JP5264471B2

JP5264471B2 - 赤外線検出器および赤外線固体撮像装置

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Publication number: JP5264471B2
Application number: JP2008332402A
Authority: JP
Inventors: 泰昭太田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2028-12-26
Also published as: JP2010151736A

Description

本発明は、赤外線検出器に関し、特に、赤外線反射膜を有し、赤外線吸収傘を有する赤外線検出器に関する。

従来の赤外線検出器では、基板に中空の凹部が設けられ、凹部の上には、基板の周辺部に接続された支持脚により、温度検知部が支持されている。温度検知部の上には、支持部により支持された赤外線吸収傘が設けられている。また、周辺部には、赤外線吸収傘の下方まで庇状に張り出した反射膜が設けられ、赤外線吸収傘を透過した赤外線は、赤外線吸収傘の下方の反射膜で反射され、再度、赤外線吸収傘に入射する。これにより、赤外線の検出効率を高くしている。
特開２００１−２１５１５１号公報特開２００５−２３３６７１号公報

しかしながら、赤外線吸収傘は温度検知部の上に固定されるが、赤外線吸収傘と温度検知部との接合面積が大きいと、周辺部に設けられる反射膜の面積が小さくなり、赤外線の検出効率が低下する。一方、接合面積を小さくすると接合強度が低下し、赤外線検出器の構造信頼性や製造歩留まりが低下することとなる。

そこで、本発明は、赤外線の検出効率も高く、かつ構造信頼性や製造歩留まりの良好な赤外線検出器の提供を目的とする。

本発明は、検出部の温度変化を検知膜で検出する赤外線検出器であって、
周辺部と、周辺部に囲まれた凹部とを有する基板と、
該凹部上に、該基板の周辺部から支持脚で支持され、検知膜が設けられた検出部と、
その一部が該支持脚の上方を覆うように、該周辺部の上に設けられた第１の赤外線反射膜と、
該検出部の上に設けられ、複数の支持部を有するスペーサと、
該スペーサの上に設けられた第２の赤外線反射膜と、
該第１の赤外線反射膜の上方まで延びるように、該第２の赤外線反射膜の上に支持部で支持された赤外線吸収傘とを含む赤外線検出器である。

また、本発明は、
検出部の温度変化を検知膜で検出する赤外線検出器であって、
周辺部と、周辺部に囲まれた凹部とを有する基板と、
該凹部上に、該基板の周辺部から支持脚で支持された検出部であって、検知膜と第３の赤外線反射膜とが設けられた検出部と、
その一部が該支持脚の上方を覆うように、該周辺部の上に設けられた第１の赤外線反射膜と、
該検出部の上に設けられ、複数の支持部を有するスペーサと、
該第１の赤外線反射膜の上方まで延びるように、該スペーサの上に接合された赤外線吸収傘とを含む赤外線検出器でもある。

また、本発明は、上述の赤外線検出器をマトリックス状に配置した赤外線固体撮像装置でもある。

また、本発明は、
検出部の温度変化を検知膜で検出する赤外線検出器の製造方法であって、
基板を準備する工程と、
該基板上に、配線層と、該配線層に接続された検知膜とを含む絶縁膜を形成する工程と、
該絶縁膜上に、第１の犠牲層を形成する工程と、
該第１の犠牲層に第１孔部を形成し、該絶縁層を露出させる工程と、
該第１の孔部を埋め込むように、該第１の犠牲層上にスペーサを形成する工程と、
該スペーサ上に、第２の犠牲層を形成する工程と、
該第２の犠牲層に第２の孔部を形成し、該スペーサを露出させる工程と、
該第２の孔部を埋め込むように該第２の犠牲層上に赤外線吸収層を形成し、赤外線吸収傘とする工程と、
該第１および第２の犠牲層を除去する工程と、
該基板をエッチングして、該配線層を含む支持脚と、該支持脚に支持され、その上に該赤外線吸収傘を備えた検出部を形成する工程とを含む赤外線検出器の製造方法でもある。

