JP2000292257A - Thermal infrared sensor - Google Patents

Thermal infrared sensor

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JP2000292257A
JP2000292257A JP11069459A JP6945999A JP2000292257A JP 2000292257 A JP2000292257 A JP 2000292257A JP 11069459 A JP11069459 A JP 11069459A JP 6945999 A JP6945999 A JP 6945999A JP 2000292257 A JP2000292257 A JP 2000292257A
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JP
Japan
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light receiving
infrared sensor
support legs
thermal infrared
pixel
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Application number
JP11069459A
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Japanese (ja)
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Shohei Matsumoto
尚平 松本
Masanori Takano
真紀 高野
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02Constructional details
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
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    • G01J5/02Constructional details
    • G01J5/0225Shape of the cavity itself or of elements contained in or suspended over the cavity
    • G01J5/023Particular leg structure or construction or shape; Nanotubes

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermal infrared sensor whose high sensitivity can be realized even when a pixel size is reduced and whose high definition can be realized easily. SOLUTION: In this infrared sensor, support legs 2 are arranged in the lower part of a light receiving part 1 which occupies the nearly whole face of a pixel size, a thermoelectric material 4 which is installed at the light receiving part 1 is connected, via a contact 6, to metals which are buried in the support legs 2 and whose thermal conductivity is small, and the support legs 2 are extended to the outside of the range of a pixel. At this time, the support legs 2 are arranged so as to be oblique to the arrangement direction B of the pixel. Then, when the support legs 2 are extended to the outside of the range of the pixel, they do not come into contact with the support legs 2' of an adjacent pixel light receiving part 1'. The conduction of heat from the light receiving part 1 can be reduced, and a fill factor (ratio of light receiving area to pixel area) which is large can be ensured.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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、更に詳しくは、熱分離構造を有する熱型赤外線
センサに関する。
The present invention relates to a thermal infrared sensor, and more particularly, to a thermal infrared sensor having a thermal isolation structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】赤外線センサとして、熱分離構造の熱型
赤外線センサが知られている。この熱型赤外線センサで
は、アレイ状に配設された多数の受光部が、熱伝導度の
小さな対応する支持脚により基板から離隔して支持され
ることで、基板から熱的に分離される。熱型赤外線セン
サは、常温でも動作し、常温においてもノイズが少な
く、且つ、高感度であるという利点を有しており、特
に、液体窒素温度レベルのセンサ冷却を必要とする量子
型赤外線センサに匹敵する等価雑音温度(NETD)を
有する。このため、近年では注目を集めており、現在そ
の開発競争が激化している。この形式の2次元赤外線セ
ンサは、例えば、暗視装置、火災検知器、夜間監視カメ
ラ、温度計測器や、防衛機器として実用化されつつあ
る。
2. Description of the Related Art As an infrared sensor, a thermal infrared sensor having a heat separation structure is known. In this thermal infrared sensor, a large number of light receiving sections arranged in an array are thermally separated from the substrate by being supported separately from the substrate by corresponding supporting legs having low thermal conductivity. The thermal infrared sensor operates at room temperature, has the advantage of low noise at room temperature, and has the advantage of high sensitivity, and is particularly suitable for quantum infrared sensors that require sensor cooling at the liquid nitrogen temperature level. It has a comparable equivalent noise temperature (NETD). For this reason, in recent years, it has attracted attention, and its development competition is currently intensifying. This type of two-dimensional infrared sensor is being put to practical use, for example, as a night vision device, a fire detector, a night monitoring camera, a temperature measuring device, or a defense device.

【0003】熱型2次元赤外線センサでは、赤外線を受
光する多数の受光部が2次元的に配列され、受光部下方
の基板側には各受光部から受光量に応じた電気信号を順
次に読み出す走査回路部分が2次元的に配列された走査
回路が形成される。
In a thermal type two-dimensional infrared sensor, a large number of light receiving portions for receiving infrared rays are two-dimensionally arranged, and an electric signal corresponding to the amount of received light is sequentially read from each light receiving portion on the substrate side below the light receiving portion. A scanning circuit in which the scanning circuit portions are two-dimensionally arranged is formed.

【0004】従来の熱分離構造を有する熱型2次元赤外
線センサについて、図6を参照して説明する。この熱型
赤外線センサは、例えばエスピーアイイー誌、巻168
9“インフラレッド イメージング システムズ”(1
992)/379頁、「ステータス オブ アンクール
ド インフラレッド イメージャーズ」(SPIE Vol.168
9 “Infrared Imaging Systems” (1992)/379,
「Status of uncooled infrared imagers」)に記載さ
れている。この例では、図6に示すように、バイポーラ
トランジスタからなる信号処理回路(走査回路)3を形
成した基板上に、主にシリコン窒化膜からなる2本の支
持脚2によって支えられたダイヤフラム構造の対応する
受光部1が形成されている。信号回路3は、受光部1と
対応するサイズを有し、対応する受光部1と電気的に接
続される。
A conventional thermal two-dimensional infrared sensor having a thermal separation structure will be described with reference to FIG. This thermal infrared sensor is described, for example, in SPIE Magazine, Vol.
9 “Infrared Imaging Systems” (1
992) /p.379, “Status of Uncooled Infrared Imagers” (SPIE Vol.168
9 “Infrared Imaging Systems” (1992) / 379,
"Status of uncooled infrared imagers"). In this example, as shown in FIG. 6, a diaphragm structure supported by two support legs 2 mainly made of a silicon nitride film on a substrate on which a signal processing circuit (scanning circuit) 3 made of a bipolar transistor is formed. A corresponding light receiving section 1 is formed. The signal circuit 3 has a size corresponding to the light receiving unit 1 and is electrically connected to the corresponding light receiving unit 1.

【0005】上記従来の熱型2次元赤外線センサでは、
各画素の支持脚2によって基板から離れて保持された受
光部1が、赤外線を吸収する赤外線吸収膜と、温度によ
り抵抗値が変化するボロメータとを有している。赤外線
は、検知対象物から放射され、赤外レンズでセンサ表面
上に集光される。各画素の赤外線吸収膜が赤外線を吸収
すると、薄膜から成る各画素の受光部の温度が上昇す
る。ボロメータは温度計として働き、受光部1の温度上
昇がボロメータの抵抗値の変化として出力される。この
ようにして、画素アレイ上で2次元的な強度分布を有す
る赤外線によって生成される電気信号が、基板面に形成
された走査回路を経由してセンサ外部に順次に取り出さ
れる。
In the above-mentioned conventional thermal two-dimensional infrared sensor,
The light receiving unit 1 held apart from the substrate by the support legs 2 of each pixel has an infrared absorbing film that absorbs infrared light and a bolometer whose resistance value changes with temperature. Infrared rays are emitted from the detection target and focused on the sensor surface by an infrared lens. When the infrared absorbing film of each pixel absorbs infrared light, the temperature of the light receiving portion of each pixel formed of a thin film increases. The bolometer functions as a thermometer, and the temperature rise of the light receiving unit 1 is output as a change in the resistance value of the bolometer. In this way, electric signals generated by infrared rays having a two-dimensional intensity distribution on the pixel array are sequentially taken out of the sensor via the scanning circuit formed on the substrate surface.

