JP2010078449A - 赤外線撮像素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】中空構造体の機械的強度を向上することで、スティッキングを抑制し、高感度の赤外線撮像素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】基板と、前記基板の上に、前記基板と離間して設けられ、赤外線を吸収する赤外線吸収部と、前記赤外線吸収部と前記基板との間において、前記基板と離間し、かつ前記赤外線吸収部と接して設けられ、前記赤外線吸収部で吸収された赤外線による温度変化を電気信号に変換する熱電変換部と、前記熱電変換部を前記基板の上方に前記基板と離間して支持しつつ、前記熱電変換部から前記電気信号を伝達する支持体と、前記支持体からの前記電気信号を読み出すための配線と、を備え、前記赤外線吸収部は、その周縁に設けられ、前記基板に向けて突出した突出部を有することを特徴とする赤外線撮像素子を提供する。
【選択図】図１
【解決手段】基板と、前記基板の上に、前記基板と離間して設けられ、赤外線を吸収する赤外線吸収部と、前記赤外線吸収部と前記基板との間において、前記基板と離間し、かつ前記赤外線吸収部と接して設けられ、前記赤外線吸収部で吸収された赤外線による温度変化を電気信号に変換する熱電変換部と、前記熱電変換部を前記基板の上方に前記基板と離間して支持しつつ、前記熱電変換部から前記電気信号を伝達する支持体と、前記支持体からの前記電気信号を読み出すための配線と、を備え、前記赤外線吸収部は、その周縁に設けられ、前記基板に向けて突出した突出部を有することを特徴とする赤外線撮像素子を提供する。
【選択図】図１
Description
本発明は、赤外線撮像素子及びその製造方法に関する。
近年、半導体基板上に中空構造体を形成した、いわゆるＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)の研究開発が盛んに行われている。
このＭＥＭＳを応用したデバイスとして、赤外線撮像素子が挙げられる。なかでも、冷却機構を必要としない非冷却型の赤外線撮像素子は、小型化、オンチップ化が可能であり、広い応用分野に適用できるものとして、今後の発展が大きく期待されている。
このＭＥＭＳを応用したデバイスとして、赤外線撮像素子が挙げられる。なかでも、冷却機構を必要としない非冷却型の赤外線撮像素子は、小型化、オンチップ化が可能であり、広い応用分野に適用できるものとして、今後の発展が大きく期待されている。
このような赤外線撮像素子においては、入射赤外線を熱に変換する赤外線吸収部と、その熱を電気的信号に変換する熱電変換部と、を有する赤外線検出部が設けられる。この赤外線検出部を、周囲から熱的に分離し、熱電変換効率を向上することが、赤外線の検出感度向上のために重要である。
このため、赤外線撮像素子は、真空パッケージに実装されると共に、赤外線検出部の周辺の基板及び素子分離酸化膜をエッチングなどにより除去し、赤外線検出部の周囲を空洞化することにより、周囲への熱の拡散を抑える方法が取られる。
また、検出感度を高めるために、赤外線吸収部の全体に対する面積比率をできるだけ高め、入射する赤外線を効率良く吸収する構造が重要となる。
このような構造を有する赤外線撮像素子として、例えば、温度センサと、温度センサを支持する断熱支持脚と、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、温度センサと断熱支持脚と赤外線吸収層とが、互いに空間的に分離した異なる平面内に形成される構造が開示されている（例えば特許文献１参照）。
一方、検出感度を高くするために、赤外線受光部に庇部を設ける技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
これらの赤外線吸収層や庇部などの中空構造体において、高感度化のためにはその面積はできるだけ大きいことが望まれると共に、高速応答のためにはその体積はできるだけ小さい方が望まれるため、結果として、その厚みは薄く設計される。このため、赤外線吸収層や庇部の機械的強度が低下し、形状が変形し易くなる。従って、例えば、中空構造体形成時の内部応力やプロセス条件の変動により、中空構造体が変形し、中空構造体が、その周囲に配置されている基板や配線に癒着するスティッキングと呼ばれる現象が発生し、結果として赤外線撮像素子の検出感度が低下する。
特開２００４−３１７１５２号公報
特開２００５−４３３８１号公報
本発明は、中空構造体の機械的強度を向上することで、スティッキングを抑制し、高感度の赤外線撮像素子及びその製造方法を提供する。
本発明の一態様によれば、基板と、前記基板の上に、前記基板と離間して設けられ、赤外線を吸収する赤外線吸収部と、前記赤外線吸収部と前記基板との間において、前記基板と離間し、かつ前記赤外線吸収部と接して設けられ、前記赤外線吸収部で吸収された赤外線による温度変化を電気信号に変換する熱電変換部と、前記熱電変換部を前記基板の上方に前記基板と離間して支持しつつ、前記熱電変換部から前記電気信号を伝達する支持体と、前記支持体からの前記電気信号を読み出すための配線と、を備え、前記赤外線吸収部は、その周縁に設けられ、前記基板に向けて突出した突出部を有することを特徴とする赤外線撮像素子が提供される。
また、本発明の別の一態様によれば、基板と、前記基板の上に、前記基板と離間して設けられ、赤外線を吸収する赤外線吸収部と、前記赤外線吸収部と前記基板との間において、前記基板と離間し、かつ前記赤外線吸収部と接して設けられ、前記赤外線吸収部で吸収された赤外線による温度変化を電気信号に変換する熱電変換部と、前記熱電変換部を前記基板の上方に前記基板と離間して支持しつつ、前記熱電変換部から前記電気信号を伝達する支持体と、前記支持体からの前記電気信号を読み出すための配線と、を備え、前記赤外線吸収部は、その中心部よりも厚みが厚い厚部を周縁に有することを特徴とする赤外線撮像素子が提供される。
また、本発明の別の一態様によれば、基板と、前記基板の上に、前記基板と離間して設けられ、赤外線を吸収する赤外線吸収部と、前記赤外線吸収部と前記基板との間において、前記基板と離間し、かつ前記赤外線吸収部と接して設けられ、前記赤外線吸収部で吸収された赤外線による温度変化を電気信号に変換する熱電変換部と、前記熱電変換部を前記基板の上方に前記基板と離間して支持しつつ、前記熱電変換部から前記電気信号を伝達する支持体と、前記支持体からの前記電気信号を読み出すための配線と、を有する赤外線撮像素子の製造方法であって、前記基板の上に前記熱電変換部と前記支持体とを形成し、前記熱電変換部と前記支持体とを覆うように犠牲層を化学気相成長法により堆積し、前記犠牲層の上に、前記赤外線吸収部となる赤外線吸収膜を形成し、前記赤外線吸収膜の形状を加工し、前記犠牲層を除去することを特徴とする赤外線撮像素子の製造方法が提供される。
