JP3605285B2 - 熱型赤外線検出器アレイ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射した赤外線を感知する熱型赤外線検出器が集積されてなる熱型赤外線検出器アレイに関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
赤外線を検出する熱型赤外線検出器アレイの利用例を、ボロメータ型赤外線検出器アレイを従来の熱型赤外線検出器アレイの一例として用いて説明する。
【０００３】
ボロメータ型赤外線検出器アレイは、複数のボロメータ型赤外線検出器が２次元に配設されてなるものである。前記ボロメータ型赤外線検出器は、物体から放射される赤外線を、前記物体の温度変化に応じて抵抗値が変化するような材料からなる抵抗体によって検知するものである。前記抵抗体表面には赤外線の照射により温度が変化する感熱体が設けられる。感熱体の温度が赤外線の照射により変化すると、抵抗体の抵抗値が変化する。該抵抗値の変化は、抵抗体に印加されたバイアス電流またはバイアス電圧の変化として観察することができる。したがって、２次元に配設された複数のボロメータ型赤外線検出器それぞれの抵抗値の変化を検出することにより物体の形状および表面温度を検知することができる。
【０００４】
つぎに、従来のボロメータ型赤外線検出器の一例について図面を参照しつつ説明する。図１５は従来のボロメータ型赤外線検出器の一例を示す説明図である。図１５において、３０１は抵抗体、３０２は配線、３０３は感熱体、３０４は絶縁部、３０５は支持基板を示す。
【０００５】
抵抗体３０１は、温度変化に対する抵抗の変化率の大きい材料からなる。配線３０２は、抵抗体３０１にバイアス電流またはバイアス電圧を供給するとともに、抵抗体３０１の抵抗値の変化をバイアス電流またはバイアス電圧の変化として外部に取り出すために設けられる。感熱体３０３に脚部３０３ａを設けることにより、感熱体３０３で生じた熱が絶縁部３０４および支持基板基板３０５を伝わって外部に放出されにくくなり、断熱構造体をともなう抵抗体３０１を形成することができる。脚部３０３ａはマイクロマシニング技術を用いて形成される。絶縁部３０４は、支持基板３０５と抵抗体３０１とのあいだを電気的に絶縁するために設けられる。
【０００６】
前記ボロメータ型赤外線検出器などの熱型赤外線検出器を大規模に集積化して形成される熱型赤外線検出器アレイは、物体から放射される赤外線を検知して決像させる赤外線固体撮像素子として使用することができる。赤外線固体撮像素子として使用するばあいに熱型赤外線検出器に対して期待される条件は、
（１）高いＴＣＲ（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）をもつこと、
（２）半導体の製造工程で一般的に使用される材料を用いて形成できること、
（３）抵抗雑音が小さいこと
である。
【０００７】
条件（１）は、熱型赤外線検出器の性能を決定するものである。ＴＣＲは、赤外線が照射されていない状態における熱型赤外線検出器の抵抗値をＲ、赤外線の照射により生じた抵抗値の変化量をｄＲ、赤外線の照射により生じた絶対温度の変化量をｄＴとすると、１／Ｒ×ｄＲ／ｄＴ（％／Ｋ）で表される。ＴＣＲは、熱型赤外線検出器の温度変化に対する抵抗値の変化の割合を示す数字である。
【０００８】
条件（２）は、熱型赤外線検出器を大規模に集積化して形成される熱型赤外線検出器アレイは出力信号をシリコン基板上に形成された集積回路を用いて読み出すため、熱型赤外線検出器の製造工程を集積回路の製造工程に組み込むことができれば安価で高歩留まりな熱型赤外線検出器アレイが形成可能となる。
【０００９】
条件（３）は、熱型赤外線検出器の性能が熱型赤外線検出器から出力される信号の量とノイズとの比（Ｓ／Ｎ比）で表されるため、熱型赤外線検出器が低ノイズであることが重要であるため必要である。
【００１０】
抵抗体の材料であるボロメータ材料として現在までに提案されているものとしては、薄膜状の金属、酸化バナジウムなどのセラミックス、多結晶シリコンまたは非晶質シリコンなどの半導体などがある。
【００１１】
従来のボロメータ材料の一例である酸化バナジウムは−２．０％／Ｋ以上の大きなＴＣＲをうることができるので、熱型赤外線検出器の感度を高くすることができる点で有利である。しかし、集積回路の製造工程に含まれる一般の半導体の製造工程では利用されない材料であるため、製造装置を汚染するなどの問題がある。
【００１２】
従来のボロメータ材料の他の例である多結晶シリコンまたは非晶質シリコンなどの半導体は、集積回路を製造するための一般の半導体の製造工程で利用される材料であるため、集積回路の製造工程に含まれる半導体の製造工程以外の工程に悪影響をおよぼさない点で有利である。しかし、多結晶シリコンの抵抗値は、結晶粒界に形成されたトラップ準位が形成する電位障壁により決まる。すなわち、電気伝導はキャリヤトラップを介して行われるので、多結晶シリコンを用いたばあい１／ｆノイズが大きくなる。したがって、熱型赤外線検出器の性能は前記信号の量とノイズとの比（Ｓ／Ｎ比）で表されるため、ノイズの増加は熱型赤外線検出器の性能を低下させ問題である。
【００１３】
従来のボロメータ材料の他の例である薄膜状の白金やチタンなどの金属をボロメータ材料として用いることは、多結晶シリコンをボロメータ材料として用いるばあいと比べて、１／ｆノイズを小さくできる点で有効的である。しかし、多結晶シリコンは製法によってＴＣＲを変化できるのに対し、薄膜状の白金やチタンなどの金属はＴＣＲが０．５％／Ｋ程度とその物性値で決まるため性能的に限界があるという点で問題がある。
【００１４】
前述のように温度変化に対する抵抗の変化を利用したボロメータ型赤外線検出器は、いくつかのボロメータ材料が提案されているが、量産性を備えかつ高性能の熱型赤外線検出器をうるにはそれぞれ問題がある。
【００１５】
前述のボロメータ型赤外線検出器以外の熱型赤外線検出器として、半導体の接合デバイス（トランジスタまたはｐｎ接合を利用した素子など）を利用したものも提案されている。前記デバイスは、拡散電位障壁高さやキャリア数が温度によって変化することを利用したものである。たとえば、バイポーラトランジスタは温度センサとして使われる。しかし、通常、バイポーラトランジスタは半導体基板中に作り込まれるため、半導体基板全体の温度変化を検知できるセンサとしての使用例がある。
【００１６】
また、半導体基板上に形成した絶縁膜上に蒸着法を用いてポリシリコンを堆積させ、ｐｎ接合を形成して熱型赤外線検出器を作成し、熱型赤外線検出器アレイに適用した例がある。かかる例では、ポリシリコンが完全な結晶ではないためノイズが大きく、出力される信号の量も小さいのでＳ／Ｎ比が小さいという問題がある。
【００１７】
一方、市販のＭＯＳ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタを使って作成した熱型赤外線検出器がある。該熱型赤外線検出器は、半導体基板であるシリコン基板内にＭＯＳトランジスタを形成し、電界エッチング法という従来から使用されている方法を用いてまわりのシリコンを取り除き形成される。ＭＯＳトランジスタからなる検知部は、脚部を介してシリコン基板に支持される。すなわち、ＭＯＳトランジスタは検知部とシリコン基板とのあいだの熱絶縁性を向上させた構造をもっている。ＭＯＳトランジスタを含む熱型赤外線検出器には、半導体基板として単結晶シリコン基板を使うため結晶の不完全性にともない発生するノイズが小さいという利点がある。また、出力信号を読み出すための集積回路を形成するときに同時に熱型赤外線検出器を形成できるため、該熱型赤外線検出器は熱型赤外線検出器アレイを構成するのに適している。しかし、ＭＯＳトランジスタを含む熱型赤外線検出器は検出器のサイズが小さくなるにつれ、検出器中で脚部が占める割合が大きくなる。赤外線の検知を行う部分の表面積が小さくなり熱型赤外線検出器の感度が低下する。
【００１８】
図１６は、ＭＯＳトランジスタを含む従来の熱型赤外線検出器を一例を示す平面説明図である。図１６において、４０１ａはＭＯＳトランジスタのドレイン、４０１ｂはＭＯＳトランジスタのソース、４０１ｃはＭＯＳトランジスタのゲート、４０１ｄはＭＯＳトランジスタのボディ、４０２ａはドレイン４０１ａに接続される配線（以下、「ドレイン配線」という）、４０２ｂはソース４０１ｂに接続される配線（以下、「ソース配線」という）、４０２ｃはゲート４０１ｃに接続される配線（以下、「ゲート配線」という）、４０２ｄはボディ４０１ｄに接続される配線（以下、「ボディ配線」という）を示す。たとえば、シリコン基板としてｐ型基板を用い、ボディ４０１ｄはｐ型基板中に形成されたｎ型領域であり、ドレイン４０１ａおよびソース４０１ｂはボディ４０１ｄ中に形成されたｐ型領域であり、ゲート４０１ｃはゲート絶縁膜を介してボディ４０１ｄ上方に形成された電極である。なお、ボディ配線４０２ｄを接続するために、ボディ４０１ｄの一部はゲート４０１ｃに覆われていない。
【００１９】
さらに、４０３は、シリコン基板上面に形成された絶縁膜、４０３ａは、シリコン基板とＭＯＳトランジスタとのあいだの熱絶縁性をうるための脚部、４０３ｂは、シリコン基板に電界エッチング法によって空洞を形成するために絶縁膜４０３に形成された貫通孔（以下、「エッチング孔」という）を示す。なお、前記ドレイン４０１ａ、ソース４０１ｂ、ゲート４０１ｃおよびボディ４０１ｄは絶縁膜４０３下に形成されるが、分かりやすくするために実線を用いて示される。ただし、ボディ４０１ｄのゲート４０１ｃ下部に形成された部分は破線を用いて示される。また、絶縁膜４０３のゲート４０１ｃおよびボディ４０１ｄに挟持された部分はゲート絶縁膜として機能する。
【００２０】
また、絶縁膜からなる絶縁性基板上に単結晶シリコン膜を形成してえられたＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板をシリコン基板で保持してえられた基板（以下、「ＳＯＩ−シリコン基板」という）を用いてＭＯＳトランジスタを形成する方法がある。前記単結晶シリコン膜にＭＯＳトランジスタを形成したばあい、信号の伝送に関する高速性や耐放射線性をうることができる。したがって、ＳＯＩ−シリコン基板を用いて形成されたＭＯＳトランジスタは大規模な論理回路やダイナミックメモリ中で使用される。前記ＳＯＩ−シリコン基板をセンサとして利用した例として、熱起電力を利用したセンサであるサーモパイルを単結晶シリコン膜中に形成した例がある。しかし、ＳＯＩ−シリコン基板を用いてＭＯＳトランジスタを形成しセンサとして用いたという例はいまだにない。
【００２１】
本発明はかかる問題を解決するためになされたものであり、半導体の製造工程で一般的に使用される材料を用いて形成でき、結晶の不完全性により生じるノイズが小さく、各熱型赤外線検出器の赤外線の吸収面積が大きく感度が高い熱型赤外線検出器アレイを提供することを目的とする。
【００２２】
