JP3040356B2 - 赤外線固体撮像素子 - Google Patents
赤外線固体撮像素子Info
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- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
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-
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は熱型光検出器を用い
た２次元赤外線固体撮像素子に関する。
た２次元赤外線固体撮像素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】熱型光検出器とは、赤外線が照射される
と、赤外線を吸収して温度が上昇し、かつ温度変化を検
出するものである。図２１は、温度で抵抗値が変化する
ボロメータ薄膜を用いた従来の熱型光検出器を用いた２
次元固体撮像素子の一個の画素の構造を示す斜視説明図
である。図で、９０１はたとえばシリコンなどの半導体
からなるシリコン基板であり、９１０は、シリコン基板
から空間を隔てて設けられた赤外線検出器部（以下、単
に検出器部ともいう）であり、９１１は赤外線検出器部
上に形成されたボロメータ薄膜であり、９２１および９
２２は、赤外線検出器部９１０をシリコン基板から浮か
せて持ち上げるための支持脚であり、９３１および９３
２は、ボロメータ薄膜に電流を流すための金属配線であ
り、９４０は、金属配線９３１および９３２とボロメー
タ薄膜９１１を通して流れる電流のＯＮ、ＯＦＦを行な
うスイッチ・トランジスタであり、９５０は金属配線９
３２に接続された信号線であり、９６０は、スイッチ・
トランジスタのＯＮ、ＯＦＦを制御するための制御クロ
ック線であり、９７０は、検出器部と光学的共振構造を
つくり検出器部９１０での赤外線の吸収を増大させるた
めの金属反射膜である。
と、赤外線を吸収して温度が上昇し、かつ温度変化を検
出するものである。図２１は、温度で抵抗値が変化する
ボロメータ薄膜を用いた従来の熱型光検出器を用いた２
次元固体撮像素子の一個の画素の構造を示す斜視説明図
である。図で、９０１はたとえばシリコンなどの半導体
からなるシリコン基板であり、９１０は、シリコン基板
から空間を隔てて設けられた赤外線検出器部（以下、単
に検出器部ともいう）であり、９１１は赤外線検出器部
上に形成されたボロメータ薄膜であり、９２１および９
２２は、赤外線検出器部９１０をシリコン基板から浮か
せて持ち上げるための支持脚であり、９３１および９３
２は、ボロメータ薄膜に電流を流すための金属配線であ
り、９４０は、金属配線９３１および９３２とボロメー
タ薄膜９１１を通して流れる電流のＯＮ、ＯＦＦを行な
うスイッチ・トランジスタであり、９５０は金属配線９
３２に接続された信号線であり、９６０は、スイッチ・
トランジスタのＯＮ、ＯＦＦを制御するための制御クロ
ック線であり、９７０は、検出器部と光学的共振構造を
つくり検出器部９１０での赤外線の吸収を増大させるた
めの金属反射膜である。
【０００３】図２２は、図２１に示した構造の従来の２
次元固体撮像素子の電流経路に沿った断面構造を示す断
面説明図であり、図２２において、図２１に示した要素
と同じ要素には同じ符号を付し（以下の図においても同
様）てあり、９８０は絶縁膜であり、９９０は空洞部で
あり、９３０および９３３は絶縁膜であり、９２６およ
び９２７はコンタクト部であり、本発明に直接関係のな
いスイッチ・トランジスタ、信号線、制御クロック線な
どは省略されている。前述したように検出器部９１０の
上にはボロメータ薄膜が形成されており、ボロメータ薄
膜には金属配線９３１および９３２が接続され、コンタ
クト部９２６および９２７を通してシリコン基板上に形
成された（図示されていないが）信号読み出し回路と接
続している。このボロメータ薄膜９１１と金属配線９３
１および９３２は、シリコン酸化膜またはシリコン窒化
膜などからなる絶縁膜９３０および９３３によって覆わ
れており、この絶縁膜９３０および９３３が検出器部９
１０と支持脚９２１および９２２の機械的構造を形づく
っている。絶縁膜９８０はシリコン基板９０１上に形成
された信号読み出し回路と金属配線９３１および９３２
を絶縁するための絶縁膜であり、この絶縁膜９８０の上
の金属反射膜９７０の上に空洞部９９０を介して検出器
部９１０が配置されている。金属反射膜９７０の表面に
は別の絶縁膜が形成されるばあいもある。
次元固体撮像素子の電流経路に沿った断面構造を示す断
面説明図であり、図２２において、図２１に示した要素
と同じ要素には同じ符号を付し（以下の図においても同
様）てあり、９８０は絶縁膜であり、９９０は空洞部で
あり、９３０および９３３は絶縁膜であり、９２６およ
び９２７はコンタクト部であり、本発明に直接関係のな
いスイッチ・トランジスタ、信号線、制御クロック線な
どは省略されている。前述したように検出器部９１０の
上にはボロメータ薄膜が形成されており、ボロメータ薄
膜には金属配線９３１および９３２が接続され、コンタ
クト部９２６および９２７を通してシリコン基板上に形
成された（図示されていないが）信号読み出し回路と接
続している。このボロメータ薄膜９１１と金属配線９３
１および９３２は、シリコン酸化膜またはシリコン窒化
膜などからなる絶縁膜９３０および９３３によって覆わ
れており、この絶縁膜９３０および９３３が検出器部９
１０と支持脚９２１および９２２の機械的構造を形づく
っている。絶縁膜９８０はシリコン基板９０１上に形成
された信号読み出し回路と金属配線９３１および９３２
を絶縁するための絶縁膜であり、この絶縁膜９８０の上
の金属反射膜９７０の上に空洞部９９０を介して検出器
部９１０が配置されている。金属反射膜９７０の表面に
は別の絶縁膜が形成されるばあいもある。
【０００４】つぎにこの熱型光検出器を用いた２次元赤
外線固体撮像素子の動作について説明する。赤外線は検
出器部９１０が存在する側から入射し、検出器部９１０
で吸収される。入射した赤外線は、金属反射膜９７０の
存在により金属反射膜９７０の位置が節となるような定
在波ができるので、検出器部と金属酸化反射膜の間隔を
うまく設定することによって検出器部９１０における吸
収を増大させることができる。検出器部９１０で吸収さ
れた赤外線のエネルギーは熱に変換され、検出器部９１
０の温度を上昇させる。温度上昇は入射する赤外線の量
に依存（入射する赤外線の量は撮像対象物の温度と放射
率に依存）する。温度上昇の量はボロメータ薄膜の抵抗
値の変化を測定することで知ることができるので、撮像
対象物が放射している赤外線の量をボロメータの抵抗値
の変化から知ることができる。
外線固体撮像素子の動作について説明する。赤外線は検
出器部９１０が存在する側から入射し、検出器部９１０
で吸収される。入射した赤外線は、金属反射膜９７０の
存在により金属反射膜９７０の位置が節となるような定
在波ができるので、検出器部と金属酸化反射膜の間隔を
うまく設定することによって検出器部９１０における吸
収を増大させることができる。検出器部９１０で吸収さ
れた赤外線のエネルギーは熱に変換され、検出器部９１
０の温度を上昇させる。温度上昇は入射する赤外線の量
に依存（入射する赤外線の量は撮像対象物の温度と放射
率に依存）する。温度上昇の量はボロメータ薄膜の抵抗
値の変化を測定することで知ることができるので、撮像
対象物が放射している赤外線の量をボロメータの抵抗値
の変化から知ることができる。
【０００５】ボロメータ薄膜の抵抗温度係数が同じであ
れば、検出器部の温度上昇が大きいほど同じ量の赤外線
入射でえられる抵抗変化が大きくなり、感度が高くなる
が、温度上昇を高くするためには検出器部９１０からシ
リコン基板９０１に逃げる熱をできるだけ小さくするこ
とが効果的であり、このために支持脚９２１および９２
２は熱抵抗をできるだけ大きくするように設計される。
また、撮像素子のフレーム時間に比べ検出器部９１０の
温度時定数が短くなるように検出器部９１０の熱容量を
小さくすることも重要である。
れば、検出器部の温度上昇が大きいほど同じ量の赤外線
入射でえられる抵抗変化が大きくなり、感度が高くなる
が、温度上昇を高くするためには検出器部９１０からシ
リコン基板９０１に逃げる熱をできるだけ小さくするこ
とが効果的であり、このために支持脚９２１および９２
２は熱抵抗をできるだけ大きくするように設計される。
また、撮像素子のフレーム時間に比べ検出器部９１０の
温度時定数が短くなるように検出器部９１０の熱容量を
小さくすることも重要である。
【０００６】赤外線は画素内に全体に入射するが、検出
器部９１０の温度上昇に寄与するのは検出器部９１０の
部分に入射したものだけ（若干は検出器部９１０に近い
支持脚に入射した赤外線も有効ではあるが）であり、そ
れ以外の領域に入射した赤外線は無効となってしまう。
このため、感度を高くするには開口率（画素面積に対す
る検出器部の面積の割合）を大きくすることも有効であ
ることは容易に理解できる。
器部９１０の温度上昇に寄与するのは検出器部９１０の
部分に入射したものだけ（若干は検出器部９１０に近い
支持脚に入射した赤外線も有効ではあるが）であり、そ
れ以外の領域に入射した赤外線は無効となってしまう。
このため、感度を高くするには開口率（画素面積に対す
る検出器部の面積の割合）を大きくすることも有効であ
ることは容易に理解できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図２１および図２２に
示す従来の構造では、検出器部９１０は少なくとも支持
脚９２１および９２２およびこの支持脚とシリコン基板
上に形成された読み出し回路を接続するコンタクト部分
を除いた領域に形成しなくてはならないため、開口率は
この支持脚とコンタクト部分、およびこれらの部分と検
出器部９１０との間隔余裕の設計にしたがった制約を受
けており、高感度化を阻害していた。
示す従来の構造では、検出器部９１０は少なくとも支持
脚９２１および９２２およびこの支持脚とシリコン基板
上に形成された読み出し回路を接続するコンタクト部分
を除いた領域に形成しなくてはならないため、開口率は
この支持脚とコンタクト部分、およびこれらの部分と検
出器部９１０との間隔余裕の設計にしたがった制約を受
けており、高感度化を阻害していた。
【０００８】さらに、この問題は画素が小さくなるほど
顕著になり、感度を維持したまま小さな画素を用いて高
解像度化してゆくことを難しくしていた。
顕著になり、感度を維持したまま小さな画素を用いて高
解像度化してゆくことを難しくしていた。
【０００９】本発明は前述のような問題点を解消するた
めになされたものであり、信号読み出し回路と同一基板
上に熱型光検出器を形成する２次元赤外線固体撮像素子
において、断熱構造を形成する支持脚や金属配線、コン
タクト部などの設計に依存せず高い開口率を達成できる
画素の構造を有し、高感度化された２次元赤外線固体撮
像素子を提供することを目的とする。
めになされたものであり、信号読み出し回路と同一基板
上に熱型光検出器を形成する２次元赤外線固体撮像素子
において、断熱構造を形成する支持脚や金属配線、コン
タクト部などの設計に依存せず高い開口率を達成できる
画素の構造を有し、高感度化された２次元赤外線固体撮
像素子を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明にかかわる熱型光
検出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子は、赤外線を
吸収して検出器部を温度上昇させる赤外線吸収部と、ボ
ロメータ薄膜を形成して温度上昇を検出する温度検出部
とを別構造として形成するものである。
検出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子は、赤外線を
吸収して検出器部を温度上昇させる赤外線吸収部と、ボ
ロメータ薄膜を形成して温度上昇を検出する温度検出部
とを別構造として形成するものである。
【００１１】本発明にかかわる熱型光検出器を用いた２
次元赤外線固体撮像素子は、赤外線吸収部と温度検出部
とを別々の構造として形成するので、赤外線吸収部と温
度検出部の設計を独立して行なうことができ、実効的に
開口率を決める赤外線吸収部の面積を大きくすることが
でき、高感度化に有効である。
次元赤外線固体撮像素子は、赤外線吸収部と温度検出部
とを別々の構造として形成するので、赤外線吸収部と温
度検出部の設計を独立して行なうことができ、実効的に
開口率を決める赤外線吸収部の面積を大きくすることが
でき、高感度化に有効である。
【００１２】本発明にかかわる２次元赤外線固体撮像素
子は、熱型光検出器と、入射赤外線による前記熱型光検
出器の特性変化を検出する手段とが集積されてなる温度
検出機構が、半導体基板上に各画素ごとに２次元に配列
された２次元赤外線固体撮像素子であって、前記各画素
ごとに、前記半導体基板への熱の流出を制御する熱抵抗
の大きい材料からなる支持脚によって支えられておりか
つ温度検出素子を含む温度検出部と、該温度検出部と少
なくとも１本の接合柱で結合された赤外線吸収部とを前
記半導体基板上に設け、前記赤外線吸収部は、２次元に
配列された前記各画素と実質的に等しい面積を有してい
る。
子は、熱型光検出器と、入射赤外線による前記熱型光検
出器の特性変化を検出する手段とが集積されてなる温度
検出機構が、半導体基板上に各画素ごとに２次元に配列
された２次元赤外線固体撮像素子であって、前記各画素
ごとに、前記半導体基板への熱の流出を制御する熱抵抗
の大きい材料からなる支持脚によって支えられておりか
つ温度検出素子を含む温度検出部と、該温度検出部と少
なくとも１本の接合柱で結合された赤外線吸収部とを前
記半導体基板上に設け、前記赤外線吸収部は、２次元に
配列された前記各画素と実質的に等しい面積を有してい
る。
【００１３】前記温度検出部が、前記半導体基板中に形
成された空洞部の上に設けられてなることが熱抵抗を大
きくする点で好ましい。
成された空洞部の上に設けられてなることが熱抵抗を大
きくする点で好ましい。
【００１４】前記赤外線吸収部の少なくとも一部に反射
膜および層間絶縁膜からなる赤外線吸収構造を有してな
ることが光吸収増大の点で好ましい。
膜および層間絶縁膜からなる赤外線吸収構造を有してな
ることが光吸収増大の点で好ましい。
【００１５】前記赤外線吸収部の少なくとも一部に反射
膜、層間絶縁膜および金属赤外線吸収薄膜からなる光学
的共振構造を有してなることが光吸収増大の点で好まし
い。
膜、層間絶縁膜および金属赤外線吸収薄膜からなる光学