本発明によれば、中空構造体の機械的強度を向上することで、スティッキングを抑制し、高感度の赤外線撮像素子及びその製造方法が提供される。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る赤外線撮像素子の構成を例示する模式図である。
すなわち、同図（ａ）は、模式的斜視図であり、同図（ｂ）は平面図であり、同図（ｃ）は、同図（ａ）及び（ｂ）のＡ−Ａ’線断面図である。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る赤外線撮像素子の構成を例示する模式図である。
すなわち、同図（ａ）は、模式的斜視図であり、同図（ｂ）は平面図であり、同図（ｃ）は、同図（ａ）及び（ｂ）のＡ−Ａ’線断面図である。
図１に表したように、本発明の第１の実施形態に係る赤外線撮像素子１０は、基板１１０と、赤外線吸収部１５０と、熱電変換部１２０と、支持体１３０と、配線１４０と、を備える。
赤外線吸収部１５０は、基板１１０の上に、基板１１０と離間して設けられ、赤外線を吸収する。
熱電変換部１２０は、赤外線吸収部１５０と基板１１０との間において、基板１１０と離間して設けられ、赤外線吸収部１５０で吸収された赤外線による温度変化を電気信号に変換する。赤外線吸収部１５０から熱電変換部１２０への熱伝導を良好にするために、例えば、赤外線吸収部１５０と熱電変換部１２０とは接触して設けられる。
熱電変換部１２０には、シリコンｐｎ接合ダイオードを用いることができ、これにより、低ノイズで高感度に、熱の変化を電気信号に変換することができる。なお、これ以外にも、熱電変換部１２０には、抵抗素子やトランジスタなどを用いることもできる。
支持体１３０は、熱電変換部１２０を基板１１０の上方に基板１１０と離間して支持しつつ、熱電変換部１２０から電気信号を伝達する。熱伝導をできるだけ低くするために、支持体１３０には低熱伝導率の材料が用いられ、また、支持体１３０は、設計上可能な範囲で、より細く、より長く配置されることが望ましい。例えば、同図（ｂ）に表したように、本具体例では、支持体１３０がスパイラル状の形状を有することによって、より細く、より長く配置されている。
赤外線吸収部１５０、熱電変換部１２０及び支持体１３０は、基板１１０から離間して設けられており、基板１１０に対しての熱伝導が低くなるようにされる。これら赤外線吸収部１５０、熱電変換部１２０及び支持体１３０は、中空に保持されている。以下では、赤外線吸収部１５０を特に中空構造体と呼ぶことにする。
支持体１３０の一端は、熱電変換部１２０に接続され、他端は、熱電変換部１２０の周囲に設けられている配線１４０に接続されている。
配線１４０は、支持体１３０からの電気信号を読み出す。
配線１４０は、支持体１３０からの電気信号を読み出す。
赤外線吸収部１５０、熱電変換部１２０及び支持体１３０が１つの赤外線検出素子であり、画素となる。
この画素が、例えばマトリクス状に複数設けられ、赤外線撮像領域を形成する。そして、それぞれの画素の間において、配線１４０が格子状に設けられており、それぞれの画素における熱電変換部１２０の出力が、支持体１３０及び配線１４０を介して、赤外線撮像領域の外に引き出され、各画素で検出された赤外線の強度が出力される。
なお、同図中、線Ａ１及び線Ａ２の間の領域が、１つの画素領域である。
この画素が、例えばマトリクス状に複数設けられ、赤外線撮像領域を形成する。そして、それぞれの画素の間において、配線１４０が格子状に設けられており、それぞれの画素における熱電変換部１２０の出力が、支持体１３０及び配線１４０を介して、赤外線撮像領域の外に引き出され、各画素で検出された赤外線の強度が出力される。
なお、同図中、線Ａ１及び線Ａ２の間の領域が、１つの画素領域である。
赤外線吸収部１５０は、例えば、熱電変換部１２０及び支持体１３０と、配線１４０の一部と、を覆うように設けられ、できるだけ、不感領域を狭くするように設計される。
なお、同図に例示した構造体が、図示しないパッケージに真空封止される。
なお、同図に例示した構造体が、図示しないパッケージに真空封止される。
ここで、赤外線吸収部１５０の基板に対向する面を下面１５０ｄと呼び、赤外線吸収部１５０の下面１５０ｄとは反対の面を上面１５０ｕと呼ぶことにする。
そして、本実施形態に係る赤外線撮像素子１０においては、赤外線吸収部１５０は、赤外線吸収部１５０の周縁１５０ａに設けられ、基板１１０に向けて突出した突出部１５０ｐを有する。突出部１５０ｐは、例えば、赤外線吸収部１５０の周縁１５０ａに沿って設けられる。
すなわち、突出部１５０ｐにおける下面１５０ｄは、突出部１５０ｐの周りの下面１５０ｄよりも、基板１１０の側に突出している。
なお、本具体例では、突出部１５０ｐにおける下面１５０ｄは、赤外線吸収部１５０のうち熱電変換部１２０に接している部分における下面１５０ｄよりも、基板１１０からみて上方（基板からみて離間する方向）に配置されている。
そして、熱電変換部１２０の基板１１０と反対の側の面は、支持体１３０の基板と反対の側の面よりも高い。
そして、熱電変換部１２０の基板１１０と反対の側の面は、支持体１３０の基板と反対の側の面よりも高い。
そして、本具体例では、この突出部１５０ｐに対応する部分の上面１５０ｕは、突出部１５０ｐの下面１５０ｄに略連動する形状となっている。すなわち、赤外線吸収部１５０は、赤外線吸収部１５０の基板１１０の側と逆側の面（上面１５０ｕ）において突出部１５０ｐの裏側に設けられ、基板１１０の側に向けて後退した溝部１５０ｑをさらに有する。すなわち、突出部１５０ｐにおける赤外線吸収部１５０の断面形状は、「Ｙ字」の形状を有している。突出部１５０ｐが、例えば周縁部１５０ａに沿って設けられる場合には、溝部１５０ｑは突出部１５０ｐに沿って設けられる。すなわち、溝部１５０ｑは、周縁１５０ａに沿って設けられる。
この突出部１５０ｐ及び溝部１５０ｑが、赤外線吸収部１５０の周縁１５０ａに沿って設けられることにより、赤外線吸収部１５０の機械的強度が向上する。
このように、本実施形態に係る赤外線撮像素子１０によれば、中空構造体の機械的強度を向上することで、スティッキングを抑制し、高感度の赤外線撮像素子を提供できる。
なお、同図に表したように、突出部１５０ｐ及び溝部１５０ｑの部分における赤外線吸収部１５０の膜厚は、赤外線吸収部１５０の中心部１５０ｃにおける赤外線吸収部１５０の膜厚よりも厚い。すなわち、赤外線吸収部１５０は、赤外線吸収部１５０の周縁１５０ａに設けられ、赤外線吸収部１５０の中心部１５０ｃよりも厚みが厚い厚部１５０ｔを有する。厚部１５０ｔは、例えば、赤外線吸収部１５０の周縁１５０ａに沿って設けられる。これにより、中空構造体の機械的強度を向上し、赤外線吸収効率を上げるすることで、スティッキングを抑制し、高感度の赤外線撮像素子を提供できる。
（比較例）
図２は、比較例の赤外線撮像素子の構成を例示する模式的断面図である。