【0006】センサの赤外線受光感度は、ボロメータの
抵抗温度係数及び受光量に比例し、且つ、支持脚の熱伝
導度に反比例する。ここで、受光量は、赤外線吸収膜の
吸収率及び受光面積に比例する。
[0006] The infrared light receiving sensitivity of the sensor is proportional to the temperature coefficient of resistance of the bolometer and the amount of received light, and is inversely proportional to the thermal conductivity of the supporting leg. Here, the amount of received light is proportional to the absorptance and the light receiving area of the infrared absorbing film.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】赤外線2次元センサ
は、一般に画素数が大きいほど空間的解像度が増すもの
の、あまり画素数が大きすぎると、センササイズが大き
くなり、赤外レンズの径の増大につながる。特に赤外レ
ンズは高額な材料であり、低コストのセンサを得るため
には、可能な限りセンササイズを縮小する必要がある。
In general, an infrared two-dimensional sensor increases the spatial resolution as the number of pixels increases, but if the number of pixels is too large, the sensor size increases and the infrared lens diameter increases. Connect. In particular, an infrared lens is an expensive material, and it is necessary to reduce the sensor size as much as possible to obtain a low-cost sensor.

【0008】センササイズを所定以下に保ち、且つ、画
素数を増加させる高精細化は、画素サイズの面積縮小を
伴い、その面積縮小に伴って各受光部の感度低下をもた
らす。これは、図6に示すように、従来の熱分離型の受
光部構造では、支持脚2が受光部1とほぼ同一平面内に
あり、この支持脚2のために受光部1の面積が画素面積
よりもかなり減少するからである。また、高精細化に伴
う画素サイズの縮小は、受光部1を支える支持脚2の長
さの縮小をももたらすため、小さな熱伝導度を維持する
ためには、支持脚2の幅の縮小が必要となる。しかし、
熱分離構造を支えるためには、その強度上から支持脚2
の幅の縮小には限界がある。つまり、画素サイズの縮小
は、一般に熱伝導度の増加を伴い、感度低下をきたす。
[0008] Higher resolution, which keeps the sensor size below a predetermined value and increases the number of pixels, involves a reduction in the area of the pixel size, and a reduction in the sensitivity of each light-receiving unit accompanying the reduction in the area. This is because, as shown in FIG. 6, in the conventional heat-separation type light-receiving unit structure, the supporting leg 2 is substantially in the same plane as the light-receiving unit 1, and the area of the light-receiving unit 1 is reduced due to the support leg 2. This is because it is considerably smaller than the area. In addition, since the reduction in the pixel size accompanying the high definition also results in a reduction in the length of the support leg 2 that supports the light receiving unit 1, the width of the support leg 2 must be reduced in order to maintain a small thermal conductivity. Required. But,
In order to support the thermal isolation structure, the support legs 2
There is a limit to the reduction of the width. That is, the reduction in the pixel size is generally accompanied by an increase in thermal conductivity, resulting in a decrease in sensitivity.

【0009】受光面積の減少が避けられない状況のもと
で、ある程度の受光感度を維持するためには、赤外線吸
収率の向上、ボロメータの抵抗温度係数の増大ととも
に、フィルファクタ、即ち、画素面積に対する受光面積
の比率の向上や、支持脚における熱伝導度の低減が求め
られる。しかし、これらの対策のみでは、受光感度の維
持には限界がある。
In order to maintain a certain level of light receiving sensitivity under a situation where a decrease in the light receiving area is unavoidable, the fill factor, that is, the pixel area, must be increased along with the improvement of the infrared absorptance and the temperature coefficient of resistance of the bolometer. It is required to improve the ratio of the light receiving area to that of the support legs and to reduce the thermal conductivity of the support legs. However, there is a limit in maintaining the light receiving sensitivity only by these measures.

【0010】本発明は、上記に鑑み、画素サイズを縮小
しても受光部の高感度化が実現でき、高精細化が容易な
熱型赤外線センサを提供することを目的とする。
[0010] In view of the above, it is an object of the present invention to provide a thermal infrared sensor that can realize high sensitivity of a light receiving section even if the pixel size is reduced and that can easily achieve high definition.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の熱型赤外線セン
サは、上記目的を達成するために、相互に離隔して所定
のピッチでアレイ状に配設され、夫々が赤外線を受けて
温度上昇する複数の受光部を有し、該受光部が基板から
夫々離隔して支持される熱型赤外線センサにおいて、前
記各受光部を支える支持脚が、受光部と基板との間に配
設され、且つ、基板面とほぼ平行な方向に延在すること
を特徴とする。
In order to achieve the above object, the thermal infrared sensors of the present invention are arranged in an array at a predetermined pitch apart from each other, and each of them receives an infrared ray to raise the temperature. In a thermal infrared sensor in which the plurality of light receiving sections are provided, and the light receiving sections are supported separately from the substrate, supporting legs supporting the respective light receiving sections are disposed between the light receiving section and the substrate, In addition, it extends in a direction substantially parallel to the substrate surface.

【0012】本発明の熱型赤外線センサによれば、支持
脚を受光部と基板との間に配設したことにより、フィル
ファクタの向上が可能となり、また、支持脚を基板面と
ほぼ平行に配置し、その長さを適切に選定することによ
り、受光部と基板間の熱伝導度を低く抑えることが出来
る。
According to the thermal infrared sensor of the present invention, the support leg is disposed between the light receiving portion and the substrate, so that the fill factor can be improved, and the support leg can be arranged substantially parallel to the substrate surface. By arranging and properly selecting the length, the thermal conductivity between the light receiving unit and the substrate can be suppressed low.

【0013】本発明の好ましい態様では、前記支持脚に
内蔵された配線が、対応する前記受光部内に位置するコ
ンタクトを介して該受光部の熱電材料の電極と電気的に
接続される。
In a preferred aspect of the present invention, the wiring built in the support leg is electrically connected to an electrode of a thermoelectric material of the light receiving section via a contact located in the corresponding light receiving section.

【0014】本発明の熱型赤外線センサでは、適切な長
さの支持脚を採用する構成として、(1)支持脚が、隣
接画素の支持脚と離隔してほぼ平行に伸長し、かつ画素
ピッチ以上の長さを有する構成、(2)支持脚が、画素
ピッチ以内に配設され、且つ、基板面に平行な面内で折
り曲げられる構成、(3)一対の支持脚が各受光部に対
応して配設され、該一対の支持脚は、対応する受光部か
ら相互に逆方向に延びる構成、及び、(4)一対の支持
脚が前記各受光部に対応して線対称に配設され、該一対
の支持脚は、前記所定のピッチ以上の長さを有する構
成、更には、この一対の支持脚が基板に平行な面内で折
り曲げられている構成の何れかを採用することが好まし
い。
In the thermal infrared sensor according to the present invention, the support legs having an appropriate length are employed. (1) The support legs extend substantially parallel to and separate from the support legs of the adjacent pixels, and have a pixel pitch. A configuration having the above length, (2) a configuration in which the support legs are arranged within the pixel pitch, and a configuration in which the support legs are bent in a plane parallel to the substrate surface, and (3) a pair of the support legs corresponds to each light receiving unit. The pair of support legs extend in mutually opposite directions from the corresponding light receiving portion; and (4) the pair of support legs are disposed line-symmetrically corresponding to the light receiving portions. It is preferable that the pair of support legs have any of a configuration having a length equal to or greater than the predetermined pitch, and a configuration in which the pair of support legs are bent in a plane parallel to the substrate. .

