JP2004317152A - 熱型赤外線検出器及び赤外線フォーカルプレーンアレイ - Google Patents

Abstract

【課題】高感度かつ低雑音な新規な構造の熱型赤外線検出器を提供すること。
【解決手段】基板１０５上に、赤外線吸収による温度変化に応じて電気特性が変化する温度センサ１０３と、温度センサ１０３を断熱的に支持すると共に温度センサ１０３から電気信号を読み出す配線となる断熱支持脚１０２と、温度センサ１０３に熱的に接触して形成された赤外線吸収層１０１を備える。温度センサ１０３と断熱支持脚１０２と赤外線吸収層１０１とが、互いに空間的に分離した異なる平面内に形成されている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、赤外線を熱に変換して検出する熱型赤外線検出器と該センサを２次元に配列して成る赤外線フォーカルプレーンアレイに関し、特に、高感度かつ低雑音な赤外線検出が可能な熱型赤外線検出器の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
赤外線フォーカルプレーンアレイは、人間の視覚を刺激しない物を見ることができ、また対象物の温度を遠方から非接触で瞬時に測定できるという特徴を備えており、製造ラインの計測・制御や医療・診断装置、人の検知装置など幅広い産業分野において多種多様な形で使用されている。一般的な赤外線フォーカルプレーンアレイは、２次元マトリックス状に配列された赤外線検出器と、その周囲に形成された検出器の信号を読み出すための信号読出し回路より成る。
【０００３】
赤外線フォーカルプレーンアレイに用いる赤外線検出器は、その原理により、赤外線の光子としての作用を利用する量子型と、赤外線の熱作用を利用する熱型に大別することができる。量子型は、高感度、高速応答という利点を有するが、検出器をマイナス２００℃前後に冷却する必要があるため装置が複雑で高価となる。一方、熱型は、応答速度は劣るが冷却不要で常温動作可能である。このため、汎用用途においては熱型赤外線検出器を用いた赤外線フォーカルプレーンアレイが主流となっている。
【０００４】
熱型赤外線検出器では、物体から放射される赤外線の吸収によって生じた温度変化を、温度によって電気特性が変化する温度センサによって電気信号に変換する。これまで開発された熱型赤外線検出器として、温度に応じて抵抗値が変わる抵抗体（＝抵抗ボロメータ膜）を温度センサとして用いたものや（例えば、特許文献１〜３）、ダイオードやトランジスタ等の半導体素子を温度センサとして用いたもの（例えば、特許文献４〜６、非特許文献１）がある。これらの熱型赤外線検出器は、単結晶シリコン等の半導体基板上に作製することができるため、検出器と信号読み出し回路を半導体ラインで同時に形成できる形成できるという利点がある。
【０００５】
ボロメータ膜を温度センサに用いた一般的な熱型赤外線検出器では、温度センサとなるボロメータ膜が、高い熱抵抗を持つ薄膜支持脚で基板上方に持ち上げられたブリッジ構造になっている（例えば、特許文献１のＦｉｇ．１、特許文献２の図２等）。ボロメータ膜は、支持脚によって基板から断熱されると共に、支持脚中にある配線を通じてブリッジ下方の基板に形成された信号み出し回路と電気的に結合されている。このため、赤外線が入射するとボロメータ膜に温度変化が起こり、温度の変化によるボロメータ膜の抵抗変化を電圧または電流の変化として出力することができる。
【０００６】
ダイオードやトランジスタ等の半導体素子を温度センサに用いた熱方赤外線検出器として、半導体基板の上に成長した多結晶シリコン膜にダイオード等を形成したものや（例えば、特許文献４）、ＳＯＩ基板の単結晶シリコン薄膜にダイオード等を形成したものが知られている（例えば、非特許文献１）。いずれの場合も、信号読み出し回路と温度センサを通常の半導体プロセスで同時に形成できるため、高い歩留りで、量産に適した赤外線検出器を作ることができる。
【０００７】
多結晶シリコン膜にダイオード等の温度センサを形成する場合、ボロメータ型と同様に、温度センサとなるダイオード等が高い熱抵抗を持つ支持脚で基板上方に持ち上げられたブリッジ構造になっている（例えば、特許文献４、Ｆｉｇ．１参照）。ＳＯＩ基板の単結晶薄膜にダイオード等の温度センサを形成する場合、温度センサは、絶縁薄膜の下方にある基板の一部をくり抜いて形成された支持脚によって支えられた構造になっている（非特許文献１、Ｆｉｇ．２参照）。
【０００８】
これらの熱型赤外線検出器を画素として２次元に配列した赤外線フォーカルプレーンアレイでは、赤外線検出器一つ一つの大きさが限られるため、画素面積（＝個々の赤外線検出器の面積）に占める赤外線吸収領域の面積比である開口率をできるだけ大きく取ることが高感度化につながる。一方、赤外線に対する感度を高めるためには、温度センサの断熱性を高めるために支持脚を長くする必要もある。このため、支持脚の長さを確保したまま、開口率を高めることにより、熱型赤外線検出器を高感度化する方法が種々検討されている。
【０００９】
例えば、特許文献３では、ボロメータ膜と赤外線吸収膜を一体として広い領域に形成し、その下部に高い熱抵抗を持つ薄膜支持脚が形成された２層構造となっている。この構造は、支持脚を通常よりも長くしながら、開口率も同時に確保できるため、温度センサとしてボロメータ膜を積層するタイプでは効果的である。
【００１０】
特許文献５や特許文献６では、温度センサとなるダイオードに熱的に接続した赤外線吸収膜を設け、赤外線吸収膜が支持脚の上方に傘状に張り出した構造とすることによって、赤外線検出器の開口率を高めている（特許文献５、Ｆｉｇ．１、特許文献６、図１参照）。
【００１１】
特許文献７では、温度センサと支持脚の下方に広面積の凹面鏡を設け、凹面鏡で反射した赤外線を温度センサに集めることによって実質的に開口率を高めている（特許文献７、Ｆｉｇ．２及びＦｉｇ．３参照）。
【００１２】
【特許文献１】米国特許第５，２８６，９７６号明細書
【特許文献２】特開平５−２０６５２６号公報
【特許文献３】米国特許第６，１４４，０３０号明細書
【特許文献４】米国特許第５，９７７，６０３号明細書
【特許文献５】米国特許第６，４６５，７８４号明細書
【特許文献６】特開平２０００−３２１５５号公報
【特許文献７】米国特許第５，７６０，３９８号明細書
【非特許文献１】Ｔ．Ｉｓｈｉｋａｗａ， Ｍ． Ｕｅｎｏ， Ｋ．Ｅｎｄｏ， Ｙ． Ｎａｋａｋｉ， 「従来のシリコンＩＣプロセスを用いた低コスト３２０×２４０非冷却ＩＲＦＰＡ」， Ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ＳＰＩＥ Ｃｏｎｆｅｅｒｎｃｅ ｏｎ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ＸＸＶ，米国，１９９９年４月， ＳＰＩＥ Ｖｏｌ． ３６９８， ｐｐ．５５６−５６４
