JP2002296117A - 撮像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 感度波長以下のピッチで画素が配列されても
高感度な撮像素子を提供する。 【解決手段】 Ｘ−Ｙマトリクス状に配列された複数の
凹部、凹部のそれぞれの内部に収納された複数の活性層
Ａ_i-1,j-1，Ａ_i-1,j，Ａ_i-1,j+1，Ａ_i,j-1，Ａ_{i, j}，Ａ
_i,j+1からなる撮像素子である。凹部は、感度波長の回
折限界値以下のピッチで配列されているが、複数の活性
層Ａ_i-1,j-1，Ａ_i-1,j，Ａ_i-1,j+1，Ａ_i,j-1，Ａ_i,j，
Ａ_i,j+1，・・・・・は、３つの矩形を重ね合わせた変形８角
形である。この変形８角形は、最長寸法として、回折限
界値以上の対角線長を有する。第１支持脚２１は、複数
の熱電変換部のそれぞれとビット線Ｂ_i-1，Ｂ_i，
Ｂ_i+1，・・・・・とを接続している。第２支持脚２２は、複
数の熱電変換部のそれぞれとワード線Ｗ_j-1，Ｗ_j，Ｗ
_j+1，・・・・・のそれぞれとを接続している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は冷却装置を必要とし
ない撮像素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｈｇ_xＣｄ_1-xＴｅ等の冷却装置を必要と
する赤外線イメージセンサに対して、最近、冷却装置を
必要としない熱型赤外線イメージセンサが注目を浴びて
いる。この熱型赤外線イメージセンサは、マイクロマシ
ニング技術を用いた酸化バナジウムのボロメータ型や、
チタン酸バリウムストロンチウム(Ｂａ_xＳｒ_1-xＴｉ
Ｏ₃：ＢＳＴ）の焦電型のものが製品化されている。こ
れらの製品は赤外線を吸収して温度を上昇させる感熱部
とこの感熱部をＳｉ基板３１と熱的に分離するための支
持脚、画素を選択するためのＸ，Ｙのアドレス線によっ
て構成されている。これまでは軍事目的等感度を必要と
する目的に作られていたため、１画素の大きさは１辺が
約３０μｍから５０μｍの長方形をしていた。しかし、
特殊な材料を使用することなくＳｉの集積回路と同じ製
造方法で作製することが可能になったことから、低価格
の赤外線イメージセンサが得られる可能性がでてきた。
Ｓｉの集積回路はチップ面積で決まると言われているこ
とと、赤外線イメージセンサでは光学系に使用するレン
ズやフィルターが非常に高価であるためイメージエリア
を小さくすることは赤外線イメージセンサ価格を飛躍的
に低下させる効果をもたらす。

【０００３】図１７に、画素のピッチ１０μｍの従来の
赤外線イメージセンサ（熱型赤外線撮像素子）を示す。
図１７に示す画素が、１０μｍ×１０μｍのピッチで３
２０×２４０画素並んでいる。この熱型赤外線撮像素子
の画素は、Ｓｉ基板３１と熱的に分離するために形成し
た中空構造とｐｎ接合が形成された単結晶シリコン活性
領域或いはボロメータ材料で形成された活性層Ａ_i,jと
その活性層Ａ_i,jの底面と側面を覆うシリコン酸化膜
（ＳｉＯ_２膜）領域からなっている。又活性層Ａ_{i, j}の
上にシリコン酸化膜とシリコン窒化膜（Ｓｉ₃Ｎ₄膜）を
それぞれ１．５μｍと０．５μｍ積層した赤外線吸収層
が形成されている。基板から感熱素子部を機械的に支持
するための支持脚２３，２４が２本あり、この支持脚２
３，２４の中には感熱素子部の活性層Ａ_i,jで生じた信
号を処理回路に導くための電気配線が形成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図１７に示す１０μｍ
×１０μｍのピッチで画素を配列した従来の熱型赤外線
撮像素子の場合、Ｘ−Ｙアドレス線（ビット線Ｂ_i及び
ワード線Ｗ_j）と支持脚２３，２４のスペースを除くと
受光部の大きさは７μｍ×７μｍとなり、感熱部の最大
長、即ち対角線の長さが約１０μｍとなる。

【０００５】図４は、従来の熱型赤外線撮像素子に、感
度波長８〜１２μｍ帯の赤外線を入射して赤外線の吸収
率を測定した結果を示す図である。２点鎖線で示す５０
μｍ×５０μｍの画素ピッチ(受光部は４７μｍ×４７
μｍ）のものと比較すると、図１７に破線で示す受光部
の大きさが７μｍ×７μｍの熱型赤外線撮像素子では、
波長１０μｍ〜１２μｍの範囲で、赤外線の吸収率が低
下しているのが分かる。感度波長を８〜１２μｍの熱線
（遠赤外線）とすると、回折限界値は１０．６μｍ〜１
６μｍであるため、１０μｍ×１０μｍのピッチで画素
を配列した熱型赤外線撮像素子では、特に長波長側での
感度が低下する問題があることが分かる。

【０００６】更にＸ−Ｙアドレス線で区切られる画素の
ピッチは１０μｍ×１０μｍにしておき、図１８に示す
ように、支持脚２３，２４と熱電変換部γ_i,jを形成し
その熱電変換部γ_i,jの上に、熱電変換部γ_i,jよりも面
積の大きな光を熱に変換する光熱変換部δ_i,jを配置す
る構造にした場合は、光熱変換部δ_i,jの面積は隣の画
素との間隔（約１μｍ）を差し引いた９μｍ×９μｍの
面積となる。この場合の光熱変換部δ_i,jの最大長は対
角線となっており約１２．７μｍになっている。この場
合８〜９．５μｍまでの波長の赤外線は十分吸収する
が、９．５〜１２μｍの赤外線の吸収率が低下する。

【０００７】この様に、従来は画素ピッチが微細化さ
れ、感度波長の光学的回折限界値以下になると、十分な
感度が得られる小型赤外線撮像素子はなかった。

【０００８】上記問題点を鑑み、本発明は画素ピッチ
を、感度波長の光学的回折限界値以下に微細化しても、
十分な感度が得られる小型の撮像素子を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の特徴は、複数の凹部を周期的に配列
した基体、この基体の表面において凹部の配列方向に沿
って設けられたビット線、このビット線に垂直方向で凹
部のそれぞれに対応して設けられた複数のワード線、凹
部のそれぞれの内部に中空状態で第１支持脚と第２支持
脚により基体に支持された複数の熱電変換部、この複数
の熱電変換部のそれぞれに接して配置された光熱変換
部、第１支持脚を通り複数の熱電変換部のそれぞれとビ
ット線とを接続する第１の電気配線、第２支持脚を通り
複数の熱電変換部のそれぞれとワード線のそれぞれとを
接続する第２の電気配線とからなる撮像素子であること
を要旨とする。ここで、複数の凹部は、感度波長の回折
限界値以下のピッチで周期的に配列されている。一方、
複数の熱電変換部は、複数の矩形を合成することによ
り、変形多角形を構成し、回折限界値以上の対角線長を
有する平面形状としている。つまり、変形多角形を構成
する要素となる単独の矩形は、回折限界値以下のピッチ
で周期的に配列されていても、変形多角形を構成する他
の要素となる他の矩形との間にずれがあるので、回折限
界値以上の対角線長を実現できる。光熱変換部は、複数
の熱電変換部の上部にこの複数の熱電変換部と実質的に
同一の形状で配置されている。