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の実
施形態例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図1
は、本発明の第1の実施形態例の熱型赤外線センサを示
すもので、(a)はその模式的斜視図、(b)はその平
面図である。本実施形態例の熱型赤外線センサは、赤外
線を受けて温度上昇する受光部1を有し、その受光部1
を支える支持脚2を受光部1の面より下部に配置し、支
持脚2によって受光部1を基板から熱分離する。支持脚
2に内蔵された配線と受光部1の熱電材料4のメタル電
極5とは、受光部1内の下層部に位置するコンタクト6
を介して電気的に接続する。支持脚2は、基板面とほぼ
平行となるように配置し、充分な熱絶縁が得られる程度
の長さを有する。なお、理解を容易にするために、基板
面に形成される、受光部1に対応する走査回路部分を符
号3として示している。1つの受光部に対応する走査回
路部分3は、受光部とほぼ同じサイズを有し、各走査回
路部分3は、画素サイズに対応するサイズを有し、受光
部1に対応して配設されている。各受光部1は、対応す
る走査回路部分3の位置で支持脚2を介して支持され、
支持脚2に内蔵される配線が受光部と対応する走査回路
部分3とを接続している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on embodiments of the present invention with reference to the drawings. FIG.
1A and 1B show a thermal infrared sensor according to a first embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a schematic perspective view, and FIG. 1B is a plan view. The thermal infrared sensor according to the present embodiment has a light receiving unit 1 that receives infrared rays and rises in temperature.
Is disposed below the surface of the light receiving unit 1, and the light receiving unit 1 is thermally separated from the substrate by the support leg 2. The wiring built in the support leg 2 and the metal electrode 5 of the thermoelectric material 4 of the light receiving section 1 are connected to a contact 6 located in a lower layer in the light receiving section 1.
To make electrical connection. The support legs 2 are arranged so as to be substantially parallel to the substrate surface, and have such a length that sufficient thermal insulation can be obtained. For easy understanding, a scanning circuit portion corresponding to the light receiving unit 1 formed on the substrate surface is denoted by reference numeral 3. The scanning circuit portion 3 corresponding to one light receiving portion has substantially the same size as the light receiving portion, and each scanning circuit portion 3 has a size corresponding to the pixel size and is arranged corresponding to the light receiving portion 1. ing. Each light receiving unit 1 is supported via a supporting leg 2 at a position of a corresponding scanning circuit portion 3,
A wiring built in the support leg 2 connects the light receiving section to the corresponding scanning circuit section 3.

【0016】図1(b)に示すように、基板面と直交方
向に見ると、支持脚2の延びる方向Aは、2次元に配置
される画素アレイの一方の画素の配列方向であるX方向
Bと斜めに交差するように配置させてある。1つの受光
部1から延びる一対の支持脚2は、夫々、隣接する受光
部1’の対応する支持脚2'と所定の離隔距離をおい
て、これらと平行に且つ直線状に延在している。各支持
脚2は、画素ピッチの約2倍の長さを有し、接続される
受光部に1つおいて隣接する受光部の対応する走査回路
部分上にまで延びてこれに支持されている。
As shown in FIG. 1B, when viewed in a direction perpendicular to the substrate surface, a direction A in which the support legs 2 extend is an X direction which is an arrangement direction of one pixel of a two-dimensionally arranged pixel array. B is arranged so as to cross diagonally. The pair of support legs 2 extending from one light receiving unit 1 are respectively extended in parallel and linearly with a corresponding support leg 2 ′ of the adjacent light receiving unit 1 ′ at a predetermined separation distance. I have. Each support leg 2 has a length of about twice the pixel pitch, and extends to and is supported on a corresponding scanning circuit portion of an adjacent light receiving unit in one connected light receiving unit. .

【0017】上記構成の支持脚2、2'を採用すること
により、ほぼ画素サイズ一杯の面積を有する受光部1、
1’を基板面から離隔して保持すると共に、支持脚2、
2’による熱伝導を抑制することを可能にする。これに
より、受光部は、効率よく温度上昇し、従って赤外線を
高感度に検知できる。ここで、温度検出のための熱電材
料4としては、種々の型式のものが採用でき、例えば、
抵抗の温度変化を利用したボロメータ型、自発分極若し
くは誘電率の温度変化を利用した焦電型、又は、熱起電
力を利用した熱電対型等が挙げられる。
By adopting the support legs 2, 2 'having the above structure, the light receiving unit 1, which has an area substantially full of the pixel size,
1 ′ is held away from the substrate surface,
2 ′ makes it possible to suppress heat conduction. Thus, the light-receiving unit efficiently raises the temperature, and thus can detect infrared rays with high sensitivity. Here, as the thermoelectric material 4 for temperature detection, various types can be adopted, for example,
Examples include a bolometer type using a temperature change in resistance, a pyroelectric type using spontaneous polarization or a temperature change in dielectric constant, and a thermocouple type using thermoelectromotive force.

【0018】図2を参照し、上記実施形態例の熱型赤外
線センサの製造方法を、熱電材料としてボロメータを採
用したダイヤフラム構造を例にとって説明する。まず、
図1のIIA-IIA矢視図である図2(a)に示すよう
に、半導体基板7上に2次元走査回路8を形成する。2
次元走査回路8は、各受光部に対応する走査回路部分
(図1の3)がアレイ状に配設された構造を有する。走
査回路8の表面側は、通常はアルミ等から成る配線9
で、下部の各回路要素と電気的に接続されている。配線
9の上部はシリコン酸化膜等の層間絶縁膜10で覆わ
れ、層間絶縁膜10の表面は、その形成時には下地の形
状に沿って凹凸形状を成している。
With reference to FIG. 2, a method of manufacturing the thermal infrared sensor according to the above embodiment will be described with reference to a diaphragm structure employing a bolometer as a thermoelectric material. First,
A two-dimensional scanning circuit 8 is formed on a semiconductor substrate 7 as shown in FIG. 2
The dimensional scanning circuit 8 has a structure in which scanning circuit portions (3 in FIG. 1) corresponding to the respective light receiving units are arranged in an array. On the front side of the scanning circuit 8, a wiring 9 usually made of aluminum or the like is provided.
And is electrically connected to each of the lower circuit elements. The upper portion of the wiring 9 is covered with an interlayer insulating film 10 such as a silicon oxide film, and the surface of the interlayer insulating film 10 has an uneven shape along the shape of the base when formed.

【0019】層間絶縁膜10の表面は、CMP研磨(化
学的機械的研磨)等を用いて、その凹凸形状を除去し平
坦にする。次いで、ウェハ表面に第1のポジ型感光性ポ
リイミドを、厚さ約3μmにスピン塗布し、露光によっ
てアルミ配線9上の層間絶縁膜10の一部を露出させ
て、ポリイミドから成る第1犠牲層11を形成する。次
いで、同図(b)に示すように、シリコン窒化膜又はシ
リコン酸化膜等から成る第2絶縁膜12を、プラズマC
VD法により厚さ500nmに成長する。なお、図2
(b)〜(d)は夫々、図1(b)の支持脚の延長方向
Aに沿うΙIB-IIB方向に見た断面で示してある。
The surface of the interlayer insulating film 10 is flattened by removing its concavo-convex shape by CMP polishing (chemical mechanical polishing) or the like. Next, a first positive photosensitive polyimide is spin-coated on the wafer surface to a thickness of about 3 μm, and a portion of the interlayer insulating film 10 on the aluminum wiring 9 is exposed by exposure, thereby forming a first sacrificial layer made of polyimide. 11 is formed. Next, as shown in FIG. 1B, a second insulating film 12 made of a silicon nitride film or a silicon oxide film is
It grows to a thickness of 500 nm by the VD method. Note that FIG.
(B) to (d) are cross-sectional views taken along the IB-IIB direction along the extension direction A of the support leg in FIG. 1B.

