JP2003337066A - Bolometric infrared detector and its manufacturing method - Google Patents

Bolometric infrared detector and its manufacturing method

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JP2003337066A
JP2003337066A JP2002146256A JP2002146256A JP2003337066A JP 2003337066 A JP2003337066 A JP 2003337066A JP 2002146256 A JP2002146256 A JP 2002146256A JP 2002146256 A JP2002146256 A JP 2002146256A JP 2003337066 A JP2003337066 A JP 2003337066A
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JP
Japan
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layer
infrared
infrared absorption
absorption layer
reflection
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Application number
JP2002146256A
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Japanese (ja)
Inventor
Osamu Kaneda
修 兼田
Yoshiyuki Nakagi
義幸 中木
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bolometric infrared detector and a manufacturing method for the bolometric infrared detector that keep a high-speed response and high sensitivity, and at the same time can increase the bandwidth of a detection wavelength. <P>SOLUTION: The bolometric infrared detector 10 comprises: a substrate 1; an infrared ray absorption layer 13 that is supported at a specific height position while being separated by a void from the substrate 1; a reflection layer 3 provided on the substrate 1; or the like. The infrared ray absorption layer 13 has an irregular sectional shape, flat sections 13a and 13b in parallel with the reflection layer 3, and a slanting section 13c that is not in parallel with the reflection layer 3. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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、人体、動植物、車
両、自然環境等の被写体からの赤外線を検出可能な非冷
却の熱型赤外線検出器及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an uncooled thermal infrared detector capable of detecting infrared rays from an object such as a human body, animals and plants, a vehicle, a natural environment, etc., and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】ボロメータ(bolometer)等の熱型赤外線
検出器は、赤外線を吸収して熱に変換する赤外線吸収層
を有し、赤外線吸収による温度変化を電気的に測定する
ことによって赤外線強度を検出する。こうした赤外線検
出部分を一次元ライン状または二次元アレイ状に配置す
ることによって、赤外線の強度分布や赤外線像を検出す
ることができる。
2. Description of the Related Art A thermal infrared detector such as a bolometer has an infrared absorption layer that absorbs infrared rays and converts them into heat. The infrared intensity is measured by electrically measuring the temperature change due to infrared absorption. To detect. By arranging such infrared detecting portions in a one-dimensional line shape or a two-dimensional array shape, it is possible to detect an infrared intensity distribution and an infrared image.

【0003】従来の熱型赤外線検出器は、赤外線を吸収
して熱に変換する赤外線吸収層と、赤外線吸収層の後段
に設けられた反射層とを備え、反射層は、赤外線吸収層
で吸収しきれなかった赤外線を赤外線吸収層の方向へ反
射する機能を有し、これによって赤外線が効率よく吸収
され、検出感度の向上が図られる。
A conventional thermal infrared detector comprises an infrared absorbing layer that absorbs infrared rays and converts it into heat, and a reflecting layer provided in a stage subsequent to the infrared absorbing layer. The reflecting layer is absorbed by the infrared absorbing layer. It has a function of reflecting the infrared rays that cannot be completely reflected in the direction of the infrared absorption layer, whereby the infrared rays are efficiently absorbed and the detection sensitivity is improved.

【0004】例えば、特開平2−196929号には、
基板から一定間隙を隔てて複数のボロメータ素子がアレ
イ状に配列された赤外線検出器が記載されている。特に
図4a等を参照すると、基板上にシリコン酸化物からな
る絶縁層と、アルミニウムからなるグランド面とが形成
され、グランド面が赤外線反射層として機能する。ま
た、グランド面とボロメータ素子は、両者間の距離が一
定となるように平行に設置され、その距離は、検出領域
8〜12μmの中心波長λ=10μmに関してλ/4に
相当する2.5μmに保持されており、中心波長10μ
m近辺で吸収効率が最高になるように設定されている。
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-196929 discloses that
An infrared detector in which a plurality of bolometer elements are arranged in an array with a certain gap from a substrate is described. With particular reference to FIG. 4A and the like, an insulating layer made of silicon oxide and a ground plane made of aluminum are formed on the substrate, and the ground plane functions as an infrared reflection layer. The ground plane and the bolometer element are installed in parallel so that the distance between them is constant, and the distance is 2.5 μm corresponding to λ / 4 with respect to the central wavelength λ = 10 μm of the detection region 8 to 12 μm. Held, center wavelength 10μ
It is set so that the absorption efficiency is maximized near m.

【0005】米国再発行特許36706号には、上記と
同様な二段構造を有する赤外線検出器が記載されてお
り、基板上に保護層と金属反射層が形成され、基板から
一定間隙を隔てて台形状のブリッジが設けられ、ブリッ
ジ水平面に電気抵抗の温度依存性が大きい酸化バナジウ
ムからなる抵抗層が形成されている。
US Reissue Pat. No. 36706 describes an infrared detector having a two-stage structure similar to the above, in which a protective layer and a metal reflection layer are formed on a substrate, and a certain gap is provided from the substrate. A trapezoidal bridge is provided, and a resistance layer made of vanadium oxide having a large temperature dependence of electric resistance is formed on the horizontal plane of the bridge.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来の熱型赤外線検出
器では、赤外線吸収層と反射層とは互いに平行に配置さ
れ、両者間の光学距離が一定となるように保持されてい
る。そのため、この光学距離がλ/4に相当するような
波長λについては高い吸収効率を示すことになるが、λ
以外の波長帯域については相対的に感度が低くなる。そ
の結果、検出波長特性が急峻なピークを示すようにな
り、狭帯域用の検出器としては有用であるが、広帯域用
の検出器、例えば赤外分光分析などの用途には不向きで
ある。
In the conventional thermal infrared detector, the infrared absorption layer and the reflection layer are arranged parallel to each other and are held so that the optical distance between them is constant. Therefore, high absorption efficiency is exhibited at a wavelength λ whose optical distance corresponds to λ / 4.
The sensitivity is relatively low for wavelength bands other than. As a result, the detection wavelength characteristic shows a steep peak, which is useful as a narrow band detector, but is not suitable for wide band detectors such as infrared spectroscopy.

【0007】また、赤外線吸収層を光学多層膜で形成す
ることによって検出波長の広帯域化を図る手法も考えら
れる。しかしながら、赤外線吸収層の厚さが大きくなる
と、検出部の熱容量が増加し、熱時定数が大きくなる。
その結果、熱応答性が低下し、入射赤外線に対する応答
速度が遅くなり、例えば動く物体の熱感知には不向きと
なる。
A method of broadening the detection wavelength band by forming the infrared absorption layer with an optical multilayer film is also conceivable. However, as the thickness of the infrared absorption layer increases, the heat capacity of the detection unit increases and the thermal time constant increases.
As a result, the thermal responsiveness deteriorates and the response speed to the incident infrared ray becomes slow, which makes it unsuitable for heat sensing of a moving object, for example.

【0008】本発明の目的は、高速応答および高感度を
維持しつつ、検出波長の広帯域化を図ることができる熱
型赤外線検出器及びその製造方法を提供することであ
る。
An object of the present invention is to provide a thermal infrared detector capable of widening a detection wavelength band while maintaining high-speed response and high sensitivity, and a manufacturing method thereof.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、外部から入射
する赤外線を吸収し、熱に変換するための赤外線吸収層
と、赤外線吸収層を通過した赤外線を反射し、該赤外線
吸収層へ戻すための反射層とを備え、赤外線吸収層は、
反射層に対して平行な平坦部と、反射層に対して非平行
な傾斜部とを有することを特徴とする熱型赤外線検出器
である。
According to the present invention, an infrared ray absorbing layer for absorbing an infrared ray incident from the outside and converting it into heat, and an infrared ray passing through the infrared ray absorbing layer are reflected and returned to the infrared ray absorbing layer. And a reflection layer for the infrared absorption layer,
A thermal infrared detector having a flat portion parallel to the reflection layer and an inclined portion not parallel to the reflection layer.