【００１３】
【解決しようとする課題】
しかしながら、赤外線フォーカルプレーンアレイの多画素化およびカメラコストの低減という要求に伴い、赤外線フォーカルプレーンアレイの画素を構成する熱型赤外線検出器の大きさを一層小さくすることが求められている。熱型赤外線検出器の大きさが小さくなると、開口率の確保だけでなく、低雑音化のために温度センサ自身の体積（面積）を確保することが重要になる。これは、次のような理由による。
【００１４】
赤外線検出器の特性は、信号と雑音の比（Ｓ／Ｎ比）で決まる。雑音はボロメータの場合にはジョンソン雑音、ダイオードの場合にはショット雑音という物性で決まる成分と、１／ｆ雑音のような構造や形成プロセスの方法によって変わる成分がある。１／ｆ雑音の原因は、温度センサ内に生じたキャリア捕獲準位によってキャリアの捕獲と放出が不規則に起こり、電流となるキャリア数が時間変動を起す点にある。このため１／ｆ雑音は、キャリア捕獲準位がある部分の体積、一般的には温度センサの全体積と相関があり、温度センサができるだけ大きな体積を持つ方が１／ｆ雑音を小さくすることができる。即ち、温度センサの体積を大きくするとキャリアの捕獲・放出の数も増えるが、それらの変動が互いに平均化されるため１／ｆ雑音を低減することが可能となる。
【００１５】
ところが、特許文献５乃至７に記載されたような、赤外線吸収膜や反射鏡を設けて開口率を高めた構造では、温度センサと支持脚が同一平面上にあるため、断熱性を高めるために支持脚の長さを確保すると、温度センサの面積が確保できず低雑音化が難しい。また逆に、温度センサの面積を確保すると、支持脚の長さを確保することが難しくなり、高熱抵抗構造が得られずにセンサが高感度化できない。
【００１６】
また、特許文献３に記載されたように、支持脚の上方にボロメータ膜から成る温度センサを積層した２層構造は、高温処理を必要とする温度センサに適用することができない。即ち、下層にある支持脚から基板にかけてアルミニウム等の金属配線が形成されるため、上層にある温度センサの形成プロセス中における熱処理温度は金属配線に許容される温度（アルミニウムの場合約５００℃）を超えることができない。このため、製造過程で高温処理が必要な温度センサが使えないだけでなく、高温の熱処理による効果、例えば電気特性の安定化や電気的接触部で発生する雑音の抑制といった効果を享受できないといった問題も生じる。
【００１７】
また、非特許文献１のようにＳＯＩ基板等を用いて信号読み出し回路と同時に温度センサを作る場合、必然的に温度センサが下層に形成されることになる。このため、特許文献３に記載されたような２層構造は適用できず、温度センサの面積と支持脚の長さを同時に確保することが難しくなる。
【００１８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、高感度かつ低雑音な新規な構造の熱型赤外線検出器、及びそれを用いた赤外線フォーカルプレーンアレイを提供することを目的とする。
【００１９】
【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熱型赤外線検出器は、基板上に、赤外線吸収による温度変化に応じて電気特性が変化する温度センサと、前記温度センサを断熱的に支持すると共に前記温度センサから電気信号を読み出す配線となる断熱支持脚と、前記温度センサに熱的に接触して形成された赤外線吸収層を備えた熱型赤外線検出器であって、前記温度センサと前記断熱支持脚と前記赤外線吸収層とが、互いに空間的に分離した異なる平面内に形成されていることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図中、同一又は対応する部材については同一の符号を用いている。
実施の形態１
図１は、本発明の実施形態１に係る熱型赤外線検出器を示す斜視図、図２はその断面を模式的に示す模式断面図である。熱型赤外線検出器１０は、単結晶シリコンから成る基板１０５上に、赤外線吸収による温度変化に応じて電気特性が変化する温度センサ１０３と、温度センサ１０３を断熱的に支持すると共に温度センサ１０３から電気信号を読み出す配線となる２本の断熱支持脚１０２と、支持柱１０４を介して温度センサ１０３に熱的に接触した赤外線吸収部１０１が形成されている。また、温度センサ１０３の下方にある基板１０５が除去され、温度センサ１０３を基板１０５から断熱するための空洞１０７が形成されている。
【００２１】
また、熱型赤外線検出器１０は、赤外線の入射方向から見て、赤外線吸収部１０１、断熱支持脚１０２、温度センサ１０３の順序で３層構造に積層されており、互いに空間的に分離した異なる平面内に形成されている。即ち、赤外線吸収部１０１と断熱支持脚１０２の間、及び断熱支持脚１０２と温度センサ１０３の間には、互いに熱分離をするための空洞が形成されている。また、赤外線吸収部１０１と温度センサ１０３は、平面状の赤外線吸収部１０１の一部を凹状に変形させて成る支持柱１０４によって熱的に接続している。一方、２本の断熱支持脚１０２は、各々、その末端に形成した接続部１０２ａにおいて温度センサ１０３と電気的に接続している。
【００２２】
尚、本件明細書において、２つの部材が「熱的に」接続しているとは、２つの部材が直接又は熱伝導性物質を介して接触している状態を指す。また、２つの部材が「電気的に」接続しているとは、２つの部材に含まれる導電材料同士が、直接又は導電性物質を介して接触している状態を指す。
【００２３】
基板１０５の上方から入射した赤外線は、最上層にある赤外線吸収部１０１によって吸収され、その吸収によって生じた熱が支持柱１０４を介して温度センサ１０３に伝達される。そして、温度センサ１０３の温度変化による電気特性の変化が、断熱支持脚１０２内の金属配線３０７を通じてシリコン基板１０５に形成した信号読出し回路によって読み出される。
【００２４】
本発明に係る熱型赤外線検出器１０によれば、各領域が独立して最大の面積を確保することができるため、赤外線の吸収面積を決める開口率を高め、熱抵抗を決める支持脚長を長くすると同時に、温度センサの面積を広げて１／ｆ雑音を低減することが可能である。従って、高感度化、低雑音化が可能になり、赤外線の検出性能を飛躍的に向上させることができる。
【００２５】
即ち、熱型赤外線検出器１０では、読み出される信号のＳ／Ｎ比ができるだけ高くなるように、赤外線吸収部１０１、断熱支持脚１０２及び温度センサ１０３を形成することができる。例えば、温度センサ１０３と赤外線吸収部１０１は、赤外線の入射方向から見て、断熱支持脚１０２と重なる領域にも形成することが好ましく、断熱支持脚１０２の略全面を覆うように広く形成することが一層好ましい。また、断熱支持脚１０２自身も、支持脚長が伸びるように広い領域に渡って形成されていることが好ましい。
【００２６】
