JP4622511B2 - 赤外線センサー - Google Patents

Description

本発明は、検出した赤外線の量に基づく出力が正確に得られるサーモパイル型赤外線センサーに関する。

サーモパイル型赤外線検出素子では、赤外線吸収部とサーモパイルとの接合部である温点と、基板に接続されている冷点との温度差に比例した電圧がゼーベック効果によって出力される。そのような赤外線検出素子をアレイ状に並べた赤外線イメージセンサーを駆動する場合には、検出信号の増幅などの関係から、通常、バイアス電圧を必要とする。その結果、そのような赤外線センサーからは、温度検出素子で熱電変換が行われた結果生ずる信号成分（ゼーベック起電圧）とバイアス成分（バイアス電圧）との和が出力される。
このバイアス電圧をキャンセルをするために、また、ゼーベック効果による起電力は非常に微小なためにこれを増幅するために、従来の赤外線センサーにおいては、通常、赤外線を感じないダミー画素からの出力を基準レベルとし、赤外線検出素子の出力と基準レベルとの差分をとってこれを増幅することにより、赤外線検出信号を取り出すようにしている。

このような赤外線センサーにおいて、赤外線検出素子は、赤外線の吸収による素子の温度上昇を検出するために、例えば特許文献１に開示されているように、その赤外線受光部は、基板から分離した中空な状態に、すなわち基板から熱分離した状態に形成される。このような赤外線受光部の熱分離構造は、赤外線検出素子の製造時に、受光部の周囲にエッチング用のスリットを設け、このスリットから基板内部をエッチングして基板内部を空洞化することにより形成される。一方、ダミー画素は、画素全体が中空ではない熱分離されていない構造となっている。このような構造においては、吸収した赤外線のエネルギーが全て基板に逃げて温点と冷点に温度差が生じず電圧を発生しない。その結果、ダミー画素からはバイアス電圧が出力されることとなる。
特開平７−２７３３０６号公報

前述したような従来の赤外線センサーにおいて、温度検出部はＰ型ポリシリコン及びＮ型ポリシリコンからなるサーモパイルであるため抵抗を持っている。赤外線検出素子とダミー画素との差動増幅を行う際に、このサーモパイルの抵抗が高いと、増幅回路の入力インピーダンスとの相互作用が無視できなくなり、出力にサーモパイルの抵抗の影響が現れる。この影響を取り除いて信号成分のみを適切に増幅するためには、赤外線検出素子とダミー画素の抵抗値が一致していることが重要となる。

しかしながら、サーモパイルの抵抗値は温度や応力により変化する性質を持っている。そして、この応力は、ポリシリコンやシリコン酸化膜、シリコン窒化膜といった材料の蒸着工程に起因して発生し、特に高温での蒸着プロセスを必要とする場合、材料間の熱膨張係数の違いから生じる熱残留応力が残りやすい。そのため、前述したような赤外線吸収部の熱分離をする赤外線検出素子と熱分離をしないダミー画素とでは、サーモパイルの下部の構造が異なるため、熱残留応力に起因する抵抗値の差が発生してしまう。
この結果、増幅して得られる信号は、赤外線検出素子の出力信号とサーモパイルの抵抗差による電圧差の和となってしまい、受光した赤外線の量に対応する真の出力値からずれたものとなってしまうという問題がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、赤外線検出素子とダミー素子（基準素子）との抵抗値の差を無くすことにより、検出した赤外線の量に対応した出力が正確に得ることのできる赤外線センサーを提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明に係る赤外線センサーは、赤外線検出素子と基準レベル検出用のダミー素子とを有する赤外線センサーであって、前記赤外線検出素子及び前記ダミー素子は、各々、同一構成の、赤外線を受光する受光部及び前記受光部と基板とを連結する支持部を有し、前記受光部及び前記支持部は前記基板上の同一平面上に形成されている。そして、前記赤外線検出素子は、前記受光部と前記基板とを熱分離する空隙部、及び前記支持部と前記基板とを熱分離する空隙部を有する構成となっており、一方、前記ダミー素子は、前記支持部の下部のみに当該支持部と前記基板とを熱分離する空隙部を有する構成となっており、ダミー素子の受光部の下部は基板に導熱状態に直接接続された状態となっている。