【0010】こうした構成によって、赤外線吸収層に入
射した赤外線と、赤外線吸収層と反射層との間の光学距
離を往復した赤外線との干渉に起因した共振の鋭さが抑
制されるため、特定の波長λに関する感度ピーク高さを
緩和できる。その結果、λ以外の波長帯域について相対
的な感度低下を防止でき、検出波長の広帯域化を図るこ
とができる。
With this structure, the sharpness of resonance caused by the interference between the infrared rays incident on the infrared absorbing layer and the infrared rays traveling the optical distance between the infrared absorbing layer and the reflecting layer is suppressed, so that a specific wavelength is suppressed. The sensitivity peak height for λ can be relaxed. As a result, it is possible to prevent a relative decrease in sensitivity in wavelength bands other than λ, and to broaden the detection wavelength band.

【0011】また、赤外線吸収層が平坦部および傾斜部
からなる凹凸断面形状を有することによって、平坦膜と
比べて機械的振動が抑制され、形状が安定し、耐衝撃性
が向上する。
Further, since the infrared absorbing layer has the uneven cross-sectional shape consisting of the flat portion and the inclined portion, the mechanical vibration is suppressed, the shape is stabilized, and the impact resistance is improved as compared with the flat film.

【0012】また本発明は、外部から入射する赤外線を
吸収し、熱に変換するための赤外線吸収層と、赤外線吸
収層を通過した赤外線を反射し、該赤外線吸収層へ戻す
ための反射層とを備え、反射層は、赤外線吸収層に対し
て平行な平坦部と、赤外線吸収層に対して非平行な傾斜
部とを有することを特徴とする熱型赤外線検出器であ
る。
Further, according to the present invention, an infrared absorbing layer for absorbing infrared rays incident from the outside and converting the infrared rays into heat, and a reflecting layer for reflecting the infrared rays passing through the infrared absorbing layer and returning the infrared rays to the infrared absorbing layer. And a reflection layer having a flat portion parallel to the infrared absorption layer and a sloped portion not parallel to the infrared absorption layer.

【0013】こうした構成によって、赤外線吸収層に入
射した赤外線と、赤外線吸収層と反射層との間の光学距
離を往復した赤外線との干渉に起因した共振の鋭さが抑
制されるため、特定の波長λに関する感度ピーク高さを
緩和できる。その結果、λ以外の波長帯域について相対
的な感度低下を防止でき、検出波長の広帯域化を図るこ
とができる。
With this configuration, the sharpness of resonance caused by the interference between the infrared rays incident on the infrared absorption layer and the infrared rays traveling the optical distance between the infrared absorption layer and the reflection layer is suppressed, so that the specific wavelength is suppressed. The sensitivity peak height for λ can be relaxed. As a result, it is possible to prevent a relative decrease in sensitivity in wavelength bands other than λ, and to broaden the detection wavelength band.

【0014】また、反射層が平坦部および傾斜部からな
る凹凸断面形状を有することによって、平坦膜と比べて
機械的振動が抑制され、形状が安定し、耐衝撃性が向上
する。
Further, since the reflecting layer has the uneven cross-sectional shape consisting of the flat portion and the inclined portion, mechanical vibration is suppressed, the shape is stable, and the impact resistance is improved as compared with the flat film.

【0015】本発明において、赤外線吸収層と反射層と
の間の光学距離が検出面内で異なっていることが好まし
い。
In the present invention, it is preferable that the optical distance between the infrared absorption layer and the reflection layer is different in the detection plane.

【0016】こうした構成によって、赤外線吸収層と反
射層との間の光干渉条件が成立する共振波長が両者間の
光学距離に応じて変化するようになる。その結果、複数
の波長についてそれぞれ感度ピークを生成することがで
きるため、全体として検出波長の広帯域化を図ることが
できる。
With such a configuration, the resonance wavelength that satisfies the optical interference condition between the infrared absorption layer and the reflection layer changes according to the optical distance between them. As a result, sensitivity peaks can be generated for each of a plurality of wavelengths, so that the detection wavelength can be broadened as a whole.

【0017】また本発明において、赤外線吸収層に入射
した赤外線の位相と、赤外線吸収層と反射層との間の光
学距離を往復した赤外線の位相とが略一致する共振波長
が複数存在することが好ましい。
Further, in the present invention, there may be a plurality of resonance wavelengths in which the phase of the infrared rays incident on the infrared absorption layer and the phase of the infrared rays that have reciprocated the optical distance between the infrared absorption layer and the reflection layer are substantially the same. preferable.

【0018】こうした構成によって、複数の共振波長に
ついてそれぞれ感度ピークを生成することができるた
め、全体として検出波長の広帯域化を図ることができ
る。
With such a configuration, sensitivity peaks can be generated for each of a plurality of resonance wavelengths, so that the detection wavelength can be broadened as a whole.

【0019】また本発明において、赤外線吸収層は、電
気抵抗が温度に応じて変化する材料で形成されることが
好ましい。
In the present invention, the infrared absorption layer is preferably made of a material whose electric resistance changes with temperature.

【0020】こうした構成によって、赤外線吸収層は電
気抵抗変化部材として兼用できるため、検出部全体の小
型化が図られる。その結果、入射赤外線に対する応答速
度および検出感度を向上できる。
With this structure, the infrared absorption layer can also serve as the electric resistance changing member, so that the size of the entire detection unit can be reduced. As a result, the response speed and detection sensitivity to incident infrared rays can be improved.

【0021】また本発明は、基板の上に、赤外線反射用
の反射層を形成する工程と、反射層の上に、犠牲層を設
ける工程と、犠牲層の表面を所定の凹凸形状に加工する
工程と、犠牲層の上に、赤外線吸収層を形成する工程
と、犠牲層を除去する工程とを含むことを特徴とする熱
型赤外線検出器の製造方法である。
Further, according to the present invention, a step of forming a reflection layer for reflecting infrared rays on a substrate, a step of providing a sacrifice layer on the reflection layer, and processing the surface of the sacrifice layer into a predetermined uneven shape. A method of manufacturing a thermal infrared detector, comprising: a step, a step of forming an infrared absorption layer on the sacrificial layer, and a step of removing the sacrificial layer.

【0022】こうした製法によって、犠牲層の表面加工
形状を赤外線吸収層の立体形状に高精度で転写すること
ができる。その結果、赤外線吸収層を所望の形状に容易
に形成することができ、赤外線吸収層と反射層との間の
光学距離を検出面内に渡って高精度に設定できる。
By such a manufacturing method, the surface-processed shape of the sacrificial layer can be transferred to the three-dimensional shape of the infrared absorbing layer with high accuracy. As a result, the infrared absorption layer can be easily formed into a desired shape, and the optical distance between the infrared absorption layer and the reflection layer can be set with high accuracy over the detection surface.

【0023】また本発明は、基板の上に、赤外線吸収層
を形成する工程と、赤外線吸収層の上に、犠牲層を設け
る工程と、犠牲層の表面を所定の凹凸形状に加工する工
程と、犠牲層の上に、赤外線反射用の反射層を形成する
工程と、犠牲層を除去する工程とを含むことを特徴とす
る熱型赤外線検出器の製造方法である。
Further, according to the present invention, a step of forming an infrared absorbing layer on a substrate, a step of providing a sacrificial layer on the infrared absorbing layer, and a step of processing the surface of the sacrificial layer into a predetermined uneven shape. A method of manufacturing a thermal infrared detector, comprising: a step of forming a reflective layer for infrared reflection on the sacrificial layer; and a step of removing the sacrificial layer.

【0024】こうした製法によって、犠牲層の表面加工
形状を反射層の立体形状に高精度で転写することができ
る。その結果、反射層を所望の形状に容易に形成するこ
とができ、赤外線吸収層と反射層との間の光学距離を検
出面内に渡って高精度に設定できる。
By such a manufacturing method, the surface processed shape of the sacrificial layer can be transferred to the three-dimensional shape of the reflective layer with high accuracy. As a result, the reflection layer can be easily formed into a desired shape, and the optical distance between the infrared absorption layer and the reflection layer can be set with high accuracy over the detection surface.

