JP4144204B2 - 光吸収膜およびその製造方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光吸収膜およびその製造方法に係り、特に、遠赤外線検出器のような断熱構造上のセンシング領域へ形成するパターニングを必要とする技術に適用するのに好適な光吸収膜およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光センサに用いられる光吸収膜は、膜材料の結晶がデンドライト成長した多孔質の構造を有する金属膜を用いることが多い。このような金属膜を形成するには、一般的に、真空チャンバーを所望の圧力まで排気した後に排気を停止し、該チャンバー内に所定の圧力の不活性ガスを充填して圧力一定とする。圧力は系の平均自由行程が非常に短くなる圧力であり、数百Ｐａ程度である。その雰囲気下において、蒸着用ボートを用いた抵抗加熱により、金等の金属を蒸発させて被蒸着物表面に蒸着金属の結晶をデンドライト成長させる等の手順で行われている。
【０００３】
サーモパイル型遠赤外線検出器のように、非常に微小な入射赤外光を熱エネルギーとして温度で検出することが必要なセンサにおいては、上記のように金をデンドライト成長させた遠赤外線光吸収膜（＝熱吸収膜）を用い、かつ、センシング領域をそれを保持する基体から空間に浮かせた熱分離構造（後述の図１に示すのと同様な構造）とすると非常に感度が向上する（第１の従来構造）。
【０００４】
一方、多くの市販されているセンサのように、屈折率の異なる通常の非ポーラス構造の薄膜を積層して、光の干渉によりエネルギーとして膜内で吸収させる構造がある。この構造は、通常の半導体素子の製作工程と同様の工程で加工することが可能で、工程への組み込みが容易である（第２の従来構造）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
第１の従来構造のような脆弱な薄膜構造を形成する場合において、光吸収膜を検出領域にのみ形成し、非検出領域は温度検出の比較基準点とするために、非検出領域に光吸収膜を形成しないというパターニング工程を施す場合に、工程順の構成に工夫が必要であり、扱いも難しい。
【０００６】
また、第２の従来構造のような積層膜型では、吸収率が事実上７０％程度であり、第１の従来構造のポーラス金属膜型における９０％以上の性能に比較すると、検出感度が低下する。また、その原理から光吸収波長による吸収率の変動があり、トータルとして吸収エネルギーは小さくなる。したがって、このような積層膜型は、センサの熱検出手法が非常に高感度の場合での適用に限られる。
【０００７】
本発明の目的は、光吸収膜のパターニング工程を施す場合に、工程順の構成に工夫が不要であり、工程設計の不自由さを解消し、扱いも簡単な光吸収膜およびその製造方法を提供することにある。
【０００８】
また、吸収率が約９０％以上で検出感度が高く、光吸収波長による吸収率の変動が少なく、トータルとして吸収エネルギーが大きい光吸収膜およびその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明においては特許請求の範囲に記載するような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の光吸収膜は、検出対象である光の波長に対してシリコン酸化膜より吸収係数が大きいか、または反射率が大きい材料からなる微粒子、もしくは該微粒子が連鎖状に繋がった綿状体がＳＯＧ膜に含有され、上記微粒子もしくは上記綿状体を含有した上記ＳＯＧ膜が光センサの検出領域を含む主面上に形成されており、上記ＳＯＧ膜の光吸収率がシリコン酸化膜の光吸収率より大きく、上記ＳＯＧ膜中に上記材料を１種類もしくは２種類以上混合させてなり、上記ＳＯＧ膜中に混合された上記材料の混合比率が異なる膜を２層以上積層してなることを特徴とする。
また、請求項２に記載の光吸収膜は、検出対象である光の波長に対してシリコン酸化膜より吸収係数が大きいか、または反射率が大きい材料からなる微粒子、もしくは該微粒子が連鎖状に繋がった綿状体がＳＯＧ膜に含有され、上記微粒子もしくは上記綿状体を含有した上記ＳＯＧ膜が光センサの検出領域を含む主面上に形成されており、上記ＳＯＧ膜の光吸収率がシリコン酸化膜の光吸収率より大きく、上記ＳＯＧ膜中に上記材料を１種類もしくは２種類以上混合させてなり、上記ＳＯＧ膜中に混合された上記材料および混合比率が異なる膜を２層以上積層してなることを特徴とする。