このように、本発明にかかる赤外線検出器では、基板の周辺部から張り出した赤外線反射膜に加えて、温度検知部の上にも赤外線反射膜が設けられているため、赤外線の検出効率を低下させることなく、構造信頼性や製造歩留まりの良好な赤外線検出器の提供が可能となる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる赤外線固体撮像装置３００の斜視図である。赤外線固体撮像装置３００は、シリコン等の半導体から形成された基板３０１を含む。基板３０１の上には、赤外線検出器１００をマトリックス状に配列した検出器アレイ５０２と、赤外線検出器１００から出力された電気信号を処理して外部に出力する信号処理回路５０９が設けられている。赤外線検出器１００と信号処理回路５０９は、垂直信号線３０２および水平駆動線３０３によって接続している。
なお、以下の実施の形態２〜４においても、赤外線固体撮像装置の外観は、図１に示す赤外線固体撮像装置３００と同じである。図１では２画素×３画素の検出器アレイを示したが、言うまでもなくこれ以外のアレイサイズの形成も可能である。

図２は、赤外線検出器１００を拡大した上面図である。わかりやすく説明するために、赤外線吸収傘５０７および赤外線反射膜５０１を省略してある。また、図３は、図２の赤外線検出器１００の、Ａ−Ａ‘における断面図（赤外線検出器１００の基板表面に垂直な方向の断面図）である。

図２、３に示すように、赤外線検出器１００は、例えばシリコンからなる基板３０１を含む。基板３０１には、中空の凹部５０６が設けられている。凹部５０６の上には、基板３０１の周辺部５１０に接続された支持脚５０５により、温度検知部５０４が中空に支持されている。温度検知部５０４の上には、例えば酸化シリコンからなる支持部５００により支持された赤外線反射膜５０１が設けられている。更に、赤外線反射膜５０１の上には、スペーサ５２０により支持された赤外線吸収傘５０７が設けられている。温度検知部５０４には、例えばアルミニウムからなる配線層３０４と感熱体２００が設けられている。支持脚５０５にも配線層３０４が設けられ、信号処理回路５０９と感熱体２００とを電気的に接続する。該感熱体２００は、例えば、ボロメータ、ＰＮ接合ダイオード、サーミスタからなる。

このように、赤外線検出器１００では、基板３０１の周辺部５１０から張り出した赤外線反射膜５０１に加えて、温度検知部５０４の上にも赤外線反射膜５０１が設けられているため、支持部を大きくしても赤外線反射膜５０１の総面積は略一定に保つことができる。これにより、赤外線の検出効率を低下させることなく、構造信頼性や製造歩留まりの良好な赤外線検出器の提供が可能となる。

次に、赤外線検出器１００の温度検出原理について述べる。赤外線固体撮像装置３００の撮像対象となる被写体が発した赤外線が、検出器アレイ５０２内の赤外線検出器１００に入射すると、温度検知部５０４の温度が上昇する。このとき、温度変化に応じて感熱体２００の電気特性が変化する。信号処理回路５０９で、赤外線検出器１００ごとの電気特性の変化を読み取って外部に出力し、被写体の熱画像を得る。

基板３０１と温度検知部５０４は支持脚５０５によって接続されているため、支持脚５０５の熱コンダクタンスが小さいほど温度検知部５０４の温度変化が大きくなり、赤外線検出器１００の検出感度が高くなる。

また、周辺部５１０に設けられた赤外線反射膜５０１と、赤外線吸収傘５０７とが、光学的共振構造を形成するように配置されている。これにより、赤外線吸収傘５０７は効率的に赤外線を吸収することができ、赤外線検出器１００の温度感度が高くなる。