【0025】また本発明において、犠牲層を感光性有機
材料で形成することが好ましい。こうした製法によっ
て、フォトマスク等を用いたフォトリソグラフィー法が
適用可能になり、露光量分布の制御によって犠牲層の立
体形状を任意に形成できる。そのため、例えば貫通孔や
表面凹凸形状の加工が同時に実施できるようになり、工
程数や製造コストの削減が図られる。
Further, in the present invention, it is preferable that the sacrificial layer is formed of a photosensitive organic material. With such a manufacturing method, a photolithography method using a photomask or the like can be applied, and the three-dimensional shape of the sacrificial layer can be arbitrarily formed by controlling the exposure dose distribution. Therefore, for example, the through holes and the surface irregularities can be processed at the same time, and the number of steps and the manufacturing cost can be reduced.

【0026】また、有機材料の粘性によって、基板表面
に形成された配線パターン等の微小凹凸が犠牲層表面に
現れにくくなるため、面精度の優れた転写面を実現でき
る。
Further, the viscosity of the organic material makes it difficult for minute irregularities such as a wiring pattern formed on the surface of the substrate to appear on the surface of the sacrificial layer, so that a transfer surface having excellent surface accuracy can be realized.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】実施の形態1.図1(a)は本発
明の一実施形態を示す部分断面図であり、図1(b)は
その部分平面図であり、図1(a)は図1(b)中のA
−A線に沿った断面図に対応する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiment 1. 1A is a partial cross-sectional view showing an embodiment of the present invention, FIG. 1B is a partial plan view thereof, and FIG. 1A is A in FIG. 1B.
-Corresponds to the sectional view along the line A.

【0028】熱型赤外線検出器10は、基板1と、基板
1から空隙を隔てて所定高さ位置に支持された赤外線吸
収層13と、基板1の上に設けられた反射層3などで構
成され、図1(a)の上方から入射する赤外線を検出す
る表面検出型である。
The thermal infrared detector 10 comprises a substrate 1, an infrared absorption layer 13 supported at a predetermined height position with a gap from the substrate 1, a reflection layer 3 provided on the substrate 1, and the like. In addition, it is a surface detection type that detects infrared rays incident from above in FIG.

【0029】基板1は、シリコン等の半導体材料で形成
され、多層配線技術によって基板内に半導体集積回路が
作り込まれており、図1(a)では赤外線吸収層13の
スイッチングを行うトランジスタや接続導体等からなる
走査回路2を例示している。基板1の上面は、SiO
等の半導体酸化膜からなる電気絶縁層1aが形成され
ている。
The substrate 1 is formed of a semiconductor material such as silicon, and a semiconductor integrated circuit is formed in the substrate by a multilayer wiring technique. In FIG. 1A, a transistor or a connection for switching the infrared absorption layer 13 is connected. The scanning circuit 2 formed of a conductor or the like is illustrated. The upper surface of the substrate 1 is SiO 2
An electric insulating layer 1a made of a semiconductor oxide film such as is formed.

【0030】赤外線吸収層13は、例えば酸化バナジウ
ム、酸化銅系材料、アモルファスシリコン等のボロメー
タ材料で形成され、外部から入射する赤外線を吸収して
熱に変換する機能と、温度上昇に伴って電気抵抗が変化
する機能とを兼ね備える。複数の赤外線吸収層13を一
次元または二次元に配置することによって、赤外線ライ
ンセンサまたは赤外線イメージセンサとして構成するこ
とができる。
The infrared absorption layer 13 is made of, for example, a bolometer material such as vanadium oxide, a copper oxide-based material, and amorphous silicon, and has a function of absorbing infrared rays incident from the outside and converting them into heat, and has an electric property as the temperature rises. It also has the function of changing resistance. By arranging the plurality of infrared absorption layers 13 one-dimensionally or two-dimensionally, it can be configured as an infrared line sensor or an infrared image sensor.

【0031】基板1の電気絶縁層1aの上には、赤外線
を反射するための反射層3と、走査回路2と脚電極12
とを電気接続するための接点4とが形成される。
On the electrically insulating layer 1a of the substrate 1, a reflection layer 3 for reflecting infrared rays, a scanning circuit 2 and leg electrodes 12 are provided.
And a contact point 4 for electrically connecting and are formed.

【0032】反射層3は、アルミニウムや金等の金属材
料で形成され、図1(a)の上方から入射し、赤外線吸
収層13を通過した赤外線を反射し、赤外線吸収層13
へ戻す機能を有し、赤外線吸収効率を向上させている。
The reflection layer 3 is formed of a metal material such as aluminum or gold, reflects infrared rays which are incident from the upper side of FIG.
It has the function of returning to the infrared rays and improves the infrared absorption efficiency.

【0033】接点4は、アルミニウム、金、銅等の金属
材料で形成され、反射層3と同じ材料を用いてフォトリ
ソグラフィ法の適用によって反射層3と同一プロセスで
形成することができる。
The contact 4 is formed of a metal material such as aluminum, gold or copper, and can be formed in the same process as the reflective layer 3 by applying a photolithography method using the same material as the reflective layer 3.

【0034】脚電極12は、赤外線吸収層13の中空支
持が可能なように高強度の金属材料であって、所望形状
に加工し易い材料で形成するのが好ましく、例えばチタ
ン、チタン合金、窒化チタン、タングステン、コバルト
などの金属やこれらの合金が使用可能である。
The leg electrode 12 is made of a high-strength metal material capable of hollowly supporting the infrared absorption layer 13, and is preferably made of a material which can be easily processed into a desired shape. For example, titanium, titanium alloy, or nitride. Metals such as titanium, tungsten and cobalt and alloys thereof can be used.

【0035】赤外線吸収層13は、その両端で一対の脚
電極12によって中空に支持されて、ブリッジ構造をな
しており、赤外線吸収熱が他の部材へ伝導し散逸するの
を防止しつつ、できる限り熱容量を小さくして熱応答の
高速化を図っている。
The infrared absorption layer 13 is hollowly supported by a pair of leg electrodes 12 at both ends thereof and has a bridge structure, which prevents infrared absorption heat from being conducted to other members and dissipated. The heat capacity is reduced as much as possible to speed up the thermal response.

【0036】本実施形態では、赤外線吸収層13は、一
様に平坦な膜ではなく凹凸の断面形状を有しており、例
えば図1(a)に示すように、反射層3に対して平行な
平坦部13a,13bと、反射層3に対して非平行な傾
斜部13cとを有する。こうした凹凸形状を採用するこ
とによって、平坦膜と比べて機械的振動が抑制され、赤
外線吸収層13の形状が安定し、耐衝撃性が向上する。
In this embodiment, the infrared absorption layer 13 is not a uniformly flat film, but has an uneven cross-sectional shape, and is parallel to the reflection layer 3 as shown in FIG. It has flat parts 13a and 13b and a slant part 13c that is not parallel to the reflective layer 3. By adopting such a concavo-convex shape, mechanical vibration is suppressed as compared with a flat film, the shape of the infrared absorption layer 13 is stabilized, and impact resistance is improved.

【0037】また、赤外線吸収層13に入射した赤外線
と、赤外線吸収層13に吸収されずにそのまま通過し、
赤外線吸収層13と反射層3との間の光学距離を往復し
た赤外線とは、光学的に干渉する。こうした干渉に起因
して、赤外線吸収層13における赤外線強度が互いに増
強し合ったり、あるいは相殺することがある。
Further, the infrared rays incident on the infrared absorption layer 13 pass through without being absorbed by the infrared absorption layer 13,
The infrared rays that have traveled back and forth the optical distance between the infrared absorption layer 13 and the reflection layer 3 optically interfere with each other. Due to such interference, the infrared intensities in the infrared absorption layer 13 may mutually enhance or cancel each other.

