JP5455844B2

JP5455844B2 - 非冷却赤外線イメージセンサ

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Publication number: JP5455844B2
Application number: JP2010187405A
Authority: JP
Inventors: 鎬楠権; 木英之舟; 多浩大本; 木均八; 原郁夫藤; 田昌己熱; 木和拓鈴; 啓太佐々木; 井浩一石
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-08-24
Filing date: 2010-08-24
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2030-08-24
Also published as: JP2012047484A; US8338902B2; US20120049313A1

Description

本発明の実施形態は、非冷却赤外線イメージセンサに関する。

一般に、非冷却赤外線イメージセンサは、画素部を構成するダイオードアレイの下部に空洞部を設けて感度を高めている。そして、基板の温度変化による画素部の温度補正をするために、画素部の近傍に、感熱素子が基板上に形成された参照画素部を配置し、この参照画素部のＩ−Ｖ特性（電流−電圧特性）を利用して基板の温度変化を検出し、画素部の温度補正を行っていた。

特開２０１０−３２４１０号公報

しかし、参照画素部は、画素部とは、その構造の違いによりＩＶ特性が異なっており、画素部の温度補正を正確に行うことができなかった。

本発明の実施形態は、画素部の温度補正をより正確に行うことのできる非冷却赤外線イメージセンサを提供する。

本実施形態の非冷却赤外線イメージセンサは、半導体基板と、前記半導体基板上の表面部分にマトリクス状に配列された第１空洞部が形成された第１領域に、前記第１空洞部に対応して前記第１空洞部の上方に設けられた複数の画素セルであって、各画素セルは、入射された赤外線を吸収しこの吸収した赤外線を熱に変換する第１赤外線吸収膜と、前記第１赤外線吸収膜からの熱を検出することにより電気信号を生成する第１感熱素子と、を含む、複数の画素セルと、前記半導体基板上の第２領域に、前記複数の画素セルの各行または各列に対応して設けられ、入射された赤外線を吸収しこの吸収した赤外線を熱に変換する第２赤外線吸収膜と、前記第２赤外線吸収膜からの熱を検出することにより電気信号を生成し、前記第１感熱素子と同じ特性を有する第２感熱素子と、を含む参照画素セルと、各画素セルに対応して設けられ、対応する画素セルを前記第１空洞部の上方に支持する支持部であって、一端が前記第１感熱素子の一端に接続される第１配線と、一端が前記第１感熱素子の他端に接続される第２配線とを有する、支持部と、各参照画素セルに対応して設けられ、一端が前記第２感熱素子の一端に接続される第３配線と、一端が前記第２感熱素子の他端に接続される第４配線とを有する、配線部と、を備え、前記配線部の第３および第４配線は、前記第１および第２配線と同じ電気抵抗を有し、前記参照画素セルは前記半導体基板に接するように設けられ、前記配線部の下方の前記半導体基板の表面部分に第２空洞部が設けられていることを特徴とする。

図１（ａ）乃至１（ｄ）は第１実施形態による非冷却赤外線イメージセンサを示す図。第１実施形態による非冷却赤外線イメージセンサにおける支持基板の平面図。図３（ａ）乃至３（ｄ）は第２実施形態による非冷却赤外線イメージセンサを示す図。図４（ａ）乃至４（ｄ）は第３実施形態による非冷却赤外線イメージセンサを示す図。第３実施形態による非冷却赤外線イメージセンサにおける支持基板の平面図。図６（ａ）乃至６（ｄ）は第４実施形態による非冷却赤外線イメージセンサを示す図。第４実施形態による非冷却赤外線イメージセンサにおける支持基板の平面図。図８（ａ）乃至８（ｄ）は第５実施形態による非冷却赤外線イメージセンサを示す図。第５実施形態による非冷却赤外線イメージセンサにおける支持基板の平面図。図１０（ａ）乃至１０（ｃ）は第６実施形態による非冷却赤外線イメージセンサの製造方法を説明する断面図。ダイオードの下方に空洞部を設けない場合におけるダイオードの閾値電圧の基板電圧依存性を示すグラフ。ダイオードの下方に空洞部を設けた場合におけるダイオードの閾値電圧の基板電圧依存性を示すグラフ。