【００１０】本発明の第１の特徴に係る撮像素子は、複
数の矩形を合成した変形多角形を用いることにより、光
熱変換部と熱電変換部とからなる活性層を感度光の入射
方向から見た場合の形状が、感度波長における光学系の
回折限界値以上とすることが可能なので、回折限界値以
下のピッチで周期的に画素（ピクセル）を配列しても、
回折限界値以上のピッチで配列した撮像素子と同様な感
度を実現出来る。このため、画素ピッチを、感度波長の
光学的回折限界値以下に微細化しても、十分な感度が得
られる撮像素子を提供することが出来る。

【００１１】本発明の第１の特徴において、感度波長の
回折限界値以下のピッチで、ビット線をワード線と直交
して複数本配列することにより、ビット線及びワード線
とからなるＸ−Ｙマトリクスを構成し、このＸ−Ｙマト
リクスに対応して複数の凹部及び複数の熱電変換部をマ
トリクス状に配列すれば、２次元センサ（エリアセン
サ）として機能する。しかし、ビット線を１本のままと
して、１次元センサ（ラインセンサ）としても良い。

【００１２】特に、感度波長を８〜１２μｍとする熱型
赤外線撮像素子に本発明は好適である。本発明の第１の
特徴に係る「光熱変換部」は、例えば、シリコン酸化
膜、このシリコン酸化膜の上部のシリコン窒化膜とから
なる複合膜で構成すれば良い。

【００１３】本発明の第２の特徴は、複数の凹部を周期
的に配列した基体、この基体の表面において凹部の配列
方向に沿って設けられたビット線、このビット線に垂直
方向で凹部のそれぞれに対応して設けられた複数のワー
ド線、凹部のそれぞれの内部に中空状態で、第１支持脚
と第２支持脚により基体に支持された複数の熱電変換
部、この複数の熱電変換部のそれぞれに接して配置され
た光熱変換部、第１支持脚を通り複数の熱電変換部のそ
れぞれとビット線とを接続する第１の電気配線、第２支
持脚を通り複数の熱電変換部のそれぞれとワード線のそ
れぞれとを接続する第２の電気配線とからなる撮像素子
である点では、本発明の第１の特徴と共通する。又、本
発明の第１の特徴と同様に、複数の凹部は感度波長の回
折限界値以下のピッチで周期的に配列されている。しか
し、凹部のそれぞれの内部に中空状態で収納された複数
の熱電変換部は、回折限界値以上の対角線長を有する平
面形状である必要はない。その代わり、光熱変換部が凹
部の定義する平面領域の範囲を超える領域まで延びる
（オーバーハングする）ことにより、回折限界値以上の
辺長若しくは対角線長を実現した平面形状を有する点が
本発明の第１の特徴とは異なる。

【００１４】本発明の第２の特徴に係る撮像素子は、オ
ーバーハング構造により光熱変換部を感度光の入射方向
から見た場合の形状が、感度波長における光学系の回折
限界値以上と出来るので、回折限界値以下のピッチで周
期的に熱電変換部を配列しても、回折限界値以上のピッ
チで画素を配列した撮像素子と同様な感度を実現出来
る。

【００１５】本発明の第２の特徴において、第１の特徴
と同様に、感度波長の回折限界値以下のピッチで、ビッ
ト線をワード線と直交して複数本配列することにより、
ビット線及びワード線とからなるＸ−Ｙマトリクスを構
成し、このＸ−Ｙマトリクスに対応して複数の凹部及び
複数の熱電変換部をマトリクス状に配列すれば、２次元
センサ（エリアセンサ）として機能することは勿論であ
る。２次元センサの場合は、上述した「凹部の定義する
平面領域の範囲を超える領域まで延びる」とは、光熱変
換部の平面パターンの一部が、隣接する画素の熱電変換
部の上部に重畳することになる。１次元センサの場合
は、「凹部の定義する平面領域の範囲を超える領域まで
延びる」とは、１次元センサの配列する方向とは直交す
る領域に、光熱変換部の平面パターンが延びることも可
能になるので、その一部が隣接する画素の熱電変換部の
上部に重畳する場合のみに限定されないことに留意すべ
きである。即ち、１次元センサの場合は、「凹部の定義
する平面領域の範囲を超える領域まで延びる」とは、１
次元センサの配列する方向とは直交する領域に位置する
シフトレジスタ等の周辺回路領域の上部に、光熱変換部
の平面パターンの一部が延びる形状でも良い。

【００１６】そして、第１の特徴と同様に、感度波長を
８〜１２μｍとする熱型赤外線撮像素子に適用すること
が好ましい態様の一つである。又、本発明の第２の特徴
に係る「光熱変換部」は、シリコン酸化膜、このシリコ
ン酸化膜の上部のシリコン窒化膜とからなる複合膜で構
成可能である点も、第１の特徴と同様である。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して、本発明の
第１乃至第３の実施の形態を説明する。以下の図面の記
載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符
号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚
みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のも
のとは異なることに留意すべきである。したがって、具
体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきも
のである。又図面相互間においても互いの寸法の関係や
比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

【００１８】（第１の実施の形態）本発明の第１の実施
の形態に係る撮像素子は、図１に示すように、複数の凹
部を周期的に配列した基体、この基体の表面において凹
部の配列方向に沿って設けられた複数のビット線
Ｂ_i-1，Ｂ_i，Ｂ_i+1，・・・・・、この複数のビット線
Ｂ_i-1，Ｂ_i，Ｂ_i+1，・・・・・に垂直方向で凹部のそれぞれ
に対応して設けられた複数のワード線Ｗ_j-1，Ｗ_j，Ｗ
_j+1，・・・・・、凹部のそれぞれの内部において、第１支持
脚２１と第２支持脚２２により中空状態で基体に支持さ
れた複数の熱電変換部、この複数の熱電変換部のそれぞ
れに接して配置された光熱変換部、第１支持脚２１を通
り複数の熱電変換部のそれぞれとビット線Ｂ_i-1，Ｂ_i，
Ｂ_i+1，・・・・・とを接続する第１の電気配線２１、第２支
持脚２２を通り複数の熱電変換部のそれぞれとワード線
Ｗ_j-1，Ｗ_j，Ｗ_j+1，・・・・・のそれぞれとを接続する第２
の電気配線２２とからなる。ここで、ビット線Ｂ_i-1，
Ｂ_i，Ｂ_i+1，・・・・・及びワード線Ｗ_j-1，Ｗ_j，Ｗ_j+1，・・
・・は、それぞれ感度波長の回折限界値以下のピッチで配
列され、Ｘ−Ｙマトリクスを構成している。そして、複
数の凹部は、このＸ−Ｙマトリクスに対応して、感度波
長の回折限界値以下のピッチで周期的に配列されてい
る。