本実施の形態では、赤外線吸収部１０１は、赤外線の吸収面積を決める開口率が最大限となるように、熱型赤外線検出器１０のほぼ全面に形成されている。また、断熱支持脚１０２は、熱抵抗を決める支持脚長ができるだけ長くなるように、熱型赤外線検出器１０のほぼ全面に渡って延在している。即ち、断熱支持脚１０２は、薄膜でかつ同一層に温度センサ１０３や赤外線吸収部１０１がないため幾度も折り返すことができ、非常に高い熱抵抗を得ることができる。そして、温度センサ１０３も、断熱支持脚１０２や赤外線吸収部１０１とは独立に大面積を確保する。温度センサ１０３を熱型赤外線検出器１０のほぼ全面に渡って形成することにより、温度センサ１０３内のキャリア捕獲準位によるキャリア数の変動を平均化して、１／ｆ雑音を低減することができる。尚、本実施の形態において、温度センサ１０３と赤外線吸収膜１０１の面積は略等しくなっている。
【００２７】
このように、熱型赤外線検出器１０では、熱型赤外線検出器のサイズが小型化した場合であっても、Ｓ／Ｎ比を高く維持することができる。このため、本発明は、赤外線検出器が２次元状に集積化され、個々の検出器面積が限られる赤外線フォーカルプレーンアレイのような場合には特に効果的である。
【００２８】
また、本発明によれば、赤外線吸収層、温度センサ、及び支持脚の形状やプロセス条件を各々の独立に最適化できるため、製造プロセス、構造設計の自由度が高くなる。例えば、基板１０５上に温度センサ１０３を形成し、高温の熱処理を行って温度センサ１０３の電気特性を向上した後に、金属配線を含む断熱支持脚１０２や赤外線吸収部１０１を形成することができる。高温熱処理は温度センサの材料選定の幅が広がるだけでなく、特性の安定化や良好な電気的コンタクト特性が得られるといったメリットもある。またシリコンにドーパントを注入してつくるダイオードやトランジスタには５００℃を超える高温熱処理が必ず必要である。さらに、本発明によれば、赤外線フォーカルプレーンアレイを構成する場合に、ＳＯＩ基板を用いて温度センサ１０３と信号読出し回路を同時に形成することもできる。
【００２９】
次に、熱型赤外線検出器の各構成部材について詳細に説明する。
赤外線吸収部１０１は、赤外線吸収膜３０９を外部環境から保護する共に機械強度を高めて自立させるための絶縁保護膜とから成る。赤外線吸収膜３０９は、赤外線の吸収率が高い材料であれば良く、金属、金属化合物、カーボン又はセラミック等を用いることができる。また、これらの材料を積層する等して組み合わせても良い。赤外線吸収膜として金属又は金属化合物を用いる場合、チタン、クロム、ニクロム、窒化チタン、窒化バナジウムを用いることが好ましい。金属または金属化合物薄膜は、電気抵抗率や膜厚を適当に選ぶことで赤外線の吸収率を高めることができる。たとえばシート抵抗と呼ばれる単位面積当たりの抵抗値を、１００Ω〜１ｋΩ程度に選ぶと赤外線の吸収率を高めることができる。その他に金黒のような非常に赤外線の吸収率が高い材料を赤外線吸収膜としても良い。絶縁保護膜としては、ＳｉＯ_２や窒化シリコン等が好ましい。尚、赤外線吸収膜３０９が単体で十分な機械的強度がある場合には、絶縁保護膜を省略しても良い。
【００３０】
また、赤外線吸収部１０１は、赤外線の入射方向から順に、赤外線吸収膜、絶縁膜、赤外線反射膜を積層した構造であっても良い。その場合、赤外線反射膜としては、赤外線反射率の高いアルミニウム、チタン、またはその化合物、銅、金などを用いることが好ましい。また、赤外線吸収膜と赤外線反射膜の間に、両者の光学的距離を赤外線波長の１／４とするような共振空間を形成しても良い。
【００３１】
本実施の形態では、赤外線吸収部１０１自身が温度センサ１０３と接している場合について説明したが、赤外線吸収部１０１と温度センサ１０３は熱的に接触していれば良い。例えば、図１７に示すように、赤外線吸収部１０１は熱伝導性材料から成る中間層１１６を介して温度センサ１０３と接触した構造でも良い。この場合、中間層１１６には、赤外線吸収部１０１で生じた熱を温度センサ１０３に円滑に伝達することができる程度の熱伝導性を有する材料であれば、どのような材料を用いても良い。
【００３２】
温度センサ１０３は、本実施の形態では、直列に連結したｐｎ接合ダイオードから成る。このｐｎ接合ダイオードの電気的特性の温度変化を、断熱支持脚１０２に含まれる配線３０７を通して信号として読み出すことができる。一般に、温度センサを構成する素子の電位障壁が大きくなるほど抵抗温度係数は増加し、赤外線検出器としての感度は増加するが、感度の増加とともに抵抗も増加して信号読みだし回路との整合性が得られなくなる。温度センサ１０３を直列に連結したダイオードによって構成し、その連結数を最適にすることにより、信号読みだし回路との整合性を得るとともに、赤外線検出器の感度を向上することができる。従来の熱型赤外線検出器では、赤外線フォーカルプレーンアレイの画素サイズシュリンクに伴って検出器サイズが小さくなると、必要なダイオードの連結数を得ることが困難であったが、本件発明によれば、検出器のほぼ全面に渡ってダイオードを形成できるため、必要な連結数を容易に確保することができる。
【００３３】
図３は、ｐｎ接合ダイオードを使った温度センサ１０３の平面図を、図４は図３のＡ−Ａ’断面における断面図を示す。図３に示す例では、６つのｐｎ接合ダイオード３０１（１）〜３０１（６）（以下、総称してダイオード３０１）を、片側３個ずつ、２列に分けて配列している。各々のｐｎ接合ダイオード３０１は、７つの配線電極３０２（１）〜３０２（７）（以下、総称して配線電極３０２）を使って直列に接続されている。４番目の配線電極３０２（４）は、第１列目にある最後のダイオード３０１（３）と第２列目にある最初のダイオード３０１（４）を接続するため、矩形の検出器の中央を横断するクランク状となっている。第１番目の配線電極３０２（１）と最後の配線電極３０２（７）には、各々断熱支持脚１０２と接続するためのコンタクト部３０３ａおよび３０３ｂが形成されている。配線電極３０２は、ＴｉＮ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｐｔ、ＷＳｉ、又はこれらの積層構造であることが好ましい。
【００３４】
また、本実施の形態におけるｐｎ接合ダイオード３０１は、図４に示すように、ｐ型領域３０５とｎ型領域３０６が同一平面内で横方向に接続したラテラル構造を有している。尚、図示はしていないが、安定した電気特性を得るため、配線電極３０２とダイオード３０１との接触領域は良好なオーミックコンタクトが形成される程度に高いドーパント濃度とすることが好ましい。また、本実施の形態では、ｐｎ接合ダイオード３０１を、ＳＯＩ基板の単結晶シリコン薄膜中に形成することが好ましい。ＳＯＩ基板とは、単結晶シリコン基板の上に絶縁薄膜を介して単結晶シリコン薄膜を形成した基板を指す。通常の半導体プロセスでは、単結晶シリコン基板の上に形成するシリコン層は多結晶シリコンとなってしまう。多結晶シリコンは、結晶粒界がキャリアの捕獲準位となるため、１／ｆ雑音が発生し易い。ＳＯＩ基板の単結晶シリコン薄膜にダイオードを形成することにより、結晶粒界のないシリコンによってダイオードを構成できるため、さらに低雑音化することができる。
