JP3195443B2 - 赤外線検出素子 - Google Patents
赤外線検出素子Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、温度変化に伴い抵抗
値が変化する薄膜抵抗体を備え赤外線吸収により生じた
熱で前記薄膜に温度変化が起こる赤外線検出部で赤外線
の検出を行う赤外線検出素子に関する。
値が変化する薄膜抵抗体を備え赤外線吸収により生じた
熱で前記薄膜に温度変化が起こる赤外線検出部で赤外線
の検出を行う赤外線検出素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】図９は、従来の赤外線検出素子６０をあ
らわす。赤外線検出素子６０では、赤外線検出部６１が
基板６２の上に設けられている。赤外線検出部６１は、
入射する赤外線を吸収する赤外線吸収膜６５と温度変化
に伴い抵抗値が変化する薄膜抵抗体６６とを備え、赤外
線吸収により生じた熱で薄膜抵抗体６６に温度変化が起
こるようになっている。そして、抵抗体薄膜６６の表面
と裏面には一対の電極６７，６８が設けられている。赤
外線入射により起こる温度変化に伴う電極６７，６８の
間の抵抗変化から赤外線が感知できるのである。
らわす。赤外線検出素子６０では、赤外線検出部６１が
基板６２の上に設けられている。赤外線検出部６１は、
入射する赤外線を吸収する赤外線吸収膜６５と温度変化
に伴い抵抗値が変化する薄膜抵抗体６６とを備え、赤外
線吸収により生じた熱で薄膜抵抗体６６に温度変化が起
こるようになっている。そして、抵抗体薄膜６６の表面
と裏面には一対の電極６７，６８が設けられている。赤
外線入射により起こる温度変化に伴う電極６７，６８の
間の抵抗変化から赤外線が感知できるのである。
【０００３】基板６２における赤外線検出部６１の設置
域は裏側に空間（熱分離空間）７１のある熱絶縁膜（熱
抵抗の大きな膜）６２ａだけとなっており、この熱絶縁
膜６２ａの表側に赤外線検出部６１が設けられている。
基板６２である半導体基板をエッチング等により堀り込
み、熱分離空間７１を形成するのである。この熱分離空
間７１があるため、非常に微弱な赤外線入力に対して
も、薄膜抵抗体６６に大きな温度変化（温度上昇）が起
こり、赤外線を超高感度で検出でき、人体感知用などと
しの実用化も考えられている。
域は裏側に空間（熱分離空間）７１のある熱絶縁膜（熱
抵抗の大きな膜）６２ａだけとなっており、この熱絶縁
膜６２ａの表側に赤外線検出部６１が設けられている。
基板６２である半導体基板をエッチング等により堀り込
み、熱分離空間７１を形成するのである。この熱分離空
間７１があるため、非常に微弱な赤外線入力に対して
も、薄膜抵抗体６６に大きな温度変化（温度上昇）が起
こり、赤外線を超高感度で検出でき、人体感知用などと
しの実用化も考えられている。
【０００４】また、赤外線検出部６１には赤外線フィル
ター７３が被せてある。検出対象の赤外線は赤外領域外
の光と混在していることも多く、この場合、赤外領域外
の光はいわばノイズである。そのため、赤外以外の波長
帯の光を除去する赤外線フィルタを装着し、赤外線のみ
が赤外線検出部６１に入射するようにするのである。
ター７３が被せてある。検出対象の赤外線は赤外領域外
の光と混在していることも多く、この場合、赤外領域外
の光はいわばノイズである。そのため、赤外以外の波長
帯の光を除去する赤外線フィルタを装着し、赤外線のみ
が赤外線検出部６１に入射するようにするのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
赤外線検出素子６０は、以下のような問題点がある。 赤外線吸収膜には金黒あるいは炭素が使用されてい
る。しかし、金黒や炭素は半導体装置の製造などで用い
られる微細加工技術（例えば、フォトリソグラフィ）の
適用が困難であり、製造し難い。
赤外線検出素子６０は、以下のような問題点がある。 赤外線吸収膜には金黒あるいは炭素が使用されてい
る。しかし、金黒や炭素は半導体装置の製造などで用い
られる微細加工技術（例えば、フォトリソグラフィ）の
適用が困難であり、製造し難い。
【０００６】 製造過程では、熱絶縁膜６２ａの上に
赤外線吸収膜６５と薄膜抵抗体６６電極６７，６８を積
層しておいて、裏側から削り込み熱分離空間７１を形成
するのであるが、削り込みの際、膜間の内部応力の差に
起因する膜破壊が起こり易く、製造の歩留りは良くな
い。この発明は、上記事情に鑑み、微細加工技術が適用
し易く、製造上の歩留りのよい赤外線検出素子を提供す
ることを課題とする。
赤外線吸収膜６５と薄膜抵抗体６６電極６７，６８を積
層しておいて、裏側から削り込み熱分離空間７１を形成
するのであるが、削り込みの際、膜間の内部応力の差に