また、請求項３に記載の光吸収膜は、検出対象である光の波長に対してシリコン酸化膜より吸収係数が大きいか、または反射率が大きい材料からなる微粒子、もしくは該微粒子が連鎖状に繋がった綿状体がＳＯＧ膜に含有され、上記微粒子もしくは上記綿状体を含有した上記ＳＯＧ膜が光センサの検出領域を含む主面上に形成されており、上記ＳＯＧ膜の光吸収率がシリコン酸化膜の光吸収率より大きく、凹凸を形成した表面に形成されていることを特徴とする。
また、請求項４に記載の光吸収膜は、請求項３記載の光吸収膜において、上記ＳＯＧ膜中に上記材料を１種類もしくは２種類以上混合させてなることを特徴とする。
また、請求項５に記載の光吸収膜は、請求項４記載の光吸収膜において、上記ＳＯＧ膜中に混合された上記材料の混合比率が異なる膜を２層以上積層してなることを特徴とする。
また、請求項６に記載の光吸収膜は、請求項４記載の光吸収膜において、上記ＳＯＧ膜中に混合された上記材料および混合比率が異なる膜を２層以上積層してなることを特徴とする。
また、請求項７に記載の光吸収膜は、請求項４記載の光吸収膜において、上記ＳＯＧ膜はリンを含まないことを特徴とする。
また、請求項８に記載の光吸収膜は、請求項４記載の光吸収膜において、上記ＳＯＧ膜中に混合させる上記材料として、金属、炭素、シリコンのうち、１種類もしくは２種類以上を用いたことを特徴とする。
また、請求項９に記載の光吸収膜の製造方法は、半導体基体上に、メンブレンとなる膜を形成し、上記メンブレンとなる膜上にセンサを形成する第１の工程と、
上記センサを含む上記半導体基体上に、光吸収材料である微粒子を混合した光吸収膜となるＳＯＧ膜を形成する第２の工程と、
上記ＳＯＧ膜の上に所定の形状にパターニングした第１のレジスト膜を形成する第３の工程と、
上記第１のレジスト膜をマスクとして上記ＳＯＧ膜をエッチングして、上記ＳＯＧ膜を所定の形状にパターニングし、上記光吸収膜を形成する第４の工程と、
上記光吸収膜を含む上記半導体基体上に、エッチングマスク膜を形成する第５の工程と、
上記エッチングマスク膜上に、所定の形状にパターニングした第２のレジスト膜を形成する第６の工程と、
上記第２のレジスト膜を形成した上記エッチングマスク膜をエッチングして、上記メン ブレンとなる膜下の上記半導体基体に空洞を形成するためのエッチング液供給口と、外部との電気的接続用孔を開孔する第７の工程と、
上記エッチング液供給口からエッチング液を供給し、上記メンブレンとなる膜下の上記半導体基体をエッチングして、上記空洞を形成する第８の工程と、
を有することを特徴とする。
また、請求項１０に記載の光吸収膜の製造方法は、請求項９記載の光吸収膜の製造方法において、上記第２の工程における上記ＳＯＧ膜の形成法がスピンコート法であり、該ＳＯＧ膜の被形成面の周囲に飛び散ったＳＯＧ材料を回収し、ＨＦを含むエッチング液にてシリコン酸化物を除去して上記ＳＯＧ材料に混合された微粒子材料のみを取り出し、該微粒子材料をＳＯＧに混合して再使用することを特徴とする。
また、請求項１１に記載の光吸収膜の製造方法は、請求項９記載の光吸収膜の製造方法において、上記第２の工程における上記ＳＯＧの塗布時において、該ＳＯＧに混合した微粒子材料を常時撹幹しておくことを特徴とする。
また、請求項１２に記載の光吸収膜の製造方法は、請求項９記載の光吸収膜の製造方法において、上記第４の工程における上記ＳＯＧ膜のパターニングは、湿式エッチングを用いて行うことを特徴とする。
【００２０】
【発明の効果】
本発明では、従来は金等を成長させて形成していた光吸収膜を、透明樹脂のような物に光吸収材料を混合して形成することで、光吸収膜を破損することなく容易にエッチングすることができ、さらに、従来の積層構造の光吸収膜よりも感度を向上させることができるものである。
すなわち、請求項１の光吸収膜によれば、光吸収材料となる微粒子を、赤外吸収率を持ち、屈折率の小さな酸化膜に混合させて形成することにより、表面反射が小さな膜内で高い赤外線吸収率を有しながらも、微粒子が酸化膜で覆われているため、パターニング加工が容易で、所望の領域に光吸収膜を形成する工程が容易になり、工程の簡略化と歩留まり向上を図ることができ、液体の酸化物原料であるＳＯＧを用いることにより、微粒子材料を混合することが容易で、塗布により微粒子を混入させたシリコン酸化膜を容易に形成でき、密着性の良い混合濃度の低い膜の上に光吸収の良い濃度の高い膜を積層し、さらに表層に微粒子の濃度がゼロの膜を保護膜として積層し、総合的に特性を最良に設定する等々、光学特性や物理特性の設計が容易となる。
請求項２の光吸収膜によれば、光吸収材料となる微粒子を、赤外吸収率を持ち、屈折率の小さな酸化膜に混合させて形成することにより、表面反射が小さな膜内で高い赤外線吸収率を有しながらも、微粒子が酸化膜で覆われているため、パターニング加工が容易で、所望の領域に光吸収膜を形成する工程が容易になり、工程の簡略化と歩留まり向上を図ることができ、液体の酸化物原料であるＳＯＧを用いることにより、微粒子材料を混合することが容易で、塗布により微粒子を混入させたシリコン酸化膜を容易に形成でき、混合する微粒子材料物質や粒径により、吸収波長や吸収率にさまざまな特性を持たせることができる。上記第２の従来例の積層膜の光干渉による吸収膜では単波長しか吸収できなかったが、これによれば検知したい対象物の温度に合わせた吸収特性を任意に持たせ、信号処理によらない検知対象の高度な選択処理が可能となる。
請求項３の光吸収膜によれば、光吸収材料となる微粒子を、赤外吸収率を持ち、屈折率の小さな酸化膜に混合させて形成することにより、表面反射が小さな膜内で高い赤外線吸収率を有しながらも、微粒子が酸化膜で覆われているため、パターニング加工が容易で、所望の領域に光吸収膜を形成する工程が容易になり、工程の簡略化と歩留まり向上を図ることができ、凹凸部分近くの膜厚が実質的に厚くなり、入射光の吸収に寄与する経路が長くなる他、凹凸表面で乱反射され、膜の鉛直方向以外に反射された光も経路が長くなるのでさらに吸収率が向上する。
請求項４の光吸収膜によれば、液体の酸化物原料であるＳＯＧを用いることにより、微粒子材料を混合することが容易で、塗布により微粒子を混入させたシリコン酸化膜を容易に形成できる。
請求項５の光吸収膜によれば、密着性の良い混合濃度の低い膜の上に光吸収の良い濃度の高い膜を積層し、さらに表層に微粒子の濃度がゼロの膜を保護膜として積層し、総合的に特性を最良に設定する等々、光学特性や物理特性の設計が容易となる。
請求項６の光吸収膜によれば、混合する微粒子材料物質や粒径により、吸収波長や吸収率にさまざまな特性を持たせることができる。上記第２の従来例の積層膜の光干渉による吸収膜では単波長しか吸収できなかったが、これによれば検知したい対象物の温度に合わせた吸収特性を任意に持たせ、信号処理によらない検知対象の高度な選択処理が可能となる。
請求項７の光吸収膜によれば、リンを含まないシリコン酸化膜を用いることにより、センサ形成のためのエッチング工程において、ＰＳＧとの選択エッチングにより膜をエッチングせずに保護することができ、構造設計が容易となる。
請求項８の光吸収膜によれば、良好な光吸収特性を持つ光吸収膜を提供することができる。
請求項９の光吸収膜の製造方法によれば、光吸収材料となる微粒子を、赤外吸収率を持ち、屈折率の小さな酸化膜に混合させて形成することにより、表面反射が小さな膜内で高 い赤外線吸収率を有しながらも、微粒子が酸化膜で覆われているため、パターニング加工が容易で、所望の領域に光吸収膜を形成する工程を有し、工程の簡略化と歩留まり向上を図ることができる光吸収膜の製造方法を提供することができる。
請求項１０の光吸収膜の製造方法によれば、微粒子は高価な材料であるが、回収して再投入できるので、材料の有効利用が容易にでき、コストダウンを図ることができる。
請求項１１の光吸収膜の製造方法によれば、ＳＯＧ中では比重が大きく異なり、沈殿しやすい微粒子材料を常時撹幹することにより、微粒子が均一に混合された光吸収膜を形成することができる。
また、ＡｕやＮｉ等エッチングしにくい混合材料を用いる場合、ドライエッチングによるエッチングでは、エッチング面に残り易い。材料が残らないようにスパッタエッチング性を強めたエッチングでは下地をいためる。例えばＡｕならばヨウ素系のエッチング液もしくは王水でこれを除去することが可能であり、請求項１２の光吸収膜の製造方法によれば、エッチング残りや下地の損傷を防ぐことができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、各図は工程の説明を容易にするためにデフォルメしてあり、正確な寸法比を示さない部分がある。また、各図で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。また、実施の形態中の数値は、本実施の形態を説明するための一例であり、これに限定されるものでは無く、外部条件の変動により当然変化するものである。
