JP2001099705A - 熱分離構造を有する熱型赤外線検出器 - Google Patents
熱分離構造を有する熱型赤外線検出器Info
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- G—PHYSICS
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-
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 最適材料を選択することにより、検出器の感
度を向上させる。 【解決手段】 基板１に支持されている受光部であるダ
イアフラム４と、基板１に設けられ画素に対応する読出
回路とからなり、受光部４はボロメータ材料で形成され
る薄膜６と電極とから形成され、電極と読出回路とは、
接続用薄膜１１により電気的に接続され、接続用薄膜１
１はＴｉ合金により形成されている。Ｔｉ合金は、Ｔｉ
Ａｌ６Ｖ４であることが好ましい。受光部４は、基板１
に梁３を介して支持されて基板１との間にエアギャップ
２が形成され、接続用薄膜１１は梁３の中に通されてい
る。Ｔｉ合金の使用により、従来の最高の感度に対して
１．２４倍の感度を得ることができる。
度を向上させる。 【解決手段】 基板１に支持されている受光部であるダ
イアフラム４と、基板１に設けられ画素に対応する読出
回路とからなり、受光部４はボロメータ材料で形成され
る薄膜６と電極とから形成され、電極と読出回路とは、
接続用薄膜１１により電気的に接続され、接続用薄膜１
１はＴｉ合金により形成されている。Ｔｉ合金は、Ｔｉ
Ａｌ６Ｖ４であることが好ましい。受光部４は、基板１
に梁３を介して支持されて基板１との間にエアギャップ
２が形成され、接続用薄膜１１は梁３の中に通されてい
る。Ｔｉ合金の使用により、従来の最高の感度に対して
１．２４倍の感度を得ることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱分離構造を有す
る熱型赤外線検出器に関し、特に、受光部が基板に対し
て梁で支持され受光部と基板との間にエアギャップが設
けられている熱分離構造を有する熱型赤外線検出器に関
する。
る熱型赤外線検出器に関し、特に、受光部が基板に対し
て梁で支持され受光部と基板との間にエアギャップが設
けられている熱分離構造を有する熱型赤外線検出器に関
する。
【０００２】
【従来の技術】赤外線検出装置として、熱分離構造の検
出装置が知られている。図５及び図６は、ウッド：R.A.
Wood，”Monolithic Silicon Microbolometer Array
s”，in”Uncooled Infrared Imaging Arrays and Syst
ems”，Semiconductors and Semimetals， Volume 47，
volume editors P.W.Kruse and D.D.Skatrud，Academic
Press，1997，p103のボロメータ型非冷却赤外センサア
レイの画素の熱分離構造を示している。図６に示される
ように、Ｓｉ基板１０１の中にボロメータ用の読出回路
１０２が形成され、その上面側にエアギャップ１０３を
介して２本の梁１０４（図５）で支持されたダイアフラ
ム１０５が形成されている。梁１０４の構造材料は絶縁
保護膜１０６（窒化シリコン）であり、梁１０４に形成
される配線材料の厚さは５０ｎｍのＮｉＣｒである。受
光部であるダイアフラム１０５は、ボロメータ材料であ
る酸化バナジウム薄膜１０７（２０ｋΩ）と絶縁保護膜
１０６（８００ｎｍ厚の窒化シリコン）で構成されてい
る。
出装置が知られている。図５及び図６は、ウッド：R.A.
Wood，”Monolithic Silicon Microbolometer Array
s”，in”Uncooled Infrared Imaging Arrays and Syst
ems”，Semiconductors and Semimetals， Volume 47，
volume editors P.W.Kruse and D.D.Skatrud，Academic
Press，1997，p103のボロメータ型非冷却赤外センサア
レイの画素の熱分離構造を示している。図６に示される
ように、Ｓｉ基板１０１の中にボロメータ用の読出回路
１０２が形成され、その上面側にエアギャップ１０３を
介して２本の梁１０４（図５）で支持されたダイアフラ
ム１０５が形成されている。梁１０４の構造材料は絶縁
保護膜１０６（窒化シリコン）であり、梁１０４に形成
される配線材料の厚さは５０ｎｍのＮｉＣｒである。受
光部であるダイアフラム１０５は、ボロメータ材料であ
る酸化バナジウム薄膜１０７（２０ｋΩ）と絶縁保護膜
１０６（８００ｎｍ厚の窒化シリコン）で構成されてい
る。
【０００３】読出回路１０２の上面側には、絶縁保護膜
を介して完全反射膜１０８が成膜されている。このよう
な熱分離構造に赤外線１０９がダイアフラム１０５に入
射すると、シリコン窒化膜で吸収され、次に、反射膜１
０８でダイアフラム方向に再度反射されてシリコン窒化
膜に再度吸収される。このようにして赤外線が吸収され
ダイアフラムの温度が変化する。このような変化により
ボロメータ薄膜の抵抗が変わり、読出回路により電圧変
化に変換されて赤外画像が得られる。
を介して完全反射膜１０８が成膜されている。このよう
な熱分離構造に赤外線１０９がダイアフラム１０５に入
射すると、シリコン窒化膜で吸収され、次に、反射膜１
０８でダイアフラム方向に再度反射されてシリコン窒化
膜に再度吸収される。このようにして赤外線が吸収され
ダイアフラムの温度が変化する。このような変化により
ボロメータ薄膜の抵抗が変わり、読出回路により電圧変
化に変換されて赤外画像が得られる。
【０００４】赤外線検出装置として、更に、和田等（H.
Wada et al., SPIE Vol.3224，1997年，p40）のボロメ
ータ型非冷却赤外センサアレイの画素の熱分離構造が、
図７及び図８に示されるように知られている。図７は画
素を示す平面図であり、図８の点列Ａ１−Ａ２−Ａ３−
Ａ４−Ａ５−Ａ６−Ａ７−Ａ８−Ａ９−Ａ１０で示され
る折れ線に沿った断面図である。読出回路付きＳｉ基板
１１１上にエアギャップを介して２本の梁１１２で支持
されたダイアフラム１１３が形成されている。梁１１２
の構造材料は絶縁保護膜１１４（窒化シリコン）で、梁
１１２の配線材料１１５は１００ｎｍ厚のＴｉである。
受光部であるダイアフラム１１３は、ボロメータ材料で
ある酸化バナジウム薄膜１１６（シート抵抗：１０〜３
０ｋΩ／ｓｑ）と絶縁保護膜１１７（４００ｎｍ厚の窒
化シリコン）及び赤外吸収膜１１８（１５ｎｍ厚のＴｉ
Ｎ膜）で形成されている。梁上の配線１１５は、土手部
１１９にあるコンタクト１２０を介して配線プラグ１２
１によりＳｉ基板内の読出回路に接続されている。ま
た、Ｓｉ基板は熱酸化膜を介して反射膜１２２（２０ｎ
ｍ厚のＷＳｉ）と絶縁保護膜１２３が成膜されている。
その反射膜と赤外吸収膜の間の距離は、検出波長の１／
（４ｎ）に調整しており（ｎは実効屈折率）、赤外吸収
膜で反射された赤外線とダイアフラムを透過して反射膜
でダイアフラム方向に反射された赤外線が打ち消し合う
干渉を起こすことにより、検出したい波長の赤外線が赤
外吸収膜に吸収され、ダイアフラムの温度が変化する。
この変化によりボロメータ薄膜の抵抗が変わり、読出回
路で電圧変化に変換される。このようにして赤外画像が
得られる。
Wada et al., SPIE Vol.3224，1997年，p40）のボロメ
ータ型非冷却赤外センサアレイの画素の熱分離構造が、
図７及び図８に示されるように知られている。図７は画
素を示す平面図であり、図８の点列Ａ１−Ａ２−Ａ３−
Ａ４−Ａ５−Ａ６−Ａ７−Ａ８−Ａ９−Ａ１０で示され