【0038】この対策として赤外線強度を増強するに
は、検出波長λ、赤外線吸収層13と反射層3との間の
光学距離L、赤外線吸収層13と反射層3との間の屈折
率nとして、次式が成立することが望ましい。 n・L=λ/4 …(1)
As a countermeasure against this, in order to enhance the infrared intensity, the detection wavelength λ, the optical distance L between the infrared absorption layer 13 and the reflection layer 3, and the refractive index n between the infrared absorption layer 13 and the reflection layer 3 are set. , It is desirable that the following formula is established. n · L = λ / 4 (1)

【0039】そこで、平坦部13aと反射層3との間の
光学距離Laと、平坦部13bと反射層3との間の光学
距離Lbについて、次式が成立するように設定する。 n・La=λa/4 …(2) n・Lb=λb/4 …(3) Δλ=λb−λa=4・n(Lb−La) …(4)
Therefore, the optical distance La between the flat portion 13a and the reflective layer 3 and the optical distance Lb between the flat portion 13b and the reflective layer 3 are set so that the following expressions are established. n · La = λa / 4 (2) n · Lb = λb / 4 (3) Δλ = λb−λa = 4 · n (Lb−La) (4)

【0040】ここで、波長λaは平坦部13aと反射層
3との間の干渉による共振波長であり、波長λbは平坦
部13bと反射層3との間の干渉による共振波長であ
り、Δλは波長λbと波長λaとの差である。
Here, the wavelength λa is the resonance wavelength due to the interference between the flat portion 13a and the reflection layer 3, the wavelength λb is the resonance wavelength due to the interference between the flat portion 13b and the reflection layer 3, and Δλ is It is the difference between the wavelength λb and the wavelength λa.

【0041】平坦部13aでの光学距離Laと平坦部1
3bでの光学距離Lbとを異ならせると、感度ピークが
現れる波長λaと波長λbとをΔλだけずらすことがで
きる。その結果、波長λaでのピークと波長λbでのピ
ークとを包含する広い検出波長領域が得られるようにな
り、検出波長の広帯域化を図ることができる。
Optical distance La at flat portion 13a and flat portion 1
When the optical distance Lb at 3b is made different, the wavelength λa at which the sensitivity peak appears and the wavelength λb can be shifted by Δλ. As a result, a wide detection wavelength region including the peak at the wavelength λa and the peak at the wavelength λb can be obtained, and the detection wavelength can be broadened.

【0042】また、反射層3との間の光学距離が互いに
異なる平坦部を3箇所以上設けることによって、3つ以
上の異なるピーク波長を確保することができ、全体とし
て検出波長をより広帯域化することが可能になる。
Further, by providing three or more flat portions having different optical distances from the reflection layer 3, it is possible to secure three or more different peak wavelengths, and to broaden the detection wavelength band as a whole. It will be possible.

【0043】次に、この熱型赤外線検出器10の製造方
法について説明する。まず図2に示すように、半導体製
造プロセスの適用によって、内部に走査回路2が配置さ
れ、表面に電気絶縁層1aが設けられた基板1を用意
し、フォトリソグラフィー法を用いて基板1の表面に反
射層3および接点4を形成する。
Next, a method of manufacturing the thermal infrared detector 10 will be described. First, as shown in FIG. 2, by applying a semiconductor manufacturing process, a substrate 1 in which a scanning circuit 2 is arranged and an electric insulating layer 1a is provided on the surface is prepared, and the surface of the substrate 1 is formed using a photolithography method. Then, the reflective layer 3 and the contact 4 are formed.

【0044】次に、図3に示すように、基板1の上に、
中空部の型材となる犠牲層5を配置する。犠牲層5の材
料として、表面凹凸加工および型除去加工が容易な材料
が好ましく、ここでは有機レジスト材料等の感光性有機
材料、例えば感光性ポリイミドを使用する。こうした感
光性有機材料は、フォトマスク等を用いたフォトリソグ
ラフィー法が適用可能になり、露光量分布の制御によっ
て犠牲層の立体形状を任意に形成できる。また、有機材
料の粘性によって、基板表面に形成された配線パターン
等の微小凹凸が犠牲層表面に現れにくくなるため、面精
度の優れた転写面を実現できる。
Next, as shown in FIG.
A sacrificial layer 5 serving as a mold material for the hollow portion is arranged. As a material for the sacrificial layer 5, a material that is easily subjected to surface unevenness processing and mold removal processing is preferable. Here, a photosensitive organic material such as an organic resist material, for example, photosensitive polyimide is used. A photolithography method using a photomask or the like can be applied to such a photosensitive organic material, and the three-dimensional shape of the sacrificial layer can be arbitrarily formed by controlling the exposure dose distribution. In addition, since the fineness of the wiring pattern and the like formed on the surface of the substrate is less likely to appear on the surface of the sacrificial layer due to the viscosity of the organic material, a transfer surface with excellent surface accuracy can be realized.

【0045】次に、犠牲層5を所望のパターンで露光す
るため、犠牲層5の上方にフォトマスク6を配置する。
フォトマスク6は、脚電極12を形成するためのスルー
ホール用パターン6aと、犠牲層5の表面に凹凸形状を
形成するための凹凸形成用パターン6bと、スルーホー
ル用パターン6aと凹凸形成用パターン6bとの間をつ
なぐ平坦な補助パターン6cなどを有する。凹凸形成用
パターン6bは、単位面積当りのピンホール数やピンホ
ール面積を変化させて、犠牲層5への露光量を空間的に
制御する。
Next, in order to expose the sacrificial layer 5 in a desired pattern, a photomask 6 is arranged above the sacrificial layer 5.
The photomask 6 includes a through-hole pattern 6a for forming the leg electrode 12, an unevenness-forming pattern 6b for forming an uneven shape on the surface of the sacrificial layer 5, a through-hole pattern 6a, and an unevenness-forming pattern. 6b has a flat auxiliary pattern 6c and the like. The concavo-convex forming pattern 6b changes the number of pinholes per unit area and the pinhole area to spatially control the exposure amount to the sacrificial layer 5.

【0046】次にフォトマスク6を配置した状態で、犠
牲層5の感光波長、例えば紫外線や電子線などを放射す
る光源を用いて犠牲層5を露光する。犠牲層5の露光
後、フォトマスク6を外して、犠牲層5を現像すると、
露光量の多い部分が除去されて、図4に示すように、ス
ルーホール用パターン6aに対応してスルーホール5a
が形成され、凹凸形成用パターン6bに対応して表面凹
凸5bが形成される。
Next, with the photomask 6 in place, the sacrificial layer 5 is exposed by using a light source that emits a photosensitive wavelength of the sacrificial layer 5, for example, ultraviolet rays or electron beams. After exposing the sacrificial layer 5, the photomask 6 is removed and the sacrificial layer 5 is developed.
A portion having a large exposure amount is removed, and as shown in FIG. 4, the through hole 5a is formed corresponding to the through hole pattern 6a.
Is formed, and the surface unevenness 5b is formed corresponding to the unevenness forming pattern 6b.

【0047】次に、図5に示すように、脚電極12を形
成するための薄膜電極をスパッタ法によって形成し、フ
ォトリソグラフィー法によって脚電極12をスルーホー
ル5aに沿って形成する。
Next, as shown in FIG. 5, a thin film electrode for forming the leg electrode 12 is formed by a sputtering method, and the leg electrode 12 is formed along the through hole 5a by a photolithography method.

【0048】次に、図6に示すように、赤外線吸収層1
3を形成するためのボロメータ薄膜をスパッタ法によっ
て形成し、フォトリソグラフィー法によって赤外線吸収
層13を表面凹凸5bに沿って形成する。
Next, as shown in FIG. 6, the infrared absorption layer 1
The bolometer thin film for forming 3 is formed by the sputtering method, and the infrared absorption layer 13 is formed along the surface unevenness 5b by the photolithography method.

【0049】次に、酸素プラズマアッシング法によって
犠牲層5を灰化して除去すると、図1(a)に示すよう
に、犠牲層5が存在していた空間が中空になり、赤外線
吸収層13の両端を脚電極12で支持するブリッジ構造
が得られる。
Next, when the sacrificial layer 5 is ashed and removed by the oxygen plasma ashing method, the space in which the sacrificial layer 5 was present becomes hollow as shown in FIG. A bridge structure in which both ends are supported by the leg electrodes 12 is obtained.