以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明する。各図において、同様または類似する機能を有する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態の非冷却赤外線イメージセンサは、半導体基板と、前記半導体基板上の表面部分にマトリクス状に配列された第１空洞部が形成された第１領域に、前記第１空洞部に対応して前記第１空洞部の上方に設けられた複数の画素セルであって、各画素セルは、入射された赤外線を吸収しこの吸収した赤外線を熱に変換する第１赤外線吸収膜と、前記第１赤外線吸収膜からの熱を検出することにより電気信号を生成する第１感熱素子と、を含む、複数の画素セルと、前記半導体基板上の第２領域に、前記複数の画素セルの各行または各列に対応して設けられ、入射された赤外線を吸収しこの吸収した赤外線を熱に変換する第２赤外線吸収膜と、前記第２赤外線吸収膜からの熱を検出することにより電気信号を生成し、前記第１感熱素子と同じ特性を有する第２感熱素子と、を含む参照画素セルと、各画素セルに対応して設けられ、対応する画素セルを前記第１空洞部の上方に支持する支持部であって、一端が前記第１感熱素子の一端に接続される第１配線と、一端が前記第１感熱素子の他端に接続される第２配線とを有する、支持部と、各参照画素セルに対応して設けられ、一端が前記第２感熱素子の一端に接続される第３配線と、一端が前記第２感熱素子の他端に接続される第４配線とを有する、配線部と、を備え、前記配線部の第３および第４配線は、前記第１および第２配線と同じ電気抵抗を有し、前記参照画素セルは前記半導体基板に接するように設けられ、前記配線部の下方の前記半導体基板の表面部分に第２空洞部が設けられている。

（第１実施形態）
第１実施形態の非冷却赤外線イメージセンサを図１（ａ）、１（ｂ）、１（ｃ）、１（ｄ）に示す。図１（ａ）は本実施形態による非冷却赤外線イメージセンサの平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す切断線Ｂ−Ｂで切断した断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）に示す切断線Ｃ−Ｃで切断した断面図、図１（ｄ）は図１（ａ）に示す切断線Ｄ−Ｄで切断した断面図である。なお、図１（ａ）においては、後述する赤外線吸収膜は示されていない。

本実施形態による非冷却赤外線イメージセンサは、支持基板２ａと、埋め込み絶縁膜２ｂと、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）層とを備えているＳＯＩ基板２に形成され、上記ＳＯＩ基板２の画素形成領域４に設けられてマトリクス状に配列された複数の画素部１０と、ＳＯＩ基板２の参照画素形成領域６に設けられた複数の参照画素部２０とを備えている。複数の参照画素部２０は、マトリクス状に配列された画素部１０の列方向に沿って配列されるとともに、各行に対して少なくとも１個設けられている。すなわち、複数の画素部１０と、複数の参照画素部２０とは、マトリクス状に配列されている。なお、本実施形態では、参照画素部２０は各行に対して少なくとも１個設けたが、各列に対して少なくとも１個設けてもよい。

そして、各行に対応して行方向に沿って行選択線３２が設けられ、各列に対応して列方向に沿って信号線３４ａ、３４ｂが設けられている。各行選択線３２は、対応する行の画素部１０および参照画素部２０を選択するのに用いられる。各信号線３４ａは同一列方向に配列された画素部１０からの信号を読み出すのに用いられ、信号線３４ｂは参照画素部からの信号を読み出すのに用いられる。なお、参照画素部２０が各列に対して少なくとも１個設けられている場合は、上記行選択線３２の他に参照画素部２０のみの行を選択するための参照画素用行選択線（図示せず）が必要になる。そして、参照画素部からの信号を読み出す信号線３４ｂは不要となり、各信号線３４ａは、この信号線３４ａの対応する列の参照画素部からの信号をも読み出すのにも用いられる。