的共振構造を有してなることが光吸収増大の点で好まし
い。
【００１６】前記接合柱の少なくとも一部が前記赤外線
吸収部と同一構成部材で形成されてなることが製造工程
簡略化の点で好ましい。
吸収部と同一構成部材で形成されてなることが製造工程
簡略化の点で好ましい。
【００１７】前記赤外線吸収部の少なくとも一部に反射
膜、層間絶縁膜および金属赤外線吸収薄膜からなる光学
的共振構造を有しており、かつ前記接合柱が前記金属赤
外線吸収薄膜と一体に形成されてなることが製造工程簡
略化の点で好ましい。
膜、層間絶縁膜および金属赤外線吸収薄膜からなる光学
的共振構造を有しており、かつ前記接合柱が前記金属赤
外線吸収薄膜と一体に形成されてなることが製造工程簡
略化の点で好ましい。
【００１８】前記接合柱の少なくとも一部が前記赤外線
吸収部と同一構成部材で形成され、さらに前記赤外線吸
収部のうち前記温度検出部に接する部分が除去されてな
ることが熱容量低減の点で好ましい。
吸収部と同一構成部材で形成され、さらに前記赤外線吸
収部のうち前記温度検出部に接する部分が除去されてな
ることが熱容量低減の点で好ましい。
【００１９】前記赤外線吸収部から前記空洞部に達する
エッチングホールが前記空洞部の中心付近に少なくとも
１つ設けられてなることが基板の不要なエッチングの減
少と製造工程選択のときの自由度拡大との点で好まし
い。
エッチングホールが前記空洞部の中心付近に少なくとも
１つ設けられてなることが基板の不要なエッチングの減
少と製造工程選択のときの自由度拡大との点で好まし
い。
【００２０】前記空洞部の周囲の前記半導体基板中に、
前記空洞部を形成する際に用いられるエッチャントに耐
性のある材料からなるエッチングストップ層が設けられ
てなることが基板の不要なエッチングの減少と製造工程
選択のときの自由度拡大との点で好ましい。
前記空洞部を形成する際に用いられるエッチャントに耐
性のある材料からなるエッチングストップ層が設けられ
てなることが基板の不要なエッチングの減少と製造工程
選択のときの自由度拡大との点で好ましい。
【００２１】前記温度検出素子が前記赤外線吸収部の上
面に形成されてなることが半導体プロセス中で使用でき
ない材料でボロメータを構成するばあい好ましい。
面に形成されてなることが半導体プロセス中で使用でき
ない材料でボロメータを構成するばあい好ましい。
【００２２】前記温度検出部が、前記半導体基板上に形
成された読み出し回路の上方に形成されてなることが、
空洞部形成のためのエッチング方法の選択の自由度を広
げる点と空洞部下の領域に読み出し回路の構成要素の一
部などを配置して面積の有効利用をする点で好ましい。
成された読み出し回路の上方に形成されてなることが、
空洞部形成のためのエッチング方法の選択の自由度を広
げる点と空洞部下の領域に読み出し回路の構成要素の一
部などを配置して面積の有効利用をする点で好ましい。
【００２３】前記赤外線吸収部の少なくとも一部に反射
膜および層間絶縁膜からなる赤外線吸収構造を有してな
ることが光吸収増大の点で好ましい。
膜および層間絶縁膜からなる赤外線吸収構造を有してな
ることが光吸収増大の点で好ましい。
【００２４】前記赤外線吸収部の少なくとも一部に反射
膜、層間絶縁膜および金属赤外線吸収薄膜からなる光学
的共振構造を有してなることが光吸収増大の点で好まし
い。
膜、層間絶縁膜および金属赤外線吸収薄膜からなる光学
的共振構造を有してなることが光吸収増大の点で好まし
い。
【００２５】前記接合柱の少なくとも一部が前記赤外線
吸収部と同一構成部材で形成されてなることが製造工程
簡略化の点で好ましい。
吸収部と同一構成部材で形成されてなることが製造工程
簡略化の点で好ましい。
【００２６】前記赤外線吸収部の少なくとも一部に反射
膜、層間絶縁膜および金属赤外線吸収薄膜からなる光学
的共振構造を有しており、かつ前記接合柱が前記金属赤
外線吸収薄膜と一体に形成されてなることが製造工程簡
略化の点で好ましい。
膜、層間絶縁膜および金属赤外線吸収薄膜からなる光学
的共振構造を有しており、かつ前記接合柱が前記金属赤
外線吸収薄膜と一体に形成されてなることが製造工程簡
略化の点で好ましい。
【００２７】前記温度検出素子としてボロメータ薄膜が
用いられてなることが温度変化を効果的に検出する点で
好ましい。
用いられてなることが温度変化を効果的に検出する点で
好ましい。
【００２８】前記温度検出素子として焦電効果を有する
強誘電体が用いられてなることが温度変化を効果的に検
出する点で好ましい。
強誘電体が用いられてなることが温度変化を効果的に検
出する点で好ましい。
【００２９】前記温度検出素子としてサーモパイルが用
いられてなることが温度変化を効果的に検出する点で好
ましい。
いられてなることが温度変化を効果的に検出する点で好
ましい。
【００３０】前記接合柱が、前記赤外線吸収部の重心に
隣接した位置の下に配設されてなることが検出器部分の
温度の均一性の点で好ましい。
隣接した位置の下に配設されてなることが検出器部分の
温度の均一性の点で好ましい。
【００３１】前記接合柱の熱抵抗が、前記支持脚の熱抵
抗よりも小さいことが好ましい。
抗よりも小さいことが好ましい。
【００３２】本発明にかかわる２次元赤外線固体撮像素
子の製法は、 ａ）半導体基板上に信号読み出し回路を形成したのち、
絶縁膜、コンタクト部を形成し、さらに金属配線および
温度検出素子を形成し、保護絶縁膜で全体を覆う工程、 ｂ）前記保護絶縁膜上に犠牲層を形成し、該犠牲層のう
ち、のちに接合柱を形成する領域を写真製版技術で除去
したのち、除去した部分に前記接合柱となる材料を埋め
込む工程、 ｃ）前記犠牲層および前記接合柱の上に赤外線吸収部と
なる薄膜を形成し、各画素ごとに赤外線吸収部が分離さ
れるようにパターニングする工程、 ｄ）前記犠牲層をエッチングして除去する工程、および ｅ）前記シリコン基板をエッチングして、該シリコン基
板中に空洞部を形成する工程 からなることを特徴とする。
子の製法は、 ａ）半導体基板上に信号読み出し回路を形成したのち、
絶縁膜、コンタクト部を形成し、さらに金属配線および
温度検出素子を形成し、保護絶縁膜で全体を覆う工程、 ｂ）前記保護絶縁膜上に犠牲層を形成し、該犠牲層のう
ち、のちに接合柱を形成する領域を写真製版技術で除去
したのち、除去した部分に前記接合柱となる材料を埋め
込む工程、 ｃ）前記犠牲層および前記接合柱の上に赤外線吸収部と
なる薄膜を形成し、各画素ごとに赤外線吸収部が分離さ
れるようにパターニングする工程、 ｄ）前記犠牲層をエッチングして除去する工程、および ｅ）前記シリコン基板をエッチングして、該シリコン基
板中に空洞部を形成する工程 からなることを特徴とする。
【００３３】前記ｂ）工程ののち、さらに、前記犠牲層
および前記接合柱の表面をエッチバックして平坦にする
工程を含むことが赤外線吸収部の形成を容易にする点で
好ましい。
および前記接合柱の表面をエッチバックして平坦にする
工程を含むことが赤外線吸収部の形成を容易にする点で
好ましい。
【００３４】前記ｅ）工程において、前記半導体基板を
異方性エッチングして前記空洞部を形成することが空洞
部の大きさを制御性よく製造する点で好ましい。
異方性エッチングして前記空洞部を形成することが空洞
部の大きさを制御性よく製造する点で好ましい。
【００３５】水酸化カリウムおよび水酸化テトラメチル
アンモニウムのうちのいずれか一方を用いて異方性エッ
チングすることが充分なエッチング速度をうる点で好ま
しい。
アンモニウムのうちのいずれか一方を用いて異方性エッ
チングすることが充分なエッチング速度をうる点で好ま
しい。
【００３６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図を参照しつつ説明する。
図を参照しつつ説明する。
【００３７】実施の形態１ 図１は、本発明の実施の形態１にかかわる熱型光検出器
を用いた２次元赤外線固体撮像素子の１個の画素の電流
経路に沿った断面構造を示す断面説明図である。図で簡
単のために本発明と直接関係のない、シリコン基板１上
に設けられた信号読み出し回路は省略している。図１に
おいて、１は半導体基板としてのシリコン基板であり、
１１は温度変化を検出する温度検出素子としてのボロメ
ータ薄膜である。２１および２２は支持脚であり、この
支持脚はシリコン基板１の中に形成した空洞部２００の
上にあり、かつ、ボロメータ薄膜を含む温度検出部３０
０を浮かしている。３１および３２は金属配線であり、
この金属配線はたとえばアルミニウム、チタン、タング
ステンおよび窒化チタンなどからなり、ボロメータ薄膜
１１と読み出し回路を接続している。１００は絶縁膜
（保護絶縁膜）であり、１１０は絶縁膜であり、この２
つの絶縁膜は、シリコン基板への熱の流出を制御する熱
抵抗の大きい材料であるシリコン酸化膜、シリコン窒化
膜などからなり、かつ前記２つの絶縁膜は、支持脚２１
および２２ならびに温度検出部３００の機械的構造を構
成して温度検出部を支えている。１２１および１２２
は、金属配線３１および３２と信号読み出し回路とを接
続するコンタクト部であり、アルミニウムやタングステ
ンなどを用いてスパッタ法やＣＶＤ法などにより形成す
ることができる。１３０は、赤外線を吸収して熱に変換
する赤外線吸収部であり、酸化シリコン（ＳｉＯ2）や
窒化シリコン（ＳｉＮ）などを用いてＣＶＤ法などで形
成することができる。さらに、赤外線吸収部は、これら
酸化シリコンや窒化シリコンの積層膜として構成するこ
ともできる。１４０は接合柱であり、この接合柱は、赤
外線吸収部を温度検出部３００から離して保持するとと
もに赤外線吸収部１３０と温度検出部３００を熱的に結
合しており、酸化シリコンや窒化シリコンなどを用いて
ＣＶＤ法などで形成することができる。さらに、接合柱
は、これら酸化シリコンや窒化シリコンの積層膜として
構成することもできる。２００はシリコン基板１の中に
形成した空洞部であり、３００は温度検出部である。こ
こで、熱型光検出器は、従来と同様に、赤外線が照射さ
れると赤外線を吸収し、温度が上昇して、かつ温度変化
を検出するものであり、本発明においては赤外線吸収部
と温度検出素子とで構成される。温度検出素子は、入射
赤外線によって赤外線吸収部に生じる温度変化が接合柱
を介して伝えられ、たとえば電気抵抗の変化などの特性
変化が検出されることによって温度変化を検出するもの
である。温度検出素子に生じた特性変化を検出する手段
は、金属配線、信号読み出し回路およびコンタクト部か
らなる。本発明においては、温度検出素子として用いら
れる材料には、ボロメータ薄膜、焦電効果を有する強誘
電体またはサーモパイルなどをあげることができる。こ
こで、ボロメータ薄膜の材料の例としては、酸化バナジ
ウム、ポリシリコン、アモルファスシリコンなどをあげ
ることができる。また、焦電効果を有する強誘電体の例
としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸
鉛（ＰＴ）およびチタン酸バリウム・ストロンチウム
（ＢＳＴ）をあげることができる。また、サーモパイル
の材料の例としては、ｐ型ポリシリコンとｎ型ポリシリ
コンの接合や、ポリシリコンとアルミニウムの接合など
をあげることができる。さらに、本発明にかかわる２次
元赤外線固体撮像素子においては、前記熱型光検出器
と、前記入射赤外線による熱型光検出器の特性変化を検
出する手段とが集積されて温度検出機構を構成してお
り、該温度検出機構がシリコン基板上で各画素ごとに２
次元に配列される。
を用いた２次元赤外線固体撮像素子の１個の画素の電流
経路に沿った断面構造を示す断面説明図である。図で簡
単のために本発明と直接関係のない、シリコン基板１上
に設けられた信号読み出し回路は省略している。図１に
おいて、１は半導体基板としてのシリコン基板であり、
１１は温度変化を検出する温度検出素子としてのボロメ
ータ薄膜である。２１および２２は支持脚であり、この
支持脚はシリコン基板１の中に形成した空洞部２００の
上にあり、かつ、ボロメータ薄膜を含む温度検出部３０
０を浮かしている。３１および３２は金属配線であり、
この金属配線はたとえばアルミニウム、チタン、タング
ステンおよび窒化チタンなどからなり、ボロメータ薄膜
１１と読み出し回路を接続している。１００は絶縁膜
（保護絶縁膜）であり、１１０は絶縁膜であり、この２
つの絶縁膜は、シリコン基板への熱の流出を制御する熱
抵抗の大きい材料であるシリコン酸化膜、シリコン窒化
膜などからなり、かつ前記２つの絶縁膜は、支持脚２１
および２２ならびに温度検出部３００の機械的構造を構
成して温度検出部を支えている。１２１および１２２
は、金属配線３１および３２と信号読み出し回路とを接
続するコンタクト部であり、アルミニウムやタングステ
ンなどを用いてスパッタ法やＣＶＤ法などにより形成す
ることができる。１３０は、赤外線を吸収して熱に変換
する赤外線吸収部であり、酸化シリコン（ＳｉＯ2）や
窒化シリコン（ＳｉＮ）などを用いてＣＶＤ法などで形
成することができる。さらに、赤外線吸収部は、これら
酸化シリコンや窒化シリコンの積層膜として構成するこ
ともできる。１４０は接合柱であり、この接合柱は、赤
外線吸収部を温度検出部３００から離して保持するとと
もに赤外線吸収部１３０と温度検出部３００を熱的に結
合しており、酸化シリコンや窒化シリコンなどを用いて
ＣＶＤ法などで形成することができる。さらに、接合柱
は、これら酸化シリコンや窒化シリコンの積層膜として
構成することもできる。２００はシリコン基板１の中に
形成した空洞部であり、３００は温度検出部である。こ
こで、熱型光検出器は、従来と同様に、赤外線が照射さ
れると赤外線を吸収し、温度が上昇して、かつ温度変化
を検出するものであり、本発明においては赤外線吸収部
と温度検出素子とで構成される。温度検出素子は、入射
赤外線によって赤外線吸収部に生じる温度変化が接合柱
を介して伝えられ、たとえば電気抵抗の変化などの特性
変化が検出されることによって温度変化を検出するもの
である。温度検出素子に生じた特性変化を検出する手段
は、金属配線、信号読み出し回路およびコンタクト部か
らなる。本発明においては、温度検出素子として用いら
れる材料には、ボロメータ薄膜、焦電効果を有する強誘
電体またはサーモパイルなどをあげることができる。こ
こで、ボロメータ薄膜の材料の例としては、酸化バナジ
ウム、ポリシリコン、アモルファスシリコンなどをあげ
ることができる。また、焦電効果を有する強誘電体の例
としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸
鉛（ＰＴ）およびチタン酸バリウム・ストロンチウム
（ＢＳＴ）をあげることができる。また、サーモパイル