起因する膜破壊が起こり易く、製造の歩留りは良くな
い。この発明は、上記事情に鑑み、微細加工技術が適用
し易く、製造上の歩留りのよい赤外線検出素子を提供す
ることを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明にかかる赤外線検出素子は、温度変化に伴
い抵抗値が変化する薄膜抵抗体を備え赤外線吸収により
生じた熱で前記薄膜に温度変化が起こるようになってい
る赤外線検出部が基板に設けられている構成において、
前記薄膜抵抗体に、酸化シリコン膜、窒素を含む酸化シ
リコン膜および窒化シリコン膜のうちの一つであって赤
外線吸収機能と熱絶縁機能の両機能をも有する半導体薄
膜を用いるようにしている。
め、この発明にかかる赤外線検出素子は、温度変化に伴
い抵抗値が変化する薄膜抵抗体を備え赤外線吸収により
生じた熱で前記薄膜に温度変化が起こるようになってい
る赤外線検出部が基板に設けられている構成において、
前記薄膜抵抗体に、酸化シリコン膜、窒素を含む酸化シ
リコン膜および窒化シリコン膜のうちの一つであって赤
外線吸収機能と熱絶縁機能の両機能をも有する半導体薄
膜を用いるようにしている。
【０００８】つまり、薄膜抵抗体用の半導体薄膜は、赤
外線を吸収し熱を膜内に生じる赤外線機能と、熱抵抗が
高くて生じた熱を他に逃がさない熱絶縁機能の両方を有
する膜なのである。この発明の赤外線検出素子として
は、基板における赤外線検出部の設置域は裏側が空間と
なっており、赤外線検出部が前記空間に渡される形で設
けられている形態が好ましい。
外線を吸収し熱を膜内に生じる赤外線機能と、熱抵抗が
高くて生じた熱を他に逃がさない熱絶縁機能の両方を有
する膜なのである。この発明の赤外線検出素子として
は、基板における赤外線検出部の設置域は裏側が空間と
なっており、赤外線検出部が前記空間に渡される形で設
けられている形態が好ましい。
【０００９】以下、この発明にかかる赤外線検出素子を
図面を参照しながら具体的に説明する。図１は、この発
明の赤外線検出素子の第１構成例をあらわす。図１の赤
外線検出素子１は、赤外線検出部２がシリコン基板３に
設けられている。赤外線検出部２は、温度変化に伴い抵
抗値が変化するアモルファス半導体薄膜（アモルファス
半導体薄膜Ａ）１１の上側に緩衝用のアモルファス半導
体薄膜（アモルファス半導体薄膜Ｃ）１２と単一元素半
導体薄膜であるアモルファス半導体薄膜（アモルファス
半導体薄膜Ｂ）１４がこの順に設けられていて、アモル
ファス半導体薄膜１４の上には赤外線をほぼ透過する材
料の電極１７が設けられられている。引き出し用の電極
１７は、例えば、電極１７ａ，１７ｂを片方の電極と
し、電極１７ｃでもう片方の電極として、両電極の間の
抵抗変化で赤外線の検出を行うのである。勿論、電極１
７のある側が赤外線入射側である。普通、アモルファス
半導体薄膜１４はアモルファス半導体薄膜１１よりもバ
ンドギャップが小さく、加えて、アモルファス半導体薄
膜１１，１２，１４はドーピングなどで同一導電型とな
っている。
図面を参照しながら具体的に説明する。図１は、この発
明の赤外線検出素子の第１構成例をあらわす。図１の赤
外線検出素子１は、赤外線検出部２がシリコン基板３に
設けられている。赤外線検出部２は、温度変化に伴い抵
抗値が変化するアモルファス半導体薄膜（アモルファス
半導体薄膜Ａ）１１の上側に緩衝用のアモルファス半導
体薄膜（アモルファス半導体薄膜Ｃ）１２と単一元素半
導体薄膜であるアモルファス半導体薄膜（アモルファス
半導体薄膜Ｂ）１４がこの順に設けられていて、アモル
ファス半導体薄膜１４の上には赤外線をほぼ透過する材
料の電極１７が設けられられている。引き出し用の電極
１７は、例えば、電極１７ａ，１７ｂを片方の電極と
し、電極１７ｃでもう片方の電極として、両電極の間の
抵抗変化で赤外線の検出を行うのである。勿論、電極１
７のある側が赤外線入射側である。普通、アモルファス
半導体薄膜１４はアモルファス半導体薄膜１１よりもバ
ンドギャップが小さく、加えて、アモルファス半導体薄
膜１１，１２，１４はドーピングなどで同一導電型とな
っている。
【００１０】図２は、この発明の赤外線検出素子の第２
構成例をあらわす。図２の赤外線検出素子１は、緩衝用
のアモルファス半導体薄膜（アモルファス半導体薄膜
Ｃ）１２が省略されているとともに、アモルファス半導
体薄膜１１とアモルファス半導体薄膜１４が逆導電型で
ある他は、図１の赤外線検出素子と同じ構成である。図
３は、この発明の赤外線検出素子の第３構成例をあらわ
す。図３の赤外線検出素子１も、赤外線検出部２がシリ
コン基板３に設けられている。赤外線検出部２は、温度
変化に伴い抵抗値が変化するアモルファス半導体薄膜