各画素部１０は、支持基板２ａの表面に設けられた空洞部３ａの上方に設けられた画素セル１１と、この画素セル１１を空洞部３ａの上方に支持する支持部１５とを備えている。画素セル１１は、埋め込み絶縁膜２ｂ上に形成され、直列接続された複数（図１（ａ）では３個）の感熱素子１２と、コンタクト１３と、感熱素子１２を直列接続する配線１４と、を備えている。感熱素子１２と配線１４とはコンタクト１３によって電気的に接続される。なお、本実施形態では、感熱素子１２は、ＳＯＩ層に形成されたｐｎ接合からなるダイオードであるが、熱によりその抵抗が変化する抵抗素子であってもよい。画素セル１１において、感熱素子１２および配線１４は赤外線吸収膜４０で覆われている。支持部１５は２本の配線１８を有し、これらの配線１８は赤外線吸収膜４０によって覆われている。２本の配線１８のうち一方の配線は一端が直列接続された感熱素子１２からなる直列回路の一端に接続され、他端が行選択線３２に接続される。２本の配線１８のうち他方の配線は上記直列回路の他端に接続され、他端が信号線３４ａに接続される。なお、支持部１５は画素セル１１の両端を支持するために２個存在しているが、画素セル１１の片方の端部のみを支持する１個の構造であってもよい。この場合、１個の支持部に、分離された２本の配線が形成され、上記直列回路と、行選択線３２および信号線３４ａとを電気的に接続する。

参照画素部２０は、支持基板２ａ上に埋め込み絶縁膜２ｂを介して形成された参照画素セル２１と、この参照画素セル２１と行選択線３２および信号線３４ｂとを接続する配線部２５とを備えている。参照画素セル２１は、埋め込み絶縁膜２ｂ上に形成され、直列接続された複数（図１（ａ）では３個）の感熱素子２２と、感熱素子２２を直列接続する配線２４と、を備えている。しかし、参照画素セル２１は、画素セル１１と異なり、下方の支持基板２ａに空洞部が設けられていないので、参照画素セル２１は、感熱素子２２が直列接続された方向の両端の部分２９が支持基板２ａと接続されている。このため、熱コンダクタンスが画素セル１１よりも高くなる。この参照画素セル２１の感熱素子２２および配線２４は、画素セル１１の感熱素子１２および配線２４と同一の製造工程で製造されるため、感熱素子２２は感熱素子１２と実質的に同一のＩＶ特性を有し、配線２４も配線１４と同じ電気特性を有している。また、感熱素子２２および配線２４も画素部１１の場合と同様に、赤外線吸収膜４０で覆われている。

配線部２５は、２本の配線２８を有し、これらの配線２８は赤外線吸収膜４０によって覆われている。２本の配線２８のうち一方の配線は一端が直列接続された感熱素子２２からなる直列回路の一端に接続され、他端が行選択線３２に接続される。２本の配線２８のうち他方の配線は上記直列回路の他端に接続され、他端が信号線３４ｂに接続される。そして、２本の配線２８はそれぞれ、画素セル１１の支持部１５の２本の配線１８のそれぞれと同一の形状および長さならびに電気抵抗を有するように形成される。さらに、支持部１５の場合と同様に、配線部２５の下方には、支持基板２ａの表面に空洞部３ｂが設けられている。

支持基板２ａの表面に設けられた空洞部３ａ、３ｂの平面形状を図２に示す。図２は、画素部１０および参照画素部２０を除去した場合の支持基板２ａの平面図である。空洞部３ａは、底面３ａ_１と、この底面３ａ_１と支持基板２ａの上面とを結ぶ側面３ａ_２とから構成される。また、空洞部３ｂは、底面３ｂ_１と、この底面３ｂ_１と支持基板２ａの上面とを結ぶ側面３ｂ_２とから構成される。本実施形態において、底面３ａ_１は略正方形状であり、底面３ｂ_１は略長方形状である。底面３ｂ_１の長軸は感熱素子２２が直列に接続される方向に延びている。