の材料の例としては、ｐ型ポリシリコンとｎ型ポリシリ
コンの接合や、ポリシリコンとアルミニウムの接合など
をあげることができる。さらに、本発明にかかわる２次
元赤外線固体撮像素子においては、前記熱型光検出器
と、前記入射赤外線による熱型光検出器の特性変化を検
出する手段とが集積されて温度検出機構を構成してお
り、該温度検出機構がシリコン基板上で各画素ごとに２
次元に配列される。
【００３８】図２は、図１に示した構造の２次元赤外線
固体撮像素子の１個の画素の赤外線吸収部１３０を除い
た部分の平面レイアウトを示す平面説明図である。図２
において、１０００は１個の画素全体を示しており、４
００は、画素部分に設置したＭＯＳトランジスタやダイ
オードなどからなる信号読み出し回路の一部であり、５
００は信号を読み出すための信号線であり、６００は信
号読み出し回路４００を制御する制御クロックバスライ
ンであり、３３は信号読み出し回路４００と制御クロッ
クバスライン６００を接続する金属配線であり、１２３
および１２４は、金属配線３３と信号読み出し回路４０
０と制御クロックバスライン６００を接続するコンタク
ト部である。その他の部分は図１に示した符号と同じ符
号は同じものを表わしている。
固体撮像素子の１個の画素の赤外線吸収部１３０を除い
た部分の平面レイアウトを示す平面説明図である。図２
において、１０００は１個の画素全体を示しており、４
００は、画素部分に設置したＭＯＳトランジスタやダイ
オードなどからなる信号読み出し回路の一部であり、５
００は信号を読み出すための信号線であり、６００は信
号読み出し回路４００を制御する制御クロックバスライ
ンであり、３３は信号読み出し回路４００と制御クロッ
クバスライン６００を接続する金属配線であり、１２３
および１２４は、金属配線３３と信号読み出し回路４０
０と制御クロックバスライン６００を接続するコンタク
ト部である。その他の部分は図１に示した符号と同じ符
号は同じものを表わしている。
【００３９】本発明にかかわる２次元赤外線固体撮像素
子においては、入射赤外線による熱型光検出器の特性変
化を検出する手段は、前述したように金属配線、信号読
み出し回路およびコンタクト部からなるが、前記手段と
熱型光検出器が集積されて各画素に設けられ、半導体基
板としてのシリコン基板上に各画素ごとに２次元に配列
される。温度検出部３００は、２つの絶縁膜１００およ
び１１０ならびにボロメータ薄膜１１からなり、該ボロ
メータ薄膜は、その上層に絶縁膜１００および下層に絶
縁膜１１０を配した構成によって機械的構造体として支
えられている。さらに温度検出部は絶縁膜１００上に接
合柱が形成されており、該接合柱を介して赤外線吸収部
１３０からの熱を受け、該熱によるボロメータ薄膜の抵
抗変化は、金属配線３１およびコンタクト部１２１を介
した信号線５００と、金属配線３２およびコンタクト部
１２２を介した信号読み出し回路４００とのあいだで生
じる。支持脚２１は２つの絶縁膜１００および１１０が
金属配線３１をはさんだ形態の機械的構造体とされ、か
つ、支持脚２２も支持脚２１と同様の機械的構造体とさ
れていて、たとえば各々厚さ数百ｎｍの絶縁膜が幅１〜
３μｍ程度、厚さの合計が１μｍ程度という形状に形成
されている。このようにして２つの支持脚２１および２
２が、温度検出部３００ならびに金属配線３１および３
２を支持しており、空洞部２００上で浮かせた構造とな
っている。２つの絶縁膜１００および１１０からなる支
持脚２１および２２が支える機械的構造体としての温度
検出部３００は、ボロメータ薄膜１１、支持柱１４０、
および支持柱１４０によって支えられる赤外線吸収部を
支持している。また、支持脚２１および２２は、前述し
たように、シリコン基板への熱の流出を制御する熱抵抗
の大きい材料からなる絶縁膜によって構成されている
が、さらに熱抵抗を大きくするために図に示すように金
属配線３１および３２とともに蛇行させて長さをかせぐ
ことが好ましい。
子においては、入射赤外線による熱型光検出器の特性変
化を検出する手段は、前述したように金属配線、信号読
み出し回路およびコンタクト部からなるが、前記手段と
熱型光検出器が集積されて各画素に設けられ、半導体基
板としてのシリコン基板上に各画素ごとに２次元に配列
される。温度検出部３００は、２つの絶縁膜１００およ
び１１０ならびにボロメータ薄膜１１からなり、該ボロ
メータ薄膜は、その上層に絶縁膜１００および下層に絶
縁膜１１０を配した構成によって機械的構造体として支
えられている。さらに温度検出部は絶縁膜１００上に接
合柱が形成されており、該接合柱を介して赤外線吸収部
１３０からの熱を受け、該熱によるボロメータ薄膜の抵
抗変化は、金属配線３１およびコンタクト部１２１を介
した信号線５００と、金属配線３２およびコンタクト部
１２２を介した信号読み出し回路４００とのあいだで生
じる。支持脚２１は２つの絶縁膜１００および１１０が
金属配線３１をはさんだ形態の機械的構造体とされ、か
つ、支持脚２２も支持脚２１と同様の機械的構造体とさ
れていて、たとえば各々厚さ数百ｎｍの絶縁膜が幅１〜
３μｍ程度、厚さの合計が１μｍ程度という形状に形成
されている。このようにして２つの支持脚２１および２
２が、温度検出部３００ならびに金属配線３１および３
２を支持しており、空洞部２００上で浮かせた構造とな
っている。２つの絶縁膜１００および１１０からなる支
持脚２１および２２が支える機械的構造体としての温度
検出部３００は、ボロメータ薄膜１１、支持柱１４０、
および支持柱１４０によって支えられる赤外線吸収部を
支持している。また、支持脚２１および２２は、前述し
たように、シリコン基板への熱の流出を制御する熱抵抗
の大きい材料からなる絶縁膜によって構成されている
が、さらに熱抵抗を大きくするために図に示すように金
属配線３１および３２とともに蛇行させて長さをかせぐ
ことが好ましい。
【００４０】図３は、図１および図２に示した画素をシ
リコン基板（図示せず）上に複数個配列した状態を示し
た平面説明図であり、簡単のために２×４個の画素の配
列および、隣接する４個の赤外線吸収部のそれぞれの一
部を示している。図３において、破線で示した長方形の
部分１０００〜１００７はそれぞれ、図２で１０００で
示した画素と同じ画素を示しており、画素の中身の構造
は、実線で示した接合柱１４０〜１４７以外は省略して
示している。また、図３において、実線で示した長方形
の部分１３０〜１３７は、図１で１３０で示した赤外線
吸収部であり、該赤外線吸収部は、接合柱１４０〜１４
７によりシリコン基板とは離れて支持されている。シリ
コン基板面に形成された画素１０００〜１００７と赤外
線吸収部１３０〜１３７は、平面的にみて重なる同一領
域に形成される必要はなく、図に示すようにずれていて
もかまわない。図で明らかなように赤外線吸収部１３０
〜１３７の各々の面積は画素面積から赤外線受光素子間
のわずかな間隔を除いた面積となっており、この部分の
開口率は非常に大きくなっている。したがって、従来は
赤外線吸収部と、温度検出部とが一体であったために、
赤外線吸収部の面積が大きくできない制約があったが、
本発明により、赤外線吸収部の面積を大きくすることが
できた。
リコン基板（図示せず）上に複数個配列した状態を示し
た平面説明図であり、簡単のために２×４個の画素の配
列および、隣接する４個の赤外線吸収部のそれぞれの一
部を示している。図３において、破線で示した長方形の
部分１０００〜１００７はそれぞれ、図２で１０００で
示した画素と同じ画素を示しており、画素の中身の構造
は、実線で示した接合柱１４０〜１４７以外は省略して
示している。また、図３において、実線で示した長方形
の部分１３０〜１３７は、図１で１３０で示した赤外線
吸収部であり、該赤外線吸収部は、接合柱１４０〜１４
７によりシリコン基板とは離れて支持されている。シリ
コン基板面に形成された画素１０００〜１００７と赤外
線吸収部１３０〜１３７は、平面的にみて重なる同一領
域に形成される必要はなく、図に示すようにずれていて
もかまわない。図で明らかなように赤外線吸収部１３０
〜１３７の各々の面積は画素面積から赤外線受光素子間
のわずかな間隔を除いた面積となっており、この部分の
開口率は非常に大きくなっている。したがって、従来は
赤外線吸収部と、温度検出部とが一体であったために、
赤外線吸収部の面積が大きくできない制約があったが、
本発明により、赤外線吸収部の面積を大きくすることが
できた。
【００４１】つぎに本発明による熱型光検出器を用いた
２次元赤外線固体撮像素子の画素の動作について説明す
る。赤外線は赤外線吸収部１３０側から入射する。入射
した赤外線は赤外線吸収部１３０で吸収され、赤外線吸
収部１３０の温度を上昇させる。赤外線吸収部１３０の
温度変化は接合柱１４０を通して温度検出部３００に伝
わり、温度検出部３００の温度を上昇させる。接合柱１
４０の熱抵抗は支持脚２１、２２の熱抵抗に比べて、よ
り小さく設計されており、温度検出部３００、接合柱１
４０、赤外線吸収部１３０の３つの構造体を合計した熱
容量と、支持脚２１、２２の熱抵抗で決まる時定数は、
フレーム時間（１画面分に相当する信号を全て読み出す
のに要する時間または、固体撮像素子の全画素の信号を
読み出すのに要する時間）よりも短かくなるように設計
されているので、温度検出部３００の温度上昇は赤外線
吸収部１３０の温度上昇とほとんど同じになる。したが
って、実効的な開口率は赤外線吸収部１３０の面積で決
まっているので、前述に説明したように開口率を非常に
大きくすることができる。
２次元赤外線固体撮像素子の画素の動作について説明す
る。赤外線は赤外線吸収部１３０側から入射する。入射
した赤外線は赤外線吸収部１３０で吸収され、赤外線吸
収部１３０の温度を上昇させる。赤外線吸収部１３０の
温度変化は接合柱１４０を通して温度検出部３００に伝
わり、温度検出部３００の温度を上昇させる。接合柱１
４０の熱抵抗は支持脚２１、２２の熱抵抗に比べて、よ
り小さく設計されており、温度検出部３００、接合柱１
４０、赤外線吸収部１３０の３つの構造体を合計した熱
容量と、支持脚２１、２２の熱抵抗で決まる時定数は、
フレーム時間（１画面分に相当する信号を全て読み出す
のに要する時間または、固体撮像素子の全画素の信号を
読み出すのに要する時間）よりも短かくなるように設計
されているので、温度検出部３００の温度上昇は赤外線
吸収部１３０の温度上昇とほとんど同じになる。したが
って、実効的な開口率は赤外線吸収部１３０の面積で決
まっているので、前述に説明したように開口率を非常に
大きくすることができる。
【００４２】つぎに、この実施の形態にかかわる構造の
２次元赤外線固体撮像素子の製法について説明する。図
４および５は、本実施の形態にかかわる２次元赤外線固
体撮像素子の１個の画素についてみた工程断面説明図で
ある。図４（ａ）では、シリコン基板１の上に信号読み
出し回路（図示していない）を形成したあと、絶縁膜１
１０、コンタクト部１２１および１２２を形成したの
ち、金属配線３１および３２ならびにボロメータ薄膜１
１を形成し、最後に絶縁膜（保護絶縁膜）１００で表面
を覆った状態を示している。ここまでの構造は通常の半
導体製造プロセスで用いられる技術を利用して容易に作
ることができる。
２次元赤外線固体撮像素子の製法について説明する。図
４および５は、本実施の形態にかかわる２次元赤外線固
体撮像素子の１個の画素についてみた工程断面説明図で
ある。図４（ａ）では、シリコン基板１の上に信号読み
出し回路（図示していない）を形成したあと、絶縁膜１
１０、コンタクト部１２１および１２２を形成したの
ち、金属配線３１および３２ならびにボロメータ薄膜１
１を形成し、最後に絶縁膜（保護絶縁膜）１００で表面
を覆った状態を示している。ここまでの構造は通常の半
導体製造プロセスで用いられる技術を利用して容易に作
ることができる。
【００４３】図４（ｂ）では、図４（ａ）の構造の上
に、あとの工程で除去する犠牲層１７０を形成し、犠牲
層１７０のうち接合柱を形成する部分を写真製版技術で
除去し、接合柱となる材料で除去した部分を埋め込んで
いる。犠牲層に用いられる材料は、接合柱を形成するう
えで、接合柱をエッチングしにくいエッチャントで容易
にエッチングできるものなら何でもよく、たとえば接合
柱が酸化シリコン（ＳｉＯ 2 ）のばあいならば、ポリシ
リコンなどをあげることができる。また、犠牲層の厚さ
は、１〜２μｍ程度である。この工程では最表面が平ら
になるようにエッチバック技術などで平坦化することが
好ましい。犠牲層を形成する前に、のちにシリコン基板
をエッチングして基板内に空洞部２００を形成するため
のエッチング窓を写真製版で絶縁膜１００、１１０を部
分的に除去して形成しておく。
に、あとの工程で除去する犠牲層１７０を形成し、犠牲
層１７０のうち接合柱を形成する部分を写真製版技術で
除去し、接合柱となる材料で除去した部分を埋め込んで
いる。犠牲層に用いられる材料は、接合柱を形成するう
えで、接合柱をエッチングしにくいエッチャントで容易
にエッチングできるものなら何でもよく、たとえば接合
柱が酸化シリコン（ＳｉＯ 2 ）のばあいならば、ポリシ
リコンなどをあげることができる。また、犠牲層の厚さ
は、１〜２μｍ程度である。この工程では最表面が平ら
になるようにエッチバック技術などで平坦化することが
好ましい。犠牲層を形成する前に、のちにシリコン基板
をエッチングして基板内に空洞部２００を形成するため
のエッチング窓を写真製版で絶縁膜１００、１１０を部
分的に除去して形成しておく。
【００４４】図４（ｃ）では、赤外線吸収部１３０とな
る薄膜を図４（ｂ）の構造の上に形成し、図２に示す平
面レイアウトのように各画素毎の赤外線吸収部が分離さ
れるようにパターニングする。
る薄膜を図４（ｂ）の構造の上に形成し、図２に示す平
面レイアウトのように各画素毎の赤外線吸収部が分離さ
れるようにパターニングする。
【００４５】図５（ａ）は、赤外線吸収部１３０の周辺
の開口部分から犠牲層１７０をエッチングして赤外線吸
収部１３０の下を、接合柱１４０をのこしてシリコン基
板１から浮かした状態を示している。
の開口部分から犠牲層１７０をエッチングして赤外線吸
収部１３０の下を、接合柱１４０をのこしてシリコン基
板１から浮かした状態を示している。
【００４６】図５（ｂ）は、図１と同じ、最後の工程に
おける本発明にかかわる２次元赤外線固体撮像素子の１
個の画素構造を示しており、これより以前の工程で図４
（ｂ）の工程で説明したシリコン基板のエッチングホー
ル部分のシリコンが露出するので、この部分からシリコ
ン基板をエッチングし、シリコン基板中に空洞部２００
を形成した状態を示している。シリコンのエッチングは
水酸化カリウム（ＫＯＨ）や、水酸化テトラメチルアン