【００３５】
図５は、断熱支持脚１０２を示す平面図である。図５に示すように、直列に連結したダイオード３０１は、その両端に接続した配線電極３０２上のコンタクト部３０３ａ及び３０３ｂを介して、断熱支持脚１０２中の配線と接続している。即ち、連結したダイオード３０１からなる温度センサ１０３の全体は、コンタクト部３０３ａ及び３０３ｂにおいて断熱支持脚１０２によって吊り下げられている。また、温度センサ１０３のほぼ中央には支持柱３０９が接続され、支持柱３０９を介して赤外線吸収部１０１（図示せず）が接続されている。
【００３６】
断熱支持脚１０２は、温度センサ１０３の上方を幾度となく折り曲げることができるため、非常に高い熱抵抗を得ることができる。例えば、図５に示すように、２本の断熱支持脚１０２は、各々、矩形の熱型赤外線検出器１０の対角線上にある隅部を起点として、熱型赤外線検出器１０の辺に平行な方向に折り返しを繰り返しながら延びており、熱型赤外線検出器１０の辺中央部付近にある末端部で温度センサ１０３と接続している。尚、断熱支持脚１０２は、支持脚長を長くできる形状であれば良く、図５に示す形状以外にも、矩形の検出器の外周に沿った渦巻き状等、種々の形状とすることができる。
【００３７】
また、断熱支持脚１０２は、例えば、アルミニウム、チタン、タングステン等の金属配線の周囲を、ＳｉＯ_２やＳｉＮ等の絶縁薄膜で覆った構成とすることが好ましい。
【００３８】
次に、本実施の形態における熱型赤外線検出器の製造方法について説明する。図６（ａ）から（ｅ）は、熱型赤外線検出器の製造方法を模式的に示す工程図である。尚、図６では、図面の簡単のため、温度センサ１０３、断熱支持脚１０２及び赤外線吸収部１０１の内部構造は省略している。まず、図６（ａ）に示すように、単結晶シリコン基板１０５上に温度センサ１０３を形成する。温度センサ１０３は、ｐｎ接合ダイオードを直列に連結したもので構成される。ｐｎ接合ダイオードは、後から行う犠牲層エッチングで侵されないようにＳｉＯ_２やＳｉＮ等の絶縁材料で包まれている。
【００３９】
例えば、単結晶シリコン基板上に絶縁薄膜を介して単結晶シリコン薄膜が形成されたＳＯＩ基板を用いた場合、図７に示すようにして温度センサ１０３を形成しても良い。即ち、図７（ａ）に示すように、単結晶シリコン基板１０５の上に絶縁薄膜７０２を介して単結晶シリコン薄膜７０４が形成されたＳＯＩ基板７０６を準備し、図７（ｂ）に示すように、ｐｎ接合ダイオードを形成する部分が残るように単結晶シリコン薄膜７０４をエッチング除去した後、ｐ型又はｎ型不純物をドーピングしてｐ型領域７０４ａ及びｎ型領域７０４ｂを形成する。次に、図７（ｃ）に示すように、ｐ型領域７０４ａ及びｎ型領域７０４ｂの各々に電極７０８を形成してｐｎ接合ダイオード７１０を構成する。そして、図７（ｄ）に示すように、ｐｎ接合ダイオード７１０をＳｉＯ_２やＳｉＮ等の絶縁材料７１２で覆うことによって、温度センサ１０３を構成することができる。
【００４０】
また、この工程において、図６（ａ）に示すように、温度センサ１０３の上方に形成する断熱支持脚１０２を支持する柱となる支持脚保持部１０２ｂを温度センサ１０３の近傍に形成しておく。ＳＯＩ基板の場合、支持脚保持部１０２ｂは、ＳＯＩ基板の単結晶シリコン薄膜を除去して露出させた絶縁薄膜上、或いは単結晶シリコン薄膜を酸化して形成した絶縁膜層、又は単結晶シリコン薄膜と絶縁薄膜を除去して露出させた単結晶シリコン基板上に直接形成する。また、支持脚保持部１０２ｂは、ＳｉＯ_２やＳｉＮ等によって構成することができる。
【００４１】
また、図６（ａ）に示す工程において、温度センサから信号を読み出すための信号読出し回路を構成するトランジスタも同時に形成することが望ましい。ＳＯＩ基板の場合、信号読出し回路を構成するトランジスタのうち、少なくとも、温度センサに印加するバイアス電圧を決定するトランジスタか、温度センサの出力信号が通過しアナログ動作するトランジスタのいずれか一方を、ＳＯＩ基板の単結晶シリコン薄膜と絶縁薄膜を除去して露出させた単結晶シリコン基板上に形成することが好ましい。これにより、ＳＯＩ基板上に形成したトランジスタが持つ耐圧不足、キンク現象といった問題を解消することができる。
【００４２】
次に、図６（ｂ）に示すように、犠牲層１１０（＝第１の犠牲層）と断熱支持脚１０２を順次形成する。犠牲層１１０には、レジストやポリイミド等の有機材料、スパッタリングやＣＶＤ法で形成したシリコン等が適しているが、温度センサ１０３や断熱支持脚１０２の最表面の構成部材、例えばＳｉＯ_２に対してエッチング選択性のあるものならば何でも良い。犠牲層１１０は、温度センサ１０３を覆いながら、温度センサ１０３の周囲で単結晶シリコン基板１０５と接するように形成されている。ここで温度センサ１０３の周囲で犠牲層１１０と単結晶シリコン基板１０５が接している必要があるのは、後から行う犠牲層除去工程において温度センサ１０３の下方の基板１０５を除去して空洞を形成するためである。
【００４３】
犠牲層１１０の形成後、その一部を取り除いてホール１１０ａを形成し、温度センサ１０３の２箇所のコンタクト部を露出させる。そして、犠牲層１１０の上に断熱支持脚１０２を形成する。断熱支持脚１０２も、薄膜の金属または金属化合物、半導体等で形成された配線の周りをＳｉＯ_２のような絶縁材で覆った構成とする。断熱支持脚１０２内の配線は、犠牲層１１０に形成されたホール１１０ａを介して温度センサ１０３のダイオードと電気的に接触している。尚、断熱支持脚１０２は、犠牲層１１０に対してエッチング選択性があるなら、ＳｉＯ_２のような絶縁材をなくし、配線のみで構成されてもよい。この場合は、検出器の構成部材が少なくなり、また、断熱支持脚の熱抵抗の向上によって検出器の感度が増加する、といった効果がある。
【００４４】
次に、図６（ｃ）に示すように、断熱支持脚１０２を覆い、かつ、犠牲層１１０に接するように犠牲層１１１（＝第２の犠牲層）を形成する。犠牲層１１１は、犠牲層１１０と同様の材料とすることができるが、温度センサ１０３や断熱支持脚１０２の表面を構成する材料に対してエッチング選択性がある材料であれば、犠牲層１１０と異なる材料であっても良い。犠牲層１１０と犠牲層１１１を貫通し、温度センサ１０３に到達する貫通孔１１１ａを形成する。
【００４５】
次に、図６（ｄ）に示すように、犠牲層１１１の上に赤外線吸収部１０１を形成する。赤外線吸収部１０１は、例えば、金属または金属化合物薄膜から成る赤外線吸収膜の周囲をＳｉＯ_２のような絶縁材で覆った構成とする。赤外線吸収部１０１の横には、犠牲層１１１を露出させるエッチング孔１１４が残るようにする。尚、図１７に示すような構造を取る場合には、貫通孔１１１ａ内に中間層１１６を形成した後に、赤外線吸収部１１１を形成する。中間層１１６の形成は、犠牲層１１１の形成前に、断熱支持脚１０２と同時に行っても良い。