（アモルファス半導体薄膜Ａ）１１の上側と下側に緩衝
用のアモルファス半導体薄膜（アモルファス半導体薄膜
Ｃ）１２，１３と単一元素半導体薄膜であるアモルファ
ス半導体薄膜（アモルファス半導体薄膜Ｂ）１４，１５
が図のように設けられていて、アモルファス半導体薄膜
１４の上に赤外線をほぼ透過する材料の電極１７が設け
られられ、アモルファス半導体薄膜１５の下に金属製
（赤外線反射性の高いＮｉ−Ｃｒなど）の電極１８が設
けられている。これら両電極１７，１８の間の抵抗変化
で赤外線の検出を行うのである。勿論、電極１７のある
側が赤外線入射側である。普通、アモルファス半導体薄
膜１４はアモルファス半導体薄膜１１よりもバンドギャ
ップが小さく、加えて、アモルファス半導体薄膜１１〜
１５はドーピングなどで同一導電型となっている。
構成例をあらわす。図２の赤外線検出素子１は、緩衝用
のアモルファス半導体薄膜（アモルファス半導体薄膜
Ｃ）１２が省略されているとともに、アモルファス半導
体薄膜１１とアモルファス半導体薄膜１４が逆導電型で
ある他は、図１の赤外線検出素子と同じ構成である。図
３は、この発明の赤外線検出素子の第３構成例をあらわ
す。図３の赤外線検出素子１も、赤外線検出部２がシリ
コン基板３に設けられている。赤外線検出部２は、温度
変化に伴い抵抗値が変化するアモルファス半導体薄膜
（アモルファス半導体薄膜Ａ）１１の上側と下側に緩衝
用のアモルファス半導体薄膜（アモルファス半導体薄膜
Ｃ）１２，１３と単一元素半導体薄膜であるアモルファ
ス半導体薄膜（アモルファス半導体薄膜Ｂ）１４，１５
が図のように設けられていて、アモルファス半導体薄膜
１４の上に赤外線をほぼ透過する材料の電極１７が設け
られられ、アモルファス半導体薄膜１５の下に金属製
（赤外線反射性の高いＮｉ−Ｃｒなど）の電極１８が設
けられている。これら両電極１７，１８の間の抵抗変化
で赤外線の検出を行うのである。勿論、電極１７のある
側が赤外線入射側である。普通、アモルファス半導体薄
膜１４はアモルファス半導体薄膜１１よりもバンドギャ
ップが小さく、加えて、アモルファス半導体薄膜１１〜
１５はドーピングなどで同一導電型となっている。
【００１１】図４は、この発明の赤外線検出素子の第４
構成例をあらわす。図４の赤外線検出素子１は、緩衝用
のアモルファス半導体薄膜（アモルファス半導体薄膜
Ｃ）１２，１３が省略されているとともに、アモルファ
ス半導体薄膜１１とアモルファス半導体薄膜１４，１５
が逆導電型である他は、図３の赤外線検出素子と同じ構
成である。
構成例をあらわす。図４の赤外線検出素子１は、緩衝用
のアモルファス半導体薄膜（アモルファス半導体薄膜
Ｃ）１２，１３が省略されているとともに、アモルファ
ス半導体薄膜１１とアモルファス半導体薄膜１４，１５
が逆導電型である他は、図３の赤外線検出素子と同じ構
成である。
【００１２】図１〜４の各赤外線検出素子１でのアモル
ファス半導体薄膜１１は、赤外線吸収機能と熱絶縁機能
の両機能をも有する半導体薄膜であることは言うまでも
ない。各赤外線検出素子１のシリコン基板３における赤
外線検出部２の設置域は裏側が空間（熱分離空間）７に
なっていて、この空間７に赤外線検出部２が渡される形
で設けられており、アモルファス半導体薄膜１１の熱絶
縁機能が充分に活かされる構成になっている。また、図
１〜４にみるように、アモルファス半導体薄膜１１の上
方にあるアモルファス半導体薄膜Ｂ，Ｃは検出部２の設
置域以外にはない形態がよい。
ファス半導体薄膜１１は、赤外線吸収機能と熱絶縁機能
の両機能をも有する半導体薄膜であることは言うまでも
ない。各赤外線検出素子１のシリコン基板３における赤
外線検出部２の設置域は裏側が空間（熱分離空間）７に
なっていて、この空間７に赤外線検出部２が渡される形
で設けられており、アモルファス半導体薄膜１１の熱絶
縁機能が充分に活かされる構成になっている。また、図
１〜４にみるように、アモルファス半導体薄膜１１の上
方にあるアモルファス半導体薄膜Ｂ，Ｃは検出部２の設
置域以外にはない形態がよい。
【００１３】アモルファス半導体薄膜Ａは、普通、０．
１〜１０μｍ程度である。アモルファス半導体薄膜Ｂ
は、普通、１００Å〜１μｍ程度である。また、アモル
ファス半導体薄膜Ｃは、２０００Å前後である。図１〜
４に示す赤外線検出部２ではアモルファス半導体薄膜Ａ
はサーミスタ層であるとともに、アモルファス半導体薄
膜Ａ自体が赤外線検出機能と熱絶縁機能の両機能を有し
ているのであるが、このようなアモルファス半導体薄膜
Ａの具体的なものとしては、アモルファス酸化シリコン
（ＳｉＯ）膜、窒素を含むアモルファス酸化シリコン
（ＳｉＯＮ）膜およびアモルファス窒化シリコン（Ｓｉ
Ｎ）膜が挙げられる。赤外線透明性を必要とされる電極