る折れ線に沿った断面図である。読出回路付きＳｉ基板
１１１上にエアギャップを介して２本の梁１１２で支持
されたダイアフラム１１３が形成されている。梁１１２
の構造材料は絶縁保護膜１１４（窒化シリコン）で、梁
１１２の配線材料１１５は１００ｎｍ厚のＴｉである。
受光部であるダイアフラム１１３は、ボロメータ材料で
ある酸化バナジウム薄膜１１６（シート抵抗：１０〜３
０ｋΩ／ｓｑ）と絶縁保護膜１１７（４００ｎｍ厚の窒
化シリコン）及び赤外吸収膜１１８（１５ｎｍ厚のＴｉ
Ｎ膜）で形成されている。梁上の配線１１５は、土手部
１１９にあるコンタクト１２０を介して配線プラグ１２
１によりＳｉ基板内の読出回路に接続されている。ま
た、Ｓｉ基板は熱酸化膜を介して反射膜１２２（２０ｎ
ｍ厚のＷＳｉ）と絶縁保護膜１２３が成膜されている。
その反射膜と赤外吸収膜の間の距離は、検出波長の１／
（４ｎ）に調整しており（ｎは実効屈折率）、赤外吸収
膜で反射された赤外線とダイアフラムを透過して反射膜
でダイアフラム方向に反射された赤外線が打ち消し合う
干渉を起こすことにより、検出したい波長の赤外線が赤
外吸収膜に吸収され、ダイアフラムの温度が変化する。
この変化によりボロメータ薄膜の抵抗が変わり、読出回
路で電圧変化に変換される。このようにして赤外画像が
得られる。
【０００５】赤外線検出装置として、更に、カニンガム
等（Cunningham et al.，US Patent5,688,699）のマイ
クロボロメータアレイの画素の熱分離構造が図９に示さ
れるように知られている。同図で、Ｓｉ基板１３０上に
エピ層１３１を成長させ、同エピ層１３１中にボロメー
タ用の読出回路が形成され、その上にエアギャップを介
して２本の梁１３２，１３２’で支持されたダイアフラ
ム１３３が設けられている。梁１３２の構造材料は窒化
シリコン１３４で、その梁上の配線１３５の１０ｎｍ厚
のＣｒと２０ｎｍ厚のＮｉから成る。受光部であるダイ
アフラム１３３は、ボロメータ材料である酸化バナジウ
ム薄膜１３６（シート抵抗：１５〜３０ｋΩ）と絶縁保
護膜１３７（１００ｎｍ厚の窒化シリコン）及び赤外吸
収膜（１０ｎｍ厚の金薄膜）で形成されている。図中、
吸収膜は示されていない。ボロメ−タ材料と配線材料
は、ボロメ−タ材料のコンタクト部１３８ａ，１３８ｂ
で電気的に接続され、配線材料とエピ層中の読出回路と
はコンタクト１３９で電気的に接続されている。また、
エピ層１３１はＳｉＯ２絶縁保護膜１４０で覆われ、更
に、反射膜（５ｎｍ厚のＣｒ５０ｎｍ厚のＰｔ）が成膜
されている。ここで、同図中、その反射膜は示されてい
ない。反射膜と赤外吸収膜の間の距離は、検出波長の１
／４ｎに調整されており（ｎ：実効屈折率）、赤外吸収
膜で反射された赤外線とダイアフラムを透過してその反
射膜でダイアフラム方向に反射された赤外線が打ち消し
合う干渉を起こすことにより、赤外吸収膜に検出したい
波長の赤外線が吸収され、ダイアフラムの温度が変化す
る。この変化により、ボロメータ薄膜の抵抗が変わり、
読出回路により電圧変化に変換される。このようにして
赤外画像が得られる。
等（Cunningham et al.，US Patent5,688,699）のマイ
クロボロメータアレイの画素の熱分離構造が図９に示さ
れるように知られている。同図で、Ｓｉ基板１３０上に
エピ層１３１を成長させ、同エピ層１３１中にボロメー
タ用の読出回路が形成され、その上にエアギャップを介
して２本の梁１３２，１３２’で支持されたダイアフラ
ム１３３が設けられている。梁１３２の構造材料は窒化
シリコン１３４で、その梁上の配線１３５の１０ｎｍ厚
のＣｒと２０ｎｍ厚のＮｉから成る。受光部であるダイ
アフラム１３３は、ボロメータ材料である酸化バナジウ
ム薄膜１３６（シート抵抗：１５〜３０ｋΩ）と絶縁保
護膜１３７（１００ｎｍ厚の窒化シリコン）及び赤外吸
収膜（１０ｎｍ厚の金薄膜）で形成されている。図中、
吸収膜は示されていない。ボロメ−タ材料と配線材料
は、ボロメ−タ材料のコンタクト部１３８ａ，１３８ｂ
で電気的に接続され、配線材料とエピ層中の読出回路と
はコンタクト１３９で電気的に接続されている。また、
エピ層１３１はＳｉＯ２絶縁保護膜１４０で覆われ、更
に、反射膜（５ｎｍ厚のＣｒ５０ｎｍ厚のＰｔ）が成膜
されている。ここで、同図中、その反射膜は示されてい
ない。反射膜と赤外吸収膜の間の距離は、検出波長の１
／４ｎに調整されており（ｎ：実効屈折率）、赤外吸収
膜で反射された赤外線とダイアフラムを透過してその反
射膜でダイアフラム方向に反射された赤外線が打ち消し
合う干渉を起こすことにより、赤外吸収膜に検出したい
波長の赤外線が吸収され、ダイアフラムの温度が変化す
る。この変化により、ボロメータ薄膜の抵抗が変わり、
読出回路により電圧変化に変換される。このようにして
赤外画像が得られる。
【０００６】赤外線検出装置として、更に、ハンソン等
（Hanson et al.，SPIE vol.3379，1998年，p60）の焦
電型アレイの画素の熱分離構造が図１０及び図１１に示
されるように知られている。読出回路付きＳｉ基板１５
０上にエアギャップを介して２本の梁１５１で支持され
たダイアフラム１５２がある。ダイアフラム１５２は、
Ｐｔ／Ｔｉの下部電極１５３、電極１５３上の（Ｐｂ，
Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ)Ｏ３焦電体薄膜１５４（厚さ２５
０〜３５０ｎｍ）及び上部電極１５５（ニクロム薄膜）
から成る。２本の梁１５１の一方は、下部電極１５３と
焦電体薄膜１５４から成り、他方の梁１５１は焦電体薄
膜１５４と上部電極１５５から成る。このような公知の
熱分離構造の熱伝導は下部電極材料のＰｔで決まってい
る。上部電極と下部電極は、コンタクト１５６を介して
Ｓｉ基板内の読出回路に接続されている。ダイアフラム
に入射する赤外線は、上部電極と下部電極間が打ち消し
合う干渉により、特定の波長の赤外線が上部電極に吸収
され、ダイアフラムの温度が変化する。この変化により
焦電体薄膜の表面電荷量が変わり、読出回路により電圧
変化に変換される。このようにして赤外画像が得られ
る。
（Hanson et al.，SPIE vol.3379，1998年，p60）の焦
電型アレイの画素の熱分離構造が図１０及び図１１に示
されるように知られている。読出回路付きＳｉ基板１５
０上にエアギャップを介して２本の梁１５１で支持され
たダイアフラム１５２がある。ダイアフラム１５２は、
Ｐｔ／Ｔｉの下部電極１５３、電極１５３上の（Ｐｂ，
Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ)Ｏ３焦電体薄膜１５４（厚さ２５
０〜３５０ｎｍ）及び上部電極１５５（ニクロム薄膜）
から成る。２本の梁１５１の一方は、下部電極１５３と
焦電体薄膜１５４から成り、他方の梁１５１は焦電体薄
膜１５４と上部電極１５５から成る。このような公知の
熱分離構造の熱伝導は下部電極材料のＰｔで決まってい
る。上部電極と下部電極は、コンタクト１５６を介して
Ｓｉ基板内の読出回路に接続されている。ダイアフラム
に入射する赤外線は、上部電極と下部電極間が打ち消し
合う干渉により、特定の波長の赤外線が上部電極に吸収
され、ダイアフラムの温度が変化する。この変化により
焦電体薄膜の表面電荷量が変わり、読出回路により電圧
変化に変換される。このようにして赤外画像が得られ
る。
【０００７】このような公知技術である熱型赤外センサ
の感度がフィルファクタ（受光部であるダイアフラムが
画素を占める割合）に比例することを念頭に置くと、公
知技術の問題点として、図７と図８に示す従来例におい
ては、信号線等の配線が土手部１１９を走っているため
に、受光部であるダイアフラムのフィルファクタを大き
くすることができないということが挙げられる。従っ
て、これらの配線は、検出器の感度を向上させるため