【００１９】それぞれの凹部の内部において、熱電変換
部と光熱変換部とのペアでＸ−Ｙマトリクス状に配列さ
れた活性層Ａ_i-1,j-1，Ａ_i-1,j，Ａ_i-1,j+1，Ａ_i,j-1，
Ａ_{i, j}，Ａ_i,j+1，・・・・・が構成されている。即ち、これ
らの複数の活性層Ａ_i-1,j-1，Ａ_i-1,j，Ａ_i-1,j+1，Ａ
_i,j-1，Ａ_i,j，Ａ_i,j+1，・・・・・は、図１に示すように、
複数の矩形を合成した多角形（８角形）を構成し、回折
限界値以上の対角線長を有する平面形状を実現してい
る。そして、この複数の矩形を合成した多角形の平面形
状を有する複数の活性層Ａ_i-1,j-1，Ａ_i-1,j，Ａ
_i-1,j+1，Ａ_i,j-1，Ａ_i,j，Ａ_i,j+1，・・・・・がＸ−Ｙマ
トリクス状に配列された複数の凹部の内部に収納されて
いる。したがって、熱電変換部及びこの熱電変換部の上
部の光熱変換部は、それぞれ、これらの複数の活性層Ａ
_i-1,j-1，Ａ_i-1,j，Ａ_i-1,j+1，Ａ_i,j-1，Ａ _i,j，Ａ
_i,j+1，・・・・・と実質的に同一の形状で配置されているこ
とになる。第１支持脚２１は、複数の熱電変換部のそれ
ぞれとビット線Ｂ_i-1，Ｂ_i，Ｂ_i+1，・・・・・とを接続して
いる。又、第２支持脚２２は、複数の熱電変換部のそれ
ぞれとワード線Ｗ_j-1，Ｗ_j，Ｗ_j+1，・・・・・のそれぞれと
を接続している。

【００２０】図２は、これら複数の活性層Ａ_i-1,j-1，
Ａ_i-1,j，Ａ_i-1,j+1，Ａ_i,j-1，Ａ_{i, j}，Ａ_i,j+1，・・・・・
のうちの単一の活性層Ａ_i,jに着目し、赤外線入射方向
から見た寸法を詳細に示す平面図である。３つの矩形を
組み合わせた変形８角形の平面形状を採用することによ
り、活性層Ａ_i,jが回折限界値以上の最大寸法、即ち最
大寸法となる対角線長を有することが分かる。図２で
は、１０μｍ×１０μｍのピッチで画素が配列されてい
るが、変形８角形の要素となる矩形の間のずれ（距離）
が加わるので、受光部となる活性層Ａ_i,jの最大寸法を
与える対角線の長さを、約１３μｍ以上とすることが可
能である。

【００２１】図３は、図２のＡ−Ａ方向に沿った階段断
面図で、活性層Ａ_i,jが、凹部の内部に中空状態で収納
されていることが示されている。この中空構造は、活性
層Ａ _i,jをＳｉ基板３１及びＳｉ基板３１の上部の下地
酸化膜３２から熱的に分離するために形成されている。
熱電変換部は、不純物をドープしたポリシリコンからな
るボロメータ材料４１で構成されている。ボロメータ材
料４１の底面と側面をシリコン酸化膜からなる鞘層３５
が覆っている。ポリシリコンからなるボロメータ材料４
１以外に、ｐｎ接合が形成された単結晶シリコンで構成
しても良い。或いは、ボロメータ材料４１として、酸化
バナジウム（ＶＯ₂）、チタン（Ｔｉ）、アモルファス
シリコン等が採用可能である。

【００２２】ボロメータ材料４１で構成された熱電変換
部の上には、シリコン酸化膜３３、このシリコン酸化膜
３３の上部のシリコン窒化膜３４とからなる複合膜で構
成された光熱変換部（赤外線吸収層）４２が配置されて
いる。光熱変換部（赤外線吸収層）４２は、熱電変換部
４１と実質的に同一の形状で配置されている。シリコン
酸化膜３３の厚さは、１．５μｍで、シリコン窒化膜３
４の厚さは０．５μｍである。

【００２３】図３に示すように、第１支持脚２１及び第
２支持脚２２は、活性層Ａ_i,jをＳｉ基板３１及びＳｉ
基板３１の上部の下地酸化膜３２に対して機械的に支持
している。そして、同時に、第１支持脚２１の内部に
は、熱電変換部４１をビット線Ｂ_iと接続する第１の電
気配線として機能する第１の配線層５１を有する。又、
第２支持脚２２の内部には、熱電変換部４１とワード線
Ｗ_jとを接続する第２の電気配線として機能する第２の
配線層５２を有する。第１及び第２の配線層５１、５２
は、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト
（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属、これら
のシリサイド（ＷＳｉ_２，ＴｉＳｉ_２，ＣｏＳｉ_２，Ｍ
ｏＳｉ_２）等、或いはこれらのシリサイドを用いたポリ
サイドで構成しても良い。第１及び第２の配線層５１、
５２により、ボロメータ材料４１で構成された熱電変換
部で生じた信号が処理回路に導かれる。

【００２４】図４は、本発明の第１の実施の形態に係る
撮像素子の画素に対して、感度波長８〜１２μｍ帯の赤
外線を入射して赤外線の吸収率を測定した結果を、従来
の熱型赤外線撮像素子に対する結果と共に示す図であ
る。いずれも、支持脚の長さを同じにして測定して比較
している。２点鎖線で示す５０μｍ×５０μｍの画素ピ
ッチ(受光部は４７μｍ×４７μｍ）のものと比較する
と、受光部の大きさが７μｍ×７μｍの従来の熱型赤外
線撮像素子では、波長１０μｍ〜１２μｍの範囲で、赤
外線の吸収率が低下しているのが分かる。一方、本発明
の第１の実施の形態に係る撮像素子では、５０μｍ×５
０μｍの画素の従来の熱型赤外線撮像素子と比較すると
８〜１２μｍの波長全般に渡り、吸収率が約８０％にな
ってはいるものの、 ７μｍ×７μｍの正方形の画素と
比較すると、感度波長領域に渡り積分した値で約６０％
改善していることが分かる。

【００２５】図５〜図８を用いて、本発明の第１の実施
の形態に係る撮像素子の製造方法を説明する。

【００２６】（イ）まず、Ｓｉ基板３１として、０．１
〜３Ωｃｍ程度の（１００）面を主表面とするｐ型シリ
コンウェハを用意する。このＳｉ基板３１の主表面にシ
フトレジスタやセンス増幅器等の撮像素子の周辺回路を
形成する。これは通常の標準的なＭＯＳ集積回路の製造
方法によれば良い。詳細は省略するが、反転防止層（チ
ャネルストップ領域）、素子分離領域等を形成した後、
ゲート酸化膜７４を形成する。この際Ｖ_ｔｈ制御イオン
注入を加えても良い。次に、ゲート酸化膜７４の上の全
面にＣＶＤ法によりポリシリコン膜を４００ｎｍ程度堆
積する。フォトリソグラフィー技術によりパターニング
されたフォトレジスト膜をポリシリコン膜上に形成す
る。そして、このフォトレジスト膜をマスクとして、図
５（ａ）に示すように反応性イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）などによりポリシリコン膜をエッチングして、ゲー
ト電極７３及びポリシリコン配線（図示しない）を形成
する。その後、フォトレジスト膜３９を除去する。次
に、フォトリソグラフィー技術を用いて、ＭＯＳトラン
ジスタ形成領域にイオン注入用開口部を形成し、ポリシ
リコンゲート電極７３をマスクとして、自己整合的に、
ボロン（Ｂ）をドーズ量１０^１５ｃｍ^−２のオーダーで
イオン注入する。この時、ポリシリコンゲート電極７３
にもボロン（Ｂ）がイオン注入される。フォトレジスト
膜を除去してから、Ｓｉ基板３１を加熱処理し、注入し
た不純物イオンを活性化及び拡散し、図５（ａ）に示す
ようにＳｉ基板３１にｎ型ソース領域７１及びｎ型ドレ
イン領域７２が形成される。