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の熱型赤外線検出器アレイは、半導体基板と、該半導体基板上に設けられた赤外線の照射により生じた温度変化によって電気的な特性が変化することにより赤外線を感知する検知部と、該検知部下部の前記半導体基板に設けられた空洞と、前記検知部と前記半導体基板とを接合し、かつ前記空洞のうえに検知部を保持する脚部とを含む熱型赤外線検出器が複数個２次元に配設されてなる熱型赤外線検出器アレイであって、
前記検知部は単結晶シリコンに形成されたトランジスタを含み、前記検知部の検知面上には前記検知部に熱を供給する支持部と吸収部とを有する前記検知部より大きな面積のシリコン、二酸化シリコンまたは窒化シリコンもしくは金属のうちの少なくとも２つを組み合わせた多層構造の吸収体を備えたものである。
【００２３】
また、本発明の請求項２記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記半導体基板がＳＯＩ−シリコン基板であり、前記トランジスタが前記ＳＯＩ−シリコン基板の一部であるＳＯＩ基板の単結晶シリコン膜に形成されたものである。
【００２４】
また、本発明の請求項３記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記半導体基板が単結晶シリコン基板であり、前記トランジスタが単結晶シリコン基板に設けられたものである。
【００２５】
また、本発明の請求項４記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記トランジスタに複数の配線が電気的に接続され、該複数の配線が脚部を介して基板まで延長され、脚部の数が配線の数よりも少ない構成としたものである。
【００２６】
また、本発明の請求項５記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記トランジスタが、ＭＯＳトランジスタまたはバイポーラトランジスタまたは接合電界効果トランジスタである。
【００４７】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の熱型赤外線検出器アレイの実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００４８】
実施の形態１
図面を参照しつつ本発明の熱型赤外線検出器アレイの実施の形態１について説明する。
【００４９】
図１は、本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の一例を示す断面説明図である。図１には、熱型赤外線検出器アレイを構成する複数の熱型赤外線検出器のうちの１つの熱型赤外線検出器が示される。図１において、１はバイポーラトランジスタ、２ａはシリコン基板、２ｂは通常厚さ１μｍ以下程度の絶縁膜からなる絶縁性基板、３は空洞、４は、バイポーラトランジスタ１の保護のために設けられた絶縁膜（以下、「保護絶縁膜」という）、５は、エッチングによって空洞３を形成するために設けられた貫通孔（以下、「エッチング孔」という）、６は吸収体を示す。
【００５０】
ＳＯＩ基板は、絶縁性基板２ｂと、バイポーラトランジスタ１として示される単結晶シリコン膜とからなる。また、ＳＯＩ−シリコン基板は、熱型赤外線検出器の検知部を保持する基板であり、前記ＳＯＩ基板とシリコン基板２ａとからなる。バイポーラトランジスタ１は、単結晶シリコン膜にエミッタ１ａ、ベース１ｂおよびコレクタ１ｃを形成することによりえられる。
【００５１】
バイポーラトランジスタ１ａとしては、たとえば、ベース１ｂがｐ型領域でありエミッタ１ａおよびコレクタ１ｃがｎ型領域であるｎｐｎ型バイポーラトランジスタ、またはベース１ｂがｎ型領域でありエミッタ１ａおよびコレクタ１ｃがｐ型領域であるｐｎｐ型バイポーラトランジスタが用いられうる。
【００５２】
前記吸収体６のうち吸収部６ａは赤外線の照射により熱を生じる箇所であり、支持部６ｂは熱をトランジスタに供給するものである。吸収体６の材料は半導体の製造工程において使用されるものであればよく、たとえばシリコン、二酸化シリコン、窒化シリコン、またはアルミニウム、チタン、コバルトなどの金属、もしくはシリコン、二酸化シリコン、窒化シリコンおよびアルミニウム、チタン、コバルトなどの金属のうちの少なくとも２つを組み合わせたものが使用される。また、吸収体６の赤外線吸収率が上がるように、吸収体６を多層構造で形成することがより好ましい。多層構造の吸収体６の一例としては、シリコンを金属膜で覆ったものがあり、吸収する赤外線の共振周波数を考慮して吸収体６を形成すことにより、効率よく赤外線を吸収することができる。
【００５３】
検知部は保護絶縁膜４とバイポーラトランジスタ１とからなる。バイポーラトランジスタ１は、温度変化によって能動領域を流れる電流の値が変化する。したがって、温度変化による電流値の変化を出力信号として読み出し、赤外線を感知することができる。
【００５４】
空洞３は、保護絶縁膜４および絶縁性基板２ｂに設けられたエッチング孔５から気体または液体を用いてシリコン基板の一部をエッチングすることにより設けられる。該エッチングの際、材料として単結晶シリコンを用いるバイポーラトランジスタ１は、バイポーラトランジスタ１表面が保護絶縁膜４および絶縁性基板２ｂに覆われているので除去されない。
【００５５】
エッチングは異方向性エッチングおよび等方向エッチングが使える。異方向性エッチングに用いられるエッチング溶液の例としては、水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液、ヒドラジン溶液、エチレンジアミン−ピロカテコール−水（ＥＰＷ）溶液または水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）溶液があり、毒性がないという点でＫＯＨ溶液およびＴＭＡＨ溶液がより好ましい。また、等方向エッチングでは、エッチング溶液を用いるばあいはたとえばフッ化水素（ＨＦ）溶液が使用され、エッチングガスを用いるばあいはたとえば四フッ化炭素ガスと酸素ガスとの混合ガス（ＣＦ４ ＋Ｏ２ ガス）、六フッ化イオウガスと酸素ガスとの混合ガス（ＳＦ６ ＋Ｏ２ ガス）または二フッ化キセノンガス（ＸｅＦ２ ガス）が使用されうる。
【００５６】
図２は、図１の熱型赤外線検出器を示す平面説明図である。図２には、検知部を分かりやすく示すために吸収体が示されていない。図１は図２のＡ−Ａ線断面説明図である。図２において、図１と同一の箇所は同じ符号を用いて示す。さらに、７ａは、エミッタ１ａに接続される配線（以下、「エミッタ配線」という）、７ｂは、ベース１ｂに接続される配線（以下、「ベース配線」という）、７ｃは、コレクタ１ｃに接続される配線（以下、「コレクタ配線」という）を示す。
【００５７】
バイポーラトランジスタ１は３端子素子であるため、３本の配線、すなわちエミッタ配線７ａ、ベース配線７ｂおよびコレクタ配線７ｃが設けられる（図１には３本の配線は図示されていない）。従来のボロメータ型赤外線検出器は２端子素子である。したがって、バイポーラトランジスタを用いて熱型赤外線検出器を形成したときの方が、ボロメータ型赤外線検出器よりも、検出器表面のうち配線が占める面積が大きくなる。その結果、赤外線を感知する部分（以下、「感知部」という）の面積が小さくなり、感度が低下する。しかし、本実施の形態によれば、吸収体を検出器の検知面（図２に示される面）上方に設けるので、検知面の面積を効率よく利用して赤外線を吸収することができ、熱型赤外線検出器の感度を向上させうる。前記吸収体を設けることは、熱型赤外線検出器の検知面の面積が小さくなるにつれて効果的である。
【００５８】
図３は、図１の熱型赤外線検出器が複数個２次元に配設されてなる熱型赤外線検出器アレイの一実施の形態を示す説明図である。図３において、図１と同一の箇所は同じ符号を用いて示す。図３に示される熱型赤外線検出器アレイは、図１の熱型赤外線検出器を３行×３列に９個配列したものである。なお、エッチング孔および配線は示されていない。
【００５９】
図４は、本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す断面説明図である。図４に示される熱型赤外線検出器は、ＳＯＩ−シリコン基板の代わりにシリコン基板を用い、該シリコン基板中にバイポーラトランジスタを形成した点以外は、図１に示される熱型赤外線検出器と同じものである。図４において、図１と同一の箇所は同じ符号を用いて示す。
【００６０】
図４に示される熱型赤外線検出器は、シリコン基板２ａ中にバイポーラトランジスタ１を形成し、エッチング孔５からバイポーラトランジスタ１のまわりのシリコン基板を除去して空洞３を形成することによりえられる。空洞３の形成方法の一例として電界エッチング法があげられる。すなわち、シリコン基板２ａとしてｎ型のシリコン基板を用い、バイポーラトランジスタ１となる部分のみをｐ型の領域にしておく。さらに、シリコン基板２ａ表面を保護絶縁膜４で覆いエッチング孔５を設ける。ついで、シリコン基板のｎ型の領域とｐ型の領域とのあいだに逆方向電圧を印加する。最後に、シリコン用のエッチング溶液にシリコン基板２ａを浸すと、バイポーラトランジスタ１となるｐ型の領域は除去されず、シリコン基板２ａのｎ型の領域のみが除去され、バイポーラトランジスタ１のまわりに空洞３が形成される。なお、電界エッチング法によって空洞３を設けるばあい、エッチング液として異方性エッチング液が用いられる。該異方性エッチング液の例としては、水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液、ヒドラジン溶液、エチレンジアミン−ピロカテコール−水（ＥＰＷ）溶液または水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）溶液があり、毒性がないという点でＫＯＨ溶液およびＴＭＡＨ溶液がより好ましい。
【００６１】
電界エッチング法を用いて空洞３を形成すれば、ＳＯＩ基板を使用せずに熱型赤外線検出器を形成することができる。したがって、熱型赤外線検出器アレイを容易に製造することができる。
【００６２】
図５は、本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す断面説明図である。図５に示される熱型赤外線検出器は、バイポーラトランジスタの代わりにＭＯＳトランジスタを用いた点以外は、図１に示される熱型赤外線検出器と同じものである。なお、分かりやすくするために吸収体は図示されていない。図５において、図１と同一の箇所は同じ符号を用いて示す。さらに、１１はｎチャネルＭＯＳトランジスタ、１１ａはソース、１１ｂはゲート、１１ｃはドレイン、１１ｄはボディ、１７ａはソース配線、１７ｂはゲート配線、１７ｃはドレイン配線を示す。
【００６３】
ＭＯＳトランジスタの飽和領域を流れる電流の値は、温度変化によってチャネル内の多数キャリヤの移動度としきい値電圧が変化することにより変化する。したがって、検知部としてＭＯＳトランジスタを利用できる。ＳＯＩ基板を用いて形成したＭＯＳトランジスタは、ｎチャネルＭＯＳトランジスタおよびｐチャネルＭＯＳトランジスタのいずれも論理回路およびダイナミックメモリを形成する際に利用される。したがって、ＭＯＳトランジスタを検知部として用いることは、集積回路の製造工程中に熱型赤外線検出器を製造することができるので好ましい。
【００６４】
図６は他の熱型赤外線検出器を示す平面構造説明図である。図６に示される熱型検出器はバイポーラトランジスタの代わりに接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）を用いた点以外は図１に示される熱型赤外線検出器と同じである。１８ａはソース、１８ｂはドレイン、１８ｃがゲートである。１９ａはソース配線、１９ｂはドレイン配線、１９ｃはゲート配線である。また、２２はチャネルである。図７は図６に示した構造のＢ−Ｂ線断面構造説明図である。
【００６５】
図８は、本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す断面説明図である。図８に示される熱型赤外線検出器は、ＳＯＩ−シリコン基板の代わりにシリコン基板を用い、該シリコン基板中にＭＯＳトランジスタを形成した点以外は、図５に示される熱型赤外線検出器と同じものである。図６において、図５と同一の箇所は同じ符号を用いて示す。なお、分かりやすくするために吸収体は図示されていない。さらに、２０は、シリコン基板のｐ型の領域とｎ型の領域とのあいだに逆方向電圧を印加するために設けられた電源を示す。
【００６６】
図８では、シリコン基板２ａとしてｐ型のシリコン基板を用い、シリコン基板２ａ中にｎ型領域を形成し、該ｎ型領域にｐチャネルＭＯＳトランジスタを形成している。さらに、空洞３は、図４に示される熱型赤外線検出器と同様に電界エッチング法により形成される。なお、シリコン基板２ａとしてｎ型のシリコン基板を用い、シリコン基板中にｎチャネルＭＯＳトランジスタを形成してもよい。
【００６７】
図９は、本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す断面説明図である。図９に示される熱型赤外線検出器は、ＳＯＩ−シリコン基板の代わりにシリコン基板を用い、該シリコン基板中にバイポーラトランジスタを形成した点以外は、図１に示される熱型赤外線検出器と同じものである。図９において、図１および図６と同一の箇所は同じ符号を用いて示す。なお、分かりやすくするために吸収体は図示されていない。
【００６８】
図９では、シリコン基板２ａとしてｐ型のシリコン基板を用い、ｐ型のシリコン基板中にｎ型の領域を形成し、該ｎ型の領域にｎｐｎ型バイポーラトランジスタを形成している（図９（ａ）参照）。さらに、空洞３は、図４に示される熱型赤外線検出器と同様に電界エッチング法により形成される（図９（ｂ）参照）。なお、シリコン基板２ａとしてｎ型のシリコン基板を用い、シリコン基板中にｐｎｐ型バイポーラトランジスタを形成してもよい。
【００６９】
図１０は前記シリコン基板中にＪＦＥＴを形成した点以外は、図１に示される熱型赤外線検出器と同じ構造である。図１０において、１９ａはソース配線、１９ｂはドレイン配線、１９ｃはゲート配線、２１ａはｎ型領域、２１ｂはｐ型領域であり、図１と同一の箇所は同じ符号を用いて示す。図１０ではｎ型のシリコン基板中にｐ型の領域を形成し、該ｐ型の領域にｎチャネルＪＦＥＴを形成してある。もちろんｐ型のシリコン基板中にｎ型の領域を形成し、該ｎ型の領域にｐチャネルＪＦＥＴを形成してもよい。
【００７０】
実施の形態２
つぎに、本発明の熱型赤外線検出器アレイの実施の形態２について図面を参照しつつ説明する。
【００７１】
本実施の形態は、吸収体を設けず、かつ、脚部の数を配線の数よりも少なくしたこと以外は実施の形態１と同じである。
【００７２】
図１１は、本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す説明図である。図１１には、熱型赤外線検出器アレイを構成する複数の熱型赤外線検出器のうちの１つの熱型赤外線検出器が示される。図１１において、図５と同一の箇所は同じ符号を用いて示す。さらに、１７ｄはボディ配線を示す。なお、実際は４本の配線は保護絶縁膜中に設けられているが、分かりやすくするために実線を用いて示される。
【００７３】
図１１の熱型赤外線検出器は、ＳＯＩ−シリコン基板とＭＯＳトランジスタとを用いて形成される。ＭＯＳトランジスタは４端子素子なので、ソース配線１７ａ、ゲート配線１７ｂ、ドレイン配線１７ｃおよびボディ配線１７ｄを必要とする。しかし、本実施の形態においては、１つの脚部４ａに２本の配線を設けるので脚部４ａが２本あればよい。したがって、ＳＯＩ基板とＭＯＳトランジスタとのあいだの熱絶縁性を高めるとともに、熱型赤外線検出器の感知部の面積を広くすることができる。その結果、熱型赤外線検出器の感度を高くできる。
【００７４】
図１２は、本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す説明図である。図１２（ａ）は熱型赤外線検出器の平面説明図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の領域ＢのＣ−Ｃ線断面説明図である。図１２において、図１１と同一の箇所は同じ符号を用いて示す。さらに、１４は絶縁膜を示す。図１２において、配線の破線を用いて示される箇所は、実線を用いて示される箇所よりも下側（図面において奥側）に形成されている箇所である。
【００７５】
図１２に示される熱型赤外線検出器は、１つの脚部に設けられる２本の配線を絶縁膜を挟んで上下に配置している点以外は図８に示される熱型赤外線検出器と同じものである。絶縁膜１４は、図１に示される絶縁性基板２ｂおよび保護絶縁膜４などを含んでいる。
【００７６】
図１２に示される熱型赤外線検出器によれば、脚部４ａの幅（すなわち、図９（ａ）に示される面における幅）をより小さくすることができる。したがって、ＳＯＩ基板とＭＯＳトランジスタとのあいだの熱絶縁性をさらに高めるとともに、熱型赤外線検出器の感知部の面積を広くすることができる。その結果、熱型赤外線検出器の感度をより高くできる。
【００７７】
図１３は、本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す説明図である。図１３において、図１１と同一の箇所は同じ符号を用いて示す。
【００７８】
図１３に示される熱型赤外線検出器は、１つの脚部に４本の配線を設けたこと以外は図８に示される熱型赤外線検出器と同じものである。
【００７９】
図１３に示される熱型赤外線検出器によれば、脚部４ａをより少なくすることができる。したがって、ＳＯＩ基板とＭＯＳトランジスタとのあいだの熱絶縁性をさらに高めるとともに、熱型赤外線検出器の感知部の面積を広くすることができる。その結果、熱型赤外線検出器の感度をより高くできる。
【００８０】
またＭＯＳトランジスタの代わりにｎチャネルＪＦＥＴを用いてもよくｐチャネルＪＦＥＴを用いてもよい。
【００８１】
図１４は、本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す説明図である。図１４（ａ）は熱型赤外線検出器の平面説明図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の領域ＤのＥ−Ｅ線断面説明図である。図１４において、図１２と同一の箇所は同じ符号を用いて示す。
【００８２】
図１４に示される熱型赤外線検出器は、１つの脚部に４本の配線を設け、２本ずつ絶縁膜を挟んで上下に配置している点以外は図１２に示される熱型赤外線検出器と同じものである。
【００８３】
図１４に示される熱型赤外線検出器によれば、脚部４ａの幅をより小さくすることができる。したがって、ＳＯＩ基板とＭＯＳトランジスタとのあいだの熱絶縁性をさらに高めるとともに、熱型赤外線検出器の感知部の面積を広くすることができる。その結果、熱型赤外線検出器の感度をより高くできる。
【００８４】
実施の形態２においては、検知部を保持する基板としてＳＯＩ−シリコン基板を使用しているが代わりにシリコン基板を用いてもよい。また、ＭＯＳトランジスタとして、ｎチャネルＭＯＳトランジスタを用いてもよく、ｐチャネルＭＯＳトランジスタを用いてもよい。さらに、ＭＯＳトランジスタの代わりに、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタを用いてもよく、ｐｎｐ型バイポーラトランジスタを用いてもよい。
【００８５】
実施の形態３
前述の実施の形態２においては、熱型赤外線検出器に実施の形態１の吸収体が設けられていないが、実施の形態１と同様に吸収体を設けてもよい。吸収体を設けたばあい、熱型赤外線検出器の検知面の表面積が小さくても充分な感度をうることができるので、脚部の長さをより長くすることができる。その結果、検知部とシリコン基板とのあいだの熱絶縁性をさらに向上させることができる。したがって、より感度が高い熱型赤外線検出器アレイをうることができる。
【００８６】
【発明の効果】
本発明の請求項１記載の熱型赤外線検出器アレイは、赤外線の照射により生じた温度変化によって電気的な特性が変化することにより赤外線を感知する検知部と、脚部を介して前記検知部を保持する基板とを含んでなる熱型赤外線検出器が複数個２次元に配設されてなる熱型赤外線検出器アレイであって、前記検知部がトランジスタを含んでなり、前記熱型赤外線検出器の検知面上方に、赤外線の照射により熱を生じかつ当該熱をトランジスタに供給する吸収体が設けられるものであるので、赤外線を吸収する面積を大きくできるため、感度を高くすることができる。
【００８７】
また、本発明の請求項２記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記検知部の下表面が絶縁膜で覆われ、該絶縁膜と基板とのあいだに空洞が設けられるものであるので、検知部とシリコン基板とのあいだの熱絶縁性を向上させることができる。
【００８８】
また、本発明の請求項３記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記検知部表面のうち上表面には絶縁膜が設けられ、前記上表面以外の表面と基板とのあいだに空洞が設けられるものであるので、検知部とシリコン基板とのあいだの熱絶縁性を向上させることができる。
【００８９】
また、本発明の請求項４記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記トランジスタがＭＯＳトランジスタであるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【００９０】
