JP2003098338A - 光吸収膜およびその製造方法 - Google Patents

光吸収膜およびその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】光吸収膜のパターニング工程を施す場合に、工
程順の構成に工夫が不要であり、工程設計の不自由さを
解消し、扱いも簡単で、吸収率が９０％以上で検出感度
が高く、光吸収波長による吸収率の変動が少なく、トー
タルとして吸収エネルギーが大きい光吸収膜およびその
製造方法を提供する。 【解決手段】検出対象である光の波長に対してシリコン
酸化膜より吸収係数が大きいか、または反射率が大きい
材料からなる微粒子、もしくは該微粒子が連鎖状に繋が
った綿状体がシリコン酸化膜に含有され、上記微粒子も
しくは綿状体を含有したシリコン酸化膜が赤外線センサ
３の検出領域を含む主面上に形成されており、上記微粒
子もしくは上記綿状体を含有した上記シリコン酸化膜の
光吸収率がシリコン酸化膜の光吸収率より大きい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光吸収膜およびそ
の製造方法に係り、特に、遠赤外線検出器のような断熱
構造上のセンシング領域へ形成するパターニングを必要
とする技術に適用するのに好適な光吸収膜およびその製
造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光センサに用いられる光吸収膜は、膜材
料の結晶がデンドライト成長した多孔質の構造を有する
金属膜を用いることが多い。このような金属膜を形成す
るには、一般的に、真空チャンバーを所望の圧力まで排
気した後に排気を停止し、該チャンバー内に所定の圧力
の不活性ガスを充填して圧力一定とする。圧力は系の平
均自由行程が非常に短くなる圧力であり、数百Ｐａ程度
である。その雰囲気下において、蒸着用ボートを用いた
抵抗加熱により、金等の金属を蒸発させて被蒸着物表面
に蒸着金属の結晶をデンドライト成長させる等の手順で
行われている。
【０００３】サーモパイル型遠赤外線検出器のように、
非常に微小な入射赤外光を熱エネルギーとして温度で検
出することが必要なセンサにおいては、上記のように金
をデンドライト成長させた遠赤外線光吸収膜（＝熱吸収
膜）を用い、かつ、センシング領域をそれを保持する基
体から空間に浮かせた熱分離構造（後述の図１に示すの
と同様な構造）とすると非常に感度が向上する（第１の
従来構造）。
【０００４】一方、多くの市販されているセンサのよう
に、屈折率の異なる通常の非ポーラス構造の薄膜を積層
して、光の干渉によりエネルギーとして膜内で吸収させ
る構造がある。この構造は、通常の半導体素子の製作工
程と同様の工程で加工することが可能で、工程への組み
込みが容易である（第２の従来構造）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】第１の従来構造のよう
な脆弱な薄膜構造を形成する場合において、光吸収膜を
検出領域にのみ形成し、非検出領域は温度検出の比較基
準点とするために、非検出領域に光吸収膜を形成しない
というパターニング工程を施す場合に、工程順の構成に
工夫が必要であり、扱いも難しい。
【０００６】また、第２の従来構造のような積層膜型で
は、吸収率が事実上７０％程度であり、第１の従来構造
のポーラス金属膜型における９０％以上の性能に比較す
ると、検出感度が低下する。また、その原理から光吸収
波長による吸収率の変動があり、トータルとして吸収エ
ネルギーは小さくなる。したがって、このような積層膜
型は、センサの熱検出手法が非常に高感度の場合での適
用に限られる。
【０００７】本発明の目的は、光吸収膜のパターニング
工程を施す場合に、工程順の構成に工夫が不要であり、
工程設計の不自由さを解消し、扱いも簡単な光吸収膜お
よびその製造方法を提供することにある。
【０００８】また、吸収率が約９０％以上で検出感度が
高く、光吸収波長による吸収率の変動が少なく、トータ
ルとして吸収エネルギーが大きい光吸収膜およびその製
造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明においては特許請求の範囲に記載するような