このように構成された本実施形態の赤外線イメージセンサにおいて、赤外線イメージセンサに入射した赤外線は赤外線吸収膜４０に吸収されて熱に変換され、この熱が感熱素子１２、２２に伝達されて電気信号（電圧）に変換される。画素セル１１における感熱素子１２は、下方の支持基板２ａの表面に空洞部３ａが設けられ、支持部１５によって空洞部３ａの上方に支持されているので、支持基板２ａとは熱的に略絶縁される。したがって、感熱素子１２は、対応する画素セル１１に入射された赤外線によって赤外線吸収膜４０で発生した熱に基づいて電気信号を発生する。

一方、参照画素セル２１は、下方の支持基板２ａの表面に空洞部３ａが設けられておらず、支持基板２ａ上に埋め込み絶縁膜２ｂを介して形成されているので、入射された赤外線によって赤外線吸収膜４０に発生した熱は、基板を介して伝達される。このため、感熱素子２２によって検出される電気信号は基板の温度を表している。

そして、配線部２５が画素セル１１の支持部１５と同じ構造を有しているため、配線部２５の配線２８と支持部１５の配線とは同じ電気抵抗を有している。また、配線部２５の下方に支持部１５と同様に、空洞部が設けられているので、配線部２５が感熱素子２２に与える影響と、支持部１５が感熱素子１２に与える影響はほぼ同じものとなる。

すなわち、画素セル１１と参照画素セル２１は、ほぼ同じＩ−Ｖ特性を有することになり、画素部の温度補正をより正確に行うことができる。

（第２実施形態）
第２実施形態の非冷却赤外線イメージセンサを図３（ａ）、３（ｂ）、３（ｃ）、３（ｄ）に示す。図３（ａ）は本実施形態による非冷却赤外線イメージセンサの平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）に示す切断線Ｂ−Ｂで切断した断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）に示す切断線Ｃ−Ｃで切断した断面図、図３（ｄ）は図３（ａ）に示す切断線Ｄ−Ｄで切断した断面図である。なお、図３（ａ）においては、赤外線吸収膜４０は示されていない。

本実施形態による非冷却赤外線イメージセンサは、図１（ａ）、１（ｂ）、１（ｃ）、１（ｄ）に示す第１実施形態において、参照画素部２０の配線部２５の下方に、空洞部３ｂを設けない構成としたものである。このため、参照画素セル２１の熱コンダクタンスは第１実施形態の参照画素セルのそれに比べてより高い。なお、本実施形態においては、配線部は配線２８のみ構成され、この配線２８は赤外線吸収膜４０によって覆われている。

この実施形態においても、参照画素セル２１と画素セル１１が同じ構造を有し、かつ配線部２５の配線２８と支持部１５の配線とは同じ電気抵抗を有しているので、画素セル１１と参照画素セル２１は、ほぼ同じＩ−Ｖ特性を有することになり、画素部の温度補正をより正確に行うことができる。

（第３実施形態）
第３実施形態の非冷却赤外線イメージセンサを図４（ａ）、４（ｂ）、４（ｃ）、４（ｄ）、図５に示す。図４（ａ）は本実施形態による非冷却赤外線イメージセンサの平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す切断線Ｂ−Ｂで切断した断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）に示す切断線Ｃ−Ｃで切断した断面図、図４（ｄ）は図４（ａ）に示す切断線Ｄ−Ｄで切断した断面図である。なお、図４（ａ）においては、赤外線吸収膜は示されていない。図５は、画素部および参照画素部を除去した場合の支持基板の平面図である。

本実施形態による非冷却赤外線イメージセンサは、図１（ａ）、１（ｂ）、１（ｃ）、１（ｄ）に示す第１実施形態において、参照画素セル２１の下方でかつ支持基板２ａの表面に空洞部３ｂを設けるとともに（図４（ａ）、４（ｂ）、図５参照）、配線部２５の下方には空洞部を設けない構成とし、さらに、配線２８を配線２８ａ、２８ｂに置き換えた構成となっている。配線２８ａは参照画素セル２１の感熱セル２２からなる直列回路の一端と行選択線３２とを接続し、配線２８ｂは参照画素セル２１の感熱セル２２からなる直列回路の他端と信号線３４とを接続する。