【0020】次に、フォトレジスト法及び選択エッチン
グ法を用いて、第1ポリイミド犠牲層11の開口部底面
における第2絶縁膜12及び層間絶縁膜10を1μm角
に開口し、アルミ配線9の表面を露出させる第1スルー
ホール13を形成する。
Next, the second insulating film 12 and the interlayer insulating film 10 on the bottom surface of the opening of the first polyimide sacrificial layer 11 are opened at 1 μm square by using a photoresist method and a selective etching method. Is formed to expose the first through hole 13.

【0021】次いで、更にフォトレジスト法及び選択エ
ッチング法を用いて、第1スルーホール13を覆う、チ
タン配線等からなる幅1μm程度の脚部メタル14を形
成する。このとき、図1(b)に示すように、二つの脚
部メタル14は、画素の配列方向であるX方向と斜めに
交差する方向で、且つ、二つの脚部メタル14の受光部
側の先端が互いに接近するような方向に直線状に延在し
ている。
Next, using a photoresist method and a selective etching method, a leg metal 14 made of titanium wiring or the like and having a width of about 1 μm and covering the first through hole 13 is formed. At this time, as shown in FIG. 1B, the two leg metals 14 are in a direction obliquely intersecting with the X direction, which is the pixel arrangement direction, and on the light receiving unit side of the two leg metals 14. The tips extend linearly in such a direction that they approach each other.

【0022】次いで、再びプラズマCVD法により、厚
さ500nmのシリコン窒化膜又はシリコン酸化膜等か
らなる第3絶縁膜15で脚部メタル14を覆った後に、
フォトレジスト法及び選択エッチング法を用いて、脚部
メタル14に沿って第3絶縁膜15及び第2絶縁膜12
を幅2μmに選択エッチングし、図1(b)に示すよう
に、細長い支持脚2を形成する。
Next, the leg metal 14 is again covered with a third insulating film 15 made of a silicon nitride film or a silicon oxide film having a thickness of 500 nm by the plasma CVD method.
The third insulating film 15 and the second insulating film 12 are formed along the leg metal 14 by using a photoresist method and a selective etching method.
Is selectively etched to a width of 2 μm to form elongated support legs 2 as shown in FIG.

【0023】その後、図2(b)に示すように、再びポ
ジ型感光性ポリイミドを厚さ約3μmにスピン塗布し、
露光・現像工程により脚部メタル14の先端上の第3絶
縁膜15を露出させる。次いで、第3絶縁膜15の露出
した第2犠牲層16の開口部及び第2犠牲層16上に、
シリコン窒化膜又はシリコン酸化膜等から成る第4絶縁
膜17を、プラズマCVD法により厚さ300nmに成
長する。
Thereafter, as shown in FIG. 2B, a positive photosensitive polyimide is again spin-coated to a thickness of about 3 μm,
The third insulating film 15 on the tip of the leg metal 14 is exposed by an exposure and development process. Next, on the opening of the second sacrifice layer 16 where the third insulating film 15 is exposed and on the second sacrifice layer 16,
A fourth insulating film 17 made of a silicon nitride film or a silicon oxide film is grown to a thickness of 300 nm by a plasma CVD method.

【0024】更に、フォトレジスト法及び選択エッチン
グ法を用いて、第2犠牲層16開口部の底面の第4及び
第3絶縁膜17、15に、1μm角の第2スルーホール
18を設け、脚部メタル14の先端を露出させる。この
脚部メタル先端の露出部を含んだ受光部の端部上に、例
えばチタンスパッタ、フォトレジスト法、及び、選択エ
ッチング法により、幅約1μmのスリット状メタル電極
5を形成する。その上から、酸化バナジウム(V25
等のボロメータ材料を、スパッタ法により厚さ100n
mに堆積し、続けて還元雰囲気中において約350℃の
熱処理を施し、V25の相を低抵抗率のVO2の相に変
える。これにより、抵抗温度係数が−2%/Kという、
温度による抵抗変化が大きな半導体相の酸化バナジウム
19が得られる。
Further, a second through hole 18 of 1 μm square is formed in the fourth and third insulating films 17 and 15 on the bottom surface of the opening of the second sacrificial layer 16 by using a photoresist method and a selective etching method. The tip of the part metal 14 is exposed. A slit-shaped metal electrode 5 having a width of about 1 μm is formed on the end of the light receiving portion including the exposed portion of the leg metal tip by, for example, titanium sputtering, a photoresist method, and a selective etching method. From above, vanadium oxide (V 2 O 5 )
Bolometer material such as 100n thickness by sputtering method
m, followed by a heat treatment at about 350 ° C. in a reducing atmosphere to change the V 2 O 5 phase to a low resistivity VO 2 phase. Thereby, the temperature coefficient of resistance is -2% / K,
The semiconductor phase vanadium oxide 19 having a large resistance change with temperature is obtained.

【0025】続いて、図2(c)に示すように、プラズ
マCVD法により、シリコン酸化膜20を厚さ50nm
に成長する。その後、シリコン酸化膜20及びVO2
の酸化バナジウムの2層を、フォトレジスト法及び選択
エッチング法を用いて、37μmピッチで約35μm×
35μm角の矩形に加工し、熱電材料としての酸化バナ
ジウムからなるボロメータ19Aを形成する。これによ
り、第2スルーホール18及びメタル電極5を介して、
脚部メタル14とボロメータ19Aの電気的な接触を実
現する。
Subsequently, as shown in FIG. 2C, a silicon oxide film 20 is formed to a thickness of 50 nm by a plasma CVD method.
To grow. Thereafter, the silicon oxide film 20 and the two layers of the VO 2 phase vanadium oxide were formed at a pitch of 37 μm by about 35 μm × by using a photoresist method and a selective etching method.
A bolometer 19A made of vanadium oxide as a thermoelectric material is formed by processing into a 35 μm square rectangle. Thereby, via the second through hole 18 and the metal electrode 5,
The electrical contact between the leg metal 14 and the bolometer 19A is realized.

【0026】次いで、プラズマCVD法により、厚さ3
00nmのシリコン窒化膜等からなる第5絶縁膜21を
成長し、シリコン酸化膜20で被覆されたボロメータ1
9A上を覆う。更に、スパッタ法により、赤外線吸収膜
となる厚さ約15nmの窒化チタン等を、熱電材料上部
を覆うように堆積する。この堆積膜を、フォトレジスト
法及び選択エッチング法を用いて、ボロメータ上を覆う
(画素サイズピッチの)矩形パターン状に加工して、赤
外線吸収膜22を形成する。
Next, a thickness of 3
A bolometer 1 covered with a silicon oxide film 20 by growing a fifth insulating film 21 made of a 00 nm silicon nitride film or the like.
Cover 9A. Further, titanium nitride or the like having a thickness of about 15 nm serving as an infrared absorbing film is deposited by sputtering to cover the upper part of the thermoelectric material. The deposited film is processed into a rectangular pattern (with a pixel size pitch) covering the bolometer by using a photoresist method and a selective etching method to form the infrared absorbing film 22.