このような構成の赤外線センサーであれば、ダミー素子（ダミー画素）において、支持部（支持梁）は赤外線検出素子と同じ構成で中空に設けられているので、梁に掛かる下地からの応力から解放される。したがって、赤外線検出素子とダミー画素との抵抗値の差を無くすことができる。また、検出部は基板に導熱状態で接続されているため、赤外線吸収による熱は直ちに効率よく基板全体に逃げ、赤外線エネルギーによる温度上昇はない。したがって、ダミー画素は、バイアス電圧に相当する基準レベルを適切に出力することができ、その結果、赤外線の量に正確に対応した信号を出力する赤外線センサーを提供することができる。

本発明によれば、赤外線検出素子とダミー素子（基準素子）との抵抗値の差を無くすことにより、検出した赤外線の量に対応した出力を正確に得ることのできる赤外線センサーを提供することができる。

本発明の第１実施形態の赤外線センサーについて、図１〜図１０を参照して説明する。
本実施形態の赤外線センサーは、赤外線検出素子とダミー素子（ダミー画素と称する場合もある）とを有するサーモパイル型赤外線検出センサーである。
まず、本実施形態の赤外線センサーの赤外線検出素子１０１について、図１〜図５を参照して説明する。
まず、赤外線検出素子１０１の構造について図１を参照して説明する。
図１は、赤外線検出素子１０１の構造を示す図であり、（Ａ）はその平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ線における断面図である。

図示のごとく、赤外線検出素子１０１は、Ｓｉ基板１１０上の基枠１１１で囲まれる領域を一画素の単位エリアとして構成される。本実施形態の赤外線センサーでは、この赤外線検出素子１０１がアレイ状に配置される。

赤外線検出素子１０１は、赤外線を受光する受光部１５０と、２本のＬ字型の支持梁１７０ａ及び１７０ｂとを有する。受光部１５０及び支持梁１７０ａ及び１７０ｂの下部には空隙１２３が設けられて中空状態となっている。すなわち、２本のＬ字型の支持梁１７０ａ及び１７０ｂで受光部１５０を支える構造となっている。
また、温点接合部１２０ａにて支持梁１７０ａと受光部１５０が接続され、冷点接合部１２０ｂにて支持梁１７０ａとＳｉ基板１１０とが接続されている。

支持梁１７０ａ及び１７０ｂの内部には、各々サーモパイル１１４としてＰ型ポリシリコン１１４ａ及びＮ型ポリシリコン１１４ｂが設けられており、温度検出部を構成している。Ｐ型ポリシリコン１１４ａ及びＮ型ポリシリコン１１４ｂは、支持梁１７０ａ及び１７０ｂの長手方向（延伸方向）に沿って平行に配置され、受光部１５０内のアルミ配線１１５及び基枠１１１内のアルミ配線１２２を介して、電気的にＰＮＰＮの順に並ぶように（すなわち、Ｐ型ポリシリコン１１４ａ、Ｎ型ポリシリコン１１４ｂ、Ｐ型ポリシリコン１１４ａ及びＮ型ポリシリコン１１４ｂの順序で）直列に接続されている。
なお、支持梁１７０ａとＳｉ基板１１０とが接続された冷点接合部１２０ｂ側のＰ型ポリシリコン１１４ａとＮ型ポリシリコン１１４ｂの端部には、赤外線センサーのアルミ配線をつなぐコンタクト１２１が形成されている。

また、受光部１５０及び支持梁１７０ａ及び１７０ｂの底面は、図１（Ｂ）に示すように、シリコン窒化膜１１３で構成されており、その上にサーモパイル１１４が形成されている。また、サーモパイル１１４としてのＰ型ポリシリコン１１４ａ及びＮ型ポリシリコン１１４ｂ、及び、受光部１５０のアルミ配線１１５を覆うようにシリコン酸化膜１１６が形成される。また、さらにその上に、保護膜１１７として、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜が、受光部１５０及び支持梁１７０ａ，１７０ｂを覆うように形成されている。そして、受光部１５０の保護膜１１７の上面に赤外線吸収材料として、赤外線吸収膜１１８が形成されている。