ここで、光学的共振構造について簡単に述べる。赤外線固体撮像装置３００では、撮像対象となる被写体が発した赤外線は、赤外線検出器１００の赤外線吸収傘５０７側から入射し、赤外線吸収傘５０７で吸収される。一方、赤外線吸収傘５０７を透過した赤外線は、赤外線吸収傘５０７の下方にある赤外線反射膜５０１で反射され、赤外線吸収傘５０７に裏面から入射して吸収される。赤外線吸収傘５０７と赤外線反射膜５０１とは、赤外線が高効率で吸収されるような構造（以下、「光学的共振構造」という。）となっている。このような光学的共振構造では、赤外線の波長λと、赤外線吸収傘５０７と赤外線反射膜５０１との間の光学距離Ｌとの間に、以下の数（１）の関係が成り立つ。

ここで、ｍは奇数である。光学距離Ｌについて説明すると、屈折率ｎの媒質中を通る光の波長は、真空中の波長の１／ｎになる。このため、この光がこの媒質中を物理的な距離ｄだけ進むと、距離ｎ・ｄを進むのと同じ位相変化を生じる。すなわち、光学距離Ｌは、ｎ・ｄとなる。
従って、この光学的共振構造では、赤外線の波長λと、赤外線吸収傘５０７と赤外線反射膜５０１との間の物理的な距離ｄとの間には、以下の数（２）の関係が成り立つ。

次に、図４を参照しながら、光学的共振構造の原理について説明する。赤外線検出器１００では、入射した赤外線に対して赤外線反射膜５０１は固定端として働くため、かかる赤外線は赤外線反射膜５０１を節とした定在波を形成する。上記の数（１）が成立する場合、この定在波の腹が、ちょうど、赤外線吸収傘５０７の位置にくる。すなわち、数（１）を満たす波長を有する赤外線の振幅は、赤外線吸収傘５０７の位置において最大となり、赤外線吸収傘５０７で共鳴吸収される。赤外線反射膜５０１の赤外線に対する反射率Ｒは、Ｈａｇｅｎ−Ｒｕｂｅｎｓの関係と呼ばれる次の数（３）で表される。

ただし、ωは赤外線の振動数、σは赤外線反射膜の電気伝導率である。

赤外線固体撮像装置３００では、上記の数（３）の関係に基づき、波長が１０μｍの赤外線に対する反射率Ｒが０．９以上になるように、赤外線反射膜５０１の比抵抗を８．３×１０^−６Ω・ｃｍ以下としている。なお、赤外線反射膜５０１の材料は、数（３）の関係を満たす材料から任意に選択できる。また、赤外線に対する赤外線吸収傘５０７の吸収率が最大となるのは、赤外線吸収傘５０７のシート抵抗が、自由空間（真空）の特性インピーダンスＺｏ

となる場合と推測されている。なぜなら、自由空間を伝搬してきた電磁波が電波吸収体に入射する際に、吸収体表面のインピーダンスが自由空間の特性インピーダンスと異なると、吸収体表面で電磁波の反射が起こるからである。

赤外線固体撮像装置３００では、かかる推測を基に、赤外線吸収傘５０７のシート抵抗を設定している。なお、赤外線吸収傘５０７と赤外線反射膜５０１との間の層間膜の屈折率ｎが１より大きい場合は、数（１）と数（２）より、赤外線吸収傘５０７と赤外線反射膜５０１との間の物理的な距離ｄは、光学距離Ｌよりも小さくなる。

ここまでは、従来の赤外線固体撮像装置と同じであるが、本実施の形態１にかかる赤外線検出器１００では、従来の赤外線固体撮像装置とは異なり、温度検知部５０４上にも赤外線反射膜５０１を配置し、赤外線反射膜５０１上に赤外線吸収傘５０７を配置している。温度検知部５０４と赤外線反射膜５０１との間、および赤外線反射膜５０１と赤外線吸収傘５０７との間には、それぞれスペーサ５２０、支持部５００を配置して、互いの距離を調節している。温度検知部５０４上の赤外線反射膜５０１は、温度検知部５０４および赤外線吸収傘５０７とは接続しているが、周辺部５１０にある赤外線反射膜５０１とは接続していない。ここで、温度検知部５０４上の赤外線反射膜５０１と、赤外線反射膜５０１上の赤外線吸収傘５０７とは、光学的共振構造を形成している。光学的共振構造により、温度検知部５０４は従来よりも効率的に赤外線を吸収することができ、赤外線検出器１００の温度感度が従来構造よりも高くなる。