構成をとる。すなわち、請求項１に記載の光吸収膜は、
検出対象である光の波長に対してシリコン酸化膜より吸
収係数が大きいか、または反射率が大きい材料からなる
微粒子、もしくは該微粒子が連鎖状に繋がった綿状体が
シリコン酸化膜に含有され、上記微粒子もしくは上記綿
状体を含有した上記シリコン酸化膜が光センサの検出領
域を含む主面上に形成されており、上記微粒子もしくは
上記綿状体を含有した上記シリコン酸化膜の光吸収率が
シリコン酸化膜の光吸収率より大きいことを特徴とす
る。
【００１０】また、請求項２に記載の光吸収膜は、請求
項１に記載の光吸収膜において、上記光吸収膜は、ＳＯ
Ｇ膜中に上記材料を１種類もしくは２種類以上混合させ
てなることを特徴とする。
【００１１】また、請求項３に記載の光吸収膜は、請求
項２記載の光吸収膜において、上記光吸収膜は、上記Ｓ
ＯＧ膜中に混合された上記材料の混合比率が異なる膜を
２層以上積層してなることを特徴とする。
【００１２】また、請求項４に記載の光吸収膜は、請求
項２記載の光吸収膜において、上記光吸収膜は、上記Ｓ
ＯＧ膜中に混合された上記材料および混合比率が異なる
膜を２層以上積層してなることを特徴とする。
【００１３】また、請求項５に記載の光吸収膜は、請求
項２記載の光吸収膜において、上記ＳＯＧ膜はリンを含
まないことを特徴とする。
【００１４】また、請求項６に記載の光吸収膜は、請求
項２記載の光吸収膜において、上記ＳＯＧ膜中に混合さ
せる上記材料として、金属、炭素、シリコンのうち、１
種類もしくは２種類以上を用いたことを特徴とする。
【００１５】また、請求項７に記載の光吸収膜は、請求
項１乃至６項のうちのいずれかに記載の光吸収膜におい
て、上記光吸収膜が凹凸を形成した表面に形成されてい
ることを特徴とする。
【００１６】また、請求項８に記載の光吸収膜の製造方
法は、半導体基体上に、メンブレンとなる膜を形成し、
上記メンブレンとなる膜上にセンサを形成する第１の工
程と、上記センサを含む上記半導体基体上に、光吸収材
料である微粒子を混合した光吸収膜となるＳＯＧ膜を形
成する第２の工程と、上記ＳＯＧ膜の上に所定の形状に
パターニングした第１のレジスト膜を形成する第３の工
程と、上記第１のレジスト膜をマスクとして上記ＳＯＧ
膜をエッチングして、上記ＳＯＧ膜を所定の形状にパタ
ーニングし、上記光吸収膜を形成する第４の工程と、上
記光吸収膜を含む上記半導体基体上に、エッチングマス
ク膜を形成する第５の工程と、上記エッチングマスク膜
上に、所定の形状にパターニングした第２のレジスト膜
を形成する第６の工程と、上記第２のレジスト膜を形成
した上記エッチングマスク膜をエッチングして、上記メ
ンブレンとなる膜下の上記半導体基体に空洞を形成する
ためのエッチング液供給口と、外部との電気的接続用孔
を開孔する第７の工程と、上記エッチング液供給口から
エッチング液を供給し、上記メンブレンとなる膜下の上
記半導体基体をエッチングして、上記空洞を形成する第
８の工程と、を有することを特徴とする。
【００１７】また、請求項９に記載の光吸収膜の製造方
法は、請求項８記載の光吸収膜の製造方法において、上
記第２の工程における上記ＳＯＧ膜の形成法がスピンコ
ート法であり、該ＳＯＧ膜の被形成面の周囲に飛び散っ
たＳＯＧ材料を回収し、ＨＦを含むエッチング液にてシ
リコン酸化物を除去して上記ＳＯＧ材料に混合された微
粒子材料のみを取り出し、該微粒子材料をＳＯＧに混合
して再使用することを特徴とする。
【００１８】また、請求項１０に記載の光吸収膜の製造
方法は、請求項８記載の光吸収膜の製造方法において、
上記第２の工程における上記ＳＯＧの塗布時において、
該ＳＯＧに混合した微粒子材料を常時撹幹しておくこと
を特徴とする。
【００１９】また、請求項１１に記載の光吸収膜の製造
方法は、請求項８記載の光吸収膜の製造方法において、
上記第４の工程における上記ＳＯＧ膜のパターニング
は、湿式エッチングを用いて行うことを特徴とする。
【００２０】
【発明の効果】本発明では、従来は金等を成長させて形
成していた光吸収膜を、透明樹脂のような物に光吸収材
料を混合して形成することで、光吸収膜を破損すること
なく容易にエッチングすることができ、さらに、従来の
