红外线图像传感器的制造方法及红外线图像传感器技术

在红外线图像传感器的制造方法中，首先，通过在第一区域（Ａ１）上形成二氧化硅膜（３１）接着在该二氧化硅膜（３１）上形成氮化硅膜（３２）而制成热绝缘层（３３）。该二氧化硅膜（３１）具有压应力。第一区域（Ａ１）保留于硅衬底（１）的表面中以形成红外线检测元件（３）。氮化硅膜（３２）具有拉应力。然后，在保留于硅衬底（１）的表面中的第二区域（Ａ２）中形成阱区（４１）以形成ＭＯＳ晶体管（４）。此后，通过将硅衬底（１）的表面热氧化而形成ＭＯＳ晶体管（４）的栅极绝缘膜（４５）。之后，在热绝缘层（３３）上形成温度检测元件（３６）。随后，在阱区（４１）中形成ＭＯＳ晶体管（４）的漏极区（４３）和源极区（４４）。最后，在硅衬底（１）的与红外线检测元件（３）相对应的部分中形成用于热绝缘的腔（１１）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种红外线图像传感器的制造方法及一种红外线图像传感器。
技术介绍
日本专利特开第2006-170937号(文件1)公开了一种红外线传感器(红外线图 像传感器)，其包括硅衬底以及在该硅衬底的表面上形成的多个单元(称之为像素)。每个 像素包括被配置为检测红外线的热型红外线检测元件，并包括被配置为读出该红外线检测 元件的输出并被布置为邻近该红外线检测元件的MOS晶体管。在硅衬底的分别与多个像素 的红外线检测元件相对应的部分中设置有用于热绝缘的多个腔(cavity)。而且，前述红外线检测元件包括支撑部件、红外线吸收部件以及两个梁(beam)部 件。支撑部件被制成矩形框形并被形成在硅衬底的表面上。红外线吸收部件被制成矩形并 被布置在支撑部件内。每个梁部件将支撑部件连接到红外线吸收部件。为了形成前述红外线检测部件，在硅衬底的表面上形成第一二氧化硅膜。然后，在 该第一二氧化硅膜上形成第二二氧化硅膜。之后，在该第二二氧化硅膜上形成温度检测元 件(如热电堆和热电偶)。此后，在该第二二氧化硅膜上方形成覆盖热电堆的第三二氧化硅 膜。通过图案化由第一二氧化硅膜、第二二氧化硅膜、温度检测元件以及第三二氧化 硅膜所组成的叠层，形成红外线检测元件。在上述文件1中，在形成MOS晶体管的工艺中，当红外线检测元件的残留应力改变 时，可能产生红外线检测元件的扭曲。在此实例中，红外线检测元件的配置可能具有较差的 稳定性，并具有较差的灵敏度。此外，为了提高在上述文件1中公开的红外线图像传感器的灵敏度，需要提高因 吸收红外线而导致的温度变化。例如，提出了使每个梁部件变薄以降低其导热性的方案。然而，红外线检测元件的红外线吸收部件和每个梁部件均是由二氧化硅膜(第一 到第三二氧化硅膜)制成的。因此，梁部件很有可能会变形，从而被扭曲。
技术实现思路
鉴于上述缺点，本专利技术的目的在于提出一种红外线图像传感器的制造方法及一种 红外线图像传感器，所述红外线图像传感器能够使得红外线检测元件变薄而不会被扭曲。一种利用根据本专利技术的红外线图像传感器的制造方法所制造的红外线图像传感 器包括硅衬底；以及多个单元，被形成在所述硅衬底的表面上方。所述多个单元的每个单 元包括被配置为检测红外线的红外线检测元件，以及被配置为读出所述红外线检测元件 的输出的MOS晶体管，该MOS晶体管被布置为邻近所述红外线检测元件。在所述硅衬底的 分别与所述多个单元的所述红外线检测元件相对应的部分中设置有用于热绝缘的腔。