【0027】更に、図2(d)に示すように、熱電材料
としてのボロメータ19Aを囲む幅約1μmのスリット
状開口部23を、フォトレジスト法及び選択エッチング
法を用いて形成する。これによって、各受光部は互いに
構造的に分離される。次いで、酸素プラズマガスを用い
たアッシングにより、第2及び第1のポリイミド犠牲層
16、11を続けて選択的に除去する。これによって、
ボロメータ19Aを含む受光部1が、脚部メタル14を
内蔵する支持脚2によって支えられ、基板との間に空洞
24を備えたブリッジ状の熱分離構造が形成される。こ
れによって、各受光部1は、基板上に形成された対応す
る走査回路部分3及び対応する支持脚2によって、相互
に独立に且つ中空に支持される。本実施形態例では、3
7μm角の小さな画素サイズでありながらも、受光部の
サイズが35μm×35μmと大きくとれて約90%の
フィルファクタが得られ、また、受光部からの熱伝導度
が0.15μW/Kという良好な熱分離構造の熱型赤外
線センサが得られる。
Further, as shown in FIG. 2D, a slit-like opening 23 having a width of about 1 μm surrounding the bolometer 19A as a thermoelectric material is formed using a photoresist method and a selective etching method. Thereby, each light receiving unit is structurally separated from each other. Next, the second and first polyimide sacrificial layers 16 and 11 are successively selectively removed by ashing using an oxygen plasma gas. by this,
The light receiving section 1 including the bolometer 19A is supported by the support leg 2 having the leg metal 14 therein, and a bridge-like heat isolation structure having a cavity 24 between the light receiving section 1 and the substrate is formed. Thereby, each light receiving section 1 is supported independently and hollowly by the corresponding scanning circuit portion 3 and the corresponding supporting leg 2 formed on the substrate. In the present embodiment, 3
Despite the small pixel size of 7 μm square, the size of the light receiving portion is as large as 35 μm × 35 μm, and a fill factor of about 90% is obtained, and the thermal conductivity from the light receiving portion is 0.15 μW / K. A thermal infrared sensor having a simple thermal isolation structure can be obtained.

【0028】受光部1を支える支持脚2に内蔵された配
線と、受光部1の熱電材料4のスリット状メタル電極5
とは、受光部1の下部に位置するコンタクト6を介して
電気的に接続される。このため、2本の支持脚2内の配
線を通して熱電材料4に必要な電圧を印加でき、また、
画像情報となる信号を取り出すことができる。熱電材料
4のスリット状メタル電極5は、熱電材料4と脚部メタ
ル14との接触抵抗が大きすぎる場合に、これを低減す
るために設けるものであり、熱電材料4とこのメタル電
極5との接触面積を適度に広げることにより、接触抵抗
を必要なレベルに低減できる。脚部メタル14とメタル
電極5とはメタル同士のため、接触抵抗は熱電材料4の
抵抗に比べて充分に小さい。
The wiring built in the support leg 2 supporting the light receiving section 1 and the slit-shaped metal electrode 5 of the thermoelectric material 4 of the light receiving section 1
Is electrically connected via a contact 6 located below the light receiving section 1. Therefore, a necessary voltage can be applied to the thermoelectric material 4 through the wiring in the two support legs 2, and
A signal serving as image information can be extracted. The slit-shaped metal electrode 5 of the thermoelectric material 4 is provided to reduce the contact resistance between the thermoelectric material 4 and the leg metal 14 when the contact resistance is too large. By appropriately expanding the contact area, the contact resistance can be reduced to a required level. Since the leg metal 14 and the metal electrode 5 are metal, the contact resistance is sufficiently smaller than the resistance of the thermoelectric material 4.

【0029】前述の通り、受光部1と基板との間には空
洞24が形成される。赤外線は、受光部1に吸収され熱
エネルギーとして蓄えられる。ポリイミドの膜厚は、ス
ピン塗布後のベーク工程、露光及び現像工程によって縮
小され、3μm以下に、例えば約2〜3μm程度と狭く
なる。通常は、熱型赤外線センサは真空パッケージ内に
収納されるため、真空のギャップを通しては熱は拡散せ
ず、ほとんどが支持脚2を伝導して拡散する。従って、
支持脚2の熱伝導度に反比例して受光部1の温度は上昇
する。このように、受光部1は赤外線を吸収するととも
に、細長い支持脚2により中空に保持され、基板からは
熱的にほぼ分離されている。このため、支持脚2の熱伝
導度に反比例して受光部の温度が上昇する。その温度上
昇を、例えばボロメータ等の熱電材料4により電気信号
に変換する。
As described above, the cavity 24 is formed between the light receiving section 1 and the substrate. The infrared rays are absorbed by the light receiving unit 1 and stored as heat energy. The thickness of the polyimide film is reduced by a baking step, an exposure step, and a developing step after spin coating, and is reduced to 3 μm or less, for example, about 2 to 3 μm. Normally, since the thermal infrared sensor is housed in a vacuum package, heat does not diffuse through a vacuum gap, but mostly diffuses through the support legs 2. Therefore,
The temperature of the light receiving section 1 rises in inverse proportion to the thermal conductivity of the support leg 2. As described above, the light receiving section 1 absorbs infrared rays, is held hollow by the elongated support legs 2, and is almost thermally separated from the substrate. For this reason, the temperature of the light receiving section increases in inverse proportion to the thermal conductivity of the support leg 2. The temperature rise is converted into an electric signal by a thermoelectric material 4 such as a bolometer.

【0030】例えばボロメータは、その抵抗値が温度上
昇に伴って変化する。従って、ボロメータを熱電材料と
して使用した場合には、この赤外線センサの受光感度
は、ボロメータの抵抗温度係数及び受光量に比例し、且
つ、脚部の熱伝導度に反比例する。ここで、受光量は、
赤外線吸収膜の吸収率及び受光面積に比例する。従って
センサを高感度化するためには、受光面積が大きく、支
持脚2の熱伝導度が小さい方がよい。
For example, the resistance value of a bolometer changes as the temperature rises. Therefore, when a bolometer is used as a thermoelectric material, the light receiving sensitivity of the infrared sensor is proportional to the temperature coefficient of resistance and the amount of received light of the bolometer and inversely proportional to the thermal conductivity of the legs. Here, the amount of received light is
It is proportional to the absorptance and the light receiving area of the infrared absorbing film. Therefore, in order to increase the sensitivity of the sensor, it is preferable that the light receiving area is large and the thermal conductivity of the support leg 2 is small.

【0031】本実施形態例の構造では、支持脚2を受光
部1の下方に配置することにより、受光部1及び支持脚
2は、同一平面内に位置しないため、支持脚2が画素面
積の一部を占有せず、所定面積の画素で、受光部1の面
積を最大限に拡大できる。
In the structure of this embodiment, since the support leg 2 is disposed below the light receiving portion 1, the light receiving portion 1 and the support leg 2 are not located on the same plane, so that the support leg 2 has a pixel area. The area of the light receiving section 1 can be maximized with a pixel having a predetermined area without occupying a part.

【0032】熱型赤外線センサでは、受光部及び走査回
路が繰り返しパターンとして形成される構造上から、図
1から理解できるように、支持脚2を仮に画素の一辺あ
るいは画素の配列方向と平行に配置した場合には、支持
脚2を画素範囲外まで延長すると、隣接する画素の支持
脚2'と接触する。この接触によって、対応する受光部
相互間の熱伝導度が増大し、感度劣化やクロストークを
引き起こす。本発明によれば、各受光部1の同様な位置
から延びる支持脚2の延長方向Aが、受光部1の配列方
向Bから傾斜するように配置しているため、各受光部1
に関して類似位置にある各支持脚2、2’は互いに接触
することがない。
In the thermal infrared sensor, from the structure in which the light receiving portion and the scanning circuit are formed in a repetitive pattern, as can be understood from FIG. In this case, when the support leg 2 is extended out of the pixel range, the support leg 2 comes into contact with the support leg 2 ′ of an adjacent pixel. Due to this contact, the thermal conductivity between the corresponding light receiving sections increases, causing sensitivity deterioration and crosstalk. According to the present invention, since the extension direction A of the support leg 2 extending from a similar position of each light receiving unit 1 is arranged so as to be inclined from the arrangement direction B of the light receiving units 1,
The support legs 2, 2 'in similar positions with respect to do not touch each other.