積層構造の光吸収膜よりも感度を向上させることができ
るものである。
【００２１】すなわち、請求項１の光吸収膜によれば、
光吸収材料となる微粒子を、赤外吸収率を持ち、屈折率
の小さな酸化膜に混合させて形成することにより、表面
反射が小さな膜内で高い赤外線吸収率を有しながらも、
微粒子が酸化膜で覆われているため、パターニング加工
が容易で、所望の領域に光吸収膜を形成する工程が容易
になり、工程の簡略化と歩留まり向上を図ることができ
る。
【００２２】請求項２の光吸収膜によれば、液体の酸化
物原料であるＳＯＧを用いることにより、微粒子材料を
混合することが容易で、塗布により微粒子を混入させた
シリコン酸化膜を容易に形成できる。
【００２３】請求項３の光吸収膜によれば、密着性の良
い混合濃度の低い膜の上に光吸収の良い濃度の高い膜を
積層し、さらに表層に微粒子の濃度がゼロの膜を保護膜
として積層し、総合的に特性を最良に設定する等々、光
学特性や物理特性の設計が容易となる。
【００２４】請求項４の光吸収膜によれば、混合する微
粒子材料物質や粒径により、吸収波長や吸収率にさまざ
まな特性を持たせることができる。上記第２の従来例の
積層膜の光干渉による吸収膜では単波長しか吸収できな
かったが、これによれば検知したい対象物の温度に合わ
せた吸収特性を任意に持たせ、信号処理によらない検知
対象の高度な選択処理が可能となる。
【００２５】請求項５の光吸収膜によれば、リンを含ま
ないシリコン酸化膜を用いることにより、センサ形成の
ためのエッチング工程において、ＰＳＧとの選択エッチ
ングにより膜をエッチングせずに保護することができ、
構造設計が容易となる。
【００２６】請求項６の光吸収膜によれば、良好な光吸
収特性を持つ光吸収膜を提供することができる。
【００２７】請求項７の光吸収膜によれば、凹凸部分近
くの膜厚が実質的に厚くなり、入射光の吸収に寄与する
経路が長くなる他、凹凸表面で乱反射され、膜の鉛直方
向以外に反射された光も経路が長くなるのでさらに吸収
率が向上する。
【００２８】請求項８の光吸収膜の製造方法によれば、
光吸収材料となる微粒子を、赤外吸収率を持ち、屈折率
の小さな酸化膜に混合させて形成することにより、表面
反射が小さな膜内で高い赤外線吸収率を有しながらも、
微粒子が酸化膜で覆われているため、パターニング加工
が容易で、所望の領域に光吸収膜を形成する工程を有
し、工程の簡略化と歩留まり向上を図ることができる光
吸収膜の製造方法を提供することができる。
【００２９】請求項９の光吸収膜の製造方法によれば、
微粒子は高価な材料であるが、回収して再投入できるの
で、材料の有効利用が容易にでき、コストダウンを図る
ことができる。
【００３０】請求項１０の光吸収膜の製造方法によれ
ば、ＳＯＧ中では比重が大きく異なり、沈殿しやすい微
粒子材料を常時撹幹することにより、微粒子が均一に混
合された光吸収膜を形成することができる。
【００３１】また、ＡｕやＮｉ等エッチングしにくい混
合材料を用いる場合、ドライエッチングによるエッチン
グでは、エッチング面に残り易い。材料が残らないよう
にスパッタエッチング性を強めたエッチングでは下地を
いためる。例えばＡｕならばヨウ素系のエッチング液も
しくは王水でこれを除去することが可能であり、請求項
１１の光吸収膜の製造方法によれば、エッチング残りや
下地の損傷を防ぐことができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態について詳細に説明する。なお、各図は工程の説
明を容易にするためにデフォルメしてあり、正確な寸法
比を示さない部分がある。また、各図で、同一機能を有
するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略
する。また、実施の形態中の数値は、本実施の形態を説
明するための一例であり、これに限定されるものでは無
く、外部条件の変動により当然変化するものである。
【００３３】実施の形態１ 図１は本発明の実施の形態１の光吸収膜を形成した赤外
線センサの単セル部分の断面図である。
【００３４】以下にその構成について説明する。
【００３５】１は半導体基体、２はメンブレン、３は赤
外線センサ、４は赤外線センサ３の上に形成した光吸収
