熱電元件作為熱傳感器。當(dāng)每個(gè)熱傳感器30a為熱電元件時(shí)，如果熱電元件是并聯(lián)連接的，則每個(gè)熱電作用產(chǎn)生的電荷被疊加，從而上述連接關(guān)系可以是令人滿意的，并且靈敏度增加。在本實(shí)施方案的紅外陣列傳感器A中，每個(gè)空腔11的形狀為4面錐形。因此，當(dāng)用硅襯底作為基礎(chǔ)襯底1時(shí)，每個(gè)空腔11可以通過(guò)堿性溶液的各向異性蝕刻容易地形成。在本實(shí)施方案的紅外陣列傳感器A中，紅外吸收層39、增強(qiáng)層39b和故障診斷線 19以及η-型多晶硅層34和ρ-型多晶硅層35形成在氮化硅膜32的紅外進(jìn)入側(cè)。因此，當(dāng)形成η-型多晶硅層34和ρ-型多晶硅層35時(shí)，可以防止氮化硅膜32因蝕刻而變薄(在該情況下，是為了防止氮化硅膜32在多晶硅圖案化過(guò)程中蝕刻未摻雜多晶硅層時(shí)因過(guò)度蝕刻而變薄，其中未摻雜多晶硅層是η-型多晶硅層34和ρ-型多晶硅層35的基底)?？梢栽黾用總€(gè)膜結(jié)構(gòu)3a的應(yīng)力平衡的均勻性。還可以防止每個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa在每個(gè)紅外吸收部33變薄時(shí)變形，從而提高靈敏度。在該情況下，必須設(shè)計(jì)平面視圖中的形狀，以使η-型多晶硅層34、ρ-型多晶硅層35、紅外吸收層39、增強(qiáng)層39b和故障診斷線19不暴露于狹縫 13和14的內(nèi)側(cè)表面，以防止它們被用于空腔形成過(guò)程的蝕刻溶液(例如TMAH溶液等)蝕刻。在本實(shí)施方案的紅外陣列傳感器A中，將η-型多晶硅層34、ρ-型多晶硅層35、紅外吸收層39、增強(qiáng)層39b和故障診斷線19設(shè)定為相同的厚度。因此，提供每個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu) 3aa應(yīng)力平衡的均勻性，能夠防止每個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa變形。在本實(shí)施方案的紅外陣列傳感器A中，每個(gè)像素部2提供有MOS晶體管4以讀出溫度傳感器30的輸出。可以減少輸出墊Vout的數(shù)目，從而可以降低尺寸和成本。(實(shí)施方案2)在本實(shí)施方案中的紅外陣列傳感器A的基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施方案1中的基本相同，但區(qū)別在于基礎(chǔ)襯底1中的每個(gè)空腔11由基礎(chǔ)襯底1的第二表面?zhèn)刃纬桑鐖D19中所示。對(duì)同類元件標(biāo)注與實(shí)施方案1中所示相同的附圖標(biāo)記，并且在此處不詳細(xì)描述。附帶地，在實(shí)施方案1中，在從基礎(chǔ)襯底1第一表面?zhèn)韧ㄟ^(guò)狹縫13、14注入蝕刻溶液來(lái)形成每個(gè)空腔11的空腔形成過(guò)程中，每個(gè)空腔11通過(guò)利用依賴于蝕刻速度的晶面對(duì)硅襯底Ia進(jìn)行的各向異性蝕刻來(lái)形成。在本實(shí)施方案的紅外陣列傳感器A的生產(chǎn)中，在用于形成每個(gè)空腔11的空腔形成過(guò)程中，將使用例如ICP (Induction-Coupled Plasma，感應(yīng)耦合等離子體)干蝕刻設(shè)備的各向異性蝕刻技術(shù)從基礎(chǔ)襯底1的第二表面?zhèn)扔糜诠枰r底Ia的每個(gè)空腔11形成區(qū)域。在本實(shí)施方案的紅外陣列傳感器中，可以抑制從膜結(jié)構(gòu)3a的每個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa 到基礎(chǔ)襯底1的熱傳遞，從而靈敏度進(jìn)一步提高。(實(shí)施方案3)在本實(shí)施方案中的紅外陣列傳感器A的基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施方案1中的基本相同，但區(qū)別在于如圖20中所示每個(gè)空腔11的內(nèi)表面為凹曲面。對(duì)同類元件標(biāo)注與實(shí)施方案1中所示相同的附圖標(biāo)記，并且在此處不詳細(xì)描述。在實(shí)施方案1中，在形成每個(gè)空腔11的空腔形成過(guò)程中，每個(gè)空腔11通過(guò)利用依賴于蝕刻速度的晶面通過(guò)各向異性蝕刻形成。在本實(shí)施方案中，每個(gè)空腔11通過(guò)各向同性蝕刻形成。在本實(shí)施方案的紅外陣列傳感器A中，可以通過(guò)空腔11的內(nèi)表面將穿過(guò)膜結(jié)構(gòu)3a 的紅外線反射入膜結(jié)構(gòu)3a中?？梢蕴岣呒t外吸收部33的紅外線吸收量，從而提高靈敏度。(實(shí)施方案4)在本實(shí)施方案中的紅外陣列傳感器A的基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施方案1-3中的基本相同， 但區(qū)別在于與空腔11相連通的開口 12形成在基礎(chǔ)襯底1的第二表面?zhèn)?，如圖21所示。