に、ダイアフラムの下に配置されることが望まれる。
の感度がフィルファクタ（受光部であるダイアフラムが
画素を占める割合）に比例することを念頭に置くと、公
知技術の問題点として、図７と図８に示す従来例におい
ては、信号線等の配線が土手部１１９を走っているため
に、受光部であるダイアフラムのフィルファクタを大き
くすることができないということが挙げられる。従っ
て、これらの配線は、検出器の感度を向上させるため
に、ダイアフラムの下に配置されることが望まれる。
【０００８】また、このような公知技術である熱型赤外
センサの感度が、熱分離構造の熱コンダクタンスに反比
例するということを念頭に置くと（後述）、その公知技
術の問題点が次に明らかにされる。４つの既述の例に用
いられている梁の配線材料と構造材料は、図５，６では
５０ｎｍ厚ＮｉＣｒ８００ｎｍ厚の窒化シリコン膜、図
７，８では１００ｎｍ厚のＴｉ及び窒化シリコンと酸化
シリコンの複合膜（厚さ約６００ｎｍ）、図９では１０
ｎｍ厚のＣｒと２０ｎｍ厚のＮｉの層構造配線及び窒化
シリコン膜、図１０，１１では一方の梁はＴｉ薄膜と３
０〜６０ｎｍのＰｔ膜及び強誘電体膜から成り、他方の
梁はＮｉＣｒ薄膜及び強誘電体薄膜から成る。図１０，
１１の場合、熱コンダクタンスはＰｔ薄膜で決まってし
まっている。
センサの感度が、熱分離構造の熱コンダクタンスに反比
例するということを念頭に置くと（後述）、その公知技
術の問題点が次に明らかにされる。４つの既述の例に用
いられている梁の配線材料と構造材料は、図５，６では
５０ｎｍ厚ＮｉＣｒ８００ｎｍ厚の窒化シリコン膜、図
７，８では１００ｎｍ厚のＴｉ及び窒化シリコンと酸化
シリコンの複合膜（厚さ約６００ｎｍ）、図９では１０
ｎｍ厚のＣｒと２０ｎｍ厚のＮｉの層構造配線及び窒化
シリコン膜、図１０，１１では一方の梁はＴｉ薄膜と３
０〜６０ｎｍのＰｔ膜及び強誘電体膜から成り、他方の
梁はＮｉＣｒ薄膜及び強誘電体薄膜から成る。図１０，
１１の場合、熱コンダクタンスはＰｔ薄膜で決まってし
まっている。
【０００９】配線材料は、検出器の感度を向上させるた
めに、最適のものが選択されることが望まれる。
めに、最適のものが選択されることが望まれる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、配線
をダイアフラムの下に配置させることによりフィルファ
クタを増加させることができる熱分離構造を有する熱型
赤外線検出器を提供することにある。また、本発明の他
の課題は、最適な配線材料を選択することにより、検出
器の感度を向上させることができる熱分離構造を有する
熱型赤外線検出器を提供することにある。
をダイアフラムの下に配置させることによりフィルファ
クタを増加させることができる熱分離構造を有する熱型
赤外線検出器を提供することにある。また、本発明の他
の課題は、最適な配線材料を選択することにより、検出
器の感度を向上させることができる熱分離構造を有する
熱型赤外線検出器を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】その課題を解決するため
の手段が、下記のように表現される。その表現中の請求
項対応の技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号
等が添記されている。その番号、記号等は、請求項対応
の技術的事項と実施の複数・形態のうちの少なくとも１
つの形態の技術的事項との一致・対応関係を明白にして
いるが、その請求項対応の技術的事項が実施の形態の技
術的事項に限定されることを示すためのものではない。
の手段が、下記のように表現される。その表現中の請求
項対応の技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号
等が添記されている。その番号、記号等は、請求項対応
の技術的事項と実施の複数・形態のうちの少なくとも１
つの形態の技術的事項との一致・対応関係を明白にして
いるが、その請求項対応の技術的事項が実施の形態の技
術的事項に限定されることを示すためのものではない。
【００１２】本発明による熱分離構造を有する熱型赤外
線検出器は、基板（１）と梁（３）により基板に支持さ
れている受光部（４または１０）と、基板（１）に設け
られ画素に対応する読出回路のセルまたは画素（１６）
から成り、受光部（４）はボロメ−タ材料薄膜（６）と
電極およびそれらを取り囲む保護膜（５），（７），
（８），（９）から形成され、梁（３）は接続用薄膜と
それを取り囲む保護膜（５），（９）から構成されてい
る。
線検出器は、基板（１）と梁（３）により基板に支持さ
れている受光部（４または１０）と、基板（１）に設け
られ画素に対応する読出回路のセルまたは画素（１６）
から成り、受光部（４）はボロメ−タ材料薄膜（６）と
電極およびそれらを取り囲む保護膜（５），（７），
（８），（９）から形成され、梁（３）は接続用薄膜と
それを取り囲む保護膜（５），（９）から構成されてい
る。
【００１３】受光部の電極と読出回路のセルとは接続用
薄膜つまり配線材料薄膜（１１），コンタクトパッド
（１３），タングステンの配線プラグ（１４）を介し
て、読出回路のセル（１６）のトランジスタのドレイン
またはコレクタ（１７）と信号線（１８）に電気的に接
続されている。
薄膜つまり配線材料薄膜（１１），コンタクトパッド
（１３），タングステンの配線プラグ（１４）を介し
て、読出回路のセル（１６）のトランジスタのドレイン
またはコレクタ（１７）と信号線（１８）に電気的に接
続されている。
【００１４】ゲ−トまたはベ−ス（１９）はリンを拡散
した多結晶シリコン配線でシフトレジスタ又はデコ−ダ
に接続され、ソ−スまたはエミッタ（２０）はセルの大
部分を占めるグラウンド配線ＧＮＤにつながっている。
尚、図１５には本来３×３の配置を描くべきであるが、
図が見にくくなるので対角のセルだけを表示した。この
ように配線を受光部直下に配置することにより、フィル
ファクタを従来例より増加させることができる。
した多結晶シリコン配線でシフトレジスタ又はデコ−ダ
に接続され、ソ−スまたはエミッタ（２０）はセルの大
部分を占めるグラウンド配線ＧＮＤにつながっている。
尚、図１５には本来３×３の配置を描くべきであるが、
図が見にくくなるので対角のセルだけを表示した。この
ように配線を受光部直下に配置することにより、フィル
ファクタを従来例より増加させることができる。
【００１５】更に本発明による熱分離構造を有する熱型
赤外線検出器においては、セルＣ１の受光部からの梁
（３）の配線とドレインまたはコレクタのコンタクトパ
ッドＤ１とセルＣ１と対角に隣接するセルＣ２の受光部
からの梁の配線と信号線のコンタクトパッドＳＩＧ２と
は電気的に絶縁されているが、構造的には保護膜で一体
化され、且つ、セルＣ１の受光部からの梁３の配線と信
号線のコンタクトパッドＳＩＧ１とセルＣ１とは上述と
逆方向の対角に隣接するセルＣ３の受光部からの梁の配
線とドレインまたはコレクタのコンタクトパッドＤ３と
は電気的に絶縁されているが、構造的には保護膜で一体
化されている。
赤外線検出器においては、セルＣ１の受光部からの梁
（３）の配線とドレインまたはコレクタのコンタクトパ
ッドＤ１とセルＣ１と対角に隣接するセルＣ２の受光部
からの梁の配線と信号線のコンタクトパッドＳＩＧ２と
は電気的に絶縁されているが、構造的には保護膜で一体
化され、且つ、セルＣ１の受光部からの梁３の配線と信
号線のコンタクトパッドＳＩＧ１とセルＣ１とは上述と
逆方向の対角に隣接するセルＣ３の受光部からの梁の配
線とドレインまたはコレクタのコンタクトパッドＤ３と
は電気的に絶縁されているが、構造的には保護膜で一体
化されている。
【００１６】このように対角に隣接するセル内のコンタ
クトパッド同士を、電気的に絶縁し且つ機械的に一体化
することにより、パッド間の隙間を極力小さくしてフィ