次に、赤外線検出素子１０１の製造プロセスについて、図２〜図５及び図１を参照して説明する。
図２〜図５においては、各々（Ａ）が平面図であり、（Ｂ）が（Ａ）のＸ−Ｘ線における断面図である。
まず、第１の工程として、Ｓｉ基板の表面上にポリシリコンからなるポリシリコンエッチング犠牲層を堆積し、このポリシリコンエッチング犠牲層の中でＳｉ基板をエッチングしない領域にボロン（Ｂ）をインプランテーションし、エッチングストッパーを形成する。具体的には、図２に示すように、Ｓｉ基板１１０の基枠１１１に囲まれるエリア上全面にポリシリコンエッチング犠牲層１１２を蒸着する。そして、ポリシリコンエッチング犠牲層１１２の中の基枠１１１に沿った周領域にボロン（Ｂ）を注入し、空隙１２３（図１参照）を形成しないストッパーポリシリコン１１２ａを形成する。

次に、第２の工程として、図３に示すように、ポリシリコンエッチング犠牲層１１２の上にシリコン窒化膜１１３を形成する。そして、シリコン窒化膜１１３の中で支持梁１７０ａ及び１７０ｂ（図１参照）となる領域に、サーモパイル１１４としてのＰ型ポリシリコン１１４ａ及びＮ型ポリシリコン１１４ｂを形成する。Ｐ型ポリシリコン１１４ａ及びＮ型ポリシリコン１１４ｂは、ストッパーポリシリコン１１２ａ上には形成しない。さらに、そのサーモパイル１１４を覆うようにシリコン酸化膜１１６を蒸着し、コンタクト１２１、アルミ配線１１５及びアルミ配線１２２を形成し、Ｐ型ポリシリコン１１４ａ及びＮ型ポリシリコン１１４ｂを直列につなぐ。そして、保護膜として例えばシリコン窒化膜１１７を形成する。

次に、第３の工程として、図４に示すように、受光部１５０と支持梁１７０ａ及び１７０ｂを分離形成するためのスリット１１９を、ＲＩＥなどの異方性エッチングによって形成し、ポリシリコンエッチング犠牲層１１２を露出させる。

次に、第４の工程として、スリット１１９を通して、ヒドラジンなどの強アルカリ系エッチング液によりＳｉ基板１１０をエッチングする。
Ｓｉ基板１１０は、ヒドラジンなどのアルカリ系エッチング液によって除去されると、Ｓｉ基板１１０の（１１１）面が露出した空隙が形成される。これはアルカリ系エッチング液によるエッチングでは、Ｓｉ基板の（１１１）面のエッチングレートが（１００）面のエッチングレートに比べて極めて遅いためである。
したがって、Ｓｉ基板１１０においては、ストッパーポリシリコン１１２ａ以外の領域にあるポリシリコンエッチング犠牲層１１２が等方的にエッチングされ、その下にあるＳｉ基板１１０の（１１１）面が露出するように異方性エッチングされる。すなわち、エッチング液に浸されるとまず、エッチングストッパー１１２ａ以外のポリシリコンエッチング犠牲層が溶け、空隙１２３が形成されるべき領域のＳｉ基板１１０の（１００）表面が露出する。この露出されたＳｉ基板１１０のエッチングが進むと、図５に示すように、（１１１）面が露出した四角錘上の空隙１２３が形成される。

そして、第５の工程として、受光部６０の上面に赤外線吸収膜８の層を蒸着する。その結果、図１に示したような赤外線検出素子１０１が形成される。

このような赤外線検出素子１０１においては、赤外線検出素子１０１に入射した赤外線は赤外線吸収膜１１８によって吸収されて熱に変換される。その結果、受光部１５０及び温点接合部１２０ａの温度が上昇し、温点接合部１２０ａとＳｉ基板１１０内の冷点接合部１２０ｂとの間に吸収した赤外線の量に応じた温度差が生じ、ゼーベック効果により起電力が生じる。したがって、冷点接合部１２０ｂ中にあるコンタクト１２１から出力される電圧に基づいて、吸収した赤外線の量を検出することができる。

次に、本実施形態の赤外線センサーのダミー画素（ダミー素子）１０２について、図６〜図１０を参照して説明する。
まず、ダミー画素１０２の構造について図６を参照して説明する。
図６は、ダミー画素１０２の構造を示す図であり、（Ａ）はその平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ線における断面図である。
なお、ダミー画素１０２は前述した赤外線検出素子１０１に似た構造の素子なので、以下の説明及び図面において、赤外線検出素子１０１と同じあるいは略同じ構成部には、前述した赤外線検出素子１０１と同一の符号を付してその説明は省略する。

図示のごとく、ダミー画素１０２は、赤外線検出素子１０１と同じく、Ｓｉ基板１１０上の基枠１１１で囲まれる領域に構成される。そして、赤外線を受光する受光部１５０、２本のＬ字型の支持梁１７０ａ及び１７０ｂ、サーモパイル１１４としてのＰ型ポリシリコン１１４ａ及びＮ型ポリシリコン１１４ｂ、アルミ配線１１５及び１２２、温点接合部１２０ａ及び冷点接合部１２０ｂ、コンタクト１２１、シリコン窒化膜１１３、シリコン酸化膜１１６及び保護膜１１７が、赤外線検出素子１０１と同様に構成される。

ダミー画素１０２が赤外線検出素子１０１とは異なるのは、受光部１５０及び支持梁１７０ａ及び１７０ｂの下部の空隙である。赤外線検出素子１０１においては、受光部１５０及び支持梁１７０ａ及び１７０ｂ（サーモパイル１１４）の下部は、全体が空隙１２３となっており中空状態であるが（図１参照）、ダミー画素１０２においては、図６に示すように、サーモパイル１１４（Ｐ型ポリシリコン１１４ａ及びＮ型ポリシリコン１１４ｂ）が含まれる支持梁１７０ａ及び１７０ｂの下部だけにエッチングが施され、この部分に空隙２２３が形成されている。
このような構成のダミー画素１０２においては、受光部１５０の底面はＳｉ基板１１０と直接につながっており、受光部１５０に入射した赤外線のエネルギーは充分にＳｉ基板１１０内に伝導し拡散する。そのため、温点接合部１２０ａと冷点接合部１２０ｂとの間に温度差ができることはない。したがって、ダミー画素１０２が赤外線の入射による熱効果に基づく起電力を出力することはなく、バイアス電圧のみを出力することになる。

次に、このようなダミー画素１０２の製造プロセスについて、図７〜図９を参照して説明する。
図７〜図９の各図において、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ線における断面図である。

まず、第１の工程として、図７に示すように、Ｓｉ基板１１０の基枠１１１に囲まれるエリアの全面にポリシリコンからなるポリシリコンエッチング犠牲層１１２を堆積する。次に、ポリシリコンエッチング犠牲層１１２の中でＳｉ基板１１０をエッチングしない領域にボロン（Ｂ）をインプランテーションし、エッチングストッパーを形成する。ダミー画素１０２を製造する際には、基枠１１１に沿った周領域及び受光部１５０を形成する領域に、ストッパーポリシリコン１１２ａ及び１１２ｂを形成する。

次に、第２の工程として、図８に示すように、ポリシリコンエッチング犠牲層１１２の上にシリコン窒化膜１１３を形成する。そして、シリコン窒化膜１１３の中で支持梁１７０ａ及び１７０ｂとなる領域に、サーモパイル１１４としてのＰ型ポリシリコン１１４ａ及びＮ型ポリシリコン１１４ｂを形成する。さらに、そのサーモパイル１１４を覆うようにシリコン酸化膜１１６を蒸着し、コンタクト１２１、アルミ配線１１５及びアルミ配線１２２を形成し、Ｐ型ポリシリコン１１４ａ及びＮ型ポリシリコン１１４ｂを直列につなぐ。そして、保護膜として例えばシリコン窒化膜１１７を形成する。

次に、第３の工程として、図９に示すように、受光部１５０と支持梁１７０ａ及び１７０ｂを分離形成するためのスリット１１９をＲＩＥなどの異方性エッチングによって形成し、ポリシリコンエッチング犠牲層１１２を露出させる。

そして第４の工程として、スリット９を通して、ヒドラジンなどの強アルカリ系エッチング液によりＳｉ基板１１０をエッチングする。その結果、ストッパーポリシリコン１１２ａ，１１２ｂ以外の領域にあるポリシリコンエッチング犠牲層１１２が等方的にエッチングされ、さらにその下にあるＳｉ基板１１０が（１１１）面が露出するように異方性エッチングされ、図６に示すように、サーモパイル１１４の下部のみに空隙２２３が形成される。前述したようにストッパーポリシリコンはエッチングされず最後まで残るので、ストッパーポリシリコンを形成した領域ではＳｉ基板表面が露出することがなく、その領域のＳｉ基板もエッチングされない。したがって、支持梁１７０ａ及び１７０ｂの下部にのみ空隙２２３が形成され、受光部１５０の下部はエッチングされない。このようなプロセスにより、ダミー画素１０２は製造される。

従来のダミー画素は、例えば図１０に示すように、熱分離構造を設けない構造であった。すなわち、エッチング孔（スリット１１９（図６参照））を形成せず、そのためポリシリコンエッチング犠牲層１１２やＳｉ基板１１０がエッチングされることがなく、本実施形態のダミー画素１０２のような空隙２２３が形成されない構造であった。すなわち、構造としては赤外線検出素子とは異なる構造であった。そして、そのような構成により、赤外線吸収膜１１８にて吸収した赤外線エネルギーはＳｉ基板１１０へ伝導され、どこにも温度差を発生させない。従って、ダミー画素は単純な抵抗としてみなすことができ、基準レベル検出用の画素として使用することができた。

これに対して、本実施形態のダミー画素１０２は、サーモパイル１１４の下部に空隙２２３は形成されているものの、受光部１５０の底面はＳｉ基板１１０と直接につながっており、受光部１５０に入射した赤外線のエネルギーは充分にＳｉ基板１１０内に伝導し拡散する。そのため、温点接合部１２０ａと冷点接合部１２０ｂとの間に温度差ができることはなく、この場合もダミー画素は単純な抵抗としてみなすことができ、基準レベル検出用の画素として使用することができる。
そして、さらに、本実施形態のダミー画素１０２は、サーモパイルが存在する場所の断面構造が赤外線検出素子１０１と同じ構造をしているため、応力によって生じるダミー画素１０２と赤外線検出素子１０１との各々のサーモパイルの抵抗値の差を大きく低減することができる。したがって、ダミー画素１０２の出力を基準レベルとして後段の増幅回路にて差動増幅を行う場合、赤外線検出素子１０１の信号成分以外に混入する余分な信号を排除でき、より正確な信号処理が可能となる。すなわち、赤外線検出素子の出力信号のみを増幅することが非常に容易になる。

本発明の第２実施形態の赤外線センサーについて、図１１〜図１４を参照して説明する。
第２実施形態の赤外線センサーも、第１実施形態と同じく、赤外線検出素子とダミー素子（ダミー画素と称する場合もある）とを有するサーモパイル型赤外線検出センサーである。そして、赤外線検出素子の構造は前述した第１実施形態と同じであり、ダミー素子の構造のみが第１実施形態のダミー画素２０２（図６参照）の構造とは異なる。以下、そのダミー画素の構造について、第１実施形態のダミー画素との相違点を中心に説明する。
なお、本実施形態のダミー画素は前述した第１実施形態の赤外線検出素子１０１（図１参照）及びダミー画素２０２（図６参照）と類似した構造の素子なので、以下の説明及び図面においては、それら赤外線検出素子１０１及びダミー画素２０２と同じあるいは略同じ構成部には、前述した赤外線検出素子１０１及びダミー画素２０２と同一の符号を付してその説明は省略する。

第２実施形態に係るダミー画素２０２の構造を図１１に示す。
図１１に示すように、ダミー画素２０２も、第１実施形態のダミー画素２０２と同様に、支持梁１７０ａ及び１７０ｂの下部のみに空隙２２３が形成されており、受光部１５０の下部には空隙が存在せずＳｉ基板１１０に直接つながっている。
しかしながら、第２実施形態のダミー画素２０２は、受光部１５０の下部の構造及び製造プロセスが、前述した第１実施形態のダミー画素２０２とは異なる。
第１実施形態のダミー画素２０２（図６参照）においては、受光部１５０の下部領域のＳｉ基板１１０上にストッパーポリシリコン１１２ｂを形成することにより、この部分のＳｉ基板１１０のアルカリ系エッチング液によるエッチングを阻止した。第２実施形態のダミー画素２０２においては、図１１に示すように、ストッパーポリシリコン１１２ｂを形成せずに、シリコン窒化膜１１３をＳｉ基板１１０上に直接形成することにより、同様に、この部分のＳｉ基板１１０のアルカリ系エッチング液によるエッチングを阻止している。