【００２７】（ロ）次に、図５（ｂ）に示すように、周
辺回路のＭＯＳ集積回に対しては層間絶縁膜として機能
する下地酸化膜３２を、厚さ１μｍ程度に堆積させる。
この下地酸化膜３２は、ＣＶＤ法により堆積された膜厚
０．５μｍ程度の酸化膜と、この酸化膜の上の膜厚０．
５μｍ程度のＰＳＧ膜又はＢＰＳＧ膜の２層構造から構
成された複合膜である。この複合膜の上層のＢＰＳＧ膜
は、リフローされて下地酸化膜３２の表面が平坦化され
る。

【００２８】（ハ）次に、図５（ｂ）に示すように、下
地酸化膜３２に対して、フォトリソグラフィー技術及び
ＲＩＥを用いて、複数の活性層Ａ_i-1,j-1，Ａ_i-1,j，Ａ
_{i-1, j+1}，Ａ_i,j-1，Ａ_i,j，Ａ_i,j+1，・・・・・を収納する
ためのＸ−Ｙマトリクス状に配列された複数の凹部を形
成する。凹部の底部には、１００ｎｍ程度の下地酸化膜
３２を残存させる。そして、図５（ｃ）に示すように、
この複数の凹部を埋めるように、厚さ１．２〜１．５μ
ｍの空洞形成用ポリシリコン５５を堆積する。

【００２９】（ニ）そして、化学的機械研磨（ＣＭＰ）
を用いて、空洞形成用ポリシリコン５５の表面を下地酸
化膜３２が露出するまで平坦化させ、空洞形成用ポリシ
リコン５５を複数の凹部の内部に埋め込む。その後、図
５（ｄ）に示すように、空洞形成用ポリシリコン５５に
対して、フォトリソグラフィー技術及びＲＩＥを用い
て、活性層凹部６１、支持脚凹部６２，６３を形成す
る。活性層凹部６１、支持脚凹部６２，６３のそれぞれ
の底部には、１００ｎｍ程度の空洞形成用ポリシリコン
５５を残存させる。

【００３０】（ホ）そして、活性層凹部６１、支持脚凹
部６２，６３の表面に、図６（ｅ）に示すように、鞘層
（ＳｉＯ_２膜）３５をＣＶＤ法で堆積する。そして、図
６（ｆ）に示すように、鞘層（ＳｉＯ_２膜）３５で被覆
された活性層凹部６１、支持脚凹部６２，６３を埋める
ように、厚さ１．０〜１．５μｍのボロメータポリシリ
コン４１を堆積する。更に、ＣＭＰを用いて、図６
（ｇ）に示すように、ボロメータポリシリコン４１の表
面を鞘層（ＳｉＯ_２膜）３５が露出するまで平坦化さ
せ、ボロメータポリシリコン４１を活性層凹部６１、支
持脚凹部６２，６３のそれぞれの内部に埋め込む。

【００３１】（ヘ）次に、フォトリソグラフィー技術を
用いて、図６（ｈ）に示すように、活性層凹部６１の上
部を被覆するフォトレジスト８３からなるエッチングマ
スクを形成する。フォトレジスト８３からなるエッチン
グマスクを用いて、支持脚凹部６２，６３のそれぞれの
内部に埋め込まれたボロメータポリシリコン４１をエッ
チング除去する。更に、エッチングマスクとして用いた
フォトレジスト８３をリフトオフマスクとして用い、図
７（ｉ）に示すように、スパッタリング法又は電子ビー
ム真空蒸着法等によりＴｉからなる金属膜６４を堆積す
る。その後、リフトオフマスクとして用いたフォトレジ
スト８３を除去すれば、支持脚凹部６２，６３のそれぞ
れの内部にＴｉからなる金属膜６４が選択的に堆積され
る。

【００３２】（ト）更に、ＣＭＰを用いて、図７（ｊ）
に示すように、金属膜６４の表面を空洞形成用ポリシリ
コン５５が露出するまで平坦化させ、Ｔｉからなる金属
膜６４の表面のレベルを、空洞形成用ポリシリコン５５
の表面のレベル及び活性層凹部６１に埋め込まれたボロ
メータポリシリコン４１の表面のレベルと一致させる。
この結果、Ｔｉからなる第１及び第２の配線層５１，５
２が支持脚凹部６２，６３のそれぞれの内部に埋め込ま
れる。更に、フォトリソグラフィー技術を用いてパター
ニングされたフォトレジスト膜をマスクにして、ＲＩＥ
若しくはＥＣＲイオンエッチング等により下地酸化膜３
２をエッチングし、図５（ａ）に示した撮像素子の周辺
回路を構成する各トランジスタに対するコンタクトホー
ルを開口する。そして、このコンタクトホールを形成に
用いたフォトレジスト膜を除去する。次に、スパッタリ
ング法又は電子ビーム真空蒸着法等によりＷ膜を厚さ
０．５μｍ程度に形成する。この上に、フォトリソグラ
フィー技術を用いて、フォトレジスト膜のエッチングマ
スクを形成し、このエッチングマスクを用いて、これを
ＲＩＥにより、Ｗ膜をパターニングして、周辺回路を構
成する各トランジスタに対する第１層金属配線（図示省
略）と同時に、図７（ｋ）に示すようにワード線
Ｗ_j-1，Ｗ_j，Ｗ_j+1，・・・・・のパターンを形成する。この
とき、ボロメータポリシリコン４１と支持脚凹部６２，
６３のそれぞれの内部に埋め込まれた第１及び第２の配
線層５１，５２とをＷ膜で接続する。又、第２の配線層
５２とワード線Ｗ_j-1，Ｗ_j，Ｗ_j+1，・・・・・のパターンと
を接続する。更に第１の配線層５１とビット線Ｂ_i-1，
Ｂ_i，Ｂ_i+1，・・・・・のパターンとを接続するための接続
金属（プラグ）のパターン（図示省略）を形成する。こ
の後、厚さ０．５μｍ〜０．８μｍ程度のシリコン酸化
膜等を層間絶縁膜（図示省略）として全面にＣＶＤ法で
堆積する。そして、フォトリソグラフィー技術を用いて
パターニングされたフォトレジスト膜をマスクにして、
ＲＩＥ若しくはＥＣＲイオンエッチング等により層間絶
縁膜をエッチングし、撮像素子の周辺回路の第１層金属
配線、第１の配線層５１とビット線Ｂ_i-1，Ｂ_i，
Ｂ_i+1，・・・・・のパターンとを接続するための接続金属
（プラグ）に対するバイアホールを開口する。層間絶縁
膜は、複数の活性層Ａ_{i- 1,j-1}，Ａ_i-1,j，Ａ_i-1,j+1，
Ａ_i,j-1，Ａ_i,j，Ａ_i,j+1，・・・・・の上部では選択的に除
去され、ボロメータポリシリコン４１の表面が露出す
る。次に、スパッタリング法又は電子ビーム真空蒸着法
等によりシリコンなどを含有するアルミニウム合金膜
（Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ）を厚さ０．５μｍ程
度に形成する。この上に、フォトリソグラフィー技術を
用いて、フォトレジスト膜のマスクを形成し、このマス
クを用いて、これをＲＩＥにより、アルミニウム合金膜
をパターニングして、周辺回路を構成する各トランジス
タに対する第２層金属配線（図示省略）と同時に、ビッ
ト線Ｂ_i-1，Ｂ_i，Ｂ_i+1，・・・・・のパターン（図示省略）
を形成する。このとき、バイアホール及びバイアホール
に露出した接続金属（プラグ）を介して、ビット線Ｂ
_i-1，Ｂ_i，Ｂ_i+1，・・・・・は、第１の配線層５１と接続さ
れる。その後、この第２層金属配線やビット線Ｂ_i-1，
Ｂ_i，Ｂ_i+1，・・・・のパターニングに用いたフォトレジス
ト膜を除去する。そして、 （チ）更に、図７（ｌ）に示すようにＣＶＤ法により、
シリコン酸化膜３３を厚さ１．５μｍで、シリコン窒化
膜３４を厚さは０．５μｍで堆積する。シリコン酸化膜
３３及びシリコン窒化膜３４とからなる複合膜は、複数
の活性層Ａ_{i-1, j-1}，Ａ_i-1,j，Ａ_i-1,j+1，Ａ_i,j-1，Ａ
_i,j，Ａ_i,j+1，・・・・・においては、光熱変換部（赤外線
吸収層）４２として機能するが、周辺回路部では、機械
的損傷防止と、水分や不純物の浸入の防止をするパッシ
ベーション膜として機能する。