【0050】図7は、熱型赤外線検出器10の波長依存
性の一例を示すグラフである。縦軸は赤外線吸収率
(%、リニア任意単位)で、横軸は波長(μm)であ
る。各グラフは、赤外線吸収層13と反射層3との間の
光学距離Lを変化させたときの感度スペクトルを示し、
破線はL=1μm、一点鎖線はL=2μm、二点鎖線は
L=3μmの場合にそれぞれ対応する。なお、赤外線吸
収層13と反射層3との間の屈折率n=1としている。
実際の吸収は、あるn値をもった赤外線吸収層で起こる
ため、理論上の式(1)からは若干のピーク位置のずれ
が生ずる。
FIG. 7 is a graph showing an example of the wavelength dependence of the thermal infrared detector 10. The vertical axis represents infrared absorption (%, linear arbitrary unit), and the horizontal axis represents wavelength (μm). Each graph shows the sensitivity spectrum when the optical distance L between the infrared absorption layer 13 and the reflection layer 3 is changed,
The broken line corresponds to L = 1 μm, the one-dot chain line corresponds to L = 2 μm, and the two-dot chain line corresponds to L = 3 μm. The refractive index n = 1 between the infrared absorption layer 13 and the reflection layer 3 is set.
Since the actual absorption occurs in the infrared absorption layer having a certain n value, a slight shift of the peak position occurs from the theoretical formula (1).

【0051】まず破線グラフを参照して、赤外線吸収層
13と反射層3との間の光学距離Lを1μmに設定する
と、上記の式(1)から共振波長λは4μmと計算で
き、ほぼλ=4μmで感度ピークが現れるようになる。
First, referring to the broken line graph, if the optical distance L between the infrared absorbing layer 13 and the reflecting layer 3 is set to 1 μm, the resonance wavelength λ can be calculated from equation (1) above to be 4 μm, which is approximately λ. = 4 μm, the sensitivity peak appears.

【0052】次に一点鎖線グラフを参照して、赤外線吸
収層13と反射層3との間の光学距離Lを2μmに設定
すると、上記の式(1)から共振波長λは8μmと計算
でき、ほぼλ=8μmで感度ピークが現れるようにな
る。
Next, referring to the one-dot chain line graph, if the optical distance L between the infrared absorption layer 13 and the reflection layer 3 is set to 2 μm, the resonance wavelength λ can be calculated to be 8 μm from the above formula (1), A sensitivity peak appears at about λ = 8 μm.

【0053】次に二点鎖線グラフを参照して、赤外線吸
収層13と反射層3との間の光学距離Lを3μmに設定
すると、上記の式(1)から共振波長λは12μmと計
算でき、ほぼλ=12μmで感度ピークが現れるように
なる。
Next, referring to the chain double-dashed line graph, if the optical distance L between the infrared absorption layer 13 and the reflection layer 3 is set to 3 μm, the resonance wavelength λ can be calculated as 12 μm from the above equation (1). , A sensitivity peak appears at about λ = 12 μm.

【0054】そこで、赤外線吸収層13を断面凹凸形状
に整形し、赤外線吸収層13と反射層3と間の光学距離
Lがそれぞれ1μm、2μm、3μmとなるように、平
坦部の間隔を最適化すると、各グラフが平均化され、実
線グラフのような感度スペクトルが得られる。その結
果、特定波長の感度ピーク高さが抑制され、全体として
検出波長の広帯域化が図られる。
Therefore, the infrared absorption layer 13 is shaped into a concave-convex shape in cross section, and the distance between the flat portions is optimized so that the optical distances L between the infrared absorption layer 13 and the reflection layer 3 are 1 μm, 2 μm, and 3 μm, respectively. Then, the respective graphs are averaged to obtain a sensitivity spectrum like a solid line graph. As a result, the height of the sensitivity peak of the specific wavelength is suppressed, and the detection wavelength is broadened as a whole.

【0055】実施の形態2.図8は、本発明の他の実施
形態を示す部分断面図である。熱型赤外線検出器20
は、基板1と、基板1の上に設けられた赤外線吸収層1
3と、基板1から空隙を隔てて所定高さ位置に支持され
た反射層3などで構成され、図8の下方から入射する赤
外線を検出する裏面検出型である。
Embodiment 2. FIG. 8 is a partial cross-sectional view showing another embodiment of the present invention. Thermal infrared detector 20
Is the substrate 1 and the infrared absorption layer 1 provided on the substrate 1.
3 and a reflective layer 3 supported at a predetermined height position with a gap from the substrate 1, and is a back surface detection type that detects infrared rays incident from below in FIG.

【0056】基板1は、赤外線が通過可能なシリコン等
の半導体材料で形成され、多層配線技術によって基板内
に半導体集積回路が作り込まれており、図8では赤外線
吸収層13のスイッチングを行うトランジスタや接続導
体等からなる走査回路2を例示している。基板1の上面
は、SiO 等の半導体酸化膜からなる電気絶縁層1
aが形成され、赤外線吸収層13の周辺は凹部1bが形
成されている。
The substrate 1 is formed of a semiconductor material such as silicon that allows infrared rays to pass therethrough, and a semiconductor integrated circuit is formed in the substrate by a multilayer wiring technique. In FIG. 8, a transistor for switching the infrared absorption layer 13 is used. 1 illustrates a scanning circuit 2 including a connection conductor and the like. The upper surface of the substrate 1 is an electrically insulating layer 1 made of a semiconductor oxide film such as SiO 2.
a is formed, and a concave portion 1b is formed around the infrared absorption layer 13.

【0057】赤外線吸収層13は、例えば酸化バナジウ
ム、酸化銅系材料、アモルファスシリコン等のボロメー
タ材料で形成され、外部から入射する赤外線を吸収して
熱に変換する機能と、温度上昇に伴って電気抵抗が変化
する機能とを兼ね備える。複数の赤外線吸収層13を一
次元または二次元に配置することによって、赤外線ライ
ンセンサまたは赤外線イメージセンサとして構成するこ
とができる。
The infrared absorbing layer 13 is formed of, for example, a bolometer material such as vanadium oxide, a copper oxide-based material, and amorphous silicon, and has a function of absorbing infrared rays incident from the outside and converting them into heat, and an electrical function as the temperature rises. It also has the function of changing resistance. By arranging the plurality of infrared absorption layers 13 one-dimensionally or two-dimensionally, it can be configured as an infrared line sensor or an infrared image sensor.

【0058】基板1の電気絶縁層1aの上には、赤外線
吸収層13と、赤外線吸収層13と走査回路2とを電気
接続するための接点4とが形成される。
On the electrically insulating layer 1a of the substrate 1, an infrared absorption layer 13 and a contact 4 for electrically connecting the infrared absorption layer 13 and the scanning circuit 2 are formed.

【0059】赤外線吸収層13は、その両端で一対の接
点4によって電気絶縁層1aとともに中空に支持され
て、ブリッジ構造をなしており、赤外線吸収熱が他の部
材へ伝導し散逸するのを防止しつつ、できる限り熱容量
を小さくして熱応答の高速化を図っている。
The infrared absorption layer 13 is hollowly supported by the pair of contacts 4 at both ends together with the electric insulation layer 1a in a hollow structure to form a bridge structure, which prevents infrared absorption heat from being conducted to other members and dissipated. At the same time, the heat capacity is made as small as possible to speed up the thermal response.

【0060】接点4は、アルミニウム、金、銅等の金属
材料で形成され、フォトリソグラフィ法によって所望の
パターンに形成される。
The contact 4 is made of a metal material such as aluminum, gold or copper and is formed into a desired pattern by photolithography.

【0061】反射層3は、アルミニウムや金等の金属材
料で形成され、図8の下方から入射し、基板1を経由し
て赤外線吸収層13を通過した赤外線を反射し、赤外線
吸収層13へ戻す機能を有し、赤外線吸収効率を向上さ
せている。
The reflection layer 3 is made of a metal material such as aluminum or gold, reflects infrared rays which are incident from the lower side of FIG. 8 and have passed through the infrared absorption layer 13 via the substrate 1 to the infrared absorption layer 13. It has a returning function and improves infrared absorption efficiency.

【0062】反射層3は、その両端で一対の脚部材3b
によって中空に支持されて、ブリッジ構造をなしてい
る。
The reflective layer 3 has a pair of leg members 3b at both ends thereof.
It is supported in the air by means of a bridge structure.