換言之，每個(gè)空腔11包括在基礎(chǔ)襯底1的第二表面?zhèn)鹊拈_口，而且基礎(chǔ)襯底1在基礎(chǔ)襯底1 的第二表面?zhèn)染哂邪涨?1的開口 12。對(duì)同類元件標(biāo)注與實(shí)施方案1-3中所示相同的附圖標(biāo)記，并且在此處不詳細(xì)描述。在該情況下，對(duì)于基礎(chǔ)襯底1的開口 12，只需要利用使用如ICP干蝕刻裝置的各向異性蝕刻技術(shù)從基礎(chǔ)襯底1的第二表面?zhèn)扔糜诠枰r底Ia中的開口 12的形成區(qū)域。在本實(shí)施方案的紅外陣列傳感器A中，可以更加抑制膜結(jié)構(gòu)3a的每個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu) 3aa到基礎(chǔ)襯底1的熱傳遞，從而靈敏度進(jìn)一步提高。(實(shí)施方案5)在本實(shí)施方案中的紅外陣列傳感器A的基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施方案1-4中的基本相同， 但區(qū)別在于如圖22所示，沿分區(qū)膜結(jié)構(gòu)33a的延伸方向相鄰的分區(qū)膜結(jié)構(gòu)33a和33a通過(guò)連接件3c連接。對(duì)同類元件標(biāo)注與實(shí)施方案1-4中所示相同的附圖標(biāo)記，并且在此處不詳細(xì)描述。在本實(shí)施方案的紅外陣列傳感器A中，沿延伸方向相鄰的分區(qū)膜結(jié)構(gòu)33a和33a 被2個(gè)連接件3c連接，所述2個(gè)連接件3c沿與所述延伸方向交叉的方向(即沿每個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa的寬度方向)間隔開。在本實(shí)施方案的紅外陣列傳感器A中，沿分區(qū)膜結(jié)構(gòu)33a延伸方向相鄰的分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa和3aa通過(guò)連接件3c連接。因此，分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa和3aa的第一末端側(cè)直接由基礎(chǔ)襯底1中的空腔11的外圍支承，而第二末端側(cè)通過(guò)連接件3c和另一分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa由空腔11的外圍支承。因此，各個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa的兩端均被基礎(chǔ)襯底1支承。因此，可以減少每個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa的變形。靈敏度穩(wěn)定而且制造良品率提高。附帶地，沿延伸方向相鄰的分區(qū)膜結(jié)構(gòu)33a和33a可以被位于每個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa寬度方向中間的一個(gè)連接件 3c連接。(實(shí)施方案6)在本實(shí)施方案中的紅外陣列傳感器A的基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施方案1-4中的基本相同， 但區(qū)別在于如圖23所示，沿垂直于分區(qū)膜結(jié)構(gòu)33a延伸方向的方向(沿每個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu) 3aa的寬度方向，即圖23的垂直方向)相鄰的相鄰分區(qū)膜結(jié)構(gòu)33a和33a通過(guò)連接件3c連接。對(duì)同類元件標(biāo)注與實(shí)施方案1-4中所示相同的附圖標(biāo)記，并且此處不詳細(xì)描述。在本實(shí)施方案的紅外陣列傳感器A中，沿垂直于延伸方向的方向相鄰的分區(qū)膜結(jié)構(gòu)33a和33a在除橋部31Λ之外的部分通過(guò)1個(gè)連接件3c連接。優(yōu)選將每個(gè)連接件3c放置在遠(yuǎn)離每個(gè)橋部!Bbb的位點(diǎn)。在本實(shí)施方案的紅外陣列傳感器A中，沿垂直于分區(qū)膜結(jié)構(gòu)33a延伸方向的方向相鄰的分區(qū)膜結(jié)構(gòu)33a和33a通過(guò)連接件3c連接。因此，每個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa的扭轉(zhuǎn)剛度增加，可以減少每個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa的變形。靈敏度穩(wěn)定而且制造良品率增加。(實(shí)施方案7)在本實(shí)施方案中的紅外陣列傳感器A的基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施方案1-6中的基本相同， 但區(qū)別在于如圖M和25所示，每個(gè)像素部2在平視時(shí)為六邊形形狀并且布置為蜂窩結(jié)構(gòu)。 對(duì)同類元件標(biāo)注與實(shí)施方案1-6中所示相同的附圖標(biāo)記，并且在此處不詳細(xì)描述。