【００３３】（リ）そして、図８（ｍ）に示すように、
フォトリソグラフィー技術を用いてフォトレジスト６５
をパターニングする。このパターニングされたフォトレ
ジスト６５を用いて、ＲＩＥ若しくはＥＣＲイオンエッ
チング等により、図８（ｎ）に示すように、シリコン窒
化膜３４及びシリコン酸化膜３３をエッチング除去す
る。そして、このエッチングで露出した空洞形成用ポリ
シリコン５５をシリコンエッチング液で除去すれば、図
８（ｏ）に示す本発明の第１の実施の形態に係る撮像素
子が完成する。

【００３４】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態に係る撮像素子は、図９に示すように、複数の凹
部を周期的に配列した基体、この基体の表面において凹
部の配列方向に沿って設けられた複数のビット線
Ｂ_i-1，Ｂ_i，Ｂ_i+1，・・・・・、この複数のビット線
Ｂ_i-1，Ｂ_i，Ｂ_i+1，・・・・・に垂直方向で凹部のそれぞれ
に対応して設けられた複数のワード線Ｗ_j-1，Ｗ_j，Ｗ
_j+1，・・・・・、凹部のそれぞれの内部において、第１支持
脚２３と第２支持脚２４とで中空状態で基体に支持され
た複数の熱電変換部、この複数の熱電変換部のそれぞれ
に接して配置された光熱変換部、第１支持脚２３を通し
て複数の熱電変換部のそれぞれとビット線Ｂ_i-1，Ｂ_i，
Ｂ_i+1，・・・・・とを接続する第１の電気配線２３、第２支
持脚２４を通して複数の熱電変換部のそれぞれとワード
線Ｗ_j-1，Ｗ_j，Ｗ_j+1，・・・・・のそれぞれとを接続する第
２の電気配線２４とからなる２次元センサ（エリアセン
サ）である点では、本発明の第１の実施の形態と共通す
る。又、本発明の第１の実施の形態と同様に、感度波長
の回折限界値以下のピッチで、ビット線Ｂ_i-1，Ｂ_i，Ｂ
_i+1，・・・・・をワード線Ｗ_j-1，Ｗ_j，Ｗ_j+1，・・・・・と直交
して複数本配列することにより、ビット線Ｂ_i-1，Ｂ_i，
Ｂ_i+1，・・・・・及びワード線とからなるＸ−Ｙマトリクス
を構成した２次元センサ（エリアセンサ）である。つま
り、複数の凹部は感度波長の回折限界値以下のピッチで
周期的に配列されている。

【００３５】しかし、凹部のそれぞれの内部に中空状態
で収納された複数の熱電変換部γ_{i- 1,j}，γ_i-1,j+1，γ
_i,j，γ_i,j+1，・・・・・は、回折限界値以上の対角線長を
有する平面形状である必要はない。その代わり、光熱変
換部δ_i-1,j，δ_i-1,j+1，δ _i,j，δ_i,j+1，・・・・・は、
その一部が隣接する凹部の熱電変換部γ_i-1,j，γ_i-1,
j+1，γ_i,j，γ_i,j+1，・・・・・の上部に重畳するように延
長形成されたオーバーハングパターンとなることによ
り、回折限界値以上の対角線長を実現した平面形状であ
る点が本発明の第１の実施の形態とは異なる。

【００３６】図１０は、これら複数の活性層Ａ_i-1,j，
Ａ_i-1,j+1，Ａ_i,j，Ａ_i,j+1，・・・・・のうちの単一の活性
層Ａ_i,jに着目し、赤外線入射方向から見た光熱変換部
δ_i,jの寸法を詳細に示す平面図である。図１０に示す
ように、本発明の第２の実施の形態に係る撮像素子の画
素を構成する活性層Ａ_i,jは、７μｍ×７μｍの熱電変
換部γ_i,jを有するが、光熱変換部δ_i,jは５つの矩形を
組み合わせた変形１４角形である。このため、１０μｍ
×１０μｍのピッチで画素を配列しても、受光部となる
光熱変換部δ_i,jの最大寸法を与える対角線の長さが約
１４μｍ以上となる。

【００３７】図１１は、図１０のＢ−Ｂ方向に沿った階
段断面図で、活性層Ａ_i,jが、凹部の内部に中空状態で
収納されていることを示している。この中空構造は、活
性層Ａ_i,jをＳｉ基板３１及びＳｉ基板３１の上部の下
地酸化膜３２から熱的に分離するために形成されてい
る。熱電変換部γ_i,jは、ポリシリコンからなるボロメ
ータ材料４１で構成されている。ボロメータ材料４１の
底面と側面をシリコン酸化膜からなる鞘層３５が覆って
いる。ポリシリコンからなるボロメータ材料４１以外
に、ｐｎ接合が形成された単結晶シリコンで構成しても
良い。或いは、ボロメータ材料４１として、ＶＯ₂、Ｔ
ｉ、アモルファスシリコン等が採用可能であることは第
１の実施の形態と同様である。

【００３８】ボロメータ材料４１で構成された熱電変換
部γ_i,jの上には、シリコン酸化膜３７、このシリコン
酸化膜３７の上部のシリコン窒化膜３８とからなる複合
膜で構成された光熱変換部（赤外線吸収層）δ_i,jが配
置されている。シリコン酸化膜３７の厚さは、１．５μ
ｍで、シリコン窒化膜３８の厚さは０．５μｍである。
図１０に示すように、光熱変換部δ_i,jは熱電変換部γ
_i,jとは異なる形状であるので、光熱変換部δ_i,jの先端
部が、隣接する凹部の熱電変換部γ_i,j+1の上部に重畳
するように延長形成されている。図１０では、シリコン
酸化膜３７は熱電変換部γ_i,jの上の全面を被覆してい
るが、シリコン窒化膜３８は熱電変換部γ_{i ,j}の上の一
部のみを被覆している。そして、シリコン酸化膜３７及
びシリコン窒化膜３８とからなる庇が、ワード線Ｗ_jの
上のパッシベーション膜３６の上を超え、隣接する画素
領域まで中空状態でオーバーハングしている。この様な
オーバーハング部を有する延長構造により光熱変換部δ
_i,jは、回折限界値以上の対角線長を実現している。