膜、５は半導体基体１のメンブレン２下に形成した空洞
である。
【００３６】本実施の形態１の光吸収膜４では、検出対
象である光の波長に対してシリコン酸化膜より吸収係数
が大きいか、または反射率が大きい材料からなる微粒
子、もしくは該微粒子が連鎖状に繋がった綿状体がシリ
コン酸化膜に含有され、上記微粒子もしくは綿状体を含
有したシリコン酸化膜が光センサ、ここでは赤外線セン
サ３の検出領域を含む主面上に形成されており、上記微
粒子もしくは上記綿状体を含有した上記シリコン酸化膜
の光吸収率がシリコン酸化膜の光吸収率より大きいこと
を特徴とする。
【００３７】すなわち、半導体基体１の表面には、赤外
線センサ３を空洞５で熱分離しながら保持するためのメ
ンブレン２が形成されている。赤外線センサ３の上部に
は光吸収材料となる金属微粒子を混合し、混濁された
（以下、単に「混合」と記す）シリコン酸化膜（ＳｉＯ
２膜）からなる光吸収膜４が形成されている。金属微粒
子が混合されたシリコン酸化膜では、従来から用いられ
ている光吸収膜である金属黒色膜と同様のメカニズムで
光吸収作用を実現する（特願2001-197928号参照）。
【００３８】今回用いているシリコン酸化膜は、屈折率
（ｎ）がおおよそ１．３であり、これから計算される表
面反射率Ｒは、吸収が無い場合で、 Ｒ＝((ｎ−１)／(ｎ＋１))２ で簡単にＲ≒１．７％と求められ、非常に効率良く、吸
収膜４内に入射光を取り込むことができる。
【００３９】以下、図２、図３（Ａ）〜図５（Ｈ）、お
よび図６を用いて、本発明による光吸収膜の製造方法に
ついて説明する。
【００４０】本実施の形態の光吸収膜の製造方法を簡単
に説明するため、微粒子材料として、Ａｕを用いる。Ａ
ｕは安定元素であり、取り扱いに関して特段の注意を払
わずに適用することができる。
【００４１】まず、本発明に係るシリコン酸化膜の原料
としては、ＳＯＧ（Spin on Glass）と一般的に呼ば
れ、広く市販されているシラノール化合物系の液状化合
物を準備する。
【００４２】本実施の形態では、ＳＯＧ中にリン成分
（Ｐ２Ｏ５）を含まないものとした。この理由について
は、後述する。本ＳＯＧは、材料表面に塗布した後、乾
燥させる工程のみでシリコン酸化膜を形成することがで
きる。次に、光吸収させるための微粒子を準備する。本
実施の形態では、上述のようにＡｕを用いるので、数百
Ｐａ（数Ｔｏｒｒ）以上の窒素ガス中でＡｕを蒸発させ
たものを捕集すると、Ａｕの微粒子が連なって綿状に成
長した黒色から暗褐色を呈する物質が得られる。この形
成法は、従来から用いられている金属黒色膜の形成法と
変わりない（特願2001-197928号参照）。
【００４３】この形成物質は非常に脆く、撹拌式のミル
に投入すれば、容易に微小単位の微粒子の結合体（以
下、簡略化のため、「微粒子」と称する）とすることが
できる。
【００４４】次に、これを上記のＳＯＧ液内に投入し、
良く撹拌すると、図２に模式的に示すようなＡｕ微粒子
を混合したＳＯＧ液６ができる。３２はＳＯＧ液６を入
れた容器である。
【００４５】次に、図３（Ａ）〜図５（Ｈ）を用いて、
センサの形成工程を簡単に説明する。
【００４６】まず、図３（Ａ）に示すように、シリコン
等の半導体基体１上に、後でメンブレン２となるＰＳＧ
（Phospho Silicate Glass）膜等のシリコン酸化膜を公
知の方法を用いて形成し、その上にサーモパイル型赤外
線センサ３を公知の方法を用いて形成する。
【００４７】この上に、上記のＡｕ微粒子を混合したＳ
ＯＧ液６（図２参照）を、図３（Ｂ）に示すようにスピ
ンコートし、２００℃に加熱して乾燥および高密度化処
理を施すと、Ａｕ微粒子を混合し、塗布したＳＯＧ膜７
からなる光吸収膜が形成できる。
【００４８】このとき、この塗布の間、ＳＯＧ中ではＡ
ｕ微粒子の比重が大きく異なるため、沈殿しやすい。こ
のため、塗布作業中の該ＳＯＧ液６は、図６に示すよう
に、「ホモジナイザー」と呼ばれる超音波撹拌機８に設
置するか、あるいは容器１１内部に回転子９を入れたス
ターラー１０を用いて常時撹拌しておくことが望まし
い。ＳＯＧ液６は、容器１１に配管３３から矢印１２で
示すようにＨｅガスを供給して、ＳＯＧ液６中に沈めた
配管３４から矢印１３で示すようにＳＯＧ液６を供給す
る。