すなわち、同図（ａ）は第１の比較例の赤外線撮像素子１９ａの構造を例示し、同図（ｂ）は第２の比較例の赤外線撮像素子１９ｂの構造を例示している。
図２（ａ）に表したように、第１の比較例の赤外線撮像素子１９ａでは、赤外線吸収部１５０の形状が本実施形態に係る赤外線撮像素子１０のものとは異なっている。すなわち、赤外線撮像素子１９ａにおける赤外線吸収部１５０は、例えば、特許文献２に開示されている庇状の形状を有している。
図２は、比較例の赤外線撮像素子の構成を例示する模式的断面図である。
すなわち、同図（ａ）は第１の比較例の赤外線撮像素子１９ａの構造を例示し、同図（ｂ）は第２の比較例の赤外線撮像素子１９ｂの構造を例示している。
図２（ａ）に表したように、第１の比較例の赤外線撮像素子１９ａでは、赤外線吸収部１５０の形状が本実施形態に係る赤外線撮像素子１０のものとは異なっている。すなわち、赤外線撮像素子１９ａにおける赤外線吸収部１５０は、例えば、特許文献２に開示されている庇状の形状を有している。
すなわち、赤外線吸収部１５０の周辺領域は、基板１１０から離間した庇状の部分を有しているが、平坦な断面構造を有しており、基板１１０に向けた突出部１５０ｐや溝部１５０ｑが設けられていない。そして、赤外線吸収部１５０の膜厚も中心部１５０ｃから周縁１５０ａにかけて実質的に均一であり、厚部１５０ｔが設けられていない。このため、赤外線吸収部１５０の機械的強度は低く、例えば、内部応力やプロセス条件の変動により、中空構造体が変形し、中空構造体が、その周囲に配置されている基板や配線に癒着するスティッキング現象が発生し、感度が低下する。
また、図２（ｂ）に表したように、第２の比較例の赤外線撮像素子１９ｂにおいても、赤外線吸収部１５０の形状が本実施形態に係る赤外線撮像素子１０のものとは異なっている。すなわち、赤外線撮像素子１９ａにおける赤外線吸収部１５０は、赤外線撮像素子１９ａにおける庇状の形状が、周縁１５０ａで基板１１０の方向に屈曲している形状である。
すなわち、この場合も、基板１１０に向けた突出部１５０ｐや溝部１５０ｑが設けられていない。そして、赤外線吸収部１５０の膜厚も中心部１５０ｃから周縁１５０ａにかけて実質的に均一であり、厚部１５０ｔが設けられていない。このため、この場合も、赤外線吸収部１５０の機械的強度は低く、例えば、内部応力やプロセス条件の変動により、中空構造体が変形し、中空構造体が、その周囲に配置されている基板や配線に癒着するスティッキング現象が発生し、感度が低下する。
これに対し、本実施形態に係る赤外線撮像素子１０では、周縁１５０ａに沿って突出部１５０ｐが設けられるので、機械的強度が弱い周縁１５０ａの強度が向上する。そして、突出部１５０ｐの部分においては、赤外線吸収部１５０の膜厚が厚くなり、厚部１５０ｔが設けられ、これにより機械的強度が向上する。この時、突出部１５０ｐに対応する位置に溝部１５０ｑを設けることで、突出部１５０ｐが設けられることによる赤外線吸収部１５０の体積の増加を抑制でき、全体の熱容量を低い状態に可及的に維持できる。
図３は、本発明の第１の実施形態に係る変形例の赤外線撮像素子の構成を例示する模式図である。
図３（ａ）に表したように、本実施形態に係る変形例の赤外線撮像素子１０ａでは、赤外線吸収部１５０に、突出部１５０ｐ及び溝部１５０ｑが設けられているが、溝部１５０ｑの形状が赤外線撮像素子１０の場合と異なっている。すなわち、図１に例示したように、赤外線撮像素子１０の場合は、赤外線吸収部１５０の溝部１５０ｑは、Ｖ字の形状を有しており、溝部１５０ｑには、基板１１０の主面に対して略平行な面が設けられていない例である。
図３（ａ）に表したように、本実施形態に係る変形例の赤外線撮像素子１０ａでは、赤外線吸収部１５０に、突出部１５０ｐ及び溝部１５０ｑが設けられているが、溝部１５０ｑの形状が赤外線撮像素子１０の場合と異なっている。すなわち、図１に例示したように、赤外線撮像素子１０の場合は、赤外線吸収部１５０の溝部１５０ｑは、Ｖ字の形状を有しており、溝部１５０ｑには、基板１１０の主面に対して略平行な面が設けられていない例である。
一方、図３（ａ）に例示したように、赤外線撮像素子１０ａでは、赤外線吸収部１５０の溝部１５０ｑには、基板１１０の主面に対して略平行な底面が設けられている。
溝部１５０ｑ及び突出部１５０ｐの断面形状は、熱電変換部１２０と配線１４０との間の距離や、それらの間に設けられる支持体１３０の構造によって変化する。このように、溝部１５０ｑ（及び突出部１５０ｐ）の断面形状は、任意である。
なお、赤外線撮像素子１０ａの場合も、赤外線吸収部１５０の膜厚は突出部１５０ｐ及び溝部１５０ｑの部分において厚い。すなわち、溝部１５０ｑの底面の部分における膜厚は、中心部１５０ｃと余り差はないが、溝部１５０ｑの壁面の部分では、膜厚が厚い。すなわち、本具体例においては、厚部１５０ｔは、溝部１５０ｑの壁面の部分である。
なお、赤外線撮像素子１０ａの場合も、赤外線吸収部１５０の膜厚は突出部１５０ｐ及び溝部１５０ｑの部分において厚い。すなわち、溝部１５０ｑの底面の部分における膜厚は、中心部１５０ｃと余り差はないが、溝部１５０ｑの壁面の部分では、膜厚が厚い。すなわち、本具体例においては、厚部１５０ｔは、溝部１５０ｑの壁面の部分である。
このように、溝部１５０ｑが基板１１０の主面に平行な底面を有する場合も、機械的強度が弱い周縁１５０ａに沿って、突出部１５０ｐ及び溝部１５０ｑが設けられているので機械的強度が向上でき、スティッキングを抑制し、高感度の赤外線撮像素子を提供できる。
図３（ｂ）に表したように、本実施形態に係る変形例の赤外線撮像素子１０ｂでは、赤外線吸収部１５０に、突出部１５０ｐが設けられているが、溝部１５０ｑの深さが、赤外線撮像素子１０の場合に比べて浅い。なお、この場合も、厚部１５０ｔが設けられている。この場合も、機械的強度が向上でき、スティッキングを抑制し、高感度の赤外線撮像素子を提供できる。
さらに、この溝部１５０ｑの深さを浅くして、実質的に溝部１５０ｑを設けなくても良く、その場合も、機械的強度は向上できる。ただし、既に説明したように、突出部１５０ｐを設け、溝部１５０ｑの深さを極端に浅くする、または、溝部１５０ｑを設けない場合には、赤外線吸収部１５０の体積が増加し、熱容量が大きくなるので、適切な深さの溝部１５０ｑを設けることが望ましい。ただし、突出部１５０ｐの突出量や幅と、赤外線吸収部１５０の膜厚や総面積と、の関係によっては、必ずしも溝部１５０ｑを設けず、突出部１５０ｐのみを設けても良い。
図３（ｃ）に表したように、本実施形態に係る変形例の赤外線撮像素子１０ｃでは、赤外線吸収部１５０に、突出部１５０ｐが設けられているが、突出部１５０ｐは、周縁１５０ａに連結して設けられている。すなわち、上記の赤外線撮像素子１０、１０ａ及び１０ｂにおいては、突出部１５０ｐは、周縁１５０ａの近傍において周縁１５０ａに沿って設けられており、突出部１５０ｐの基板１１０に対向する部分の下面１５０ｄは、周縁１５０ａにおける下面１５０ｄよりも、基板１１０の側に位置している。これに対し、赤外線撮像素子１０ｃにおいては、突出部１５０ｐの基板１１０に対向する部分の下面１５０ｄの基板１１０に対する位置（高さ）は、周縁１５０ａにおける下面１５０ｄとほぼ同じ位置（高さ）に配置している。