モニウム（Tetramethyl ammonium hydroxide、略してＴ
ＭＡＨ）などの液を用いることによって、（１１１）結
晶面が表面に露出するとエッチング速度が遅くなり、異
方性エッチングができる。したがって、一般にＭＯＳ半
導体素子やＣＭＯＳ半導体素子に用いられる（１００）
結晶面をもったシリコン基板を用いることで空洞部の表
面形状を一定の大きさから大きく広げることなく図のよ
うな断面形状の空洞部をつくることができる。
おける本発明にかかわる２次元赤外線固体撮像素子の１
個の画素構造を示しており、これより以前の工程で図４
（ｂ）の工程で説明したシリコン基板のエッチングホー
ル部分のシリコンが露出するので、この部分からシリコ
ン基板をエッチングし、シリコン基板中に空洞部２００
を形成した状態を示している。シリコンのエッチングは
水酸化カリウム（ＫＯＨ）や、水酸化テトラメチルアン
モニウム（Tetramethyl ammonium hydroxide、略してＴ
ＭＡＨ）などの液を用いることによって、（１１１）結
晶面が表面に露出するとエッチング速度が遅くなり、異
方性エッチングができる。したがって、一般にＭＯＳ半
導体素子やＣＭＯＳ半導体素子に用いられる（１００）
結晶面をもったシリコン基板を用いることで空洞部の表
面形状を一定の大きさから大きく広げることなく図のよ
うな断面形状の空洞部をつくることができる。
【００４７】本実施の形態では接合柱が１本のばあいを
説明したが、接合柱は複数であってもよい。この事情は
以下に示すすべての実施の形態について共通に言えるこ
とである。
説明したが、接合柱は複数であってもよい。この事情は
以下に示すすべての実施の形態について共通に言えるこ
とである。
【００４８】また、平面的にみたばあいの接合柱の位置
は任意であるが、機械構造的に赤外線吸収部を支えるこ
とができ、赤外線吸収部に大きな温度分布を生じさせな
い位置が好ましい。この条件を満たす接合柱の位置とし
ては赤外線吸収部の重心に隣接した位置の下が最適であ
る。この事情は以下に示すすべての実施の形態について
共通にあてはまることである。
は任意であるが、機械構造的に赤外線吸収部を支えるこ
とができ、赤外線吸収部に大きな温度分布を生じさせな
い位置が好ましい。この条件を満たす接合柱の位置とし
ては赤外線吸収部の重心に隣接した位置の下が最適であ
る。この事情は以下に示すすべての実施の形態について
共通にあてはまることである。
【００４９】また、接合柱は太さ数μｍ角程度の大きさ
で形成されるが、形状は任意であり、赤外線吸収部の温
度と温度検出部の温度に大きな差を生じさせないために
温度検出部とシリコン基板とを熱的に接続する支持脚の
熱抵抗に比べて充分小さな熱抵抗をもつように設計する
必要がある。この事情は以下に示すすべての実施の形態
について共通にあてはまることである。
で形成されるが、形状は任意であり、赤外線吸収部の温
度と温度検出部の温度に大きな差を生じさせないために
温度検出部とシリコン基板とを熱的に接続する支持脚の
熱抵抗に比べて充分小さな熱抵抗をもつように設計する
必要がある。この事情は以下に示すすべての実施の形態
について共通にあてはまることである。
【００５０】実施の形態２ 図６は、本発明にかかる熱型光検出器を用いた２次元赤
外線固体撮像素子の他の実施の形態を示す１個の画素の
断面構造を示す断面説明図である。図において、１５０
は反射膜としての金属反射膜であり、１６０は金属赤外
線吸収膜である。この構造では、赤外線吸収部１３０の
下に薄い金属反射膜１５０を、上に非常に薄い金属赤外
線吸収膜１６０を設けて、３層構造の赤外線吸収部とし
て光学的共振構造を形成している。または、図示してい
ないが、金属反射膜１５０を赤外線吸収部１３０の下に
設けて２層からなる赤外線吸収構造とすることもでき
る。本実施例の形態によれば、図１に示した構造の画素
に比べて赤外線の吸収がより効率的に行なえる。金属反
射膜１５０は、たとえばアルミニウムなどからなり、厚
さは数百ｎｍである。金属赤外線吸収膜１６０は、たと
えばニッケルクロム合金などからなり、厚さは数ｎｍで
あり、シート抵抗が３７７Ω程度となるのが好ましい。
図示していないが、金属反射膜１５０の下にさらに層間
絶縁膜としての他の絶縁膜を形成してもよい。また、金
属反射膜１５０の下および金属赤外線吸収膜１６０の上
にさらに層間絶縁膜として他の絶縁膜を形成してもよ
い。他の絶縁膜は犠牲層エッチング時に金属反射膜１５
０を保護するという機能を有するものが適しており、た
とえば酸化シリコン（ＳｉＯ2）などがあげられる。ま
た、このような２層構造の赤外線吸収構造、または３層
構造の光学的共振構造による赤外線の吸収構造を設ける
位置は赤外線吸収部の一部のみであってもかまわない。
赤外線吸収部に赤外線吸収構造または光学的共振構造を
設けることの他は、実施の形態１と同様である。
外線固体撮像素子の他の実施の形態を示す１個の画素の
断面構造を示す断面説明図である。図において、１５０
は反射膜としての金属反射膜であり、１６０は金属赤外
線吸収膜である。この構造では、赤外線吸収部１３０の
下に薄い金属反射膜１５０を、上に非常に薄い金属赤外
線吸収膜１６０を設けて、３層構造の赤外線吸収部とし
て光学的共振構造を形成している。または、図示してい
ないが、金属反射膜１５０を赤外線吸収部１３０の下に
設けて２層からなる赤外線吸収構造とすることもでき
る。本実施例の形態によれば、図１に示した構造の画素
に比べて赤外線の吸収がより効率的に行なえる。金属反
射膜１５０は、たとえばアルミニウムなどからなり、厚
さは数百ｎｍである。金属赤外線吸収膜１６０は、たと
えばニッケルクロム合金などからなり、厚さは数ｎｍで
あり、シート抵抗が３７７Ω程度となるのが好ましい。
図示していないが、金属反射膜１５０の下にさらに層間
絶縁膜としての他の絶縁膜を形成してもよい。また、金
属反射膜１５０の下および金属赤外線吸収膜１６０の上
にさらに層間絶縁膜として他の絶縁膜を形成してもよ
い。他の絶縁膜は犠牲層エッチング時に金属反射膜１５
０を保護するという機能を有するものが適しており、た
とえば酸化シリコン（ＳｉＯ2）などがあげられる。ま
た、このような２層構造の赤外線吸収構造、または３層
構造の光学的共振構造による赤外線の吸収構造を設ける
位置は赤外線吸収部の一部のみであってもかまわない。
赤外線吸収部に赤外線吸収構造または光学的共振構造を
設けることの他は、実施の形態１と同様である。
【００５１】図２２に示した従来例でも反射膜９７０に
より光学的共振構造を形づくっている。光学的共振構造
の効果は反射膜と吸収体との距離に依存するが、従来の
方式ではこの距離が金属反射膜９７０と赤外線検出器部
９１０とのあいだの距離となり、支持脚などが膜の内部
応力で変形する可能性があり、光学的共振構造による赤
外線吸収の効果を制御するのは難しいのに対し、図６に
示す構造では光学的共振構造による赤外線吸収の効果は
赤外線吸収部１３０の膜厚と金属赤外線吸収膜１６０の
膜厚とだけできまるので前記効果を制御しやすい。
より光学的共振構造を形づくっている。光学的共振構造
の効果は反射膜と吸収体との距離に依存するが、従来の
方式ではこの距離が金属反射膜９７０と赤外線検出器部
９１０とのあいだの距離となり、支持脚などが膜の内部
応力で変形する可能性があり、光学的共振構造による赤
外線吸収の効果を制御するのは難しいのに対し、図６に
示す構造では光学的共振構造による赤外線吸収の効果は
赤外線吸収部１３０の膜厚と金属赤外線吸収膜１６０の
膜厚とだけできまるので前記効果を制御しやすい。
【００５２】実施の形態３ 図７は本発明の他の実施の形態にかかわる熱型光検出器
を用いた２次元赤外線固体撮像素子の１個の画素の断面
構造を示す断面説明図である。図７で、３３０は、実施
の形態１における接合柱が赤外線吸収部と同一構成部材
で一体に形成されてなる赤外線吸収部である。この実施
の形態では、図１に示した接合柱１４０のかわりに赤外
線吸収部と温度検出部との接合を、赤外線吸収部３３０
として一体に形成された一体構造によって構成してい
る。接合柱を、赤外線吸収部との一体構造としたことの
他は、実施の形態１と同様である。
を用いた２次元赤外線固体撮像素子の１個の画素の断面
構造を示す断面説明図である。図７で、３３０は、実施
の形態１における接合柱が赤外線吸収部と同一構成部材
で一体に形成されてなる赤外線吸収部である。この実施
の形態では、図１に示した接合柱１４０のかわりに赤外
線吸収部と温度検出部との接合を、赤外線吸収部３３０
として一体に形成された一体構造によって構成してい
る。接合柱を、赤外線吸収部との一体構造としたことの
他は、実施の形態１と同様である。
【００５３】また、図８は、図７に示した赤外線吸収部
３３０の一部を除去した実施の形態を示す断面説明図で
ある。図において、３４０は、実施の形態２における赤
外線吸収部３３０のうちの一部、すなわち温度検出部に
接する部分（温度検出部の中央付近）が除去された赤外
線吸収部である。除去する方法としては、写真製版法で
除去することができる。この構造では図８に示したよう
に温度検出部３００に接した赤外線吸収部の一部を除去
したので赤外線吸収部の熱容量を低減することができ
た。
３３０の一部を除去した実施の形態を示す断面説明図で
ある。図において、３４０は、実施の形態２における赤
外線吸収部３３０のうちの一部、すなわち温度検出部に
接する部分（温度検出部の中央付近）が除去された赤外
線吸収部である。除去する方法としては、写真製版法で
除去することができる。この構造では図８に示したよう
に温度検出部３００に接した赤外線吸収部の一部を除去
したので赤外線吸収部の熱容量を低減することができ
た。
【００５４】実施の形態４ 図９は、本発明の他の実施の形態にかかわる熱型光検出
器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の１個の画素の断
面構造を示す断面説明図である。図８において、３３１
は赤外線吸収部であり、３５０は金属反射膜であり、３
６０は金属赤外線吸収膜である。金属反射膜および金属
赤外線吸収膜には、実施の形態２および３に示したもの
と同様のものを用いることができる。この実施の形態４
では実施の形態２における赤外線吸収部１３０、金属反
射膜１５０および金属赤外線吸収膜１６０と温度検出部
３００との接合を、図６に示した接合柱１４０のかわり
に、赤外線吸収部、金属反射膜および金属赤外線吸収膜
を用いて、一体に形成した一体構造によって構成したも
のである。すなわち、接合柱の少なくとも一部が赤外線
吸収部と同一の材料で形成されている。このように、赤
外線吸収部に光学的共振構造を設けるとともに接合柱
を、赤外線吸収部と光学的共振構造との一体構造によっ
て構成したことの他は実施の形態１〜３と同様である。
このように赤外線吸収部３３１、金属反射膜３５０およ
び金属赤外線吸収膜３６０を一体構造に形成するには、
ＣＶＤ法またはスパッタ法で形成することができる。こ
の構造においても実施の形態３のばあいと同様に温度検
出部３００に接した赤外線吸収部３３１、金属反射膜３
５０および金属赤外線吸収膜３６０の一部を除去した構
造とし、温度検出部中央付近をむきだしとすることもで
きる。また、図示していないが、金属反射膜３５０の下
および金属赤外線吸収膜３６０の上に他の絶縁膜（層間
絶縁膜）を形成してもよい。また、このような３層構造
の光学的共振構造による赤外線の吸収構造を設ける位置
は実施の形態２のばあいと同様に赤外線吸収部の一部の
みであってもかまわない。
器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の１個の画素の断
面構造を示す断面説明図である。図８において、３３１
は赤外線吸収部であり、３５０は金属反射膜であり、３
６０は金属赤外線吸収膜である。金属反射膜および金属
赤外線吸収膜には、実施の形態２および３に示したもの
と同様のものを用いることができる。この実施の形態４
では実施の形態２における赤外線吸収部１３０、金属反
射膜１５０および金属赤外線吸収膜１６０と温度検出部
３００との接合を、図６に示した接合柱１４０のかわり
に、赤外線吸収部、金属反射膜および金属赤外線吸収膜
を用いて、一体に形成した一体構造によって構成したも
のである。すなわち、接合柱の少なくとも一部が赤外線
吸収部と同一の材料で形成されている。このように、赤
外線吸収部に光学的共振構造を設けるとともに接合柱
を、赤外線吸収部と光学的共振構造との一体構造によっ
て構成したことの他は実施の形態１〜３と同様である。
このように赤外線吸収部３３１、金属反射膜３５０およ
び金属赤外線吸収膜３６０を一体構造に形成するには、
ＣＶＤ法またはスパッタ法で形成することができる。こ
の構造においても実施の形態３のばあいと同様に温度検
出部３００に接した赤外線吸収部３３１、金属反射膜３
５０および金属赤外線吸収膜３６０の一部を除去した構
造とし、温度検出部中央付近をむきだしとすることもで
きる。また、図示していないが、金属反射膜３５０の下
および金属赤外線吸収膜３６０の上に他の絶縁膜（層間
絶縁膜）を形成してもよい。また、このような３層構造
の光学的共振構造による赤外線の吸収構造を設ける位置
は実施の形態２のばあいと同様に赤外線吸収部の一部の
みであってもかまわない。
【００５５】実施の形態５ 図１０は、実施の形態２における接合柱の材料を変更し
た２次元赤外線固体撮像素子の１個の画素の断面構造を
示す断面説明図である。図１０において、３３５は赤外
線吸収部であり、３５５は金属反射膜であり、３６５は
金属赤外線吸収膜であり、接合柱が金属反射膜３５５と
一体構造として一体に形成されている。このばあい金属
反射膜３５５は、赤外線吸収部を支持するのに必要な強
度をうるために用いられる材料はアルミニウムが好まし
く、また、支持柱としての寸法は、太さ数μｍ、長さ１
〜２μｍが好ましい。本実施の形態において、金属反射
膜を、接合柱と一体構造として形成するには、犠牲層の
うち、接合柱を形成する部分を写真製版技術で除去し、
この除去した部分を、金属反射膜を形成する材料すなわ
ち、アルミニウムで埋め込んだのち、引き続いて金属反
射膜を形成すればよい。このように形成することによっ
て製造工程を簡略化することができる。
た２次元赤外線固体撮像素子の１個の画素の断面構造を
示す断面説明図である。図１０において、３３５は赤外
線吸収部であり、３５５は金属反射膜であり、３６５は
金属赤外線吸収膜であり、接合柱が金属反射膜３５５と
一体構造として一体に形成されている。このばあい金属
反射膜３５５は、赤外線吸収部を支持するのに必要な強
度をうるために用いられる材料はアルミニウムが好まし
く、また、支持柱としての寸法は、太さ数μｍ、長さ１