１７の材料としては、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ2 などが
挙げられる。
１〜１０μｍ程度である。アモルファス半導体薄膜Ｂ
は、普通、１００Å〜１μｍ程度である。また、アモル
ファス半導体薄膜Ｃは、２０００Å前後である。図１〜
４に示す赤外線検出部２ではアモルファス半導体薄膜Ａ
はサーミスタ層であるとともに、アモルファス半導体薄
膜Ａ自体が赤外線検出機能と熱絶縁機能の両機能を有し
ているのであるが、このようなアモルファス半導体薄膜
Ａの具体的なものとしては、アモルファス酸化シリコン
（ＳｉＯ）膜、窒素を含むアモルファス酸化シリコン
（ＳｉＯＮ）膜およびアモルファス窒化シリコン（Ｓｉ
Ｎ）膜が挙げられる。赤外線透明性を必要とされる電極
１７の材料としては、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ2 などが
挙げられる。
【００１４】サーミスタ層としてのアモルファス半導体
薄膜Ａは、Ｂ定数に関しては５０００以上、膜抵抗特性
に関しては１０-7〜１０-10 Ｓｃｍ-1となる程度が望ま
しい。図５はアモルファスＳｉＮ膜にＢ2 Ｈ6 、ＰＨ3
をドーピングした時のドーピング量と膜抵抗特性（導電
率）ないし活性化エネルギーＥa の関係をあらわす。な
お、活性化エネルギーＥa はフェルミレベルＥF と価電
子帯Ｅｖ間のエネルギー差であらわされる。Ｂ定数と活
性化エネルギーＥa は、Ｂ＝（Ｅa ／ｋ）なる関係にあ
る。ｋはボルツマン定数である。
薄膜Ａは、Ｂ定数に関しては５０００以上、膜抵抗特性
に関しては１０-7〜１０-10 Ｓｃｍ-1となる程度が望ま
しい。図５はアモルファスＳｉＮ膜にＢ2 Ｈ6 、ＰＨ3
をドーピングした時のドーピング量と膜抵抗特性（導電
率）ないし活性化エネルギーＥa の関係をあらわす。な
お、活性化エネルギーＥa はフェルミレベルＥF と価電
子帯Ｅｖ間のエネルギー差であらわされる。Ｂ定数と活
性化エネルギーＥa は、Ｂ＝（Ｅa ／ｋ）なる関係にあ
る。ｋはボルツマン定数である。
【００１５】図５にみるように、アモルファスＳｉＮ膜
の膜抵抗特性はドーピングで１０-4〜１０-14 Ｓｃｍ-1
まで変化させることができるし、また、Ｂ定数に関して
も活性化エネルギーＥa を０．４〜０．９ｅＶまで変化
させることが出来、ＳｉＣサーミスタのＢ定数を越す特
性が実現可能である。勿論、アモルファスＳｉＮ膜は、
図６にみるように、温度変化に対してきれいな負特性の
抵抗変化を示す。
の膜抵抗特性はドーピングで１０-4〜１０-14 Ｓｃｍ-1
まで変化させることができるし、また、Ｂ定数に関して
も活性化エネルギーＥa を０．４〜０．９ｅＶまで変化
させることが出来、ＳｉＣサーミスタのＢ定数を越す特
性が実現可能である。勿論、アモルファスＳｉＮ膜は、
図６にみるように、温度変化に対してきれいな負特性の
抵抗変化を示す。
【００１６】以上のことは組成の類似するアモルファス
酸化シリコン（ＳｉＯ）膜やアモルファス酸化シリコン
（ＳｉＯＮ）膜についても同様である。次に、上の３つ
のアモルファス半導体薄膜１１の赤外線吸収特性につい
て説明する。図７は、プラズマＣＶＤ法により形成され
たＳｉＯ，ＳｉＯＮ，ＳｉＮの各アモルファス半導体薄
膜の赤外線吸収特性を示す。最上の曲線がＳｉＯの特性
を，最下の曲線がＳｉＮの特性を、中間の曲線がＳｉＯ
Ｎの特性を、それぞれ示している。膜組成の変化に伴い
赤外線の吸収特性が約１１００ｃｍ-1付近から約９００
ｃｍ-1付近へと変化しているが十分な赤外線吸収機能の
あることが分かる。
酸化シリコン（ＳｉＯ）膜やアモルファス酸化シリコン
（ＳｉＯＮ）膜についても同様である。次に、上の３つ
のアモルファス半導体薄膜１１の赤外線吸収特性につい
て説明する。図７は、プラズマＣＶＤ法により形成され
たＳｉＯ，ＳｉＯＮ，ＳｉＮの各アモルファス半導体薄
膜の赤外線吸収特性を示す。最上の曲線がＳｉＯの特性
を，最下の曲線がＳｉＮの特性を、中間の曲線がＳｉＯ
Ｎの特性を、それぞれ示している。膜組成の変化に伴い
赤外線の吸収特性が約１１００ｃｍ-1付近から約９００
ｃｍ-1付近へと変化しているが十分な赤外線吸収機能の
あることが分かる。
【００１７】アモルファス半導体薄膜Ａは、化学量論的
な規制を余り受けることなく、プラズマＣＶＤ法などに
より、図に示すようにガスの組成比を変えることで容易
にＳｉＯ，ＳｉＯＮ，ＳｉＮの各アモルファス半導体薄
膜を形成することが出来るのである。これらＳｉＯ，Ｓ
ｉＯＮ，ＳｉＮの各アモルファス半導体薄膜は、内部応
力も非常に小さいものが可能であることも有利である。
これらのＳｉＯ，ＳｉＯＮ，ＳｉＮの各アモルファス半