本実施形態においては、参照画素セル２１と画素セル１１が同じ構造を有し、かつ参照画素セル２１の下方に、画素セル１１と同様に、空洞部３ｂが設けられているので、画素セル１１と参照画素セル２１は、ほぼ同じＩ−Ｖ特性を有することになり、画素部の温度補正をより正確に行うことができる。

（第４実施形態）
第４実施形態の非冷却赤外線イメージセンサを図６（ａ）、６（ｂ）、６（ｃ）、６（ｄ）、図７に示す。図６（ａ）は本実施形態による非冷却赤外線イメージセンサの平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）に示す切断線Ｂ−Ｂで切断した断面図、図６（ｃ）は図６（ａ）に示す切断線Ｃ−Ｃで切断した断面図、図６（ｄ）は図６（ａ）に示す切断線Ｄ−Ｄで切断した断面図である。なお、図６（ａ）においては、赤外線吸収膜は示されていない。図７は、画素部および参照画素部を除去した場合の支持基板の平面図である。

本実施形態による非冷却赤外線イメージセンサは、図１（ａ）、１（ｂ）、１（ｃ）、１（ｄ）に示す第１実施形態において、参照画素セル２１の下方でかつ支持基板２ａの表面に空洞部３ｂを設けるとともに（図６（ａ）、６（ｂ）、図７参照）、配線部２５の下方には空洞部を設けない構成としたものである。

本実施形態においては、参照画素セル２１と画素セル１１が同じ構造を有し、かつ配線部２５の配線２８と支持部１５の配線とは同じ電気抵抗を有し、かつ参照画素セル２１の下方に、画素セル１１と同様に、空洞部３ｂが設けられているので、画素セル１１と参照画素セル２１は、ほぼ同じＩ−Ｖ特性を有することになり、画素部の温度補正をより正確に行うことができる。

（第５実施形態）
第５実施形態の非冷却赤外線イメージセンサを図８（ａ）、８（ｂ）、８（ｃ）、８（ｄ）、図９に示す。図８（ａ）は本実施形態による非冷却赤外線イメージセンサの平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）に示す切断線Ｂ−Ｂで切断した断面図、図８（ｃ）は図８（ａ）に示す切断線Ｃ−Ｃで切断した断面図、図８（ｄ）は図８（ａ）に示す切断線Ｄ−Ｄで切断した断面図である。なお、図８（ａ）においては、赤外線吸収膜は示されていない。図９は、画素部および参照画素部を除去した場合の支持基板の平面図である。

本実施形態による非冷却赤外線イメージセンサは、図１（ａ）、１（ｂ）、１（ｃ）、１（ｄ）に示す第１実施形態において、参照画素セル２１の下方でかつ支持基板２ａの表面に、配線部２５の下方の空洞部と接続しかつ画素部１０の空洞部３ａと同じ大きさの空洞部３ｂを設けた構成としたものである（図８（ａ）、図８（ｂ）、図９参照）。すなわち、本実施形態においては、配線部２５は第１実施形態の支持部１５と同様に、参照画素セル２１を空洞部３ｂの上方に支持する役割を果たす。

参照画素セル２１は、感熱素子２２が直列接続された方向の両端が埋め込み絶縁膜２ｂを介して支持基板２ａと接続されている。すなわち、支持基板２ａとの間に埋め込み絶縁膜２ｂからなる熱伝導体の橋２９ａが架かっている。このため、熱コンダクタンスが画素セル１１よりも高くなる。

本実施形態においては、参照画素セル２１と画素セル１１が同じ構造を有し、かつ配線部２５の配線２８と支持部１５の配線とは同じ電気抵抗を有し、かつ参照画素セル２１および配線部２５の下方に、画素セル１１と同様に、空洞部３ｂが設けられているので、画素セル１１と参照画素セル２１は、ほぼ同じＩ−Ｖ特性を有することになり、画素部の温度補正をより正確に行うことができる。