【0063】本実施形態では、反射層3は、一様に平坦
な膜ではなく凹凸の断面形状を有しており、例えば図8
に示すように、赤外線吸収層13に対して平行な平坦部
3a,3bと、赤外線吸収層13に対して非平行な傾斜
部3cとを有する。こうした凹凸形状を採用することに
よって、平坦膜と比べて機械的振動が抑制され、反射層
3の形状が安定し、耐衝撃性が向上する。
In this embodiment, the reflective layer 3 is not a flat film, but has an uneven cross-sectional shape. For example, as shown in FIG.
As shown in FIG. 3, the flat portions 3 a and 3 b are parallel to the infrared absorption layer 13, and the inclined portions 3 c are not parallel to the infrared absorption layer 13. By adopting such a concavo-convex shape, mechanical vibration is suppressed as compared with a flat film, the shape of the reflective layer 3 is stabilized, and impact resistance is improved.

【0064】また、赤外線吸収層13に入射した赤外線
と、赤外線吸収層13に吸収されずにそのまま通過し、
赤外線吸収層13と反射層3との間の光学距離を往復し
た赤外線とは、光学的に干渉する。こうした干渉に起因
して、赤外線吸収層13における赤外線強度が互いに増
強し合ったり、あるいは相殺することがある。
Further, the infrared rays incident on the infrared absorption layer 13 pass through without being absorbed by the infrared absorption layer 13,
The infrared rays that have traveled back and forth the optical distance between the infrared absorption layer 13 and the reflection layer 3 optically interfere with each other. Due to such interference, the infrared intensities in the infrared absorption layer 13 may mutually enhance or cancel each other.

【0065】この対策として赤外線強度を増強するに
は、検出波長λ、赤外線吸収層13と反射層3との間の
光学距離L、赤外線吸収層13と反射層3との間の屈折
率nとして、次式が成立することが望ましい。 n・L=λ/4 …(1)
As a countermeasure against this, in order to enhance the infrared intensity, the detection wavelength λ, the optical distance L between the infrared absorption layer 13 and the reflection layer 3, and the refractive index n between the infrared absorption layer 13 and the reflection layer 3 are set. , It is desirable that the following formula is established. n · L = λ / 4 (1)

【0066】そこで、平坦部3aと赤外線吸収層13と
の間の光学距離Laと、平坦部3bと赤外線吸収層13
との間の光学距離Lbについて、次式が成立するように
設定する。 n・La=λa/4 …(2) n・Lb=λb/4 …(3) Δλ=λb−λa=4・n(Lb−La) …(4)
Therefore, the optical distance La between the flat portion 3a and the infrared absorbing layer 13 and the flat portion 3b and the infrared absorbing layer 13 are set.
The optical distance Lb between and is set so that the following equation holds. n · La = λa / 4 (2) n · Lb = λb / 4 (3) Δλ = λb−λa = 4 · n (Lb−La) (4)

【0067】ここで、波長λaは平坦部3aと赤外線吸
収層13との間の干渉による共振波長であり、波長λb
は平坦部3bと赤外線吸収層13との間の干渉による共
振波長であり、Δλは波長λbと波長λaとの差であ
る。
Here, the wavelength λa is the resonance wavelength due to the interference between the flat portion 3a and the infrared absorption layer 13, and the wavelength λb.
Is the resonance wavelength due to the interference between the flat portion 3b and the infrared absorption layer 13, and Δλ is the difference between the wavelength λb and the wavelength λa.

【0068】平坦部3aでの光学距離Laと平坦部3b
での光学距離Lbとを異ならせると、感度ピークが現れ
る波長λaと波長λbとをΔλだけずらすことができ
る。その結果、波長λaでのピークと波長λbでのピー
クとを包含する広い検出波長領域が得られるようにな
り、検出波長の広帯域化を図ることができる。
Optical distance La at flat portion 3a and flat portion 3b
If the optical distance Lb in (1) is made different, the wavelength λa at which the sensitivity peak appears and the wavelength λb can be shifted by Δλ. As a result, a wide detection wavelength region including the peak at the wavelength λa and the peak at the wavelength λb can be obtained, and the detection wavelength can be broadened.

【0069】また、赤外線吸収層13との間の光学距離
が互いに異なる平坦部を3箇所以上設けることによっ
て、3つ以上の異なるピーク波長を確保することがで
き、全体として検出波長をより広帯域化することが可能
になる。
By providing three or more flat portions having different optical distances from the infrared absorption layer 13, three or more different peak wavelengths can be secured, and the detection wavelength can be broadened as a whole. It becomes possible to do.

【0070】次に、この熱型赤外線検出器20の製造方
法について説明する。まず半導体製造プロセスの適用に
よって、内部に走査回路2が配置され、表面に凹部1b
および電気絶縁層1aが設けられた基板1を用意し、フ
ォトリソグラフィー法を用いて基板1の表面に赤外線吸
収層13および接点4を形成する。
Next, a method of manufacturing the thermal infrared detector 20 will be described. First, by applying the semiconductor manufacturing process, the scanning circuit 2 is arranged inside and the concave portion 1b is formed on the surface.
Then, the substrate 1 provided with the electric insulating layer 1a is prepared, and the infrared absorption layer 13 and the contact 4 are formed on the surface of the substrate 1 by using the photolithography method.

【0071】次に、図3と同様に、基板1の上に中空部
の型材となる犠牲層を配置する。犠牲層の材料として、
表面凹凸加工および型除去加工が容易な材料が好まし
く、ここでは有機レジスト材料等の感光性有機材料、例
えば感光性ポリイミドを使用する。こうした感光性有機
材料は、フォトマスク等を用いたフォトリソグラフィー
法が適用可能になり、露光量分布の制御によって犠牲層
の立体形状を任意に形成できる。また、有機材料の粘性
によって、基板表面に形成された配線パターン等の微小
凹凸が犠牲層表面に現れにくくなるため、面精度の優れ
た転写面を実現できる。
Next, as in FIG. 3, a sacrificial layer serving as a mold material for the hollow portion is arranged on the substrate 1. As the material of the sacrificial layer,
It is preferable to use a material that can be easily subjected to surface unevenness processing and mold removal processing, and here, a photosensitive organic material such as an organic resist material, for example, photosensitive polyimide is used. A photolithography method using a photomask or the like can be applied to such a photosensitive organic material, and the three-dimensional shape of the sacrificial layer can be arbitrarily formed by controlling the exposure dose distribution. In addition, since the fineness of the wiring pattern and the like formed on the surface of the substrate is less likely to appear on the surface of the sacrificial layer due to the viscosity of the organic material, a transfer surface with excellent surface accuracy can be realized.

【0072】次に、犠牲層を所望のパターンで露光する
ため、犠牲層の上方にフォトマスクを配置する。フォト
マスクは、脚部材3hを形成するためのスルーホール用
パターンと、犠牲層の表面に凹凸形状を形成するための
凹凸形成用パターンと、スルーホール用パターンと凹凸
形成用パターンとの間をつなぐ平坦な補助パターンなど
を有する。凹凸形成用パターンは、単位面積当りのピン
ホール数やピンホール面積を変化させて、犠牲層への露
光量を空間的に制御する。
Next, in order to expose the sacrificial layer in a desired pattern, a photomask is arranged above the sacrificial layer. The photomask connects the through-hole pattern for forming the leg member 3h, the concavo-convex forming pattern for forming the concavo-convex shape on the surface of the sacrificial layer, and the through-hole pattern and the concavo-convex forming pattern. It has a flat auxiliary pattern and the like. The concavo-convex forming pattern changes the number of pinholes per unit area and the pinhole area to spatially control the exposure amount to the sacrificial layer.

【0073】次にフォトマスクを配置した状態で、犠牲
層を露光する。犠牲層の露光後、フォトマスクを外し
て、犠牲層を現像すると、露光量の多い部分が除去され
て、図4と同様に、スルーホール用パターンに対応して
スルーホールが形成され、凹凸形成用パターンに対応し
て表面凹凸が形成される。
Next, the sacrifice layer is exposed while the photomask is arranged. After the exposure of the sacrificial layer, the photomask is removed and the sacrificial layer is developed to remove a portion having a large amount of exposure, so that a through hole is formed corresponding to the through hole pattern to form unevenness as in the case of FIG. Surface irregularities are formed corresponding to the use pattern.