このように、突出部１５０ｐが周縁１５０ａに連結して設けられている場合も、赤外線吸収部１５０のなかで機械的強度が弱い周縁１５０ａを突出部１５０ｐで補強することができ、赤外線吸収部１５０の機械的強度が向上でき、スティッキングを抑制し、高感度の赤外線撮像素子を提供できる。
なお、この場合も、溝部１５０ｑは設けられなくても良いが、上記のように、溝部１５０ｑが設けられる方が望ましい。また、赤外線撮像素子１０ｃの場合には、厚部１５０ｔは突出部１５０ｐが設けられた部分に相当する。
本実施形態に係る赤外線撮像素子１０、１０ａ、１０ｂ及び１０ｃにおいて、突出部１５０ｐ及び溝部１５０ｑは、赤外線吸収部１５０の周縁１５０ａに沿って設けられることが望ましい。さらに、突出部１５０ｐ及び溝部１５０ｑは、赤外線吸収部１５０の周縁１５０ａよりも内側の中心部１５０ｃを取り囲むように連続的に設けられることが望ましい。これにより、赤外線吸収部１５０の周縁１５０ａの強度がさらに向上する。
周縁１５０ａの機械的強度が弱いので、それを補強するためには、突出部１５０ｐ及び溝部１５０ｑは、できるだけ周縁１５０ａに近い部分に設けられることが望ましい。
周縁１５０ａの機械的強度が弱いので、それを補強するためには、突出部１５０ｐ及び溝部１５０ｑは、できるだけ周縁１５０ａに近い部分に設けられることが望ましい。
また、同様に、本実施形態に係る赤外線撮像素子１０、１０ａ、１０ｂ及び１０ｃにおいて、厚部１５０ｔは、赤外線吸収部１５０の周縁１５０ａに沿って設けられることが望ましい。さらに、厚部１５０ｔは、赤外線吸収部１５０の中心部１５０ｃを取り囲むように連続的に設けられることが望ましい。これにより、赤外線吸収部１５０の周縁１５０ａの強度がさらに向上する。
ただし、本発明は、これに限らず、突出部１５０ｐ、溝部１５０ｑ、及び厚部１５０ｔは、赤外線吸収部１５０の周縁１５０ａに沿って設けられていれば良く、例えば、赤外線吸収部１５０の周縁１５０ａの辺の一部やコーナーの一部において、断続的に設けられていても良い。
（第１の実施例）
図４は、本発明の第１の実施例に係る赤外線撮像素子の構造を例示する模式的断面図である。
図４に表したように、本実施形態の第１の実施例に係る赤外線撮像素子１１は、図１に例示した赤外線撮像素子１０の構造を有する。
図４は、本発明の第１の実施例に係る赤外線撮像素子の構造を例示する模式的断面図である。
図４に表したように、本実施形態の第１の実施例に係る赤外線撮像素子１１は、図１に例示した赤外線撮像素子１０の構造を有する。
赤外線撮像素子１１においては、画素のピッチ、すなわち、線Ａ１から線Ａ２までの幅Ｗ１は３０μｍである。また、熱電変換部１２０の幅Ｗ２は２０μｍであり、支持体１３０の幅Ｗ３は１．０μｍであり、支持体１３０と熱電変換部１２０との幅（距離）Ｗ４は０．５μｍである。なお、支持体１３０と配線１４０との距離も０．５μｍである。
また、配線１４０の高さｔ１（基板１１０からの高さ）は４．３μである。また、熱電変換部１２０の基板１１０と反対の側の面と、支持体１３０の基板の反対の側の面との距離ｔ２は２．０μｍである。また、赤外線吸収部１５０の突出部１５０ｐにおける下面１５０ｄと支持体１３０との距離ｔ３は３．０μｍである。
上記のように、支持体１３０の基板の反対の側の面は、熱電変換部１２０の基板１１０と反対の側の面よりも、基板１１０の側に近づいており、段差がある。すなわち、熱電変換部１２０の基板１１０と反対の側の面は、支持体１３０の基板１１０と反対の側の面よりも高い。これにより、後述するように、熱電変換部１２０と支持体１３０とを覆うようにこれらの上に犠牲層を設けた場合に、この段差によって、犠牲層の高さが変化して、その結果、犠牲層の上に形成される赤外線吸収部１５０に突出部１５０ｐや溝部１５０ｑを設けることができる。
また、本具体例における赤外線吸収部１５０は、例えば、シリコン窒化膜からなる下側吸収層１５１（第１赤外線球種層）と、下側吸収層１５１に対向して設けられシリコン窒化膜からなる上側吸収層１５３（第２赤外線吸収層）と、下側吸収層１５１と上側吸収層１５３との間に設けられＳｉ３Ｎ４膜からなる中間吸収層１５２（第３赤外線吸収層）と、の積層構造を有している。シリコン窒化膜は約９μｍの波長領域に吸収ピークを有しており、一方、Ｓｉ３Ｎ４膜は約１３μｍの波長領域に吸収ピークを有している。すなわち、両者は光吸収波長領域が異なる。これにより、本具体例のように、赤外線吸収部１５０を異なる材料の積層構造とすることで、広い波長範囲に対して高い吸収特性を有することができ、赤外線の感度が向上する。
なお、異なる材料を積層する場合において、下側吸収層１５１と上側吸収層１５３とに同じ材料を用い、中間吸収層１５２にそれらと異なる材料を用いる構造を採用すると、異種材料間で発生する内部応力が相殺できるので望ましい。なお、下側吸収層１５１と上側吸収層１５３とに用いる材料と、中間吸収層１５２に用いる材料の組み合わせは、赤外線の吸収特性、機械的強度、製造プロセスの適合性などに基づいて適切に設定される。
このような構造を有する赤外線撮像素子１１も、機械的強度が弱い周縁１５０ａを突出部１５０ｐ及び厚部１５０ｔで補強し、また、溝部１５０ｑで赤外線吸収部１５０の体積の増加を抑制し、赤外線吸収部１５０の機械的強度が向上でき、スティッキングを抑制し、高感度の赤外線撮像素子を提供できる。
以下、本実施例の赤外線撮像素子１１の製造方法について説明する。
図５は、本発明の第１の実施例に係る赤外線撮像素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。なお、熱電変換部１２０であるｐｎ接合ダイオード、及び支持体１３０、配線１４０内の構造は、図示を省略する。
図６は、図５に続く工程順模式的断面図である。
図７は、図６に続く工程順模式的断面図である。
図８は、図７に続く工程順模式的断面図である。
図５は、本発明の第１の実施例に係る赤外線撮像素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。なお、熱電変換部１２０であるｐｎ接合ダイオード、及び支持体１３０、配線１４０内の構造は、図示を省略する。
図６は、図５に続く工程順模式的断面図である。
図７は、図６に続く工程順模式的断面図である。
図８は、図７に続く工程順模式的断面図である。
図５（ａ）に表したように、まず、単結晶シリコン支持基板１０１の上に埋め込みシリコン酸化膜層１０２及び単結晶シリコン層１０３が順次積層される。すなわち、ＳＯＩ基板が形成される。なお、単結晶シリコン支持基板１０１が基板１１０に相当する。