【００３９】図１１に示すように、第１支持脚２１及び
第２支持脚２２は、活性層Ａ_i,jをＳｉ基板３１及びＳ
ｉ基板３１の上部の下地酸化膜３２に対して機械的に支
持している。そして、同時に、第１支持脚２１の内部に
は、熱電変換部γ_i,jをビット線Ｂ_iと接続する第１の電
気配線として機能する第１の配線層５７を有する。又、
第２支持脚２２の内部には、熱電変換部γ_i,jとワード
線Ｗ_jとを接続する第２の電気配線として機能する第２
の配線層５８を有する。第１及び第２の配線層５７、５
８は、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｍｏ等の高融点金属、これらの
シリサイド等で構成しても良い。第１及び第２の配線層
５７、５８により、ボロメータ材料４１で構成された熱
電変換部γ_i,jで生じた信号が処理回路に導かれる。第
１及び第２の配線層５７、５８の上にもパッシベーショ
ン膜３６が形成されている。

【００４０】なお、図１１は模式的に描かれた図面であ
り、シリコン酸化膜３７及びシリコン窒化膜３８の表面
は必ずしも平坦である必要はない。即ち、実際には、素
子形状に応じて、シリコン窒化膜３８等の表面に段差等
が形成されていても良いのは勿論である。

【００４１】また、図１１においては、ボロメータポリ
シリコン４１の上に直接シリコン酸化膜３７が堆積さ
れ、その上にシリコン窒化膜３８を堆積した構造を例示
しているが、この構造に限定されるものではない。例え
ば、ボロメータポリシリコン４１の上のパッシベーショ
ン膜３６を残し、パッシベーション膜３６の上に、シリ
コン酸化膜３７及びシリコン窒化膜３８を堆積した構造
でも良い。そして、この場合、更に図１１に示すボロメ
ータポリシリコン４１の表面レベルの高さと、第２の配
線層５８の表面レベルの高さを揃える構造にしても良
い。そして、パッシベーション膜３６の上に接続された
シリコン酸化膜３７の底面と第２の配線層５８の上のパ
ッシベーション膜３６との間隔が、シリコン酸化膜３７
の底面とワード線Ｗ_jの上のパッシベーション膜３６と
の間隔と等しくなるように、シリコン酸化膜３７が上下
にうねるような断面形状の構成にしても良い。

【００４２】図１２は、本発明の第２の実施の形態に係
る撮像素子の画素に対して、感度波長８〜１２μｍ帯の
赤外線を入射して赤外線の吸収率を測定した結果を、従
来の熱型赤外線撮像素子に対する結果と共に示す図であ
る。いずれも、支持脚の長さを同じにして測定して比較
している。２点鎖線で示す５０μｍ×５０μｍの画素ピ
ッチ(受光部は４７μｍ×４７μｍ）のものと比較する
と、受光部の大きさが７μｍ×７μｍの従来の熱型赤外
線撮像素子では、波長１０μｍ〜１２μｍの範囲で、赤
外線の吸収率が低下しているのが分かる。一方、本発明
の第２の実施の形態に係る撮像素子では、５０μｍ×５
０μｍの画素の従来の熱型赤外線撮像素子と比較すると
８〜１２μｍの波長全般に渡り、５０μｍ×５０μｍの
画素の約９０％の吸収率が得られることが分かる。

【００４３】本発明の第２の実施の形態に係る撮像素子
の製造方法は、図５〜図８に示した第１の実施の形態に
係る撮像素子の製造方法と同様であるが、図７（ｋ）に
示す段階でワード線Ｗ_j-1，Ｗ_j，Ｗ_j+1，・・・・・のパター
ンを形成した工程後の工程が若干異なる。

【００４４】（ａ）即ち、ワード線Ｗ_j-1，Ｗ_j，
Ｗ_j+1，・・・・・のパターン形成後、層間絶縁膜（図示省
略）として全面にＣＶＤ法で堆積し、更にこの層間絶縁
膜の上に、ビット線Ｂ_i-1，Ｂ_i，Ｂ_i+1，・・・・・のパター
ン（図示省略）を形成するまでは、第１の実施の形態に
係る撮像素子の製造方法と同様である。この後、第１の
実施の形態では、図７（ｌ）に示すように、シリコン酸
化膜３７及びシリコン窒化膜３８を堆積した。しかし、
オーバーハング構造を有する第２の実施の形態では、光
熱変換部（赤外線吸収層）４２として機能するシリコン
酸化膜３７及びシリコン窒化膜３８を堆積をする前に、
２００〜４００ｎｍのパッシベーション膜３６を堆積
し、更に第２の空洞形成用ポリシリコンを３５０〜５０
０ｎｍ堆積する。

【００４５】（ｂ）そして、フォトリソグラフィー技術
及びＲＩＥを用いて、複数の活性層Ａ_i-1,j-1，
Ａ_i-1,j，Ａ_i-1,j+1，Ａ_i,j-1，Ａ_i,j，Ａ_i,j+1，・・・・・
の上部の第２の空洞形成用ポリシリコン及びパッシベー
ション膜３６を、選択的に除去し、ボロメータポリシリ
コン４１の表面を露出させる。そして、図７（ｌ）に示
す段階とほぼ同様に、シリコン酸化膜３７及びシリコン
窒化膜３８を、ボロメータポリシリコン４１の表面及び
第２の空洞形成用ポリシリコンの表面に堆積する。但
し、ボロメータポリシリコン４１の上のパッシベーショ
ン膜３６を残し、パッシベーション膜３６の上に、シリ
コン酸化膜３７及びシリコン窒化膜３８を堆積する構造
でも良い。

【００４６】（ｃ）そして、図８（ｍ）に示す段階の構
造とほぼ同様に、フォトリソグラフィー技術を用いてフ
ォトレジスト６５をパターニングする。このパターニン
グされたフォトレジスト６５を用いて、ＲＩＥ若しくは
ＥＣＲイオンエッチング等により、図８（ｎ）に示す段
階と同様に、シリコン窒化膜３８及びシリコン酸化膜３
７をエッチング除去する。但し、第２の実施の形態で
は、図８（ｎ）に対応する段階において、更に第２の空
洞形成用ポリシリコン及びパッシベーション膜３６もエ
ッチングする。そして、このエッチングで露出した空洞
形成用ポリシリコン５５及び第２の空洞形成用ポリシリ
コンをシリコンエッチング液で除去すれば、図１１に示
すオーバーハング構造の撮像素子が完成する。