また、赤外線吸収傘５０７の支持部５００が、従来構造よりも太くなっており、かつ、赤外線反射膜５０１のスペーサ５２０の支持部５００の太さ（複数の支持部の間の距離）は、赤外線吸収傘５０７の支持部５００の太さ（複数の支持部の間の距離）と同等もしくはそれよりも大きくなっている。このため、赤外線吸収傘５０７や赤外線反射膜５０１の支持部５００が傾く可能性が小さくなる。

更に、赤外線吸収傘５０７と支持部５００との接合部分から、赤外線吸収傘５０７の端までの距離が減少するので、内部応力による赤外線吸収傘５０７の反り上がり量や垂れ下がり量が減少する。このため、赤外線吸収傘５０７と赤外線反射膜５０１が接触する可能性が小さくなって、温度検知部５０４から基板３０１への熱コンダクタンス不良が発生しにくくなる。更に、赤外線吸収傘５０７の変形によって、赤外線吸収傘５０７と赤外線反射膜５０１との間の光学距離Ｌが変化し、赤外線の吸収率が減少するという不具合も発生しにくくなる。これらの結果、赤外線検出器の製造歩留りおよび構造信頼性が高くなる。

図５は、従来の赤外線吸収傘（左側）と、本実施の形態１にかかる赤外線吸収傘５０７（右側）を比較した図である。
（ａ）は赤外線吸収傘が反っていない場合であり、（ｂ）は下方に反った場合、（ｃ）は上方に反った場合、（ｄ）は左方の傾斜した場合である。本実施の形態１では、２つの支持部５００で赤外線吸収傘を支え、２つの支持部５００の間隔を広くとるため、赤外線吸収傘が反った場合でも、反り量を小さく抑えることができる。

ここで、赤外線検出器の製造歩留りとは、製造した全ての赤外線検出器に占める、良品の割合を意味する。赤外線検出器１００が良品であるためには、温度検知部５０４から基板３０１への熱コンダクタンス、および、赤外線の吸収率が正常である必要がある。製造歩留りは、赤外線吸収傘５０７の反りや傾きによる、赤外線吸収傘５０７と赤外線反射膜５０１との接触、および、赤外線吸収傘５０７の変形を防止することで改善できる。

また、赤外線検出器の構造信頼性とは、赤外線検出器の製造が完成した後、使用開始から寿命を迎えるまでの期間を通して、故障や性能の劣化が発生しないように、赤外線検出器の構造が経時変化しないという信頼性を意味する。

以上より、本実施の形態の赤外線固体撮像装置３００において、赤外線検出器１００では、赤外線吸収傘５０７の支持部を太くしても、即ち、支持部５００の間隔を大きくしても、赤外線反射膜５０１の面積は減少しない。この結果、従来では両立し得なかった、赤外線検出器の温度感度が高く、かつ、赤外線検出器の製造歩留りおよび構造信頼性が高い赤外線固体撮像装置を提供することができる。

次に、本実施の形態１における赤外線検出器１００の製造方法を説明する。図６は、赤外線検出器１００の製造工程の断面図であり、図６中、図３と同一符号は、同一または相当箇所を示す。かかる製造方法は、以下の工程１〜７を含む。

工程１：図６（ａ）に示すように、例えばシリコンからなる基板３０１の上に、シリコン酸化膜層３０６、シリコン層４０２を順次積層し、いわゆるＳＯＩ基板とする。

工程２：図６（ｂ）に示すように、ＬＯＣＯＳ分離法もしくはトレンチ分離法によって、所定の位置に分離酸化膜（絶縁膜）３０６を形成する。次に、基板３０１にエッチング停止層３０７を形成する。更に、検出器アレイ５０２を形成する領域のシリコン層４０２に、例えばダイオードからなる感熱体２００を形成する。