ルファクタを更に増加させると共に、パッドの一体化に
より梁と基板間の密着強度を増加させることができる。
以上のような構造を採ることにより、フィルファクタの
増大による検出器の感度向上および熱分離構造、特に梁
とＳｉ基板との密着力の向上を達成することができる。
クトパッド同士を、電気的に絶縁し且つ機械的に一体化
することにより、パッド間の隙間を極力小さくしてフィ
ルファクタを更に増加させると共に、パッドの一体化に
より梁と基板間の密着強度を増加させることができる。
以上のような構造を採ることにより、フィルファクタの
増大による検出器の感度向上および熱分離構造、特に梁
とＳｉ基板との密着力の向上を達成することができる。
【００１７】本発明による熱分離構造を有する熱型赤外
線検出器において、基板（１）上に読出回路を形成する
と凹凸が発生して赤外線反射膜（１５）が乱反射を発生
させることがある。そこで、凹部を例えばＡｌで埋め、
更に保護膜ＳｉＯ2もしくはボロンやリンをド−プした
ＳｉＯ２もしくは多結晶シリコンを約１μm程度成膜
し、その後ケモ・メカニカル研磨することにより読出回
路付き基板（１）を平坦化させている。その上に赤外線
反射膜（１５）を成膜すると、受光部（４）を一度通り
抜けた赤外線が、乱反射もなく受光部に再入射すること
になり、二度受光部に吸収され、感度を向上させること
ができる。
線検出器において、基板（１）上に読出回路を形成する
と凹凸が発生して赤外線反射膜（１５）が乱反射を発生
させることがある。そこで、凹部を例えばＡｌで埋め、
更に保護膜ＳｉＯ2もしくはボロンやリンをド−プした
ＳｉＯ２もしくは多結晶シリコンを約１μm程度成膜
し、その後ケモ・メカニカル研磨することにより読出回
路付き基板（１）を平坦化させている。その上に赤外線
反射膜（１５）を成膜すると、受光部（４）を一度通り
抜けた赤外線が、乱反射もなく受光部に再入射すること
になり、二度受光部に吸収され、感度を向上させること
ができる。
【００１８】また、本発明による熱分離構造を有する熱
型赤外線検出器は、基板（１）と、基板に支持されてい
る受光部（４又は１０）と、基板（１）に設けられ画素
に対応する読出回路とからなり、受光部（４）はボロメ
ータ材料で形成される薄膜（６）と電極とから形成さ
れ、電極と読出回路とは、配線用薄膜（１１）により電
気的に接続され、配線用薄膜（１１）はＴｉ合金により
形成されている。Ｔｉ合金は、ＴｉＡｌ６Ｖ４であるこ
とが好ましい。
型赤外線検出器は、基板（１）と、基板に支持されてい
る受光部（４又は１０）と、基板（１）に設けられ画素
に対応する読出回路とからなり、受光部（４）はボロメ
ータ材料で形成される薄膜（６）と電極とから形成さ
れ、電極と読出回路とは、配線用薄膜（１１）により電
気的に接続され、配線用薄膜（１１）はＴｉ合金により
形成されている。Ｔｉ合金は、ＴｉＡｌ６Ｖ４であるこ
とが好ましい。
【００１９】受光部（４）は、基板（１）に梁（３）を
介して支持されて基板（１）との間にエアギャップ
（２）が形成され、配線用薄膜（１１）は梁（３）の中
に通されている。薄膜（６）と電極は絶縁保護膜で囲ま
れている。
介して支持されて基板（１）との間にエアギャップ
（２）が形成され、配線用薄膜（１１）は梁（３）の中
に通されている。薄膜（６）と電極は絶縁保護膜で囲ま
れている。
【００２０】本発明による熱分離構造を有する熱型赤外
線検出器は、基板（１）と、基板（１）に支持されてい
る受光部（４）と、基板（１）に設けられ画素に対応す
る読出回路とからなり、受光部（４）は、下部電極（２
１）と強誘電体材料薄膜（２２）と上部電極（２３）を
備え、両電極（２１，２３）のいずれかと読出回路と
は、接続用薄膜（１２）により電気的に接続され、接続
用薄膜（１２）はＴｉ合金により形成されている。受光
部（４）は、基板（１）に梁（３）を介して支持されて
基板（１）との間にエアギャップ（２）が形成され、接
続用薄膜（１２）は梁（３）の中に通されている。
線検出器は、基板（１）と、基板（１）に支持されてい
る受光部（４）と、基板（１）に設けられ画素に対応す
る読出回路とからなり、受光部（４）は、下部電極（２
１）と強誘電体材料薄膜（２２）と上部電極（２３）を
備え、両電極（２１，２３）のいずれかと読出回路と
は、接続用薄膜（１２）により電気的に接続され、接続
用薄膜（１２）はＴｉ合金により形成されている。受光
部（４）は、基板（１）に梁（３）を介して支持されて
基板（１）との間にエアギャップ（２）が形成され、接
続用薄膜（１２）は梁（３）の中に通されている。
【００２１】図１２の表１に、従来の配線材料と構造材
料および本発明で用いる配線材料の熱伝導率が示され、
図１３の表２には特定の熱分離構造つまり特定の寸法の
梁に対する熱コンダクタンスの計算値と赤外センサの相
対感度が示されている。同表から、公知技術が用いてい
る配線材料は、最適ではないことが分かる。これに対し
て、Ｔｉ合金は、公知技術が使用するどの材料よりも優
れていることが分かる。特に、ＴｉＡｌ６Ｖ４が最高に
優れている。
料および本発明で用いる配線材料の熱伝導率が示され、
図１３の表２には特定の熱分離構造つまり特定の寸法の
梁に対する熱コンダクタンスの計算値と赤外センサの相
対感度が示されている。同表から、公知技術が用いてい
る配線材料は、最適ではないことが分かる。これに対し
て、Ｔｉ合金は、公知技術が使用するどの材料よりも優
れていることが分かる。特に、ＴｉＡｌ６Ｖ４が最高に
優れている。
【００２２】ダイアフラム（受光部）４に入射する赤外
線は、絶縁保護膜で吸収される。加えて反射膜でダイア
フラム方向に反射された赤外線が、絶縁保護膜に再度吸
収され、ダイアフラムの温度が変化する。この変化によ
りボロメータ薄膜の抵抗が変わり、読出回路により電圧
変化に変換されて赤外画像が得られる。このようにして
赤外線の輻射量を電気信号に変換することができる。
線は、絶縁保護膜で吸収される。加えて反射膜でダイア
フラム方向に反射された赤外線が、絶縁保護膜に再度吸
収され、ダイアフラムの温度が変化する。この変化によ
りボロメータ薄膜の抵抗が変わり、読出回路により電圧
変化に変換されて赤外画像が得られる。このようにして
赤外線の輻射量を電気信号に変換することができる。
【００２３】ボロメーター材料薄膜を用いた熱型赤外セ
ンサのレスポンシビティＲＶ（ｂｏｌ）は、直流レスポ
ンシビティをＲＶ（ｂｏｌ、ボロメーター材料の抵抗温
度係数をα、赤外吸収率をη、バイアス電圧をＶＢ、熱
分離構造の熱コンダクタンスをＧｔｈ、ｆはチョッピン
グ周波数、τＴを熱時定数とすると、次式で表される。
ンサのレスポンシビティＲＶ（ｂｏｌ）は、直流レスポ
ンシビティをＲＶ（ｂｏｌ、ボロメーター材料の抵抗温
度係数をα、赤外吸収率をη、バイアス電圧をＶＢ、熱
分離構造の熱コンダクタンスをＧｔｈ、ｆはチョッピン
グ周波数、τＴを熱時定数とすると、次式で表される。
【数１】
【００２４】このようにボロメ−タ型赤外センサのレス
ポンシビティは熱コンダクタンスに反比例する。従っ
て、熱コンダクタンスの低減により熱型赤外センサのレ
スポンシビティを高めることができる。
ポンシビティは熱コンダクタンスに反比例する。従っ
て、熱コンダクタンスの低減により熱型赤外センサのレ
スポンシビティを高めることができる。
【００２５】強誘電体型赤外センサアレイの場合、ダイ
アフラムに入射する赤外線は、上部電極と下部電極の間
で打ち消し合う干渉により、特定の波長の赤外線が上部
電極に吸収され、ダイアフラムの温度が変化する。この
変化により強誘電体薄膜の表面電荷量が変わり、読出回
路により電圧変化に変換される。このようにして赤外線
の輻射量を電気信号に変換することができる。強誘電体
薄膜を用いた焦電型赤外センサの直流レスポンシビティ
ＲＶ０（ｆｅｒｒｏ）は、実効焦電係数をγ、強誘電体