導体薄膜では、図８にみるように、内部応力の小さな膜
が低い温度で得られるのである。膜の組成あるいは形成
条件（周波数）などで内部応力の軽減が図れる（著しい
場合は０に出来る）。
な規制を余り受けることなく、プラズマＣＶＤ法などに
より、図に示すようにガスの組成比を変えることで容易
にＳｉＯ，ＳｉＯＮ，ＳｉＮの各アモルファス半導体薄
膜を形成することが出来るのである。これらＳｉＯ，Ｓ
ｉＯＮ，ＳｉＮの各アモルファス半導体薄膜は、内部応
力も非常に小さいものが可能であることも有利である。
これらのＳｉＯ，ＳｉＯＮ，ＳｉＮの各アモルファス半
導体薄膜では、図８にみるように、内部応力の小さな膜
が低い温度で得られるのである。膜の組成あるいは形成
条件（周波数）などで内部応力の軽減が図れる（著しい
場合は０に出来る）。
【００１８】単一元素半導体薄膜であるアモルファス半
導体薄膜Ｂは、ドーピングされたｐ型またはｎ型のアモ
ルファスシリコン膜などの単一元素のアモルファス半導
体薄膜が挙げられる。このアモルファス半導体薄膜Ｂに
より電極１７，１８との間の接触は良好なオーミック特
性となる。単一元素半導体薄膜は、アモルファス半導体
薄に限らず、多結晶や微結晶の半導体薄膜であってもよ
い。
導体薄膜Ｂは、ドーピングされたｐ型またはｎ型のアモ
ルファスシリコン膜などの単一元素のアモルファス半導
体薄膜が挙げられる。このアモルファス半導体薄膜Ｂに
より電極１７，１８との間の接触は良好なオーミック特
性となる。単一元素半導体薄膜は、アモルファス半導体
薄に限らず、多結晶や微結晶の半導体薄膜であってもよ
い。
【００１９】アモルファス半導体薄膜Ａ，Ｂの間には再
結合電流によりバリヤ障壁が生じるが、アモルファス半
導体薄膜Ａとアモルファス半導体薄膜Ｂとが逆導電型の
場合は、このバリヤ障壁の影響を受け難い。また、アモ
ルファス半導体薄膜Ａ，Ｂが同じ導電型の場合には、両
薄膜Ａ，Ｂの間に両薄膜Ａ，Ｂの組成の中間の組成を有
する緩衝用のアモルファス半導体薄膜Ｃ、例えば、アモ
ルファス半導体薄膜Ａの組成からアモルファス半導体薄
膜Ｂの組成に連続的に変化する組成のアモルファス半導
体薄膜Ｃを介在させることにより、バリヤ障壁の影響を
受け難くすることが出来る。緩衝用のアモルファス半導
体薄膜Ｃは複数層で構成し段階的に組成が変化してゆく
ようにしてもよい。勿論、緩衝用のアモルファス半導体
薄膜Ｃはアモルファス半導体薄膜Ａに近い側は薄膜Ａに
近い組成であるようにする。
結合電流によりバリヤ障壁が生じるが、アモルファス半
導体薄膜Ａとアモルファス半導体薄膜Ｂとが逆導電型の
場合は、このバリヤ障壁の影響を受け難い。また、アモ
ルファス半導体薄膜Ａ，Ｂが同じ導電型の場合には、両
薄膜Ａ，Ｂの間に両薄膜Ａ，Ｂの組成の中間の組成を有
する緩衝用のアモルファス半導体薄膜Ｃ、例えば、アモ
ルファス半導体薄膜Ａの組成からアモルファス半導体薄
膜Ｂの組成に連続的に変化する組成のアモルファス半導
体薄膜Ｃを介在させることにより、バリヤ障壁の影響を
受け難くすることが出来る。緩衝用のアモルファス半導
体薄膜Ｃは複数層で構成し段階的に組成が変化してゆく
ようにしてもよい。勿論、緩衝用のアモルファス半導体
薄膜Ｃはアモルファス半導体薄膜Ａに近い側は薄膜Ａに
近い組成であるようにする。
【００２０】なお、この発明の赤外線検出素子の場合
も、図９のように、赤外線フィルタを装着することが多
い。
も、図９のように、赤外線フィルタを装着することが多
い。
【００２１】
【作用】この発明の赤外線検出素子は、赤外線吸収層が
金黒や炭素でない半導体薄膜であるため、必要なパター
ン加工等に微細加工技術が容易に適用できる。この発明
の赤外線検出素子は、サーミスタ用の半導体薄膜が赤外
線吸収層およじ熱絶縁層の両方を兼ねているため、赤外
線吸収層および熱絶縁層の重ね合わせが必要がなくなる
ため、膜同士の内部応力の差に起因する膜損壊を充分に
抑えられる。
金黒や炭素でない半導体薄膜であるため、必要なパター
ン加工等に微細加工技術が容易に適用できる。この発明
の赤外線検出素子は、サーミスタ用の半導体薄膜が赤外
線吸収層およじ熱絶縁層の両方を兼ねているため、赤外
線吸収層および熱絶縁層の重ね合わせが必要がなくなる
ため、膜同士の内部応力の差に起因する膜損壊を充分に
抑えられる。
【００２２】膜形成回数の減少の点でも製造は容易とな
るし、その上、赤外線吸収に伴って発生する熱の伝達遅
れも事実上なく迅速な検出が可能である。
るし、その上、赤外線吸収に伴って発生する熱の伝達遅
れも事実上なく迅速な検出が可能である。
【００２３】
【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。この発
明は、下記の実施例に限らない。 −実施例１− 実施例１は、図１に示す構成の赤外線検出素子である。