また、本発明の請求項５記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記ＭＯＳトランジスタがｐチャネルＭＯＳトランジスタであるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【００９１】
また、本発明の請求項６記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記ＭＯＳトランジスタがｎチャネルＭＯＳトランジスタであるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【００９２】
また、本発明の請求項７記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記トランジスタがバイポーラトランジスタであるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【００９３】
また、本発明の請求項８記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記バイポーラトランジスタがｐｎｐ型バイポーラトランジスタであるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【００９４】
また、本発明の請求項９記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記バイポーラトランジスタがｎｐｎ型バイポーラトランジスタであるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【００９５】
また、本発明の請求項１０記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記トランジスタが接合電界効果トランジスタであるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【００９６】
また、本発明の請求項１１記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記接合電界効果トランジスタがｎチャネル型であるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【００９７】
また、本発明の請求項１２記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記接合電界効果トランジスタがｐチャネル型であるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【００９８】
本発明の請求項１３記載の熱型赤外線検出器アレイは、赤外線の照射により生じた温度変化によって電気的な特性が変化することにより赤外線を感知する検知部と、脚部を介して前記検知部を保持する基板とを含んでなる熱型赤外線検出器が複数個２次元に配設されてなる熱型赤外線検出器アレイであって、前記検知部がトランジスタを含んでなり、該トランジスタに複数の配線が電気的に接続されており、前記複数の配線が脚部を介して基板まで延長されており、前記脚部の数が前記配線の数よりも少ないものであるので、赤外線を吸収する面積を大きくできるため、感度を高くすることができる。
【００９９】
また、本発明の請求項１４記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記検知部の下表面が絶縁膜で覆われ、該絶縁膜と基板とのあいだに空洞が設けられるものであるので、検知部とシリコン基板とのあいだの熱絶縁性を向上させることができる。
【０１００】
また、本発明の請求項１５記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記検知部表面のうち上表面には絶縁膜が設けられ、そのほかの表面と基板とのあいだに空洞が設けられるものであるので、検知部とシリコン基板とのあいだの熱絶縁性を向上させることができる。
【０１０１】
また、本発明の請求項１６記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記トランジスタがＭＯＳトランジスタであるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【０１０２】
また、本発明の請求項１７記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記ＭＯＳトランジスタがｐチャネルＭＯＳトランジスタであるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【０１０３】
また、本発明の請求項１８記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記ＭＯＳトランジスタがｎチャネルＭＯＳトランジスタであるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【０１０４】
また、本発明の請求項１９記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記トランジスタがバイポーラトランジスタであるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【０１０５】
また、本発明の請求項２０記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記バイポーラトランジスタがｐｎｐ型バイポーラトランジスタであるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【０１０６】
また、本発明の請求項２１記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記バイポーラトランジスタがｎｐｎ型バイポーラトランジスタであるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【０１０７】
また、本発明の請求項２２記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記トランジスタが接合電界効果トランジスタであるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【０１０８】
また、本発明の請求項２３記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記接合電界効果トランジスタがｎチャネル型であるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【０１０９】
また、本発明の請求項２４記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記接合電界効果トランジスタがｐチャネル型であるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【０１１０】
本発明の請求項２５記載の熱型赤外線検出器アレイは、赤外線の照射により生じた温度変化によって電気的な特性が変化することにより赤外線を感知する検知部と、脚部を介して前記検知部を保持する基板とを含んでなる熱型赤外線検出器が複数個２次元に配設されてなる熱型赤外線検出器アレイであって、前記検知部がトランジスタを含んでなり、前記熱型赤外線検出器の検知面上方に、赤外線の照射により熱を生じかつ当該熱をトランジスタに供給する吸収体が設けられ、さらに前記トランジスタに複数の配線が電気的に接続されており、前記複数の配線が脚部を介して基板まで延長されており、前記脚部の数が前記配線の数よりも少ないものであるので、赤外線を吸収する面積をより大きくでき、かつ、脚部の長さを長くして熱絶縁性を高めることができるため、感度をさらに高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の一例を示す断面説明図である。
【図２】図１の熱型赤外線検出器を示す平面説明図である。
【図３】図１の熱型赤外線検出器が複数個２次元に配設されてなる熱型赤外線検出器アレイの実施の形態１を示す説明図である。
【図４】本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す断面説明図である。
【図５】本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す断面説明図である。
【図６】本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す断面説明図である。
【図７】本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す断面説明図である。
【図８】本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す説明図である。
【図９】本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す説明図である。
【図１０】本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す説明図である。
【図１１】本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す説明図である。
【図１２】本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す説明図である。
【図１３】本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す説明図である。
【図１４】本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す説明図である。
【図１５】従来のボロメータ型赤外線検出器の一例を示す説明図である。
【図１６】ＭＯＳトランジスタを含む従来の熱型赤外線検出器を一例を示す平面説明図である。
【符号の説明】
１ バイポーラトランジスタ、２ａ シリコン基板、２ｂ 絶縁性基板、
３ 空洞、４ 保護絶縁膜、５ エッチング孔、６ 吸収体。
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射した赤外線を感知する熱型赤外線検出器が集積されてなる熱型赤外線検出器アレイに関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
赤外線を検出する熱型赤外線検出器アレイの利用例を、ボロメータ型赤外線検出器アレイを従来の熱型赤外線検出器アレイの一例として用いて説明する。
【０００３】
ボロメータ型赤外線検出器アレイは、複数のボロメータ型赤外線検出器が２次元に配設されてなるものである。前記ボロメータ型赤外線検出器は、物体から放射される赤外線を、前記物体の温度変化に応じて抵抗値が変化するような材料からなる抵抗体によって検知するものである。前記抵抗体表面には赤外線の照射により温度が変化する感熱体が設けられる。感熱体の温度が赤外線の照射により変化すると、抵抗体の抵抗値が変化する。該抵抗値の変化は、抵抗体に印加されたバイアス電流またはバイアス電圧の変化として観察することができる。したがって、２次元に配設された複数のボロメータ型赤外線検出器それぞれの抵抗値の変化を検出することにより物体の形状および表面温度を検知することができる。
【０００４】
つぎに、従来のボロメータ型赤外線検出器の一例について図面を参照しつつ説明する。図１５は従来のボロメータ型赤外線検出器の一例を示す説明図である。図１５において、３０１は抵抗体、３０２は配線、３０３は感熱体、３０４は絶縁部、３０５は支持基板を示す。
【０００５】
抵抗体３０１は、温度変化に対する抵抗の変化率の大きい材料からなる。配線３０２は、抵抗体３０１にバイアス電流またはバイアス電圧を供給するとともに、抵抗体３０１の抵抗値の変化をバイアス電流またはバイアス電圧の変化として外部に取り出すために設けられる。感熱体３０３に脚部３０３ａを設けることにより、感熱体３０３で生じた熱が絶縁部３０４および支持基板基板３０５を伝わって外部に放出されにくくなり、断熱構造体をともなう抵抗体３０１を形成することができる。脚部３０３ａはマイクロマシニング技術を用いて形成される。絶縁部３０４は、支持基板３０５と抵抗体３０１とのあいだを電気的に絶縁するために設けられる。
【０００６】
前記ボロメータ型赤外線検出器などの熱型赤外線検出器を大規模に集積化して形成される熱型赤外線検出器アレイは、物体から放射される赤外線を検知して決像させる赤外線固体撮像素子として使用することができる。赤外線固体撮像素子として使用するばあいに熱型赤外線検出器に対して期待される条件は、
（１）高いＴＣＲ（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）をもつこと、
（２）半導体の製造工程で一般的に使用される材料を用いて形成できること、
（３）抵抗雑音が小さいこと
である。
【０００７】
条件（１）は、熱型赤外線検出器の性能を決定するものである。ＴＣＲは、赤外線が照射されていない状態における熱型赤外線検出器の抵抗値をＲ、赤外線の照射により生じた抵抗値の変化量をｄＲ、赤外線の照射により生じた絶対温度の変化量をｄＴとすると、１／Ｒ×ｄＲ／ｄＴ（％／Ｋ）で表される。ＴＣＲは、熱型赤外線検出器の温度変化に対する抵抗値の変化の割合を示す数字である。
【０００８】
条件（２）は、熱型赤外線検出器を大規模に集積化して形成される熱型赤外線検出器アレイは出力信号をシリコン基板上に形成された集積回路を用いて読み出すため、熱型赤外線検出器の製造工程を集積回路の製造工程に組み込むことができれば安価で高歩留まりな熱型赤外線検出器アレイが形成可能となる。
【０００９】
条件（３）は、熱型赤外線検出器の性能が熱型赤外線検出器から出力される信号の量とノイズとの比（Ｓ／Ｎ比）で表されるため、熱型赤外線検出器が低ノイズであることが重要であるため必要である。
【００１０】
抵抗体の材料であるボロメータ材料として現在までに提案されているものとしては、薄膜状の金属、酸化バナジウムなどのセラミックス、多結晶シリコンまたは非晶質シリコンなどの半導体などがある。
【００１１】
従来のボロメータ材料の一例である酸化バナジウムは−２．０％／Ｋ以上の大きなＴＣＲをうることができるので、熱型赤外線検出器の感度を高くすることができる点で有利である。しかし、集積回路の製造工程に含まれる一般の半導体の製造工程では利用されない材料であるため、製造装置を汚染するなどの問題がある。
【００１２】
従来のボロメータ材料の他の例である多結晶シリコンまたは非晶質シリコンなどの半導体は、集積回路を製造するための一般の半導体の製造工程で利用される材料であるため、集積回路の製造工程に含まれる半導体の製造工程以外の工程に悪影響をおよぼさない点で有利である。しかし、多結晶シリコンの抵抗値は、結晶粒界に形成されたトラップ準位が形成する電位障壁により決まる。すなわち、電気伝導はキャリヤトラップを介して行われるので、多結晶シリコンを用いたばあい１／ｆノイズが大きくなる。したがって、熱型赤外線検出器の性能は前記信号の量とノイズとの比（Ｓ／Ｎ比）で表されるため、ノイズの増加は熱型赤外線検出器の性能を低下させ問題である。
【００１３】
従来のボロメータ材料の他の例である薄膜状の白金やチタンなどの金属をボロメータ材料として用いることは、多結晶シリコンをボロメータ材料として用いるばあいと比べて、１／ｆノイズを小さくできる点で有効的である。しかし、多結晶シリコンは製法によってＴＣＲを変化できるのに対し、薄膜状の白金やチタンなどの金属はＴＣＲが０．５％／Ｋ程度とその物性値で決まるため性能的に限界があるという点で問題がある。
【００１４】
前述のように温度変化に対する抵抗の変化を利用したボロメータ型赤外線検出器は、いくつかのボロメータ材料が提案されているが、量産性を備えかつ高性能の熱型赤外線検出器をうるにはそれぞれ問題がある。
【００１５】
前述のボロメータ型赤外線検出器以外の熱型赤外線検出器として、半導体の接合デバイス（トランジスタまたはｐｎ接合を利用した素子など）を利用したものも提案されている。前記デバイスは、拡散電位障壁高さやキャリア数が温度によって変化することを利用したものである。たとえば、バイポーラトランジスタは温度センサとして使われる。しかし、通常、バイポーラトランジスタは半導体基板中に作り込まれるため、半導体基板全体の温度変化を検知できるセンサとしての使用例がある。
【００１６】
また、半導体基板上に形成した絶縁膜上に蒸着法を用いてポリシリコンを堆積させ、ｐｎ接合を形成して熱型赤外線検出器を作成し、熱型赤外線検出器アレイに適用した例がある。かかる例では、ポリシリコンが完全な結晶ではないためノイズが大きく、出力される信号の量も小さいのでＳ／Ｎ比が小さいという問題がある。
【００１７】
一方、市販のＭＯＳ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタを使って作成した熱型赤外線検出器がある。該熱型赤外線検出器は、半導体基板であるシリコン基板内にＭＯＳトランジスタを形成し、電界エッチング法という従来から使用されている方法を用いてまわりのシリコンを取り除き形成される。ＭＯＳトランジスタからなる検知部は、脚部を介してシリコン基板に支持される。すなわち、ＭＯＳトランジスタは検知部とシリコン基板とのあいだの熱絶縁性を向上させた構造をもっている。ＭＯＳトランジスタを含む熱型赤外線検出器には、半導体基板として単結晶シリコン基板を使うため結晶の不完全性にともない発生するノイズが小さいという利点がある。また、出力信号を読み出すための集積回路を形成するときに同時に熱型赤外線検出器を形成できるため、該熱型赤外線検出器は熱型赤外線検出器アレイを構成するのに適している。しかし、ＭＯＳトランジスタを含む熱型赤外線検出器は検出器のサイズが小さくなるにつれ、検出器中で脚部が占める割合が大きくなる。赤外線の検知を行う部分の表面積が小さくなり熱型赤外線検出器の感度が低下する。
【００１８】
図１６は、ＭＯＳトランジスタを含む従来の熱型赤外線検出器を一例を示す平面説明図である。図１６において、４０１ａはＭＯＳトランジスタのドレイン、４０１ｂはＭＯＳトランジスタのソース、４０１ｃはＭＯＳトランジスタのゲート、４０１ｄはＭＯＳトランジスタのボディ、４０２ａはドレイン４０１ａに接続される配線（以下、「ドレイン配線」という）、４０２ｂはソース４０１ｂに接続される配線（以下、「ソース配線」という）、４０２ｃはゲート４０１ｃに接続される配線（以下、「ゲート配線」という）、４０２ｄはボディ４０１ｄに接続される配線（以下、「ボディ配線」という）を示す。たとえば、シリコン基板としてｐ型基板を用い、ボディ４０１ｄはｐ型基板中に形成されたｎ型領域であり、ドレイン４０１ａおよびソース４０１ｂはボディ４０１ｄ中に形成されたｐ型領域であり、ゲート４０１ｃはゲート絶縁膜を介してボディ４０１ｄ上方に形成された電極である。なお、ボディ配線４０２ｄを接続するために、ボディ４０１ｄの一部はゲート４０１ｃに覆われていない。
【００１９】
さらに、４０３は、シリコン基板上面に形成された絶縁膜、４０３ａは、シリコン基板とＭＯＳトランジスタとのあいだの熱絶縁性をうるための脚部、４０３ｂは、シリコン基板に電界エッチング法によって空洞を形成するために絶縁膜４０３に形成された貫通孔（以下、「エッチング孔」という）を示す。なお、前記ドレイン４０１ａ、ソース４０１ｂ、ゲート４０１ｃおよびボディ４０１ｄは絶縁膜４０３下に形成されるが、分かりやすくするために実線を用いて示される。ただし、ボディ４０１ｄのゲート４０１ｃ下部に形成された部分は破線を用いて示される。また、絶縁膜４０３のゲート４０１ｃおよびボディ４０１ｄに挟持された部分はゲート絶縁膜として機能する。
【００２０】
また、絶縁膜からなる絶縁性基板上に単結晶シリコン膜を形成してえられたＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板をシリコン基板で保持してえられた基板（以下、「ＳＯＩ−シリコン基板」という）を用いてＭＯＳトランジスタを形成する方法がある。前記単結晶シリコン膜にＭＯＳトランジスタを形成したばあい、信号の伝送に関する高速性や耐放射線性をうることができる。したがって、ＳＯＩ−シリコン基板を用いて形成されたＭＯＳトランジスタは大規模な論理回路やダイナミックメモリ中で使用される。前記ＳＯＩ−シリコン基板をセンサとして利用した例として、熱起電力を利用したセンサであるサーモパイルを単結晶シリコン膜中に形成した例がある。しかし、ＳＯＩ−シリコン基板を用いてＭＯＳトランジスタを形成しセンサとして用いたという例はいまだにない。
【００２１】
本発明はかかる問題を解決するためになされたものであり、半導体の製造工程で一般的に使用される材料を用いて形成でき、結晶の不完全性により生じるノイズが小さく、各熱型赤外線検出器の赤外線の吸収面積が大きく感度が高い熱型赤外線検出器アレイを提供することを目的とする。
【００２２】
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の熱型赤外線検出器アレイは、半導体基板と、該半導体基板上に設けられた赤外線の照射により生じた温度変化によって電気的な特性が変化することにより赤外線を感知する検知部と、該検知部下部の前記半導体基板に設けられた空洞と、前記検知部と前記半導体基板とを接合し、かつ前記空洞のうえに検知部を保持する脚部とを含む熱型赤外線検出器が複数個２次元に配設されてなる熱型赤外線検出器アレイであって、
前記検知部は単結晶シリコンに形成されたトランジスタを含み、前記検知部の検知面上には前記検知部に熱を供給する支持部と吸収部とを有する前記検知部より大きな面積のシリコン、二酸化シリコンまたは窒化シリコンもしくは金属のうちの少なくとも２つを組み合わせた多層構造の吸収体を備えたものである。
【００２３】
また、本発明の請求項２記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記半導体基板がＳＯＩ−シリコン基板であり、前記トランジスタが前記ＳＯＩ−シリコン基板の一部であるＳＯＩ基板の単結晶シリコン膜に形成されたものである。
【００２４】
また、本発明の請求項３記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記半導体基板が単結晶シリコン基板であり、前記トランジスタが単結晶シリコン基板に設けられたものである。
【００２５】
また、本発明の請求項４記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記トランジスタに複数の配線が電気的に接続され、該複数の配線が脚部を介して基板まで延長され、脚部の数が配線の数よりも少ない構成としたものである。
【００２６】
また、本発明の請求項５記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記トランジスタが、ＭＯＳトランジスタまたはバイポーラトランジスタまたは接合電界効果トランジスタである。
【００４７】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の熱型赤外線検出器アレイの実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００４８】
実施の形態１
図面を参照しつつ本発明の熱型赤外線検出器アレイの実施の形態１について説明する。
【００４９】
図１は、本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の一例を示す断面説明図である。図１には、熱型赤外線検出器アレイを構成する複数の熱型赤外線検出器のうちの１つの熱型赤外線検出器が示される。図１において、１はバイポーラトランジスタ、２ａはシリコン基板、２ｂは通常厚さ１μｍ以下程度の絶縁膜からなる絶縁性基板、３は空洞、４は、バイポーラトランジスタ１の保護のために設けられた絶縁膜（以下、「保護絶縁膜」という）、５は、エッチングによって空洞３を形成するために設けられた貫通孔（以下、「エッチング孔」という）、６は吸収体を示す。
【００５０】
ＳＯＩ基板は、絶縁性基板２ｂと、バイポーラトランジスタ１として示される単結晶シリコン膜とからなる。また、ＳＯＩ−シリコン基板は、熱型赤外線検出器の検知部を保持する基板であり、前記ＳＯＩ基板とシリコン基板２ａとからなる。バイポーラトランジスタ１は、単結晶シリコン膜にエミッタ１ａ、ベース１ｂおよびコレクタ１ｃを形成することによりえられる。
【００５１】
バイポーラトランジスタ１ａとしては、たとえば、ベース１ｂがｐ型領域でありエミッタ１ａおよびコレクタ１ｃがｎ型領域であるｎｐｎ型バイポーラトランジスタ、またはベース１ｂがｎ型領域でありエミッタ１ａおよびコレクタ１ｃがｐ型領域であるｐｎｐ型バイポーラトランジスタが用いられうる。
【００５２】
前記吸収体６のうち吸収部６ａは赤外線の照射により熱を生じる箇所であり、支持部６ｂは熱をトランジスタに供給するものである。吸収体６の材料は半導体の製造工程において使用されるものであればよく、たとえばシリコン、二酸化シリコン、窒化シリコン、またはアルミニウム、チタン、コバルトなどの金属、もしくはシリコン、二酸化シリコン、窒化シリコンおよびアルミニウム、チタン、コバルトなどの金属のうちの少なくとも２つを組み合わせたものが使用される。また、吸収体６の赤外線吸収率が上がるように、吸収体６を多層構造で形成することがより好ましい。多層構造の吸収体６の一例としては、シリコンを金属膜で覆ったものがあり、吸収する赤外線の共振周波数を考慮して吸収体６を形成すことにより、効率よく赤外線を吸収することができる。
【００５３】
検知部は保護絶縁膜４とバイポーラトランジスタ１とからなる。バイポーラトランジスタ１は、温度変化によって能動領域を流れる電流の値が変化する。したがって、温度変化による電流値の変化を出力信号として読み出し、赤外線を感知することができる。
【００５４】
空洞３は、保護絶縁膜４および絶縁性基板２ｂに設けられたエッチング孔５から気体または液体を用いてシリコン基板の一部をエッチングすることにより設けられる。該エッチングの際、材料として単結晶シリコンを用いるバイポーラトランジスタ１は、バイポーラトランジスタ１表面が保護絶縁膜４および絶縁性基板２ｂに覆われているので除去されない。
【００５５】
エッチングは異方向性エッチングおよび等方向エッチングが使える。異方向性エッチングに用いられるエッチング溶液の例としては、水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液、ヒドラジン溶液、エチレンジアミン−ピロカテコール−水（ＥＰＷ）溶液または水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）溶液があり、毒性がないという点でＫＯＨ溶液およびＴＭＡＨ溶液がより好ましい。また、等方向エッチングでは、エッチング溶液を用いるばあいはたとえばフッ化水素（ＨＦ）溶液が使用され、エッチングガスを用いるばあいはたとえば四フッ化炭素ガスと酸素ガスとの混合ガス（ＣＦ４ ＋Ｏ２ ガス）、六フッ化イオウガスと酸素ガスとの混合ガス（ＳＦ６ ＋Ｏ２ ガス）または二フッ化キセノンガス（ＸｅＦ２ ガス）が使用されうる。
【００５６】
図２は、図１の熱型赤外線検出器を示す平面説明図である。図２には、検知部を分かりやすく示すために吸収体が示されていない。図１は図２のＡ−Ａ線断面説明図である。図２において、図１と同一の箇所は同じ符号を用いて示す。さらに、７ａは、エミッタ１ａに接続される配線（以下、「エミッタ配線」という）、７ｂは、ベース１ｂに接続される配線（以下、「ベース配線」という）、７ｃは、コレクタ１ｃに接続される配線（以下、「コレクタ配線」という）を示す。
【００５７】
バイポーラトランジスタ１は３端子素子であるため、３本の配線、すなわちエミッタ配線７ａ、ベース配線７ｂおよびコレクタ配線７ｃが設けられる（図１には３本の配線は図示されていない）。従来のボロメータ型赤外線検出器は２端子素子である。したがって、バイポーラトランジスタを用いて熱型赤外線検出器を形成したときの方が、ボロメータ型赤外線検出器よりも、検出器表面のうち配線が占める面積が大きくなる。その結果、赤外線を感知する部分（以下、「感知部」という）の面積が小さくなり、感度が低下する。しかし、本実施の形態によれば、吸収体を検出器の検知面（図２に示される面）上方に設けるので、検知面の面積を効率よく利用して赤外線を吸収することができ、熱型赤外線検出器の感度を向上させうる。前記吸収体を設けることは、熱型赤外線検出器の検知面の面積が小さくなるにつれて効果的である。
【００５８】
図３は、図１の熱型赤外線検出器が複数個２次元に配設されてなる熱型赤外線検出器アレイの一実施の形態を示す説明図である。図３において、図１と同一の箇所は同じ符号を用いて示す。図３に示される熱型赤外線検出器アレイは、図１の熱型赤外線検出器を３行×３列に９個配列したものである。なお、エッチング孔および配線は示されていない。
【００５９】
図４は、本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す断面説明図である。図４に示される熱型赤外線検出器は、ＳＯＩ−シリコン基板の代わりにシリコン基板を用い、該シリコン基板中にバイポーラトランジスタを形成した点以外は、図１に示される熱型赤外線検出器と同じものである。図４において、図１と同一の箇所は同じ符号を用いて示す。
【００６０】
図４に示される熱型赤外線検出器は、シリコン基板２ａ中にバイポーラトランジスタ１を形成し、エッチング孔５からバイポーラトランジスタ１のまわりのシリコン基板を除去して空洞３を形成することによりえられる。空洞３の形成方法の一例として電界エッチング法があげられる。すなわち、シリコン基板２ａとしてｎ型のシリコン基板を用い、バイポーラトランジスタ１となる部分のみをｐ型の領域にしておく。さらに、シリコン基板２ａ表面を保護絶縁膜４で覆いエッチング孔５を設ける。ついで、シリコン基板のｎ型の領域とｐ型の領域とのあいだに逆方向電圧を印加する。最後に、シリコン用のエッチング溶液にシリコン基板２ａを浸すと、バイポーラトランジスタ１となるｐ型の領域は除去されず、シリコン基板２ａのｎ型の領域のみが除去され、バイポーラトランジスタ１のまわりに空洞３が形成される。なお、電界エッチング法によって空洞３を設けるばあい、エッチング液として異方性エッチング液が用いられる。該異方性エッチング液の例としては、水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液、ヒドラジン溶液、エチレンジアミン−ピロカテコール−水（ＥＰＷ）溶液または水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）溶液があり、毒性がないという点でＫＯＨ溶液およびＴＭＡＨ溶液がより好ましい。
【００６１】
電界エッチング法を用いて空洞３を形成すれば、ＳＯＩ基板を使用せずに熱型赤外線検出器を形成することができる。したがって、熱型赤外線検出器アレイを容易に製造することができる。
【００６２】
図５は、本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す断面説明図である。図５に示される熱型赤外線検出器は、バイポーラトランジスタの代わりにＭＯＳトランジスタを用いた点以外は、図１に示される熱型赤外線検出器と同じものである。なお、分かりやすくするために吸収体は図示されていない。図５において、図１と同一の箇所は同じ符号を用いて示す。さらに、１１はｎチャネルＭＯＳトランジスタ、１１ａはソース、１１ｂはゲート、１１ｃはドレイン、１１ｄはボディ、１７ａはソース配線、１７ｂはゲート配線、１７ｃはドレイン配線を示す。
【００６３】
ＭＯＳトランジスタの飽和領域を流れる電流の値は、温度変化によってチャネル内の多数キャリヤの移動度としきい値電圧が変化することにより変化する。したがって、検知部としてＭＯＳトランジスタを利用できる。ＳＯＩ基板を用いて形成したＭＯＳトランジスタは、ｎチャネルＭＯＳトランジスタおよびｐチャネルＭＯＳトランジスタのいずれも論理回路およびダイナミックメモリを形成する際に利用される。したがって、ＭＯＳトランジスタを検知部として用いることは、集積回路の製造工程中に熱型赤外線検出器を製造することができるので好ましい。
【００６４】
図６は他の熱型赤外線検出器を示す平面構造説明図である。図６に示される熱型検出器はバイポーラトランジスタの代わりに接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）を用いた点以外は図１に示される熱型赤外線検出器と同じである。１８ａはソース、１８ｂはドレイン、１８ｃがゲートである。１９ａはソース配線、１９ｂはドレイン配線、１９ｃはゲート配線である。また、２２はチャネルである。図７は図６に示した構造のＢ−Ｂ線断面構造説明図である。
【００６５】
図８は、本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す断面説明図である。図８に示される熱型赤外線検出器は、ＳＯＩ−シリコン基板の代わりにシリコン基板を用い、該シリコン基板中にＭＯＳトランジスタを形成した点以外は、図５に示される熱型赤外線検出器と同じものである。図６において、図５と同一の箇所は同じ符号を用いて示す。なお、分かりやすくするために吸収体は図示されていない。さらに、２０は、シリコン基板のｐ型の領域とｎ型の領域とのあいだに逆方向電圧を印加するために設けられた電源を示す。
【００６６】
図８では、シリコン基板２ａとしてｐ型のシリコン基板を用い、シリコン基板２ａ中にｎ型領域を形成し、該ｎ型領域にｐチャネルＭＯＳトランジスタを形成している。さらに、空洞３は、図４に示される熱型赤外線検出器と同様に電界エッチング法により形成される。なお、シリコン基板２ａとしてｎ型のシリコン基板を用い、シリコン基板中にｎチャネルＭＯＳトランジスタを形成してもよい。
【００６７】
図９は、本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す断面説明図である。図９に示される熱型赤外線検出器は、ＳＯＩ−シリコン基板の代わりにシリコン基板を用い、該シリコン基板中にバイポーラトランジスタを形成した点以外は、図１に示される熱型赤外線検出器と同じものである。図９において、図１および図６と同一の箇所は同じ符号を用いて示す。なお、分かりやすくするために吸収体は図示されていない。
【００６８】
図９では、シリコン基板２ａとしてｐ型のシリコン基板を用い、ｐ型のシリコン基板中にｎ型の領域を形成し、該ｎ型の領域にｎｐｎ型バイポーラトランジスタを形成している（図９（ａ）参照）。さらに、空洞３は、図４に示される熱型赤外線検出器と同様に電界エッチング法により形成される（図９（ｂ）参照）。なお、シリコン基板２ａとしてｎ型のシリコン基板を用い、シリコン基板中にｐｎｐ型バイポーラトランジスタを形成してもよい。
【００６９】
図１０は前記シリコン基板中にＪＦＥＴを形成した点以外は、図１に示される熱型赤外線検出器と同じ構造である。図１０において、１９ａはソース配線、１９ｂはドレイン配線、１９ｃはゲート配線、２１ａはｎ型領域、２１ｂはｐ型領域であり、図１と同一の箇所は同じ符号を用いて示す。図１０ではｎ型のシリコン基板中にｐ型の領域を形成し、該ｐ型の領域にｎチャネルＪＦＥＴを形成してある。もちろんｐ型のシリコン基板中にｎ型の領域を形成し、該ｎ型の領域にｐチャネルＪＦＥＴを形成してもよい。
【００７０】
実施の形態２
つぎに、本発明の熱型赤外線検出器アレイの実施の形態２について図面を参照しつつ説明する。
【００７１】
本実施の形態は、吸収体を設けず、かつ、脚部の数を配線の数よりも少なくしたこと以外は実施の形態１と同じである。
【００７２】
図１１は、本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す説明図である。図１１には、熱型赤外線検出器アレイを構成する複数の熱型赤外線検出器のうちの１つの熱型赤外線検出器が示される。図１１において、図５と同一の箇所は同じ符号を用いて示す。さらに、１７ｄはボディ配線を示す。なお、実際は４本の配線は保護絶縁膜中に設けられているが、分かりやすくするために実線を用いて示される。
【００７３】
図１１の熱型赤外線検出器は、ＳＯＩ−シリコン基板とＭＯＳトランジスタとを用いて形成される。ＭＯＳトランジスタは４端子素子なので、ソース配線１７ａ、ゲート配線１７ｂ、ドレイン配線１７ｃおよびボディ配線１７ｄを必要とする。しかし、本実施の形態においては、１つの脚部４ａに２本の配線を設けるので脚部４ａが２本あればよい。したがって、ＳＯＩ基板とＭＯＳトランジスタとのあいだの熱絶縁性を高めるとともに、熱型赤外線検出器の感知部の面積を広くすることができる。その結果、熱型赤外線検出器の感度を高くできる。
【００７４】
図１２は、本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す説明図である。図１２（ａ）は熱型赤外線検出器の平面説明図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の領域ＢのＣ−Ｃ線断面説明図である。図１２において、図１１と同一の箇所は同じ符号を用いて示す。さらに、１４は絶縁膜を示す。図１２において、配線の破線を用いて示される箇所は、実線を用いて示される箇所よりも下側（図面において奥側）に形成されている箇所である。
【００７５】
図１２に示される熱型赤外線検出器は、１つの脚部に設けられる２本の配線を絶縁膜を挟んで上下に配置している点以外は図８に示される熱型赤外線検出器と同じものである。絶縁膜１４は、図１に示される絶縁性基板２ｂおよび保護絶縁膜４などを含んでいる。
【００７６】
図１２に示される熱型赤外線検出器によれば、脚部４ａの幅（すなわち、図９（ａ）に示される面における幅）をより小さくすることができる。したがって、ＳＯＩ基板とＭＯＳトランジスタとのあいだの熱絶縁性をさらに高めるとともに、熱型赤外線検出器の感知部の面積を広くすることができる。その結果、熱型赤外線検出器の感度をより高くできる。
【００７７】
図１３は、本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す説明図である。図１３において、図１１と同一の箇所は同じ符号を用いて示す。
【００７８】
図１３に示される熱型赤外線検出器は、１つの脚部に４本の配線を設けたこと以外は図８に示される熱型赤外線検出器と同じものである。
【００７９】
図１３に示される熱型赤外線検出器によれば、脚部４ａをより少なくすることができる。したがって、ＳＯＩ基板とＭＯＳトランジスタとのあいだの熱絶縁性をさらに高めるとともに、熱型赤外線検出器の感知部の面積を広くすることができる。その結果、熱型赤外線検出器の感度をより高くできる。
【００８０】
またＭＯＳトランジスタの代わりにｎチャネルＪＦＥＴを用いてもよくｐチャネルＪＦＥＴを用いてもよい。
【００８１】
図１４は、本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す説明図である。図１４（ａ）は熱型赤外線検出器の平面説明図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の領域ＤのＥ−Ｅ線断面説明図である。図１４において、図１２と同一の箇所は同じ符号を用いて示す。
【００８２】
図１４に示される熱型赤外線検出器は、１つの脚部に４本の配線を設け、２本ずつ絶縁膜を挟んで上下に配置している点以外は図１２に示される熱型赤外線検出器と同じものである。
【００８３】
図１４に示される熱型赤外線検出器によれば、脚部４ａの幅をより小さくすることができる。したがって、ＳＯＩ基板とＭＯＳトランジスタとのあいだの熱絶縁性をさらに高めるとともに、熱型赤外線検出器の感知部の面積を広くすることができる。その結果、熱型赤外線検出器の感度をより高くできる。
【００８４】
実施の形態２においては、検知部を保持する基板としてＳＯＩ−シリコン基板を使用しているが代わりにシリコン基板を用いてもよい。また、ＭＯＳトランジスタとして、ｎチャネルＭＯＳトランジスタを用いてもよく、ｐチャネルＭＯＳトランジスタを用いてもよい。さらに、ＭＯＳトランジスタの代わりに、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタを用いてもよく、ｐｎｐ型バイポーラトランジスタを用いてもよい。
【００８５】
実施の形態３
前述の実施の形態２においては、熱型赤外線検出器に実施の形態１の吸収体が設けられていないが、実施の形態１と同様に吸収体を設けてもよい。吸収体を設けたばあい、熱型赤外線検出器の検知面の表面積が小さくても充分な感度をうることができるので、脚部の長さをより長くすることができる。その結果、検知部とシリコン基板とのあいだの熱絶縁性をさらに向上させることができる。したがって、より感度が高い熱型赤外線検出器アレイをうることができる。
【００８６】
【発明の効果】
本発明の請求項１記載の熱型赤外線検出器アレイは、赤外線の照射により生じた温度変化によって電気的な特性が変化することにより赤外線を感知する検知部と、脚部を介して前記検知部を保持する基板とを含んでなる熱型赤外線検出器が複数個２次元に配設されてなる熱型赤外線検出器アレイであって、前記検知部がトランジスタを含んでなり、前記熱型赤外線検出器の検知面上方に、赤外線の照射により熱を生じかつ当該熱をトランジスタに供給する吸収体が設けられるものであるので、赤外線を吸収する面積を大きくできるため、感度を高くすることができる。
【００８７】
また、本発明の請求項２記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記検知部の下表面が絶縁膜で覆われ、該絶縁膜と基板とのあいだに空洞が設けられるものであるので、検知部とシリコン基板とのあいだの熱絶縁性を向上させることができる。
【００８８】
また、本発明の請求項３記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記検知部表面のうち上表面には絶縁膜が設けられ、前記上表面以外の表面と基板とのあいだに空洞が設けられるものであるので、検知部とシリコン基板とのあいだの熱絶縁性を向上させることができる。
【００８９】
また、本発明の請求項４記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記トランジスタがＭＯＳトランジスタであるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【００９０】
また、本発明の請求項５記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記ＭＯＳトランジスタがｐチャネルＭＯＳトランジスタであるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【００９１】
また、本発明の請求項６記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記ＭＯＳトランジスタがｎチャネルＭＯＳトランジスタであるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【００９２】
また、本発明の請求項７記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記トランジスタがバイポーラトランジスタであるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【００９３】
また、本発明の請求項８記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記バイポーラトランジスタがｐｎｐ型バイポーラトランジスタであるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【００９４】
また、本発明の請求項９記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記バイポーラトランジスタがｎｐｎ型バイポーラトランジスタであるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【００９５】
また、本発明の請求項１０記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記トランジスタが接合電界効果トランジスタであるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【００９６】
また、本発明の請求項１１記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記接合電界効果トランジスタがｎチャネル型であるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【００９７】
また、本発明の請求項１２記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記接合電界効果トランジスタがｐチャネル型であるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【００９８】
本発明の請求項１３記載の熱型赤外線検出器アレイは、赤外線の照射により生じた温度変化によって電気的な特性が変化することにより赤外線を感知する検知部と、脚部を介して前記検知部を保持する基板とを含んでなる熱型赤外線検出器が複数個２次元に配設されてなる熱型赤外線検出器アレイであって、前記検知部がトランジスタを含んでなり、該トランジスタに複数の配線が電気的に接続されており、前記複数の配線が脚部を介して基板まで延長されており、前記脚部の数が前記配線の数よりも少ないものであるので、赤外線を吸収する面積を大きくできるため、感度を高くすることができる。
【００９９】
また、本発明の請求項１４記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記検知部の下表面が絶縁膜で覆われ、該絶縁膜と基板とのあいだに空洞が設けられるものであるので、検知部とシリコン基板とのあいだの熱絶縁性を向上させることができる。
【０１００】
また、本発明の請求項１５記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記検知部表面のうち上表面には絶縁膜が設けられ、そのほかの表面と基板とのあいだに空洞が設けられるものであるので、検知部とシリコン基板とのあいだの熱絶縁性を向上させることができる。
【０１０１】
また、本発明の請求項１６記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記トランジスタがＭＯＳトランジスタであるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【０１０２】
また、本発明の請求項１７記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記ＭＯＳトランジスタがｐチャネルＭＯＳトランジスタであるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【０１０３】
また、本発明の請求項１８記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記ＭＯＳトランジスタがｎチャネルＭＯＳトランジスタであるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【０１０４】
また、本発明の請求項１９記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記トランジスタがバイポーラトランジスタであるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【０１０５】
また、本発明の請求項２０記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記バイポーラトランジスタがｐｎｐ型バイポーラトランジスタであるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【０１０６】
また、本発明の請求項２１記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記バイポーラトランジスタがｎｐｎ型バイポーラトランジスタであるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【０１０７】
また、本発明の請求項２２記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記トランジスタが接合電界効果トランジスタであるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【０１０８】
また、本発明の請求項２３記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記接合電界効果トランジスタがｎチャネル型であるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【０１０９】
また、本発明の請求項２４記載の熱型赤外線検出器アレイは、前記接合電界効果トランジスタがｐチャネル型であるので、半導体の製造工程中に形成することができる。
【０１１０】
本発明の請求項２５記載の熱型赤外線検出器アレイは、赤外線の照射により生じた温度変化によって電気的な特性が変化することにより赤外線を感知する検知部と、脚部を介して前記検知部を保持する基板とを含んでなる熱型赤外線検出器が複数個２次元に配設されてなる熱型赤外線検出器アレイであって、前記検知部がトランジスタを含んでなり、前記熱型赤外線検出器の検知面上方に、赤外線の照射により熱を生じかつ当該熱をトランジスタに供給する吸収体が設けられ、さらに前記トランジスタに複数の配線が電気的に接続されており、前記複数の配線が脚部を介して基板まで延長されており、前記脚部の数が前記配線の数よりも少ないものであるので、赤外線を吸収する面積をより大きくでき、かつ、脚部の長さを長くして熱絶縁性を高めることができるため、感度をさらに高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の一例を示す断面説明図である。
【図２】図１の熱型赤外線検出器を示す平面説明図である。
【図３】図１の熱型赤外線検出器が複数個２次元に配設されてなる熱型赤外線検出器アレイの実施の形態１を示す説明図である。
【図４】本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す断面説明図である。
【図５】本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す断面説明図である。
【図６】本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す断面説明図である。
【図７】本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す断面説明図である。
【図８】本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す説明図である。
【図９】本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す説明図である。
【図１０】本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す説明図である。
【図１１】本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す説明図である。
【図１２】本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す説明図である。
【図１３】本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す説明図である。
【図１４】本発明の熱型赤外線検出器アレイを構成する熱型赤外線検出器の他の例を示す説明図である。
【図１５】従来のボロメータ型赤外線検出器の一例を示す説明図である。
【図１６】ＭＯＳトランジスタを含む従来の熱型赤外線検出器を一例を示す平面説明図である。
【符号の説明】
１ バイポーラトランジスタ、２ａ シリコン基板、２ｂ 絶縁性基板、
３ 空洞、４ 保護絶縁膜、５ エッチング孔、６ 吸収体。
Claims (5)
- 半導体基板と、該半導体基板上に設けられた赤外線の照射により生じた温度変化によって電気的な特性が変化することにより赤外線を感知する検知部と、該検知部下部の前記半導体基板に設けられた空洞と、前記検知部と前記半導体基板とを接合し、かつ前記空洞のうえに検知部を保持する脚部とを含む熱型赤外線検出器が複数個２次元に配設されてなる熱型赤外線検出器アレイであって、
前記検知部は単結晶シリコンに形成されたトランジスタを含み、前記検知部の検知面上には前記検知部に熱を供給する支持部と吸収部とを有する前記検知部より大きな面積のシリコン、二酸化シリコンまたは窒化シリコンもしくは金属のうちの少なくとも２つを組み合わせた多層構造の吸収体を備えた熱型赤外線検出器アレイ。 - 前記半導体基板がＳＯＩ−シリコン基板であり、前記トランジスタが前記ＳＯＩ−シリコン基板の一部であるＳＯＩ基板の単結晶シリコン膜に形成された請求項１記載の熱型赤外線検出器アレイ。
- 前記半導体基板が単結晶シリコン基板であり、前記トランジスタが単結晶シリコン基板に設けられた請求項１記載の熱型赤外線検出器アレイ。
- 前記トランジスタに複数の配線が電気的に接続され、該複数の配線が脚部を介して基板まで延長され、脚部の数が配線の数よりも少ない請求項１、２または３記載の熱型赤外線検出器アレイ。
- 前記トランジスタが、ＭＯＳトランジスタまたはバイポーラトランジスタまたは接合電界効果トランジスタである請求項２、３または４記載の熱型赤外線検出器アレイ。
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