【００４６】
次に、図６（ｅ）に示すように、適当なエッチャントやエッチング反応ガスを使い、エッチング孔１１４を通じて、犠牲層１１１、犠牲層１１０及び温度センサ１０３の下方にあるシリコン基板１０５をエッチングする。犠牲層１１０及び１１１に有機材料を使った場合には、犠牲層のエッチングに灰化処理（アッシング）を用いることができる。犠牲層１１０及び１１１にシリコンを用いた場合のエッチング、及びシリコン基板１０５のエッチングには、フッ化キセノン等のエッチングガスや、ＴＭＡＨやＫＯＨのようなエッチャントを利用することができる。このようにして、図１に示す構造の熱型赤外線検出器を製造することができる。
【００４７】
実施の形態２
本実施の形態では、温度センサ１０３として垂直構造のｐｎ接合ダイオードを用いる。その他の点は、実施の形態１と同様である。
図８は垂直構造のｐｎ接合ダイオードを使った温度センサ１０３の平面図を、図９は図８のＡ−Ａ’断面における断面図を示す。実施の形態１と同様に、６つのｐｎ接合ダイオード３０１（１）〜３０１（６）（以下、総称してダイオード３０１）を、片側３個ずつ、２列に分けて配列している。各々のｐｎ接合ダイオード３０１は、７つの配線電極３０２（１）〜３０２（７）（以下、総称して配線電極３０２）を使って直列に接続されている。４番目の配線電極３０２（４）は、第１列目にある最後のダイオード３０１（３）と第２列目にある最初のダイオード３０１（４）を接続するため、矩形の検出器の中央を横断するクランク状となっている。第１番目の配線電極３０２（１）と最後の配線電極３０２（７）には、各々断熱支持脚１０２と接続するためのコンタクト部３０３ａおよび３０３ｂが形成されている。
【００４８】
本実施の形態におけるｐｎ接合ダイオード３０１は、図９に示すように、ｐ型領域３０５とｎ型領域３０６が基板に垂直方向に接合した垂直構造になっている。このような構造は、ｎ型シリコン層にｐ型不純物を注入することで得られる。熱型赤外線検出器に用いられる温度センサ１０３は、熱容量が大き過ぎると赤外線に対する感度や応答速度が低下するため、できるだけ薄膜であることが望ましい。例えば、温度センサ１０３は、厚くとも１μｍ以下とすることが望ましい。ところが、実施の形態１に示すようなラテラル構造のｐｎ接合ダイオードを用いた場合、ｐｎ接合の面積が温度センサ１０３の厚さに依存するため、温度センサ１０３を薄膜化すると十分なｐｎ接合面積を確保することが難しくなる。これに対し、本実施の形態のように垂直構造のｐｎ接合ダイオードを用いれば、温度センサ１０３の厚さによらずｐｎ接合の面積を確保できるため、高感度化、低雑音化に適している。尚、安定した電気特性を得るため、配線電極３０２と半導体層３０１との接触領域は、良好なオーミックコンタクトが形成される程度にドーパント濃度を高くすることが望ましい。
【００４９】
実施の形態３
本実施の形態では、温度センサ１０３としてショットキーダイオードを用いる。その他の点は、実施の形態１又は２と同様である。
図１０は、ショットキーダイオードを用いた温度センサの断面図を示す。図１０の構造は、例えば、図９で説明したｐｎ接合ダイオードにおいてｐ型領域３０５を形成しない場合（ｐｎ接合が無い場合）に相当する。図１０に示す構造において、ｎ型シリコン層８０１のドーパント濃度と配線電極３０２の材料を金属や金属シリサイドの中から適当に選ぶと、ｎ型シリコン層８０１と配線電極３０２の界面にショットキーダイオードを形成することができる。図１０のように、複数のｎ型シリコン層８０１を配線電極３０２で直列に連結した場合、各ｎ型シリコン層８０１と配線電極３０２との間に２つの界面８０２及び８０３ができ、それぞれがショットキーダイオードとなる。入力側の界面８０３に形成されたショットキーダイオードが順バイアスとなり、出力側の界面８０２に形成されたショットキーダイオードが逆バイアスとなる。いずれのバイアス方向の場合にも、ショットキーダイオードの電流電圧特性が温度によって変化するため、温度センサとして利用することができる。尚、シリコン層８０１は、ｐ型層であっても良い。
【００５０】
温度センサとしてショットキーダイオードを用いる場合、ｐｎ接合型ダイオードと異なり、一方の導電型の半導体層を形成すれば良くなるため、温度センサの製造が簡便となる。また、ショットキー接合は、半導体層と配線電極の界面に形成されるため、半導体層を薄膜化しても十分な接合面積を確保することができ、応答速度を低下させずに感度を向上できるという利点がある。また、配線電極３０２の種類や半導体層８０１のドーパント濃度を適当に選ぶことでショットキー接合の電位障壁高さを調整できるため、温度センサの電気特性を容易に調整できるといった利点もある。
【００５１】
本実施の形態において、配線電極３０２にはＴｉ、Ｃｏ、Ｐｔ等の金属、又はこれらを含む多層膜が望ましい。尚、順バイアスと逆バイアスのいずれか一方のショットキーダイオードのみを利用する場合には、他方の半導体層−配線電極界面をオーミックコンタクトとしても良い。その場合、オーミックコンタクトとする界面近傍の半導体層は良好なオーミックコンタクトが形成される程度の高いドーパント濃度とする。
【００５２】
実施の形態４
本実施の形態では、温度センサ１０３としてｐｎ接合ダイオードとショットキーダイオードを組み合わせて用いる。その他の点は、実施の形態１から３と同様である。
図１１は、本実施の形態における温度センサを示す回路図であり、図１２は、その断面図である。図１１及び図１２に示すように、本実施の形態では、１つのｐｎ接合ダイオード９０２と複数のショットキーダイオード９０１を直列の連結して温度センサとする。即ち、図１２において、１番目の半導体層にｐ型領域９０３とｎ型領域９０４を形成してｐｎ接合ダイオード９０２とし、２番目以降の半導体層を例えばｎ型領域としてショットキーダイオード９０１とする。このような構成にすることにより、熱型赤外線検出器を赤外線フォーカルプレーンアレイに応用した際に、検出器自身を読み出し制御用のスイッチとして良好に機能させることができる。
【００５３】
即ち、ダイオードから成る温度センサを持つ熱型赤外線検出器を２次元に配列して赤外線フォーカルプレーンアレイを構成する場合、ダイオードが持つ整流性を利用して、温度センサを構成するダイオード自身をスイッチとして機能させることができる。この場合、画素を構成する検出器内に、読み出し制御用のスイッチとしてトランジスタ等を形成する必要がなくなり、赤外線フォーカルプレーンアレイの構成を簡易にできるという利点がある。ところが、ショットキーダイオードには逆方向特性のリークがあるため、ショットキーダイオードを単独で温度センサに利用するとスイッチ特性が不十分となり易い。そこで、本実施の形態のように、ショットキーダイオードの連結中にｐｎ接合ダイオードを１個混在させれば良好なスイッチ特性が確保できる。このようにすれば、ショットキーダイオードの整流性を考慮する必要がなくなり、温度特性のみを考慮すれば良いため、プロセス自由度が拡大する。