そして、次に、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）により素子分離を行う。すなわち、フォトリソグラフィ技術により素子分離領域を規定し、素子分離領域の単結晶シリコン層１０３を、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）によりエッチング除去した後に、素子分離シリコン酸化膜（図示しない）をＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）により埋め込み、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）で平坦化する。このとき、支持構造である領域も素子分離領域として定義され、素子分離シリコン酸化膜が埋め込まれる。
そして、熱電変換部１２０となるｐｎ接合ダイオードを形成する。この際、例えば、フォトリソグラフィ技術によりｎ＋電極領域を規定し、イオン注入により単結晶シリコン層１０３の表面に近い領域にｎ＋拡散層領域を形成し、次に、単結晶シリコン層１０３の深い領域にｐ＋電極領域を形成し、単結晶シリコン層１０３の表面に存在するコンタクト拡散層領域とｐ＋電極領域を連結する拡散層配線領域を形成する。
次に、ポリシリコン層を形成し、フォトリソグラフィとＲＩＥによって支持体１３０を形成する。なお、この工程で、周辺回路に使用するＭＯＳトランジスタのゲート電極などを同時に形成することができる。
次に、ＣＶＤ法を用いて第１の層間絶縁膜を形成する。この後、ｐｎ接合ダイオードのｎ＋／ｐ＋層領域上、及び、電極支持構造を構成するポリシリコンとＡｌ配線とのコンタクト部分に、ＲＩＥ等によりコンタクトホールを形成した後、スパッタ法とＣＭＰを行うことにより、プラグを埋め込む。この後、第１の金属配線として、アルミニウム合金をスパッタ法により堆積し、パターンニングする。この後、後述するように、ＭＯＳトランジスタ等のパッシベーションと赤外線吸収部１５０となる層として、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とが積層して形成される。
次に、図５（ｂ）に表したように、熱電変換部１２０、支持体１３０、配線１４０及び埋込みシリコン酸化膜層１０２を、ドライプロセスにてエッチバックする。この後、犠牲層１０４として、３５０℃のＣＶＤ法（化学気相成長法）にてアモルファスシリコン膜を３μｍの厚さで堆積する。
次に、図５（ｃ）に表したように、犠牲層１０４の上に、レジスト１０５を形成し、フォトリソグラフィ技術により所定の形状に加工する。この時、レジスト１０５の端部１０５ａと、熱電変換部１２０の端部１２０ａと、の距離、すなわち、レジスト１０５と熱電変換部１２０とのオーバーラップδ１は、０μｍよりも大きく、１μｍよりも小さく設定される。
次に、図６（ａ）に表したように、熱電変換部１２０の上面の犠牲層１０４であるアモルファスシリコン膜を、ＲＩＥにより除去する。
次に、図６（ｂ）に表したように、レジスト１０５を剥離する。
次に、図６（ｃ）に表したように、赤外線吸収部１５０の下側吸収層１５１となるＳｉ３Ｎ４膜１０６をＣＶＤにより成膜する。
次に、図７（ａ）に表したように、上記のＳｉ３Ｎ４膜１０６の上に、赤外線吸収部１５０の中間吸収層１５２となるＳｉＯ２膜１０７をＣＶＤにより成膜する。
次に、図７（ｂ）に表したように、赤外線吸収部１５０の上側吸収層１５３となるＳｉ３Ｎ４膜１０８をＣＶＤにより成膜する。
次に、図６（ｃ）に表したように、赤外線吸収部１５０の下側吸収層１５１となるＳｉ３Ｎ４膜１０６をＣＶＤにより成膜する。
次に、図７（ａ）に表したように、上記のＳｉ３Ｎ４膜１０６の上に、赤外線吸収部１５０の中間吸収層１５２となるＳｉＯ２膜１０７をＣＶＤにより成膜する。
次に、図７（ｂ）に表したように、赤外線吸収部１５０の上側吸収層１５３となるＳｉ３Ｎ４膜１０８をＣＶＤにより成膜する。
次に、図７（ｃ）に表したように、レジスト１０９を形成し、フォトリソグラフィ技術によりレジスト１０９を所定の形状に加工する。この時、赤外線の不感領域を減じる目的で、レジスト１０９の端部１０９ａと、配線１４０の端部１４０ａと、の距離、すなわち、レジスト１０９と配線１４０とのオーバーラップδ２は、０μｍよりも大きく、配線１４０の幅の半分よりも小さく設定されるのが望ましい。
次に、図８（ａ）に表したように、Ｓｉ３Ｎ４膜１０８、ＳｉＯ２膜１０７、及びＳｉ３Ｎ４膜１０６をＲＩＥにより除去する。
次に、図８（ｂ）に表したように、レジスト１０９を剥離し、下側吸収層１５１、中間吸収層１５２及び上側吸収層１５３が形成される。
次に、図８（ｂ）に表したように、レジスト１０９を剥離し、下側吸収層１５１、中間吸収層１５２及び上側吸収層１５３が形成される。
次に、図８（ｃ）に表したように、ＴＭＡＨ(Tetra-Methyl-Ammonium-Hydroxide)により、犠牲層１０４と、単結晶シリコン支持基板１０１の上面の一部と、が異方性ウエットエッチングにより除去され、単結晶シリコン支持基板１０１（基板１１０）の上方に中空構造が形成され、本実施例の赤外線撮像素子１１が作成される。
この時、赤外線撮像素子１１の熱電変換部１２０、支持体１３０及び配線１４０の設計により、赤外線吸収部１５０の突出部１５０ｐ、溝部１５０ｑ及び厚部１５０ｔの構造が制御できる。
本具体例においては、熱電変換部１２０の基板１１０と反対の側の面と、支持体１３０の基板の反対の側の面と、の距離ｔ２が２．０μｍであるので、突出部１５０ｐにおける突出の量は距離ｔ２と同様に２．０μｍ程度となる。一方、犠牲層１０４であるアモルファスシリコン膜の厚さが３．０μｍであるので、赤外線吸収部１５０の突出部１５０ｐにおける下面１５０ｄと支持体１３０との距離ｔ３は、３．０μｍとなる。
ただし、後述するように、赤外線撮像素子１１の熱電変換部１２０、支持体１３０及び配線１４０の設計により、また、犠牲層１０４の成膜時の被覆性により、距離ｔ２や距離ｔ３は変化する。
（第２の実施例）
図９は、本発明の第２の実施例に係る赤外線撮像素子の構成を例示する模式図である。 すなわち、同図（ａ）は、模式的斜視図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
図９は、本発明の第２の実施例に係る赤外線撮像素子の構成を例示する模式図である。 すなわち、同図（ａ）は、模式的斜視図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
図９に表したように、本発明の第２の実施例に係る赤外線撮像素子１２は、支持体１３０が折れ曲がったミアンダ状の構造を有している。この場合も赤外線吸収部１５０は、周縁１５０ａに沿って設けられた突出部１５０ｐ及び溝部１５０ｑ、並びに厚部１５０ｔを有している。
これにより、機械的強度が弱い周縁１５０ａを突出部１５０ｐ及び厚部１５０ｔで補強し、また、溝部１５０ｑで赤外線吸収部１５０の体積の増加を抑制し、赤外線吸収部１５０の機械的強度が向上でき、スティッキングを抑制し、高感度の赤外線撮像素子を提供できる。