工程３：図６（ｃ）に示すように、全面に絶縁膜３０６を堆積する。続いて、例えばアルミニウムからなる配線層３０４を形成する。配線層３０４の形成は、例えば蒸着技術やパターニング技術を用いて行われる。次に、再度、絶縁膜３０６を堆積して、配線層３０４を埋め込む。

工程４：図６（ｄ）に示すように、絶縁膜３０６の所定の位置にエッチング孔を形成し、例えばシリコンからなる犠牲層３０８で埋め込むように犠牲層３０８を堆積する。続いて、犠牲層３０８の所定の位置に開口して、その上に絶縁層３０６を形成する。犠牲層には、多結晶シリコンやポリイミドが用いられる。

工程５：図６（ｅ）に示すように、絶縁層３０６の上に赤外線反射膜５０１を形成する。赤外線反射膜５０１は、例えばアルミニウムからなる。次に、赤外線反射膜５０１と絶縁層３０６をパターニングして、スペーサ５２０を形成する。

工程６：図６（ｆ）に示すように、再度、犠牲層３０８を堆積し、所定の位置に開口し、例えば酸化シリコンからなる支持部５００を形成する。続いて、赤外線吸収傘５０７を形成する。赤外線吸収傘５０７は、例えば、金黒（ゴールドブラック）からなる。

工程７：図６（ｇ）に示すように、エッチング孔５０８から、例えばフッ化キセノンなどのエッチャントを導入して、犠牲層３０８を除去する。更に、基板３０１の内部に凹部５０６を形成する。このとき、エッチング停止層３０７はフッ化キセノンなどのエッチャントでは除去できないので、エッチング停止層３０７が凹部５０６の側面となる。凹部５０６の下面の位置（深さ）は、エッチング時間により調整される。
以上の工程により、図３の示す赤外線検出器１００が完成する。

実施の形態２．
図７は、全体が１１０で表される、本発明の実施の形態２にかかる赤外線検出器の断面図である。図７は、図３と同一部分における断面図であり、図７中、図３と同一符号は、同一または相当箇所を示す。

本実施の形態２にかかる赤外線検出器１１０では、上述の赤外線検出器１００ではスペーサ５２０の上に設けられていた反射膜５０４の代わりに、温度検知部５０４に設けられている配線層３０４が反射膜を兼ねている。
また、スペーサ５２０の上には反射膜が設けられず、直接、赤外線吸収傘５０７が接続されている。

ここで、温度検知部５０４内部の配線層（反射膜）３０４と、スペーサ５２０上の赤外線吸収傘５０７とは、光学的共振構造を形成している。光学的共振構造により、温度検知部５０４は従来よりも効率的に赤外線を吸収することができ、赤外線検出器１１０の温度感度が従来構造よりも高くなる。

また、赤外線吸収傘５０７の支持部が、従来構造よりも太くなっており、かつ、スペーサ５２０の支持部５００の太さ（複数の支持部の間の距離）は、赤外線吸収傘５０７の支持部の太さ（複数の支持部の間の距離）と同等もしくはそれよりも大きくなっている。このため、赤外線吸収傘５０７の支持部やスペーサ５２０の支持部５００が傾く可能性が小さくなる。

このように、本実施の形態２にかかる赤外線検出器１１０では、赤外線吸収傘５０７の支持部を太くしても赤外線反射膜５０１の面積は減少せず、逆に、赤外線反射膜５０１の面積を広げても赤外線吸収傘５０７の支持部は細くならず、強度は低下しない。この結果、従来構造では両立し得なかった、赤外線検出器の温度感度が高く、かつ、赤外線検出器の製造歩留りおよび構造信頼性が高い赤外線固体撮像装置を提供することができる。