【００４９】次に、フォトリソグラフィー工程により、
図３（Ｃ）に示すように、第１のレジスト膜（レジスト
マスク）１４を形成し、弗化水素酸系のエッチング液で
短時間エッチングすると、ＳＯＧは非常にエッチング速
度が速いために、下地のメンブレン２等に用いているシ
リコン酸化膜をいためることなく、図４（Ｄ）に示すよ
うに、レジスト膜１４下以外の部分のＡｕ微粒子混合Ｓ
ＯＧ膜７のシリコン酸化物成分を除去できる。
【００５０】このとき、エッチング液中にＡｕの微粒子
の一部が流出し、残留する。残留したＡｕ微粒子は、ヨ
ウ素系のエッチング液もしくは王水に半導体基体１を浸
漬することにより溶解させることができ、不要部分のＡ
ｕ微粒子を除去する。こうして図４（Ｄ）に示すよう
に、パターニングされた本発明に係る光吸収膜４を形成
した。
【００５１】続いて、図４（Ｅ）に示すように、光吸収
膜４を含む半導体基体１上に、ＰＳＧ膜１５を厚さ１μ
ｍ形成する。
【００５２】次に、この上にフォトリソグラフィー工程
により、図４（Ｆ）に示すように、第２のレジスト膜
（レジストマスク）１６を形成する。
【００５３】次に、第２のレジスト膜１６を形成したＰ
ＳＧ膜１５を、通称「パッド開口液」（弗化アンモニウ
ム＋氷酢酸＋水の混合液）に浸漬して、図５（Ｇ）に示
すように、内部に空洞を形成するためのエッチング液供
給口１７と、図示していないが、外部と電気的接続を取
るためのボンディングパッド部分を開孔する。なお、こ
のとき、光吸収膜４を形成するＳＯＧにリンを含まない
物（上述）を使用したのは、この「パッド開口液」によ
るエッチング時に該光吸収膜４が溶解しないようにする
ためである。
【００５４】その後、暖めた抱水ヒドラジンで半導体基
体１をエッチングすると、空洞５が形成され、図５
（Ｈ）に示す熱分離構造上にのみ光吸収膜４が形成され
た赤外線センサのセルが完成する。
【００５５】すなわち、本実施の形態１の光吸収膜の製
造方法は、半導体基体１上に、メンブレン２となる膜を
形成し、メンブレン２となる膜上にセンサ３を形成する
第１の工程と（図３（Ａ））、センサ３を含む半導体基
体１上に、光吸収材料である微粒子を混合した光吸収膜
４となるＳＯＧ膜７を形成する第２の工程と（図３
（Ｂ））、ＳＯＧ膜７の上に所定の形状にパターニング
した第１のレジスト膜１４を形成する第３の工程と（図
３（Ｃ））、第１のレジスト膜１４をマスクとしてＳＯ
Ｇ膜７をエッチングして、ＳＯＧ膜７を所定の形状にパ
ターニングし、光吸収膜４を形成する第４の工程と（図
４（Ｄ））、光吸収膜４を含む半導体基体１上に、エッ
チングマスク膜としてＰＳＧ膜１５を形成する第５の工
程と（図４（Ｅ））、エッチングマスク膜のＰＳＧ膜１
５上に、所定の形状にパターニングした第２のレジスト
膜１６を形成する第６の工程と（図４（Ｆ））、第２の
レジスト膜１６を形成したエッチングマスク膜のＰＳＧ
膜１５をエッチングして、メンブレン２下の半導体基体
１に空洞５を形成するためのエッチング液供給口１７
と、外部との電気的接続用孔（図示せず）を開孔する第
７の工程と（図５（Ｇ））、エッチング液供給口１７か
らエッチング液を供給し、メンブレン２下の半導体基体
１をエッチングして、空洞５を形成する第８の工程と
（図５（Ｈ））を有することを特徴とする。
【００５６】なお、光吸収膜４を形成するＳＯＧに混合
する微粒子材料としては金属、シリコン、カーボン等が
適し、それぞれの材料の光学的・化学的・機械的特長を
生かした材料と微粒子のサイズの選択をすれば良い。ま
た、上述の工程における光吸収膜４を形成するＳＯＧ塗
布に用いるスピンコートでは、被塗布サンプル上に付着
させた以外のＳＯＧはスピンテーブル周囲の「カップ」
と呼ばれる部分に材料が付着する。通常はこれを廃棄し
てしまうが、本発明のようにＡｕ等の微粒子を混合させ
た場合には、これを回収して再使用することができる。
本実施の形態で用いたＡｕの微粒子では、掻き集めたカ
ップ内のＳＯＧを薄い弗化水素酸で溶かすことにより回
収できる。回収した微粒子を再びＳＯＧに投入すること
により、今回のようなＡｕに限らず高価な微粒子を捨て
ることなく、有効に利用することが可能となり、コスト
低減を図ることができる。ただし、弗化水素酸系のエッ