まず、（空間７のない）シリコン基板３の上に、前述の
ように、ＳｉＯ、ＳｉＯＮ、ＳｉＮなどのアモルファス
半導体薄膜（厚み１μｍ）１１、バッファ用のアモルフ
ァス半導体薄膜（厚み２０００Å）１２、ドーピングさ
れたｐ型又はｎ型のアモルファスシリコン膜（厚み５０
０Å）１４を積層形成した。これら薄膜には、プラズマ
ＣＶＤ法等によるＳｉＨ4 、Ｈ2 、Ｎ2 Ｏ、Ｎ2 、ＮＨ
3 などの分解で形成できる。必要とするサーミスタ特性
に合わせるためにＢ2 Ｈ6 、ＰＨ 3 等の不純物をドーピ
ングするようにしてもよい。最後のアモルファスシリコ
ン薄膜１４はＳｉＨ4 分解により形成することが出来
る。各アモルファス半導体薄膜は同一導電型である。
明は、下記の実施例に限らない。 −実施例１− 実施例１は、図１に示す構成の赤外線検出素子である。
まず、（空間７のない）シリコン基板３の上に、前述の
ように、ＳｉＯ、ＳｉＯＮ、ＳｉＮなどのアモルファス
半導体薄膜（厚み１μｍ）１１、バッファ用のアモルフ
ァス半導体薄膜（厚み２０００Å）１２、ドーピングさ
れたｐ型又はｎ型のアモルファスシリコン膜（厚み５０
０Å）１４を積層形成した。これら薄膜には、プラズマ
ＣＶＤ法等によるＳｉＨ4 、Ｈ2 、Ｎ2 Ｏ、Ｎ2 、ＮＨ
3 などの分解で形成できる。必要とするサーミスタ特性
に合わせるためにＢ2 Ｈ6 、ＰＨ 3 等の不純物をドーピ
ングするようにしてもよい。最後のアモルファスシリコ
ン薄膜１４はＳｉＨ4 分解により形成することが出来
る。各アモルファス半導体薄膜は同一導電型である。
【００２４】そして、アモルファス半導体薄膜１４の上
に透明導電性薄膜（例えば、ＩＴＯ膜）を蒸着し、図１
にみるようにパターン化することで電極１７を形成し、
その後、シリコン基板３を赤外線検出部搭載側とは反対
側から異方性エッチングにより掘り込みダイアフラム構
造とし、熱分離空間７を形成すれば、赤外線検出素子１
が得られる。
に透明導電性薄膜（例えば、ＩＴＯ膜）を蒸着し、図１
にみるようにパターン化することで電極１７を形成し、
その後、シリコン基板３を赤外線検出部搭載側とは反対
側から異方性エッチングにより掘り込みダイアフラム構
造とし、熱分離空間７を形成すれば、赤外線検出素子１
が得られる。
【００２５】−実施例２− 実施例２は、図２に示す構成の赤外線検出素子である。
実施例１において、緩衝用のアモルファス半導体薄膜１
２を形成せず、アモルファス半導体薄膜１１とアモルフ
ァス半導体薄膜１４を逆導電型とした他は、実施例１と
同様にして赤外線検出素子１を得た。アモルファス半導
体薄膜１４の逆導電型は、例えば、ＰＨ3 ／ＳｉＨ4 ＝
約２％程度のドーピングなどで得ることが出来る。
実施例１において、緩衝用のアモルファス半導体薄膜１
２を形成せず、アモルファス半導体薄膜１１とアモルフ
ァス半導体薄膜１４を逆導電型とした他は、実施例１と
同様にして赤外線検出素子１を得た。アモルファス半導
体薄膜１４の逆導電型は、例えば、ＰＨ3 ／ＳｉＨ4 ＝
約２％程度のドーピングなどで得ることが出来る。
【００２６】−実施例３− 実施例３は、図３に示す構成の赤外線検出素子である。
まず、（空間７のない）シリコン基板３の上に、上にド
ーピングされたｐ型又はｎ型のアモルファスシリコン膜
（厚み５００Å）１５、バッファ用のアモルファス半導
体薄膜（厚み２０００Å）１３、ＳｉＯ、ＳｉＯＮ、Ｓ
ｉＮなどのアモルファス半導体薄膜（厚み１μｍ）１
１、バッファ用のアモルファス半導体薄膜（厚み２００
０Å）１２、ドーピングされたｐ型又はｎ型のアモルフ
ァスシリコン（厚み５００Å）膜１４を積層形成した。
すなわち、プラズマＣＶＤ法等によるＳｉＨ4 分解によ
りアモルファスシリコン薄膜を形成し、その後、Ｎ
2 Ｏ、Ｎ 2 、ＮＨ3 などのガスを導入するとともに適当
量のドーピングを行いながらアモルファス半導体薄膜１
１，１２，１３用のＳｉＯ、ＳｉＯＮ、ＳｉＮなどのア
モルファス半導体薄膜を形成し、最後に再び、ＳｉＨ4
分解によりアモルファスシリコン薄膜を形成するように
する。各アモルファス半導体薄膜は同一導電型である。
まず、（空間７のない）シリコン基板３の上に、上にド
ーピングされたｐ型又はｎ型のアモルファスシリコン膜
（厚み５００Å）１５、バッファ用のアモルファス半導
体薄膜（厚み２０００Å）１３、ＳｉＯ、ＳｉＯＮ、Ｓ
ｉＮなどのアモルファス半導体薄膜（厚み１μｍ）１
１、バッファ用のアモルファス半導体薄膜（厚み２００
０Å）１２、ドーピングされたｐ型又はｎ型のアモルフ
ァスシリコン（厚み５００Å）膜１４を積層形成した。
すなわち、プラズマＣＶＤ法等によるＳｉＨ4 分解によ
りアモルファスシリコン薄膜を形成し、その後、Ｎ