本実施例に係る赤外線撮像素子１２のように、熱電変換部１２０と、１つの配線１４０との間に、支持体１３０の折れ曲がり部が２つ設けられる場合には、支持体１３０の設計によっては、突出部１５０ｐの幅が広がり、また、溝部１５０ｑの幅も広がる。この時、例えば、溝部１５０ｑは、基板１１０の主面に対して略平行な底面を有する構造になり易い。さらに、支持体１３０の設計によっては、突出部１５０ｐ、溝部１５０ｑ及び厚部１５０ｔの少なくともいずれかが、赤外線吸収部１５０の１つの辺に、周縁１５０ａに沿って略平行に複数設けられることもある。
このように、本実施形態に係る赤外線撮像素子においては、突出部１５０ｐ、溝部１５０ｑ及び厚部１５０ｔの数は任意である。
このように、本実施形態に係る赤外線撮像素子においては、突出部１５０ｐ、溝部１５０ｑ及び厚部１５０ｔの数は任意である。
本実施形態及び実施例に係る赤外線撮像素子１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１及び、１２において、既に説明したように、溝部１５０ｑを設けることにより、突出部１５０ｐ及び厚部１５０ｔによる、赤外線吸収部１５０の周縁１５０ａの機械的強度を向上させつつ、赤外線吸収部１５０の体積の増加を抑制し、熱容量の上昇を抑制して感度を向上させる効果がある。さらに、溝部１５０ｑを設けることで、以下に説明するように、この体積の増加の抑制効果以外の効果により感度を向上させることができる。
図１０は、本発明の第１の実施形態に係る赤外線撮像素子の特性を例示するグラフ図である。
すなわち、同図は、図４に例示した第１の実施例の赤外線撮像素子１１の構造において、犠牲層１０４の厚さ、すなわち、赤外線吸収部１５０の突出部１５０ｐにおける下面１５０ｄと支持体１３０との距離ｔ３を変えた時の赤外線の吸収光量比ＲＡをシミュレーションした結果を例示している。
すなわち、同図は、図４に例示した第１の実施例の赤外線撮像素子１１の構造において、犠牲層１０４の厚さ、すなわち、赤外線吸収部１５０の突出部１５０ｐにおける下面１５０ｄと支持体１３０との距離ｔ３を変えた時の赤外線の吸収光量比ＲＡをシミュレーションした結果を例示している。
この時、図４に例示した、赤外線吸収部１５０の熱電変換部１２０と接していない領域の幅（ウイング幅）Ｗ５は６μｍで一定とし、犠牲層１０４の厚さを反映して形成される距離ｔ３を変えて、赤外線の吸収光量比を計算した。この時、赤外線吸収部１５０の周辺部の断面形状は単一の半径を有する円弧の形状とし、距離ｔ３の変化に伴って突出部１５０ｐ及び溝部１５０ｑの個数も変化する構成とした。なお、赤外線吸収部１５０の厚さは１．０μｍ一定とした。同図の横軸は距離ｔ３を表し、縦軸は赤外線吸光比ＲＡを表す。赤外線吸光比ＲＡは、図２（ａ）に例示した第１の比較例の赤外線撮像素子１９ａのように、周縁領域において断面形状が平坦な赤外線吸収部１５０の場合を１とし、それに対する比率とした。
図１０に表したように、距離ｔ３が大きくなるに従って、赤外線吸光比ＲＡが上昇する。
同図において、距離ｔ３が０．５μｍのデータは、犠牲層１０４の厚さが０．５μｍである時に対応し、赤外線吸収部１５０の周辺部において、円弧状の突出部１５０ｐと溝部１５０ｑの組み合わせが３つ形成される場合に相当する。
同図において、距離ｔ３が０．５μｍのデータは、犠牲層１０４の厚さが０．５μｍである時に対応し、赤外線吸収部１５０の周辺部において、円弧状の突出部１５０ｐと溝部１５０ｑの組み合わせが３つ形成される場合に相当する。
また、距離ｔ３が１．０μｍのデータは、犠牲層１０４の厚さが１．０μｍである時に対応し、赤外線吸収部１５０の周辺部において、円弧状の突出部１５０ｐと溝部１５０ｑの組み合わせが２つと、最外周が基板側に曲がる形状で形成される場合に相当する。
また、距離ｔ３が２．５μｍのデータは、犠牲層１０４の厚さが２．５μｍである時に対応し、赤外線吸収部１５０の周辺部において、円弧状の突出部１５０ｐと溝部１５０ｑの組み合わせが１つ形成される場合に相当する。
このように、距離ｔ３が０．５μｍ、１．０μｍ、２．５μｍと増大するに従って、赤外線吸光比ＲＡが増大する。そして、赤外線吸光比ＲＡは、距離ｔ３が２．５μｍ程度でほぼ飽和する。
このように、距離ｔ３を長くすることで赤外線吸光比ＲＡは上昇する。これは、距離ｔ３を長くすることにより、溝部１５０ｑの深さが深くなり、それに連れて溝部１５０ｑの壁面において、入射する赤外線に対する赤外線吸収部１５０の実効的な厚さが増大し、吸光効率が向上することが原因である。
このように、犠牲層１０４の厚さ、すなわち、赤外線吸収部１５０の突出部１５０ｐにおける下面１５０ｄと支持体１３０との距離ｔ３を大きくすることで、赤外線吸光比ＲＡが向上できる。
ここで、支持体１３０どうしの間に突出部１５０ｐが生成されるときに溝部１５０ｑが形成される条件は、以下である。すなわち、突出部１５０における基板１１０の側の面と基板１１０との距離をＤとする。そして、熱電変換部１２０と支持体１３０との距離、支持体１３０と隣り合う支持体１３０との距離（支持体１３０どうしの距離）、及び、支持体１３０と配線１４０との距離、の少なくともいずれかをＬとする。そして、赤外線吸収部１５０の平坦領域の膜厚をＴとする。このとき、以下の式（１）を満足するときに溝部１５０ｑが形成される。
Ｌ＞（２Ｄ＋２Ｔ） （１）
本具体例では、この条件は、
Ｗ４＞（２×ｔ４＋２×ｔ１＋２Ｔ） （２）
である。
Ｌ＞（２Ｄ＋２Ｔ） （１）
本具体例では、この条件は、
Ｗ４＞（２×ｔ４＋２×ｔ１＋２Ｔ） （２）
である。
また、支持体１３０の上方に突出部１５０ｐが形成されるときに溝部１５０ｑが形成される条件は、以下である。すなわち、熱電変換部１２０の基板１１０と反対の側の面は、支持体１３０の基板１１０と反対の側の面よりも高く、かつ、熱電変換部１２０と配線１４０との距離を距離ｌとし（図４参照）、突出部１５０ｐにおける基板１１０の側の面と支持体１３０との距離をＢとし、赤外線吸収部１５０の平坦領域の膜厚をＴとしたとき、以下の式（３）を満足するときに、溝部１５０ｑが形成される。
ｌ＞（２Ｂ＋２Ｔ） （３）
本具体例では、この条件は、
Ｗ４＞（２×ｔ３＋２Ｔ） （４）
である。
ｌ＞（２Ｂ＋２Ｔ） （３）
本具体例では、この条件は、
Ｗ４＞（２×ｔ３＋２Ｔ） （４）
である。
式（３）及び式（４）は、図５〜図８に例示した方法で突出部１５０ｐ及び溝部１５０ｑを形成する場合（すなわち、熱電変換部１２０と支持体１３０との間の距離Ｗ４の間隔を設けた後に、熱電変換部１２０と支持体１３０との間に段差（距離ｔ２）を設けた上で、それらの上に犠牲層１０４を設ける場合）に、溝部１５０ｑが形成される条件に相当する。
なお、上記の式（１）〜式（４）は、犠牲層１０４が略等方的に堆積する場合において、溝部１５０ｑが形成される条件である。