薄膜の厚さをｄ、同薄膜の誘電率をε、赤外吸収率を
η、熱分離構造の熱コンダクタンスをＧｔｈとすると、
次式で表される。
アフラムに入射する赤外線は、上部電極と下部電極の間
で打ち消し合う干渉により、特定の波長の赤外線が上部
電極に吸収され、ダイアフラムの温度が変化する。この
変化により強誘電体薄膜の表面電荷量が変わり、読出回
路により電圧変化に変換される。このようにして赤外線
の輻射量を電気信号に変換することができる。強誘電体
薄膜を用いた焦電型赤外センサの直流レスポンシビティ
ＲＶ０（ｆｅｒｒｏ）は、実効焦電係数をγ、強誘電体
薄膜の厚さをｄ、同薄膜の誘電率をε、赤外吸収率を
η、熱分離構造の熱コンダクタンスをＧｔｈとすると、
次式で表される。
【００２６】
【数２】 このように焦電型赤外センサのレスポンシビティも熱コ
ンダクタンスに反比例する。従って、熱コンダクタンス
の低減により焦電型赤外センサのレスポンシビティを高
めることができる。
ンダクタンスに反比例する。従って、熱コンダクタンス
の低減により焦電型赤外センサのレスポンシビティを高
めることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】図に一致対応して、本発明による
熱分離構造を有する熱型赤外線検出器の第１の実施の形
態では、画素構造（受光部）１０は、図１，２に示され
るように、ボロメーター型赤外線センサアレイが設けら
れている。読出回路付きＳｉ基板１上に、エアギャップ
２を介して２本の梁３でダイアフラム４が支持されてい
る。ダイアフラム４は、３００ｎｍ厚のＳｉＮ絶縁保護
膜５と、ＳｉＮ絶縁保護膜５上の１６０ｎｍのＶＯｘボ
ロメーター材料薄膜６と、ボロメーター材料薄膜６上の
３００ｎｍ厚のＳｉＮ絶縁保護膜７／５８ｎｍ厚のＳｉ
Ｏ絶縁保護膜８とで構成されている。
熱分離構造を有する熱型赤外線検出器の第１の実施の形
態では、画素構造（受光部）１０は、図１，２に示され
るように、ボロメーター型赤外線センサアレイが設けら
れている。読出回路付きＳｉ基板１上に、エアギャップ
２を介して２本の梁３でダイアフラム４が支持されてい
る。ダイアフラム４は、３００ｎｍ厚のＳｉＮ絶縁保護
膜５と、ＳｉＮ絶縁保護膜５上の１６０ｎｍのＶＯｘボ
ロメーター材料薄膜６と、ボロメーター材料薄膜６上の
３００ｎｍ厚のＳｉＮ絶縁保護膜７／５８ｎｍ厚のＳｉ
Ｏ絶縁保護膜８とで構成されている。
【００２８】２本の梁３には、絶縁保護膜５，７（合計
厚６００ｎｍの窒化シリコン）と他の絶縁保護膜９で取
り囲まれたＴｉ合金（例、ＴｉＡｌ６Ｖ４、厚さ１００
ｎｍ）の配線１１が通っている。ダイアフラム４の内側
のボロメーター材料薄膜６は、Ｔｉのコンタクト１３と
タングステンの配線プラグ１４とにより、Ｓｉ基板内の
読出回路に電気的に接続されている。
厚６００ｎｍの窒化シリコン）と他の絶縁保護膜９で取
り囲まれたＴｉ合金（例、ＴｉＡｌ６Ｖ４、厚さ１００
ｎｍ）の配線１１が通っている。ダイアフラム４の内側
のボロメーター材料薄膜６は、Ｔｉのコンタクト１３と
タングステンの配線プラグ１４とにより、Ｓｉ基板内の
読出回路に電気的に接続されている。
【００２９】読出回路付きＳｉ基板１の上面側には２０
０ｎｍ厚のＴｉの赤外線反射膜１５が成膜されている。
赤外線がダイアフラム４に入射すると、シリコン窒化膜
で吸収され、更にダイアフラム４に向かう方向に赤外線
反射膜１５で反射された赤外線は、窒化シリコン膜５、
７、９に再度吸収される。赤外線反射膜１５と窒化シリ
コン膜５の間の距離を１．５μmとした。
０ｎｍ厚のＴｉの赤外線反射膜１５が成膜されている。
赤外線がダイアフラム４に入射すると、シリコン窒化膜
で吸収され、更にダイアフラム４に向かう方向に赤外線
反射膜１５で反射された赤外線は、窒化シリコン膜５、
７、９に再度吸収される。赤外線反射膜１５と窒化シリ
コン膜５の間の距離を１．５μmとした。
【００３０】この実施の形態の画素サイズは３７μm角
であり、梁３の構成物である窒化シリコン絶縁保護膜
５，７，９の長さ，幅は、それぞれに２９μm、１．８
μmであり、その厚さは計０．６μmであり、ＴｉＡｌ６
Ｖ４合金の配線１１の長さ、幅、厚さは、それぞれに２
９μm、１μm、０．１μmである。この場合、図１の熱
分離構造の熱コンダクタンスは、０．１μＷ／Ｋとなり
（図１３の表２参照）、従来例で最も良い値（ＮｉＣｒ
の０．１２６）の８１％となり、レスポンシビティ（感
度）は１．２４倍改善される。
であり、梁３の構成物である窒化シリコン絶縁保護膜
５，７，９の長さ，幅は、それぞれに２９μm、１．８
μmであり、その厚さは計０．６μmであり、ＴｉＡｌ６
Ｖ４合金の配線１１の長さ、幅、厚さは、それぞれに２
９μm、１μm、０．１μmである。この場合、図１の熱
分離構造の熱コンダクタンスは、０．１μＷ／Ｋとなり
（図１３の表２参照）、従来例で最も良い値（ＮｉＣｒ
の０．１２６）の８１％となり、レスポンシビティ（感
度）は１．２４倍改善される。
【００３１】表２には、配線材料としてＴｉＡｌ６Ｖ４
以外のＴｉ合金を用いた場合の熱コンダクタンスと相対
感度を示してある。同表からこれらのＴｉ合金を用いた
方が従来例の中で最良のＮｉＣｒより良い感度が得られ
ることが分かる。
以外のＴｉ合金を用いた場合の熱コンダクタンスと相対
感度を示してある。同表からこれらのＴｉ合金を用いた
方が従来例の中で最良のＮｉＣｒより良い感度が得られ
ることが分かる。
【００３２】この実施の形態では、ＶＯｘのボロメータ
ー材料薄膜が用いられているが、実効的な抵抗温度係数
を有するものであれば、他の材料に変更することができ
る。同様に梁の配線材料に関しても、実施例ではＴｉ合
金としてＴｉＡｌ６Ｖ４を用いたが、図１４の表３に載
っている他のＴｉ合金であっても、従来例の中で最も感
度が良いＮｉＣｒより高いレスポンシビティが得られ
る。
ー材料薄膜が用いられているが、実効的な抵抗温度係数
を有するものであれば、他の材料に変更することができ
る。同様に梁の配線材料に関しても、実施例ではＴｉ合
金としてＴｉＡｌ６Ｖ４を用いたが、図１４の表３に載
っている他のＴｉ合金であっても、従来例の中で最も感
度が良いＮｉＣｒより高いレスポンシビティが得られ
る。
【００３３】図３，４は、本発明による熱分離構造を有
する熱型赤外線検出器の第２の実施の形態を示してい
る。強誘電体型赤外センサアレイの画素構造は、図３，
４に示されるように、読出回路付きＳｉ基板１の上面側
にエアギャップ２を介して２本の梁３にダイアフラム４
が支持されている。ダイアフラム４は、Ｐｔ３００ｎｍ
厚／Ｔｉ合金１００ｎｍ厚（例、ＴｉＡｌ６Ｖ４、表３
参照）の下部電極２１、下部電極２１上の（Ｐｂ，Ｌ
ａ)(Ｚｒ，Ｔｉ)Ｏ３・強誘電体薄膜２２及び上部電極
２３（Ｔｉ合金：ＴｉＡｌ６Ｖ４薄膜１００ｎｍ厚）で
形成されている。
する熱型赤外線検出器の第２の実施の形態を示してい
る。強誘電体型赤外センサアレイの画素構造は、図３，
４に示されるように、読出回路付きＳｉ基板１の上面側
にエアギャップ２を介して２本の梁３にダイアフラム４
が支持されている。ダイアフラム４は、Ｐｔ３００ｎｍ
厚／Ｔｉ合金１００ｎｍ厚（例、ＴｉＡｌ６Ｖ４、表３
参照）の下部電極２１、下部電極２１上の（Ｐｂ，Ｌ
ａ)(Ｚｒ，Ｔｉ)Ｏ３・強誘電体薄膜２２及び上部電極
２３（Ｔｉ合金：ＴｉＡｌ６Ｖ４薄膜１００ｎｍ厚）で
形成されている。
【００３４】２本の梁３とダイアフラム４は、絶縁保護
膜５，７，９（窒化シリコン、合計８００ｎｍ）で取り
囲まれており、梁３にはＴｉ合金（例：ＴｉＡｌ６Ｖ４
厚さ１００ｎｍ）の配線１２が通っており、ダイアフラ
ム４内の上部電極２３と下部電極２１は、土手部２５の
コンタクト２６と配線プラグ２７によりＳｉ基板内の読
出回路に接続されている。
膜５，７，９（窒化シリコン、合計８００ｎｍ）で取り
囲まれており、梁３にはＴｉ合金（例：ＴｉＡｌ６Ｖ４