【００４７】他は、図５〜図８に示した第１の実施の形
態に係る撮像素子の製造方法と実質的に同様であり、重
複した説明を省略する。

【００４８】（第３の実施の形態）本発明の第３の実施
の形態に係る撮像素子は、図１３に示すように、複数の
凹部を周期的に配列した基体、この基体の表面において
凹部の配列方向に沿って設けられた複数のビット線Ｂ
_i-1，Ｂ_i，Ｂ_i+1，・・・・・、この複数のビット線Ｂ_i-1，
Ｂ_i，Ｂ_i+1，・・・・・に垂直方向で凹部のそれぞれに対応
して設けられた複数のワード線Ｗ_j-1，Ｗ_j，Ｗ_j+1，・・・
・・、凹部のそれぞれの内部に収納された複数の熱電変換
部、この複数の熱電変換部のそれぞれに接して配置され
た光熱変換部、複数の熱電変換部のそれぞれとビット線
Ｂ_i-1，Ｂ_i，Ｂ_i+1，・・・・・とを接続する第１支持脚２
３、複数の熱電変換部のそれぞれとワード線Ｗ_j-1，
Ｗ_j，Ｗ_j+1，・・・・・のそれぞれとを接続する第２支持脚
２４とからなる２次元センサ（エリアセンサ）である点
では、本発明の第１及び第２の実施の形態と共通する。
又、本発明の第１及び第２の実施の形態と同様に、感度
波長の回折限界値以下のピッチで、ビット線Ｂ_i-1，
Ｂ_i，Ｂ_i+1，・・・・・をワード線Ｗ_j-1，Ｗ_j，Ｗ_j+1，・・・・
・と直交して複数本配列することにより、ビット線
Ｂ_i-1，Ｂ_i，Ｂ_i+1，・・・・・及びワード線とからなるＸ−
Ｙマトリクスを構成した２次元センサ（エリアセンサ）
である。しかし、隣接するワード線Ｗ_j-1，Ｗ_j，
Ｗ_j+1，・・・・・相互間で、ビット線Ｂ _i-1，Ｂ_i，Ｂ_i+1，・
・・・・がメアンダ線を構成し、画素配置が１／２ピッチず
つずれた変則的なＸ−Ｙマトリクスである。

【００４９】そして、第２の実施の形態と同様に、正方
形の凹部のそれぞれの内部に中空状態で収納された複数
の正方形の熱電変換部γ_i-1,j，γ_i-1,j+1，γ_i,j，γ
_i,j+1，・・・・・が、回折限界値以下の最大寸法の平面形状
で構成されている。更に、光熱変換部δ_i-1,j，δ
_i-1,j+1，δ_i,j，δ_i,j+1，・・・・・は、短辺が熱電変換部
γ_{i -1,j}，γ_i-1,j+1，γ_i,j，γ_i,j+1，・・・・の辺の約１
／２、長辺が熱電変換部γ_{i -1,j}，γ_i-1,j+1，γ_i,j，
γ_i,j+1，・・・・の辺の約２倍の寸法有した長方形で、隣
接する凹部の熱電変換部γ_i-1,j，γ_i-1,j+1，γ_i,j，
γ_i,j+1，・・・・・の上部の半分の面積に重畳するように延
長形成されたパターンである。各光熱変換部δ _i-1,j，
δ_i-1,j+1，δ_i,j，δ_i,j+1，・・・・・を、長辺の長さが熱
電変換部γ_i-1,j，γ_i-1,j+1，γ_i,j，γ_i,j+1，・・・・の
辺の約２倍となる長方形にし、隣接する凹部の熱電変換
部γ_i-1,j，γ_i-1,j+1，γ_i,j，γ_i,j+1，・・・・・の上部
の半分の面積に重畳するように延長形成することによ
り、回折限界値以上の長辺の長さを実現している。

【００５０】図１４は、これら複数の活性層Ａ_i-1,j，
Ａ_i-1,j+1，Ａ_i,j，Ａ_i,j+1，・・・・・のうちの２つの活性
層Ａ_i,j，Ａ_i,j+1に着目し、赤外線入射方向から見た寸
法を詳細に示す平面図である。活性層Ａ_i,j光熱変換部
δ_i,jの短辺が熱電変換部γ_{i, j}の辺の約１／２に相当す
る４．５μｍ、長辺が熱電変換部γ_i,jの辺の約２倍の
１９μｍとなり、回折限界値以上の長辺を有する平面形
状であることが分かる。断面図は、図１１に示す階段断
面図と実質的に同様であるので図示を省略するが、活性
層Ａ_i,jが、凹部の内部に中空状態で収納されている。
熱電変換部γ_i,jの上には、第２の実施の形態と同様
に、シリコン酸化膜３７、このシリコン酸化膜３７の上
部のシリコン窒化膜３８とからなる複合膜で構成された
光熱変換部（赤外線吸収層）δ_i,jが、短辺：長辺＝約
１：４の長方形の形状で配置されている。光熱変換部δ
_i,jの上部の半分の領域は、隣接する熱電変換部γ
_i-1,j+1から延長する光熱変換部δ_i-1,j+1のために開放
されている。

【００５１】撮影する対象物が偏光成分の多い場合、特
に自動車に搭載して前方を監視する場合など、図１３に
示すような形状にしても十分な画像を得ることが出来
る。８〜１２μｍの赤外線で水平面からの偏光だけで比
較すると図１３の形状にすることによって５０μｍ×５
０μｍの画素とほぼ同じ吸収率を示すことが実験的に確
認出来ている。応用例によっては、主に吸収する偏光方
向を変えることで効率よく赤外線を吸収することが出
来、高品質な赤外線画像を得ることが可能になる。

【００５２】図１３に示す撮像素子では、水平面からの
偏光を効率よく受光するように構成されているが、図１
３の配置を９０°回転することによって、垂直面からの
偏光を効率よく受光するようにすることも可能であり、
より優れた前方監視システムを構築可能である。

【００５３】本発明の第３の実施の形態に係る撮像素子
の製造方法は、第２の実施の形態に係る撮像素子の製造
方法と実質的に同様であり、重複した説明を省略する。

【００５４】図１３では、隣接するワード線Ｗ_j-1，
Ｗ_j，Ｗ_j+1，・・・・・相互間において、ビット線Ｂ_i-1，Ｂ
_i，Ｂ_i+1，・・・・・がメアンダ線を構成し、画素配置が１
／２ピッチずつずれた変則的なＸ−Ｙマトリクス配置を
示した。しかし、図１５に示すように、長辺の長さが１
９μｍの各光熱変換部δ_i-1,j，δ_i-1,j+1，δ_i,j，δ
_{i,j +1}，・・・・・を、各熱電変換部γ_i-1,j，γ_i-1,j+1，γ
_i,j，γ_i,j+1，・・・・・に対する貼り付け方を、隣接する
ワード線Ｗ_j-1，Ｗ_j，Ｗ_j+1，・・・・・相互間において対称
的にすれば、画素配置をずらさない通常のＸ−Ｙマトリ
クス配置も可能である。

【００５５】或いは、図１６に示すように、短辺：長辺
＝約１：４の平行四辺形の各光熱変換部δ_i-1,j，δ
_i-1,j+1，δ_i,j，δ_i,j+1，・・・・・をＸ−Ｙマトリクスに
対して斜めに配置する構成でも良い。

【００５６】（その他の実施の形態）上記のように、本
発明は第１乃至第３の実施の形態によって記載したが、
この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定す
るものであると理解すべきではない。この開示から当業
者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明
らかとなろう。