【0033】支持脚2、2’を受光部の下方に備えるこ
とにより、チタンのように熱伝導率が小さな金属を配線
材料として用いた支持脚を、画素範囲外の必要な長さま
で延長できるため、受光部1の高感度化に必要なレベル
まで支持脚2の熱伝導度を低減できる。
By providing the supporting legs 2 and 2 'below the light receiving portion, the supporting legs using a metal having low thermal conductivity such as titanium as a wiring material can be extended to a required length outside the pixel range. In addition, the thermal conductivity of the support leg 2 can be reduced to a level necessary for increasing the sensitivity of the light receiving unit 1.

【0034】支持脚2は、中央のチタン導電膜14が幅
1μmで厚みが0.1μm程度であり、これを被覆する
シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜から成る絶縁膜1
2、14が、幅2μmで厚みが全体として約1μmであ
る。ここで、支持脚2がほぼ直線状に一方向に延在する
構造により、支持脚2の強度は充分に保たれ、従って、
支持脚2は受光部1を陥没させることなく安定して中空
に保持できる。
The supporting leg 2 has a central titanium conductive film 14 having a width of about 1 μm and a thickness of about 0.1 μm, and an insulating film 1 made of a silicon oxide film or a silicon nitride film covering the titanium conductive film 14.
2, 14 have a width of 2 μm and a thickness of about 1 μm as a whole. Here, the strength of the support leg 2 is sufficiently maintained by the structure in which the support leg 2 extends substantially linearly in one direction.
The support leg 2 can stably hold the light receiving unit 1 in a hollow state without being depressed.

【0035】従来の赤外線センサでは、例えば図6に示
した従来構造を採用する37μm角の画素サイズの赤外
線センサの場合には、フィルファクタが約65%、熱伝
導度が約0.3μW/K程度の熱分離構造であり、その
感度は所望の3分の2程度と不足していた。しかし、本
実施形態例では、この従来例に比較してフィルファクタ
が約1.4倍になり、熱伝導率は約半分になるため、感
度が約2.5倍に向上し、実用上充分な感度向上が得ら
れる。
In the case of a conventional infrared sensor having a pixel size of 37 μm square and employing the conventional structure shown in FIG. 6, for example, the fill factor is about 65% and the thermal conductivity is about 0.3 μW / K. It has a thermal isolation structure of a degree, and its sensitivity is insufficient, which is about two-thirds of the desired value. However, in the present embodiment, the fill factor is about 1.4 times and the thermal conductivity is about half as compared with the conventional example, so that the sensitivity is improved to about 2.5 times, which is sufficient for practical use. Sensitivities can be improved.

【0036】上記実施形態例の熱型赤外線センサでは、
上記のように、画素サイズが縮小しても、受光量の低下
を最小限にとどめ、また熱伝導度を必要なレベルまで容
易に低減できるため、高精細化、高感度化を同時に達成
できる。
In the thermal infrared sensor of the above embodiment,
As described above, even if the pixel size is reduced, the reduction in the amount of received light can be minimized and the thermal conductivity can be easily reduced to a required level, so that high definition and high sensitivity can be achieved at the same time.

【0037】なお、上記実施形態例では、ポリイミドと
しては、ポジ型感光性ポリイミドを使用したが、ネガ型
感光性ポリイミド又は非感光性ポリイミドであっても上
記実施形態例と同様の効果が得られる。
In the above embodiment, the positive photosensitive polyimide is used as the polyimide. However, the same effect as in the above embodiment can be obtained by using a negative photosensitive polyimide or a non-photosensitive polyimide. .

【0038】図3(a)及び(b)、並びに、図4
(a)〜(c)は夫々、本発明の第2の実施形態例の熱
型赤外線センサを示す斜視図及び平面図、並びに、各段
階毎の工程断面図である。本実施形態例の熱型赤外線セ
ンサは、先の実施形態例の熱型赤外線センサにおけるス
トライプ状メタル電極5が、そのまま受光部面内に伸び
てつづら状に展開しボロメータとなった点において、先
の実施形態例と異なる。製造工程は、図2(b)迄の第
2スルーホール18を形成する工程までは全く同様に行
われる。
FIGS. 3A and 3B and FIG.
(A)-(c) are the perspective view and top view which show the thermal-type infrared sensor of the 2nd Embodiment of this invention, respectively, and the process sectional drawing for every step. The thermal infrared sensor according to the present embodiment is different from the thermal infrared sensor according to the previous embodiment in that the striped metal electrode 5 in the thermal infrared sensor according to the previous embodiment extends in the surface of the light receiving portion and unfolds into a bolometer. Is different from the embodiment. The manufacturing process is performed in exactly the same manner up to the process of forming the second through hole 18 up to FIG.

【0039】その後は、図4(a)に示すように、ボロ
メータ材料となる厚さ100nmのチタンをスパッタ法
により形成し、このチタンをフォトレジスト法及び選択
エッチング法を用いて、図3(a)に示すように、幅1
〜2μmのつづら状にパターニングして、チタンボロメ
ータ25とする。次いで、シリコン窒化膜又はシリコン
酸化膜の第5絶縁膜21を厚さ約1μmに形成し、更に
スパッタ法により赤外線吸収膜となる厚さ約15nmの
窒化チタン等を堆積する。この堆積膜を、フォトレジス
ト法及び選択エッチング法を用いて、ボロメータ上を覆
う(画素サイズピッチの)矩形パターン状に加工して赤
外線吸収膜22を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 4 (a), titanium having a thickness of 100 nm as a bolometer material is formed by a sputtering method, and this titanium is formed by a photoresist method and a selective etching method. ), Width 1
A titanium bolometer 25 is formed by patterning in a zigzag shape of up to 2 μm. Next, a fifth insulating film 21 of a silicon nitride film or a silicon oxide film is formed to a thickness of about 1 μm, and titanium nitride or the like having a thickness of about 15 nm serving as an infrared absorbing film is deposited by sputtering. The deposited film is processed into a rectangular pattern (with a pixel size pitch) covering the bolometer by using a photoresist method and a selective etching method to form the infrared absorbing film 22.

【0040】次いで、フォトレジスト法及び選択的ドラ
イエッチング法を用いて、相互に隣接する画素を構成す
る2つの赤外線吸収膜22の間の第5絶縁膜21及び第
4絶縁膜17を加工し、幅約1μmのスリット状開口部
23を形成することにより、第2ポリイミド犠牲層16
の表面を露出させる。最後に、アッシング工程により、
上記第2犠牲層16及び第1犠牲層11を除去し、受光
部1、支持脚2及び基板の3者の間に空洞を形成する。
Next, using a photoresist method and a selective dry etching method, the fifth insulating film 21 and the fourth insulating film 17 between the two infrared absorbing films 22 constituting the mutually adjacent pixels are processed, By forming the slit-like opening 23 having a width of about 1 μm, the second polyimide sacrificial layer 16 is formed.
Expose the surface. Finally, by the ashing process,
The second sacrifice layer 16 and the first sacrifice layer 11 are removed, and a cavity is formed between the light receiving unit 1, the support leg 2, and the substrate.