每个 所述红外线检测元件包括在所述硅衬底的表面上方形成的热绝缘层，以及在所述热绝缘 层上形成的温度检测元件。所述热绝缘层包括在所述硅衬底的表面上形成的用于热绝缘的二氧化硅膜，以及在所述二氧化硅膜上形成的用于热绝缘的氮化硅膜，所述二氧化硅膜 具有压应力，所述氮化硅膜具有拉应力。所述温度检测元件被配置为吸收红外线并检测因 吸收红外线而导致的温度变化。所述MOS晶体管包括在所述硅衬底的表面中形成的第一 导电类型的阱区，在所述阱区中形成的第二导电类型的漏极区，在所述阱区中形成以远离 所述漏极区的第二导电类型的源极区，以及在形成于所述漏极区与所述源极区之间的所述 阱区的一部分上形成的栅极绝缘膜。该红外线图像传感器的制造方法包括热绝缘层形成步骤、阱区形成步骤、栅极绝 缘膜形成步骤、温度检测元件形成步骤、漏极区与源极区形成步骤以及腔形成步骤。将热绝 缘层形成步骤限定为在所述硅衬底的表面的第一区域上方形成所述热绝缘层的步骤。将阱 区形成步骤限定为在所述热绝缘层形成步骤之后，在所述硅衬底的表面的第二区域中形成 所述阱区的步骤。将栅极绝缘膜形成步骤限定为在所述阱区形成步骤之后，通过将所述硅 衬底的表面热氧化而形成所述栅极绝缘膜的步骤。将温度检测元件形成步骤限定为在所述 栅极绝缘膜形成步骤之后，形成所述温度检测元件的步骤。将漏极区与源极区形成步骤限 定为在所述温度检测元件形成步骤之后，形成所述漏极区和所述源极区的步骤。将腔形成 步骤限定为在所述漏极区与源极区形成步骤之后，形成所述腔的步骤。根据本专利技术，通过在形成MOS晶体管之前在二氧化硅膜上形成氮化硅膜而完成热 绝缘层。此氮化硅膜难以被氧化。因此，能够防止在MOS晶体管的形成(阱区、栅极绝缘膜、 漏极区以及源极区的形成)期间热绝缘层的表面被热氧化。因此，能使热绝缘层的膜厚度 和膜结构的至少之一免于发生变化。此外，通过在具有压应力的二氧化硅膜上形成具有拉 应力的氮化硅膜来完成热绝缘层。因此，能够提供能使红外线检测元件变薄却仍能让它们 免于扭曲的红外线图像传感器。在优选方案中，该红外线图像传感器的制造方法还包括层间介电膜形成步骤，在 所述漏极区与源极区形成步骤之后并在所述腔形成步骤之前，通过在所述硅衬底的表面上 方沉积BPSG膜接着将所沉积的BPSG膜回流而在所述硅衬底的表面上方形成层间介电膜。 该方法还包括金属线形成步骤，在所述层间介电膜形成步骤之后并在所述腔形成步骤之 前，形成将所述温度检测元件与所述MOS晶体管电连接的金属线。此外，该方法还包括钝化 膜形成步骤，在所述金属线形成步骤之后并在所述腔形成步骤之前，在所述层间介电膜上 形成钝化膜。根据此优选方案，层间介电膜能够具有改善的平坦度。因此，能够避免由于额外的 热应力等所导致的金属线的破裂。在更为优选的方案中，该红外线图像传感器的制造方法包括凹陷形成步骤，在所 述阱区形成步骤之后并在所述层间介电膜形成步骤之前形成凹陷。所述阱区形成步骤包括 在所述第二区域上形成热氧化膜以使其邻近所述热绝缘层的步骤。所述凹陷形成步骤包括 在所述热绝缘层与所述热氧化膜之间的边界处形成凹陷的步骤，所述凹陷的凹陷深度相对 于所述热绝缘层与所述热氧化膜之间的高度差较小。根据此优选方案，层间介电膜能够具有改善的平坦度。因此，能够成功地避免由于 额外的热应力等所导致的金属线的破裂。