【００３３】
実施の形態１
図１は本発明の実施の形態１の光吸収膜を形成した赤外線センサの単セル部分の断面図である。
【００３４】
以下にその構成について説明する。
【００３５】
１は半導体基体、２はメンブレン、３は赤外線センサ、４は赤外線センサ３の上に形成した光吸収膜、５は半導体基体１のメンブレン２下に形成した空洞である。
【００３６】
本実施の形態１の光吸収膜４では、検出対象である光の波長に対してシリコン酸化膜より吸収係数が大きいか、または反射率が大きい材料からなる微粒子、もしくは該微粒子が連鎖状に繋がった綿状体がシリコン酸化膜に含有され、上記微粒子もしくは綿状体を含有したシリコン酸化膜が光センサ、ここでは赤外線センサ３の検出領域を含む主面上に形成されており、上記微粒子もしくは上記綿状体を含有した上記シリコン酸化膜の光吸収率がシリコン酸化膜の光吸収率より大きいことを特徴とする。
【００３７】
すなわち、半導体基体１の表面には、赤外線センサ３を空洞５で熱分離しながら保持するためのメンブレン２が形成されている。
赤外線センサ３の上部には光吸収材料となる金属微粒子を混合し、混濁された（以下、単に「混合」と記す）シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）からなる光吸収膜４が形成されている。
金属微粒子が混合されたシリコン酸化膜では、従来から用いられている光吸収膜である金属黒色膜と同様のメカニズムで光吸収作用を実現する（特願2001-197928号参照）。
【００３８】
今回用いているシリコン酸化膜は、屈折率（ｎ）がおおよそ１．３であり、これから計算される表面反射率Ｒは、吸収が無い場合で、
Ｒ＝((ｎ−１)／(ｎ＋１))２
で簡単にＲ≒１．７％と求められ、非常に効率良く、吸収膜４内に入射光を取り込むことができる。
【００３９】
以下、図２、図３（Ａ）〜図５（Ｈ）、および図６を用いて、本発明による光吸収膜の製造方法について説明する。
【００４０】
本実施の形態の光吸収膜の製造方法を簡単に説明するため、微粒子材料として、Ａｕを用いる。Ａｕは安定元素であり、取り扱いに関して特段の注意を払わずに適用することができる。
【００４１】
まず、本発明に係るシリコン酸化膜の原料としては、ＳＯＧ（Spin on Glass）と一般的に呼ばれ、広く市販されているシラノール化合物系の液状化合物を準備する。
【００４２】
本実施の形態では、ＳＯＧ中にリン成分（Ｐ２Ｏ５）を含まないものとした。この理由については、後述する。本ＳＯＧは、材料表面に塗布した後、乾燥させる工程のみでシリコン酸化膜を形成することができる。次に、光吸収させるための微粒子を準備する。本実施の形態では、上述のようにＡｕを用いるので、数百Ｐａ（数Ｔｏｒｒ）以上の窒素ガス中でＡｕを蒸発させたものを捕集すると、Ａｕの微粒子が連なって綿状に成長した黒色から暗褐色を呈する物質が得られる。この形成法は、従来から用いられている金属黒色膜の形成法と変わりない（特願2001-197928号参照）。
【００４３】
この形成物質は非常に脆く、撹拌式のミルに投入すれば、容易に微小単位の微粒子の結合体（以下、簡略化のため、「微粒子」と称する）とすることができる。
【００４４】
次に、これを上記のＳＯＧ液内に投入し、良く撹拌すると、図２に模式的に示すようなＡｕ微粒子を混合したＳＯＧ液６ができる。３２はＳＯＧ液６を入れた容器である。
【００４５】
次に、図３（Ａ）〜図５（Ｈ）を用いて、センサの形成工程を簡単に説明する。
【００４６】
まず、図３（Ａ）に示すように、シリコン等の半導体基体１上に、後でメンブレン２となるＰＳＧ（Phospho Silicate Glass）膜等のシリコン酸化膜を公知の方法を用いて形成し、その上にサーモパイル型赤外線センサ３を公知の方法を用いて形成する。
【００４７】
この上に、上記のＡｕ微粒子を混合したＳＯＧ液６（図２参照）を、図３（Ｂ）に示すようにスピンコートし、２００℃に加熱して乾燥および高密度化処理を施すと、Ａｕ微粒子を混合し、塗布したＳＯＧ膜７からなる光吸収膜が形成できる。
【００４８】
このとき、この塗布の間、ＳＯＧ中ではＡｕ微粒子の比重が大きく異なるため、沈殿しやすい。このため、塗布作業中の該ＳＯＧ液６は、図６に示すように、「ホモジナイザー」と呼ばれる超音波撹拌機８に設置するか、あるいは容器１１内部に回転子９を入れたスターラー１０を用いて常時撹拌しておくことが望ましい。ＳＯＧ液６は、容器１１に配管３３から矢印１２で示すようにＨｅガスを供給して、ＳＯＧ液６中に沈めた配管３４から矢印１３で示すようにＳＯＧ液６を供給する。
【００４９】
次に、フォトリソグラフィー工程により、図３（Ｃ）に示すように、第１のレジスト膜（レジストマスク）１４を形成し、弗化水素酸系のエッチング液で短時間エッチングすると、ＳＯＧは非常にエッチング速度が速いために、下地のメンブレン２等に用いているシリコン酸化膜をいためることなく、図４（Ｄ）に示すように、レジスト膜１４下以外の部分のＡｕ微粒子混合ＳＯＧ膜７のシリコン酸化物成分を除去できる。
【００５０】
このとき、エッチング液中にＡｕの微粒子の一部が流出し、残留する。残留したＡｕ微粒子は、ヨウ素系のエッチング液もしくは王水に半導体基体１を浸漬することにより溶解させることができ、不要部分のＡｕ微粒子を除去する。こうして図４（Ｄ）に示すように、パターニングされた本発明に係る光吸収膜４を形成した。
【００５１】
続いて、図４（Ｅ）に示すように、光吸収膜４を含む半導体基体１上に、ＰＳＧ膜１５を厚さ１μｍ形成する。
【００５２】
次に、この上にフォトリソグラフィー工程により、図４（Ｆ）に示すように、第２のレジスト膜（レジストマスク）１６を形成する。
【００５３】
次に、第２のレジスト膜１６を形成したＰＳＧ膜１５を、通称「パッド開口液」（弗化アンモニウム＋氷酢酸＋水の混合液）に浸漬して、図５（Ｇ）に示すように、内部に空洞を形成するためのエッチング液供給口１７と、図示していないが、外部と電気的接続を取るためのボンディングパッド部分を開孔する。なお、このとき、光吸収膜４を形成するＳＯＧにリンを含まない物（上述）を使用したのは、この「パッド開口液」によるエッチング時に該光吸収膜４が溶解しないようにするためである。
【００５４】
その後、暖めた抱水ヒドラジンで半導体基体１をエッチングすると、空洞５が形成され、図５（Ｈ）に示す熱分離構造上にのみ光吸収膜４が形成された赤外線センサのセルが完成する。
【００５５】
すなわち、本実施の形態１の光吸収膜の製造方法は、半導体基体１上に、メンブレン２となる膜を形成し、メンブレン２となる膜上にセンサ３を形成する第１の工程と（図３（Ａ））、
センサ３を含む半導体基体１上に、光吸収材料である微粒子を混合した光吸収膜４となるＳＯＧ膜７を形成する第２の工程と（図３（Ｂ））、
ＳＯＧ膜７の上に所定の形状にパターニングした第１のレジスト膜１４を形成する第３の工程と（図３（Ｃ））、
第１のレジスト膜１４をマスクとしてＳＯＧ膜７をエッチングして、ＳＯＧ膜７を所定の形状にパターニングし、光吸収膜４を形成する第４の工程と（図４（Ｄ））、
光吸収膜４を含む半導体基体１上に、エッチングマスク膜としてＰＳＧ膜１５を形成する第５の工程と（図４（Ｅ））、
エッチングマスク膜のＰＳＧ膜１５上に、所定の形状にパターニングした第２のレジスト膜１６を形成する第６の工程と（図４（Ｆ））、
第２のレジスト膜１６を形成したエッチングマスク膜のＰＳＧ膜１５をエッチングして、メンブレン２下の半導体基体１に空洞５を形成するためのエッチング液供給口１７と、外部との電気的接続用孔（図示せず）を開孔する第７の工程と（図５（Ｇ））、
エッチング液供給口１７からエッチング液を供給し、メンブレン２下の半導体基体１をエッチングして、空洞５を形成する第８の工程と（図５（Ｈ））を有することを特徴とする。
【００５６】
なお、光吸収膜４を形成するＳＯＧに混合する微粒子材料としては金属、シリコン、カーボン等が適し、それぞれの材料の光学的・化学的・機械的特長を生かした材料と微粒子のサイズの選択をすれば良い。
また、上述の工程における光吸収膜４を形成するＳＯＧ塗布に用いるスピンコートでは、被塗布サンプル上に付着させた以外のＳＯＧはスピンテーブル周囲の「カップ」と呼ばれる部分に材料が付着する。通常はこれを廃棄してしまうが、本発明のようにＡｕ等の微粒子を混合させた場合には、これを回収して再使用することができる。本実施の形態で用いたＡｕの微粒子では、掻き集めたカップ内のＳＯＧを薄い弗化水素酸で溶かすことにより回収できる。
回収した微粒子を再びＳＯＧに投入することにより、今回のようなＡｕに限らず高価な微粒子を捨てることなく、有効に利用することが可能となり、コスト低減を図ることができる。ただし、弗化水素酸系のエッチング液に対して溶解性の強い材料の微粒子は回収できない。
【００５７】
光吸収膜４を上記の手法にて形成すると、光吸収材料となる微粒子を赤外吸収率を持ち、屈折率の小さなシリコン酸化膜に混合させて形成することにより、表面反射が小さな膜内で高い赤外線吸収率を有する光吸収膜を提供することができる。また、微粒子がシリコン酸化膜で覆われているため、通常の半導体で用いるプロセスと大差ない工程でパターニング加工が可能となり、作業は容易で、かつ、歩留まりが向上する。
【００５８】
実施の形態２
本発明の実施の形態２の光吸収膜について説明する。なお、工程の細部は上述の実施の形態１と同一のため、異なる点のみ説明する。また、実施の形態１の図１に示した半導体基体１、空洞５の図示は省略する。
【００５９】
図７は本発明の実施の形態２の光吸収膜を示す断面図である。
【００６０】
本実施の形態２では、混合する光吸収用微粒子の濃度を変化させた層を複数積層して光吸収膜４を構成するものであり、ここでは総計５層積層した例を示す。
【００６１】
まず、赤外線センサ３の検出領域直上には、混合するＡｕ微粒子量を減らしたＳＯＧ層１８を形成し、絶縁性と密着性を確保する。ＳＯＧに対して不純物であるＡｕ微粒子を大量に混合させた場合には、機械強度が低下したり、絶縁性が低下する場合があるからである。
【００６２】
その上には、非常に混合濃度が高いＳＯＧ層１９を塗布し、続いて、表層に近づくにつれ、次第にＡｕ微粒子の混合濃度を低下させて２層のＳＯＧ層２０、２１を形成する。この２層は、表面での反射を減らして膜の深い領域でより乱反射による吸収をさせようとするものである。
【００６３】
最後に、表層にＡｕ微粒子混合量を最も減じたＳＯＧ層２２を保護膜として形成する。この表層膜はＡｕ微粒子が入っていないものでも良い。上記のように、ＳＯＧ膜への微粒子の混合濃度の異なるものを複数積層することにより、光学特性や物理特性の設計を容易にすることが可能となる。
【００６４】
実施の形態３
本発明の実施の形態３の光吸収膜について説明する。なお、上記実施の形態２と同様に、工程の細部は上述の実施の形態１と同一のため、異なる点のみ説明する。また、実施の形態１の図１に示した半導体基体１、空洞５の図示は省略する。
【００６５】
図８は本発明の実施の形態３の光吸収膜を示す断面図である。
【００６６】
本実施の形態では、混合する微粒子の種類も変化させた層を複数積層して光吸収膜４を構成するもので、ここでは５層積層した例を示す。
【００６７】
本実施の形態３では、赤外線センサ３の検出領域直上には、目標吸収波長に対して吸収率の高いＡｕを濃度７０％で混合したＳＯＧ層２３、次に、密着性が良く、機械強度が高く、かつ、応力の制御が可能なシリコンの微粒子を５０％混合したＳＯＧ層２４、次に、再び吸収率の高いＡｕ粒子を混合したＳＯＧ層２５、その上に、上記と同様のシリコンを混合したＳＯＧ層２４、最上表面に保護用としてＡｕ微粒子量を減らし、濃度１０％としたＳＯＧ層２６を塗布し、全５層とした。
【００６８】
この場合、上記ＳＯＧ層２４に混合したシリコン微粒子はリンやホウ素あるいは砒素等をドーピングしたものを用いると、赤外線吸収に都合がよい。最上の表層膜はＡｕ微粒子が入っていないものでも良い。
【００６９】
本実施の形態３によれば、混合する微粒子材料物質や粒径により、上記の機械的特性以外に、吸収波長や吸収率にさまざまな特性を持たせることができる。
【００７０】
従来の積層膜（前述の第２の従来構造）の光干渉による光吸収膜では、単波長しか吸収できなかったが、本実施の形態３によれば、検知したい対象物の温度に合わせた光吸収特性を任意に持たせ、信号処理によらない検知対象の高度な選択処理も可能となる。
【００７１】
実施の形態４
本発明の実施の形態４の光吸収膜について説明する。なお、上記実施の形態２、実施の形態３と同様に、工程の細部は上述の実施の形態１と同一のため、異なる点のみ説明する。また、実施の形態１の図１に示した半導体基体１、空洞５の図示は省略する。
【００７２】
図９は本発明の実施の形態４の光吸収膜を示す断面図である。
【００７３】
本実施の形態４では、赤外線センサ３の表面に凹凸、すなわち、突起２７を形成し、その上に本発明に係る光吸収膜４をＳＯＧ塗布により形成するものである。
【００７４】
以下にその形成法の一例を示す。
まず、赤外線センサ３の表面に絶縁膜を形成する。引き続き、アルミニウム膜を１．５μｍの厚さに形成する。その後、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングにより図９に示すような突起２７を実現させる。
【００７５】
その後、上記実施の形態２、３と同様に、多層構造の光吸収膜２８〜３１をＳＯＧ塗布により形成する。本実施の形態４では、突起２７の間は、実効的に光吸収膜４の膜厚が厚くなり、光吸収能力を向上させるか、あるいは微粒子混合濃度を下げて取り扱いを容易にするのも良い。
【００７６】
本実施の形態４のようなアルミニウム膜等の金属を用いて形成した凹凸では、突起２７表面まで入射光が到達した場合、斜めに入射光が反射され、実質的に無限厚とみなせる光吸収膜４内で効果的に吸収される。
【００７７】
一方、金属ではなく、ドーピングしたシリコン蒸着膜を用いて凹凸形成する場合ならば、突起２７自体も光吸収する。
【００７８】
さらに、上記のアルミニウムのような膜を用いて突起２７を形成する場合に、エッチング深さを０．５μｍ程度残して凹凸部分の下地膜を残し、さらにエッチングマスクを再形成して不要領域の残膜を除去すると、反射膜の凹凸からなる下地層が形成できる。この場合、凹凸部分の底部に入射光が到達しても反射されて再度吸収させることができる。
【００７９】
本実施の形態４では上記のように、光吸収をさらに効率よく行うことができる。
【００８０】
以上本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の光吸収膜を形成した赤外線センサの単セル部分の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１において、光吸収用微粒子を混合させたＳＯＧ液のイメージ断面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の実施の形態１の光吸収膜の製造方法を示す工程断面図である。
【図４】（Ｄ）〜（Ｆ）は本発明の実施の形態１の光吸収膜の製造方法を示す工程断面図である。
【図５】（Ｇ）、（Ｈ）は本発明の実施の形態１の光吸収膜の製造方法を示す工程断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１において、ＳＯＧ液の混合法を説明する断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２の微粒子混合濃度が異なる積層構造の光吸収膜を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３の微粒子種および混合濃度が異なる積層構造の光吸収膜を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態４のセンサ上の凹凸構造上に形成した光吸収膜を示す断面図である。
【符号の説明】
１…半導体基体、２…メンブレン、３…赤外線センサ、４…光吸収膜、５…空洞、６…ＳＯＧ液、８…超音波撹拌機、９…回転子、１１…容器、１０…スターラー、１２…Ｈｅガスを示す矢印、１３…ＳＯＧ液の供給を示す矢印、７…ＳＯＧ膜、１４…第１のレジスト膜、１５…ＰＳＧ膜、１６…第２のレジスト膜、１７…エッチング液供給口、１８…混合Ａｕ微粒子を減らしたＳＯＧ層、１９…混合Ａｕ微粒子濃度が高いＳＯＧ層、２０…ＳＯＧ層１９の次に混合Ａｕ微粒子濃度が高いＳＯＧ層、２１…ＳＯＧ層２０の次に混合Ａｕ微粒子濃度が高いＳＯＧ層、２２…表面ＳＯＧ層、２３…７０％混合Ａｕ微粒子ＳＯＧ層、２４…シリコン混合ＳＯＧ層、２５…Ａｕ混合ＳＯＧ層、２６…Ａｕ１０％混合ＳＯＧ層、２７…突起、２８、２９、３０、３１…光吸収層、３２…容器、３３、３４…配管。

Claims (12)

  1. 検出対象である光の波長に対してシリコン酸化膜より吸収係数が大きいか、または反射率が大きい材料からなる微粒子、もしくは該微粒子が連鎖状に繋がった綿状体がＳＯＧ膜に含有され、
    上記微粒子もしくは上記綿状体を含有した上記ＳＯＧ膜が光センサの検出領域を含む主面上に形成されており、
    上記ＳＯＧ膜の光吸収率がシリコン酸化膜の光吸収率より大きく、
    上記ＳＯＧ膜中に上記材料を１種類もしくは２種類以上混合させてなり、
    上記ＳＯＧ膜中に混合された上記材料の混合比率が異なる膜を２層以上積層してなることを特徴とする光吸収膜。
  2. 検出対象である光の波長に対してシリコン酸化膜より吸収係数が大きいか、または反射率が大きい材料からなる微粒子、もしくは該微粒子が連鎖状に繋がった綿状体がＳＯＧ膜に含有され、
    上記微粒子もしくは上記綿状体を含有した上記ＳＯＧ膜が光センサの検出領域を含む主面上に形成されており、
    上記ＳＯＧ膜の光吸収率がシリコン酸化膜の光吸収率より大きく、
    上記ＳＯＧ膜中に上記材料を１種類もしくは２種類以上混合させてなり、
    上記ＳＯＧ膜中に混合された上記材料および混合比率が異なる膜を２層以上積層してなることを特徴とする光吸収膜。
  3. 検出対象である光の波長に対してシリコン酸化膜より吸収係数が大きいか、または反射率が大きい材料からなる微粒子、もしくは該微粒子が連鎖状に繋がった綿状体がＳＯＧ膜に含有され、
    上記微粒子もしくは上記綿状体を含有した上記ＳＯＧ膜が光センサの検出領域を含む主面上に形成されており、
    上記ＳＯＧ膜の光吸収率がシリコン酸化膜の光吸収率より大きく、
    凹凸を形成した表面に形成されていることを特徴とする光吸収膜。
  4. 上記ＳＯＧ膜中に上記材料を１種類もしくは２種類以上混合させてなることを特徴とする請求項３記載の光吸収膜。
  5. 上記ＳＯＧ膜中に混合された上記材料の混合比率が異なる膜を２層以上積層してなることを特徴とする請求項４記載の光吸収膜。
  6. 上記ＳＯＧ膜中に混合された上記材料および混合比率が異なる膜を２層以上積層してなることを特徴とする請求項４記載の光吸収膜。
  7. 上記ＳＯＧ膜はリンを含まないことを特徴とする請求項４記載の光吸収膜。
  8. 上記ＳＯＧ膜中に混合させる上記材料として、金属、炭素、シリコンのうち、１種類もしくは２種類以上を用いたことを特徴とする請求項４記載の光吸収膜。
  9. 半導体基体上に、メンブレンとなる膜を形成し、上記メンブレンとなる膜上にセンサを形成する第１の工程と、
    上記センサを含む上記半導体基体上に、光吸収材料である微粒子を混合した光吸収膜となるＳＯＧ膜を形成する第２の工程と、
    上記ＳＯＧ膜の上に所定の形状にパターニングした第１のレジスト膜を形成する第３の工程と、
    上記第１のレジスト膜をマスクとして上記ＳＯＧ膜をエッチングして、上記ＳＯＧ膜を所定の形状にパターニングし、上記光吸収膜を形成する第４の工程と、
    上記光吸収膜を含む上記半導体基体上に、エッチングマスク膜を形成する第５の工程と、
    上記エッチングマスク膜上に、所定の形状にパターニングした第２のレジスト膜を形成する第６の工程と、
    上記第２のレジスト膜を形成した上記エッチングマスク膜をエッチングして、上記メンブレンとなる膜下の上記半導体基体に空洞を形成するためのエッチング液供給口と、外部との電気的接続用孔を開孔する第７の工程と、
    上記エッチング液供給口からエッチング液を供給し、上記メンブレンとなる膜下の上記半導体基体をエッチングして、上記空洞を形成する第８の工程と、
    を有することを特徴とする光吸収膜の製造方法。
  10. 上記第２の工程における上記ＳＯＧ膜の形成法がスピンコート法であり、該ＳＯＧ膜の被形成面の周囲に飛び散ったＳＯＧ材料を回収し、ＨＦを含むエッチング液にてシリコン酸化物を除去して上記ＳＯＧ材料に混合された微粒子材料のみを取り出し、該微粒子材料をＳＯＧに混合して再使用することを特徴とする請求項９記載の光吸収膜の製造方法。
  11. 上記第２の工程における上記ＳＯＧの塗布時において、該ＳＯＧに混合した微粒子材料を常時撹幹しておくことを特徴とする請求項９記載の光吸収膜の製造方法。
  12. 上記第４の工程における上記ＳＯＧ膜のパターニングは、湿式エッチングを用いて行うことを特徴とする請求項９記載の光吸収膜の製造方法。
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