式（１）〜式（４）を満足しない場合は、例えば、犠牲層１０４が厚すぎて、犠牲層１０４の上面は、熱電変換部１２０及び配線１４０と支持体１３０との間の間隙を反映せず、平坦化してしまい、赤外線吸収部１５０の溝部１５０ｑが形成されないかその深さが浅くなる。
なお、赤外線吸収部１５０の突出部１５０ｐにおける下面１５０ｄと支持体１３０との距離ｔ３は、犠牲層の厚さｄとほぼ一致するので、式（３）は以下の式（５）のようになる。
ｌ＞（２ｄ＋２Ｔ） （５）
上記の式（１）〜式（５）の少なくともいずれかを満足することで、溝部１５０ｑが形成され、赤外線吸光比ＲＡを上昇させ、そして、既に説明したように、突出部１５０ｐ及び厚部１５０ｔによる、赤外線吸収部１５０の周縁１５０ａの機械的強度を向上させつつ、赤外線吸収部１５０の体積の増加を抑制し、熱容量の上昇を抑制して感度を向上することができる。
一方、支持体１３０どうしの間に厚部１５０ｔが形成される条件は以下である。すなわち、厚部１５０ｔにおける基板１１０の側の面と基板１１０との距離をＤとする。熱電変換部１２０と支持体１３０との距離、支持体１３０とそれと隣り合う支持体１３０との距離（支持体１３０どうしの距離）、及び、支持体１３０と配線１４０との距離の少なくともいずれかをＬとする。そして、赤外線吸収部１５０の平坦領域の膜厚をＴとしたとき、２Ｄ＜Ｌ＜（２Ｄ＋２Ｔ）となるときに厚部１５０ｔが形成される。本具体例では、この条件は、（２×ｔ４＋２ｔ１）＜Ｌ＜（２×ｔ４＋２×ｔ１＋２Ｔ）である。
また、支持体１３０の上方に厚部１５０ｔが形成される条件は、以下である。すなわち、熱電変換部１２０の基板１１０と反対の側の面は、支持体１３０の基板１１０と反対の側の面よりも高く、かつ熱電変換部１２０と配線１４０との距離をｌとし、突出部１５０ｐにおける基板１１０の側の面と支持体１３０との距離をＢとした時、２Ｂ＜ｌ＜（２Ｂ＋２Ｔ）となるときに、支持体１３０の上方に厚部１５０ｔが形成される。本具体例では、この条件は、２ｔ３＜ｌ＜（２×ｔ３＋２Ｔ）である。
（第２の実施の形態）
図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る赤外線撮像素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
本実施形態に係る赤外線撮像素子の製造方法は、基板１１０と、基板１１０の上に、基板１１０と離間して設けられ、赤外線を吸収する赤外線吸収部１５０と、赤外線吸収部１５０と基板１１０との間において、基板１１０と離間し、かつ赤外線吸収部１５０と接して設けられ、赤外線吸収部１５０で吸収された赤外線による温度変化を電気信号に変換する熱電変換部１２０と、熱電変換部１２０を基板１１０の上方に基板１１０と離間して支持しつつ、熱電変換部１２０から電気信号を伝達する支持体１３０と、支持体１３０からの電気信号を読み出すための配線１４０と、を有する赤外線撮像素子の製造方法である。
図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る赤外線撮像素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
本実施形態に係る赤外線撮像素子の製造方法は、基板１１０と、基板１１０の上に、基板１１０と離間して設けられ、赤外線を吸収する赤外線吸収部１５０と、赤外線吸収部１５０と基板１１０との間において、基板１１０と離間し、かつ赤外線吸収部１５０と接して設けられ、赤外線吸収部１５０で吸収された赤外線による温度変化を電気信号に変換する熱電変換部１２０と、熱電変換部１２０を基板１１０の上方に基板１１０と離間して支持しつつ、熱電変換部１２０から電気信号を伝達する支持体１３０と、支持体１３０からの電気信号を読み出すための配線１４０と、を有する赤外線撮像素子の製造方法である。
そして、本実施形態に係る赤外線撮像素子の製造方法においては、まず、基板１１０の上に熱電変換部１２０と支持体１３０とを形成する（ステップＳ１１０）。
そして、熱電変換部１２０と支持体１３０とを覆うように犠牲層１０４をＣＶＤ法により堆積する（ステップＳ１２０）。
例えば、図５に関して説明したように、犠牲層１０４にはアモルファスシリコンを用いることができる。そして、ＣＶＤ法を用いることにより、熱電変換部１２０の表面形状、支持体１３０の表面形状、及び、熱電変換部１２０と支持体１３０との間の表面形状に、適度に追従しながら、熱電変換部１２０及び支持体１３０を覆うことができる。そして、犠牲層１０４の上に形成される後述の赤外線吸収部１５０に、突出部１５０ｐ及び溝部１５０ｑを形成し易くなる。
例えば、図５に関して説明したように、犠牲層１０４にはアモルファスシリコンを用いることができる。そして、ＣＶＤ法を用いることにより、熱電変換部１２０の表面形状、支持体１３０の表面形状、及び、熱電変換部１２０と支持体１３０との間の表面形状に、適度に追従しながら、熱電変換部１２０及び支持体１３０を覆うことができる。そして、犠牲層１０４の上に形成される後述の赤外線吸収部１５０に、突出部１５０ｐ及び溝部１５０ｑを形成し易くなる。
なお、この後、図６（ａ）に例示したように、犠牲層１０４の上にレジスト１０５を設けて、犠牲層１０４を所定の形状にする。
すなわち、熱電変換部１２０と支持体１３０とを覆うように犠牲層１０４をＣＶＤ法により設ければ良く、犠牲層１０４の形状加工の方法は任意である。
すなわち、熱電変換部１２０と支持体１３０とを覆うように犠牲層１０４をＣＶＤ法により設ければ良く、犠牲層１０４の形状加工の方法は任意である。
そして、ステップＳ１２０の後、犠牲層１０４の上に、赤外線吸収部１５０となる赤外線吸収膜を形成し、その赤外線吸収膜の形状を加工する（ステップＳ１３０）。これには、図６〜図８に関して説明した方法を採用することができる。
そして、犠牲層１０４を除去する（ステップＳ１４０）。
そして、犠牲層１０４を除去する（ステップＳ１４０）。
これにより、赤外線吸収部１５０の周縁に沿って突出部１５０ｐ及び溝部１５０ｑを設けることができ、また、厚部１５０ｔを設けることができ、赤外線吸収部１５０の機械的強度を向上することで、スティッキングを抑制し、高感度の赤外線撮像素子を提供できる。
この時、上記の式（１）〜式（５）を満たすように設定することで、溝部１５０ｑを適切に形成することができる。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、赤外線撮像素子及びその製造方法を構成する各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した赤外線撮像素子及びその製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての赤外線撮像素子及びその製造方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１、１２、１９ａ、１９ｂ 赤外線撮像素子
１０１ 単結晶シリコン支持基板