（第６実施形態）
次に、第６実施形態による非冷却赤外線イメージセンサの製造方法を図１０（ａ）乃至１０（ｄ）を参照して説明する。この実施形態は、第１実施形態の非冷却赤外線イメージセンサを製造する方法である。

まず、支持基板２ａ、埋め込み絶縁膜２ｂ、ＳＯＩ層２ｃを有するＳＯＩ基板２を用意し、このＳＯＩ基板２のＳＯＩ層２ｃにｐｎ接合のダイオードからなる感熱素子１２、２２を作成する（図１０（ａ））。感熱素子１２は画素形成領域に形成し、感熱素子２２は参照画素形成領域に形成する。

次に、感熱素子１２、２２が形成された面を覆うように第１赤外線吸収膜を形成し、この第１赤外線吸収膜に、感熱素子１２、２２に通じるコンタクト孔を開口し、金属で埋め込むことにより、コンタクト１３、２３をそれぞれ形成する。続いて、第１赤外線吸収膜上に配線形成用の金属膜を形成し、この金属膜をパターニングすることにより、配線１４、１８、２４、３４を形成する。その後、これらの配線１４、１８、２４、３４が形成された面を覆うように第２赤外線吸収膜を形成する。第１赤外線吸収膜および第２赤外線吸収膜が赤外線吸収膜４０を構成する（図１０（ｂ））。

次に、赤外線吸収膜４０、配線１８、２８、および埋め込み絶縁膜２ｂをパターニングし、支持基板２ａの上面に達する開口を形成することにより、画素セル１１、支持部１５、参照画素セル２１、および配線部２５に分離する（図１０（ｃ））。このとき、参照画素部２０においては、図１（ａ）に示す感熱素子２２が直列接続された方向の両端の部分２９の領域には、開口を形成せず、支持部２５を形成する領域に開口を形成する。一方、画素部１０においては、支持部１５を形成する領域ばかりでなく、感熱素子１２が直列接続された方向の両端の部分にも開口を形成する。

次に、上記開口を通して、公知の方法、例えばＴＭＡＨ(Tetramethyl ammonium hydroxide)等のアルカリ溶液を用いて、支持基板２ａをエッチングすることにより、支持基板２ａの表面に空洞部３ａ、３ｂを形成し、これにより第１実施形態の赤外線イメージセンサが形成される（図１０（ｄ））。参照画素部２０においては、感熱素子２２が直列接続された方向の両端の部分２９の領域には開口が形成されず、支持部２５を形成する領域に開口が形成されているため、支持部２５下にのみ空洞部３ｂが形成される。これに対して、画素部１０においては、画素セル１１および支持部１５の下方に空洞部３ａが形成される。

なお、図８（ａ）乃至図８（ｄ）に示す第５実施形態の非冷却赤外線イメージセンサを製造する場合も、参照画素部２０においては、図１（ａ）に示す感熱素子２２が直列接続された方向の両端の橋２９ａが形成される領域には、開口を形成せず、支持部２５を形成する領域に開口を形成する。この場合は、両端２９ａの幅（感熱素子２２が直列接続された方向に直交する方向の長さ）が参照画素セル２１の幅に比べて狭いので、上記両端の部分２９ａの下方には空洞部３ｂが形成される。

次に、一実施形態の非冷却赤外線イメージセンサの感熱素子に使われるダイオードアレイの下方に空洞部を設けない場合、空洞部を設けた場合のダイオードアレイの閾値電圧のばらつきについて説明する。

まず、ダイオードアレイを３個作成し、これらのダイオードアレイの下部に空洞部を設けないサンプルを用意する。これらのサンプルにおけるダイオードアレイの閾値電圧の基板電圧依存性を測定した結果を図１１に示す。図１１からわかるように、空洞部を設けない場合には、基板電圧が０Ｖから９Ｖまで変化することに伴い、閾値電圧が４．３ｍＶ〜４．５ｍＶ程度変化する。

