[发明专利]红外线图像传感器的制造方法及红外线图像传感器

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

鉴于上述缺点，本发明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。

一种利用根据本发明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。

根据本发明，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。