2 Ｏ、Ｎ 2 、ＮＨ3 などのガスを導入するとともに適当
量のドーピングを行いながらアモルファス半導体薄膜１
１，１２，１３用のＳｉＯ、ＳｉＯＮ、ＳｉＮなどのア
モルファス半導体薄膜を形成し、最後に再び、ＳｉＨ4
分解によりアモルファスシリコン薄膜を形成するように
する。各アモルファス半導体薄膜は同一導電型である。
【００２７】そして、アモルファス半導体薄膜の積層体
をパターン化した後、透明導電性薄膜（例えば、ＩＴＯ
膜）を蒸着し、パターン化することで赤外線に対して透
明な電極１７を形成する。その後、シリコン基板３を赤
外線検出部搭載側とは反対側から異方性エッチングによ
り掘り込みダイアフラム構造とし、熱分離空間７を形成
し、ついで、ＩＴＯ膜やＮｉ−Ｃｒ膜などを形成してパ
ターン化することで下電極１８を形成するば、赤外線検
出素子１の完成である。電極１８には赤外線の反射率が
高いＮｉ−Ｃｒ膜が良い。
をパターン化した後、透明導電性薄膜（例えば、ＩＴＯ
膜）を蒸着し、パターン化することで赤外線に対して透
明な電極１７を形成する。その後、シリコン基板３を赤
外線検出部搭載側とは反対側から異方性エッチングによ
り掘り込みダイアフラム構造とし、熱分離空間７を形成
し、ついで、ＩＴＯ膜やＮｉ−Ｃｒ膜などを形成してパ
ターン化することで下電極１８を形成するば、赤外線検
出素子１の完成である。電極１８には赤外線の反射率が
高いＮｉ−Ｃｒ膜が良い。
【００２８】−実施例４− 実施例４は、図４に示す構成の赤外線検出素子である。
実施例３において、緩衝用のアモルファス半導体薄膜１
２，１３を形成せず、アモルファス半導体薄膜１１とア
モルファス半導体薄膜１４，１５を逆導電型とした他
は、実施例３と同様にして赤外線検出素子１を得た。ア
モルファス半導体薄膜１４，１５の逆導電型は、例え
ば、ＰＨ3 ／ＳｉＨ4 ＝約２％程度のドーピングなどで
得ることが出来る。
実施例３において、緩衝用のアモルファス半導体薄膜１
２，１３を形成せず、アモルファス半導体薄膜１１とア
モルファス半導体薄膜１４，１５を逆導電型とした他
は、実施例３と同様にして赤外線検出素子１を得た。ア
モルファス半導体薄膜１４，１５の逆導電型は、例え
ば、ＰＨ3 ／ＳｉＨ4 ＝約２％程度のドーピングなどで
得ることが出来る。
【００２９】この発明は、上記実施例に限らない。例え
ば、シリコン基板が他の基板である赤外線検出素子であ
ってもよい。
ば、シリコン基板が他の基板である赤外線検出素子であ
ってもよい。
【００３０】
【発明の効果】この発明の赤外線検出素子は、必要なパ
ターン加工等に微細加工技術が容易に適用できるため、
製造が容易であり、膜同士の内部応力の差に起因する損
壊が充分に抑制されるために素子製造の歩留りがよく、
加えて、膜形成回数の減少の点でも製造は容易となり、
その上、赤外線吸収に伴って発生する熱の伝達遅れも事
実上なく迅速な検出が可能である。
ターン加工等に微細加工技術が容易に適用できるため、
製造が容易であり、膜同士の内部応力の差に起因する損
壊が充分に抑制されるために素子製造の歩留りがよく、
加えて、膜形成回数の減少の点でも製造は容易となり、
その上、赤外線吸収に伴って発生する熱の伝達遅れも事
実上なく迅速な検出が可能である。
【図１】この発明の赤外線検出素子の第１構成例をあら
わす断面図である。
わす断面図である。
【図２】この発明の赤外線検出素子の第２構成例をあら
わす断面図である。
わす断面図である。
【図３】この発明の赤外線検出素子の第３構成例をあら
わす断面図である。
わす断面図である。
【図４】この発明の赤外線検出素子の第４構成例をあら
わす断面図である。
わす断面図である。
【図５】アモルファスＳｉ：Ｈのドーピング量と活性化
エネルギーと導電率の関係をあらわすグラフである。
エネルギーと導電率の関係をあらわすグラフである。
【図６】アモルファスＳｉ：Ｈの温度と導電率の関係を
あらわすグラフである。
あらわすグラフである。
【図７】アモルファス半導体薄膜の赤外線吸収特性例を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図８】アモルファス半導体薄膜の内部応力例を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図９】従来の赤外線検出素子をあらわす断面図であ
る。
る。
