JP2007187495A - 赤外線検出素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シリコン結晶の(100)面を表面とし、(111)面の露出した凹部1aが形成されたシリコン基板1と、赤外線を受光する受光部3と、一端が凹部1aの周囲の基板1に固定されると共に他端が受光部3に固定され、受光部3を凹部1aの上方に支持する梁4とを備える。そして、梁4に撓みが生じた際に凹部1aに接触する突起5を、梁4に形成した。そのため、衝撃等が加わって梁4が撓んだ場合、突起5が凹部1aに接触するので、梁4や受光部3が凹部1aに線接触するのを防止することができる。
【選択図】図1
Description
請求項3の発明は、凹部または貫通孔が形成された基板と、赤外線を受光する受光部と、一端が凹部または貫通孔の周囲の基板に固定されると共に他端が受光部に固定され、受光部を凹部または貫通孔の上方に支持する少なくとも一つの梁とを備えた赤外線検出素子に適用される。そして、周囲の基板から凹部または貫通孔の方向に突出し、梁に撓みが生じた際に梁に当接して係止する突起を、基板に形成したことを特徴とする。
請求項5の発明は、凹部または貫通孔が形成された基板と、赤外線を受光する受光部と、一端が凹部周囲の基板に固定されると共に他端が受光部に固定され、受光部を凹部または貫通孔の上方に支持する少なくとも一つの梁とを備えた赤外線検出素子に適用される。そして、梁は、凹部または貫通孔の縁と受光部との間に沿って配設され、基板に形成され、縁から梁の方向に突出する第1の突起と、梁から縁方向に突出するように第1の突起に近接して設けられ、梁に撓みが生じた際に第1の突起に当接して係止される第2の突起とを備えたことを特徴とする。
請求項6の発明は、凹部または貫通孔が形成された基板と、赤外線を受光する受光部と、一端が凹部周囲の基板に固定されると共に他端が受光部に固定され、受光部を凹部または貫通孔の上方に支持する少なくとも一つの梁とを備えた赤外線検出素子に適用される。そして、梁は、凹部または貫通孔の縁と受光部との間に沿って配設され、受光部に形成され、梁の方向に突出する第1の突起と、梁から受光部方向に突出するように第1の突起に近接して設けられ、梁に撓みが生じた際に第1の突起に当接して係合する第2の突起とを備えたことを特徴とする。
請求項9の発明による赤外線検出素子の製造方法は、基板表面が(100)面であるシリコン基板上にポリシリコンによるエッチング犠牲層を形成する工程と、エッチング犠牲層に環状のエッチングストッパを形成する工程と、シリコン基板上およびエッチングストッパ上に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜上に赤外線吸収部材、および、その赤外線吸収部材の温度を検出する温度センサを形成する工程と、絶縁膜をエッチングして、温度センサを含む梁と、赤外線吸収部材を含む受光部と、梁または受光部に設けられた突起とを形成する工程と、エッチング犠牲層およびシリコン基板のエッチングストッパで囲まれた領域を結晶性異方性エッチングによりエッチングし、シリコン基板の(111)面が露出した凹部を形成する工程とを有することを特徴とする。
図8は、本実施の形態の第1の変形例を示す図である。上述した実施の形態では受光部3を一対の梁4a,4bで支持するような構成であったが、変形例1では、一つの梁4により受光部3を片持ち支持するような構造とした。この場合、変位が最も大きくなる部位は、受光部3上において梁4と受光部3との接続部分から最も遠い位置、受光部の3の右下部分になる。そのため、受光部3のその位置に突起5を形成することにより、受光部3が凹部1a側に変位した場合の接触面積を小さく抑えることができ、検出精度の低下を防止することができる。なお、製造工程に関しては、上述した実施の形態の赤外線検出素子の場合と同様なので、説明を省略する。
図9は、本実施の形態の第2の変形例を示す図である。変形例2の赤外線検出素子では、受光部3は一対の梁4に支持されている。各梁4はジグザグ形状に形成されており、第1の梁401,第2の梁402および第3の梁403から成る。また、梁403、梁402、梁401の順に梁の幅が小さくなっている。このような形状の梁4の場合、受光部3から枠部2間での熱伝達経路が長くなるとともに、梁4の幅が受光部3近づくほど小さくなっているので、受光部3から基板1側への熱伝達量が非常に小さくなり、温度検出精度を低下を防止できる。その一方で、梁4が撓み易くなり、受光部3が容易に凹部1aに接触することになる。
図10は、本実施の形態の第3の変形例を示す図であり、(a)は赤外線検出素子の平面図、(b)はF−F’断面図である。変形例3では、梁4は受光部3を囲むような渦巻き形状に形成されている。突起5は枠部2側に形成され、枠部2から梁4方向に延在するように突出している。また、受光部3および梁4は、図10(b)に示すように、枠部2よりも上方に形成されている。このように、渦巻き形状の梁4を有する赤外線検出素子に衝撃等が加わって、図11(b)に示すような図示下方への力が受光部3および梁4に作用すると、梁4が捩れるように撓んで下方に移動し、図11(a)のように受光部3が回転しながら下方に変位する。
図12は、本実施の形態の第4の変形例を示す図であり、(a)は梁4が変形していない状態の赤外線検出素子の平面図であり、(b)は力が作用して梁4が変形した場合の平面図を示している。第4の変形例では、梁4および枠部2の両方に突起5が形成されており、梁4には枠部2方向に突出する突起5aが形成される。また、突起5aが突出する側の枠部2にも、梁4方向に突出する突起5bが形成されている。なお、この場合も、受光部3および梁4は、変形例3の場合と同様に(図10(b)参照)、基板厚さ方向に関して枠部2よりも高い位置に形成されている。
図14は、本実施の形態の第5の変形例を示す図である。変形例5の場合も、変形例4の場合と同様に、梁4が撓んだ際に受光部3に形成された突起と梁4に形成された突起とが係合して、梁4のさらなる撓みを阻止するような構成となっている。ただし、変形例5の場合には、受光部3の突起512と梁4の突起501とが係合して、梁4が撓んだ際の受光部3の下方への変位を抑制するだけでなく、受光部3が上方に変位したときに受光部3の突起511と梁4の突起502とが係合するように構成することで、受光部3の上方への変位も抑制するようにしている。その結果、受光部3や梁4が基板1の凹部1aに接触するのを防止できると共に、梁4が過度に撓んで損傷するのを防止することもできる。
図22は、本実施の形態の第6の変形例を示す図である。変形例6の赤外線検出素子では、梁4の下面から凹部1a方向に突出する突起5を、各梁4に形成した(図22(b)参照)。そのため、衝撃等により梁4および受光部3が下方(凹部1a方向)に変位すると、突起5が凹部1aに衝突し、梁4が凹部1aを線接触するのを防止できるとともに、梁4の過大な撓みを防止することができる。また、基板1に対して平行な突起に比べて、梁4の撓みを小さく抑えることが可能となる。この突起5は、受光部3の下面に形成しても良い。
図25は、本実施の形態の第7の変形例を示す図である。図25は、突起5の先端形状について示したものであり、(a)〜(d)に4種類の形状を示した。図25(a)では、突起先端を三角形状とすることで、突起5と凹部1aとの接触面積をより小さくしたことにより、接触による検出素子の感度低下を抑制することができる。図25(b)に示す例では、突起先端を円弧状とすることで、突起5と凹部1aとの接触により、突起先端が破損するのを防止している。図25(c)に示す例では、突起先端をナイフ等の刃と同様の曲線形状とすることで、梁4が撓んだ際にその撓み量に応じた接触面積となり、突起5が破損しにくい。
Claims (9)
- シリコン結晶の(100)面を表面とし、(111)面の露出した凹部が形成されたシリコン基板と、
赤外線を受光する受光部と、
一端が前記凹部の周囲の基板に固定されると共に他端が前記受光部に固定され、前記受光部を前記凹部の上方に支持する少なくとも一つの梁とを備えた赤外線検出素子において、
前記梁に撓みが生じた際に前記凹部に接触する突起を、前記梁または受光部に設けたことを特徴とする赤外線検出素子。 - 請求項1に記載の赤外線検出素子において、
前記突起を、前記梁または受光部から、基板厚さ方向の前記凹部側へと突出させたことを特徴とする赤外線検出素子。 - 凹部または貫通孔が形成された基板と、
赤外線を受光する受光部と、
一端が前記凹部または貫通孔の周囲の基板に固定されると共に他端が前記受光部に固定され、前記受光部を前記凹部または貫通孔の上方に支持する少なくとも一つの梁とを備えた赤外線検出素子において、
前記周囲の基板から前記凹部または貫通孔の方向に突出し、前記梁に撓みが生じた際に前記梁に当接して係止する突起を、前記基板に形成したことを特徴とする赤外線検出素子。 - 請求項3に記載の赤外線検出素子において、
前記受光部は、基板厚さ方向に関して、前記基板に設けられた突起よりも高い位置に配設されることを特徴とする赤外線検出素子。 - 凹部または貫通孔が形成された基板と、
赤外線を受光する受光部と、
一端が前記凹部周囲の基板に固定されると共に他端が前記受光部に固定され、前記受光部を前記凹部または貫通孔の上方に支持する少なくとも一つの梁とを備えた赤外線検出素子において、
前記梁は、前記凹部または貫通孔の縁と前記受光部との間に沿って配設され、
前記基板に形成され、前記縁から前記梁の方向に突出する第1の突起と、
前記梁から前記縁方向に突出するように前記第1の突起に近接して設けられ、前記梁に撓みが生じた際に前記第1の突起に当接して係止される第2の突起とを備えたことを特徴とする赤外線検出素子。 - 凹部または貫通孔が形成された基板と、
赤外線を受光する受光部と、
一端が前記凹部周囲の基板に固定されると共に他端が前記受光部に固定され、前記受光部を前記凹部または貫通孔の上方に支持する少なくとも一つの梁とを備えた赤外線検出素子において、
前記梁は、前記凹部または貫通孔の縁と前記受光部との間に沿って配設され、
前記受光部に形成され、前記梁の方向に突出する第1の突起と、
前記梁から前記受光部方向に突出するように前記第1の突起に近接して設けられ、前記梁に撓みが生じた際に前記第1の突起に当接して係合する第2の突起とを備えたことを特徴とする赤外線検出素子。 - 請求項6に記載の赤外線検出素子において、
前記第1の突起と前記第2の突起とを、基板厚さ方向に関して、間隔を空けて上下に重なるように配設したことを特徴とする赤外線検出素子。 - 請求項7に記載の赤外線検出素子において、
基板厚さ方向に関して、間隔を空けて上下に重なるように配設され、前記受光部に形成された第3の突起と、前記梁に形成された第4の突起をさらに備え、
前記第2の突起を前記第1の突起よりも基板側に配設し、前記第3の突起を前記第4の突起よりも基板側に配設したことを特徴とする赤外線検出素子。 - 基板表面が(100)面であるシリコン基板上にポリシリコンによるエッチング犠牲層を形成する工程と、
前記エッチング犠牲層に環状のエッチングストッパを形成する工程と、
前記シリコン基板上および前記エッチングストッパ上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に赤外線吸収部材、および、その赤外線吸収部材の温度を検出する温度センサを形成する工程と、
前記絶縁膜をエッチングして、前記温度センサを含む梁と、前記赤外線吸収部材を含む受光部と、前記梁または前記受光部に設けられた突起とを形成する工程と、
前記エッチング犠牲層および前記シリコン基板の前記エッチングストッパで囲まれた領域を結晶性異方性エッチングによりエッチングし、前記シリコン基板の(111)面が露出した凹部を形成する工程とを有することを特徴とする赤外線検出素子の製造方法。
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