【００５４】
実施の形態５
本実施の形態では、実施の形態１とは異なるラテラル構造を持ったｐｎ接合ダイオードを温度センサに用いる。その他の点は、実施の形態１と同様である。
図１３は、本実施の形態における温度センサ１０３を示す平面図であり、図１４は、図１３のＡ−Ａ’断面における断面図である。本実施の形態では、一体の半導体層の内部に、６つのｐ型領域１１０２と６つのｎ型領域１１０３が短冊状に交互に形成されており、ｐ型領域１１０２とｎ型領域１１０３が接する界面に６つの順バイアス方向のｐｎ接合と６つの逆バイアス方向のｐｎ接合が形成されている。このような構成のうち順バイアスｐｎ接合の温度変化を利用する場合は、逆バイアスのｐｎ接合を配線でショートする必要がある。そこで、本実施の形態では、シリコンに埋め込んだ７つの配線電極１１０１（１）〜１１０１（７）（以下、総称して配線電極１１０１）を、ｐｎ接合ダイオードのオーミック電極兼ショート配線として利用する。即ち、２番目から６番目の配線電極１１０１（２）〜１１０１（６）は、逆バイアス方向となるｐｎ接合の部分にｎ型領域１１０３とｐ型領域１１０２に跨るように埋め込む。これにより、配線電極１１０１（２）〜１１０１（６）をｐｎ接合ダイオードのオーミック電極兼ショート配線として機能させることができる。
【００５５】
配線電極１１０１には、金属または金属シリサイドを用いることができる。金属または金属シリサイドとして、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｐｔ、及びこれらのシリサイドを用いることが望ましい。本実施の形態のようなラテラル構造を採用することにより、連結するｐｎ接合ダイオード同士の間隔をなくし、ｐｎ接合ダイオードの連結数を増やすことができる。従って、ラテラル構造のダイオードであっても、ｐｎ接合の合計面積を広く取ることができ、低雑音化を図ることができる。
【００５６】
実施の形態６
実施の形態１では、温度センサ１０３の下方にある基板１０５をエッチング除去して空洞を形成する構造について説明したが、図１５に示すように基板１０５をエッチングせずに、温度センサ１０３が断熱支持脚１０２によって基板１０５の上方に中空保持された構造としても構わない。図１５に示す構造では、ＳＯＩ基板を用いることができないため、温度センサ１０３を形成するためのシリコン層を基板１０５上に新たに成長させる必要がある。例えば、スパッタリングやＣＶＤ（ケミカルベーパーデポジション）法などによってシリコン層を形成することができる。この場合のシリコン層は多結晶となるため、ＳＯＩ基板を用いた場合に比べて雑音が生じ易いが、高価なＳＯＩ基板を使わないため製造コスト面で有利である。
【００５７】
図１５に示す熱型赤外線検出器の製造方法について説明する。
図１６（ａ）から（ｅ）は、図１５に示す熱型赤外線検出器の製造方法を模式的に示す工程図である。尚、図１６では、図面の簡単のため、温度センサ１０３、断熱支持脚１０２及び赤外線吸収部１０１の内部構造は省略している。また、以下の製造方法において、特に説明を加えない部分については実施の形態１で説明した製造方法と同様である。
【００５８】
まず、図１６（ａ）に示すように、単結晶シリコン基板１０５のほぼ全面にＳｉＯ_２やＳｉＮ等の絶縁膜１０８を形成する。尚、絶縁膜１０８は、この後に形成する犠牲層がシリコンとの間に選択エッチングが可能な材料である場合には必要ない。絶縁膜１０８上に犠牲層１０９（＝第１の犠牲層）を介して温度センサ１０３を形成する。犠牲層１０９には、実施の形態１で説明した犠牲層１１０及び１１１と同様の材料を用いることができる。また、温度センサ１０３の上方に形成する断熱支持脚１０２を支持する柱となる支持脚保持部１０２ｂを温度センサ１０３の近傍に形成しておく。
【００５９】
次に、図１６（ｂ）に示すように、犠牲層１１０（＝第２の犠牲層）と断熱支持脚１０２を順次形成する。犠牲層１１０は、温度センサ１０３を覆いながら、温度センサ１０３の周囲で犠牲層１０９と接するように形成されている。ここで温度センサ１０３の周囲で犠牲層１１０と犠牲層１０９が接している必要があるのは、後から行う犠牲層除去工程において温度センサ１０３の下方の犠牲層１０９を除去して空洞を形成するためである。
【００６０】
犠牲層１１０の形成後、その一部を取り除いてホール１１０ａを形成し、温度センサ１０３の２箇所のコンタクト部を露出させる。そして、犠牲層１１０の上に断熱支持脚１０２を形成する。断熱支持脚１０２内の配線は、犠牲層１１０に形成されたホール１１０ａを介して温度センサ１０３のダイオードと電気的に接触している。
【００６１】
次に、図１６（ｃ）に示すように、断熱支持脚１０２を覆い、かつ、犠牲層１１０に接するように犠牲層１１１（＝第３の犠牲層）を形成する。そして、犠牲層１１０と犠牲層１１１を貫通し、温度センサ１０３に到達する貫通孔１１１ａを形成する。
【００６２】
次に、図１６（ｄ）に示すように、犠牲層１１１の上に赤外線吸収部１０１を形成する。赤外線吸収部１０１の横には、犠牲層１１１を露出させるエッチング孔１１４が残るようにする。尚、図１７に示すような構造を取る場合には、貫通孔１１１ａ内に中間層１１６を形成した後に、赤外線吸収部１１１を形成する。中間層１１６の形成は、犠牲層１１１の形成前に、断熱支持脚１０２と同時に行っても良い。
【００６３】
次に、図１６（ｅ）に示すように、適当なエッチャントやエッチング反応ガスを使い、エッチング孔１１４を通じて、犠牲層１１１、犠牲層１１０及び温度センサ１０３の下方にある犠牲層１０９をエッチングする。犠牲層１０９、１１０及び１１１に有機材料を使った場合には、犠牲層のエッチングに灰化処理（アッシング）を用いることができる。犠牲層１０９、１１０及び１１１にシリコンを用いた場合には、フッ化キセノン等のエッチングガスや、ＴＭＡＨやＫＯＨのようなエッチャントを利用することができる。犠牲層１０９、１１０、及び１１１は、同一の材料とすることができるが、温度センサ１０３や断熱支持脚１０２の表面を構成する材料に対してエッチング選択性がある材料であれば、互いに異なる材料であっても良い。このようにして、図１５に示す構造の熱型赤外線検出器を製造することができる。この製造方法は、温度センサ１０３の下方にも犠牲層１０９があるため３層犠牲層の構造になるが、基本的な製造方法は実施の形態１の場合と同様である。
【００６４】