【0041】本実施形態例では、ボロメータ25は、高
抵抗化するためにつづら状に蛇行しているが、そのつづ
ら状のライン間隔は0.6μmと狭いため、ボロメータ
25が受光部面のほとんどを占めている。このため、ボ
ロメータ25は、波長10μm帯近傍の赤外線を充分に
反射し、窒化チタン赤外線吸収層22との間で赤外線を
吸収するキャビティ(共振器)を構成し、75%の赤外
線吸収率の受光部を形成できる。脚部メタル14は、チ
タン以外の低い熱伝導率を有する金属でもよい。
In this embodiment, the bolometer 25 is meandering in a serpentine shape in order to increase the resistance. However, the spacing between the serrated lines is as small as 0.6 μm. Occupy. For this reason, the bolometer 25 constitutes a cavity (resonator) that sufficiently reflects infrared rays in the vicinity of the 10 μm wavelength band and absorbs infrared rays between the infrared ray absorbing layer 22 and the titanium nitride infrared ray absorbing layer 22. A part can be formed. The leg metal 14 may be a metal having a low thermal conductivity other than titanium.

【0042】第2の実施形態例においては、図3(b)
に示すように、各画素の2本の支持脚2をミラー対称
(線対称)に配置し、支持脚2の受光部1側の先端部分
を互いに接近させている。しかし、この例に限らず、例
えば、第1の実施形態例のように非対称に配置してもよ
い。
In the second embodiment, FIG.
As shown in (2), the two support legs 2 of each pixel are arranged in mirror symmetry (line symmetry), and the end portions of the support legs 2 on the light receiving unit 1 side are brought close to each other. However, the arrangement is not limited to this example. For example, they may be arranged asymmetrically as in the first embodiment.

【0043】また、つづら状のボロメータ25が脚部メ
タルと同じ材質のチタンから成る例を示したが、このつ
づら状の部分は脚部メタルと異なる材料から形成しても
よい。
Also, the example in which the wedge-shaped bolometer 25 is made of titanium of the same material as the leg metal has been described. However, the wedge-shaped portion may be formed of a material different from that of the leg metal.

【0044】図5(a)は、本発明の第3の実施形態例
の熱型赤外線センサの平面図である。本実施形態例は、
支持脚2の形状が、直線状ではなく基板面に平行な平面
内で折れ曲がりを有する点において、第2の実施形態例
の支持脚の形状と異なる。このような構成を採用して
も、脚部2は平均してほぼ直線状に延長されており、第
2の実施形態例とほぼ同様な効果が得られる。
FIG. 5A is a plan view of a thermal infrared sensor according to the third embodiment of the present invention. In this embodiment,
The shape of the support leg 2 differs from the shape of the support leg of the second embodiment in that the shape of the support leg 2 is not linear but bent in a plane parallel to the substrate surface. Even if such a configuration is adopted, the leg portion 2 is extended substantially linearly on average, and substantially the same effect as in the second embodiment can be obtained.

【0045】図5(b)は、本発明の第4の実施形態例
の熱型赤外線センサを示す。支持脚2が、対応する受光
部の直下部のみに配設され、且つ、直線状ではなく基板
面に平行な平面内で折れ曲がりを有する点において先の
実施形態例とは異なる。この構成により、支持脚2をコ
ンパクトに配設しながらも、受光部2が、必要とする熱
分離を実現できる充分な長さを有するので、例えば第2
の実施形態例とほぼ同様な効果が得られる。
FIG. 5B shows a thermal infrared sensor according to a fourth embodiment of the present invention. The second embodiment is different from the first embodiment in that the support legs 2 are disposed only directly below the corresponding light receiving units and have a bend not in a straight line but in a plane parallel to the substrate surface. With this configuration, the light receiving section 2 has a sufficient length to realize the required heat separation while the support legs 2 are arranged compactly.
Almost the same effects as those of the embodiment can be obtained.

【0046】第4の実施形態例における支持脚2は、第
3の実施形態例と同様に、支持脚2の延長方向と垂直な
方向の成分を含んでいる。この場合、支持脚の垂直な方
向の長さが長いほど、受光部の水平保持力は小さくなる
ので、受光部の陥没画素数を増加させるおそれがある。
従って、支持脚2の延長方向と垂直な方向の成分は出来
るだけ短くすることが好ましい。
The support leg 2 according to the fourth embodiment includes a component in a direction perpendicular to the extension direction of the support leg 2 as in the third embodiment. In this case, the longer the length of the support leg in the vertical direction is, the smaller the horizontal holding force of the light receiving unit is. Therefore, the number of depressed pixels of the light receiving unit may be increased.
Therefore, it is preferable that the component in the direction perpendicular to the extension direction of the support leg 2 be as short as possible.

【0047】図5(c)は、本発明の第5の実施形態例
の熱型赤外線センサを示す。本実施形態例では、一つの
受光部1から延びる1対の支持脚2、2'が互いに逆方
向に延びており、グランド線等の共通の配線26に各画
素の片側の支持脚2が接続されている。この配置では、
二つの支持脚の基部は、1画素の範囲内には収まらず、
互いに逆方向に延びた支持脚2、2'により、広がった
基部の形で受光部1が支えられ、且つ対称な形で保持で
きる。このため、受光部1がより安定に保持される。
FIG. 5C shows a thermal infrared sensor according to a fifth embodiment of the present invention. In the present embodiment, a pair of support legs 2 and 2 ′ extending from one light receiving unit 1 extend in opposite directions, and one support leg 2 of each pixel is connected to a common wiring 26 such as a ground line. Have been. In this arrangement,
The bases of the two support legs do not fit within one pixel,
The light receiving section 1 is supported in the form of a spread base by the support legs 2 and 2 ′ extending in opposite directions, and can be held in a symmetrical form. Therefore, the light receiving unit 1 is more stably held.

【0048】上記実施形態例では、共通の配線26がグ
ランド線である例を示したが、共通の出力線によって各
画素の片側の支持脚を接続することも可能である。また
上記実施形態例の構成は、熱電材料が電極とは別の材料
から成る第1、第3及び第4の実施形態例に共通して適
用できる。
In the above embodiment, the example in which the common wiring 26 is a ground line has been described. However, it is also possible to connect the support leg on one side of each pixel by a common output line. Further, the configuration of the above-described embodiment can be applied commonly to the first, third, and fourth embodiments in which the thermoelectric material is made of a material different from the electrode.

【0049】従来の50μm角サイズの画素では、受光
部の分解性能は約0.1C程度であり、要求されるコン
トラスト0.2°Cに対して実用的に充分な分解性能が
得られた。しかし、画素サイズが縮小し37μm角サイ
ズになると、従来の50μm角サイズの受光部に比較し
て面積が1/2になり、支持脚の長さが74%と短くな
るので、分解性能が1/3に落ちる。本発明の熱型赤外
線センサを採用し、支持脚を充分に長くとることによ
り、必要な分解性能が得られる。このように、本発明の
赤外線センサは、特に50μm以下のサイズの画素に有
効である。
In a conventional pixel having a size of 50 μm square, the resolution performance of the light receiving portion is about 0.1 C, and practically sufficient resolution performance was obtained for the required contrast of 0.2 ° C. However, when the pixel size is reduced to a size of 37 μm square, the area is halved and the length of the support leg is reduced to 74% as compared with the conventional light receiving unit of 50 μm square size. / 3. By employing the thermal infrared sensor of the present invention and making the supporting legs sufficiently long, the required decomposition performance can be obtained. As described above, the infrared sensor of the present invention is particularly effective for pixels having a size of 50 μm or less.