次に、図８を用いて、本実施の形態２にかかる赤外線検出器１１０の製造方法について説明する。かかる製造方法は、以下の工程１〜７を含む。

工程１：図８（ａ）に示すように、例えばシリコンからなる基板３０１の上に、シリコン酸化膜層３０６、シリコン層４０２を順次積層し、いわゆるＳＯＩ基板とする。

工程２：図８（ｂ）に示すように、ＬＯＣＯＳ分離法もしくはトレンチ分離法によって、所定の位置に分離酸化膜（絶縁膜）３０６を形成する。次に、基板３０１にエッチング停止層３０７を形成する。更に、検出器アレイ５０２を形成する領域のシリコン層４０２に、例えばダイオードからなる感熱体２００を形成する。

工程３：図８（ｃ）に示すように、全面に絶縁膜３０６を堆積する。続いて、例えばアルミニウムからなる配線層３０４を形成する。配線層３０４は、感熱体２００の上にも形成され、反射膜を兼ねる。次に、再度、絶縁膜３０６を堆積して、配線層３０４を埋め込む。

工程４：図８（ｄ）に示すように、絶縁膜３０６の所定の位置にエッチング孔を形成し、犠牲層３０８で埋め込むように犠牲層３０８を堆積する。続いて、犠牲層３０８の所定の位置に開口して、その上に絶縁層３０６を形成する。

工程５：図８（ｅ）に示すように、絶縁層３０６の上に、赤外線反射膜５０１を形成する。赤外線反射膜５０１は、例えばアルミニウムからなる。次に、赤外線反射膜５０１と絶縁層３０６をパターニングして、スペーサ５２０を形成する。ここでは、スペーサ５２０の上には赤外線反射膜５０１を形成しない。

工程６：図８（ｆ）に示すように、再度、犠牲層３０８を堆積し、所定の位置に開口し、例えば金黒（ゴールドブラック）からなる赤外線吸収傘５０７を形成する。赤外線吸収傘５０７は、スペーサ５２０の上に直接形成される。

工程７：図８（ｇ）に示すように、エッチング孔５０８から、例えばフッ化キセノンなどのエッチャントを導入して、犠牲層３０８を除去し、更に、基板３０１の内部に凹部５０６を形成する。以上の工程により、図７の示す赤外線検出器１１０が完成する。

実施の形態３．
図９は、全体が１２０で表される、本発明の実施の形態３にかかる赤外線検出器の断面図である。図９は、図３と同一部分における断面図であり、図９中、図３と同一符号は、同一または相当箇所を示す。

本実施の形態３にかかる赤外線検出器１２０では、支持脚５０５、温度検知部５０４の厚みを、上述の赤外線検出器１００より薄くしている。このため、支持脚５０５の熱コンダクタンスが小さく、かつ、温度検知部５０４の熱容量が小さくなり、赤外線検出器１２０の検出感度を高く、かつ、熱時定数を小さくできる。他の構造は、赤外線検出器１００と同じである。

次に、図１０を用いて、本実施の形態３にかかる赤外線検出器１２０の製造方法について説明する。かかる製造方法は、工程１〜７を含む。

工程１：図１０（ａ）に示すように、例えばシリコンからなる基板３０１の上に、シリコン酸化膜層３０６、シリコン層４０２を順次積層し、いわゆるＳＯＩ基板とする。

工程２：図１０（ｂ）に示すように、ＬＯＣＯＳ分離法もしくはトレンチ分離法によって、所定の位置に分離酸化膜（絶縁膜）３０６を形成する。次に、基板３０１にエッチング停止層３０７を形成する。更に、検出器アレイ５０２を形成する領域のシリコン層４０２に、例えばダイオードからなる感熱体２００を形成する。

工程３：図１０（ｃ）に示すように、全面に絶縁膜３０６を堆積した後、周辺部５１０を形成する領域を除き、支持脚５０５および温度検知部５０４を形成する領域の絶縁膜をエッチングにより薄くする。配線層３０４を形成する。続いて、例えばアルミニウムからなる配線層３０４を形成する。配線層３０４は、感熱体２００の上にも形成され、反射膜を兼ねる。次に、再度、絶縁膜３０６を堆積して、配線層３０４を埋め込む。