１０２ シリコン酸化膜層
１０３ 単結晶シリコン層
１０４ 犠牲層
１０５ レジスト
１０５ａ 端部
１０６、１０８ Ｓｉ３Ｎ４膜
１０７ ＳｉＯ２膜
１０９ レジスト
１０９ａ 端部
１１０ 基板
１２０ 熱電変換部
１２０ａ 端部
１３０ 支持体
１４０ 配線
１４０ａ 端部
１５０ 赤外線吸収部
１５０ａ 周縁
１５０ｃ 中心部
１５０ｄ 下面
１５０ｐ 突出部
１５０ｑ 溝部
１５０ｔ 厚部
１５０ｕ 上面
１５１ 下側吸収層（第１赤外線吸収層）
１５２ 中間吸収層（第３赤外線吸収層）
１５３ 上側吸収層（第２赤外線吸収層）
１０１ 単結晶シリコン支持基板
１０２ シリコン酸化膜層
１０３ 単結晶シリコン層
１０４ 犠牲層
１０５ レジスト
１０５ａ 端部
１０６、１０８ Ｓｉ３Ｎ４膜
１０７ ＳｉＯ２膜
１０９ レジスト
１０９ａ 端部
１１０ 基板
１２０ 熱電変換部
１２０ａ 端部
１３０ 支持体
１４０ 配線
１４０ａ 端部
１５０ 赤外線吸収部
１５０ａ 周縁
１５０ｃ 中心部
１５０ｄ 下面
１５０ｐ 突出部
１５０ｑ 溝部
１５０ｔ 厚部
１５０ｕ 上面
１５１ 下側吸収層（第１赤外線吸収層）
１５２ 中間吸収層（第３赤外線吸収層）
１５３ 上側吸収層（第２赤外線吸収層）
Claims (12)
- 基板と、
前記基板の上に、前記基板と離間して設けられ、赤外線を吸収する赤外線吸収部と、
前記赤外線吸収部と前記基板との間において、前記基板と離間し、かつ前記赤外線吸収部と接して設けられ、前記赤外線吸収部で吸収された赤外線による温度変化を電気信号に変換する熱電変換部と、
前記熱電変換部を前記基板の上方に前記基板と離間して支持しつつ、前記熱電変換部から前記電気信号を伝達する支持体と、
前記支持体からの前記電気信号を読み出すための配線と、
を備え、
前記赤外線吸収部は、その周縁に設けられ、前記基板に向けて突出した突出部を有することを特徴とする赤外線撮像素子。 - 前記赤外線吸収部は、前記突出部の前記基板と反対面側に設けられ、前記基板の側に向けて後退した溝部をさらに有することを特徴とする請求項１記載の赤外線撮像素子。
- 前記突出部及び前記溝部は、前記赤外線吸収部の周縁に沿って、前記赤外線吸収部の前記周縁よりも内側の中心部を取り囲むように連続的に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の赤外線撮像素子。
- 前記突出部における前記基板の側の面と前記基板との距離をＤとし、前記熱電変換部と支持体との距離、前記支持体どうしの距離、及び、前記支持体と前記配線との距離、の少なくともいずれかの距離をＬとし、前記赤外線吸収部の平坦領域の膜厚をＴとしたとき、前記Ｄ、前記Ｌ及び前記Ｔは、Ｌ＞（２Ｄ＋２Ｔ）を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の赤外線撮像素子。
- 前記熱電変換部の前記基板と反対の側の面は、前記支持体の前記基板と反対の側の面よりも高く、かつ前記熱電変換部と前記配線との距離をｌとし、前記突出部における前記基板の側の面と前記支持体との距離をＢとし、前記赤外線吸収部の平坦領域の膜厚をＴとしたとき、前記ｌ、前記Ｂ及び前記Ｔは、ｌ＞（２Ｂ＋２Ｔ）を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の赤外線撮像素子。
- 基板と、
前記基板の上に、前記基板と離間して設けられ、赤外線を吸収する赤外線吸収部と、
前記赤外線吸収部と前記基板との間において、前記基板と離間し、かつ前記赤外線吸収部と接して設けられ、前記赤外線吸収部で吸収された赤外線による温度変化を電気信号に変換する熱電変換部と、
前記熱電変換部を前記基板の上方に前記基板と離間して支持しつつ、前記熱電変換部から前記電気信号を伝達する支持体と、
前記支持体からの前記電気信号を読み出すための配線と、
を備え、
前記赤外線吸収部は、その中心部よりも厚みが厚い厚部を周縁に有することを特徴とする赤外線撮像素子。 - 前記厚部は、前記赤外線吸収部の周縁に沿って、前記中心部を取り囲むように連続的に設けられることを特徴とする請求項６記載の赤外線撮像素子。
- 前記赤外線吸収部は、第１の材料からなる第１赤外線吸収層と、前記第１赤外線吸収層に対向して設けられ、前記第１の材料からなる第２赤外線吸収層と、前記第１赤外線吸収層と前記第２赤外線吸収層との間に設けられ、前記第１の材料とは異なる光吸収波長領域を有する第２の材料からなる第３赤外線吸収層を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の赤外線撮像素子。
- 前記熱電変換部は、シリコンｐｎ接合ダイオードを有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の赤外線撮像素子。
- 基板と、前記基板の上に、前記基板と離間して設けられ、赤外線を吸収する赤外線吸収部と、前記赤外線吸収部と前記基板との間において、前記基板と離間し、かつ前記赤外線吸収部と接して設けられ、前記赤外線吸収部で吸収された赤外線による温度変化を電気信号に変換する熱電変換部と、前記熱電変換部を前記基板の上方に前記基板と離間して支持しつつ、前記熱電変換部から前記電気信号を伝達する支持体と、前記支持体からの前記電気信号を読み出すための配線と、を有する赤外線撮像素子の製造方法であって、
前記基板の上に前記熱電変換部と前記支持体とを形成し、
前記熱電変換部と前記支持体とを覆うように犠牲層を化学気相成長法により堆積し、
前記犠牲層の上に、前記赤外線吸収部となる赤外線吸収膜を形成し、前記赤外線吸収膜の形状を加工し、
前記犠牲層を除去することを特徴とする赤外線撮像素子の製造方法。 - 前記突出部における前記基板の側の面と前記基板との距離をＤとし、前記熱電変換部と前記支持体との距離、前記支持体どうしの距離、及び、前記支持体と前記配線との距離、の少なくともいずれかの距離をＬとし、前記赤外線吸収部の平坦領域の膜厚をＴとしたとき、前記Ｄ、前記Ｌ及び前記Ｔは、Ｌ＞（２Ｄ＋２Ｔ）を満足することを特徴とする請求項１０記載の赤外線撮像素子の製造方法。
- 前記熱電変換部の前記基板と反対の側の面は、前記支持体の前記基板と反対の側の面よりも高く、かつ前記熱電変換部と前記配線との距離をｌとし、前記犠牲層の厚さをｄとし、前記赤外線吸収部の平坦領域の膜厚をＴとしたとき、前記ｌ、前記ｄ及び前記Ｔは、ｌ＞（２ｄ＋２Ｔ）を満足することを特徴とする請求項１０記載の赤外線撮像素子の製造方法。
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-
2010
- 2010-09-23 US US12/888,465 patent/US20110073978A1/en not_active Abandoned
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