厚さ１００ｎｍ）の配線１２が通っており、ダイアフラ
ム４内の上部電極２３と下部電極２１は、土手部２５の
コンタクト２６と配線プラグ２７によりＳｉ基板内の読
出回路に接続されている。
【００３５】ダイアフラム４に入射する赤外線を、上部
電極２３と下部電極２１の間で打ち消し合う干渉により
有効に吸収するため、上部電極２３のＴｉＡｌ６Ｖ４合
金の厚さは真空インピーダンス（シート抵抗：３７７
Ω）に整合するように５ｎｍに調整され、一方（Ｐｂ，
Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３の赤外での屈折率が２．４程
度なので（Hanson et al.SPIE vol.3379，1998年，p6
0）、上部電極２３と下部電極２１との間の強誘電体薄
膜の厚さを１μm（＝λ／(４ｎ)（λは波長で１０μm、
ｎは強誘電体の屈折率）とした。
電極２３と下部電極２１の間で打ち消し合う干渉により
有効に吸収するため、上部電極２３のＴｉＡｌ６Ｖ４合
金の厚さは真空インピーダンス（シート抵抗：３７７
Ω）に整合するように５ｎｍに調整され、一方（Ｐｂ，
Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３の赤外での屈折率が２．４程
度なので（Hanson et al.SPIE vol.3379，1998年，p6
0）、上部電極２３と下部電極２１との間の強誘電体薄
膜の厚さを１μm（＝λ／(４ｎ)（λは波長で１０μm、
ｎは強誘電体の屈折率）とした。
【００３６】この実施の形態の画素サイズは３７μm角
であり、梁３の構成物である窒化シリコン絶縁保護膜
５，９の長さ、幅、厚さは、それぞれに２９μm、１．
８μm、０．６μmであり、ＴｉＡｌ６Ｖ４合金の配線１
２の長さ、幅、厚さは、それぞれに２９μm、１μm、
０．１μmである。この場合、図３，４の熱分離構造の
熱コンダクタンスは、０．１μＷ／Ｋとなり（表２参
照）、従来例で最も良い値（ＮｉＣｒの場合）の８１％
となり、レスポンシビティ（感度）は１．２４倍改善さ
れる。また前述の実施例と同様に、高いフィルファクタ
−７１％を実現している。
であり、梁３の構成物である窒化シリコン絶縁保護膜
５，９の長さ、幅、厚さは、それぞれに２９μm、１．
８μm、０．６μmであり、ＴｉＡｌ６Ｖ４合金の配線１
２の長さ、幅、厚さは、それぞれに２９μm、１μm、
０．１μmである。この場合、図３，４の熱分離構造の
熱コンダクタンスは、０．１μＷ／Ｋとなり（表２参
照）、従来例で最も良い値（ＮｉＣｒの場合）の８１％
となり、レスポンシビティ（感度）は１．２４倍改善さ
れる。また前述の実施例と同様に、高いフィルファクタ
−７１％を実現している。
【００３７】表２には配線材料としてＴｉＡｌ６Ｖ４以
外のＴｉ合金を用いた場合の熱コンダクタンスと相対感
度が示されている。同表からこれらのＴｉ合金を用いた
方が従来例の中で最良のＮｉＣｒより良い感度が得られ
ることが分かる。
外のＴｉ合金を用いた場合の熱コンダクタンスと相対感
度が示されている。同表からこれらのＴｉ合金を用いた
方が従来例の中で最良のＮｉＣｒより良い感度が得られ
ることが分かる。
【００３８】この実施の形態で（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，
Ｔｉ）Ｏ３の強誘電体薄膜を用いたが、実効的な焦電係
数を有するものであれば、他の材料に変更することがで
きる。同様に梁３の配線材料に関しても、ＴｉＡｌ６Ｖ
４に代えて表３に載っている他のＴｉ合金を用いて、従
来例の中で最も感度が良いＮｉＣｒより高いレスポンシ
ビティが得ることができる。次に、本発明による熱分離
構造を有する熱型赤外線検出器の第３の実施の形態は、
画素構造（受光構造）が、図１５，１６に示されるよう
に、ボロメーター型赤外線センサアレイが設けられてい
る。読出回路付きＳｉ基板１上に、エアギャップ２を介
して２本の梁３でダイアフラム４が支持されている。ダ
イアフラム４は、３００ｎｍ厚のＳｉＮ絶縁保護膜５
と、ＳｉＮ絶縁保護膜５上の１６０ｎｍのＶＯｘボロメ
ーター材料薄膜６と、ボロメーター材料薄膜６上の３０
０ｎｍ厚のＳｉＮ絶縁保護膜７／５８ｎｍ厚のＳｉＯ絶
縁保護膜８とで構成されている。
Ｔｉ）Ｏ３の強誘電体薄膜を用いたが、実効的な焦電係
数を有するものであれば、他の材料に変更することがで
きる。同様に梁３の配線材料に関しても、ＴｉＡｌ６Ｖ
４に代えて表３に載っている他のＴｉ合金を用いて、従
来例の中で最も感度が良いＮｉＣｒより高いレスポンシ
ビティが得ることができる。次に、本発明による熱分離
構造を有する熱型赤外線検出器の第３の実施の形態は、
画素構造（受光構造）が、図１５，１６に示されるよう
に、ボロメーター型赤外線センサアレイが設けられてい
る。読出回路付きＳｉ基板１上に、エアギャップ２を介
して２本の梁３でダイアフラム４が支持されている。ダ
イアフラム４は、３００ｎｍ厚のＳｉＮ絶縁保護膜５
と、ＳｉＮ絶縁保護膜５上の１６０ｎｍのＶＯｘボロメ
ーター材料薄膜６と、ボロメーター材料薄膜６上の３０
０ｎｍ厚のＳｉＮ絶縁保護膜７／５８ｎｍ厚のＳｉＯ絶
縁保護膜８とで構成されている。
【００３９】セルＣ１の受光部からの梁３の配線１１と
ドレイン１７とは、Ａｌ/ＴｉＮ/Ｔｉの層構造あるいは
Ｔｉ/Ａｌ/ＴｉＮ/Ｔｉの層構造あるいはＴｉ単層から
成るコンタクトパッド（Ｄ１）１３，タングステンプラ
グ１４およびＳｉ基板内のＡｌ配線で接続されている。
また、セルＣ１の受光部からの梁３の配線１１は、Ａｌ
/ＴｉＮ/Ｔｉの層構造あるいはＴｉ/Ａｌ/ＴｉＮ/Ｔｉ
の層構造あるいはＴｉ単層から成るコンタクトパッド
（ＳＩＧ１）１３，タングステンプラグ１４を介して信
号線１８に接続されている。勿論、隣接するセルも同じ
構造を有する。
ドレイン１７とは、Ａｌ/ＴｉＮ/Ｔｉの層構造あるいは
Ｔｉ/Ａｌ/ＴｉＮ/Ｔｉの層構造あるいはＴｉ単層から
成るコンタクトパッド（Ｄ１）１３，タングステンプラ
グ１４およびＳｉ基板内のＡｌ配線で接続されている。
また、セルＣ１の受光部からの梁３の配線１１は、Ａｌ
/ＴｉＮ/Ｔｉの層構造あるいはＴｉ/Ａｌ/ＴｉＮ/Ｔｉ
の層構造あるいはＴｉ単層から成るコンタクトパッド
（ＳＩＧ１）１３，タングステンプラグ１４を介して信
号線１８に接続されている。勿論、隣接するセルも同じ
構造を有する。
【００４０】さてフィルファクタの増大および梁とＳｉ
基板との密着力の向上を達成するため、セルＣ１のドレ
インのコンタクトパッドＤ１と、同セルと対角に隣接す
るセルＣ２の信号線のコンタクトパッドＳＩＧ２とは電
気的に絶縁し且つ構造的に絶縁保護膜ＳｉＮで一体化し
ている。またセルＣ１の信号線のコンタクトパッドＳＩ
Ｇ１と、同セルとは上述の逆方向の対角に隣接するセル
Ｃ３のドレインのコンタクトパッドＤ３とは電気的に絶
縁し且つ構造的には絶縁保護膜ＳｉＮで一体化されてい
る。このように対角に隣接するセル内のコンタクトパッ
ド同士を、絶縁保護膜により電気的に絶縁され、且つ機
械的に一体化することにより、パッド間の隙間を極力小
さくしてフィルファクタを更に増加させると共に、パッ
ドの一体化により梁と基板間の密着強度を増加させるこ
とができる。
基板との密着力の向上を達成するため、セルＣ１のドレ
インのコンタクトパッドＤ１と、同セルと対角に隣接す
るセルＣ２の信号線のコンタクトパッドＳＩＧ２とは電
気的に絶縁し且つ構造的に絶縁保護膜ＳｉＮで一体化し
ている。またセルＣ１の信号線のコンタクトパッドＳＩ
Ｇ１と、同セルとは上述の逆方向の対角に隣接するセル
Ｃ３のドレインのコンタクトパッドＤ３とは電気的に絶
縁し且つ構造的には絶縁保護膜ＳｉＮで一体化されてい
る。このように対角に隣接するセル内のコンタクトパッ
ド同士を、絶縁保護膜により電気的に絶縁され、且つ機
械的に一体化することにより、パッド間の隙間を極力小
さくしてフィルファクタを更に増加させると共に、パッ