工程４：図１０（ｄ）に示すように、絶縁膜３０６の所定の位置にエッチング孔を形成し、犠牲層３０８で埋め込むように犠牲層３０８を堆積する。続いて、犠牲層３０８の所定の位置に開口して、その上に絶縁層３０６を形成する。

工程５：図１０（ｅ）に示すように、絶縁層３０６の上に、例えばアルミニウムからなる赤外線反射膜５０１を形成する。次に、赤外線反射膜５０１と絶縁層３０６をパターニングして、スペーサ５２０を形成する。

工程６：図１０（ｆ）に示すように、再度、犠牲層３０８を堆積し、所定の位置に開口し、例えば酸化シリコンからなる支持部５００を形成する。続いて、赤外線吸収傘５０７を形成する。赤外線吸収傘５０７は、例えば、金黒（ゴールドブラック）からなる。

工程７：図１０（ｇ）に示すように、エッチング孔５０８から、例えばフッ化キセノンなどのエッチャントを導入して、犠牲層３０８を除去し、更に、基板３０１の内部に凹部５０６を形成する。以上の工程により、図９の示す赤外線検出器１２０が完成する。

実施の形態４．
図１１は、全体が１３０で表される、本発明の実施の形態４にかかる赤外線検出器の断面図である。図１１は、図３と同一部分における断面図であり、図７中、図３と同一符号は、同一または相当箇所を示す。

本実施の形態４にかかる赤外線検出器１３０では、支持脚５０５、温度検知部５０４の厚みを、上述の赤外線検出器１１０より薄くしている。このため、支持脚５０５の熱コンダクタンスが小さく、かつ、温度検知部５０４の熱容量が小さくなり、赤外線検出器１３０の検出感度を高く、かつ、熱時定数を小さくできる。他の構造は、赤外線検出器１１０と同じである。

次に、図１２を用いて、本実施の形態２にかかる赤外線検出器１３０の製造方法について説明する。かかる製造方法は、以下の工程１〜７を含む。

工程１：図１２（ａ）に示すように、例えばシリコンからなる基板３０１の上に、シリコン酸化膜層３０６、シリコン層４０２を順次積層し、いわゆるＳＯＩ基板とする。

工程２：図１２（ｂ）に示すように、ＬＯＣＯＳ分離法もしくはトレンチ分離法によって、所定の位置に分離酸化膜（絶縁膜）３０６を形成する。次に、基板３０１にエッチング停止層３０７を形成する。更に、検出器アレイ５０２を形成する領域のシリコン層４０２に、例えばダイオードからなる感熱体２００を形成する。

工程３：図１２（ｃ）に示すように、全面に絶縁膜３０６を堆積した後、周辺部５１０を形成する領域を除き、支持脚５０５および温度検知部５０４を形成する領域の絶縁膜をエッチングにより薄くする。配線層３０４を形成する。続いて、例えばアルミニウムからなる配線層３０４を形成する。配線層３０４は、感熱体２００の上にも形成され、反射膜を兼ねる。次に、再度、絶縁膜３０６を堆積して、配線層３０４を埋め込む。

工程４：図１２（ｄ）に示すように、絶縁膜３０６の所定の位置にエッチング孔を形成し、犠牲層３０８で埋め込むように犠牲層３０８を堆積する。続いて、犠牲層３０８の所定の位置に開口して、その上に絶縁層３０６を形成する。

工程５：図１２（ｅ）に示すように、絶縁層３０６の上に、赤外線反射膜５０１を形成する。赤外線反射膜５０１は、例えばアルミニウムからなる。次に、赤外線反射膜５０１と絶縁層３０６をパターニングして、スペーサ５２０を形成する。ここでは、スペーサ５２０の上には赤外線反射膜５０１を形成しない。