次に、ダイオードアレイを４個作成し、これらのダイオードアレイの下部に空洞部を設けたサンプルを用意する。これらのサンプルにおけるダイオードアレイの閾値電圧の基板電圧依存性を測定した結果を図１２に示す。図１２からわかるように、基板電圧が０Ｖから９Ｖまで変化することに伴い、閾値電圧が０．１ｍＶ〜０．８ｍＶ程度の変化に留まる。したがって、空洞部を設けたほうが、ばらつきが少ないことがわかる。

以上説明したように、各実施形態によれば、画素部の温度補正をより正確に行うことができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

２ＳＯＩ基板
２ａ支持基板
２ｂ埋め込み絶縁膜
２ｃＳＯＩ層
３ａ空洞部
３ａ_１底面
３ａ_２側面
３ｂ空洞部
３ｂ_１底面
３ｂ_２側面
１０画素部
１１画素セル
１２感熱素子
１３コンタクト
１４配線
１５支持部
１８配線
２０参照画素部
２１参照画素セル
２２感熱素子
２４配線
２５配線部
３２行選択線
３４信号線
４０赤外線吸収膜

Claims

半導体基板と、
前記半導体基板上の表面部分にマトリクス状に配列された第１空洞部が形成された第１領域に、前記第１空洞部に対応して前記第１空洞部の上方に設けられた複数の画素セルであって、各画素セルは、入射された赤外線を吸収しこの吸収した赤外線を熱に変換する第１赤外線吸収膜と、前記第１赤外線吸収膜からの熱を検出することにより電気信号を生成する第１感熱素子と、を含む、複数の画素セルと、
前記半導体基板上の第２領域に、前記複数の画素セルの各行または各列に対応して設けられ、入射された赤外線を吸収しこの吸収した赤外線を熱に変換する第２赤外線吸収膜と、前記第２赤外線吸収膜からの熱を検出することにより電気信号を生成し、前記第１感熱素子と同じ特性を有する第２感熱素子と、を含む参照画素セルと、
各画素セルに対応して設けられ、対応する画素セルを前記第１空洞部の上方に支持する支持部であって、一端が前記第１感熱素子の一端に接続される第１配線と、一端が前記第１感熱素子の他端に接続される第２配線とを有する、支持部と、
各参照画素セルに対応して設けられ、一端が前記第２感熱素子の一端に接続される第３配線と、一端が前記第２感熱素子の他端に接続される第４配線とを有する、配線部と、
を備え、
前記配線部の第３および第４配線は、前記第１および第２配線と同じ電気抵抗を有し、
前記参照画素セルは前記半導体基板に接するように設けられ、
前記配線部の下方の前記半導体基板の表面部分に第２空洞部が設けられ、
前記参照画素セルとこの参照画素セルに隣接する画素セルとの間の境界領域には絶縁膜が設けられ、この絶縁膜は前記半導体基板に接し、かつ前記絶縁膜上に前記画素の前記第１および第２配線のうちの一方に接続される配線が設けられている非冷却赤外線イメージセンサ。
半導体基板と、
前記半導体基板上の表面部分にマトリクス状に配列された第１空洞部が形成された第１領域に、前記第１空洞部に対応して前記第１空洞部の上方に設けられた複数の画素セルであって、各画素セルは、入射された赤外線を吸収しこの吸収した赤外線を熱に変換する第１赤外線吸収膜と、前記第１赤外線吸収膜からの熱を検出することにより電気信号を生成する第１感熱素子と、を含む、複数の画素セルと、
前記半導体基板上の第２領域に、前記複数の画素セルの各行または各列に対応して設けられ、入射された赤外線を吸収しこの吸収した赤外線を熱に変換する第２赤外線吸収膜と、前記第２赤外線吸収膜からの熱を検出することにより電気信号を生成し、前記第１感熱素子と同じ特性を有する第２感熱素子と、を含む参照画素セルと、
各画素セルに対応して設けられ、対応する画素セルを前記第１空洞部の上方に支持する支持部であって、一端が前記第１感熱素子の一端に接続される第１配線と、一端が前記第１感熱素子の他端に接続される第２配線とを有する、支持部と、
各参照画素セルに対応して設けられ、一端が前記第２感熱素子の一端に接続される第３配線と、一端が前記第２感熱素子の他端に接続される第４配線とを有する、配線部と、
を備え、
前記配線部の第３および第４配線は、前記第１および第２配線と同じ電気抵抗を有し、
前記参照画素セルの下方の前記半導体基板の表面部分に第２空洞部が設けられ、
前記配線部は前記半導体基板に接するように設けられている非冷却赤外線イメージセンサ。
半導体基板と、
前記半導体基板上の表面部分にマトリクス状に配列された第１空洞部が形成された第１領域に、前記第１空洞部に対応して前記第１空洞部の上方に設けられた複数の画素セルであって、各画素セルは、入射された赤外線を吸収しこの吸収した赤外線を熱に変換する第１赤外線吸収膜と、前記第１赤外線吸収膜からの熱を検出することにより電気信号を生成する第１感熱素子と、を含む、複数の画素セルと、
前記半導体基板上の第２領域に、前記複数の画素セルの各行または各列に対応して設けられ、入射された赤外線を吸収しこの吸収した赤外線を熱に変換する第２赤外線吸収膜と、前記第２赤外線吸収膜からの熱を検出することにより電気信号を生成し、前記第１感熱素子と同じ特性を有する第２感熱素子と、を含む参照画素セルと、
各画素セルに対応して設けられ、対応する画素セルを前記第１空洞部の上方に支持する支持部であって、一端が前記第１感熱素子の一端に接続される第１配線と、一端が前記第１感熱素子の他端に接続される第２配線とを有する、支持部と、
各参照画素セルに対応して設けられ、一端が前記第２感熱素子の一端に接続される第３配線と、一端が前記第２感熱素子の他端に接続される第４配線とを有する、配線部と、
前記第２感熱素子と前記半導体基板とを接続する前記配線部とは異なる橋と、
を備え、
前記配線部の第３および第４配線は、前記第１および第２配線と同じ電気抵抗を有し、
前記参照画素セルおよび前記配線部の下方の前記半導体基板の表面部分に第２空洞部が設けられている非冷却赤外線イメージセンサ。
前記配線部の第３および第４配線は、前記支持部の第１および第２配線と同じ形状である請求項１乃至３のいずれかに記載の非冷却赤外線イメージセンサ。
前記参照画素セルは前記複数の画素セルの各行に対応して設けられ、
前記複数の画素セルの各行に対応して設けられ、それぞれが、対応する行における前記画素セルの前記支持部の前記第１配線の他端および前記対応する行における前記参照画素セルの前記配線部の第３配線の他端に接続された行選択線と、
前記複数の画素セルの各列に対応して設けられ、それぞれが、対応する列における前記画素セルの前記支持部の第２配線の他端に接続された複数の第１信号線と、
前記参照画素セルの前記配線部の第４配線の他端に接続された第２信号線と、
を更に備えている請求項１乃至４のいずれかに記載の非冷却赤外線イメージセンサ。
前記参照画素セルは前記複数の画素セルの各列に対応して設けられ、
前記参照画素セルの行を選択し、前記参照画素セルに対応する前記配線部の第３配線の他端に接続された参照画素用行選択線と、
前記複数の画素セルの各行に対応して設けられ、それぞれが、対応する行における前記画素セルの前記支持部の前記第１配線の他端に接続された行選択線と、
前記複数の画素セルの各列に対応して設けられ、それぞれが、対応する列における前記画素セルの前記支持部の第２配線の他端および前記対応する列における前記参照画素セルの前記配線部の第４配線に接続された複数の信号線と、
を更に備えている請求項１乃至４のいずれかに記載の非冷却赤外線イメージセンサ。