チング液に対して溶解性の強い材料の微粒子は回収でき
ない。
【００５７】光吸収膜４を上記の手法にて形成すると、
光吸収材料となる微粒子を赤外吸収率を持ち、屈折率の
小さなシリコン酸化膜に混合させて形成することによ
り、表面反射が小さな膜内で高い赤外線吸収率を有する
光吸収膜を提供することができる。また、微粒子がシリ
コン酸化膜で覆われているため、通常の半導体で用いる
プロセスと大差ない工程でパターニング加工が可能とな
り、作業は容易で、かつ、歩留まりが向上する。
【００５８】実施の形態２ 本発明の実施の形態２の光吸収膜について説明する。な
お、工程の細部は上述の実施の形態１と同一のため、異
なる点のみ説明する。また、実施の形態１の図１に示し
た半導体基体１、空洞５の図示は省略する。
【００５９】図７は本発明の実施の形態２の光吸収膜を
示す断面図である。
【００６０】本実施の形態２では、混合する光吸収用微
粒子の濃度を変化させた層を複数積層して光吸収膜４を
構成するものであり、ここでは総計５層積層した例を示
す。
【００６１】まず、赤外線センサ３の検出領域直上に
は、混合するＡｕ微粒子量を減らしたＳＯＧ層１８を形
成し、絶縁性と密着性を確保する。ＳＯＧに対して不純
物であるＡｕ微粒子を大量に混合させた場合には、機械
強度が低下したり、絶縁性が低下する場合があるからで
ある。
【００６２】その上には、非常に混合濃度が高いＳＯＧ
層１９を塗布し、続いて、表層に近づくにつれ、次第に
Ａｕ微粒子の混合濃度を低下させて２層のＳＯＧ層２
０、２１を形成する。この２層は、表面での反射を減ら
して膜の深い領域でより乱反射による吸収をさせようと
するものである。
【００６３】最後に、表層にＡｕ微粒子混合量を最も減
じたＳＯＧ層２２を保護膜として形成する。この表層膜
はＡｕ微粒子が入っていないものでも良い。上記のよう
に、ＳＯＧ膜への微粒子の混合濃度の異なるものを複数
積層することにより、光学特性や物理特性の設計を容易
にすることが可能となる。
【００６４】実施の形態３ 本発明の実施の形態３の光吸収膜について説明する。な
お、上記実施の形態２と同様に、工程の細部は上述の実
施の形態１と同一のため、異なる点のみ説明する。ま
た、実施の形態１の図１に示した半導体基体１、空洞５
の図示は省略する。
【００６５】図８は本発明の実施の形態３の光吸収膜を
示す断面図である。
【００６６】本実施の形態では、混合する微粒子の種類
も変化させた層を複数積層して光吸収膜４を構成するも
ので、ここでは５層積層した例を示す。
【００６７】本実施の形態３では、赤外線センサ３の検
出領域直上には、目標吸収波長に対して吸収率の高いＡ
ｕを濃度７０％で混合したＳＯＧ層２３、次に、密着性
が良く、機械強度が高く、かつ、応力の制御が可能なシ
リコンの微粒子を５０％混合したＳＯＧ層２４、次に、
再び吸収率の高いＡｕ粒子を混合したＳＯＧ層２５、そ
の上に、上記と同様のシリコンを混合したＳＯＧ層２
４、最上表面に保護用としてＡｕ微粒子量を減らし、濃
度１０％としたＳＯＧ層２６を塗布し、全５層とした。
【００６８】この場合、上記ＳＯＧ層２４に混合したシ
リコン微粒子はリンやホウ素あるいは砒素等をドーピン
グしたものを用いると、赤外線吸収に都合がよい。最上
の表層膜はＡｕ微粒子が入っていないものでも良い。
【００６９】本実施の形態３によれば、混合する微粒子
材料物質や粒径により、上記の機械的特性以外に、吸収
波長や吸収率にさまざまな特性を持たせることができ
る。
【００７０】従来の積層膜（前述の第２の従来構造）の
光干渉による光吸収膜では、単波長しか吸収できなかっ
たが、本実施の形態３によれば、検知したい対象物の温
度に合わせた光吸収特性を任意に持たせ、信号処理によ
らない検知対象の高度な選択処理も可能となる。
【００７１】実施の形態４ 本発明の実施の形態４の光吸収膜について説明する。な
お、上記実施の形態２、実施の形態３と同様に、工程の
細部は上述の実施の形態１と同一のため、異なる点のみ
説明する。また、実施の形態１の図１に示した半導体基
体１、空洞５の図示は省略する。
【００７２】図９は本発明の実施の形態４の光吸収膜を
示す断面図である。
【００７３】本実施の形態４では、赤外線センサ３の表
面に凹凸、すなわち、突起２７を形成し、その上に本発