〜２μｍが好ましい。本実施の形態において、金属反射
膜を、接合柱と一体構造として形成するには、犠牲層の
うち、接合柱を形成する部分を写真製版技術で除去し、
この除去した部分を、金属反射膜を形成する材料すなわ
ち、アルミニウムで埋め込んだのち、引き続いて金属反
射膜を形成すればよい。このように形成することによっ
て製造工程を簡略化することができる。
【００５６】実施の形態６ 図１１は、実施の形態４における接合柱の形状を変更
し、金属反射膜が赤外線吸収部の下にのみ設けられる構
造とした２次元赤外線固体撮像素子の１個の画素の断面
構造を示す断面説明図である。図１１において、３３６
は赤外線吸収部であり、３５６は金属反射膜であり、３
６６は金属赤外線吸収膜であり、接合柱が、赤外線吸収
部および金属赤外線吸収膜と同一構成部材で形成されて
いる。すなわち、接合柱の少なくとも一部が赤外線吸収
部と同一構成部材で形成されている。このばあい、赤外
線吸収部を支持するのに必要な強度をうるために赤外線
吸収部に用いられる材料は酸化シリコン（ＳｉＯ2）も
しくは窒化シリコン（ＳｉＮ）またはそれらの積層膜が
好ましく、また、支持柱としての寸法は、太さ数μｍ、
長さ１〜２μｍが好ましい。本実施の形態において、接
合柱を赤外線吸収部および金属赤外線吸収膜と同一構成
部材で形成するには、犠牲層のうち、接合柱を形成する
部分を写真製版技術で除去し、除去した部分以外の犠牲
層上に、金属反射膜を形成したのち、この除去した部分
および犠牲層上に金属反射膜および金属赤外線吸収膜を
形成すればよい。このように形成することによって製造
工程を簡略化することができる。
し、金属反射膜が赤外線吸収部の下にのみ設けられる構
造とした２次元赤外線固体撮像素子の１個の画素の断面
構造を示す断面説明図である。図１１において、３３６
は赤外線吸収部であり、３５６は金属反射膜であり、３
６６は金属赤外線吸収膜であり、接合柱が、赤外線吸収
部および金属赤外線吸収膜と同一構成部材で形成されて
いる。すなわち、接合柱の少なくとも一部が赤外線吸収
部と同一構成部材で形成されている。このばあい、赤外
線吸収部を支持するのに必要な強度をうるために赤外線
吸収部に用いられる材料は酸化シリコン（ＳｉＯ2）も
しくは窒化シリコン（ＳｉＮ）またはそれらの積層膜が
好ましく、また、支持柱としての寸法は、太さ数μｍ、
長さ１〜２μｍが好ましい。本実施の形態において、接
合柱を赤外線吸収部および金属赤外線吸収膜と同一構成
部材で形成するには、犠牲層のうち、接合柱を形成する
部分を写真製版技術で除去し、除去した部分以外の犠牲
層上に、金属反射膜を形成したのち、この除去した部分
および犠牲層上に金属反射膜および金属赤外線吸収膜を
形成すればよい。このように形成することによって製造
工程を簡略化することができる。
【００５７】実施の形態７ 図１２は、本発明の他の実施の形態にかかわる熱型光検
出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の１個の
断面構造を示す断面説明図である。図で簡単のために本
発明と直接関係のない、シリコン基板上に設けられた信
号読み出し回路は省略している。図１２において、２は
半導体基板としてのシリコン基板であり、７１０は温度
検出部であり、７１１は温度変化を検出する温度検出素
子としてのボロメータ薄膜である。７２１および７２２
は支持脚であり、この支持脚はシリコン基板２の上に形
成した空洞部７９０の上にあり、かつ、ボロメータ薄膜
を含む温度検出部７１０を浮かしており、さらに、温度
検出部はシリコン基板上に形成された読み出し回路の上
方に位置するように形成されている。７３１および７３
２は金属配線であり、この金属配線はボロメータ薄膜７
１１と読み出し回路を接続している。７５０は絶縁膜
（保護絶縁膜）であり、７６０は絶縁膜であり、この２
つの絶縁膜は熱抵抗の大きなシリコン酸化膜、シリコン
窒化膜などからなり、かつ前記２つの絶縁膜は、支持脚
７２１および７２２ならびに温度検出部７１０の機械的
構造を構成して温度検出部を支えている。７７１および
７７２は、金属配線７３１および７３２と信号読み出し
回路とを接続するコンタクト部であり、１３０は赤外線
を吸収して熱に変換する赤外線吸収部である。１４０は
接合柱であり、この接合柱は、赤外線吸収部を温度検出
部７１０から離して保持するとともに赤外線吸収部１３
０と温度検出器部７１０を熱的に結合している。７８０
は絶縁膜であり、７９０はシリコン基板２の上に形成し
た空洞部である。それぞれの部分に用いられる材料およ
び形成方法などは実施の形態１〜６と同様である。ここ
で、入射赤外線による熱型光検出器の特性変化を検出す
る手段は、金属配線、信号読み出し回路およびコンタク
ト部からなる点は実施の形態１〜６のばあいと同じであ
る。また、温度検出部７１０が、２つの絶縁膜７５０お
よび７６０ならびにボロメータ薄膜７１１からなり、該
ボロメータ薄膜は、その上に絶縁膜７５０および下に絶
縁膜７６０を配した構成によって機械的構造体として支
えられている点も、実施の形態１〜６のばあいと同じで
ある。このように、本実施の形態にかかわる２次元赤外
線固体撮像素子は、図２２に示した従来の２次元赤外線
固体撮像素子の構造のうち、金属反射膜９７０を除いた
構造の上に接合柱１４０を介して実施の形態１において
示した赤外線吸収部１３０を設けた構造となっており、
その他は実施の形態１〜６と同様である。また、このよ
うに、赤外線吸収部および接合柱を形成するには、実施
の形態１のばあいと同様に行うことができる。
出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の１個の
断面構造を示す断面説明図である。図で簡単のために本
発明と直接関係のない、シリコン基板上に設けられた信
号読み出し回路は省略している。図１２において、２は
半導体基板としてのシリコン基板であり、７１０は温度
検出部であり、７１１は温度変化を検出する温度検出素
子としてのボロメータ薄膜である。７２１および７２２
は支持脚であり、この支持脚はシリコン基板２の上に形
成した空洞部７９０の上にあり、かつ、ボロメータ薄膜
を含む温度検出部７１０を浮かしており、さらに、温度
検出部はシリコン基板上に形成された読み出し回路の上
方に位置するように形成されている。７３１および７３
２は金属配線であり、この金属配線はボロメータ薄膜７
１１と読み出し回路を接続している。７５０は絶縁膜
（保護絶縁膜）であり、７６０は絶縁膜であり、この２
つの絶縁膜は熱抵抗の大きなシリコン酸化膜、シリコン
窒化膜などからなり、かつ前記２つの絶縁膜は、支持脚
７２１および７２２ならびに温度検出部７１０の機械的
構造を構成して温度検出部を支えている。７７１および
７７２は、金属配線７３１および７３２と信号読み出し
回路とを接続するコンタクト部であり、１３０は赤外線
を吸収して熱に変換する赤外線吸収部である。１４０は
接合柱であり、この接合柱は、赤外線吸収部を温度検出
部７１０から離して保持するとともに赤外線吸収部１３
０と温度検出器部７１０を熱的に結合している。７８０
は絶縁膜であり、７９０はシリコン基板２の上に形成し
た空洞部である。それぞれの部分に用いられる材料およ
び形成方法などは実施の形態１〜６と同様である。ここ
で、入射赤外線による熱型光検出器の特性変化を検出す
る手段は、金属配線、信号読み出し回路およびコンタク
ト部からなる点は実施の形態１〜６のばあいと同じであ
る。また、温度検出部７１０が、２つの絶縁膜７５０お
よび７６０ならびにボロメータ薄膜７１１からなり、該
ボロメータ薄膜は、その上に絶縁膜７５０および下に絶
縁膜７６０を配した構成によって機械的構造体として支
えられている点も、実施の形態１〜６のばあいと同じで
ある。このように、本実施の形態にかかわる２次元赤外
線固体撮像素子は、図２２に示した従来の２次元赤外線
固体撮像素子の構造のうち、金属反射膜９７０を除いた
構造の上に接合柱１４０を介して実施の形態１において
示した赤外線吸収部１３０を設けた構造となっており、
その他は実施の形態１〜６と同様である。また、このよ
うに、赤外線吸収部および接合柱を形成するには、実施
の形態１のばあいと同様に行うことができる。
【００５８】実施の形態８ 図１３は、本発明の他の実施の形態にかかわる熱型光検
出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の１個の画素の
断面構造を示す断面説明図である。本実施の形態にかか
わる２次元赤外線固体撮像素子は、図２２に示した従来
の２次元赤外線固体撮像素子の構造（金属反射膜９７０
を除く）の上に、図１２に示した接合柱１４０のかわり
に赤外線吸収部１３０と温度検出部３００との接合を赤
外線吸収部１３０と同一構成部材で一体に形成された一
体構造の赤外線吸収部３３０を設けた構造となってお
り、その他は実施の形態７と同様である。また、このよ
うに、接合柱を赤外線吸収部と一体構造に形成するに
は、実施の形態３のばあいと同様に行うことができる。
出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の１個の画素の
断面構造を示す断面説明図である。本実施の形態にかか
わる２次元赤外線固体撮像素子は、図２２に示した従来
の２次元赤外線固体撮像素子の構造（金属反射膜９７０
を除く）の上に、図１２に示した接合柱１４０のかわり
に赤外線吸収部１３０と温度検出部３００との接合を赤
外線吸収部１３０と同一構成部材で一体に形成された一
体構造の赤外線吸収部３３０を設けた構造となってお
り、その他は実施の形態７と同様である。また、このよ
うに、接合柱を赤外線吸収部と一体構造に形成するに
は、実施の形態３のばあいと同様に行うことができる。
【００５９】実施の形態９ 図１４は、本発明の他の実施の形態にかかわる熱型光検
出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の１個の画素の
断面構造を示す断面説明図である。本実施の形態にかか
わる２次元赤外線固体撮像素子は、図２２に示した従来
の２次元赤外線固体撮像素子の構造の上に接合柱１４０
ならびに該接合柱を介して赤外線吸収部１３０、金属反
射膜１５０および金属赤外線吸収膜１６０を設けて、３
層構造の赤外線吸収部として光学的共振構造を形成した
構造となっている。または、図示していないが、金属反
射膜１５０を赤外線吸収部１３０の下に設けて２層から
なる赤外線吸収構造とすることもできる。このように赤
外線吸収部に赤外線吸収構造または光学的共振構造を設
けたことの他は実施の形態６と同様である。また、図示
していないが、赤外線吸収構造の金属反射膜１５０の下
に他の絶縁膜を形成してもよく、さらに、光学的共振構
造の金属反射膜１５０の下および金属赤外線吸収膜１６
０の上に他の絶縁膜を形成してもよい。また、このよう
な２層構造の赤外線吸収構造または３層構造の光学的共
振構造による赤外線の吸収構造を設ける位置は赤外線吸
収部の一部のみであってもかまわない。
出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の１個の画素の
断面構造を示す断面説明図である。本実施の形態にかか
わる２次元赤外線固体撮像素子は、図２２に示した従来
の２次元赤外線固体撮像素子の構造の上に接合柱１４０
ならびに該接合柱を介して赤外線吸収部１３０、金属反
射膜１５０および金属赤外線吸収膜１６０を設けて、３
層構造の赤外線吸収部として光学的共振構造を形成した
構造となっている。または、図示していないが、金属反
射膜１５０を赤外線吸収部１３０の下に設けて２層から
なる赤外線吸収構造とすることもできる。このように赤
外線吸収部に赤外線吸収構造または光学的共振構造を設
けたことの他は実施の形態６と同様である。また、図示
していないが、赤外線吸収構造の金属反射膜１５０の下
に他の絶縁膜を形成してもよく、さらに、光学的共振構
造の金属反射膜１５０の下および金属赤外線吸収膜１６
０の上に他の絶縁膜を形成してもよい。また、このよう
な２層構造の赤外線吸収構造または３層構造の光学的共
振構造による赤外線の吸収構造を設ける位置は赤外線吸
収部の一部のみであってもかまわない。
【００６０】実施の形態１０ 図１５は、本発明の他の実施の形態にかかわる熱型光検
出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の１個の画素の
断面構造を示す断面説明図である。本実施の形態にかか
わる２次元赤外線固体撮像素子は、図２２に示した従来
の２次元赤外線固体撮像素子の構造（金属反射膜９７０
を除く）の上に、赤外線吸収部３３１、金属反射膜３５
０および金属赤外線吸収膜３６０を一体に形成した一体
構造として設けている。すなわち、接合柱の少なくとも
一部が赤外線吸収部と同一の材料で形成され、金属反射
膜３５０および金属赤外線吸収膜３６０からなる光学的
共振構造付きの赤外線吸収部を設けた構造となってお
り、その他は実施の形態９と同様である。また、図示し
ていないが、金属反射膜３５０の下および金属赤外線吸
収膜３６０の上に他の絶縁膜を形成してもよい。また、
３層構造の光学的共振構造による赤外線の吸収構造を設
ける位置は赤外線吸収部の一部のみであってもかまわな
い。
出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の１個の画素の
断面構造を示す断面説明図である。本実施の形態にかか
わる２次元赤外線固体撮像素子は、図２２に示した従来
の２次元赤外線固体撮像素子の構造（金属反射膜９７０
を除く）の上に、赤外線吸収部３３１、金属反射膜３５
０および金属赤外線吸収膜３６０を一体に形成した一体
構造として設けている。すなわち、接合柱の少なくとも
一部が赤外線吸収部と同一の材料で形成され、金属反射
膜３５０および金属赤外線吸収膜３６０からなる光学的
共振構造付きの赤外線吸収部を設けた構造となってお
り、その他は実施の形態９と同様である。また、図示し
ていないが、金属反射膜３５０の下および金属赤外線吸
収膜３６０の上に他の絶縁膜を形成してもよい。また、
３層構造の光学的共振構造による赤外線の吸収構造を設
ける位置は赤外線吸収部の一部のみであってもかまわな
い。
【００６１】実施の形態１１ 図１６は、実施の形態９における接合柱の材料を変更し
た２次元赤外線固体撮像素子の１個の画素の断面構造を
示す断面説明図である。図１６において、図２２に示し
た従来の２次元赤外線固体撮像素子（金属反射膜９７０
を除く）の上に、金属反射膜３５５が接合柱と一体構造
として一体に形成されており、このように形成する方法
は、実施の形態５のばあいと同様であり、その他は、実