【0050】以上、本発明をその好適な実施形態例に基
づいて説明したが、本発明の熱型赤外線センサは、上記
実施形態例の構成にのみ限定されるものではなく、上記
実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施したもの
も、本発明の範囲に含まれる。
As described above, the present invention has been described based on the preferred embodiment. However, the thermal infrared sensor of the present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiment, and is not limited thereto. Various modifications and changes from the configuration are also included in the scope of the present invention.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱型赤外
線センサでは、支持脚の構造を改良したことにより、受
光部のフィルファクタが大きくとれると共に支持脚の熱
伝導度を必要なレベルに低く抑えることが出来るので、
高感度で高精細な赤外線センサが得られる効果がある。
As described above, in the thermal infrared sensor of the present invention, by improving the structure of the supporting leg, the fill factor of the light receiving portion can be increased and the thermal conductivity of the supporting leg can be set to a required level. Because it can be kept low,
There is an effect that a highly sensitive and high-definition infrared sensor can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)は本発明の第1の実施形態例の熱型赤外
線センサの模式的斜視図、(b)はその平面図。
FIG. 1A is a schematic perspective view of a thermal infrared sensor according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a plan view thereof.

【図2】(a)〜(d)は夫々、図1の赤外線センサの
工程段階毎の断面図。
FIGS. 2A to 2D are cross-sectional views of the infrared sensor of FIG.

【図3】(a)は本発明の第2の実施形態例の熱型赤外
線センサの模式的斜視図、(b)はその平面図。
FIG. 3A is a schematic perspective view of a thermal infrared sensor according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a plan view thereof.

【図4】(a)〜(c)は夫々、図4の赤外線センサの
工程段階毎の断面図。
4 (a) to 4 (c) are cross-sectional views of the infrared sensor of FIG. 4 in each process step.

【図5】(a)〜(c)は夫々、本発明の第3〜第5の
実施形態例の熱型赤外線センサの平面図
FIGS. 5A to 5C are plan views of thermal infrared sensors according to third to fifth embodiments of the present invention, respectively.

【図6】従来の熱型赤外線センサの模式的斜視図。FIG. 6 is a schematic perspective view of a conventional thermal infrared sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:受光部 1':隣接画素の受光部 2:支持脚 2':隣接画素の支持脚 3:走査回路部分 4:熱電材料 5:メタル電極 6:コンタクト 7:半導体基板 8:走査回路 9:配線 10:層間絶縁膜 11:第1犠牲層 12:第2絶縁膜 13:第1スルーホール 14:14'脚部メタル A. 支持脚の方向 B. 画素のX方向の配列方向 15:第3絶縁膜 16:第2犠牲層 17:第4絶縁膜 18:第2スルーホール 19:酸化バナジウム 20:シリコン酸化膜 19A:ボロメータ 21:第5絶縁膜 22:赤外線吸収膜 23:スリット状開口部 24:空洞 25:チタンボロメータ 26:共通の配線 1: light receiving portion 1 ': light receiving portion of adjacent pixel 2: supporting leg 2': supporting leg of adjacent pixel 3: scanning circuit portion 4: thermoelectric material 5: metal electrode 6: contact 7: semiconductor substrate 8: scanning circuit 9: Wiring 10: Interlayer insulating film 11: First sacrifice layer 12: Second insulating film 13: First through hole 14: 14 'leg metal A. Support leg direction B. Arrangement direction of pixels in the X direction 15: Third insulating film 16: Second sacrificial layer 17: Fourth insulating film 18: Second through hole 19: Vanadium oxide 20: Silicon oxide film 19A: Bolometer 21: Fifth insulating film 22 : Infrared absorbing film 23: Slit opening 24: Cavity 25: Titanium bolometer 26: Common wiring

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G065 AA04 AB02 BA12 BA32 BA34 CA13 4M118 AA01 AA10 AB10 BA05 CA14 CA19 CA35 CB05 GA10  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2G065 AA04 AB02 BA12 BA32 BA34 CA13 4M118 AA01 AA10 AB10 BA05 CA14 CA19 CA35 CB05 GA10

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 相互に離隔して所定のピッチでアレイ状
に配設され、夫々が赤外線を受けて温度上昇する複数の
受光部を有し、該受光部が基板から夫々離隔して支持さ
れる熱型赤外線センサにおいて、 前記各受光部を支える支持脚が、受光部と基板との間に
配設され、且つ、基板面とほぼ平行な方向に延在するこ
とを特徴とする熱型赤外線センサ。
1. A plurality of light receiving portions which are arranged in an array at a predetermined pitch and are spaced apart from each other, each of which has a plurality of light receiving portions which receive infrared rays and rise in temperature, and which are supported separately from the substrate. A thermal infrared sensor, wherein support legs for supporting each of the light receiving portions are disposed between the light receiving portion and the substrate, and extend in a direction substantially parallel to the substrate surface. Sensor.
【請求項2】 前記支持脚に内蔵された配線が、対応す
る前記受光部内に位置するコンタクトを介して該受光部
の熱電材料の電極と電気的に接続されることを特徴とす
る、請求項1に記載の熱型赤外線センサ。
2. The method according to claim 1, wherein the wiring embedded in the supporting leg is electrically connected to an electrode of a thermoelectric material of the light receiving unit via a contact located in the corresponding light receiving unit. 2. The thermal infrared sensor according to 1.
【請求項3】 前記熱電材料の電極が、受光部内にほぼ
一面に展開するボロメータの一部として構成されること
を特徴とする、請求項2に記載の熱型赤外線センサ。
3. The thermal infrared sensor according to claim 2, wherein the electrode made of the thermoelectric material is configured as a part of a bolometer that extends almost entirely in the light receiving section.
【請求項4】 前記支持脚が、対応する受光部に隣接す
る隣接受光部の支持脚と離隔してほぼ平行に直線状に延
在し、且つ、前記所定のピッチを越える長さを有するこ
とを特徴とする、請求項1〜3の何れかに記載の熱型赤
外線センサ。
4. The support leg extends linearly and substantially in parallel with the support leg of an adjacent light receiving unit adjacent to the corresponding light receiving unit, and has a length exceeding the predetermined pitch. The thermal infrared sensor according to claim 1, wherein:
【請求項5】 前記支持脚が、対応する受光部の直下に
配設され、基板面に平行な面内で折り曲げられているこ
とを特徴とする、請求項1〜3の何れかに記載の赤外線
センサ。
5. The device according to claim 1, wherein the support leg is disposed immediately below a corresponding light receiving unit, and is bent in a plane parallel to a substrate surface. Infrared sensor.
【請求項6】 一対の前記支持脚が前記各受光部に対応
して配設され、該一対の支持脚は、対応する受光部から
相互に逆方向に延在することを特徴とする、請求項1〜
3の何れかに記載の赤外線センサ。
6. A pair of support legs are provided corresponding to each of said light receiving portions, and said pair of support legs extend in opposite directions from the corresponding light receiving portion. Item 1
3. The infrared sensor according to any one of 3.
【請求項7】 一対の前記支持脚が前記各受光部に対応
して線対称に配設され、該一対の支持脚は夫々、前記所
定のピッチ以上の長さを有することを特徴とする、請求
項1〜3の何れかに記載の熱型赤外線センサ。
7. A pair of support legs are disposed symmetrically with respect to each of said light receiving portions, and each of said pair of support legs has a length equal to or greater than said predetermined pitch. The thermal infrared sensor according to claim 1.
【請求項8】 画素サイズが約50μm以下であること
を特徴とする、請求項1〜7の何れかに記載の熱型赤外
線センサ。
8. The thermal infrared sensor according to claim 1, wherein the pixel size is about 50 μm or less.
【請求項9】 前記受光部が、実質的に画素サイズと同
等の大きさを有す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。
9. The thermal infrared sensor according to claim 8, wherein the light receiving section has a size substantially equal to a pixel size.
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