本實(shí)施方案中的膜結(jié)構(gòu)3a被6個(gè)狹縫13分隔成6個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa，它們通過(guò)連接件3c連接在一起。本實(shí)施方案的紅外陣列傳感器A可以防止每個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)3aa變形，并且增加像素部2的配置密度。在上述實(shí)施方案的每個(gè)紅外陣列傳感器A中，每個(gè)像素部2提供有MOS晶體管4， 但不必須包括MOS晶體管4。盡管本發(fā)明已經(jīng)參照一些優(yōu)選的實(shí)施方案進(jìn)行了描述，但是在不背離本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍即權(quán)利要求的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以做出多種改變和變化。
權(quán)利要求
1.一種紅外陣列傳感器，包括 基礎(chǔ)襯底，其包括第一和第二表面；空腔，其具有陣列結(jié)構(gòu)并且形成于所述基礎(chǔ)襯底的第一表面?zhèn)?；和像素部，分別由所述基礎(chǔ)襯底支承以覆蓋所述空腔，每個(gè)所述像素部包括膜結(jié)構(gòu)， 其中所述像素部的每個(gè)膜結(jié)構(gòu)包括由狹縫分隔開的分區(qū)膜結(jié)構(gòu)，每個(gè)所述分區(qū)膜結(jié)構(gòu)包括熱傳感器，其中所述像素部的每個(gè)膜結(jié)構(gòu)包括用于將其自身的分區(qū)膜結(jié)構(gòu)彼此連接的連接件。
2.權(quán)利要求1的紅外陣列傳感器，其中所述像素部的每個(gè)膜結(jié)構(gòu)包括熱傳感器，所述熱傳感器彼此電連接使得獲得所述熱傳感器的各輸出絕對(duì)值的總和。
3.權(quán)利要求1的紅外陣列傳感器，其中所述像素部的每個(gè)熱傳感器是溫差電堆；其中所述像素部的每個(gè)膜結(jié)構(gòu)的熱傳感器彼此串聯(lián)電連接，使得獲得所述熱傳感器的各輸出絕對(duì)值的總和。
4.權(quán)利要求1的紅外陣列傳感器，其中每個(gè)所述分區(qū)膜結(jié)構(gòu)通過(guò)橋部由所述基礎(chǔ)襯底支承，其中所述橋部和通過(guò)所述橋部由所述基礎(chǔ)襯底支承的所述分區(qū)膜結(jié)構(gòu)的形狀為被2 個(gè)或3個(gè)狹縫圍繞的矩形，和其中所述2個(gè)或3個(gè)狹縫被1個(gè)或2個(gè)連接件分隔開。
5.權(quán)利要求4的紅外陣列傳感器， 其中所述空腔的每個(gè)內(nèi)周邊為矩形形狀，其中所述分區(qū)膜結(jié)構(gòu)包括布置為從相應(yīng)空腔的開口的兩側(cè)彼此接近的2個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)，和其中所述2個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)通過(guò)所述1個(gè)或2個(gè)連接件彼此連接。
6.權(quán)利要求4的紅外陣列傳感器， 其中所述空腔的每個(gè)內(nèi)周邊為矩形形狀，其中所述分區(qū)膜結(jié)構(gòu)包括沿相應(yīng)空腔的開口的一側(cè)彼此相鄰布置的2個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)，和其中所述2個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)通過(guò)所述1個(gè)連接件彼此連接。
7.權(quán)利要求4的紅外陣列傳感器，其中在所述連接件的兩個(gè)側(cè)邊緣和所述分區(qū)膜結(jié)構(gòu)的側(cè)邊緣之間分別形成倒角部。
8.權(quán)利要求4的紅外陣列傳感器，其中所述連接件包括用于增強(qiáng)所述連接件的增強(qiáng)層。
9.權(quán)利要求1的紅外陣列傳感器，其中每個(gè)所述空腔的形狀為四面錐形。
10.權(quán)利要求1的紅外陣列傳感器，其中每個(gè)所述空腔包括在所述基礎(chǔ)襯底的第二表面?zhèn)鹊拈_口。
11.權(quán)利要求10的紅外陣列傳感器，其中所述基礎(chǔ)襯底包括開口，所述開口包括在所述基礎(chǔ)襯底的第二表面?zhèn)鹊目涨弧?br> 12.權(quán)利要求1的紅外陣列傳感器，其中所述空腔的每個(gè)內(nèi)表面是凹曲面。
全文摘要
一種紅外陣列傳感器，包括基礎(chǔ)襯底；具有陣列結(jié)構(gòu)并形成于所述基礎(chǔ)襯底的表面?zhèn)鹊目涨?；和分別由所述基礎(chǔ)襯底支承的像素部以覆蓋所述空腔。每個(gè)像素部包括膜結(jié)構(gòu)，該膜結(jié)構(gòu)包括通過(guò)狹縫分隔開的分區(qū)膜結(jié)構(gòu)。每個(gè)分區(qū)膜結(jié)構(gòu)包括熱傳感器。每個(gè)像素部的膜結(jié)構(gòu)包括用于將其自身的分區(qū)膜結(jié)構(gòu)彼此連接的連接件。
文檔編號(hào)H01L35/32GK102378903SQ20108001517
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者辻幸司 申請(qǐng)人:松下電工株式會(huì)社