施の形態９と同じである。また、図示していないが、金
属反射膜３５５の下および金属赤外線吸収膜３６５の上
に他の絶縁膜を形成してもよい。また、３層構造の光学
的共振構造による赤外線の吸収構造を設ける位置は赤外
線吸収部の一部のみであってもかまわない。
た２次元赤外線固体撮像素子の１個の画素の断面構造を
示す断面説明図である。図１６において、図２２に示し
た従来の２次元赤外線固体撮像素子（金属反射膜９７０
を除く）の上に、金属反射膜３５５が接合柱と一体構造
として一体に形成されており、このように形成する方法
は、実施の形態５のばあいと同様であり、その他は、実
施の形態９と同じである。また、図示していないが、金
属反射膜３５５の下および金属赤外線吸収膜３６５の上
に他の絶縁膜を形成してもよい。また、３層構造の光学
的共振構造による赤外線の吸収構造を設ける位置は赤外
線吸収部の一部のみであってもかまわない。
【００６２】実施の形態１２ 図１７は、実施の形態１０における接合柱の形状を変更
し、金属反射膜３５６が赤外線吸収部の下にのみ設けら
れる構造とした２次元赤外線固体撮像素子の１個の画素
の断面構造を示す断面説明図である。図１７において、
接合柱が赤外線吸収部および金属赤外線吸収膜３６６と
同一構成部材で形成されている。すなわち、接合柱の少
なくとも一部が赤外線吸収部と同一の材料で形成されて
いる。このように形成する方法は、実施の形態６のばあ
いと同様であり、その他は実施の形態１０と同じであ
る。また、図示していないが、金属反射膜３５６の下お
よび金属赤外線吸収膜３６６の上に他の絶縁膜を形成し
てもよい。また、３層構造の光学的共振構造による赤外
線の吸収構造を設ける位置は赤外線吸収部の一部のみで
あってもかまわない。
し、金属反射膜３５６が赤外線吸収部の下にのみ設けら
れる構造とした２次元赤外線固体撮像素子の１個の画素
の断面構造を示す断面説明図である。図１７において、
接合柱が赤外線吸収部および金属赤外線吸収膜３６６と
同一構成部材で形成されている。すなわち、接合柱の少
なくとも一部が赤外線吸収部と同一の材料で形成されて
いる。このように形成する方法は、実施の形態６のばあ
いと同様であり、その他は実施の形態１０と同じであ
る。また、図示していないが、金属反射膜３５６の下お
よび金属赤外線吸収膜３６６の上に他の絶縁膜を形成し
てもよい。また、３層構造の光学的共振構造による赤外
線の吸収構造を設ける位置は赤外線吸収部の一部のみで
あってもかまわない。
【００６３】実施の形態１３ 図１８は、図７に示した実施の形態３のボロメータ薄膜
の位置を変更した実施の形態の２次元赤外線固体撮像素
子の１個の画素の断面構造を示す断面説明図である。図
において、１２は温度検出素子としてのボロメータ薄膜
であり、１２５、１２６はコンタクト部であり、３３２
は接合柱をかねて一体構造として形成された赤外線吸収
部である。本実施の形態においては、図７に示す実施の
形態のような接合柱１４０のかわりに、赤外線吸収部３
３２と温度検出部３００との接合を、赤外線吸収部３３
２と同一構成部材で一体に形成された一体構造によって
構成しており、ボロメータ薄膜１２が赤外線吸収部３３
２の上面に形成され、コンタクト部１２５で金属配線３
１と接続し、コンタクト部１２６で金属配線３２と接続
した構造となっている。ボロメータ薄膜１２が赤外線吸
収部の上面に形成されることの他は実施の形態３に示し
たばあいと同様である。また、この構造でも温度検出部
３００に接した赤外線吸収部３３２の一部を除去した構
造とすることもできる。
の位置を変更した実施の形態の２次元赤外線固体撮像素
子の１個の画素の断面構造を示す断面説明図である。図
において、１２は温度検出素子としてのボロメータ薄膜
であり、１２５、１２６はコンタクト部であり、３３２
は接合柱をかねて一体構造として形成された赤外線吸収
部である。本実施の形態においては、図７に示す実施の
形態のような接合柱１４０のかわりに、赤外線吸収部３
３２と温度検出部３００との接合を、赤外線吸収部３３
２と同一構成部材で一体に形成された一体構造によって
構成しており、ボロメータ薄膜１２が赤外線吸収部３３
２の上面に形成され、コンタクト部１２５で金属配線３
１と接続し、コンタクト部１２６で金属配線３２と接続
した構造となっている。ボロメータ薄膜１２が赤外線吸
収部の上面に形成されることの他は実施の形態３に示し
たばあいと同様である。また、この構造でも温度検出部
３００に接した赤外線吸収部３３２の一部を除去した構
造とすることもできる。
【００６４】実施の形態１４ 図１９は、シリコン基板のエッチング方法として等方性
エッチングを採用するばあいの２次元赤外線固体撮像素
子の１個の画素の断面構造を示す断面説明図である。図
において、３は半導体基板としてのシリコン基板であ
り、１３は温度検出素子としてのボロメータ薄膜であ
り、１８０はエッチングホールであり、２０１は空洞部
であり、３３３は赤外線吸収部であり、４４１は接合柱
である。本実施の形態においても、それぞれの部分を形
成するために用いられる材料および形成方法などは実施
の形態１と同様である。本実施の形態のばあいはシリコ
ン基板中に形成する空洞部のほぼ中心付近に位置した部
分に、シリコン基板に対する、エッチングホール１８０
を設けた構造となっており、エッチングホール１８０
は、その直径が数μｍ程度であり、かつ、赤外線吸収部
３３３から空洞部２０１に達している。図４で示した犠
牲層１７０を除去する前にエッチングホール１８０を通
してシリコンをエッチングすると図に示すように等方的
にエッチングが進み、図に示すような空洞部２０１が形
成できる。等方性エッチングは水酸化カリウムや水酸化
テトラメチルアンモニウムによる異方性エッチングによ
って行うことができる。
エッチングを採用するばあいの２次元赤外線固体撮像素
子の１個の画素の断面構造を示す断面説明図である。図
において、３は半導体基板としてのシリコン基板であ
り、１３は温度検出素子としてのボロメータ薄膜であ
り、１８０はエッチングホールであり、２０１は空洞部
であり、３３３は赤外線吸収部であり、４４１は接合柱
である。本実施の形態においても、それぞれの部分を形
成するために用いられる材料および形成方法などは実施
の形態１と同様である。本実施の形態のばあいはシリコ
ン基板中に形成する空洞部のほぼ中心付近に位置した部
分に、シリコン基板に対する、エッチングホール１８０
を設けた構造となっており、エッチングホール１８０
は、その直径が数μｍ程度であり、かつ、赤外線吸収部
３３３から空洞部２０１に達している。図４で示した犠
牲層１７０を除去する前にエッチングホール１８０を通
してシリコンをエッチングすると図に示すように等方的
にエッチングが進み、図に示すような空洞部２０１が形
成できる。等方性エッチングは水酸化カリウムや水酸化
テトラメチルアンモニウムによる異方性エッチングによ
って行うことができる。
【００６５】図１９は、図１に対応してエッチングホー
ルを設ける構造を示す断面説明図であるが、図６、図
７、図８に示した構造に対しても同様なエッチングホー
ルを設ける構造変更が可能である。また、図１９に示し
た構造では接合柱１４０を貫通してエッチングホール１
８０が形成されているが、エッチングホールが接合柱１
４０を貫通する必要はなく、たとえば、支持脚が配置さ
れた場所以外に設けてもよい。またエッチングホールが
空洞部２０１の中心付近に複数個配置されてもかまわな
い。このばあい、基板内に空洞部を形成してから犠牲層
１７０を除去することができ、製造工程の選択の自由度
が増す。
ルを設ける構造を示す断面説明図であるが、図６、図
７、図８に示した構造に対しても同様なエッチングホー
ルを設ける構造変更が可能である。また、図１９に示し
た構造では接合柱１４０を貫通してエッチングホール１
８０が形成されているが、エッチングホールが接合柱１
４０を貫通する必要はなく、たとえば、支持脚が配置さ
れた場所以外に設けてもよい。またエッチングホールが
空洞部２０１の中心付近に複数個配置されてもかまわな
い。このばあい、基板内に空洞部を形成してから犠牲層
１７０を除去することができ、製造工程の選択の自由度
が増す。
【００６６】実施の形態１５ 図２０は、シリコン基板のエッチング方法として等方性
エッチングを採用するばあいの構造を示す断面説明図で
ある。図において、４は半導体基板としてのシリコン基
板であり、１９０はエッチングストップ層であり、２０
２は空洞部である。図に示すように、空洞部２０２の周
囲にエッチングを止めるエッチングストップ層１９０が
形成されている。このエッチングストップ層１９０を形
成する材料としては、空洞部を形成する際に用いられる
エッチャントに耐性のある材料として、たとえばシリコ
ン酸化膜やイオン注入で形成した高濃度のｐ形不純物層
等を用いることができ、読み出し回路を作る工程中でシ
リコン基板中に埋め込んで形成することができる。
エッチングを採用するばあいの構造を示す断面説明図で
ある。図において、４は半導体基板としてのシリコン基
板であり、１９０はエッチングストップ層であり、２０
２は空洞部である。図に示すように、空洞部２０２の周
囲にエッチングを止めるエッチングストップ層１９０が
形成されている。このエッチングストップ層１９０を形
成する材料としては、空洞部を形成する際に用いられる
エッチャントに耐性のある材料として、たとえばシリコ
ン酸化膜やイオン注入で形成した高濃度のｐ形不純物層
等を用いることができ、読み出し回路を作る工程中でシ
リコン基板中に埋め込んで形成することができる。
【００６７】なお、これまでに示したすべての実施の形
態では温度変化を検出する温度検出素子としてボロメー
タ薄膜を用いたものを示したが、本発明では温度変化を
検出する手段として前述したように焦電体、サーモパイ
ルなどを用いたものでも同様の効果をうる。
態では温度変化を検出する温度検出素子としてボロメー
タ薄膜を用いたものを示したが、本発明では温度変化を
検出する手段として前述したように焦電体、サーモパイ
ルなどを用いたものでも同様の効果をうる。
【００６８】本発明の実施の形態のうち、実用上最良の
形態は、実施の形態１または１１にもとづいて赤外線吸
収部と温度検出部を別々の層に形成した形態である。か
かる形態においては、赤外線吸収部は赤外線吸収可能な
光学設計のできる材料であるＣＶＤ法などで形成された
酸化シリコン（ＳｉＯ2）もしくは窒化シリコンまたは
これらの積層膜によって構成される。接合柱は機械構造
的に充分な強度と小さな熱容量が実現できるＣＶＤ法な
どで形成する酸化シリコンまたは窒化シリコンおよびこ
れらの積層膜によって構成される。温度検出素子にはボ
ロメータ薄膜が好ましく、ボロメータ薄膜の材料として
抵抗温度係数が大きく、高感度化の実現に有利な酸化バ
ナジウム、ポリシリコンまたはアルモファスシリコンな
どが用いられる。
形態は、実施の形態１または１１にもとづいて赤外線吸
収部と温度検出部を別々の層に形成した形態である。か
かる形態においては、赤外線吸収部は赤外線吸収可能な
光学設計のできる材料であるＣＶＤ法などで形成された
酸化シリコン（ＳｉＯ2）もしくは窒化シリコンまたは
これらの積層膜によって構成される。接合柱は機械構造
的に充分な強度と小さな熱容量が実現できるＣＶＤ法な
どで形成する酸化シリコンまたは窒化シリコンおよびこ
れらの積層膜によって構成される。温度検出素子にはボ
ロメータ薄膜が好ましく、ボロメータ薄膜の材料として
抵抗温度係数が大きく、高感度化の実現に有利な酸化バ
ナジウム、ポリシリコンまたはアルモファスシリコンな
どが用いられる。
【００６９】このとき赤外線吸収部の面積は、画素の大
きさを５０μｍ、写真製版による赤外線吸収部のパター
ニング抜きの幅を２μｍとすると４８μｍであり、開口
率は９２％となっており、従来構造に比べ非常に大きく
なっているので、高感度化が達成できる。
きさを５０μｍ、写真製版による赤外線吸収部のパター
ニング抜きの幅を２μｍとすると４８μｍであり、開口
率は９２％となっており、従来構造に比べ非常に大きく
なっているので、高感度化が達成できる。
【００７０】
【発明の効果】本発明では、以上のように赤外線吸収部
と温度検出部を別の層として形成し、赤外線吸収部と温
度検出部を機械的かつ熱的に接合する手段として接合柱
を設けたので、温度検出部の設計とは独立に赤外線吸収
部を設計することができ、高開口率化、高感度化が実現
できる。
と温度検出部を別の層として形成し、赤外線吸収部と温
度検出部を機械的かつ熱的に接合する手段として接合柱
を設けたので、温度検出部の設計とは独立に赤外線吸収
部を設計することができ、高開口率化、高感度化が実現
できる。
【００７１】本発明にかかわる２次元固体撮像素子は、
画素ごとに、半導体基板への熱の流出を制御する熱抵抗
の大きい材料からなる支持脚によって支えられておりか
つ温度検出素子を含む温度検出部と、該温度検出部と少
なくとも１本の接合柱で結合された赤外線吸収部とを前
記半導体基板上に設け、温度検出部を機械的かつ熱的に
接合する手段として接合柱を設け、前記赤外線吸収部
は、２次元に配列された前記各画素と実質的に等しい面
積を有するので、温度検出部の設計とは独立に赤外線吸
収部を設計することができ、高開口率化、高感度化が実
現できる効果をうる。
画素ごとに、半導体基板への熱の流出を制御する熱抵抗
の大きい材料からなる支持脚によって支えられておりか
つ温度検出素子を含む温度検出部と、該温度検出部と少
なくとも１本の接合柱で結合された赤外線吸収部とを前
記半導体基板上に設け、温度検出部を機械的かつ熱的に
接合する手段として接合柱を設け、前記赤外線吸収部
は、２次元に配列された前記各画素と実質的に等しい面
積を有するので、温度検出部の設計とは独立に赤外線吸
収部を設計することができ、高開口率化、高感度化が実
現できる効果をうる。
【００７２】前記温度検出部が、前記半導体基板中に形
成された空洞部の上に設けられるので、熱抵抗を大きく
して高感度化する効果をうる。
成された空洞部の上に設けられるので、熱抵抗を大きく
して高感度化する効果をうる。
【００７３】本発明にかかわる２次元赤外線固体撮像素
子は、前記赤外線吸収部の少なくとも一部に反射膜およ
び層間絶縁膜からなる赤外線吸収構造を有しているの
で、赤外線の吸収が制御しやすく、より効率的に赤外線
を吸収して高感度化する効果をうる。
子は、前記赤外線吸収部の少なくとも一部に反射膜およ
び層間絶縁膜からなる赤外線吸収構造を有しているの
で、赤外線の吸収が制御しやすく、より効率的に赤外線
を吸収して高感度化する効果をうる。
【００７４】本発明にかかわる２次元赤外線固体撮像素
子は、前記赤外線吸収部の少なくとも一部に反射膜、層
間絶縁膜および金属赤外線吸収薄膜からなる光学的共振