【００５７】既に述べた第１乃至第３の実施の形態の説
明においては、ビット線及びワード線とからなるＸ−Ｙ
マトリクスを構成た２次元センサ（エリアセンサ）につ
いて説明した。しかし、ビット線を１本のままとして、
１次元センサ（ラインセンサ）としても良いことは勿論
である。１次元センサの場合は、図１３及び図１５に示
した光熱変換部の長辺の方向を、１次元センサの配列す
る方向とは直交する方向に決めても良い。

【００５８】この様に、本発明はここでは記載していな
い様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したが
って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許
請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められる
ものである。

【００５９】

【発明の効果】本発明によれば、画素ピッチを、感度波
長の光学的回折限界値以下に微細化しても、十分な感度
が得られる小型の撮像素子を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る撮像素子の画
素の配置の一部を示す平面図である。

【図２】図１に示した第１の実施の形態に係る撮像素子
の画素配置のうちの単一の活性層に着目し、赤外線入射
方向から見た寸法を詳細に示す平面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ方向に沿った階段断面図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態に係る撮像素子の画
素に対して赤外線の吸収率を測定した結果を、従来の熱
型赤外線撮像素子に対する結果と共に示す図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態に係る撮像素子の製
造方法を説明する工程断面図である（その１）。

【図６】本発明の第１の実施の形態に係る撮像素子の製
造方法を説明する工程断面図である（その２）。

【図７】本発明の第１の実施の形態に係る撮像素子の製
造方法を説明する工程断面図である（その３）。

【図８】本発明の第１の実施の形態に係る撮像素子の製
造方法を説明する工程断面図である（その４）。

【図９】本発明の第２の実施の形態に係る撮像素子の画
素の配置の一部を示す平面図である。

【図１０】図９に示した第２の実施の形態に係る撮像素
子の画素配置のうちの単一の活性層に着目した平面図で
ある。

【図１１】図１０のＢ−Ｂ方向に沿った階段断面図であ
る。

【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る撮像素子の
画素に対して赤外線の吸収率を測定した結果を、従来の
熱型赤外線撮像素子に対する結果と共に示す図である。

【図１３】本発明の第３の実施の形態に係る撮像素子の
画素の配置の一部を示す平面図である。

【図１４】図１３に示した第３の実施の形態に係る撮像
素子の画素配置のうちの２つの活性層に着目した平面図
である。

【図１５】本発明の第３の実施の形態の変形例（変形例
１）に係る撮像素子の画素の配置の一部を示す平面図で
ある。

【図１６】本発明の第３の実施の形態の他の変形例（変
形例２）に係る撮像素子の画素の配置の一部を示す平面
図である。

【図１７】従来の熱型赤外線撮像素子の画素を示す平面
図である。

【図１８】他の従来の熱型赤外線撮像素子の画素を示す
平面図である。

【符号の説明】

２１，２３ 第１支持脚（第１の電気配線） ２２，２４ 第２支持脚（第２の電気配線） ３１ Ｓｉ基板 ３２ 下地酸化膜 ３３，３７ シリコン酸化膜 ３４，３８ シリコン窒化膜 ３５ 鞘層 ３６ パッシベーション膜 ４１ ボロメータ材料（ボロメータポリシリコン） ４２ 光熱変換部（赤外線吸収層） ５１，５７ 第１の配線層 ５２，５８ 第２の配線層 ５５ 空洞形成用ポリシリコン ６１ 活性層凹部 ６２、６３ 支持脚凹部 ６４ 金属膜 ６５，８３ フォトレジスト ７１ ソース領域 ７２ ドレイン領域 ７３ ゲート電極 ７４ ゲート酸化膜 Ａ_i-1,j-1，Ａ_i-1,j，Ａ_i-1,j+1，Ａ_i,j-1，Ａ_i,j，Ａ
_i,j+1 活性層 Ｂ_i-1，Ｂ_i，Ｂ_i+1 ビット線 Ｗ_j-1，Ｗ_j，Ｗ_j+1 ワード線 δ_i-1,j，δ_i-1,j+1，δ_i,j，δ_i,j+1 光熱変換部 γ_i-1,j，γ_i-1,j+1，γ_i,j，γ_i,j+1 熱電変換部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 5/33 Ｈ０４Ｎ 5/335 Ｕ 5/335 Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｋ (72)発明者 真塩 尚哉 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Ｆターム(参考） 2G065 AB02 BA06 BA34 2G066 BA04 BA55 CA02 4M118 AA01 AA10 AB01 BA02 BA30 CA03 CA14 CA19 CB05 CB06 CB07 CB13 EA01 FC06 FC18 GA10 5C024 AX06 CY47

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の凹部を、感度波長の回折限界値以
   下のピッチで周期的に配列した基体と、 該基体の表面において、前記凹部の配列方向に沿って設
   けられたビット線と、 該ビット線に垂直方向で、前記凹部のそれぞれに対応し
   て、前記回折限界値以下のピッチで設けられた複数のワ
   ード線と、 前記凹部のそれぞれの内部に、前記回折限界値以上の対
   角線長を有する平面形状で、中空状態で第１支持脚と第
   ２支持脚により前記基体に支持された複数の熱電変換部
   と、 該複数の熱電変換部のそれぞれに接して、該複数の熱電
   変換部の上部に該複数の熱電変換部と実質的に同一の形
   状で配置された光熱変換部と、 前記第１支持脚を通り、前記複数の熱電変換部のそれぞ
   れと前記ビット線とを接続する第１の電気配線と、 前記第２支持脚を通り、前記複数の熱電変換部のそれぞ
   れと前記ワード線のそれぞれとを接続する第２の電気配
   線とを具備することを特徴とする撮像素子。
2. 【請求項２】 複数の凹部を、感度波長の回折限界値以
   下のピッチで周期的に配列した基体と、 該基体の表面において、前記凹部の配列方向に沿って設
   けられたビット線と、 該ビット線に垂直方向で、前記凹部のそれぞれに対応し
   て前記回折限界値以下のピッチで設けられた複数のワー
   ド線と、 前記凹部のそれぞれの内部に、中空状態で第１支持脚と
   第２支持脚により前記基体に支持された複数の熱電変換
   部と、 該複数の熱電変換部のそれぞれに接し、前記凹部が定義
   する平面領域の範囲を超える領域まで延びることにより
   前記回折限界値以上の辺長若しくは対角線長を実現した
   平面形状の光熱変換部と、 前記第１支持脚を通り、前記複数の熱電変換部のそれぞ
   れと前記ビット線とを接続する第１の電気配線と、 前記第２支持脚を通り、前記複数の熱電変換部のそれぞ
   れと前記ワード線のそれぞれとを接続する第２の電気配
   線とからなることを特徴とする撮像素子。
3. 【請求項３】 前記回折限界値以下のピッチで前記ビッ
   ト線が複数本配列されて、前記ビット線及び前記ワード
   線とからなるＸ−Ｙマトリクスを備え、 該Ｘ−Ｙマトリクスに対応して前記複数の凹部及び前記
   複数の熱電変換部がマトリクス状に配列され２次元セン
   サとして機能することを特徴とする請求項１又２記載の
   撮像素子。
4. 【請求項４】 前記感度波長は８〜１２μｍであること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の撮像素
   子。
5. 【請求項５】 前記光熱変換部は、シリコン酸化膜と、
   該シリコン酸化膜の上部のシリコン窒化膜とを備えたこ
   とを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の撮像
   素子。