在另一优选方案中，所述方法还包括形成满足如下两个公式的所述红外线检测元 件的步骤(公式1)f^am(y)dy = 0(公式2)fp^m{y)-ydy = 0其中y表示从所述红外线检测元件的中心沿与所述红外线检测元件的厚度方向 平行的方向上的距离，σ m(y)表示所述红外线检测元件的应力，以及t表示所述红外线检测 元件的厚度。根据此优选方案，能够将红外线检测元件的残留应力降为0，并能够将红外线检测 元件的挠矩(bending moment)降为0。因此，能够使红外线检测元件免于扭曲。在另一优选方案中，该红外线图像传感器的制造方法还包括在所述热绝缘层形 成步骤之后，保持所述二氧化硅膜的温度低于形成所述二氧化硅膜所需要的温度的步骤， 以及保持所述氮化硅膜的温度低于形成所述氮化硅膜所需要的温度的步骤。根据此优选方案，能够保护二氧化硅膜与氮化硅膜的每一个膜的膜厚度和应力免 于受到在热绝缘层形成步骤之后执行的步骤的工艺温度所导致的不良影响。因此，能够成 功地防止红外线检测元件产生扭曲。根据本专利技术的一种红外线图像传感器包括硅衬底；以及多个单元，被形成在所 述硅衬底的表面上方。其中所述多个单元的每个单元包括被配置为检测红外线的红外线 检测元件，以及被配置为读出所述红外线检测元件的输出的MOS晶体管，该MOS晶体管被布 置为邻近所述红外线检测元件。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种红外线图像传感器的制造方法，该红外线图像传感器包括：硅衬底；以及多个单元，被形成在所述硅衬底的表面上方，其中所述多个单元的每个单元包括：被配置为检测红外线的红外线检测元件，以及被配置为读出所述红外线检测元件的输出的ＭＯＳ晶体管，该ＭＯＳ晶体管被布置为邻近所述红外线检测元件，在所述硅衬底的分别与所述多个单元的所述红外线检测元件相对应的部分中设置有用于热绝缘的腔，每个所述红外线检测元件包括：在所述硅衬底的表面上方形成的热绝缘层，以及在所述热绝缘层上形成的温度检测元件，所述热绝缘层包括：在所述硅衬底的表面上形成的用于热绝缘的二氧化硅膜，以及在所述二氧化硅膜上形成的用于热绝缘的氮化硅膜，所述二氧化硅膜具有压应力，所述氮化硅膜具有拉应力，所述温度检测元件被配置为吸收红外线并检测因吸收红外线而导致的温度变化，以及所述ＭＯＳ晶体管包括：在所述硅衬底的表面中形成的第一导电类型的阱区，在所述阱区中形成的第二导电类型的漏极区，在所述阱区中形成以远离所述漏极区的第二导电类型的源极区，以及在形成于所述漏极区与所述源极区之间的所述阱区的一部分上形成的栅极绝缘膜，以及所述方法包括：热绝缘层形成步骤，在所述硅衬底的表面的第一区域上方形成所述热绝缘层；阱区形成步骤，在所述热绝缘层形成步骤之后，形成在所述硅衬底的表面的第二区域中形成的所述阱区；栅极绝缘膜形成步骤，在所述阱区形成步骤之后，通过将所述硅衬底的表面热氧化而形成所述栅极绝缘膜；温度检测元件形成步骤，在所述栅极绝缘膜形成步骤之后，形成所述温度检测元件；漏极区与源极区形成步骤，在所述温度检测元件形成步骤之后，形成所述漏极区和所述源极区；以及腔形成步骤，在所述漏极区与源极区形成步骤之后，形成所述腔。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛山直树，
申请(专利权)人：松下电工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP