JP4792980B2

JP4792980B2 - 赤外線検出素子

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Publication number: JP4792980B2
Application number: JP2006004401A
Authority: JP
Inventors: 最実太田; 正樹廣田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-01-12
Filing date: 2006-01-12
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2026-01-12
Also published as: JP2007187495A; US20070158570A1; US7531800B2

Description

本発明は、赤外線検出素子およびその製造方法に関する。

従来、赤外線吸収帯が形成された受光部を、中空構造の基板に対して微細な梁で支持し、受光部の温度をサーモパイル等で検出する熱型赤外線検出素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２８１０６５号公報

しかしながら、上述した熱型の赤外線検出素子では、受光部を支持する梁の熱抵抗を大きくするために、梁を非常に細く長くするようにしている。そのため、検出素子に衝撃や加速度等が加わった場合に、梁が撓みやすく受光部や梁が基板に接触するおそれがあった。特に、梁が大きく撓んだ場合には、ねじりも加わり受光部や梁が基板に対して線接触するようになり、受光部から基板側へ熱が散逸し、検出精度の低下を招くという問題があった。また、梁の撓みが過大になって、梁が破損するおそれもある。

請求項１の発明は、凹部または貫通孔が形成され、凹部または貫通孔の上部に形成された枠部を有する基板と、赤外線を受光する受光部と、一端が凹部または貫通孔の周囲の基板の枠部に固定されると共に他端が受光部に固定され、受光部を凹部または貫通孔の上方に支持する少なくとも一つの梁とを備えた赤外線検出素子において、周囲の基板から凹部または貫通孔の方向に突出し、外部からの力の作用により変形する梁に接触する突起を、梁の他端に向けて基板の枠部に形成したことを特徴とする。
請求項３の発明は、凹部または貫通孔が形成された基板と、赤外線を受光する受光部と、一端が凹部周囲の基板に固定されると共に他端が受光部に固定され、受光部を凹部または貫通孔の上方に支持する少なくとも一つの梁とを備えた赤外線検出素子に適用される。そして、梁は、凹部または貫通孔の縁と受光部との間に沿って配設され、基板に形成され、縁から梁の方向に突出する第１の突起と、梁から縁方向に突出するように第１の突起に近接して設けられ、梁に撓みが生じた際に第１の突起に当接して係止される第２の突起とを備えたことを特徴とする。
請求項４の発明は、凹部または貫通孔が形成された基板と、赤外線を受光する受光部と、一端が凹部周囲の基板に固定されると共に他端が受光部に固定され、受光部を凹部または貫通孔の上方に支持する少なくとも一つの梁とを備えた赤外線検出素子に適用される。そして、梁は、凹部または貫通孔の縁と受光部との間に沿って配設され、受光部に形成され、梁の方向に突出する第１の突起と、梁から受光部方向に突出するように第１の突起に近接して設けられ、梁に撓みが生じた際に第１の突起に当接して係合する第２の突起とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、赤外線検出素子に衝撃や加速度が加わった場合、梁または受光部に設けられた突起が基板の凹部に接触したり、基板に形成された突起により梁が係止されたり、受光部の突起と梁の突起とが係合することにより、梁の撓みが抑制される。その結果、撓みが過大となって梁が破損したり、梁や受光部が基板凹部に線接触して検出精度の低下を招いたりするのを防止することができる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、本発明による赤外線検出素子の第１の実施の形態を示す図である。図１において、（ａ）は赤外線検出素子の平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面を示す図である。なお、図１（ａ）では、受光部３および梁４の内部構造が分かるように、受光部３および梁４ａの一部を破断面とし、内部構造を露出させて示した。

本実施の形態の赤外線検出素子はシリコン（Ｓｉ）基板１上に形成されており、基板１の枠部２の内側に、略Ｌ字形状の一対の梁４（４ａ，４ｂ）と、それらの梁４により支持された受光部３とを備えている。各梁４の一方の端部は枠部２に連結され、他方の端部は受光部３に連結されている。基板１にはエッチングにより凹部１ａが形成されており、受光部３および梁４はこの凹部１ａの上方に設けられ、受光部３および梁４と基板１との間には空洞１１が形成されている。

枠部２、受光部３および梁４はシリコン窒化（ＳｉＮ）膜からなる絶縁膜１０２と層間絶縁膜１０３と保護膜１０４とから成る多層膜で構成されており、受光部３の保護膜１０４上には赤外線吸収膜１０５が形成されている。また、枠部２においては、絶縁膜１０２と基板１との間にエッチングストッパ層１０１が形成されている。このエッチングストッパ層１０１は、基板１をエッチングして空洞１１を形成する際のエッチングストッパとして機能するものである。

各梁４ａ，４ｂには、サーモパイルを構成するＰ型ポリシリコン６およびＮ型ポリシリコン７がそれぞれ形成されている。梁４ａに形成されたＰ型ポリシリコン６はアルミ配線８ａにより梁４ｂのＮ型ポリシリコン７に接続されており、梁４ａに形成されたＮ型ポリシリコン７はアルミ配線８ｂにより梁４ｂのＰ型ポリシリコン６に接続されている。さらに、梁４ｂに形成されたＰ型ポリシリコン６およびＮ型ポリシリコン７の他端は、アルミ配線８ｃにより接続されている。梁４ａに形成されたＰ型ポリシリコン６およびＮ型ポリシリコン７の他端にはコンタクト９が形成されており、このコンタクト９に不図示の検出回路が接続される。

このように、直列接続された一対のＰ型ポリシリコン６およびＮ型ポリシリコン７は一つのサーモカップルを形成し、ＰＮＰＮの順に二つのサーモカップルを直列接続することによりサーモパイルが形成される。サーモパイルでは、各サーモカップルの起電力が加算されるので、より大きな出力電圧が得られる。図１（ｂ）に示すように、本実施の形態の赤外線検出素子では、受光部３および梁４（４ａ，４ｂ）は、基板１表面よりも図示上方に形成されている。また、梁４ａ，４ｂには、枠部２方向に突出する突起５がそれぞれ形成されており、受光部３および梁４が基板１方向に変位した際に、この突起５の部分が基板１と最初に接触するような構造となっている。そのため、突起５は、最も変位が大きい部位に形成するのが好ましい。

受光部３に赤外線が入射すると、受光部３の上面に形成された赤外線吸収膜（例えば、金黒等から成る膜）１０５により赤外線が吸収され、赤外線のエネルギーが熱エネルギーへと変換される。その結果、受光部３の温度が上昇してサーモパイルの受光部側の接続部が温接点に、枠部２側の接続部が冷接点となり、ゼーベック効果により温度差に比例した熱起電力が生じる。この起電力を赤外線検出信号としてコンタクト９から外部に取り出すことにより、赤外線を検出することができる。

このような熱型赤外線検出素子においては、受光部３を熱的に孤立させることが感度向上につながるので、梁４の熱抵抗が大きくなるように、梁４の断面積を小さくすると共に、梁４の長さを長くするようにしている。例えば、枠部２の一辺の長さを１００μｍとした場合、梁４は、幅が５μｍで厚さが２μｍ程度となる。そのため、赤外線検出素子に衝撃や加速度が加わったときに梁４が容易に撓み、受光部３および梁４が図１（ｂ）の上下方向に移動しやすい構造となっている。

ところで、従来のように突起５が形成されていない赤外線検出素子（図２参照）では、梁４が基板１方向（紙面の裏面方向）に変位した場合、図２の符号Ａで示す梁４の外側面が凹部１ａに対して線接触しやすくなる。その結果、受光部３の熱エネルギーが接触部分を介して受光部３から基板１側へと逃げることによって受光部３の温度が低下し、サーモパイルによる温度検出精度が低下するという問題があった。

しかしながら、本実施の形態では、梁４に突起５が形成されているため、変位時に突起５が基板１の凹部１ａに接触して下方への動きが妨げられ、梁４の本体部分や受光部３が凹部１ａに接触するのを防止することができる。このとき、突起５と凹部１ａとの接触面積は小さく、ほぼ点接触とみなすことができる。その結果、接触時に、受光部３から基板１側への熱伝達をほぼ防止することができ、サーモパイルによる温度検出精度の低下を防止することができる。また、突起５が凹部１に接触することで、梁４が大きく撓むのを抑制することができ、過大な変形によって梁４が破損するのを防止することもできる。

さらに、本実施の形態では、図１（ｂ）に示すように、受光部３および梁４が基板１表面よりも図示上方に配置されている。そのため、受光部３および梁４が基板１方向に変位した際に、凹部１ａに接触するまでの許容変位量を従来よりも大きくでき、接触し難くすることができる。本実施例では受光部３、梁４は、基板１よりも上方に配置しているが、同じ高さに位置していても良い。

次に、図１に示した赤外線検出素子の製造方法について説明する。まず、図３（ａ）に示すように、シリコン基板１の表面に、ポリシリコン層１０をＣＶＤ等により形成する。なお、シリコン基板１はその基板表面が面方位（１００）となるように形成されており、その（１００）面上にポリシリコン層１０が形成される。次に、基板１上に形成された矩形状のポリシリコン層１０の周縁部分を階段状にエッチングして、矩形枠形状の段差１０１を形成する。この段差１０１の部分はエッチングストッパとして用いられ、内側の矩形状部分１００はエッチング犠牲層として用いられる。以下では、エッチングストッパ１０１およびエッチング犠牲層１００と記す。

図４に示す工程では、エッチング犠牲層１００の周囲を囲むように設けられたポリシリコン層１０１にボロンをイオン注入して、エッチングストッパ１０１を形成する。続く図５に示す工程では、ＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition ）法などにより、絶縁膜１０２としてのシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）をエッチング犠牲層１００およびエッチングストッパ１０１の上に形成する。そして、絶縁膜１０２上にＰ型ポリシリコン６およびＮ型ポリシリコン７をそれぞれ形成する。

例えば、絶縁膜１０２上の全面にポリシリコン膜を形成し、そのポリシリコン膜にリン（Ｐ）またはヒ素（Ａｓ）をイオン注入してＮ型ポリシリコンを形成し、また、ポリシリコン膜にボロン（Ｂ）をイオン注入してＰ型ポリシリコンを形成する。そして、それらをエッチングでパターニングすることにより、図５（ａ）に示すような形状のＰ型ポリシリコン６およびＮ型ポリシリコン７をそれぞれ形成する。その後、図５（ｃ）に示すように、シリコン酸化膜等の層間絶縁膜１０３を形成する。そして、アルミ配線８ａ〜８ｃ，コンタクト９を形成した後に、さらに、シリコン酸化膜等の保護膜１０４を全面に形成する。

図６に示す工程では、受光部３の保護膜１０４上に赤外線吸収膜１０５を形成した後に、エッチングスリットＳをプラズマエッチング等を用いた異方性エッチングにより形成する。さらに、図７に示す工程では、ヒドラジン（異方性エッチング液）を用いて、エッチングスリットＳからポリシリコンのエッチング犠牲層１００およびシリコン基板１を異方性エッチングする。このエッチングはエッチングストッパ１０１のところでストップし、基板１に凹部１ａが形成される。基板１の表面は（１００）面となっているため、結晶性異方性エッチングにより角錐状にエッチングされ、凹部１ａの表面はシリコン単結晶の（１１１）面となる。このような工程により、図１に示す赤外線検出素子が形成される。

［変形例１］
図８は、本実施の形態の第１の変形例を示す図である。上述した実施の形態では受光部３を一対の梁４ａ，４ｂで支持するような構成であったが、変形例１では、一つの梁４により受光部３を片持ち支持するような構造とした。この場合、変位が最も大きくなる部位は、受光部３上において梁４と受光部３との接続部分から最も遠い位置、受光部の３の右下部分になる。そのため、受光部３のその位置に突起５を形成することにより、受光部３が凹部１ａ側に変位した場合の接触面積を小さく抑えることができ、検出精度の低下を防止することができる。なお、製造工程に関しては、上述した実施の形態の赤外線検出素子の場合と同様なので、説明を省略する。

［変形例２］
図９は、本実施の形態の第２の変形例を示す図である。変形例２の赤外線検出素子では、受光部３は一対の梁４に支持されている。各梁４はジグザグ形状に形成されており、第１の梁４０１，第２の梁４０２および第３の梁４０３から成る。また、梁４０３、梁４０２、梁４０１の順に梁の幅が小さくなっている。このような形状の梁４の場合、受光部３から枠部２間での熱伝達経路が長くなるとともに、梁４の幅が受光部３近づくほど小さくなっているので、受光部３から基板１側への熱伝達量が非常に小さくなり、温度検出精度を低下を防止できる。その一方で、梁４が撓み易くなり、受光部３が容易に凹部１ａに接触することになる。

変形例２の赤外線検出素子では、突起５は第１の梁４０１と第２の梁４０２の接続部分に形成されている。梁４が衝撃等で撓んだ場合、凹部１ａ方向の変位量は受光部３が最も大きくなるが、突起５が凹部１ａと接触することにより変位が制限されることにより、受光部３が凹部１ａに接触するのを防止することができる。その結果、変位時における梁４と凹部１ａとの接触面積を大きく低減させることができ、変形がある時の検出精度の劣化を防ぐことができる。

なお、図９に示した例では、突起５を第１の梁４０１と第２の梁４０２の接続部分に形成したが、受光部３が凹部１ａに接触するのを防止できる位置であれば、突起５の形成位置はこの位置に限らず、例えば、第１の梁４０１と受光部３との接続部であっても良い。また、突起５と凹部１ａとの接触面積は非常に小さいので、図８に示した例のように受光部３の外周部に設けてもかまわない。ただ、受光部３から基板１への放熱量をできるだけ小さくするためには、また、検出感度の低下を抑えるためには、受光部３よりも梁４に突起５を設けるのが好ましい。

［変形例３］
図１０は、本実施の形態の第３の変形例を示す図であり、（ａ）は赤外線検出素子の平面図、（ｂ）はＦ−Ｆ’断面図である。変形例３では、梁４は受光部３を囲むような渦巻き形状に形成されている。突起５は枠部２側に形成され、枠部２から梁４方向に延在するように突出している。また、受光部３および梁４は、図１０（ｂ）に示すように、枠部２よりも上方に形成されている。このように、渦巻き形状の梁４を有する赤外線検出素子に衝撃等が加わって、図１１（ｂ）に示すような図示下方への力が受光部３および梁４に作用すると、梁４が捩れるように撓んで下方に移動し、図１１（ａ）のように受光部３が回転しながら下方に変位する。

その結果、受光部３の図示左側に位置して突起５に対向する梁４は、変形時に左方向に移動して突起５上に乗り上げるか、接触し、それ以降の下方への移動が阻止される。突起５の形成位置に関しては、予め梁４の変形状態を予測しておき、変形した梁４が突起５上に乗り上げるような位置を形成位置に設定すれば良い。この結果、梁４と基板１とは突起５を通して短絡し、機械的に剛性が高まり、強く壊れにくい構造となる。また、変形例３の場合には、梁４が枠部２に形成された突起５に係止されるような構造としているので、上述した実施の形態のように梁４側の突起５が基板１の凹部１ａの斜面に接触して変形が阻止される構造の検出素子のように、基板１の（１１１）面が露出するような結晶異方性エッチングで凹部１ａを形成する必要はない。すなわち、等方性エッチングや、基板１の表面に垂直な異方性エッチングで、図１０（ｂ）に示すような凹部１ａを形成しても良い。また、受光部３および梁４の下方が凹部１ａではなく、貫通孔であっても適用することができる。

［変形例４］
図１２は、本実施の形態の第４の変形例を示す図であり、（ａ）は梁４が変形していない状態の赤外線検出素子の平面図であり、（ｂ）は力が作用して梁４が変形した場合の平面図を示している。第４の変形例では、梁４および枠部２の両方に突起５が形成されており、梁４には枠部２方向に突出する突起５ａが形成される。また、突起５ａが突出する側の枠部２にも、梁４方向に突出する突起５ｂが形成されている。なお、この場合も、受光部３および梁４は、変形例３の場合と同様に（図１０（ｂ）参照）、基板厚さ方向に関して枠部２よりも高い位置に形成されている。

上述した変形例３でも説明したように、図１１（ａ）に示したような渦巻き形状の梁４を有する赤外線検出素子に下方への力が作用すると、梁４は受光部３が回転するように変形する。しかし、下方への力に加えて、図１２（ａ）に示すような平面に沿って図示上方に衝撃などにより慣性力がさらに作用した場合、梁４および受光部３の図示上方への変位が加わって、図１１（ａ）の場合に比べて、梁４の突起５への近づき方が小さくなる。そのため、梁４が枠部２側の突起５に係止されることなく、枠部２よりも下方に大きく変形して、梁４が凹部１ａに接触する。

そこで、変形例４では、枠部２に設けた突起５ｂを挟むように梁４に突起５ａを設けることにより、下方向への力以外に平面方向にも力がかかる場合でも、梁４の突起５ａが枠部２の突起５ｂ上に乗り上げ、または当接することにより、係止されるような構造とした。その結果、突起５ａと突起５ｂとが接触することにより一時的に梁４の剛性が高くなり、強く壊れにくくなる。

図１２では枠部２に突起５ｂを形成したが、図１３（ａ）に示すように、梁４の突起５ａを受光部方向に突出させ、それに係止される突起５ｂを受光部３に設けるようにしても良い。この場合、梁４が撓んだときに、受光部３の突起５ｂが梁４に形成された突起５ａ上に乗り上げるようなことはないが、図１３（ｂ）に示すように突起５ａ，５ｂの側面同士が接触して、突起５ｂが突起５ａにより係止されることで、受光部３のさらなる回転が阻止される。その結果、梁４の撓みが小さくなり、受光部３や梁４が凹部１ａに接触するのを防止することができる。

このような作用効果は、図１２に示す突起５ａ，５ｂでも奏することができる。なお、突起５ａ，５ｂを同じ高さに形成しても良いが、突起５ｂを突起５ａよりも高い位置に形成する方が好ましい。それにより、突起５ａ，５ｂ同士の係止や、突起５ｂが突起５ａに乗り上げるような状況が発生しやすくなる。また、突起５ｂによる突起５ａの係止が生じやすくするためには、突起５ａ，５ｂを、互いに近接した位置に配置するのが好ましい。さらに、図１２，図１３では、１つの突起を２つの突起で挟むように形成したが、突起の数は特に限定するものではない。

［変形例５］
図１４は、本実施の形態の第５の変形例を示す図である。変形例５の場合も、変形例４の場合と同様に、梁４が撓んだ際に受光部３に形成された突起と梁４に形成された突起とが係合して、梁４のさらなる撓みを阻止するような構成となっている。ただし、変形例５の場合には、受光部３の突起５１２と梁４の突起５０１とが係合して、梁４が撓んだ際の受光部３の下方への変位を抑制するだけでなく、受光部３が上方に変位したときに受光部３の突起５１１と梁４の突起５０２とが係合するように構成することで、受光部３の上方への変位も抑制するようにしている。その結果、受光部３や梁４が基板１の凹部１ａに接触するのを防止できると共に、梁４が過度に撓んで損傷するのを防止することもできる。

突起５０１，５０２，５１１，５１２は、それぞれ図示上下に一対形成されている。図１５（ａ）は突起５０１，５１１部分のＨ−Ｈ’断面図であり、図１５（ｂ）は突起５０２，５１２部分のＪ−Ｊ’断面図である。図１５（ａ）に示すように、突起５０１は梁４の下面に形成され、突起５１１は受光部３の上面に形成されており、突起５０１，５１１は基板厚さ方向に隙間を空けて重なるように配置されている。そのため、矢印方向に受光部３が変位すると、突起５１１が梁４の突起５１１に当接してその部分で受光部３と梁４とが係合し、受光部３の部分が大きく変位するのを防止することができる。その結果、受光部３や梁４が凹部１ａと線接触するのを防止できるとともに、梁４が過度に撓むのを防止することができる。

図１６〜図２０は、変形例５における赤外線検出素子の製造工程を説明する図である。なお、以下では、枠部２と受光部３および梁４とを同一高さに形成する場合について説明する。最初に、図１６（ｂ）のＫ−Ｋ’断面図に示すように、シリコン基板１上にポリシリコン層を形成て、エッチング犠牲層１００とエッチングストップ１０１を形成する。上述したように、枠部２と受光部３および梁４とを同一高さとするため、エッチング犠牲層１００およびエッチングストップ１０１の厚さは同一となっている。

なお、図４（ｂ）の場合と同様にエッチング犠牲層１００の厚さをより厚くして、受光部３および梁４の高さを枠部２より高く設定するようにしても良い。その後、図５に示した工程と同様に、シリコン窒化膜による絶縁層１０２、絶縁膜１０２上のＰ型ポリシリコン６およびＮ型ポリシリコン７、層間絶縁膜１０３、アルミ配線８ａ〜８ｃ、コンタクト９（不図示）および保護膜１０４を順に形成する。

図１７に示す工程では、エッチングスリットＳを異方性エッチングにより形成する。この異方性エッチングは絶縁膜１０２が露出するまで行われる。図１８に示す工程では、梁３および受光部３の下地である絶縁膜１０２を異方性エッチングによりエッチングし、梁４および受光部３の下面に設けられる突起５０１，５１２を形成する。図１９に示す工程では、エッチングスリットＳにポリイミド等を充填することによりスリット犠牲層１０８を形成する。なお、スリット犠牲層１０８の材料としては、ポリイミドの他に、レジスト材料やシリコンなど用いても良い。

図２０に示す工程では、図１９に示した基板上面にシリコン窒化膜等を形成した後に、エッチングによりそのシリコン窒化膜をパターニングすることにより、上側の突起５０２，５１１を形成する。図２１に示す工程では、受光部３の保護膜１０４上に赤外線吸収膜１０５を形成し、その後、スリット犠牲層１０８を除去した後に、ヒドラジンを用いて結晶性異方性エッチングを行うことにより基板１に凹部１ａを形成する。

［変形例６］
図２２は、本実施の形態の第６の変形例を示す図である。変形例６の赤外線検出素子では、梁４の下面から凹部１ａ方向に突出する突起５を、各梁４に形成した（図２２（ｂ）参照）。そのため、衝撃等により梁４および受光部３が下方（凹部１ａ方向）に変位すると、突起５が凹部１ａに衝突し、梁４が凹部１ａを線接触するのを防止できるとともに、梁４の過大な撓みを防止することができる。また、基板１に対して平行な突起に比べて、梁４の撓みを小さく抑えることが可能となる。この突起５は、受光部３の下面に形成しても良い。

図２３，２４は製造工程を説明する図である。図２３に示す工程では、シリコン基板１に穴６１を形成する。この穴６２は突起５を形成するための穴であり、梁４の突起５を形成する位置に対応付けて形成される。なお、穴６１の横断面形状は、矩形でなくてもかまわない。次に、基板１の表面にポリシリコンのエッチング犠牲層１００を形成した後に、突起５の型となる穴６２を、穴６１の部分に異方性エッチングによりそれぞれ形成する。

図２４に示す工程では、エッチング犠牲層１００の周縁部にボロン等をイオン注入することにより、エッチングストッパ１０１を形成する。その後、シリコン窒化膜等の絶縁膜１０２形成すると、穴６２内に堆積した絶縁膜１０２が突起５を構成することになる。これ以後の製造工程は、図１に示した赤外線検出素子の対応する製造工程（図５〜図７参照）と同様であり、ここでは説明を省略する。なお、図２４において、（ｂ）は基板をＴ１−Ｔ１’に沿って断面した図であり、（ａ）は（ｂ）のＴ２−Ｔ２’断面を示したものである。

［変形例７］
図２５は、本実施の形態の第７の変形例を示す図である。図２５は、突起５の先端形状について示したものであり、（ａ）〜（ｄ）に４種類の形状を示した。図２５（ａ）では、突起先端を三角形状とすることで、突起５と凹部１ａとの接触面積をより小さくしたことにより、接触による検出素子の感度低下を抑制することができる。図２５（ｂ）に示す例では、突起先端を円弧状とすることで、突起５と凹部１ａとの接触により、突起先端が破損するのを防止している。図２５（ｃ）に示す例では、突起先端をナイフ等の刃と同様の曲線形状とすることで、梁４が撓んだ際にその撓み量に応じた接触面積となり、突起５が破損しにくい。

図２５（ｄ）に示す例では、突起５を二股形状とし、太い部分５２２と細い部分５２１とで構成するようにした。さらに、梁４が凹部１ａ方向に撓んだ際に細い部分５２１が先に接触するような構造とした。受光部３が凹部１ａ方向に変位した際、最初は細い部分５２２が凹部１ａに接触して支持し、細い部分５２１の支持限界を超えたならば、太い部分５５２２が凹部１ａに接触し、支持するようになる。

上述したように、受光部３および梁４が変位した場合に、基板１の凹部１ａと接触する突起５を設けて、その突起５により支持するような構成としたので、従来に比べて接触面積を低減することができ、接触に起因する検出素子の検出性能の低下を抑制することができる。また、梁４の過大な撓みが防止でき、梁４の破損を避けることができる。なお、突起の位置や形状、および数に関しては、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形例が可能である。また、梁４や受光部３の形状に関しても、上述したものに限定されない。さらに、本発明は、サーモパイル型の赤外線検出素子に限らず、抵抗変化として出力を取り出す集電型の赤外線検出素子にも適用することができる。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

本発明による赤外線検出素子の第１の実施の形態を示す図であり、（ａ）は赤外線検出素子の平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面を示す図である。突起５を有していない赤外線検出素子を説明する図である。赤外線検出素子の製造工程を示す図であり、（ａ）は第１の工程を、（ｂ）は第２の工程を示す図である。図３に続く第３の工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。図４に続く製造工程を示す図であり、（ａ）は第４の工程を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’断面図、（ｃ）は第５の工程を示す図である。図５に続く第６の工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面図である。図６に続く第７の工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ’断面図である。赤外線検出素子の第１の変形を示す平面図である。赤外線検出素子の第２の変形を示す平面図である。赤外線検出素子の第３の変形例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＦ−Ｆ’断面図である。第３の変形例の赤外線検出素子に衝撃が加わった場合を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＧ−Ｇ’断面図である。赤外線検出素子の第４の変形例を示す図であり、（ａ）は梁４が変形していない状態の赤外線検出素子の平面図であり、（ｂ）は梁４が変形した場合の平面図を示している。受光部８および梁４に突起５ａ，５ｂが形成された赤外線検出素子を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は衝撃が加わった場合を示す図である。赤外線検出素子の第５の変形例を示す平面図である。（ａ）は図１５のＨ−Ｈ’断面図、（ｂ）は図１５のＪ−Ｊ’断面図である。第５の変形例の赤外線検出素子の第１の製造工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＫ−Ｋ’断面図である。第２の製造工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＬ−Ｌ’断面図である。第３の製造工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＭ−Ｍ’断面図である。第４の製造工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＮ−Ｎ’断面図である。第５の製造工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＰ−Ｐ’断面図である。第６の製造工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＱ−Ｑ’断面図である。第７の製造工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＲ−Ｒ’断面図である。第８の製造工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＴ−Ｔ’断面図である。第９の製造工程を示す図であり、（ａ）は（ｂ）のＴ２−Ｔ２’断面を示す図であり、（ｂ）はＴ１−Ｔ１’断面図である。突起５の先端形状の変形例を示す図であり、（ａ）〜（ｄ）にそれぞれ示す。

符号の説明

１：基板、１ａ：凹部、２：枠部、３：受光部、４，４０１〜４０３：梁、５，５ａ，５ｂ，５０１，５０２，５１１，５１２，５２１，５２２：突起、６：Ｐ型ポリシリコン、７：Ｎ型ポリシリコン、１００：エッチング犠牲層、１０１：エッチングストッパ、１０２：絶縁膜、１０３：層間絶縁膜、１０４：保護膜、１０５：赤外線吸収膜

Claims

凹部または貫通孔が形成され、前記凹部または貫通孔の上部に形成された枠部を有する基板と、
赤外線を受光する受光部と、
一端が前記凹部または貫通孔の周囲の前記基板の枠部に固定されると共に他端が前記受光部に固定され、前記受光部を前記凹部または貫通孔の上方に支持する少なくとも一つの梁とを備えた赤外線検出素子において、
前記周囲の基板から前記凹部または貫通孔の方向に突出し、外部からの力の作用により変形する前記梁に接触する突起を、前記梁の他端に向けて前記基板の枠部に形成したことを特徴とする赤外線検出素子。
請求項１に記載の赤外線検出素子において、
前記受光部は、基板厚さ方向に関して、前記基板に設けられた突起よりも高い位置に配設されることを特徴とする赤外線検出素子。
凹部または貫通孔が形成された基板と、
赤外線を受光する受光部と、
一端が前記凹部周囲の基板に固定されると共に他端が前記受光部に固定され、前記受光部を前記凹部または貫通孔の上方に支持する少なくとも一つの梁とを備えた赤外線検出素子において、
前記梁は、前記凹部または貫通孔の縁と前記受光部との間に沿って配設され、
前記基板に形成され、前記縁から前記梁の方向に突出する第１の突起と、
前記梁から前記縁方向に突出するように前記第１の突起に近接して設けられ、前記梁に撓みが生じた際に前記第１の突起に当接して係止される第２の突起とを備えたことを特徴とする赤外線検出素子。
凹部または貫通孔が形成された基板と、
赤外線を受光する受光部と、
一端が前記凹部周囲の基板に固定されると共に他端が前記受光部に固定され、前記受光部を前記凹部または貫通孔の上方に支持する少なくとも一つの梁とを備えた赤外線検出素子において、
前記梁は、前記凹部または貫通孔の縁と前記受光部との間に沿って配設され、
前記受光部に形成され、前記梁の方向に突出する第１の突起と、
前記梁から前記受光部方向に突出するように前記第１の突起に近接して設けられ、前記梁に撓みが生じた際に前記第１の突起に当接して係合する第２の突起とを備えたことを特徴とする赤外線検出素子。
請求項４に記載の赤外線検出素子において、
前記第１の突起と前記第２の突起とを、基板厚さ方向に関して、間隔を空けて上下に重なるように配設したことを特徴とする赤外線検出素子。
請求項５に記載の赤外線検出素子において、
基板厚さ方向に関して、間隔を空けて上下に重なるように配設され、前記受光部に形成された第３の突起と、前記梁に形成された第４の突起をさらに備え、
前記第２の突起を前記第１の突起よりも基板側に配設し、前記第３の突起を前記第４の突起よりも基板側に配設したことを特徴とする赤外線検出素子。