明に係る光吸収膜４をＳＯＧ塗布により形成するもので
ある。
【００７４】以下にその形成法の一例を示す。まず、赤
外線センサ３の表面に絶縁膜を形成する。引き続き、ア
ルミニウム膜を１．５μｍの厚さに形成する。その後、
フォトリソグラフィーおよびドライエッチングにより図
９に示すような突起２７を実現させる。
【００７５】その後、上記実施の形態２、３と同様に、
多層構造の光吸収膜２８〜３１をＳＯＧ塗布により形成
する。本実施の形態４では、突起２７の間は、実効的に
光吸収膜４の膜厚が厚くなり、光吸収能力を向上させる
か、あるいは微粒子混合濃度を下げて取り扱いを容易に
するのも良い。
【００７６】本実施の形態４のようなアルミニウム膜等
の金属を用いて形成した凹凸では、突起２７表面まで入
射光が到達した場合、斜めに入射光が反射され、実質的
に無限厚とみなせる光吸収膜４内で効果的に吸収され
る。
【００７７】一方、金属ではなく、ドーピングしたシリ
コン蒸着膜を用いて凹凸形成する場合ならば、突起２７
自体も光吸収する。
【００７８】さらに、上記のアルミニウムのような膜を
用いて突起２７を形成する場合に、エッチング深さを
０．５μｍ程度残して凹凸部分の下地膜を残し、さらに
エッチングマスクを再形成して不要領域の残膜を除去す
ると、反射膜の凹凸からなる下地層が形成できる。この
場合、凹凸部分の底部に入射光が到達しても反射されて
再度吸収させることができる。
【００７９】本実施の形態４では上記のように、光吸収
をさらに効率よく行うことができる。
【００８０】以上本発明を実施の形態に基づいて具体的
に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変
更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の光吸収膜を形成した赤
外線センサの単セル部分の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１において、光吸収用微粒
子を混合させたＳＯＧ液のイメージ断面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の実施の形態１の光吸
収膜の製造方法を示す工程断面図である。
【図４】（Ｄ）〜（Ｆ）は本発明の実施の形態１の光吸
収膜の製造方法を示す工程断面図である。
【図５】（Ｇ）、（Ｈ）は本発明の実施の形態１の光吸
収膜の製造方法を示す工程断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１において、ＳＯＧ液の混
合法を説明する断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２の微粒子混合濃度が異な
る積層構造の光吸収膜を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３の微粒子種および混合濃
度が異なる積層構造の光吸収膜を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態４のセンサ上の凹凸構造上
に形成した光吸収膜を示す断面図である。
【符号の説明】
１…半導体基体、２…メンブレン、３…赤外線センサ、
４…光吸収膜、５…空洞、６…ＳＯＧ液、８…超音波撹
拌機、９…回転子、１１…容器、１０…スターラー、１
２…Ｈｅガスを示す矢印、１３…ＳＯＧ液の供給を示す
矢印、７…ＳＯＧ膜、１４…第１のレジスト膜、１５…
ＰＳＧ膜、１６…第２のレジスト膜、１７…エッチング
液供給口、１８…混合Ａｕ微粒子を減らしたＳＯＧ層、
１９…混合Ａｕ微粒子濃度が高いＳＯＧ層、２０…ＳＯ
Ｇ層１９の次に混合Ａｕ微粒子濃度が高いＳＯＧ層、２
１…ＳＯＧ層２０の次に混合Ａｕ微粒子濃度が高いＳＯ
Ｇ層、２２…表面ＳＯＧ層、２３…７０％混合Ａｕ微粒
子ＳＯＧ層、２４…シリコン混合ＳＯＧ層、２５…Ａｕ
混合ＳＯＧ層、２６…Ａｕ１０％混合ＳＯＧ層、２７…
突起、２８、２９、３０、３１…光吸収層、３２…容
器、３３、３４…配管。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H042 BA02 BA03 BA12 BA15 BA16 2H048 CA01 CA05 CA09 CA12 CA17 CA29