【0074】次に、図5と同様に、反射層3および脚部
材3hを形成するための薄膜電極をスパッタ法によって
形成する。
Next, as in FIG. 5, thin film electrodes for forming the reflection layer 3 and the leg members 3h are formed by the sputtering method.

【0075】次に、酸素プラズマアッシング法によって
犠牲層を灰化して除去すると、図8に示すように、犠牲
層が存在していた空間が中空になり、反射層3の両端を
脚部材3hで支持するブリッジ構造が得られる。
Next, when the sacrificial layer is ashed and removed by the oxygen plasma ashing method, as shown in FIG. 8, the space where the sacrificial layer was present becomes hollow, and both ends of the reflective layer 3 are formed by the leg members 3h. A supporting bridge structure is obtained.

【0076】本実施形態は、赤外線吸収層13の形状が
シンプルになり、熱容量をより小さくできる。特に、犠
牲層の形成工程よりも先に赤外線吸収層13を形成した
い場合、例えば赤外線吸収層13を結晶性シリコンや焦
電体等の高温成膜が必要になり、有機材料の犠牲層を使
用できない場合に好適である。
In this embodiment, the infrared absorbing layer 13 has a simple shape, and the heat capacity can be further reduced. In particular, when it is desired to form the infrared absorption layer 13 prior to the step of forming the sacrifice layer, for example, it is necessary to form the infrared absorption layer 13 at a high temperature by using crystalline silicon, a pyroelectric material, or the like. It is suitable when it cannot be done.

【0077】以上の説明では、赤外線吸収層13または
反射層3のいずれか一方について凹凸形状を付与した構
成を示したが、赤外線吸収層13および反射層3の両方
について凹凸形状を付与することも可能である。
In the above description, the structure in which the infrared absorbing layer 13 or the reflecting layer 3 is provided with the uneven shape is shown. However, the infrared absorbing layer 13 and the reflecting layer 3 may be provided with the uneven shape. It is possible.

【0078】また以上の説明では、赤外線吸収層13を
ボロメータとして構成した例を示したが、焦電体やPN
ダイオード等として構成することも可能である。
Further, in the above description, an example in which the infrared absorption layer 13 is configured as a bolometer is shown, but a pyroelectric material or a PN is used.
It can also be configured as a diode or the like.

【0079】[0079]

【発明の効果】以上詳説したように、赤外線吸収層は、
反射層に対して平行な平坦部と、反射層に対して非平行
な傾斜部とを有することによって、赤外線吸収層に入射
した赤外線と、赤外線吸収層と反射層との間の光学距離
を往復した赤外線との干渉に起因した共振の鋭さが抑制
されるため、特定の波長λに関する感度ピーク高さを緩
和できる。その結果、λ以外の波長帯域について相対的
な感度低下を防止でき、検出波長の広帯域化を図ること
ができる。また、赤外線吸収層が平坦部および傾斜部か
らなる凹凸断面形状を有することによって、平坦膜と比
べて機械的振動が抑制され、形状が安定し、耐衝撃性が
向上する。
As described in detail above, the infrared absorbing layer is
By having a flat portion parallel to the reflection layer and a sloped portion that is not parallel to the reflection layer, the infrared rays incident on the infrared absorption layer and the optical distance between the infrared absorption layer and the reflection layer are reciprocated. Since the sharpness of resonance caused by the interference with the infrared rays is suppressed, the height of the sensitivity peak for a specific wavelength λ can be relaxed. As a result, it is possible to prevent a relative decrease in sensitivity in wavelength bands other than λ, and to broaden the detection wavelength band. Further, since the infrared absorbing layer has the uneven cross-sectional shape composed of the flat portion and the inclined portion, mechanical vibration is suppressed, the shape is stabilized, and the impact resistance is improved as compared with the flat film.

【0080】また、反射層は、赤外線吸収層に対して平
行な平坦部と、赤外線吸収層に対して非平行な傾斜部と
を有することによって、赤外線吸収層に入射した赤外線
と、赤外線吸収層と反射層との間の光学距離を往復した
赤外線との干渉に起因した共振の鋭さが抑制されるた
め、特定の波長λに関する感度ピーク高さを緩和でき
る。その結果、λ以外の波長帯域について相対的な感度
低下を防止でき、検出波長の広帯域化を図ることができ
る。また、反射層が平坦部および傾斜部からなる凹凸断
面形状を有することによって、平坦膜と比べて機械的振
動が抑制され、形状が安定し、耐衝撃性が向上する。
Further, the reflecting layer has a flat portion parallel to the infrared absorbing layer and an inclined portion non-parallel to the infrared absorbing layer, so that the infrared ray incident on the infrared absorbing layer and the infrared absorbing layer Since the sharpness of resonance due to the interference with infrared rays that have traveled back and forth between the optical layer and the reflective layer is suppressed, the height of the sensitivity peak for a specific wavelength λ can be relaxed. As a result, it is possible to prevent a relative decrease in sensitivity in wavelength bands other than λ, and to broaden the detection wavelength band. Further, since the reflective layer has the uneven cross-sectional shape including the flat portion and the inclined portion, mechanical vibration is suppressed, the shape is stable, and the impact resistance is improved as compared with the flat film.

【0081】また、赤外線吸収層と反射層との間の光学
距離が検出面内で異なっていることによって、赤外線吸
収層と反射層との間の光干渉条件が成立する共振波長が
両者間の光学距離に応じて変化するようになる。その結
果、複数の波長についてそれぞれ感度ピークを生成する
ことができるため、全体として検出波長の広帯域化を図
ることができる。
Further, since the optical distance between the infrared absorption layer and the reflection layer is different on the detection surface, the resonance wavelength satisfying the optical interference condition between the infrared absorption layer and the reflection layer is between them. It will change according to the optical distance. As a result, sensitivity peaks can be generated for each of a plurality of wavelengths, so that the detection wavelength can be broadened as a whole.

【0082】また、赤外線吸収層に入射した赤外線の位
相と、赤外線吸収層と反射層との間の光学距離を往復し
た赤外線の位相とが略一致する共振波長が複数存在する
ことによって、複数の共振波長についてそれぞれ感度ピ
ークを生成することができるため、全体として検出波長
の広帯域化を図ることができる。
Further, since there are a plurality of resonance wavelengths in which the phase of the infrared rays incident on the infrared absorption layer and the phase of the infrared rays that have reciprocated the optical distance between the infrared absorption layer and the reflection layer are substantially the same, there are a plurality of resonance wavelengths. Since the sensitivity peaks can be generated for each resonance wavelength, the detection wavelength can be broadened as a whole.

【0083】また、赤外線吸収層は、電気抵抗が温度に
応じて変化する材料で形成されることによって、赤外線
吸収層は電気抵抗変化部材として兼用できるため、検出
部全体の小型化が図られる。その結果、入射赤外線に対
する応答速度および検出感度を向上できる。
Further, since the infrared absorption layer is made of a material whose electric resistance changes according to temperature, the infrared absorption layer can also serve as an electric resistance changing member, so that the size of the entire detection unit can be reduced. As a result, the response speed and detection sensitivity to incident infrared rays can be improved.

【0084】また、赤外線吸収層または反射層の中空支
持構造を形成する場合、犠牲層を使用することによっ
て、犠牲層の表面加工形状を赤外線吸収層または反射層
の立体形状に高精度で転写することができる。その結
果、赤外線吸収層または反射層を所望の形状に容易に形
成することができ、赤外線吸収層と反射層との間の光学
距離を検出面内に渡って高精度に設定できる。
When forming a hollow support structure for the infrared absorption layer or the reflection layer, the sacrificial layer is used to transfer the surface-processed shape of the sacrifice layer to the three-dimensional shape of the infrared absorption layer or the reflection layer with high accuracy. be able to. As a result, the infrared absorption layer or the reflection layer can be easily formed into a desired shape, and the optical distance between the infrared absorption layer and the reflection layer can be set with high accuracy over the detection surface.