また、これまではダイオードを温度センサに用いる例について説明したが、温度により電気特性が変化するもので有れば温度センサに用いることができ、バイポーラトランジスタ、接合電界効果トランジスタ、ＭＯＳトランジスタ、抵抗ボロメータ等を用いることができる。前述した１／ｆ雑音と温度センサのサイズとの関連は、温度センサにダイオードを用いた場合だけでなく、あらゆる温度センサについて一般的に成り立つ。従って、本発明を用いれば、温度センサの面積を従来よりも広く確保することができるため、赤外線検出信号の低雑音化が可能となる。
【００６５】
実施の形態７
本実施の形態では、本発明に係る熱型赤外線検出器を２次元に配列した赤外線フォーカルプレーンアレイの構成例について説明する。本件発明を赤外線フォーカルプレーンアレイに適用した場合には、各画素を形成する赤外線検出器一つ一つが限られた面積で形成する必要があるため、フォーカルプレーンアレイの性能向上に非常に有効である。
【００６６】
図１８は、本発明の熱型赤外線検出器を使った赤外線フォーカルプレーンアレイを模式的に示す斜視図である。単結晶シリコンから成る半導体基板１０５上に、温度センサ１０３や赤外線吸収部１０１を備えた熱型赤外線検出器１０がマトリックス状に配列されている。また、熱型赤外線検出器１０の周囲には、単結晶シリコン基板１０５上に信号読出し回路（図示せず）が形成されている。
【００６７】
図１９は、本発明の熱型赤外線検出器を使った赤外線フォーカルプレーンアレイの回路構成を示す回路図である。尚、図面の簡単のため、熱型赤外線検出器の温度センサであるダイオードは単一のダイオード１９０１として表している。温度センサであるダイオード１９０１は、電流源１９０４によって順バイアスで定電流駆動される。一定電流下で順バイアスされたダイオード１９０１の両端に発生する電圧は温度依存性を持つため、温度センサとして利用できる。
【００６８】
垂直走査回路（＝信号線選択回路）１９０２によって各画素のダイオード１９０１は行ごとに選択され、アクティブとなる。各画素にはダイオード１９０１以外にスイッチとなる能動素子が無いが、非選択状態ではダイオード１９０１が逆バイアスになるため、画素内にスイッチが無くても選択された行のアクティブな画素との干渉を防ぐことができる。
【００６９】
ダイオード１９０１の両端に発生した電圧は、積分回路１９０５に入力される。積分回路１９０５において、各画素の信号は選択期間を最大として積分され、実効的に雑音帯域幅を制限し、低雑音化される。積分回路１９０５は増幅作用をもつこともできる。積分回路１９０５で積分された信号は、ホールド回路１９０６に蓄積され、水平走査回路（＝信号線選択回路）１９０３によって画素毎に順次読み出される。その信号はアンプ１９０７で増幅され、画素信号として出力される。
【００７０】
実施の形態８
図２０は、異なる回路構成を持った赤外線フォーカルプレーンアレイを示す回路図である。本実施の形態に係る赤外線フォーカルプレーンアレイは、以下に説明する点を除けば実施の形態７と同様である。
【００７１】
本実施の形態に係る赤外線フォーカルプレーンアレイでは、積分器１９０５の前段に差動入力回路１９０８が配置されている。差動入力回路１９０８には、各画素を構成する温度センサ１９０１からの信号と、画素とは別に配置した参照用温度センサ１９１０からの信号が入力される。参照用温度センサ１９１０は、画素を構成するダイオード１９０１と同じように電流源１９１１で駆動される。参照用温度センサ１９１０は、温度変化による電気特性の変化が画素１９０１とほぼ同一であり、入射赤外線に対してほとんど感度を持たない。即ち、参照用温度センサ１９１０は、周辺環境の温度変化のみを検出する。従って、画素ダイオード１９０１の両端電圧と参照用温度センサの信号の差分を取ることにより、画素ダイオード１９０１の信号から周辺環境の温度変化による変化分を除去することができる。
【００７２】
参照用温度センサ１９１０が、入射赤外線に対して感度を持たないようにするには、参照用温度センサ１９１０に断熱構造を設けないか、赤外線吸収構造を設けないようにすれば良い。尚、参照用温度センサ１９１０は、必ずしも画素と同一の温度センサとする必要はなく、例えば画素の温度センサと同じ構成の温度センサをｎ個並列に接続し（ｎは自然数）、電流源１９１１の電流値を電流源１９０４のｎ倍にしても同様の効果が得られる。この場合、参照用温度センサから差動入力回路１９０８に入力される信号が平均化によって低雑音化されるため、その効果によってフォーカルプレーンアレイのＳ／Ｎ特性が改善される。
【００７３】
また、参照用温度センサ１９１０と差動入力回路１９０８の間に、低雑音化のためのフィルタ回路１９０９を通しても良い。この場合も差動入力回路１９０８に入力する信号が低雑音化され、フォーカルプレーンアレイのＳ／Ｎ特性が改善される。
【００７４】
【発明の効果】
本件発明に係る熱型赤外線検出器は、以上説明したように構成されているため、開口率向上や断熱支持脚の熱抵抗増大による感度向上だけでなく、温度センサの広面積化による１／ｆ雑音の抑制も可能になる。また、本発明を赤外線フォーカルプレーンアレイに適用すれば、多画素化や低コスト化のためにセンサの大きさが小さくなっても、高いＳ／Ｎ比を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る熱型赤外線検出器を示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１に係る熱型赤外線検出器を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１に係る熱型赤外線検出器の温度センサを示す平面図である。
【図４】図４は、図３のＡ−Ａ’断面における断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１に係る熱型赤外線検出器の温度センサと断熱支持脚を示す平面図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施の形態１に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態１において、ＳＯＩ基板に温度センサを形成する工程を示す工程図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態２に係る熱型赤外線検出器の温度センサを示す平面図である。
【図９】図９は、図８のＡ−Ａ’断面における断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態３に係る熱型赤外線検出器の温度センサを示す断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態４に係る熱型赤外線検出器の温度センサを示す回路図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態４に係る熱型赤外線検出器の温度センサを示す断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態５に係る熱型赤外線検出器の温度センサを示す平面図である。
【図１４】図１４は、図１３のＡ−Ａ’断面における断面図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態６に係る熱型赤外線検出器を示す断面図である。
【図１６】図１６（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施の形態６に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す工程図である。
【図１７】図１７は、本発明の別の実施形態に係る熱型赤外線検出器の製造方法を示す断面図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施の形態７に係る赤外線フォーカルプレーンアレイを示す斜視図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態７に係る赤外線フォーカルプレーンアレイを示す回路図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施の形態８に係る赤外線フォーカルプレーンアレイを示す回路図である。
【符号の説明】
１０ 熱型赤外線検出器、 １０１ 赤外線吸収部、 １０２ 断熱支持脚、
１０３ 温度センサ、 １０４ 支持柱、 １０５ 基板。

Claims (14)

1. 基板上に、赤外線吸収による温度変化に応じて電気特性が変化する温度センサと、前記温度センサを断熱的に支持すると共に前記温度センサから電気信号を読み出す配線となる断熱支持脚と、前記温度センサに熱的に接触して形成された赤外線吸収層を備えた熱型赤外線検出器であって、
   前記温度センサと前記断熱支持脚と前記赤外線吸収層とが、互いに空間的に分離した異なる平面内に形成されていることを特徴とする熱型赤外線検出器。
2. 前記温度センサと前記赤外線吸収層が、赤外線の入射方向から見て、前記断熱支持脚と重なる領域にも形成されたことを特徴とする請求項１に記載の熱型赤外線検出器。
3. 前記温度センサと前記赤外線吸収層が、赤外線の入射方向から見て、前記断熱支持脚の略全面を覆う領域に形成されたことを特徴とする請求項２に記載のの熱型赤外線検出器。
4. 赤外線の入射方向から見て、前記赤外線吸収層、前記断熱支持脚、前記温度センサの順序で形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱型赤外線検出器。
5. 前記温度センサが、単一又は直列接続した複数のダイオードを備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱型赤外線検出器。
6. 前記温度センサが、トランジスタを備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の熱型赤外線検出器。
7. 前記基板が単結晶シリコンから成り、前記温度センサが、前記基板上に絶縁薄膜を介して形成された単結晶シリコン薄膜に形成されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の熱型赤外線検出器。
8. 前記温度センサの下方にある基板の一部が除去されたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の熱型赤外線検出器。
9. 前記温度センサが、抵抗ボロメータで構成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱型赤外線検出器。
10. 基板上に、温度変化に応じて電気特性が変化する温度センサを形成する工程と、
    前記温度センサを覆い、かつ、前記基板と一部が接触した第１犠牲層を形成する工程と、
    前記第１犠牲層を部分的に除去して、前記温度センサの一部を露出させる工程と、
    前記第１犠牲層の上に、該第１犠牲層から露出した温度センサに電気接続するように配線層を形成する工程と、
    前記配線層を覆い、かつ、前記第１犠牲層と一部が接触した第２犠牲層を形成する工程と、
    前記第２犠牲層と前記第１犠牲層を部分的に除去して貫通孔を形成する工程と、
    前記第２犠牲層の上に、前記貫通孔を通じて前記温度センサに直接又は絶縁層を介して接続した赤外線吸収層を形成する工程と、
    前記第２犠牲層、前記第１犠牲層、及び前記温度センサ下方の前記基板の一部を除去する工程と、
    を備えた熱型赤外線検出器の製造方法。
11. 基板上に、第１犠牲層を形成する工程と、
    前記第１犠牲層の上に温度変化に応じて電気特性が変化する温度センサを形成する工程と、
    前記温度センサを覆い、かつ、前記第１犠牲層と一部が接触した第２犠牲層を形成する工程と、
    前記第２犠牲層を部分的に除去して、前記温度センサの一部を露出させる工程と、
    前記第２犠牲層の上に、該第２犠牲層から露出した温度センサに電気接続するように配線層を形成する工程と、
    前記配線層を覆い、かつ、前記第２犠牲層と一部が接触した第３犠牲層を形成する工程と、
    前記第３犠牲層と前記第２犠牲層を部分的に除去して貫通孔を形成する工程と、
    前記第３犠牲層の上に、前記貫通孔を通じて前記温度センサに直接又は絶縁層を介して接続した赤外線吸収層を形成する工程と、
    前記第３犠牲層、前記第２犠牲層、及び前記第１犠牲層を除去する工程と、
    を備えた熱型赤外線検出器の製造方法。
12. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載された熱型赤外線検出器を２次元に配列して形成された赤外線フォーカルプレーンアレイ。
13. 請求項５に記載された熱型赤外線検出器を２次元に配列して形成された赤外線フォーカルプレーンアレイであって、
    前記ダイオードに順バイアス状態で一定電流を流し、赤外線の量に応じて発生するダイオード両端電圧の変化を画像信号として検出することを特徴とする赤外線フォーカルプレーンアレイ。
14. さらに、前記熱型赤外線検出器と同等の温度−電圧特性を有し、入射した赤外線によっては実質的に温度が変化しない参照用温度センサと、
    前記熱型赤外線検出器からの信号電圧と前記参照用温度センサからの信号電圧の差分を入力する差動入力装置を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の赤外線フォーカルプレーンアレイ。

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