このような構造のダミー画素２０２の製造プロセスについて、図１２〜図１４を参照して説明する。
第１の工程として、図１２に示すように、Ｓｉ基板１１０内の基枠１１１に囲まれるエリア上所定の領域にポリシリコンエッチング犠牲層２１２を蒸着する。本実施形態においては、Ｓｉ基板１１０の表面上の、受光部（１５０（図１１参照））の予定領域１５１を除く領域にポリシリコンエッチング犠牲層２１２を形成する。そして、形成したポリシリコンエッチング犠牲層２１２の中の基枠１１１に沿った周領域にボロン（Ｂ）を注入し、ストッパーポリシリコン２１２ａを形成する。

次に、第２工程として、図１３に示すように、Ｓｉ基板１１０の基枠１１１内の全面にシリコン窒化膜１１３を形成する。シリコン窒化膜１１３は、図１３（Ｂ）に示すように、第１工程においてポリシリコンエッチング犠牲層２１２が形成された領域については、そのポリシリコンエッチング犠牲層２１２の上に、ポリシリコンエッチング犠牲層２１２が形成されなかった受光部１５０の下部領域１５１については、Ｓｉ基板１１０の上に直接形成される。本実施形態においては、このようにＳｉ基板１１０の表面にポリシリコンエッチング犠牲層２１２がある領域とない領域とがあるので、シリコン窒化膜１１３は、段差状に形成されることとなる。

さらに第２工程においては、前述したダミー画素２０２と同様に、シリコン窒化膜１１３の中で支持梁１７０ａ及び１７０ｂとなる領域にサーモパイル１１４を形成し、そのサーモパイル１１４を覆うようにシリコン酸化膜１１６を蒸着し、コンタクト１２１、アルミ配線１１５及びアルミ配線１２２を形成し、Ｐ型ポリシリコン１１４ａ及びＮ型ポリシリコン１１４ｂを直列につなぐ。そして、保護膜として例えばシリコン窒化膜１１７を形成する。

次に、第３の工程において、図１４に示すように、スリット１１９を、ポリシリコンエッチング犠牲層２１２が露出するように形成する。

そして、第４の工程において、第１実施形態と同様に、強アルカリ系エッチング液を用いて空隙２２３を形成する。シリコン窒化膜１１３は、Ｓｉ基板１１０をエッチングする際のアルカリ系エッチング液に対して溶けないので、受光部１５０の下部領域のシリコン窒化膜１１３がＳｉ基板１１０上に直接積層されている領域においては、Ｓｉ基板１１０が露出してエッチングされることはない。そのため、ポリシリコンエッチング犠牲層１１２この層がＳｉ基板１１０上に直接堆積されていれば、その下のＳｉ基板１１０がエッチングされることはない。その結果、図１１に示すような、空隙２２３が支持梁１７０ａ及び１７０ｂの下にのみ形成され、ダミー画素２０２が製造される。

一般に、ボロン（Ｂ）をドープしたストッパーポリシリコン（ポリシリコンエッチング犠牲層１１２）よりも、シリコン窒化膜（１１３）の方が強アルカリ液に対する選択性が高い。したがって、本実施形態のダミー画素２０２のようにシリコン窒化膜１１３を直接Ｓｉ基板１１０上に堆積させることにより、支持梁１７０ａ及び１７０ｂの下部領域のみを正確にエッチングし、より確実に空隙２２３を形成することができる。

本発明の第３実施形態の赤外線センサーについて、図１５及び図１６を参照して説明する。
第３実施形態の赤外線センサーは、第１実施形態及び第２実施形態と同じく赤外線検出素子とダミー素子（ダミー画素と称する場合もある）とを有するサーモパイル型赤外線検出センサーである。また、特に第２実施形態と同じく、ダミー画素を形成する際に受光部（１５０）の下部にストッパーポリシリコンを形成しない製造プロセス及び構造のダミー画素を有する赤外線センサーである。第３実施形態の赤外線センサーは、赤外線検出素子及びダミー画素において、受光部１５０及び支持梁１７０ａ及び１７０ｂの底面の膜（第１実施形態及び第２実施形態においてはシリコン窒化膜１１３）の材料を、シリコン酸化膜３１３にしたものである。

図１５は、第３実施形態の赤外線センサーの赤外線検出素子３０１の構造を示す図であり、また、図１６は、第３実施形態の赤外線センサーのダミー画素３０２の構造を示す図である。各々、（Ａ）が平面図を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ線における断面図である。

赤外線検出素子３０１は、第１実施形態の赤外線検出素子１０１と同様の構成であって、図１５に示すように、受光部１５０及び支持梁１７０ａ，１７０ｂの下部に空隙１２３が形成されている。これらの受光部１５０及び支持梁１７０ａ，１７０ｂの底面が、第１実施形態の赤外線検出素子１０１ではシリコン窒化膜１１３で形成されているが、本実施形態の赤外線検出素子３０１においてはシリコン酸化膜３１３により構成されている。
そして、このシリコン酸化膜３１３の上にサーモパイル１１４（Ｐ型ポリシリコン１１４ａ及びＮ型ポリシリコン１１４ｂ）、アルミ配線１１５等が形成され、これらの上面に保護膜としてシリコン酸化膜３１６が形成されている。
なお、赤外線検出素子３０１の製造プロセスは、前述した第１実施形態の赤外線検出素子１０１の製造プロセスと同じなので説明を省略する。

また、ダミー画素３０２は、第２実施形態のダミー画素２０２と同様の構成であって、図１６に示すように、支持梁１７０ａ及び１７０ｂの下部のみに空隙２２３が形成されており、受光部１５０の下部には空隙が存在せずＳｉ基板１１０に直接つながっている。この支持梁１７０ａ及び１７０ｂの底面、及び、受光部１５０とＳｉ基板１１０との接合面が、第２実施形態のダミー画素２０２ではシリコン窒化膜１１３で形成されているが、本実施形態のダミー画素３０２においてはシリコン酸化膜３１３により構成されている。
そして、このシリコン酸化膜３１３の上に、赤外線検出素子３０１と同様にサーモパイル１１４（Ｐ型ポリシリコン１１４ａ及びＮ型ポリシリコン１１４ｂ）、アルミ配線１１５等が形成され、これらの上面に保護膜としてシリコン酸化膜３１６が形成されている。

ダミー画素３０２の製造プロセスは、前述した第２実施形態のダミー画素２０２の製造プロセスと略同じである。異なるのは、第２実施形態のダミー画素２０２の製造プロセスにおいては、Ｓｉ基板１１０の受光部１５０の箇所に、シリコン窒化膜１１３を形成したが、第３実施形態のダミー画素３０２においては、この箇所にシリコン酸化膜３１３を形成してこの部分のアルカリ系エッチング液によるエッチングを阻止している。

シリコン酸化膜（３１３）も、シリコン窒化膜（１１３）と同じように、ヒドラジンなどのアルカリ系エッチングには溶けにくい性質を持つため、ボロン（Ｂ）を注入したポリシリコンと同じようにエッチングストッパーとすることができる。
そして、前述したような赤外線検出素子及びダミー画素の製造プロセスにおいて、空隙が形成される前の第３の工程が終了した時点において発生している残留応力は、ヤング率が小さいほど、つまり柔らかいほど、変形しやすくなり低くなる。シリコン窒化膜のヤング率に対し、シリコン酸化膜のヤング率は非常に小さい。そのため、ポリシリコン１１４ａ及び１１４ｂ、アルミ配線１１５及び１２２といった抵抗や配線を覆う絶縁膜を窒化膜を含まずシリコン酸化膜のみで構成することによって、もともと発生する残留応力を低下させることができる。
また、この膜構成と、ダミー画素３０３の支持梁１７０ａ及び１７０ｂの下地に空隙２２３を形成することによって、赤外線検出素子３０１とダミー画素３０２との抵抗値の差異を大きく下げることができる。

なお、本実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって本発明を何ら限定するものではない。本実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。
例えば、前述した各実施形態においては、シリコン基板上に熱電材料としてＰ型ポリシリコン及びＮ型ポリシリコンを形成した構成について説明したが、基板はシリコンに限らず、また、熱電材料もこれに限らない。ボロメータや焦電型温度検出素子を用いてもよい。
また、前述した実施形態においては、Ｌ字型の支持梁１７０ａ及び１７０ｂにより受光部１５０を支えているが、支持梁の形状、受光部の形状は任意の形状でよい。

図１は、本発明の第１実施形態の赤外線センサーの赤外線検出素子の構造を示す図である。 図２は、図１に示した赤外線検出素子の製造プロセスを示す第１の図である。 図３は、図１に示した赤外線検出素子の製造プロセスを示す第２の図である。 図４は、図１に示した赤外線検出素子の製造プロセスを示す第３の図である。 図５は、図１に示した赤外線検出素子の製造プロセスを示す第４の図である。 図６は、本発明の第１実施形態の赤外線センサーのダミー素子（ダミー画素）の構造を示す図である。 図７は、図６に示したダミー画素の製造プロセスを示す第１の図である。 図８は、図６に示したダミー画素の製造プロセスを示す第２の図である。 図９は、図６に示したダミー画素の製造プロセスを示す第３の図である。 図１０は、従来のダミー画素の構造を示す図である。 図１１は、本発明の第２実施形態の赤外線センサーのダミー素子（ダミー画素）の構造を示す図である。 図１２は、図１１に示したダミー画素の製造プロセスを示す第１の図である。 図１３は、図１１に示したダミー画素の製造プロセスを示す第２の図である。 図１４は、図１１に示したダミー画素の製造プロセスを示す第３の図である。 図１５は、本発明の第３実施形態の赤外線センサーの赤外線検出素子の構造を示す図である。 図１６は、本発明の第３実施形態の赤外線センサーのダミー素子（ダミー画素）の構造を示す図である。

符号の説明

１０１，３０１…赤外線検出素子
１０２，２０２，３０２…ダミー画素
１１０…Ｓｉ基板
１１１…基枠
１１２，２１２…ポリシリコンエッチング犠牲層
１１２ａ，１１２ｂ，２１２ａ…ストッパーポリシリコン
１１３…シリコン窒化膜
１１４…サーモパイル
１１４ａ…Ｐ型ポリシリコン
１１４ｂ…Ｎ型ポリシリコン
１１５，１２２…アルミ配線
１１６，３１３，３１６…シリコン酸化膜
１１７…保護膜
１１８…赤外線吸収膜
１１９…スリット
１２０ａ…温点接合部
１２０ｂ…冷点接合部
１２１…コンタクト
１２３、２２３…空隙
１５０…受光部
１５１…受光部予定領域
１７０ａ，１７０ｂ…支持梁

Claims (5)

1. 赤外線検出素子と基準レベル検出用のダミー素子とを有する赤外線センサーであって、
   前記赤外線検出素子及び前記ダミー素子は、各々、同一構成の、赤外線を受光する受光部及び前記受光部と基板とを連結する支持部を有し、
   前記受光部及び前記支持部は前記基板上の同一平面上に形成され、
   前記赤外線検出素子は、
   前記受光部と前記基板とを熱分離する空隙部、及び前記支持部と前記基板とを熱分離する空隙部を有し、
   前記ダミー素子は、
   前記支持部の下部のみに当該支持部と前記基板とを熱分離する空隙部を有し、
   前記受光部の下部は前記基板に導熱状態に直接接続されている
   ことを特徴とする赤外線センサー。
2. 前記基板はシリコン基板であり、
   前記赤外線検出素子及び前記ダミー素子は、各々、前記支持部の中に前記受光部と前記基板との温度差を検出する温度検出部を有し、
   前記温度検出部は、Ｐ型ポリシリコンとＮ型ポリシリコンとからなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサー。
3. 前記ダミー素子の前記受光部と前記シリコン基板との間に、ボロンを注入したポリシリコン層が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の赤外線センサー。
4. 前記ダミー素子の前記受光部と前記シリコン基板との間に、シリコン窒化膜又はシリコン酸化膜が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の赤外線センサー。
5. 前記赤外線検出素子及び前記ダミー素子において、前記受光部の絶縁層及び前記支持部の絶縁層は、いずれもシリコン酸化膜のみによって構成されていることを特徴とした請求項１又は２に記載の赤外線センサー。

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