１ 赤外線検出素子 ２ 赤外線検出部 ３ シリコン基板 ７ 空間（熱分離空間） １１ アモルファス半導体薄膜Ａ １２ アモルファス半導体薄膜Ｃ １３ アモルファス半導体薄膜Ｃ １４ アモルファス半導体薄膜Ｂ １５ アモルファス半導体薄膜Ｂ １７ 電極 １８ 電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−96549（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−162683（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−243817（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−12521（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01J 1/02 G01J 5/02 G01J 5/12 G01J 5/20 - 5/24 G01K 7/22 H01C 7/02 - 7/22 H01L 31/00 - 31/02 H01L 31/08 H01L 37/00 - 37/02
Claims (8)
- 【請求項１】 温度変化に伴い抵抗値が変化する薄膜抵
抗体を備え赤外線吸収により生じた熱で前記薄膜に温度
変化が起こるようになっている赤外線検出部が基板に設
けられている赤外線検出素子において、前記薄膜抵抗体
が、酸化シリコン膜、窒素を含む酸化シリコン膜および
窒化シリコン膜のうちの一つであって赤外線吸収機能と
熱絶縁機能の両機能をも有する半導体薄膜であることを
特徴とする赤外線検出素子。 - 【請求項２】 基板における赤外線検出部の設置域は裏
側が空間となっており、赤外線検出部が前記空間に渡さ
れる形で設けられている請求項１記載の赤外線検出素
子。 - 【請求項３】 半導体薄膜が、アモルファス半導体薄膜
Ａであって表面に一対の引き出し電極が設けられてお
り、半導体薄膜と電極の間に単一元素半導体薄膜が設け
られている請求項１から２までの何れかに記載の赤外線
検出素子。 - 【請求項４】 単一元素半導体薄膜がアモルファス半導
体薄膜Ｂである請求項３記載の赤外線検出素子。 - 【請求項５】 一対の電極が半導体薄膜を上下に挟むよ
うに設けられており、赤外線入射側に位置する電極が赤
外線をほぼ透過する材料で形成されている請求項３から
４までのいずれかに記載の赤外線検出素子。 - 【請求項６】 アモルファス半導体薄膜Ａ，Ｂが不純物
ドーピング薄膜であって逆の導電型である請求項４また
は５記載の赤外線検出素子。 - 【請求項７】 アモルファス半導体薄膜Ａ，Ｂの間に緩
衝用のアモルファス半導体薄膜Ｃが設けられている請求
項４から６までのいずれかに記載の赤外線検出素子。 - 【請求項８】 緩衝用のアモルファス半導体薄膜Ｃがア
モルファス半導体薄膜Ａの組成とアモルファス半導体薄
膜Ｂの組成の中間の化学的組成を有する請求項７記載の
赤外線検出素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28638492A JP3195443B2 (ja) | 1992-10-23 | 1992-10-23 | 赤外線検出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28638492A JP3195443B2 (ja) | 1992-10-23 | 1992-10-23 | 赤外線検出素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06137937A JPH06137937A (ja) | 1994-05-20 |
| JP3195443B2 true JP3195443B2 (ja) | 2001-08-06 |
Family
ID=17703704
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28638492A Expired - Fee Related JP3195443B2 (ja) | 1992-10-23 | 1992-10-23 | 赤外線検出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3195443B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016205913A (ja) * | 2015-04-20 | 2016-12-08 | セイコーエプソン株式会社 | 赤外センサー、赤外センサーの製造方法および電子機器 |
-
1992
- 1992-10-23 JP JP28638492A patent/JP3195443B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06137937A (ja) | 1994-05-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |