JP3386830B2 - ボロメータ及び半導体基板上にボロメータ・セルを形成する方法並びにボロメータアレイで構成された赤外線検出アレイ - Google Patents
ボロメータ及び半導体基板上にボロメータ・セルを形成する方法並びにボロメータアレイで構成された赤外線検出アレイInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は全般的に半導体装置の
製造、特に、無冷却赤外線検出器及びその製法に関す
る。
製造、特に、無冷却赤外線検出器及びその製法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術及び課題】温かい物体から放出される赤外
線放射の検出は、夜間に見る（可視光を用いずに知覚す
る）為の重要な方法である。赤外線検出器は、走査形又
は凝視形アレイ、極低温（典形的には液体窒素の温度）
又は無冷却検出器、３−５ミクロン又は８−１２ミクロ
ンのスペクトル感度範囲及び光子又は熱検出機構の様
に、種々の方法で分類することができる。極低温赤外線
検出器は、典形的には、ＨｇＣｄＴｅの様なバンドギャ
ップの小さい（約０．１−０．２ｅＶ）半導体で作ら
れ、光子を吸収して電子−正孔の対を発生するフォトダ
イオード又はフォトキャパシタとして動作する。例え
ば、シリコン信号処理回路に接着したＨｇＣｄＴｅフォ
トキャパシタを持つハイブリッド装置について述べた米
国特許第４，６８６，３７３号を参照されたい。
線放射の検出は、夜間に見る（可視光を用いずに知覚す
る）為の重要な方法である。赤外線検出器は、走査形又
は凝視形アレイ、極低温（典形的には液体窒素の温度）
又は無冷却検出器、３−５ミクロン又は８−１２ミクロ
ンのスペクトル感度範囲及び光子又は熱検出機構の様
に、種々の方法で分類することができる。極低温赤外線
検出器は、典形的には、ＨｇＣｄＴｅの様なバンドギャ
ップの小さい（約０．１−０．２ｅＶ）半導体で作ら
れ、光子を吸収して電子−正孔の対を発生するフォトダ
イオード又はフォトキャパシタとして動作する。例え
ば、シリコン信号処理回路に接着したＨｇＣｄＴｅフォ
トキャパシタを持つハイブリッド装置について述べた米
国特許第４，６８６，３７３号を参照されたい。
【０００３】無冷却赤外線検出器は、バンドギャップが
室温で僅か約４ｋＴであって、暗電流の中にどんな信号
も埋もれてしまうので、バンドギャップの小さい半導体
を使うことができない。この為、無冷却赤外線検出器は
他の物理現象に頼っており、極低温検出器より感度が低
いが、冷却装置又はそのエネルギ消費を必要としない。
極低温検出器の一層高い検出能力を必要としない様な携
帯式の低エネルギの用途では、無冷却熱検出器を選ぶの
が好ましい。この時、赤外線の光子を吸収し、その結果
起こる吸収素子の加熱を検出する。熱検出器は（１）パ
イロ電気検出器、（２）熱電対又は（３）ボロメータと
いう３種類の内の１つであるのが普通である。
室温で僅か約４ｋＴであって、暗電流の中にどんな信号
も埋もれてしまうので、バンドギャップの小さい半導体
を使うことができない。この為、無冷却赤外線検出器は
他の物理現象に頼っており、極低温検出器より感度が低
いが、冷却装置又はそのエネルギ消費を必要としない。
極低温検出器の一層高い検出能力を必要としない様な携
帯式の低エネルギの用途では、無冷却熱検出器を選ぶの
が好ましい。この時、赤外線の光子を吸収し、その結果
起こる吸収素子の加熱を検出する。熱検出器は（１）パ
イロ電気検出器、（２）熱電対又は（３）ボロメータと
いう３種類の内の１つであるのが普通である。
【０００４】パイロ電気検出器はそのキューリー温度よ
り少し低い動作温度（典形的には０℃乃至１５０℃）で
（ＢａＳｒＴｉＯ3 の様な）強電性セラミック材料を使
う。好ましい強電性材料は、動作温度で自発誘電体分極
に大きな変化を持ち、強電体を絶縁体として、キャパシ
タの両端に電荷を発生することによって生じた誘起電圧
を感知することにより、強電体の加熱が検出される。例
えば米国特許第４，３４８，６１１号、同第４，１４
２，２０７号及び同第４，３７９，２３２号を参照され
たい。
り少し低い動作温度（典形的には０℃乃至１５０℃）で
（ＢａＳｒＴｉＯ3 の様な）強電性セラミック材料を使
う。好ましい強電性材料は、動作温度で自発誘電体分極
に大きな変化を持ち、強電体を絶縁体として、キャパシ
タの両端に電荷を発生することによって生じた誘起電圧
を感知することにより、強電体の加熱が検出される。例
えば米国特許第４，３４８，６１１号、同第４，１４
２，２０７号及び同第４，３７９，２３２号を参照され
たい。
【０００５】パイロ電気検出器は混成方式であって、強
電体材料の欠陥、接点の欠陥及び盛上げ結合部の欠陥の
為に、大きな検出器アレイ（例えば２５６×２５６個の
画素のアレイと云う様な）に拡張した時に問題があり、
こう云う欠陥の為に歩留まりが低い。
電体材料の欠陥、接点の欠陥及び盛上げ結合部の欠陥の
為に、大きな検出器アレイ（例えば２５６×２５６個の
画素のアレイと云う様な）に拡張した時に問題があり、
こう云う欠陥の為に歩留まりが低い。
【０００６】熱電対は、温度と共に、異質導体の接合の
接触電位が変化することに頼っている。例えば、シリコ
ン上のモノリシック・アレイにビスマス・アンチモン又
はポリシリコン−金の対を用いた、１９８０年ＩＥＥＥ
ＩＥＤＭ テクニカル・ダイジェスト６７６に記載さ
れたＧ．ラヒジ他の論文「集積回路技術を用いて製造し
たモノリシック熱電堆検出器」を参照されたい。
接触電位が変化することに頼っている。例えば、シリコ
ン上のモノリシック・アレイにビスマス・アンチモン又
はポリシリコン−金の対を用いた、１９８０年ＩＥＥＥ
ＩＥＤＭ テクニカル・ダイジェスト６７６に記載さ
れたＧ．ラヒジ他の論文「集積回路技術を用いて製造し
たモノリシック熱電堆検出器」を参照されたい。
【０００７】ボロメータは、典形的には熱的に隔離され
た薄い金属被膜又は半導体被膜の抵抗値の温度変化に頼
る。薄膜は、シリコン基板内の懸架した誘電体被膜の上
に作ることができ、シリコン基板上のモノリシック検出
回路に隣接して配置することができる。誘電体被膜が懸
架される様に、誘電体被膜の下からシリコンをエッチン
グによって除くことにより、誘電体被膜がシリコン基板
の他の部分から熱的に隔離される。その例として、温度
による抵抗変化の為の不定形シリコン被膜と赤外線吸収
及び電気接点の為の突合せニッケル被膜を含む、２４イ
ンフラレッド・フィジックス誌５７（１９８４年）及び
２６インフラレッド・フィジックス誌４３（１９８６
年）所載のＫ．Ｃ．リディヤードの論文を参照された
い。上に挙げた引用文献をここで参照しておく。
た薄い金属被膜又は半導体被膜の抵抗値の温度変化に頼
る。薄膜は、シリコン基板内の懸架した誘電体被膜の上
に作ることができ、シリコン基板上のモノリシック検出
回路に隣接して配置することができる。誘電体被膜が懸
架される様に、誘電体被膜の下からシリコンをエッチン
グによって除くことにより、誘電体被膜がシリコン基板
の他の部分から熱的に隔離される。その例として、温度
による抵抗変化の為の不定形シリコン被膜と赤外線吸収
及び電気接点の為の突合せニッケル被膜を含む、２４イ
ンフラレッド・フィジックス誌５７（１９８４年）及び
２６インフラレッド・フィジックス誌４３（１９８６
年）所載のＫ．Ｃ．リディヤードの論文を参照された
い。上に挙げた引用文献をここで参照しておく。
【０００８】熱電対及びボロメータは、検出回路と共
に、シリコン・ウェーハの上にモノリシックに作ること
ができるので、パイロ電気検出器の歩留まりの問題が避
けられる。然し、熱電対及びボロメータは、パイロ電気
検出器よりも検出能力が低いという問題がある。
に、シリコン・ウェーハの上にモノリシックに作ること
ができるので、パイロ電気検出器の歩留まりの問題が避
けられる。然し、熱電対及びボロメータは、パイロ電気
検出器よりも検出能力が低いという問題がある。
【０００９】別のボロメータ方式が米国特許第５，０２
１，６６３号に記載されている。この方式では、電流
が、比較的短かい抵抗通路を持つ検出器の中を垂直方向
に流れ、この結果非直線的な電気特性になり、一層大き
な抵抗値の電圧係数が得られる。非直線抵抗は検出器ア
レイの性能を悪くする。その為、大きな導電通路を持つ
セルが望ましい。従って、こう云う問題のどれか又は全
てを解決する改良が現在では望まれている。
１，６６３号に記載されている。この方式では、電流
が、比較的短かい抵抗通路を持つ検出器の中を垂直方向
に流れ、この結果非直線的な電気特性になり、一層大き
な抵抗値の電圧係数が得られる。非直線抵抗は検出器ア
レイの性能を悪くする。その為、大きな導電通路を持つ
セルが望ましい。従って、こう云う問題のどれか又は全
てを解決する改良が現在では望まれている。
【００１０】
【課題を解決する為の手段及び作用】この他の目的及び
利点は明白であろうし、一部分は以下の説明から明らか
になるが、無冷却赤外線検出器に対する方法と装置を提
供するこの発明によって達成される。
利点は明白であろうし、一部分は以下の説明から明らか
になるが、無冷却赤外線検出器に対する方法と装置を提
供するこの発明によって達成される。
【００１１】ここでは、或るスペクトル範囲内の放射を
検出するボロメータを説明する。ボロメータが集積回路
基板と、この基板から少なくとも１つのピラーだけ隔た
った画素本体とを含む。画素本体は、例えば７乃至１２
ミクロンというスペクトル範囲を含む広い範囲に亘って
放射を吸収する、例えばチタンの様な吸収材料で構成さ
れる。吸収材料が画素本体を、吸収された放射に比例す
る温度に加熱する。吸収材料の上に絶縁材料を形成す
る。更に、絶縁層の上に、画素本体の温度に対応する電
気抵抗を持つ可変抵抗材料、考えられるものとしては、
例えば不定形シリコンが形成される。電流が可変抵抗材
料の中を集積回路基板と略平行に流れて検出される。
検出するボロメータを説明する。ボロメータが集積回路
基板と、この基板から少なくとも１つのピラーだけ隔た
った画素本体とを含む。画素本体は、例えば７乃至１２
ミクロンというスペクトル範囲を含む広い範囲に亘って
放射を吸収する、例えばチタンの様な吸収材料で構成さ
れる。吸収材料が画素本体を、吸収された放射に比例す
る温度に加熱する。吸収材料の上に絶縁材料を形成す
る。更に、絶縁層の上に、画素本体の温度に対応する電
気抵抗を持つ可変抵抗材料、考えられるものとしては、
例えば不定形シリコンが形成される。電流が可変抵抗材
料の中を集積回路基板と略平行に流れて検出される。
【００１２】ボロメータ・セルを形成する方法が、基板
の上に暫定層を形成する工程を含む。吸収材料の層を暫
定層の上に形成し、パターンぎめしてエッチングする。
絶縁層を吸収材料の層の上に形成し、パターンぎめして
エッチングする。その後、絶縁層の上に可変抵抗材料の
層を形成する。可変抵抗材料の層、及び暫定層のその下
にある部分に、少なくとも１つのピラー孔を形成する。
各々のピラー孔の中に導電ピラーを形成する。可変抵抗
材料をパターンぎめしてエッチングし、温度によって可
変の抵抗を形成する。ピラーから温度によって可変の抵
抗まで、少なくとも２つの接点を形成する。最後に、暫
定層を除去する。
の上に暫定層を形成する工程を含む。吸収材料の層を暫
定層の上に形成し、パターンぎめしてエッチングする。
絶縁層を吸収材料の層の上に形成し、パターンぎめして
エッチングする。その後、絶縁層の上に可変抵抗材料の
層を形成する。可変抵抗材料の層、及び暫定層のその下
にある部分に、少なくとも１つのピラー孔を形成する。
各々のピラー孔の中に導電ピラーを形成する。可変抵抗
材料をパターンぎめしてエッチングし、温度によって可
変の抵抗を形成する。ピラーから温度によって可変の抵
抗まで、少なくとも２つの接点を形成する。最後に、暫
定層を除去する。
【００１３】この発明の利点は、この他の現在利用し得
る方式に比べて、妥当なコストで製造することのできる
生産性のある赤外線検出セルが得られることである。
る方式に比べて、妥当なコストで製造することのできる
生産性のある赤外線検出セルが得られることである。
【００１４】更に、この発明のセルは室温に近い温度で
動作させることができ、この為極低温装置の必要が無
い。その結果、極低温装置に普通伴なうコスト及び寸法
の制約が避けられる。
動作させることができ、この為極低温装置の必要が無
い。その結果、極低温装置に普通伴なうコスト及び寸法
の制約が避けられる。
【００１５】更に、温度感知抵抗の中の電流通路が、抵
抗の中を垂直にと云うのでは無く、基板に対して平行で
あるから、比較的長い導電通路ができる。その為、抵抗
の一層妥当な電圧係数を達成することができ、従って、
一層直線的な装置を作ることができる。
抗の中を垂直にと云うのでは無く、基板に対して平行で
あるから、比較的長い導電通路ができる。その為、抵抗
の一層妥当な電圧係数を達成することができ、従って、
一層直線的な装置を作ることができる。
【００１６】この発明の上に述べた特徴は、以下図面に
ついて述べる所から、更によく理解されよう。図面全体
に亘り、特に断らない限り、対応する部分には同じ数字
及び記号を用いている。
ついて述べる所から、更によく理解されよう。図面全体
に亘り、特に断らない限り、対応する部分には同じ数字
及び記号を用いている。
【００１７】
【実施例】次に現在好ましいと考えられる実施例の作り
方と使い方を詳しく説明する。然し、この発明は色々応
用の利く発明の概念を提供するものであり、この考えは
広い範囲の種々の具体的な形で実施することができる。
ここで具体的に説明する実施例は、この発明を作り及び
使う具体的な例を示すに過ぎず、この発明の範囲を制限
するものでは無い。
方と使い方を詳しく説明する。然し、この発明は色々応
用の利く発明の概念を提供するものであり、この考えは
広い範囲の種々の具体的な形で実施することができる。
ここで具体的に説明する実施例は、この発明を作り及び
使う具体的な例を示すに過ぎず、この発明の範囲を制限
するものでは無い。
【００１８】図１は全体を１００で示した赤外線作像装
置を示す略図である。この装置が赤外線レンズ装置１０
２、随意選択の機械的なチョッパ１０４（この発明では
この要素は必要では無い）、ボロメータ・アレイ１０
６、アレイ１０６に対する駆動及び読出し回路１０８、
ビデオ処理装置１１０、表示装置１１２、及びタイミン
グ及び制御回路１１４を含む。レンズ装置１０２が、温
かい物体１１６から放出された赤外線放射をアレイ１０
６に結像する。チョッパ１０４は、レンズ装置１０２に
よって集められた赤外線放射を周期的に遮り、且つ通過
させる開口を持つ回転円盤であってよい。好ましい実施
例では、チョッパ１０４は焦点合せ／焦点外し形であ
る。一実施例では、アレイ１０６が、２５６行及び２５
６列に配置された６５，５３６個のボロメータを含む。
各々のボロメータが、温かい物体１１６の像にレンズ装
置１０２の視野内にある周囲の場面を加えたものの中の
画素に対応する。アレイ１０６は、片側に赤外線に対し
て透明な窓を形成するか、又は熱輸送の小さいゲートの
雰囲気によって囲まれたステンレスの真空室の中に収容
することができる。温かい物体１１６を含む画面からの
放射が、窓を通ってアレイ１０６に入る様に、窓を位置
ぎめする。
置を示す略図である。この装置が赤外線レンズ装置１０
２、随意選択の機械的なチョッパ１０４（この発明では
この要素は必要では無い）、ボロメータ・アレイ１０
６、アレイ１０６に対する駆動及び読出し回路１０８、
ビデオ処理装置１１０、表示装置１１２、及びタイミン
グ及び制御回路１１４を含む。レンズ装置１０２が、温
かい物体１１６から放出された赤外線放射をアレイ１０
６に結像する。チョッパ１０４は、レンズ装置１０２に
よって集められた赤外線放射を周期的に遮り、且つ通過
させる開口を持つ回転円盤であってよい。好ましい実施
例では、チョッパ１０４は焦点合せ／焦点外し形であ
る。一実施例では、アレイ１０６が、２５６行及び２５
６列に配置された６５，５３６個のボロメータを含む。
各々のボロメータが、温かい物体１１６の像にレンズ装
置１０２の視野内にある周囲の場面を加えたものの中の
画素に対応する。アレイ１０６は、片側に赤外線に対し
て透明な窓を形成するか、又は熱輸送の小さいゲートの
雰囲気によって囲まれたステンレスの真空室の中に収容
することができる。温かい物体１１６を含む画面からの
放射が、窓を通ってアレイ１０６に入る様に、窓を位置
ぎめする。
【００１９】ミクロボロメータ画像センサの設計の要点
は、ＩＲ束を電気信号に変換することに通ずる一連の事
象の中での各々の素子を考えることによって確認するこ
とができる。最初の工程は、ＩＲ束を検出器の画素に貯
蔵される熱エネルギに変換することである。この過程を
できる限り大きくしようとすれば、画素の吸収効率は関
心のあるＩＲ帯に亘って１００％にすべきである。画素
の温度上昇が大きくなる様にする為には、画素の熱容量
を最小限にし、周囲の構造からの画素の熱的な隔離を最
大にしなければならない。画素の所定の温度変化に対す
る信号出力を最大にする為には、ボロメータ抵抗の温度
に対する抵抗係数ができるだけ大きくあるべきである。
画素の抵抗値は、読出し回路と両立性を持つ様なもので
なければならないと共に、読出し回路によって要求され
る、読出し状態にある画素の電力散逸を制御するもので
なければならない。最後に、画素の抵抗及び読出し用前
置増幅器の両方によって発生される電気雑音は、必要な
作像性能が得られる位に小さくなければならない。
は、ＩＲ束を電気信号に変換することに通ずる一連の事
象の中での各々の素子を考えることによって確認するこ
とができる。最初の工程は、ＩＲ束を検出器の画素に貯
蔵される熱エネルギに変換することである。この過程を
できる限り大きくしようとすれば、画素の吸収効率は関
心のあるＩＲ帯に亘って１００％にすべきである。画素
の温度上昇が大きくなる様にする為には、画素の熱容量
を最小限にし、周囲の構造からの画素の熱的な隔離を最
大にしなければならない。画素の所定の温度変化に対す
る信号出力を最大にする為には、ボロメータ抵抗の温度
に対する抵抗係数ができるだけ大きくあるべきである。
画素の抵抗値は、読出し回路と両立性を持つ様なもので
なければならないと共に、読出し回路によって要求され
る、読出し状態にある画素の電力散逸を制御するもので
なければならない。最後に、画素の抵抗及び読出し用前
置増幅器の両方によって発生される電気雑音は、必要な
作像性能が得られる位に小さくなければならない。
【００２０】工学的な構造では屡々そうであるが、こう
云う多くの条件は互いに矛盾しており、全てのパラメー
タを個別に最適にすることはできない。例えば、検出器
を薄くすることによって、画素の熱容量を最小限にしよ
うとすると、恐らく構造の吸収が受入れることのできな
いものになり、その逆のことも受入れることができなく
なり、熱容量を犠牲にして吸収を最大にすることになろ
う。
云う多くの条件は互いに矛盾しており、全てのパラメー
タを個別に最適にすることはできない。例えば、検出器
を薄くすることによって、画素の熱容量を最小限にしよ
うとすると、恐らく構造の吸収が受入れることのできな
いものになり、その逆のことも受入れることができなく
なり、熱容量を犠牲にして吸収を最大にすることになろ
う。
【００２１】図２は、相反する条件の間の工学的に受入
れることができる兼合いとなる構造の第１の好ましい実
施例の断面図を湿す。この構造では、画素本体１２０が
シリン基板１２２の上方にピラー１２４によって隔てら
れており、基板は特定の画素に関連する画素前置増幅器
（図面に示してない）を持っている。ピラー１２４は、
アルミニウム、又は他の金属の様に構造及び導電条件を
満たすその他の材料で作ることができる。ピラー１２４
が、画素１２０と、基板１２２にデポジットした赤外線
反射被膜によって形成された基板鏡１２６との間の隔た
りを制御する。反射被膜はアルミニウム又はその他の適
当な金属であってよい。鏡１２６が、画素を最初に通過
した時に吸収されなかったＩＲ放射を反射して画素に戻
し、更によく吸収される様に作用する。画素本体１２０
は、理想的には、共振性能を得る為に、鏡１２６の上方
にλ／４μ（λは検出するＩＲ放射の波長であり、典形
的には７乃至１２ミクロンである。）だけ隔てることが
できる。然し、もっと実際的な場合、この間隔は処理又
はその他の関心によって決定される。実験によると、こ
の構造のＩＲ吸収は、鏡と吸収材の間隔が約λ／４であ
ることに強く左右されず、従ってこの間隔は普通は製造
し易い様に選ばれる。
れることができる兼合いとなる構造の第１の好ましい実
施例の断面図を湿す。この構造では、画素本体１２０が
シリン基板１２２の上方にピラー１２４によって隔てら
れており、基板は特定の画素に関連する画素前置増幅器
（図面に示してない）を持っている。ピラー１２４は、
アルミニウム、又は他の金属の様に構造及び導電条件を
満たすその他の材料で作ることができる。ピラー１２４
が、画素１２０と、基板１２２にデポジットした赤外線
反射被膜によって形成された基板鏡１２６との間の隔た
りを制御する。反射被膜はアルミニウム又はその他の適
当な金属であってよい。鏡１２６が、画素を最初に通過
した時に吸収されなかったＩＲ放射を反射して画素に戻
し、更によく吸収される様に作用する。画素本体１２０
は、理想的には、共振性能を得る為に、鏡１２６の上方
にλ／４μ（λは検出するＩＲ放射の波長であり、典形
的には７乃至１２ミクロンである。）だけ隔てることが
できる。然し、もっと実際的な場合、この間隔は処理又
はその他の関心によって決定される。実験によると、こ
の構造のＩＲ吸収は、鏡と吸収材の間隔が約λ／４であ
ることに強く左右されず、従ってこの間隔は普通は製造
し易い様に選ばれる。
【００２２】鏡１２６は、集積回路（ＩＣ）と画素抵抗
の間の画素相互接続部の１つとしても作用し得る。導電
パッド１２８が画素とＩＣの間の別の相互接続部として
作用する。鏡１２６が画素相互接続部の内の１つでない
場合、別のパッド（図面に示してない）を使うことがで
きる。最初のパスで、ＩＲ吸収効率が十分に高ければ、
鏡１２６を省略してもよいことに注意されたい。
の間の画素相互接続部の１つとしても作用し得る。導電
パッド１２８が画素とＩＣの間の別の相互接続部として
作用する。鏡１２６が画素相互接続部の内の１つでない
場合、別のパッド（図面に示してない）を使うことがで
きる。最初のパスで、ＩＲ吸収効率が十分に高ければ、
鏡１２６を省略してもよいことに注意されたい。
【００２３】画素本体１２０は、検出に必要な種々の機
能を果たす被膜の逐次的な層で構成される。最初の被膜
層１３０は不活性化層であり、製造過程の間、主吸収材
層１３２を損傷から保護する。必要な化学的な性質を持
つ任意の被膜を使うことができる。その被膜の例を挙げ
れば、二酸化シリコン、不定形シリコン及び窒化シリコ
ンがある。次の層である吸収材層１３２は、自由電子の
吸収を利用して、入射したＩＲを画素内の熱に変換する
薄い導電層である。この吸収材層は、典形的にはチタ
ン、ニッケル又はクロムの様な金属である。次に、絶縁
層１３４が形成されて吸収材層１３２を隔離し、その次
に、検出器の温度感知抵抗被膜１３６である次の層があ
る。絶縁被膜１３４はＩＲ放射の２次吸収材としても作
用し得る。絶縁層１３４には、二酸化シリコン、窒化シ
リコン又は不定形シリコンの様に、任意の絶縁被膜を使
うことができる。層１３４は不活性化層１３０と同じ材
料であってもよい。最後の被膜が温度感知抵抗層１３６
であり、これがボロメータ抵抗を形成し、２次ＩＲ吸収
材として作用し得る。好ましい実施例では、ボロメータ
抵抗材料１３６は、７×１０-4／Ω−ｃｍにドープされ
た不定形シリコンであってよい。然し、適当なＴＣＲ
（抵抗温度係数）を持つ半導体又は半金属を使うことが
できる。
能を果たす被膜の逐次的な層で構成される。最初の被膜
層１３０は不活性化層であり、製造過程の間、主吸収材
層１３２を損傷から保護する。必要な化学的な性質を持
つ任意の被膜を使うことができる。その被膜の例を挙げ
れば、二酸化シリコン、不定形シリコン及び窒化シリコ
ンがある。次の層である吸収材層１３２は、自由電子の
吸収を利用して、入射したＩＲを画素内の熱に変換する
薄い導電層である。この吸収材層は、典形的にはチタ
ン、ニッケル又はクロムの様な金属である。次に、絶縁
層１３４が形成されて吸収材層１３２を隔離し、その次
に、検出器の温度感知抵抗被膜１３６である次の層があ
る。絶縁被膜１３４はＩＲ放射の２次吸収材としても作
用し得る。絶縁層１３４には、二酸化シリコン、窒化シ
リコン又は不定形シリコンの様に、任意の絶縁被膜を使
うことができる。層１３４は不活性化層１３０と同じ材
料であってもよい。最後の被膜が温度感知抵抗層１３６
であり、これがボロメータ抵抗を形成し、２次ＩＲ吸収
材として作用し得る。好ましい実施例では、ボロメータ
抵抗材料１３６は、７×１０-4／Ω−ｃｍにドープされ
た不定形シリコンであってよい。然し、適当なＴＣＲ
（抵抗温度係数）を持つ半導体又は半金属を使うことが
できる。
【００２４】理想的なボロメータは４つの特性、即ち、
１）大きな温度依存性、２）１００％のＩＲの吸収、
３）熱容量が極く小さいこと、及び４）熱隔離が高いこ
とを有する。従って、装置を形成する為に選ばれる材料
は、こう云う特性を最適にする様に選ぶ。例えば、吸収
層１３２は、最大量のＩＲエネルギが熱に変換される様
に選ばれる。実際の場合、チタンの様な材料を用いる
と、８０乃至９０％の吸収が達成された。
１）大きな温度依存性、２）１００％のＩＲの吸収、
３）熱容量が極く小さいこと、及び４）熱隔離が高いこ
とを有する。従って、装置を形成する為に選ばれる材料
は、こう云う特性を最適にする様に選ぶ。例えば、吸収
層１３２は、最大量のＩＲエネルギが熱に変換される様
に選ばれる。実際の場合、チタンの様な材料を用いる
と、８０乃至９０％の吸収が達成された。
【００２５】可変抵抗を適当な半導体で形成する場合、
スペクトル範囲は可視光を含むことができる。可視光が
半導体によって吸収され、ボロメータ抵抗内に担体が発
生される。これが検出器の抵抗値を変える。
スペクトル範囲は可視光を含むことができる。可視光が
半導体によって吸収され、ボロメータ抵抗内に担体が発
生される。これが検出器の抵抗値を変える。
【００２６】一旦ＩＲエネルギが熱に変換されたら、温
度感知抵抗材料１３６が抵抗値を変えて、熱、従ってＩ
Ｒ放射が、その下の回路で検出できる様にならなければ
ならない。更に、抵抗内で発生される電気雑音を最小限
に抑えなければならない。典形的には雑音は１／Ｆ雑音
である。１／Ｆ雑音は、被膜の欠陥に担体ガトラップさ
れたことによって発生されるのが典形的である。雑音の
小さい被膜を調製することは、現在では経験的な技術で
ある。従って、熱抵抗依存性を最大にするが、電気雑音
を最小限にする材料が選ばれる。その例を幾つか挙げる
と、不定形シリコン、ゲルマニウム及び金属酸化物があ
る。然し、この判断基準を満たすこの他の材料を使って
もよい。
度感知抵抗材料１３６が抵抗値を変えて、熱、従ってＩ
Ｒ放射が、その下の回路で検出できる様にならなければ
ならない。更に、抵抗内で発生される電気雑音を最小限
に抑えなければならない。典形的には雑音は１／Ｆ雑音
である。１／Ｆ雑音は、被膜の欠陥に担体ガトラップさ
れたことによって発生されるのが典形的である。雑音の
小さい被膜を調製することは、現在では経験的な技術で
ある。従って、熱抵抗依存性を最大にするが、電気雑音
を最小限にする材料が選ばれる。その例を幾つか挙げる
と、不定形シリコン、ゲルマニウム及び金属酸化物があ
る。然し、この判断基準を満たすこの他の材料を使って
もよい。
【００２７】３番目の特性、即ち熱容量が小さいこと
は、各々の被膜を非常に薄く作ることができる様に、適
当な物理的な強度を持つ被膜を選ぶことによって最適に
される。
は、各々の被膜を非常に薄く作ることができる様に、適
当な物理的な強度を持つ被膜を選ぶことによって最適に
される。
【００２８】４番目の特性、即ち熱の隔離がよいこと
は、画素をセルの他の部分から熱的に隔離することによ
って最適にされる。この目標は、画素本体１２０を基板
１２２から隔てることによって達成される。この他の熱
隔離方式は、後で図３について説明する。
は、画素をセルの他の部分から熱的に隔離することによ
って最適にされる。この目標は、画素本体１２０を基板
１２２から隔てることによって達成される。この他の熱
隔離方式は、後で図３について説明する。
【００２９】温度感知抵抗１２０がピラー１２４に接続
される。このピラーが基板１２２内に形成されたＩＣに
相互接続部１３８を介して接続される。相互接続部１３
８は任意の適当な導電材料で形成することができる。
される。このピラーが基板１２２内に形成されたＩＣに
相互接続部１３８を介して接続される。相互接続部１３
８は任意の適当な導電材料で形成することができる。
【００３０】図３は画素構造の平面図を示す。図２と共
に図３について説明すると、画素１２０の中心部分は、
ＩＲ放射の吸収をすると共に画素抵抗の本体となる。画
素の２辺に沿った支持アーム１４２が、抵抗本体１２０
と、熱抵抗１４２の基板側の端にあるその下のスペーサ
・ミラー１２４との間に長くて薄い、幅の狭い熱隔離抵
抗を作る。支持アームは空隙１４６によって、抵抗本体
から隔てられている。こうして、画素本体１４０が基板
１２２から熱的に隔離されている。
に図３について説明すると、画素１２０の中心部分は、
ＩＲ放射の吸収をすると共に画素抵抗の本体となる。画
素の２辺に沿った支持アーム１４２が、抵抗本体１２０
と、熱抵抗１４２の基板側の端にあるその下のスペーサ
・ミラー１２４との間に長くて薄い、幅の狭い熱隔離抵
抗を作る。支持アームは空隙１４６によって、抵抗本体
から隔てられている。こうして、画素本体１４０が基板
１２２から熱的に隔離されている。
【００３１】図３に示す様に、画素の熱隔離と画素本体
の構造的な支持との間には兼合いをとらなければならな
い。図示の場合、すき間１４６（これは空隙であってよ
い）が、４辺の内の３辺で、支持アーム１４２を画素本
体１２０から隔てている。すき間１４６は、更に熱隔離
を希望する場合、画素本体の残る２辺に沿って伸ばすこ
とができる。支持アーム１４２の機械的な強度が、この
変更によって実質的に弱められる。各々の個別の設計に
対し、こう云う兼合いも考慮しなければならない。
の構造的な支持との間には兼合いをとらなければならな
い。図示の場合、すき間１４６（これは空隙であってよ
い）が、４辺の内の３辺で、支持アーム１４２を画素本
体１２０から隔てている。すき間１４６は、更に熱隔離
を希望する場合、画素本体の残る２辺に沿って伸ばすこ
とができる。支持アーム１４２の機械的な強度が、この
変更によって実質的に弱められる。各々の個別の設計に
対し、こう云う兼合いも考慮しなければならない。
【００３２】支持アーム１４２の上面に沿って、導電材
料の非常に薄い被膜を適用して、画素の中心にある抵抗
本体１２０に電気接点を設けることができる。画素の熱
隔離を犠牲にしない様にする為、被膜はできるだけ薄く
する。
料の非常に薄い被膜を適用して、画素の中心にある抵抗
本体１２０に電気接点を設けることができる。画素の熱
隔離を犠牲にしない様にする為、被膜はできるだけ薄く
する。
【００３３】図３に示す金属片１４４が、支持アーム１
４２の端とスペーサ・ミラー１２４の頂部の間の機械的
な支持及び電気接点となる。図示の接点領域は、製造方
法の工夫であって、この構造に直接的な寄与をするもの
では無い。
４２の端とスペーサ・ミラー１２４の頂部の間の機械的
な支持及び電気接点となる。図示の接点領域は、製造方
法の工夫であって、この構造に直接的な寄与をするもの
では無い。
【００３４】完成された画素のＳＥＭ（２次電子顕微
鏡）写真が図４ａに示されている。図４ｂは、密な詰込
みのアレイに対する製造過程を実証する為の機械的な画
素のアレイを示す。
鏡）写真が図４ａに示されている。図４ｂは、密な詰込
みのアレイに対する製造過程を実証する為の機械的な画
素のアレイを示す。
【００３５】図２の断面図通りに製造され、且つ図３に
示す様な平面図の形状を持つ個々の画素を製造し、外部
の増幅器を用いて、ＩＲ検出器として動作させた。こう
云う装置に対してこれまで測定されたＮＥΔＴ（雑音等
価温度差）は、ｆ／１光学系を仮定すると、７乃至１２
ミクロンのＩＲ通過帯域及び１乃至１００Ｈｚの電気的
な通過帯に亘って測定した時、０．１８℃と云う程低か
った。装置の性能の限流因子は、ボロメータ被膜の過剰
の雑音（典形的には１／Ｆ雑音）である。この過剰の雑
音は、原則的には減らして、装置の性能が０．１乃至
０．０５℃又はそれよりよい値に達する様にすることが
できる。
示す様な平面図の形状を持つ個々の画素を製造し、外部
の増幅器を用いて、ＩＲ検出器として動作させた。こう
云う装置に対してこれまで測定されたＮＥΔＴ（雑音等
価温度差）は、ｆ／１光学系を仮定すると、７乃至１２
ミクロンのＩＲ通過帯域及び１乃至１００Ｈｚの電気的
な通過帯に亘って測定した時、０．１８℃と云う程低か
った。装置の性能の限流因子は、ボロメータ被膜の過剰
の雑音（典形的には１／Ｆ雑音）である。この過剰の雑
音は、原則的には減らして、装置の性能が０．１乃至
０．０５℃又はそれよりよい値に達する様にすることが
できる。
【００３６】こう云う画素の設計を現在実行するには、
プラズマＣＶＤ（化学反応気相成長）によって約２５０
Åの厚さにデポジットしたＳｉＯ2 （二酸化シリコン）
の吸収材不活性化層１３０を使う。吸収材層１３２は、
不活性化層１３０の上にデポジットした１４０ÅのＴｉ
（チタン）で構成される。絶縁体層１３４もＳｉＯ2 の
プラズマ・デポジッションで形成され、厚さは１，００
０乃至２，０００Åの間で変化する。抵抗層１３６は、
プラズマＣＶＤによってデポジットされたａ−Ｓｉ（不
定形シリコン）で構成され、ＰＦ5 （五弗化燐）原料か
ら取出した燐で導電性を持つ様にドープしてある。現在
デポジットしたこの薄膜の抵抗値の温度係数は３乃至
３．５％であり、導電度は約８×１０-4ｃｍ-1Ω-1であ
る。
プラズマＣＶＤ（化学反応気相成長）によって約２５０
Åの厚さにデポジットしたＳｉＯ2 （二酸化シリコン）
の吸収材不活性化層１３０を使う。吸収材層１３２は、
不活性化層１３０の上にデポジットした１４０ÅのＴｉ
（チタン）で構成される。絶縁体層１３４もＳｉＯ2 の
プラズマ・デポジッションで形成され、厚さは１，００
０乃至２，０００Åの間で変化する。抵抗層１３６は、
プラズマＣＶＤによってデポジットされたａ−Ｓｉ（不
定形シリコン）で構成され、ＰＦ5 （五弗化燐）原料か
ら取出した燐で導電性を持つ様にドープしてある。現在
デポジットしたこの薄膜の抵抗値の温度係数は３乃至
３．５％であり、導電度は約８×１０-4ｃｍ-1Ω-1であ
る。
【００３７】画素構造にこの様な被膜を選んだのは、１
つには、プロセスの便宜の為であり、もう１つには、重
要な電気的及び機械的な考慮の為である。例えば、絶縁
体被膜は、二酸化シリコンではなく、窒化シリコン、硫
化亜鉛又は不定形シリコンにすることができる。表１に
は、こう云う電気的及び機械的な性質の内の若干の重要
なものをまとめて示してある。
つには、プロセスの便宜の為であり、もう１つには、重
要な電気的及び機械的な考慮の為である。例えば、絶縁
体被膜は、二酸化シリコンではなく、窒化シリコン、硫
化亜鉛又は不定形シリコンにすることができる。表１に
は、こう云う電気的及び機械的な性質の内の若干の重要
なものをまとめて示してある。
【００３８】次に１個の画素の動作を簡単に説明する。
赤外線放射が、画素本体１２０の上面に入射し、吸収層
１３２に吸収されて、画素の温度を上昇させる。この
時、温度感知抵抗層１３６の抵抗値が、温度変化に対応
して、即ち、ＩＲ放射の強度変化に対応して変化する。
この抵抗値の変化を、基板１２２に形成した集積回路に
よって監視することができる。
赤外線放射が、画素本体１２０の上面に入射し、吸収層
１３２に吸収されて、画素の温度を上昇させる。この
時、温度感知抵抗層１３６の抵抗値が、温度変化に対応
して、即ち、ＩＲ放射の強度変化に対応して変化する。
この抵抗値の変化を、基板１２２に形成した集積回路に
よって監視することができる。
【００３９】図２に示した実施例では、電流が相互接続
部１３８ａから抵抗層１３６の中を、基板１２２と平行
に通り、相互接続部１３８ｂから下へ出て行く。電流
が、垂直に画素に入って、それから出ていくのとは対照
的に、横方向に画素を横切って流れるので、導電通路
は、或る従来の使い方よりもかなり長い。この違いは、
恐らく３，０００Åから３０μまで（２桁）であるが、
抵抗値の電圧係数にかなりの改良をもたらし、従って非
常に直線性のよい抵抗になる。
部１３８ａから抵抗層１３６の中を、基板１２２と平行
に通り、相互接続部１３８ｂから下へ出て行く。電流
が、垂直に画素に入って、それから出ていくのとは対照
的に、横方向に画素を横切って流れるので、導電通路
は、或る従来の使い方よりもかなり長い。この違いは、
恐らく３，０００Åから３０μまで（２桁）であるが、
抵抗値の電圧係数にかなりの改良をもたらし、従って非
常に直線性のよい抵抗になる。
【００４０】製造方法の実施例の主なプロセス工程が図
５−１０の断面図に示されている。最初に図５について
説明すると、この用途の為に設計されたＩＣの平面化し
た面の上に、アルミニウムの被膜をデポジットし、パタ
ーンぎめして、回路に対する電気接点１２６，１２８を
明らかにする。次に、ポリイミド（有機重合体）の被膜
１５０が、この材料に対して屡々扱われる普通の回転被
覆により、２μｍの厚さにデポジットされる。この後、
被膜１５０を焼成して、高温に於ける安定性を確実にす
る。
５−１０の断面図に示されている。最初に図５について
説明すると、この用途の為に設計されたＩＣの平面化し
た面の上に、アルミニウムの被膜をデポジットし、パタ
ーンぎめして、回路に対する電気接点１２６，１２８を
明らかにする。次に、ポリイミド（有機重合体）の被膜
１５０が、この材料に対して屡々扱われる普通の回転被
覆により、２μｍの厚さにデポジットされる。この後、
被膜１５０を焼成して、高温に於ける安定性を確実にす
る。
【００４１】次に図６について説明すると、ポリイミド
被膜１５０の面の上に吸収材不活性化被膜（現在はＳｉ
Ｏ2 ）がプラズマＣＶＤにより典形的には１７５℃の基
板温度で適用される。不活性化被膜１３０の後、直流マ
グネトロン・スパッタリングにより、Ｔｉ吸収材被膜１
３２をデポジットする。このデポジッションの後、Ｔｉ
被膜１３２を図７に示す様に、ＢＣｌ3 （三塩化硼素）
と他のガスの混合物の中でのプラズマ・エッチングによ
り、支持アームの無い画素抵抗の本体の形にパターンぎ
めする。
被膜１５０の面の上に吸収材不活性化被膜（現在はＳｉ
Ｏ2 ）がプラズマＣＶＤにより典形的には１７５℃の基
板温度で適用される。不活性化被膜１３０の後、直流マ
グネトロン・スパッタリングにより、Ｔｉ吸収材被膜１
３２をデポジットする。このデポジッションの後、Ｔｉ
被膜１３２を図７に示す様に、ＢＣｌ3 （三塩化硼素）
と他のガスの混合物の中でのプラズマ・エッチングによ
り、支持アームの無い画素抵抗の本体の形にパターンぎ
めする。
【００４２】次にプラズマＣＶＤを用いて、ＳｉＯ2 の
絶縁体被膜１３４を１０００乃至２，０００Åの厚さに
適用する。この被膜及びその下にある不活性化被膜は、
図７−１０では今度は層１３５として示してあるが、Ｃ
Ｆ4 （四弗化炭素）及びＯ2 （酸素）又はその他の公知
のＳｉＯ2 エッチャントを用いて、一度にパターンぎめ
してプラズマ・エッチする。このパターンは、画素の中
心本体と支持アームの両方を含む。
絶縁体被膜１３４を１０００乃至２，０００Åの厚さに
適用する。この被膜及びその下にある不活性化被膜は、
図７−１０では今度は層１３５として示してあるが、Ｃ
Ｆ4 （四弗化炭素）及びＯ2 （酸素）又はその他の公知
のＳｉＯ2 エッチャントを用いて、一度にパターンぎめ
してプラズマ・エッチする。このパターンは、画素の中
心本体と支持アームの両方を含む。
【００４３】次に図８について説明すると、このパター
ンぎめした絶縁層の上に、原料としてＳｉＨ4 （シラ
ン）及びＰＦ5 （五弗化燐であるが、弗化硼素を使って
もよい）を使って、プラズマＣＶＤにより、ｎ形又はｐ
形にドープされたａ−Ｓｉ（不定形シリコン）被膜１３
６をデポジットする。このデポジッションのパラメータ
は、所望の電気的及び物理的な特性が得られる様に選ば
れる。次に図９について説明すると、ａ−Ｓｉ被膜１３
６が、ピラーの場所でその下にあるポリイミド被膜１５
０を露出するのに必要な所で、選択的に除去される。次
に酸素及びアルゴンのプラズマを使って、基板１２２内
に形成されたＩＣのその下にある金属接点１２６又は１
２８に達するまで、このポリイミドを除去する。パター
ンぎめしたａ−Ｓｉ被膜１３６が、このエッチ工程の
間、エッチ・マスクとして使われる。温度感知ａ−Ｓｉ
被膜１３６が、フォトレジスト処理及び四弗化炭素及び
酸素内でのプラズマ・エッチングを使って、今度は画素
本体及び支持アームの両方の輪郭で、再びパターンぎめ
される。
ンぎめした絶縁層の上に、原料としてＳｉＨ4 （シラ
ン）及びＰＦ5 （五弗化燐であるが、弗化硼素を使って
もよい）を使って、プラズマＣＶＤにより、ｎ形又はｐ
形にドープされたａ−Ｓｉ（不定形シリコン）被膜１３
６をデポジットする。このデポジッションのパラメータ
は、所望の電気的及び物理的な特性が得られる様に選ば
れる。次に図９について説明すると、ａ−Ｓｉ被膜１３
６が、ピラーの場所でその下にあるポリイミド被膜１５
０を露出するのに必要な所で、選択的に除去される。次
に酸素及びアルゴンのプラズマを使って、基板１２２内
に形成されたＩＣのその下にある金属接点１２６又は１
２８に達するまで、このポリイミドを除去する。パター
ンぎめしたａ−Ｓｉ被膜１３６が、このエッチ工程の
間、エッチ・マスクとして使われる。温度感知ａ−Ｓｉ
被膜１３６が、フォトレジスト処理及び四弗化炭素及び
酸素内でのプラズマ・エッチングを使って、今度は画素
本体及び支持アームの両方の輪郭で、再びパターンぎめ
される。
【００４４】次にこの構造にピラー・パターンのネガの
フォトレジスト（図面に示してない）を再び被覆し、ア
ルミニウムのピラー１２４が、ポリイミド被膜の２．０
ミクロンの厚さになるまで、真空メタライズによってデ
ポジットされる。その後、特別に開発されたリフトオフ
方法を用いて、過剰の金属がこの構造から剥ぎ取られ、
ポリイミド被膜１５０内の孔に巣篭りになってＩＣと接
触するピラー１２４を残す。
フォトレジスト（図面に示してない）を再び被覆し、ア
ルミニウムのピラー１２４が、ポリイミド被膜の２．０
ミクロンの厚さになるまで、真空メタライズによってデ
ポジットされる。その後、特別に開発されたリフトオフ
方法を用いて、過剰の金属がこの構造から剥ぎ取られ、
ポリイミド被膜１５０内の孔に巣篭りになってＩＣと接
触するピラー１２４を残す。
【００４５】次に、抵抗本体の電気的な境界を図３に示
す様にデポジットしてパターンぎめした導体の薄い（１
００Å又はそれ未満）被膜によって限定する。この被膜
は、画素の中心にある抵抗本体に対する抵抗値の小さい
接点として作用する。
す様にデポジットしてパターンぎめした導体の薄い（１
００Å又はそれ未満）被膜によって限定する。この被膜
は、画素の中心にある抵抗本体に対する抵抗値の小さい
接点として作用する。
【００４６】次に図１０について説明すると、構造の最
後の要素である金属片のメタライズが、フォトレジスト
の２層を使って適用される。第１の層１５２は、ポリイ
ミド１５０の縁とピラー１２４の本体の間の空所を埋
め、第２の層１５４は、金属片パターンの本体を限定す
る。金属片１３８の金属が、これらのフォトレジスト被
膜の上にデポジットされ、過剰の金属が普通のリフトオ
フ方法によって除去される。これによって、その下にあ
るポリイミド被膜１５０を除去することを除いて、図２
に示した構造が完成する。
後の要素である金属片のメタライズが、フォトレジスト
の２層を使って適用される。第１の層１５２は、ポリイ
ミド１５０の縁とピラー１２４の本体の間の空所を埋
め、第２の層１５４は、金属片パターンの本体を限定す
る。金属片１３８の金属が、これらのフォトレジスト被
膜の上にデポジットされ、過剰の金属が普通のリフトオ
フ方法によって除去される。これによって、その下にあ
るポリイミド被膜１５０を除去することを除いて、図２
に示した構造が完成する。
【００４７】自由に直立している画素が薬品に浸漬する
ことによって損傷を受けることがあるから、基板ウェー
ハを鋸引きして個々のアレイにし、そのウェーハを普通
の化学手段によってきれいにしてから、画素の下からポ
リイミド被膜を除去する。鋸引き及び鋸引き後の洗浄が
完了したら、酸素及びアルゴンのプラズマを用いて、そ
の下にあるポリイミド被膜を画素の下からエッチングに
よって除く。典形的なエッチング時間は、１５０℃の基
板温度を使うと、現在では約３乃至５時間である。
ことによって損傷を受けることがあるから、基板ウェー
ハを鋸引きして個々のアレイにし、そのウェーハを普通
の化学手段によってきれいにしてから、画素の下からポ
リイミド被膜を除去する。鋸引き及び鋸引き後の洗浄が
完了したら、酸素及びアルゴンのプラズマを用いて、そ
の下にあるポリイミド被膜を画素の下からエッチングに
よって除く。典形的なエッチング時間は、１５０℃の基
板温度を使うと、現在では約３乃至５時間である。
【００４８】今述べた構造のパラメータは、更に最適に
することができる。更に、この構造内の被膜の配置は、
製造手順を簡単にする為、又は性能を改善する為に、変
更することができる。例えば、この構造を逆さにすれ
ば、画素本体を１回のパターンぎめ工程によって限定
し、絶縁体被膜及び抵抗被膜の整合を保証することがで
きる。
することができる。更に、この構造内の被膜の配置は、
製造手順を簡単にする為、又は性能を改善する為に、変
更することができる。例えば、この構造を逆さにすれ
ば、画素本体を１回のパターンぎめ工程によって限定
し、絶縁体被膜及び抵抗被膜の整合を保証することがで
きる。
【００４９】この発明を図示の実施例について説明した
が、この説明はこの発明を制約するものと解してはなら
ない。以上の説明から、当業者には、図示の実施例の種
々の変更並びにこの発明のその他の実施例が容易に考え
られよう。従って、特許請求の範囲は、この様な変更又
はその他の実施例をも含むものであることを承知された
い。
が、この説明はこの発明を制約するものと解してはなら
ない。以上の説明から、当業者には、図示の実施例の種
々の変更並びにこの発明のその他の実施例が容易に考え
られよう。従って、特許請求の範囲は、この様な変更又
はその他の実施例をも含むものであることを承知された
い。
【００５０】
【表１】
以上の説明に関連して、この発明は下記の実施態様を有
する。
する。
【００５１】（１）或るスペクトル範囲内の放射を検出
するボロメータに於て、集積回路基板と、該基板から少
なくとも１つのピラーだけ隔たる画素本体とを有し、該
画素本体は、前記スペクトル範囲内の放射を吸収し、吸
収した放射に比例して前記画素本体を或る温度に加熱す
る吸収材料、該吸収材料の上に形成された絶縁材料、及
び前記画素本体の温度に対応する電気抵抗を持つ可変抵
抗材料で構成されており、前記可変抵抗材料には前記集
積回路基板と略平行に電流が流れ、前記可変抵抗材料が
前記絶縁層の上に形成されているボロメータ。
するボロメータに於て、集積回路基板と、該基板から少
なくとも１つのピラーだけ隔たる画素本体とを有し、該
画素本体は、前記スペクトル範囲内の放射を吸収し、吸
収した放射に比例して前記画素本体を或る温度に加熱す
る吸収材料、該吸収材料の上に形成された絶縁材料、及
び前記画素本体の温度に対応する電気抵抗を持つ可変抵
抗材料で構成されており、前記可変抵抗材料には前記集
積回路基板と略平行に電流が流れ、前記可変抵抗材料が
前記絶縁層の上に形成されているボロメータ。
【００５２】（２）（１）項に記載したボロメータに於
て、スペクトル範囲が７乃至１２ミクロンであるボロメ
ータ。
て、スペクトル範囲が７乃至１２ミクロンであるボロメ
ータ。
【００５３】（３）（１）項に記載したボロメータに於
て、画素本体が集積回路基板から約２乃至３ミクロン隔
たっているボロメータ。
て、画素本体が集積回路基板から約２乃至３ミクロン隔
たっているボロメータ。
【００５４】（４）（１）項に記載したボロメータに於
て、吸収材の下に不活性化層が形成されているボロメー
タ。
て、吸収材の下に不活性化層が形成されているボロメー
タ。
【００５５】（５）（１）項に記載したボロメータに於
て、吸収材がチタンであるボロメータ。
て、吸収材がチタンであるボロメータ。
【００５６】（６）（１）項に記載したボロメータに於
て、可変抵抗材料が不定形シリコンであるボロメータ。
て、可変抵抗材料が不定形シリコンであるボロメータ。
【００５７】（７）（１）項に記載したボロメータに於
て、ボロメータが前記スペクトル範囲の他の第２のスペ
クトル範囲の放射を検出するボロメータ。
て、ボロメータが前記スペクトル範囲の他の第２のスペ
クトル範囲の放射を検出するボロメータ。
【００５８】（８）（７）項に記載したボロメータに於
て、第２のスペクトル範囲が可視光であるボロメータ。
て、第２のスペクトル範囲が可視光であるボロメータ。
【００５９】（９）半導体基板の上にボロメータ・セル
を形成する方法に於て、前記基板の上に暫定層を形成
し、該暫定層の上に吸収材料の層を形成し、該吸収材料
の層をパターンぎめしてエッチングし、吸収材料の層の
上に絶縁層を形成し、該絶縁層をパターンぎめしてエッ
チングし、該絶縁層の上に可変抵抗材料の層を形成し、
前記可変抵抗材料の層及び前記暫定層の内、その下にあ
る部分に、少なくとも１つのピラー孔をパターンぎめし
てエッチングし、前記可変抵抗材料をパターンぎめして
エッチングして温度可変抵抗を形成し、前記少なくとも
１つのピラー孔の各々にピラーを形成し、少なくとも２
つのピラーから温度可変抵抗に対して少なくとも２つの
接点を形成し、前記暫定層を取除く工程を含む方法。
を形成する方法に於て、前記基板の上に暫定層を形成
し、該暫定層の上に吸収材料の層を形成し、該吸収材料
の層をパターンぎめしてエッチングし、吸収材料の層の
上に絶縁層を形成し、該絶縁層をパターンぎめしてエッ
チングし、該絶縁層の上に可変抵抗材料の層を形成し、
前記可変抵抗材料の層及び前記暫定層の内、その下にあ
る部分に、少なくとも１つのピラー孔をパターンぎめし
てエッチングし、前記可変抵抗材料をパターンぎめして
エッチングして温度可変抵抗を形成し、前記少なくとも
１つのピラー孔の各々にピラーを形成し、少なくとも２
つのピラーから温度可変抵抗に対して少なくとも２つの
接点を形成し、前記暫定層を取除く工程を含む方法。
【００６０】（１０）（９）項に記載した方法に於て、
暫定層を形成する前に、基板の上に鏡材料をデポジット
する工程を含む方法。
暫定層を形成する前に、基板の上に鏡材料をデポジット
する工程を含む方法。
【００６１】（１１）（１０）項に記載した方法に於
て、鏡材料がアルミニウムである方法。
て、鏡材料がアルミニウムである方法。
【００６２】（１２）（９）項に記載した方法に於て、
暫定層がポリイミドである方法。
暫定層がポリイミドである方法。
【００６３】（１３）（９）項に記載した方法に於て、
暫定層を除去する前に、前記基板を少なくとも部分的に
鋸引きする工程を含む方法。
暫定層を除去する前に、前記基板を少なくとも部分的に
鋸引きする工程を含む方法。
【００６４】（１４）（９）項に記載した方法に於て、
吸収材の層を形成する前に、不活性化層を形成する工程
を含む方法。
吸収材の層を形成する前に、不活性化層を形成する工程
を含む方法。
【００６５】（１５）（９）項に記載した方法に於て、
吸収材の層を形成する工程が金属をデポジットする事を
含む方法。
吸収材の層を形成する工程が金属をデポジットする事を
含む方法。
【００６６】（１６）（９）項に記載した方法に於て、
可変抵抗材料の層を形成する工程が、不定形シリコンを
デポジットすることを含む方法。
可変抵抗材料の層を形成する工程が、不定形シリコンを
デポジットすることを含む方法。
【００６７】（１７）（１４）項に記載した方法に於
て、不定形シリコンが約１０-6Ω-1ｃｍ-2乃至１０-2Ω
-1ｃｍ-2にドープされている方法。
て、不定形シリコンが約１０-6Ω-1ｃｍ-2乃至１０-2Ω
-1ｃｍ-2にドープされている方法。
【００６８】（１８）ボロメータのアレイで構成され、
各々のボロメータは、集積回路基板、及び該基板から少
なくとも１つのピラーだけ隔たる画素本体で構成されて
いて、該画素本体が、選ばれたスペクトル範囲内の放射
を吸収し、前記画素本体を吸収した放射に比例した温度
に加熱する吸収材料、該吸収材料の上に形成された絶縁
材料、及び画素本体の温度に対応する電気抵抗を持つ可
変抵抗材料で構成されていて、前記可変抵抗材料の中を
前記集積回路基板と略平行に電流が流れ、前記可変抵抗
材料が前記絶縁層の上に形成され、更に、前記可変抵抗
材料の抵抗の変化を検出する回路を前記基板に形成した
赤外線検出アレイ。
各々のボロメータは、集積回路基板、及び該基板から少
なくとも１つのピラーだけ隔たる画素本体で構成されて
いて、該画素本体が、選ばれたスペクトル範囲内の放射
を吸収し、前記画素本体を吸収した放射に比例した温度
に加熱する吸収材料、該吸収材料の上に形成された絶縁
材料、及び画素本体の温度に対応する電気抵抗を持つ可
変抵抗材料で構成されていて、前記可変抵抗材料の中を
前記集積回路基板と略平行に電流が流れ、前記可変抵抗
材料が前記絶縁層の上に形成され、更に、前記可変抵抗
材料の抵抗の変化を検出する回路を前記基板に形成した
赤外線検出アレイ。
【００６９】（１９）（１８）項に記載したアレイに於
て、スペクトル範囲が約７乃至１２ミクロンであるアレ
イ。
て、スペクトル範囲が約７乃至１２ミクロンであるアレ
イ。
【００７０】（２０）（１８）項に記載したアレイに於
て、吸収材がチタンであるアレイ。
て、吸収材がチタンであるアレイ。
【００７１】（２１）（１８）項に記載したアレイに於
て、可変抵抗材料が不定形シリコンであるアレイ。
て、可変抵抗材料が不定形シリコンであるアレイ。
【００７２】（２２）（１８）項に記載したアレイに於
て、各々のボロメータが、前記スペクトル範囲の他に、
第２のスペクトル範囲の放射を検出するアレイ。
て、各々のボロメータが、前記スペクトル範囲の他に、
第２のスペクトル範囲の放射を検出するアレイ。
【００７３】（２３）（２２）項に記載したアレイに於
て、第２のスペクトル範囲が可視光であるアレイ。 （２４）或るスペクトル範囲内の放射を検出するボロメ
ータを説明した。ボロメータが、集積回路基板１２２
と、少なくとも１つのピラー１２４だけ、基板１２２か
ら隔たった画素本体１２０とを含む。画素本体１２０
は、例えば７乃至１２ミクロンであってよいが、このス
ペクトル範囲内の放射を吸収する、例えばチタンの様な
吸収材料１３２で構成される。吸収材１３２が、吸収さ
れた放射に比例する温度まで画素本体１２０を加熱す
る。吸収材１３２の上に絶縁材料１３４が形成される。
更に、例えば不定形シリコンが考えられるが、画素本体
１２０の温度に対応する電気抵抗を持つ可変抵抗材料１
３６が、この絶縁層１３４の上に形成される。電流が、
集積回路基板１２２と略平行に可変抵抗材料１３６の中
を流れて検出される。この他の装置及び方法も説明し
た。
て、第２のスペクトル範囲が可視光であるアレイ。 （２４）或るスペクトル範囲内の放射を検出するボロメ
ータを説明した。ボロメータが、集積回路基板１２２
と、少なくとも１つのピラー１２４だけ、基板１２２か
ら隔たった画素本体１２０とを含む。画素本体１２０
は、例えば７乃至１２ミクロンであってよいが、このス
ペクトル範囲内の放射を吸収する、例えばチタンの様な
吸収材料１３２で構成される。吸収材１３２が、吸収さ
れた放射に比例する温度まで画素本体１２０を加熱す
る。吸収材１３２の上に絶縁材料１３４が形成される。
更に、例えば不定形シリコンが考えられるが、画素本体
１２０の温度に対応する電気抵抗を持つ可変抵抗材料１
３６が、この絶縁層１３４の上に形成される。電流が、
集積回路基板１２２と略平行に可変抵抗材料１３６の中
を流れて検出される。この他の装置及び方法も説明し
た。
【図１】第１の好ましい実施例のボロメータ・アレイを
含む赤外線検出装置のブロック図。
含む赤外線検出装置のブロック図。
【図２】好ましい実施例のボロメータ・セルの断面図。
【図３】好ましい実施例のボロメータ・セルの平面図。
【図４】赤外線検出器の顕微鏡写真。
【図５】一例の製造過程を理解するのに役立つ断面図。
【図６】一例の製造過程を理解するのに役立つ断面図。
【図７】一例の製造過程を理解するのに役立つ断面図。
【図８】一例の製造過程を理解するのに役立つ断面図。
【図９】一例の製造過程を理解するのに役立つ断面図。
【図１０】一例の製造過程を理解するのに役立つ断面
図。
図。
１２０ 画素本体
１２２ 集積回路基板
１２４ ピラー
１３２ 吸収材料
１３４ 絶縁材料
１３６ 可変抵抗材料
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 37/00
G01J 1/02
G01J 5/02
Claims (3)
- 【請求項１】 或るスペクトル範囲内の放射を検出する
ボロメータであって、 集積回路基板と、画素本体と、 を有し、該画素本体は、各々が該基板上に位置する少な
くとも１つのピラーによって、該基板から離隔して配置
され、 該画素本体は、前記スペクトル範囲内の放射を吸収し、
吸収した放射に比例して前記画素本体を或る温度に加熱
する吸収材料、該吸収材料の上に形成された絶縁材料、
及び前記画素本体の温度に対応する電気抵抗を持つ可変
抵抗材料で構成されており、前記可変抵抗材料には前記
集積回路と略平行に電流が流れ、前記可変抵抗材料が前
記絶縁層の上に形成されているボロメータ。 - 【請求項２】 半導体基板の上にボロメータ・セルを形
成する方法であって、 前記基板の上に暫定層を形成する工程と、 該暫定層の上に吸収材料の層を形成する工程と、 該吸収材料の層をパターンぎめしてエッチングする工程
と、該 吸収材料の層の上に絶縁層を形成する工程と、 該絶縁層をパターンぎめしてエッチングする工程と、 該絶縁層の上に可変抵抗材料の層を形成する工程と、該可変抵抗材料の層が前記暫定層上に形成された位置に
おいて、 前記可変抵抗材料の層及びその下の前記暫定層
の部分に、少なくとも１つのピラー孔をパターンぎめし
てエッチングする工程と、 前記可変抵抗材料をパターンぎめしてエッチングして温
度可変抵抗を形成する工程と、 前記少なくとも１つのピラー孔の各々にピラーを形成す
る工程と、前記 少なくとも１つのピラーを前記温度可変抵抗に結合
する少なくとも１つの接点を形成する工程と、 前記暫定層を取り除く工程と、を含む方法。 - 【請求項３】 ボロメータのアレイで構成された赤外線
検出アレイであって、各ボロメータが、 集積回路基板と、画素本体と、 を有し、該画素本体は、各々が該基板上に位置する少な
くとも１つのピラーによって、該基板から離隔して配置
され、 該画素本体が、選ばれたスペクトル範囲内の放射を吸収
し、前記画素本体を吸収した放射に比例した温度に過熱
する吸収材料、該吸収材料の上に形成された絶縁材料、
及び前記画素本体の温度に対応する電気抵抗を持つ可変
抵抗材料で構成されており、前記可変抵抗材料には前記
集積回路と略平行に電流が流れ、前記可変抵抗材料が前
記絶縁層の上に形成され、更に、前記可変抵抗材料の抵
抗の変化を検出する回路を前記基板に形成した赤外線検
出アレイ。
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