構造を有しているので、赤外線の吸収がさらに制御しや
すく、さらに効率的に赤外線を吸収して高感度化する効
果をうる。
子は、前記赤外線吸収部の少なくとも一部に反射膜、層
間絶縁膜および金属赤外線吸収薄膜からなる光学的共振
構造を有しているので、赤外線の吸収がさらに制御しや
すく、さらに効率的に赤外線を吸収して高感度化する効
果をうる。
【００７５】前記接合柱の少なくとも一部が前記赤外線
吸収部と同一構成部材で形成されているので、製造工程
を簡略化する効果をうる。
吸収部と同一構成部材で形成されているので、製造工程
を簡略化する効果をうる。
【００７６】前記赤外線吸収部の少なくとも一部に反射
膜、層間絶縁膜および金属赤外線吸収薄膜からなる光学
的共振構造を有しており、かつ前記接合柱が前記金属赤
外線吸収薄膜と一体に形成されているので、製造工程を
簡略化する効果をうる。
膜、層間絶縁膜および金属赤外線吸収薄膜からなる光学
的共振構造を有しており、かつ前記接合柱が前記金属赤
外線吸収薄膜と一体に形成されているので、製造工程を
簡略化する効果をうる。
【００７７】前記接合柱の少なくとも一部が前記赤外線
吸収部と同一構成部材で形成され、さらに前記赤外線吸
収部のうち前記温度検出部に接する部分が除去されてい
るので、前記赤外線吸収部の熱容量を低減して高感度化
する効果をうる。
吸収部と同一構成部材で形成され、さらに前記赤外線吸
収部のうち前記温度検出部に接する部分が除去されてい
るので、前記赤外線吸収部の熱容量を低減して高感度化
する効果をうる。
【００７８】本発明にかかわる２次元赤外線固体撮像素
子には、前記赤外線吸収部から前記空洞部に達するエッ
チングホールが前記空洞部の中心付近に少なくとも１つ
設けられているので、基板の不要なエッチングを減少
し、製造工程選択のときの自由度を拡大する効果をう
る。
子には、前記赤外線吸収部から前記空洞部に達するエッ
チングホールが前記空洞部の中心付近に少なくとも１つ
設けられているので、基板の不要なエッチングを減少
し、製造工程選択のときの自由度を拡大する効果をう
る。
【００７９】本発明にかかわる２次元赤外線固体撮像素
子には、前記空洞部の周囲の前記半導体基板中に、前記
空洞部を形成する際に用いられるエッチャントに耐性の
ある材料からなるエッチングストップ層が設けられてい
るので、基板の不要なエッチングを減少し、製造工程選
択のときの自由度を拡大する効果をうる。
子には、前記空洞部の周囲の前記半導体基板中に、前記
空洞部を形成する際に用いられるエッチャントに耐性の
ある材料からなるエッチングストップ層が設けられてい
るので、基板の不要なエッチングを減少し、製造工程選
択のときの自由度を拡大する効果をうる。
【００８０】前記温度検出素子が前記赤外線吸収部の上
面に形成されているので、半導体プロセス中で使用でき
ないボロメータ材料による赤外線固体撮像素子の構成を
可能にする効果をうる。
面に形成されているので、半導体プロセス中で使用でき
ないボロメータ材料による赤外線固体撮像素子の構成を
可能にする効果をうる。
【００８１】本発明にかかわる２次元赤外線固体撮像素
子は、前記温度検出部が、前記半導体基板上に形成され
た読み出し回路の上方に形成されているので、空洞部形
成のためのエッチング方法の選択の自由度を広げ、空洞
部下の領域に読み出し回路の構成要素の一部などを配置
して面積の有効利用する効果をうる。
子は、前記温度検出部が、前記半導体基板上に形成され
た読み出し回路の上方に形成されているので、空洞部形
成のためのエッチング方法の選択の自由度を広げ、空洞
部下の領域に読み出し回路の構成要素の一部などを配置
して面積の有効利用する効果をうる。
【００８２】前記温度検出部が、前記赤外線吸収部の少
なくとも一部に反射膜および層間絶縁膜からなる赤外線
吸収構造を有しているので、赤外線の吸収が制御しやす
く、より効率的に赤外線を吸収して高感度化する効果を
うる。
なくとも一部に反射膜および層間絶縁膜からなる赤外線
吸収構造を有しているので、赤外線の吸収が制御しやす
く、より効率的に赤外線を吸収して高感度化する効果を
うる。
【００８３】前記温度検出部が、前記赤外線吸収部の少
なくとも一部に反射膜、層間絶縁膜および金属赤外線吸
収薄膜からなる光学的共振構造を有しているので、赤外
線の吸収が制御しやすく、さらに効率的に赤外線を吸収
して高感度化する効果をうる。
なくとも一部に反射膜、層間絶縁膜および金属赤外線吸
収薄膜からなる光学的共振構造を有しているので、赤外
線の吸収が制御しやすく、さらに効率的に赤外線を吸収
して高感度化する効果をうる。
【００８４】前記接合柱の少なくとも一部が前記赤外線
吸収部と同一構成部材で形成されているので、製造工程
を簡略化する効果をうる。
吸収部と同一構成部材で形成されているので、製造工程
を簡略化する効果をうる。
【００８５】前記赤外線吸収部の少なくとも一部に反射
膜、層間絶縁膜および金属赤外線吸収薄膜からなる光学
的共振構造を有しており、かつ前記接合柱が前記金属赤
外線吸収薄膜と一体に形成されているので、製造工程を
簡略化する効果をうる。
膜、層間絶縁膜および金属赤外線吸収薄膜からなる光学
的共振構造を有しており、かつ前記接合柱が前記金属赤
外線吸収薄膜と一体に形成されているので、製造工程を
簡略化する効果をうる。
【００８６】本発明にかかわる２次元赤外線固体撮像素
子には、前記温度検出素子としてボロメータ薄膜が用い
られているので、温度変化を効果的に検出しうる。
子には、前記温度検出素子としてボロメータ薄膜が用い
られているので、温度変化を効果的に検出しうる。
【００８７】本発明にかかわる２次元赤外線固体撮像素
子には、前記温度検出素子として焦電効果を有する強誘
電体が用いられているので、温度変化を効果的に検出し
うる。
子には、前記温度検出素子として焦電効果を有する強誘
電体が用いられているので、温度変化を効果的に検出し
うる。
【００８８】本発明にかかわる２次元赤外線固体撮像素
子には、前記温度検出素子としてサーモパイルが用いら
れているので、温度変化を効果的に検出しうる。
子には、前記温度検出素子としてサーモパイルが用いら
れているので、温度変化を効果的に検出しうる。
【００８９】本発明にかかわる２次元赤外線固体撮像素
子においては、前記接合柱が、前記赤外線吸収部の重心
に隣接した位置の下に配設されているので、赤外線吸収
部を構造的に安定させる効果をうる。
子においては、前記接合柱が、前記赤外線吸収部の重心
に隣接した位置の下に配設されているので、赤外線吸収
部を構造的に安定させる効果をうる。
【００９０】本発明にかかわる２次元赤外線固体撮像素
子においては、前記接合柱の熱抵抗が、前記支持脚の熱
抵抗よりも小さいので、温度検出部の温度を均一にする
効果をうる。
子においては、前記接合柱の熱抵抗が、前記支持脚の熱
抵抗よりも小さいので、温度検出部の温度を均一にする
効果をうる。
【００９１】本発明の２次元赤外線固体撮像素子の製法
が、 ａ）半導体基板上に信号読み出し回路を形成したのち、
絶縁膜、コンタクト部を形成し、さらに金属配線および
温度検出素子を形成し、保護絶縁膜で全体を覆う工程、 ｂ）前記保護絶縁膜上に犠牲層を形成し、該犠牲層のう
ち、のちに接合柱を形成する領域を写真製版技術で除去
したのち、除去した部分に前記接合柱となる材料を埋め
込む工程、 ｃ）前記犠牲層および前記接合柱の上に赤外線吸収部と
なる薄膜を形成し、各画素ごとに赤外線吸収部が分離さ
れるようにパターニングする工程、 ｄ）前記犠牲層をエッチングして除去する工程、および ｅ）前記シリコン基板をエッチングして、該シリコン基
板中に空洞部を形成する工程 からなるので、生産性よく製造する効果をうる。
が、 ａ）半導体基板上に信号読み出し回路を形成したのち、
絶縁膜、コンタクト部を形成し、さらに金属配線および
温度検出素子を形成し、保護絶縁膜で全体を覆う工程、 ｂ）前記保護絶縁膜上に犠牲層を形成し、該犠牲層のう
ち、のちに接合柱を形成する領域を写真製版技術で除去
したのち、除去した部分に前記接合柱となる材料を埋め
込む工程、 ｃ）前記犠牲層および前記接合柱の上に赤外線吸収部と
なる薄膜を形成し、各画素ごとに赤外線吸収部が分離さ
れるようにパターニングする工程、 ｄ）前記犠牲層をエッチングして除去する工程、および ｅ）前記シリコン基板をエッチングして、該シリコン基
板中に空洞部を形成する工程 からなるので、生産性よく製造する効果をうる。
【００９２】本発明にかかわる製法は、前記ｂ）工程の
のち、さらに、前記犠牲層および前記接合柱の表面をエ
ッチバックして平坦にする工程を含むので、赤外線吸収
部の形成を容易にする効果をうる。
のち、さらに、前記犠牲層および前記接合柱の表面をエ
ッチバックして平坦にする工程を含むので、赤外線吸収
部の形成を容易にする効果をうる。
【００９３】本発明にかかわる製法は、前記ｅ）工程に
おいて、前記半導体基板を異方性エッチングして前記空
洞部を形成するので、空洞部の形状を制御性よく製造す
る効果をうる。
おいて、前記半導体基板を異方性エッチングして前記空
洞部を形成するので、空洞部の形状を制御性よく製造す
る効果をうる。
【００９４】本発明にかかわる製法は、水酸化カリウム
および水酸化テトラメチルアンモニウムのうちのいずれ
か一方を用いて異方性エッチングするので、空洞部のエ
ッチングを容易にする効果をうる。
および水酸化テトラメチルアンモニウムのうちのいずれ
か一方を用いて異方性エッチングするので、空洞部のエ
ッチングを容易にする効果をうる。
【図１】 本発明の一実施の形態にかかわる熱型光検出
器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面説明
図である。
器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面説明
図である。
【図２】 本発明の一実施の形態にかかわる熱型光検出
器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の赤外線吸
収部を除いた平面説明図である。
器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の赤外線吸
収部を除いた平面説明図である。
【図３】 本発明の一実施の形態にかかわる熱型光検出
器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の配列状態
を示す平面説明図である。
器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の配列状態
を示す平面説明図である。
【図４】 本発明の一実施の形態にかかわる熱型光検出
器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の工程断面
説明図である。
器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の工程断面
説明図である。
【図５】 本発明の一実施の形態にかかわる熱型光検出
器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の工程断面
説明図である。
器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の工程断面
説明図である。
【図６】 本発明の他の実施の形態にかかわる熱型光検
出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面説
明図である。
出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面説
明図である。
【図７】 本発明の他の実施の形態にかかわる熱型光検
出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面説
明図である。
出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面説
明図である。
【図８】 本発明の他の実施の形態にかかわる熱型光検
出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面説
明図である。
出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面説
明図である。
【図９】 本発明の他の実施の形態にかかわる熱型光検
出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面説
明図である。
出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面説
明図である。
【図１０】 本発明の他の実施の形態にかかわる熱型光
検出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面
説明図である。
検出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面
説明図である。
【図１１】 本発明の他の実施の形態にかかわる熱型光
検出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面
説明図である。
検出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面
説明図である。
【図１２】 本発明の他の実施の形態にかかわる熱型光
検出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面
説明図である。
検出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面
説明図である。
【図１３】 本発明の他の実施の形態にかかわる熱型光
検出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面
説明図である。
検出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面
説明図である。
【図１４】 本発明の他の実施の形態にかかわる熱型光
検出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面
説明図である。
検出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面
説明図である。
【図１５】 本発明の他の実施の形態にかかわる熱型光
検出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面