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】検出対象である光の波長に対してシリコン
    酸化膜より吸収係数が大きいか、または反射率が大きい
    材料からなる微粒子、もしくは該微粒子が連鎖状に繋が
    った綿状体がシリコン酸化膜に含有され、 上記微粒子もしくは上記綿状体を含有した上記シリコン
    酸化膜が光センサの検出領域を含む主面上に形成されて
    おり、 上記微粒子もしくは上記綿状体を含有した上記シリコン
    酸化膜の光吸収率がシリコン酸化膜の光吸収率より大き
    いことを特徴とする光吸収膜。
  2. 【請求項２】上記光吸収膜は、ＳＯＧ膜中に上記材料を
    １種類もしくは２種類以上混合させてなることを特徴と
    する請求項１記載の光吸収膜。
  3. 【請求項３】上記光吸収膜は、上記ＳＯＧ膜中に混合さ
    れた上記材料の混合比率が異なる膜を２層以上積層して
    なることを特徴とする請求項２記載の光吸収膜。
  4. 【請求項４】上記光吸収膜は、上記ＳＯＧ膜中に混合さ
    れた上記材料および混合比率が異なる膜を２層以上積層
    してなることを特徴とする請求項２記載の光吸収膜。
  5. 【請求項５】上記ＳＯＧ膜はリンを含まないことを特徴
    とする請求項２記載の光吸収膜。
  6. 【請求項６】上記ＳＯＧ膜中に混合させる上記材料とし
    て、金属、炭素、シリコンのうち、１種類もしくは２種
    類以上を用いたことを特徴とする請求項２記載の光吸収
    膜。
  7. 【請求項７】上記光吸収膜が凹凸を形成した表面に形成
    されていることを特徴とする請求項１乃至６項のうちの
    いずれかに記載の光吸収膜。
  8. 【請求項８】半導体基体上に、メンブレンとなる膜を形
    成し、上記メンブレンとなる膜上にセンサを形成する第
    １の工程と、 上記センサを含む上記半導体基体上に、光吸収材料であ
    る微粒子を混合した光吸収膜となるＳＯＧ膜を形成する
    第２の工程と、 上記ＳＯＧ膜の上に所定の形状にパターニングした第１
    のレジスト膜を形成する第３の工程と、 上記第１のレジスト膜をマスクとして上記ＳＯＧ膜をエ
    ッチングして、上記ＳＯＧ膜を所定の形状にパターニン
    グし、上記光吸収膜を形成する第４の工程と、 上記光吸収膜を含む上記半導体基体上に、エッチングマ
    スク膜を形成する第５の工程と、 上記エッチングマスク膜上に、所定の形状にパターニン
    グした第２のレジスト膜を形成する第６の工程と、 上記第２のレジスト膜を形成した上記エッチングマスク
    膜をエッチングして、上記メンブレンとなる膜下の上記
    半導体基体に空洞を形成するためのエッチング液供給口
    と、外部との電気的接続用孔を開孔する第７の工程と、 上記エッチング液供給口からエッチング液を供給し、上
    記メンブレンとなる膜下の上記半導体基体をエッチング
    して、上記空洞を形成する第８の工程と、を有すること
    を特徴とする光吸収膜の製造方法。
  9. 【請求項９】上記第２の工程における上記ＳＯＧ膜の形
    成法がスピンコート法であり、該ＳＯＧ膜の被形成面の
    周囲に飛び散ったＳＯＧ材料を回収し、ＨＦを含むエッ
    チング液にてシリコン酸化物を除去して上記ＳＯＧ材料
    に混合された微粒子材料のみを取り出し、該微粒子材料
    をＳＯＧに混合して再使用することを特徴とする請求項
    ８記載の光吸収膜の製造方法。
  10. 【請求項１０】上記第２の工程における上記ＳＯＧの塗
    布時において、該ＳＯＧに混合した微粒子材料を常時撹
    幹しておくことを特徴とする請求項８記載の光吸収膜の
    製造方法。
  11. 【請求項１１】上記第４の工程における上記ＳＯＧ膜の
    パターニングは、湿式エッチングを用いて行うことを特
    徴とする請求項８記載の光吸収膜の製造方法。
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