【0085】また、犠牲層を感光性有機材料で形成する
ことによって、フォトマスク等を用いたフォトリソグラ
フィー法が適用可能になり、露光量分布の制御によって
犠牲層の立体形状を任意に形成できる。そのため、例え
ば貫通孔や表面凹凸形状の加工が同時に実施できるよう
になり、工程数や製造コストの削減が図られる。また、
有機材料の粘性によって、基板表面に形成された配線パ
ターン等の微小凹凸が犠牲層表面に現れにくくなるた
め、面精度の優れた転写面を実現できる。
By forming the sacrificial layer from a photosensitive organic material, a photolithography method using a photomask or the like can be applied, and the three-dimensional shape of the sacrificial layer can be arbitrarily formed by controlling the exposure dose distribution. Therefore, for example, the through holes and the surface irregularities can be processed at the same time, and the number of steps and the manufacturing cost can be reduced. Also,
Due to the viscosity of the organic material, minute irregularities such as a wiring pattern formed on the surface of the substrate are less likely to appear on the surface of the sacrificial layer, so that a transfer surface with excellent surface accuracy can be realized.

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

【図1】 図1(a)は本発明の一実施形態を示す部分
断面図であり、図1(b)はその部分平面図である。
FIG. 1A is a partial cross-sectional view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a partial plan view thereof.

【図2】 熱型赤外線検出器10の製造方法の一例を示
す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a method for manufacturing the thermal infrared detector 10.

【図3】 熱型赤外線検出器10の製造方法の一例を示
す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a method for manufacturing the thermal infrared detector 10.

【図4】 熱型赤外線検出器10の製造方法の一例を示
す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a method for manufacturing the thermal infrared detector 10.

【図5】 熱型赤外線検出器10の製造方法の一例を示
す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a method of manufacturing the thermal infrared detector 10.

【図6】 熱型赤外線検出器10の製造方法の一例を示
す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a method for manufacturing the thermal infrared detector 10.

【図7】 熱型赤外線検出器10の波長依存性の一例を
示すグラフである。
7 is a graph showing an example of wavelength dependence of the thermal infrared detector 10. FIG.

【図8】 本発明の他の実施形態を示す部分断面図であ
る。
FIG. 8 is a partial cross-sectional view showing another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板、 1a 電気絶縁層、 1b 凹部、 2
走査回路、 3 反射層、 3a,3b 平坦部、 3
c 傾斜部、 3h 脚部材、 4 接点、5 犠牲
層、 5b 表面凹凸、 6 フォトマスク、 6a
スルーホール用パターン、 6b 凹凸形成用パター
ン、 6c 補助パターン、 10 熱型赤外線検出
器、 12 脚電極、 13 赤外線吸収層、 13
a,13b 平坦部、 13c 傾斜部、 20 熱型
赤外線検出器
1 substrate, 1a electrical insulating layer, 1b recess, 2
Scanning circuit, 3 reflective layer, 3a, 3b flat part, 3
c inclined part, 3h leg member, 4 contact points, 5 sacrificial layer, 5b surface unevenness, 6 photomask, 6a
Through-hole pattern, 6b Concavo-convex forming pattern, 6c Auxiliary pattern, 10 Thermal infrared detector, 12 Leg electrode, 13 Infrared absorbing layer, 13
a, 13b Flat part, 13c Inclined part, 20 Thermal infrared detector

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G065 AA04 AB02 BA12 BB24 BB25 BE08 DA20 2G066 AC13 AC16 BA01 BA03 BA04 BA09 BA11 BA12 BA13 BA55 4M118 AA01 AA10 AB04 BA19 CA09 CA15 CA20 CA27 CA35 CA40 CB06 CB14 EA04 GA08 GA10 GD15 GD16    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F term (reference) 2G065 AA04 AB02 BA12 BB24 BB25                       BE08 DA20                 2G066 AC13 AC16 BA01 BA03 BA04                       BA09 BA11 BA12 BA13 BA55                 4M118 AA01 AA10 AB04 BA19 CA09                       CA15 CA20 CA27 CA35 CA40                       CB06 CB14 EA04 GA08 GA10                       GD15 GD16

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 外部から入射する赤外線を吸収し、熱に
変換するための赤外線吸収層と、 赤外線吸収層を通過した赤外線を反射し、該赤外線吸収
層へ戻すための反射層とを備え、 赤外線吸収層は、反射層に対して平行な平坦部と、反射
層に対して非平行な傾斜部とを有することを特徴とする
熱型赤外線検出器。
1. An infrared absorption layer for absorbing infrared rays incident from the outside and converting the infrared rays into heat, and a reflection layer for reflecting the infrared rays passing through the infrared absorption layer and returning the infrared rays to the infrared absorption layer. The infrared absorption layer has a flat portion parallel to the reflection layer and an inclined portion non-parallel to the reflection layer.
【請求項2】 外部から入射する赤外線を吸収し、熱に
変換するための赤外線吸収層と、 赤外線吸収層を通過した赤外線を反射し、該赤外線吸収
層へ戻すための反射層とを備え、 反射層は、赤外線吸収層に対して平行な平坦部と、赤外
線吸収層に対して非平行な傾斜部とを有することを特徴
とする熱型赤外線検出器。
2. An infrared absorption layer for absorbing infrared rays incident from the outside and converting them into heat, and a reflection layer for reflecting the infrared rays that have passed through the infrared absorption layer and returning the infrared rays to the infrared absorption layer, The thermal infrared detector, wherein the reflective layer has a flat portion parallel to the infrared absorbing layer and a sloped portion not parallel to the infrared absorbing layer.
【請求項3】 赤外線吸収層と反射層との間の光学距離
が検出面内で異なっていることを特徴とする請求項1ま
たは2記載の熱型赤外線検出器。
3. The thermal infrared detector according to claim 1, wherein the optical distance between the infrared absorption layer and the reflection layer is different in the detection plane.
【請求項4】 赤外線吸収層に入射した赤外線の位相
と、赤外線吸収層と反射層との間の光学距離を往復した
赤外線の位相とが略一致する共振波長が複数存在するこ
とを特徴とする請求項3記載の熱型赤外線検出器。
4. A plurality of resonance wavelengths in which the phase of the infrared rays incident on the infrared absorption layer and the phase of the infrared rays reciprocating the optical distance between the infrared absorption layer and the reflection layer are substantially coincident with each other. The thermal infrared detector according to claim 3.
【請求項5】 赤外線吸収層は、電気抵抗が温度に応じ
て変化する材料で形成されることを特徴とする請求項1
〜4のいずれかに記載の熱型赤外線検出器。
5. The infrared absorption layer is formed of a material whose electric resistance changes with temperature.
The thermal infrared detector according to any one of 1 to 4.
【請求項6】 基板の上に、赤外線反射用の反射層を形
成する工程と、 反射層の上に、犠牲層を設ける工程と、 犠牲層の表面を所定の凹凸形状に加工する工程と、 犠牲層の上に、赤外線吸収層を形成する工程と、 犠牲層を除去する工程とを含むことを特徴とする熱型赤
外線検出器の製造方法。
6. A step of forming a reflective layer for infrared reflection on a substrate, a step of providing a sacrificial layer on the reflective layer, and a step of processing the surface of the sacrificial layer into a predetermined uneven shape. A method of manufacturing a thermal infrared detector, comprising: a step of forming an infrared absorption layer on the sacrificial layer; and a step of removing the sacrificial layer.
【請求項7】 基板の上に、赤外線吸収層を形成する工
程と、 赤外線吸収層の上に、犠牲層を設ける工程と、 犠牲層の表面を所定の凹凸形状に加工する工程と、 犠牲層の上に、赤外線反射用の反射層を形成する工程
と、 犠牲層を除去する工程とを含むことを特徴とする熱型赤
外線検出器の製造方法。
7. A step of forming an infrared absorbing layer on a substrate, a step of providing a sacrificial layer on the infrared absorbing layer, a step of processing the surface of the sacrificial layer into a predetermined uneven shape, and a sacrificial layer. A method for manufacturing a thermal infrared detector, comprising: a step of forming a reflective layer for infrared ray reflection on the top surface; and a step of removing the sacrificial layer.
【請求項8】 犠牲層を感光性有機材料で形成すること
を特徴とする請求項6または7記載の熱型赤外線検出器
の製造方法。
8. The method for manufacturing a thermal infrared detector according to claim 6, wherein the sacrificial layer is formed of a photosensitive organic material.
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