ドの一体化により梁と基板間の密着強度を増加させるこ
とができる。
【００４１】受光部１０直下にはトランジスタのドレイ
ン、ゲ−ト、ソ−ス、グラウンド及び信号線が走ってお
り、フィルファクタを増加させる効果を有している。セ
ル内のグラウンド配線の占有率は90％を越え、雑音等に
強くしてある。
ン、ゲ−ト、ソ−ス、グラウンド及び信号線が走ってお
り、フィルファクタを増加させる効果を有している。セ
ル内のグラウンド配線の占有率は90％を越え、雑音等に
強くしてある。
【００４２】２本の梁３には、絶縁保護膜５，７（合計
厚６００ｎｍの窒化シリコン）と他の絶縁保護膜９で取
り囲まれたＴｉ合金（例、ＴｉＡｌ６Ｖ４、厚さ１００
ｎｍ）の配線１１が通っている。ダイアフラム４の内側
のボロメーター材料薄膜６は、前述のコンタクトパッド
１３とタングステンの配線プラグ１４とにより、Ｓｉ基
板内の読出回路に電気的に接続されている。
厚６００ｎｍの窒化シリコン）と他の絶縁保護膜９で取
り囲まれたＴｉ合金（例、ＴｉＡｌ６Ｖ４、厚さ１００
ｎｍ）の配線１１が通っている。ダイアフラム４の内側
のボロメーター材料薄膜６は、前述のコンタクトパッド
１３とタングステンの配線プラグ１４とにより、Ｓｉ基
板内の読出回路に電気的に接続されている。
【００４３】読出回路付きＳｉ基板１の上面側には２０
０ｎｍ厚のＴｉの赤外線反射膜１５が成膜されている。
赤外線がダイアフラム４に入射すると、窒化シリコン膜
５，７，９で吸収され、更にダイアフラム４に向かう方
向に赤外線反射膜１５で反射された赤外線は、窒化シリ
コン膜５，７，９に再度吸収される。赤外線反射膜１５
と窒化シリコン膜５の間の距離を約１．５μmとした。
この空間２は、最初はポリイミドで埋められているが、
アッシング工程で酸素プラズマにより除去される。
０ｎｍ厚のＴｉの赤外線反射膜１５が成膜されている。
赤外線がダイアフラム４に入射すると、窒化シリコン膜
５，７，９で吸収され、更にダイアフラム４に向かう方
向に赤外線反射膜１５で反射された赤外線は、窒化シリ
コン膜５，７，９に再度吸収される。赤外線反射膜１５
と窒化シリコン膜５の間の距離を約１．５μmとした。
この空間２は、最初はポリイミドで埋められているが、
アッシング工程で酸素プラズマにより除去される。
【００４４】この実施の形態の画素サイズは３７μm角
であり、梁３の構成物である窒化シリコン絶縁保護膜
５，７，９の長さ，幅は、それぞれに２９μm、１．８
μmであり、その厚さは計０．６μmであり、ＴｉＡｌ６
Ｖ４合金の配線１１の長さ、幅、厚さは、それぞれに２
９μm、１μm、０．１μmである。この場合、図１５や
図１６の熱分離構造の熱コンダクタンスは、０．１μＷ
／Ｋとなり（表２参照）、従来例で最も良い値（ＮｉＣ
ｒの０．１２６）の８１％となり、レスポンシビティ
（感度）は１．２４倍改善される。またコンタクトパッ
ド１３同士の構造的一体化および配線プラグ１４を介し
た受光部４と読出回路のセル１６の接続により、高いフ
ィルファクタ−７１％を実現している。
であり、梁３の構成物である窒化シリコン絶縁保護膜
５，７，９の長さ，幅は、それぞれに２９μm、１．８
μmであり、その厚さは計０．６μmであり、ＴｉＡｌ６
Ｖ４合金の配線１１の長さ、幅、厚さは、それぞれに２
９μm、１μm、０．１μmである。この場合、図１５や
図１６の熱分離構造の熱コンダクタンスは、０．１μＷ
／Ｋとなり（表２参照）、従来例で最も良い値（ＮｉＣ
ｒの０．１２６）の８１％となり、レスポンシビティ
（感度）は１．２４倍改善される。またコンタクトパッ
ド１３同士の構造的一体化および配線プラグ１４を介し
た受光部４と読出回路のセル１６の接続により、高いフ
ィルファクタ−７１％を実現している。
【００４５】表２には、配線材料としてＴｉＡｌ６Ｖ４
以外のＴｉ合金を用いた場合の熱コンダクタンスと相対
感度を示してある。同表からこれらのＴｉ合金を用いた
方が従来例の中で最良のＮｉＣｒより良い感度が得られ
ることが分かる。
以外のＴｉ合金を用いた場合の熱コンダクタンスと相対
感度を示してある。同表からこれらのＴｉ合金を用いた
方が従来例の中で最良のＮｉＣｒより良い感度が得られ
ることが分かる。
【００４６】この実施の形態の実施例では、ＶＯｘのボ
ロメーター材料薄膜が用いられているが、実効的な抵抗
温度係数を有するものであれば、他の材料に変更するこ
とができる。同様に梁の配線材料に関しても、実施例で
はＴｉ合金としてＴｉＡｌ６Ｖ４を用いたが、図１４の
表３に載っている他のＴｉ合金であっても、従来例の中
で最も感度が良いＮｉＣｒより高いレスポンシビティが
得られる。
ロメーター材料薄膜が用いられているが、実効的な抵抗
温度係数を有するものであれば、他の材料に変更するこ
とができる。同様に梁の配線材料に関しても、実施例で
はＴｉ合金としてＴｉＡｌ６Ｖ４を用いたが、図１４の
表３に載っている他のＴｉ合金であっても、従来例の中
で最も感度が良いＮｉＣｒより高いレスポンシビティが
得られる。
【００４７】
【発明の効果】本発明による熱分離構造を有する熱型赤
外線検出器は、梁上の配線材料として従来より熱伝導率
が小さいＴｉ合金を使うことにより、梁の熱コンダクタ
ンスが低減される。これにより、熱型赤外検出器の感度
を向上させることができる。
外線検出器は、梁上の配線材料として従来より熱伝導率
が小さいＴｉ合金を使うことにより、梁の熱コンダクタ
ンスが低減される。これにより、熱型赤外検出器の感度
を向上させることができる。
【００４８】本発明による熱分離構造を有する熱型赤外
線検出器は、ある画素のコンタクトパッドと対角隣の画
素のコンタクトパッドを構造的に一体化かつ電気的に絶
縁することにより、フィルファクタを増やして検出器の
感度を向上させたり、梁と基板の密着力を強化させた
り、また梁上の配線材料として従来より熱伝導率が小さ
いＴｉ合金を使うことにより、梁の熱コンダクタンスを
低減し検出器の感度を向上させることができる。
線検出器は、ある画素のコンタクトパッドと対角隣の画
素のコンタクトパッドを構造的に一体化かつ電気的に絶
縁することにより、フィルファクタを増やして検出器の
感度を向上させたり、梁と基板の密着力を強化させた
り、また梁上の配線材料として従来より熱伝導率が小さ
いＴｉ合金を使うことにより、梁の熱コンダクタンスを
低減し検出器の感度を向上させることができる。
【図１】図１は、本発明による熱分離構造を有する熱型
赤外線検出器の実施の形態を示す平面図である。
赤外線検出器の実施の形態を示す平面図である。
【図２】図２は、図１のＸ−Ｘ線及びＹ１−Ｙ２線の複
合線断面図である。
合線断面図である。
【図３】図３は、本発明による熱分離構造を有する熱型
赤外線検出器の実施の形態を示す平面図である。
赤外線検出器の実施の形態を示す平面図である。
【図４】図４は、図３のＡ１〜Ａ１０複合線断面図であ
る。
る。
【図５】図５は、公知の熱赤外線型検出器の射軸投影図
である。
である。
【図６】図６は、図１の正面断面図である。
【図７】図７は、公知の他の熱赤外線型検出器の平面図
である。
である。
【図８】図８は、図７のＡ１〜Ａ１０複合線断面図であ
る。
る。
【図９】図９は、公知の更に他の熱赤外線型検出器の射
軸投影図である。
軸投影図である。
【図１０】図１０は、公知の更に他の熱赤外線型検出器
の射軸投影図である。
の射軸投影図である。
【図１１】図１１は、図１０のＡ−Ａ線断面図である。
【図１２】図１２は、金属材料の熱伝導率を示す表であ
る。
る。
【図１３】図１３は、金属材料のＧｔｈ、相対感度を示
す表である。
す表である。
【図１４】図１４は、種々のＴｉ合金の含有率を示す表
である。
である。
【図１５】図１５は、本発明による熱分離構造を有する
熱型赤外線検出器の実施の形態を示す平面図である。
熱型赤外線検出器の実施の形態を示す平面図である。
【図１６】図１６は、図１５の折れ線X−Yの断面図であ
る。
る。
１ シリコン基板 ２ エアギャップ ３ 梁 ４ ダイアフラム ５ ＳｉＮ絶縁保護膜 ６ ボロメーター材料薄膜 ７ ＳｉＮ絶縁保護膜 ８ ＳｉＯ絶縁保護膜 ９ 絶縁保護膜 １０ 受光部（画素構造） １１ 配線 １２ 配線 １３ コンタクト １４ タングステンプラグ １５ 赤外線反射膜 １６ セル １７ ドレイン １８ 信号線 １９ ゲート ２０ ソース ２１…下部電極 ２２…強誘電体薄膜 ２３…上部電極 ２５ 土手部 ２６ コンタクト ２７ 配線プラグ １０１ Ｓｉ基板 １０２ 読出回路 １０３ エアギャップ １０４ 梁 １０５ ダイアフラム １０６ 絶縁保護膜（窒化シリコン） １０７ 酸化バナジウム薄膜 １０８ 完全反射膜 １０９ 赤外線 １１１ Ｓｉ基板 １１２ 梁 １１３ ダイアフラム １１４ 絶縁保護膜（窒化シリコン） １１５ 配線 １１６ 酸化バナジウム薄膜 １１７ 絶縁保護膜 １１８ 赤外吸収膜 １１９ 土手部 １２０ コンタクト １２１ 配線プラグ １２２ 反射膜 １２３ 絶縁保護膜 １３０ Ｓｉ基板 １３１ エピ層 １３２，１３２’ 梁 １３３ ダイアフラム １３４ 窒化シリコン １３５ 配線 １３６ 酸化バナジウム薄膜 １３７ 絶縁保護膜 １３８ａ，１３８ｂ コンタクト部 １３９ コンタクト １４０ ＳｉＯ２絶縁保護膜 １５０ Ｓｉ基板 １５１ 梁 １５２ ダイアフラム １５３ 下部電極 １５４ 焦電体薄膜 １５５ 上部電極 １５６ コンタクト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G065 AA04 AB02 BA12 BA13 BA14 BA34 CA13 DA18 4M118 AA01 AB10 BA02 BA05 CA34 CA35 CB12 FB20 FC06 FC18 GD15
Claims (22)
- 【請求項１】 基板と、基板に支持されている受光部
と、前記基板に設けられ、画素に対応する読出回路とか
らなり、前記受光部は熱電変換材料で形成される薄膜と
電極とから形成され、前記電極と前記読出回路とは、２
本の接続用薄膜と基板上のコンタクトパッドにより電気
的に接続され、ある画素のコンタクトパッドと対角隣の
画素のコンタクトパッドは、構造的に一体化され、かつ
電気的に絶縁されている熱分離構造を有する熱型赤外線
検出器。 - 【請求項２】 請求項１において、前記基板の表面が、
読出回路形成後に平坦化されている熱分離構造を有する
熱型赤外線検出器。 - 【請求項３】 請求項１において、前記受光部は、前記
基板に梁を介して支持されて前記基板との間にエアギャ
ップが形成され、前記接続用薄膜は前記梁の中に通され
ている熱分離構造を有する熱型赤外線検出器。 - 【請求項４】 請求項１において、前記基板上に赤外線
反射膜を形成し、更にその上が保護膜で被われている熱
分離構造を有する熱型赤外線検出器。 - 【請求項５】 請求項1において前記受光部の熱電変換
材料薄膜と電極が、絶縁保護膜で被われている熱分離構
造を有する熱型赤外線検出器。 - 【請求項６】 請求項１において前記熱電変換材料が、
サ−ミスタ−ボロメ−タ薄膜である熱分離構造を有する
熱型赤外線検出器。 - 【請求項７】 請求項３において、前記梁は、接続用薄
膜と絶縁保護膜からなる熱分離構造を有する熱型赤外線
検出器。 - 【請求項８】 請求項１において 一方の前記接続用薄膜は、基板上あるいは基板内のコン
タクトパッドや柱状の金属プラグを介して、受光部直下
の画素に対応する読出回路のトランジスタのドレインま
たはコレクタに接続され、 ソ−スまたはエミッタは画素の大部分を占めるグラウン
ド配線に接地され、同配線は他の画素のソ−スまたはエ
ミッタにつながっており、 ゲ−トまたはベ−スは、シフトレジスタまたはデコ−ダ
に接続されており、 他方の前記接続用薄膜は、基板上あるいは基板内のコン
タクトパッドや柱状の金属プラグを介して、受光部直下
の画素に対応する読出回路の画素の信号線に接続されて
いる、熱分離構造を有する熱型赤外線検出器。 - 【請求項９】 請求項１においてある画素の受光部から
の一方の接続用薄膜とドレインまたはコレクタのコンタ
クトパッドと同画素と対角隣の画素の受光部からの接続
用薄膜と信号線のコンタクトパッドとは電気的に絶縁さ
れているが、構造的には絶縁保護膜で一体化され、且
つ、ある画素の受光部からの他方の接続用薄膜と信号線
のコンタクトパッドと、同画素とは上述と逆方向の対角
隣の画素の受光部からの接続用薄膜とドレインまたはコ
レクタのコンタクトパッドとは電気的に絶縁されている
が、構造的には絶縁保護膜で一体化されている、熱分離
構造を有する熱型赤外線検出器。 - 【請求項１０】 請求項１において前記接続用薄膜はＴ
ｉ合金により形成されている熱分離構造を有する熱型赤
外線検出器。 - 【請求項１１】 請求項１０において、 前記Ｔｉ合金は、ＴｉＡｌ６Ｖ４である熱分離構造を有
する熱型赤外線検出器。 - 【請求項１２】 請求項１１において、 前記薄膜と前記電極は絶縁保護膜で囲まれている熱分離
構造を有する熱型赤外線検出器。 - 【請求項１３】 基板と、 基板に支持されている受光部と、 前記基板に設けられ画素に対応する読出回路とからな
り、 前記受光部は、 下部電極と強誘電体材料薄膜と上部電極を備え、 前記両電極の何れかの電極と前記読出回路は接続用薄膜
により接続され、 前記接続用薄膜はＴｉ合金により形成されている熱分離
構造を有する熱型赤外線検出器。 - 【請求項１４】 請求項１３において、 前記受光部は、前記基板に梁を介して支持されて前記基
板との間にエアギャップが形成され、 前記接続用薄膜は前記梁の中に通されている熱分離構造
を有する熱型赤外線検出器。 - 【請求項１５】 基板上にボロメータ材料で形成される
層と、 前記層と読出回路とに接続して前記基板上に形成される
導電層とからなり、 前記導電層はＴｉ合金で形成されている熱分離構造を有
する熱型赤外線検出器。 - 【請求項１６】 基板と、 基板に支持されている受光部と、 前記基板に設けられ画素に対応する読出回路とからな
り、 前記受光部はボロメータ材料で形成される薄膜と、電極
とから形成され、 前記電極と前記読出回路とは、接続用薄膜により電気的
に接続され、 前記接続用薄膜はＴｉ合金により形成されている熱分離
構造を有する熱型赤外線検出器。 - 【請求項１７】 請求項１６において、 前記Ｔｉ合金は、ＴｉＡｌ６Ｖ４である熱分離構造を有
する熱型赤外線検出器。 - 【請求項１８】 請求項１６において、 前記受光部は、前記基板に梁を介して支持されて前記基
板との間にエアギャップが形成され、 前記接続用薄膜は前記梁の中に通されている熱分離構造
を有する熱型赤外線検出器。 - 【請求項１９】 請求項１７において、 前記薄膜と前記電極は絶縁保護膜で囲まれている熱分離
構造を有する熱型赤外線検出器。 - 【請求項２０】 基板と、 基板に支持されている受光部と、 前記基板に設けられ画素に対応する読出回路とからな
り、 前記受光部は、 下部電極と強誘電体材料薄膜と上部電極を備え、 前記両電極の何れかの電極と前記読出回路は接続用薄膜
により接続され、 前記接続用薄膜はＴｉ合金により形成されている熱分離
構造を有する熱型赤外線検出器。 - 【請求項２１】 請求項２０において、 前記受光部は、前記基板に梁を介して支持されて前記基
板との間にエアギャップが形成され、 前記接続用薄膜は前記梁の中に通されている熱分離構造
を有する熱型赤外線検出器。 - 【請求項２２】 基板上にボロメータ材料で形成される
層と、 前記層と読出回路とに接続して前記基板上に形成される
導電層とからなり、 前記導電層はＴｉ合金で形成されている熱分離構造を有
する熱型赤外線検出器。
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