説明図である。
検出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面
説明図である。
【図１６】 本発明の他の実施の形態にかかわる熱型光
検出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面
説明図である。
検出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面
説明図である。
【図１７】 本発明の他の実施の形態にかかわる熱型光
検出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面
説明図である。
検出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面
説明図である。
【図１８】 本発明の他の実施の形態にかかわる熱型光
検出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面
説明図である。
検出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面
説明図である。
【図１９】 本発明の他の実施の形態にかかわる熱型光
検出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面
説明図である。
検出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面
説明図である。
【図２０】 本発明の他の実施の形態にかかわる熱型光
検出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面
説明図である。
検出器を用いた２次元赤外線固体撮像素子の画素の断面
説明図である。
【図２１】 従来の熱型光検出器を用いた２次元赤外線
固体撮像素子の画素の構造を示す斜視説明図である。
固体撮像素子の画素の構造を示す斜視説明図である。
【図２２】 従来の熱型光検出器を用いた２次元赤外線
固体撮像素子の画素の構造を示す断面説明図である。
固体撮像素子の画素の構造を示す断面説明図である。
１、２、３、４ シリコン基板、１１、１２、７１１
ボロメータ薄膜、２１、２２、７２１、７２２ 支持
脚、３１、３２、７３１、７３２ 金属配線、１００、
１１０、７５０、７６０ 絶縁膜、１２１〜１２６、７
７１、７７２コンタクト部、１３０〜１３７、３３０、
３３１、３３２、３３３、３３５、３３６、３４０ 赤
外線吸収部、１４０〜１４７、４４１ 接合柱、１５
０、３５０、３５５、３５６ 金属反射膜、１６０、３
６０、３６５、３６６ 金属赤外線吸収膜、１７０ 犠
牲層、１８０ エッチングホール、１９０ エッチング
ストップ層、２００、２０１、２０２ 空洞部、３００
温度検出部、４００ 信号読み出し回路、５００ 信
号線、１０００〜１００７ 画素。
ボロメータ薄膜、２１、２２、７２１、７２２ 支持
脚、３１、３２、７３１、７３２ 金属配線、１００、
１１０、７５０、７６０ 絶縁膜、１２１〜１２６、７
７１、７７２コンタクト部、１３０〜１３７、３３０、
３３１、３３２、３３３、３３５、３３６、３４０ 赤
外線吸収部、１４０〜１４７、４４１ 接合柱、１５
０、３５０、３５５、３５６ 金属反射膜、１６０、３
６０、３６５、３６６ 金属赤外線吸収膜、１７０ 犠
牲層、１８０ エッチングホール、１９０ エッチング
ストップ層、２００、２０１、２０２ 空洞部、３００
温度検出部、４００ 信号読み出し回路、５００ 信
号線、１０００〜１００７ 画素。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｎ 5/33 Ｈ０４Ｎ 5/33 (72)発明者 秦 久敏 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三菱電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−174551（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−243908（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−318420（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−118910（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−43215（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 27/14 G01J 1/02 G01J 5/02 H01L 35/32 H01L 37/02 H04N 5/33
Claims (11)
- 【請求項１】 熱型光検出器と、入射赤外線による前記
熱型光検出器の特性変化を検出する手段とが集積されて
なる温度検出機構が、半導体基板上に各画素ごとに２次
元に配列された２次元赤外線固体撮像素子であって、 前記各画素ごとに、前記半導体基板への熱の流出を制御
する熱抵抗の大きい材料からなる支持脚によって支えら
れておりかつ温度検出素子を含む温度検出部と、該温度
検出部と少なくとも１本の接合柱で結合された赤外線吸
収部とを前記半導体基板上に設け、前記赤外線吸収部
は、２次元に配列された前記各画素と実質的に等しい面
積を有し、 前記温度検出部が、前記半導体基板中に形成された空洞
部の上に設けられ、 前記赤外線吸収部の少なくとも一部に反射膜および層間
絶縁膜からなる赤外線吸収構造を有してな る赤外線固体
撮像素子。 - 【請求項２】 熱型光検出器と、入射赤外線による前記
熱型光検出器の特性変化を検出する手段とが集積されて
なる温度検出機構が、半導体基板上に各画素ごとに２次
元に配列された２次元赤外線固体撮像素子であって、 前記各画素ごとに、前記半導体基板への熱の流出を制御
する熱抵抗の大きい材料からなる支持脚によって支えら
れておりかつ温度検出素子を含む温度検出部と、該温度
検出部と少なくとも１本の接合柱で結合された赤外線吸
収部とを前記半導体基板上に設け、前記赤外線吸収部
は、２次元に配列された前記各画素と実質的に等しい面
積を有し、 前記温度検出部が、前記半導体基板中に形成された空洞
部の上に設けられ、 前記赤外線吸収部の少なくとも一部に反射膜、層間絶縁
膜および金属赤外線吸収薄膜からなる光学的共振構造を
有してなる赤外線固体撮像素子。 - 【請求項３】 熱型光検出器と、入射赤外線による前記
熱型光検出器の特性変化を検出する手段とが集積されて
なる温度検出機構が、半導体基板上に各画素ごとに２次
元に配列された２次元赤外線固体撮像素子であって、 前記各画素ごとに、前記半導体基板への熱の流出を制御
する熱抵抗の大きい材料からなる支持脚によって支えら
れておりかつ温度検出素子を含む温度検出部と、該温度
検出部と少なくとも１本の接合柱で結合された赤外線吸
収部とを前記半導 体基板上に設け、前記赤外線吸収部
は、２次元に配列された前記各画素と実質的に等しい面
積を有し、 前記温度検出部が、前記半導体基板中に形成された空洞
部の上に設けられ、 前記接合柱の少なくとも一部が前記赤外線吸収部と同一
構成部材で形成され、 前記赤外線吸収部の少なくとも一部に反射膜、層間絶縁
膜および金属赤外線吸収薄膜からなる光学的共振構造を
有しており、かつ前記接合柱が前記反射膜と一体に形成
されてなる請求項２記載の赤外線固体撮像素子。 - 【請求項４】 熱型光検出器と、入射赤外線による前記
熱型光検出器の特性変化を検出する手段とが集積されて
なる温度検出機構が、半導体基板上に各画素ごとに２次
元に配列された２次元赤外線固体撮像素子であって、 前記各画素ごとに、前記半導体基板への熱の流出を制御
する熱抵抗の大きい材料からなる支持脚によって支えら
れておりかつ温度検出素子を含む温度検出部と、該温度
検出部と少なくとも１本の接合柱で結合された赤外線吸
収部とを前記半導体基板上に設け、前記赤外線吸収部
は、２次元に配列された前記各画素と実質的に等しい面
積を有し、 前記温度検出部が、前記半導体基板中に形成された空洞
部の上に設けられ、 前記接合柱の少なくとも一部が前記赤外線吸収部と同一
構成部材で形成され、さらに前記赤外線吸収部のうち前
記温度検出部に接する部分が除去されてなる赤外線固体
撮像素子。 - 【請求項５】 熱型光検出器と、入射赤外線による前記
熱型光検出器の特性変化を検出する手段とが集積されて
なる温度検出機構が、半導体基板上に各画素ごとに２次
元に配列された２次元赤外線固体撮像素子であって、 前記各画素ごとに、前記半導体基板への熱の流出を制御
する熱抵抗の大きい材料からなる支持脚によって支えら
れておりかつ温度検出素子を含む温度検出部と、該温度
検出部と少なくとも１本の接合柱で結合された赤外線吸
収部とを前記半導体基板上に設け、前記赤外線吸収部
は、２次元に配列された前記各画素と実質的に等しい面
積を有し、 前記温度検出部が、前記半導体基板中に形成された空洞
部の上に設けられ、 前記赤外線吸収部から前記空洞部に達するエッチングホ
ールが前記空洞部の中心付近に少なくとも１つ設けられ
てなる赤外線固体撮像素子。 - 【請求項６】 熱型光検出器と、入射赤外線による前記
熱型光検出器の特性変化を検出する手段とが集積されて
なる温度検出機構が、半導体基板上に各画素ごとに２次
元に配列された２次元赤外線固体撮像素子であって、 前記各画素ごとに、前記半導体基板への熱の流出を制御
する熱抵抗の大きい材料からなる支持脚によって支えら
れておりかつ温度検出素子を含む温度検出部と、該温度
検出部と少なくとも１本の接合柱で結合された赤外線吸
収部とを前記半導体基板上に設け、前記赤外線吸収部
は、２次元に配列された前記各画素と実質的に等しい面
積を有し、 前記温度検出部が、前記半導体基板中に形成された空洞
部の上に設けられ、 前記空洞部の周囲の前記半導体基板中に、前記空洞部を
形成する際に用いられるエッチャントに耐性のある材料
からなるエッチングストップ層が設けられてなる赤外線
固体撮像素子。 - 【請求項７】 熱型光検出器と、入射赤外線による前記
熱型光検出器の特性変化を検出する手段とが集積されて
なる温度検出機構が、半導体基板上に各画素ごとに２次
元に配列された２次元赤外線固体撮像素子であって、 前記各画素ごとに、前記半導体基板への熱の流出を制御
する熱抵抗の大きい材料からなる支持脚によって支えら
れておりかつ温度検出素子を含む温度検出部と、該温度
検出部と少なくとも１本の接合柱で結合された赤外線吸
収部とを前記半導体基板上に設け、前記赤外線吸収部
は、２次元に配列された前記各画素と実質的に等しい面
積を有し、 前記温度検出部が、前記半導体基板中に形成された空洞
部の上に設けられ、 前記温度検出素子が前記赤外線吸収部の上面に形成され
てなる赤外線固体撮像素子。 - 【請求項８】 熱型光検出器と、入射赤外線による前記
熱型光検出器の特性変化を検出する手段とが集積されて
なる温度検出機構が、半導体基板上に各画素ごとに２次
元に配列された２次元赤外線固体撮像素子であって、 前記各画素ごとに、前記半導体基板への熱の流出を制御
する熱抵抗の大きい材料からなる支持脚によって支えら
れておりかつ温度検出素子を含む温度検出部と、 該温度
検出部と少なくとも１本の接合柱で結合された赤外線吸
収部とを前記半導体基板上に設け、前記赤外線吸収部
は、２次元に配列された前記各画素と実質的に等しい面
積を有し、 前記温度検出部が、前記半導体基板上に形成された読み
出し回路の上方に形成され、 前記赤外線吸収部の少なくとも一部に反射膜および層間
絶縁膜からなる赤外線吸収構造を有してなる赤外線固体
撮像素子。 - 【請求項９】 熱型光検出器と、入射赤外線による前記
熱型光検出器の特性変化を検出する手段とが集積されて
なる温度検出機構が、半導体基板上に各画素ごとに２次
元に配列された２次元赤外線固体撮像素子であって、 前記各画素ごとに、前記半導体基板への熱の流出を制御
する熱抵抗の大きい材料からなる支持脚によって支えら
れておりかつ温度検出素子を含む温度検出部と、該温度
検出部と少なくとも１本の接合柱で結合された赤外線吸
収部とを前記半導体基板上に設け、前記赤外線吸収部
は、２次元に配列された前記各画素と実質的に等しい面
積を有し、 前記温度検出部が、前記半導体基板上に形成された読み
出し回路の上方に形成され、 前記赤外線吸収部の少なくとも一部に反射膜、層間絶縁
膜および金属赤外線吸収薄膜からなる光学的共振構造を
有してなる赤外線固体撮像素子。 - 【請求項１０】 熱型光検出器と、入射赤外線による前
記熱型光検出器の特性変化を検出する手段とが集積され
てなる温度検出機構が、半導体基板上に各画素ごとに２
次元に配列された２次元赤外線固体撮像素子であって、 前記各画素ごとに、前記半導体基板への熱の流出を制御
する熱抵抗の大きい材料からなる支持脚によって支えら
れておりかつ温度検出素子を含む温度検出部と、該温度
検出部と少なくとも１本の接合柱で結合された赤外線吸
収部とを前記半導体基板上に設け、前記赤外線吸収部
は、２次元に配列された前記各画素と実質的に等しい面
積を有し、 前記温度検出部が、前記半導体基板上に形成された読み
出し回路の上方に形成され、 前記赤外線吸収部の少なくとも一部に反射膜、層間絶縁
膜および金属赤外線吸収薄膜からなる光学的共振構造を
有し、 前記赤外線吸収部の少なくとも一部に反射膜、層間絶縁
膜および金属赤外線吸収薄膜からなる光学的共振構造を
有しており、かつ前記接合柱が前記反射膜と一体に形成
されてなる赤外線固体撮像素子。 - 【請求項１１】 請求項１記載の赤外線固体撮像素子の
製法であって、 ａ）半導体基板上に信号読み出し回路を形成したのち、
絶縁膜、コンタクト部を形成し、さらに金属配線および
温度検出素子を形成し、保護絶縁膜で全体を覆う工程、 ｂ）前記保護絶縁膜上に犠牲層を形成し、該犠牲層のう
ち、のちに接合柱を形成する領域を写真製版技術で除去
したのち、除去した部分に前記接合柱となる材料を埋め
込む工程、 ｃ）前記犠牲層および前記接合柱の上に赤外線吸収部と
なる薄膜を形成し、各画素ごとに赤外線吸収部が分離さ
れるようにパターニングする工程、 ｄ）前記犠牲層をエッチングして除去する工程、および ｅ）前記シリコン基板をエッチングして、該シリコン基
板中に空洞部を形成する工程からなり、 前記ｂ）工程ののち、さらに、前記犠牲層および前記接
合柱の表面をエッチバックして平坦にする工程を含む製
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