工程６：図１２（ｆ）に示すように、再度、犠牲層３０８を堆積し、所定の位置に開口し、例えば金黒（ゴールドブラック）からなる赤外線吸収傘５０７を形成する。赤外線吸収傘５０７は、スペーサ５２０の上に直接形成される。

工程７：図１２（ｇ）に示すように、エッチング孔５０８から、例えばフッ化キセノンなどのエッチャントを導入して、犠牲層３０８を除去し、更に、基板３０１の内部に凹部５０６を形成する。以上の工程により、図１１の示す赤外線検出器１３０が完成する。

本発明の実施の形態１にかかる赤外線固体撮像装置の斜視図である。本発明の実施の形態１にかかる赤外線検出器の上面図である。本発明の実施の形態１にかかる赤外線検出器の断面図である。本光学的共振構造の原理を説明する図である。赤外線吸収傘の変形を示す断面図である。本発明の実施の形態１にかかる赤外線検出器の製造工程の断面図である。本発明の実施の形態２にかかる赤外線検出器の断面図である。本発明の実施の形態２にかかる赤外線検出器の製造工程の断面図である。本発明の実施の形態３にかかる赤外線検出器の断面図である。本発明の実施の形態３にかかる赤外線検出器の製造工程の断面図である。本発明の実施の形態４にかかる赤外線検出器の断面図である。本発明の実施の形態４にかかる赤外線検出器の製造工程の断面図である。

符号の説明

１００、１１０、１２０、１３０赤外線検出器、２００感熱体、３００赤外線固体撮像装置、３０１基板、３０２垂直信号線、３０３水平駆動線、３０４配線層、３０５分離酸化膜、３０６絶縁膜、３０７エッチング停止層、３０８犠牲層、４０２シリコン層、５００支持部、５０１赤外線反射膜、５０２検出器アレイ、５０４温度検知部、５０５支持脚、５０６凹部、５０７赤外線吸収傘、５０８エッチング孔、５０９信号処理回路、５２０スペーサ。

Claims

検出部の温度変化を検知膜で検出する赤外線検出器であって、
周辺部と、周辺部に囲まれた凹部とを有する基板と、
該凹部上に、該基板の周辺部から支持脚で支持され、検知膜が設けられた検出部と、
その一部が該支持脚の上方を覆うように、該周辺部の上に設けられた第１の赤外線反射膜と、
該検出部の上に設けられ、複数の支持部を有するスペーサと、
該スペーサの上に設けられた第２の赤外線反射膜と、
該第１の赤外線反射膜の上方まで延びるように、該第２の赤外線反射膜の上に支持部で支持された赤外線吸収傘とを含む赤外線検出器。
上記スペーサが有する支持部の間の距離は、上記第２の赤外線反射膜の上の支持部の間の距離と同等またはそれ以上であることを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出器。
検出部の温度変化を検知膜で検出する赤外線検出器であって、
周辺部と、周辺部に囲まれた凹部とを有する基板と、
該凹部上に、該基板の周辺部から支持脚で支持された検出部であって、検知膜と第３の赤外線反射膜とが設けられた検出部と、
その一部が該支持脚の上方を覆うように、該周辺部の上に設けられた第１の赤外線反射膜と、
該検出部の上に設けられ、複数の支持部を有するスペーサと、
該第１の赤外線反射膜の上方まで延びるように、該スペーサの上に接合されていて、支持部を有する赤外線吸収傘とを含み、
該赤外線吸収傘と該第１の赤外線反射膜の光学距離と、該赤外線吸収傘と該第３の赤外線反射膜の光学距離とが等しい赤外線検出器。
上記スペーサが有する支持部の間の距離は、上記赤外線吸収傘の支持部の間の距離と同等またはそれ以上であることを特徴とする請求項３に記載の赤外線検出器。
請求項１〜４のいずれかに記載の赤外線検出器をマトリックス状に配置した赤外線固体撮像装置。