JP5515314B2 - 波長選択型赤外線検出器 - Google Patents

Description

本発明は、波長選択フィルタと赤外線検出部とを一体的に備えた波長選択型赤外線検出器に関するものである。

従来、例えば特許文献１に示されるように、２枚のミラーを対向配置してなるファブリペローフィルタと、赤外線検出部とを一体的に備えた波長選択型赤外線検出器が知られている。この波長選択型赤外線検出器は、同一のシリコン基板上に、該基板側から、赤外線検出部、ファブリペローフィルタの順に一体的に設けてなり、ファブリペローフィルタを透過した、ミラー間のギャップ長さに対応する波長の赤外線を、赤外線検出部にて検出するようになっている。

一方、特許文献２には、赤外線の検出器に対し、検出する赤外線の１／４波長のギャップを有して反射器を設けてなるマイクロボロメータが示されている。これによれば、検出器を透過した赤外線を、検出器の下部に設けた反射器にて反射させ、再度検出器に入射させることができる。

特許第４１５８０７６号 特表２００３−５３２０６７号公報

ところで、特許文献１では、同一のシリコン基板上に、該基板側から、赤外線検出部、ファブリペローフィルタの順に一体的に設けることで、赤外線検出器とファブリペローフィルタとの光軸を精度良く合わせるようにしている。しかしながら、２枚のミラーにて多重反射され、ファブリペローフィルタを透過した赤外線を、赤外線検出部にて検出する構成となっている。したがって、各ミラーで反射される際のロスなどにより、赤外線の検出効率が低いという問題がある。

一方、特許文献２では、検出器と反射器の位置関係が固定されているため、予め設定された特定波長の赤外線しか、効率よく検出することができない。

本発明は上記問題点に鑑み、様々な波長の赤外線を高効率で検出できる波長選択型赤外線検出器を提供することを目的とする。

上記目的を達成する為に請求項１に記載の発明は、基板の一面上に配置された第１ミラーと、該第１ミラーと相対するように第１ミラー上に支持体を介して配置され、支持体間の第１空隙を架橋する部位がメンブレンとされた第２ミラーと、を備え、第１ミラーの電極に印加する電位と第２ミラーの電極の間に印加する電位に基づいて生じる静電気力により、第１空隙における相対する両ミラー間の幅（以下、第１空隙の幅と示す）が変化するように構成されたファブリペローフィルタと、赤外線検出素子を有し、第１ミラーと第２ミラーとの間に配置された赤外線検出部と、を備え、赤外線検出部は、第１ミラー及び第２ミラーとは少なくとも電位が印加されない状態で離れた位置となるように、支持体に保持されており、支持体間の第１空隙上の部位がメンブレンとされて、該メンブレンに赤外線検出素子が設けられ赤外線検出部には、赤外線検出素子とは電気的に分離された第１空隙の幅を変化させるための駆動用の電極が設けられ、赤外線検出部は、基板の一面に垂直な方向における厚みの中心が、両ミラーの電極及び赤外線検出部の電極に電位が印加されない状態で、第１空隙の中央と一致するように配置され、両ミラーの電極及び赤外線検出部の電極に電位が印加された状態においても、赤外線検出部の厚みの中心が、第１空隙の中央と一致するように、一面に開口する第２空隙が基板に設けられて、第１ミラーの第２空隙を架橋する部位がメンブレンとされるとともに、赤外線検出部の電極に、第１ミラーの電極に印加する電位及び第２ミラーの電極に印加する電位とは異なる電位であって、第１ミラーの電極に印加する電位との第１電位差と、第２ミラーの電極に印加する電位との第２電位差とが等しくなるような所定の電位を印加することを特徴とする。

このように本発明では、ファブリペローフィルタを有している。したがって、第１空隙の幅を変化させることで、様々な波長の赤外線を、赤外線検出素子にて検出することができる。

また、ファブリペローフィルタの第１空隙には、理想的に、幅に応じた所定の波長（共振波長）の赤外線のみが入射し、それ以外の波長の赤外線は入射しない。そして、赤外線検出部には厚さがあり、第１ミラー及び第２ミラーにおける第１空隙側の面位置が、赤外線強度分布の節位置となるため、赤外線検出部は、第１ミラーと第２ミラーとの間において、少なからず節以外の位置にも配置される。したがって、第１空隙に応じた波長を有し、一方のミラーで反射された赤外線は、他方のミラーに到達するまでに、その一部が赤外線検出部に吸収され、この吸収は、ミラーで反射されるごと（多重反射のそれぞれの反射ごと）に起こる。これにより、従来に比べて、赤外線検出部での吸収が高まり、第１空隙に応じた波長の赤外線を、赤外線検出素子にて高効率で選択的に検出することができる。以上から、本発明によれば、様々な波長の赤外線を高効率で検出することができる。

また、同一の基板上に、ファブリペローフィルタと赤外線検出部を一体的に設けている。したがって、ファブリペローフィルタと赤外線検出部との光軸が精度良く合った波長選択型赤外線検出器となっている。

また、赤外線検出部における支持体間の第１空隙上の部位がメンブレンとされて、該メンブレンに赤外線検出素子が設けられている。この場合、第１ミラー及び第２ミラーを駆動可能とすることで、第１空隙の幅を広い範囲で設定することも可能である。また、同じ電位を印加するのであれば、幅の変化量を大きくすることも可能である。

また、赤外線検出部の電極に、第１ミラーの電極に印加する電位及び第２ミラーの電極に印加する電位とは異なる電位を印加する。この場合、赤外線検出部及び第１ミラーの間に生じる静電気力と、赤外線検出部及び第２ミラーの間に生じる静電気力により、第１空隙の幅を変化させるとともに、赤外線検出部を第１ミラーと第２ミラーとの間の所定位置とすることができる。また、赤外線検出部と第１ミラーとの電位差、赤外線検出部と第２ミラーとの電位差をそれぞれ任意に設定することができるので、赤外線検出部の位置を自由に設定することができる。

また、本発明では、第１ミラーも、静電気力によって駆動可能となっており、各電極に電位が印加されない状態で、厚みの中心が第１空隙の中央と一致するように赤外線検出部が配置されている。したがって、上記した第１電位差と第２電位差が等しくなるように各電極に電位を印加すると、赤外線検出部及び第１ミラーの間に生じる静電気力と、赤外線検出部及び第２ミラーの間に生じる静電気力が釣り合うため、赤外線検出部を、第１空隙の中央を含む位置に保持した状態で、第１ミラー及び第２ミラーが、赤外線検出部に近づく方向に駆動する。第１空隙の中央は、赤外線強度分布の腹位置となるため、上記構成によれば、電位印加後の第１空隙の幅に応じた波長の赤外線を、赤外線検出素子にてより効率よく検出することができる。

第１ミラーも駆動可能とされ、赤外線検出部が第１空隙の中央を含む位置に保持される構成では、請求項２に記載のように、基板の一面に垂直な方向において、赤外線検出部の厚みが、光学長で、検出対象波長の１／１０以下とされた構成とするとなお良い。

これによれば、第１空隙の幅に応じた、様々な波長の赤外線を検出可能としながらも、特に所定波長の赤外線を、より高効率で検出することが可能となる。なお、赤外線検出部が第１空隙の中央を含む位置に保持される構成では、赤外線検出部の厚みが薄いほど、所定波長の赤外線の吸収率を高めることができる。また、検出対象波長とは、赤外線検出部をミラー間に有さないファブリペローフィルタにおける共振波長である。

以上においては、請求項３に記載のように、一面に絶縁層が配置された半導体基板が基板とされ、絶縁層上に第１ミラーが設けられ、第１ミラー及び第２ミラーは、分光領域が、多結晶シリコン又は多結晶ゲルマニウムからなる高屈折率層の間に、該高屈折率層よりも低屈折率の低屈折率層を介在させてなる光学多層膜構造を有しており、各ミラーの電極は、高屈折率層の少なくとも一方に、ｐ導電型又はｎ導電型の不純物を注入してなる構成とすると良い。

この場合、請求項４に記載のように、赤外線検出部が、多結晶シリコン又は多結晶ゲルマニウムからなる層を有し、赤外線検出素子が、上記層に、ｐ導電型又はｎ導電型の不純物を注入してなるボロメータである構成とすれば、周知の半導体プロセスを用いて、同一の半導体基板に、ファブリペローフィルタと赤外線検出部が一体的に設けられた構成とすることができる。

なお、請求項５に記載のように、赤外線検出部が、多結晶シリコン又は多結晶ゲルマニウムからなる層を有し、赤外線検出素子が、上記層に、ｐ導電型及びｎ導電型の不純物を注入してなる熱電堆である構成としても、請求項４同様である。

第１実施形態に係る波長選択型赤外線検出器の概略構成を示す断面図である。 図１を模式化した断面図である。 ファブリペローフィルタ内での赤外線強度分布を示す図である。 赤外線検出部のメンブレンにおける概略構成を示す模式的な平面図である。 図２に対し、各駆動電極に電位を印加した状態を示す断面図である。 赤外線検出部による吸収率向上を示す図であり、実線が本実施形態によるもの、破線が比較例としての従来構成によるものである。 エアギャップ幅による効果を示す図であり、実線が２．４μｍ、破線が２．２μｍの場合を示している。 赤外線検出部の光学長と、赤外線吸収率との関係を示す図である。 波長選択型赤外線検出器の製造方法を示す断面図であり、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）の順に移行する。 波長選択型赤外線検出器の製造方法を示す断面図であり、図９（ｅ）に続いて、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の順に移行する。 第２実施形態に係る波長選択型赤外線検出器の概略構成を示す断面図である。 各駆動電極に電位を印加した状態を示す模式的な断面図である。 第３実施形態に係る波長選択型赤外線検出器の概略構成を示す断面図であり、第１実施形態の図１に対応している。 図１３を模式化した断面図である。 エアギャップ幅による効果を示す図であり、実線が２．４μｍ、破線が２．２μｍの場合を示している。 赤外線検出素子の好ましい配置を説明するための模式的な図である。 波長選択型赤外線検出器の製造方法を示す断面図であり、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の順に移行する。 波長選択型赤外線検出器の製造方法を示す断面図であり、図１７（ｄ）に続いて、（ａ），（ｂ），（ｃ）の順に移行する。 変形例を示す模式的な断面図である。 その他変形例を示す模式的な断面図である。 その他変形例を示す模式的な断面図である。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る波長選択型赤外線検出器の概略構成を示す断面図である。図２は、図１を模式化した断面図である。図３は、ファブリペローフィルタ内での赤外線強度分布を示す図である。図４は、赤外線検出部のメンブレンにおける概略構成を示す模式的な平面図である。図４では、明確化のため、駆動電極にハッチングを施している。図５は、図２に対し、各駆動電極に電位を印加した状態を示す断面図である。

なお、以下においては、エアギャップＡＧにおける、相対する第１ミラー及び第２ミラー間の幅の方向、換言すれば、基板に対する第１ミラーなどの積層方向、を単に幅方向と示し、この幅方向に垂直な方向を単に垂直方向と示す。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る波長選択型赤外線検出器１００は、基板１と、基板１上に設けられたファブリペローフィルタ２及び赤外線検出部３を備えている。

基板１は、ファブリペローフィルタ２及び赤外線検出部３の共通の基材であって、その一面上に配置される、ファブリペローフィルタ２の第１ミラー２０との電気的な絶縁が確保される構成となっている。

本実施形態では、基板１が、単結晶シリコンなどの平板状の半導体基板１０と、シリコン酸化膜などの絶縁膜１１からなり、絶縁膜１１は、半導体基板１０の一面における一部位のみに配置されている。具体的には、半導体基板１０としての平面矩形状の単結晶シリコン基板の一面において、ファブリペローフィルタ２の分光領域Ｓ１に対応する領域を含む中央領域に絶縁膜１１が配置されず、中央領域を取り囲む周辺領域のみに絶縁膜１１としてのシリコン酸化膜が配置されている。すなわち、基板１は、一面側に開口する空隙１２を有している。そして、空隙１２を架橋するように、絶縁膜１１上に第１ミラー２０が配置されている。なお、空隙１２が、特許請求の範囲に記載の第２空隙に相当する。

ファブリペローフィルタ２は、基板１の一面上に配置された第１ミラー２０と、該第１ミラー２０と相対するように第１ミラー２０上に支持体３０を介して配置され、支持体３０間のエアギャップＡＧを架橋する部位がメンブレンＭＥＭ２とされた第２ミラー４０と、を備えている。そして、第１ミラー２０の駆動電極２４に印加する電位と、第２ミラー４０の駆動電極４４の間に印加する電位に基づいて生じる静電気力により、エアギャップＡＧの分光領域Ｓ１における相対する両ミラー２０，４０間の幅（以下、単にエアギャップＡＧの幅と示す）が変化するように構成されたものである。なお、エアギャップＡＧが、特許請求の範囲に記載の第１空隙に、駆動電極２４が、特許請求の範囲に記載の第１ミラー２０の電極に、駆動電極４４が、特許請求の範囲に記載の第２ミラー４０の電極に相当する。

このファブリペローフィルタ２では、共振器を規定する２つのミラー２０，４０におけるエアギャップＡＧ側の面２０ａ，４０ａ（以下、単に内面２０ａ，４０ａと示す）間の多重反射により、エアギャップＡＧの幅Ｗ１に応じた波長の光（赤外線）、具体的には、エアギャップＡＧの幅Ｗ１が波長の１／２の整数倍となる波長の光、のみが共振される。また、ファブリペローフィルタ２では、図３に示すように、第１ミラー２０の内面２０ａと第２ミラー４０の内面４０ａとが、共振される赤外線の強度分布の節位置となる。したがって、エアギャップＡＧの幅Ｗ１が波長の１／２となる波長の光においては、エアギャップＡＧの幅方向における中央ＡＧＣが、赤外線強度分布の腹位置となる。なお、図３に示す例では、第１ミラー２０及び第２ミラー４０の幅方向の厚みを、光学長で、光の波長の１／２とした例を示している。

本実施形態では、第２ミラー４０だけでなく、第１ミラー２０にもメンブレンＭＥＭ１が構成されている。第１ミラー２０は、屈折率の高い材料、例えばポリシリコンやポリゲルマニウムからなり、空隙１２を架橋するように、絶縁膜１１上に積層された高屈折率下層２１と、高屈折率下層２１よりも屈折率の低い、例えば空気などの気体、液体、ゾル、ゲル、真空のいずれかからなり、高屈折率下層２１上に積層された低屈折率層２２と、上記高屈折率下層２１に同じくポリシリコンなどの高屈折率材料からなり、低屈折率層２２上に積層された高屈折率上層２３とにより構成されている。そして、第１ミラー２０のうち、空隙１２上に位置する部位が、メンブレンＭＥＭ１となっている。なお、符号２０ｂは、第１ミラー２０のメンブレンＭＥＭ１における空隙１２側の面を示している。本実施形態では、一例として、高屈折率層２１，２３がポリシリコンからなり、低屈折率層２２がシリコン酸化膜からなっている。

メンブレンＭＥＭ１における図１に示す破線内の領域、すなわち実際にミラーとして機能する分光領域Ｓ１では、基板１側から、高屈折率下層２１、低屈折率層２２、高屈折率上層２３の順に積層されて、光学多層膜構造のミラーが構成されている。なお、本実施形態では、分光領域Ｓ１が平面略円形状となっている（図４参照）。

また、垂直方向のうちの少なくとも一方向において、分光領域Ｓ１を間に挟む周辺領域では、高屈折率上層２３に、静電気力を生じさせるための駆動電極２４が形成されている。本実施形態では、周辺領域が分光領域Ｓ１を取り囲んでおり、不純物の拡散層よりなる駆動電極２４が、周辺領域において、メンブレンＭＥＭ１の部位全体と、メンブレンＭＥＭ１を除く部位の一部に形成されている。そして、メンブレンＭＥＭ１を除く部位の高屈折率上層２３上に、Ａｕ／Ｃｒ等からなるパッド（図示略）が形成されている。なお、メンブレンＭＥＭ１における周辺領域の一部には、エアギャップＡＧと空隙１２とを連通する貫通孔２５が複数形成されており、この貫通孔２５を介してエッチングすることで、空隙１２が構成されている。

この第１ミラー２０における高屈折率上層２３上には、メンブレンＭＥＭ１を除く周辺領域の一部に、支持体３０が局所的に配置されている。この支持体３０は、第１ミラー２０上に第２ミラー４０及び赤外線検出部３（後述する支持層５０）を支持するとともに、第１ミラー２０と第２ミラー４０との間に、エアギャップＡＧを構成するためのスペーサとしての機能を果たすものである。

本実施形態では、支持体３０が、２つの支持体３１，３２からなる。第１支持体３１はシリコン酸化膜からなり、第１ミラー２０と赤外線検出部３との間に介在されている。一方、第２支持体３２もシリコン酸化膜からなり、赤外線検出部３と第２ミラー４０との間に介在されている。すなわち、第１ミラー２０上に、第１支持体３１を介して赤外線検出部３が配置され、赤外線検出部３上に、第２支持体３２を介して第２ミラー４０が配置されている。また、第１支持体３１と第２支持体３２は、幅方向の厚みが互いに等しくなっており、ともに第２ミラー４０のメンブレンＭＥＭ２に対応する中央部位がくり抜かれた構造となっている。さらに、図示しないが、支持体３０（及び赤外線検出部３，第２ミラー４０）には、メンブレンＭＥＭ２よりも外側の部位に、上記した第１ミラー２０のパッドを形成するための開口部が形成されている。また、第２支持体３２（及び第２ミラー４０）には、図示しないが、メンブレンＭＥＭ２よりも外側の部位に、後述する赤外線検出部３の駆動用パッド及び検出用パッドを形成するための開口部も形成されている。

一方、第２ミラー４０は、屈折率の高い材料、例えばポリシリコンやポリゲルマニウムからなり、エアギャップＡＧを架橋するように、支持体３０（第２支持体３２）上に積層された高屈折率下層４１と、高屈折率下層４１よりも屈折率の低い、例えば空気などの気体、液体、ゾル、ゲル、真空のいずれかからなり、高屈折率下層４１上に積層された低屈折率層４２と、上記高屈折率下層４１に同じくポリシリコンなどの高屈折率材料からなり、低屈折率層４２上に積層された高屈折率上層４３とにより構成されている。そして、第２ミラー４０のうち、エアギャップＡＧ上に位置する部位が、メンブレンＭＥＭ２となっている。

本実施形態では、一例として、第１ミラー２０同様、高屈折率層４１，４３がポリシリコンからなり、低屈折率層４２がシリコン酸化膜からなっている。また、低屈折率層４２が、高屈折率下層４１における分光領域Ｓ１内の部位内のみであって、該部位のほぼ全体に積層されており、高屈折率上層４３は、低屈折率層４２を被覆するように、高屈折率下層４１上に積層されている。すなわち、低屈折率層４２のない領域（主として周辺領域）では、高屈折率層４１,４３同士が接している。

メンブレンＭＥＭ２における図１に示す破線内の領域、すなわち分光領域Ｓ１では、基板１側から、高屈折率下層４１、低屈折率層４２、高屈折率上層４３の順に積層されて、光学多層膜構造のミラーが構成されている。したがって、分光領域Ｓ１では、第１ミラー２０の光学多層膜構造のミラーと、第２ミラー４０の光学多層膜構造のミラーとが、対向している。

また、垂直方向のうちの少なくとも一方向において、分光領域Ｓ１を間に挟む周辺領域では、高屈折率層４１，４３に、静電気力を生じさせるための駆動電極４４が形成されている。本実施形態では、第１ミラー２０同様、周辺領域が分光領域Ｓ１を取り囲んでおり、不純物の拡散層よりなる駆動電極４４が、周辺領域において、メンブレンＭＥＭ２の部位のほぼ全体と、メンブレンＭＥＭ２を除く部位の一部に形成されている。そして、メンブレンＭＥＭ２を除く部位の高屈折率上層４３上に、Ａｕ／Ｃｒ等からなるパッド（図示略）が形成されている。なお、メンブレンＭＥＭ２における周辺領域の一部には、エアギャップＡＧと外部雰囲気とを連通する貫通孔４５が複数形成されており、この貫通孔４５（及び後述する貫通孔５３）を介してエッチングすることで、エアギャップＡＧが構成されている。さらには、図示しないが、第２ミラー４０には、メンブレンＭＥＭ２よりも外側の部位に、上記した第１ミラー２０のパッド、後述する赤外線検出部３の駆動用パッド及び検出用パッド、を形成するための開口部が形成されている。

次に、赤外線検出部３は、赤外線検出素子５１を有しており、赤外線検出素子５１が分光領域Ｓ１内に位置するように、幅方向において、第１ミラー２０と第２ミラー４０との間に配置されている。赤外線検出素子５１としては、熱型や量子型など特に限定されるものではない。

本実施形態では、赤外線検出部３が、例えばポリシリコンやポリゲルマニウムなどの、赤外線に対して半透過性（一部を吸収し、一部を透過する）を有する誘電材料からなり、エアギャップＡＧを跨ぐように第１支持体３１と第２支持体３２とに介在された支持層５０を有している。そして、支持層５０における、分光領域Ｓ１内の一部に、ｐ導電型又はｎ導電型の不純物を注入（不純物を拡散）することで、図１、図２、及び図４に示すように、赤外線検出素子５１としてのボロメータが、支持層５０と同じ厚さを有して構成されている。また、赤外線検出部３のうち、エアギャップＡＧ上に位置する部位が、メンブレンＭＥＭ３となっている。なお、本実施形態では、一例として、第１ミラー２０や第２ミラー４０の高屈折率層２１，２３，４１，４３同様、支持層５０がポリシリコンからなっている。

また、垂直方向のうちの少なくとも一方向において、分光領域Ｓ１を間に挟む周辺領域では、図１及び図４に示すように、静電気力を生じさせるための駆動電極５２が形成されている。本実施形態では、第１ミラー２０同様、周辺領域が分光領域Ｓ１を取り囲んでおり、不純物の拡散層よりなる駆動電極５２が、周辺領域において、メンブレンＭＥＭ３の部位のほぼ全体と、メンブレンＭＥＭ３を除く部位の一部に、支持層５０と同じ厚さを有して形成されている。そして、メンブレンＭＥＭ３を除く部位の支持層５０上に、Ａｕ／Ｃｒ等からなる駆動用のパッド（図示略）が形成されている。

また、周辺領域には、図４に示すように、駆動電極５２とは離間されて、不純物の拡散によりなる配線部５１ａ、及び、配線部５１ａを介して赤外線検出素子５１と電気的に接続されたＡｕ／Ｃｒ等からなる検出用のパッド（図示略）が形成されている。なお、メンブレンＭＥＭ３における周辺領域の一部には、エアギャップＡＧと外部雰囲気とを連通する貫通孔５３が複数形成されている。さらには、図示しないが、メンブレンＭＥＭ３よりも外側の部位に、上記した第１ミラー２０のパッドを形成するための開口部が形成されている。

また、上記したように、第１支持体３１と第２支持体３２の厚みが等しいため、本実施形態に係る赤外線検出部３（赤外線検出素子５１）は、幅方向における厚みの中心が、エアギャップＡＧの中央ＡＧＣと一致するように設けられている。すなわち、赤外線検出部３は、各駆動電極２４，４４，５２に電位の印加されない状態で、エアギャップＡＧを、第１ミラー２０及び赤外線検出部３との対向距離と、赤外線検出部３及び第２ミラー４０との対向距離とが等しい２つの空間に分けている。

以上のように構成される波長選択型赤外線検出器１００では、赤外線検出部３の駆動電極５２に対し、第１ミラー２０の駆動電極２４に印加する電位、及び、第２ミラー４０の駆動電極４４に印加する電位、とは異なる電位を印加すると、第１ミラー２０と赤外線検出部３、及び、赤外線検出部３と第２ミラー４０との間に、静電気力（静電引力）が生じる。これにより、エアギャップＡＧの幅を、各駆動電極２４，４４，５２に電位を印加する前の幅Ｗ１とは異なる幅とすることができる。すなわち、エアギャップＡＧの幅を変化させることで、幅に応じた様々な波長の赤外線を選択的に共振させることができる。

また、赤外線検出部３（赤外線検出素子５１）には厚さがあり、第１ミラー２０及び第２ミラー４０の内面２０ａ，４０ａの位置が、共振される赤外線の強度分布の節位置となる。したがって、各駆動電極２４,４４,５２に電位が印加されない状態で、両ミラー２０，４０と離れた位置となるように、赤外線検出部３が支持体３０に保持された上記構成では、赤外線検出部３が少なからず節以外の位置にも配置されている。したがって、一方のミラー（例えば第１ミラー２０）で反射された赤外線は、他方のミラー（例えば第２ミラー４０）に到達するまでに、その一部が赤外線検出部３に吸収され、この吸収は、ミラー２０，４０で反射されるごと（多重反射のそれぞれの反射ごと）に起こる。これにより、従来に比べて、赤外線検出部３での吸収が高まり、エアギャップＡＧに応じた波長の赤外線を、赤外線検出素子５１にて高効率で選択的に検出することができる。

以上から、上記した波長選択型赤外線検出器１００によれば、様々な波長の赤外線を高効率で検出することができる。なお、本実施形態では、赤外線検出素子５１としてのボロメータに所定の検出電圧を印加しておくことで、赤外線吸収の温度変化による赤外線検出素子５１の抵抗変化に基づき、赤外線を検出することができる。

また、本実施形態では、同一の基板１上に、ファブリペローフィルタ２と赤外線検出部３を一体的に設けている。したがって、ファブリペローフィルタ２と赤外線検出部３との光軸が精度良く合った波長選択型赤外線検出器１００となっている。

また、本実施形態では、両ミラー２０，４０が、メンブレンＭＥＭ１，ＭＥＭ２を有し、駆動可能に構成されているので、第２ミラー４０のみが駆動可能とされる構成に比べて、同じ電位を印加するのであれば、幅の変化量を大きくすることも可能である。

また、本実施形態では、上記したように、赤外線検出部３の駆動電極５２に対し、第１ミラー２０の駆動電極２４に印加する電位、及び、第２ミラー４０の駆動電極４４に印加する電位、とは異なる電位を印加することで、エアギャップＡＧの幅を、各駆動電極２４，４４，５２に電位を印加する前の幅Ｗ１とは異なる幅とすることができる。したがって、駆動電極２４と駆動電極５２の電位差と、駆動電極４４と駆動電極５２の電位差をそれぞれ任意に設定することで、エアギャップＡＧの幅を初期状態Ｗ１から変化させた状態における赤外線検出部３（赤外線検出素子５１）の位置を、自由に設定することができる。

特に本実施形態では、上記したように、両ミラー２０，４０が、メンブレンＭＥＭ１，ＭＥＭ２を有しており、赤外線検出部３（赤外線検出素子５１）の厚みの中心が、各駆動電極２４，４４，５２に電位が印加されない状態で、エアギャップＡＧの幅Ｗ１の中央ＡＧＣと一致している。このような構成では、駆動電極２４と駆動電極５２の電位差と、駆動電極４４と駆動電極５２の電位差とが互いに等しくなるように、各駆動電極２４，４４，５２に電位を印加することが好ましい。これによれば、第１ミラー２０と赤外線検出部３との間に生じる静電気力と、赤外線検出部３と第２ミラー４０との間に生じる静電気力とが釣り合うため、図５に示すように、赤外線検出部３を、エアギャップＡＧの中央ＡＧＣを含む位置に保持した状態で、第１ミラー２０及び第２ミラー４０を、赤外線検出部３に近づく方向に駆動させて、エアギャップの幅をＷ２とすることができる。上記したように、エアギャップＡＧの幅が波長の１／２となる光（赤外線）においては、エアギャップＡＧの幅方向における中央ＡＧＣが、赤外線強度分布の腹位置となる。したがって、上記構成によれば、各駆動電極２４，４４，５２に電位を印加した状態のエアギャップＡＧの幅Ｗ２に応じた波長の赤外線を、赤外線検出素子５１にて、より効率よく検出することができる。

この効果は、本発明者によるシミュレーション結果からも明らかとなっている。図６は、赤外線検出部による吸収率向上を示す図であり、実線が本実施形態によるもの、破線が比較例としての従来構成によるものである。

なお、シミュレーションに当たっては、上記した構造の波長選択型赤外線検出器１００において、シリコンからなる高屈折率層２１，２３，４１，４３を、屈折率３．４２、消衰係数０．００、厚さ３２０ｎｍとし、空気からなる低屈折率層２２，４２を、屈折率１．００、消衰係数０．００、厚さ８５０ｎｍとし、エアギャップＡＧの幅を２．４μｍ、シリコン酸化膜からなる絶縁膜１１の厚さを８００ｎｍとした。また、赤外線検出部３を、屈折率２．７５、消衰係数０．３０、厚み１０ｎｍとした。さらに、ファブルペローフィルタの下部に赤外線検出器が配置された従来の構成を比較例とし、このときの赤外線検出器の厚みを３２０ｎｍとした。

図６に破線で示すように、従来構成では赤外線吸収率が１５％程度であるのに対し、実線で示すように、本実施形態の構成では赤外線吸収率が６５％程度と大幅に向上している。すなわち、赤外線吸収率が４倍強となっている。この結果からも、本実施形態に示した波長選択型赤外線検出器１００によれば、赤外線を効率よく検出することができることが明らかである。

なお、本発明者は、エアギャップＡＧの幅による効果についても、シミュレーションにより確認した。その際のパラメータは、上記と同じとし、エアギャップＡＧの幅が２．２μｍについても確認を行った。図７は、エアギャップ幅による効果を示す図であり、実線が２．４μｍ、破線が２．２μｍの場合を示している。

図７に示すように、エアギャップＡＧの幅が、２．２μｍと２．４μｍとで、赤外線吸収率の差異、及び、吸収スペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）の差異、は殆ど見られなかった。この結果からも、本実施形態に示した波長選択型赤外線検出器１００によれば、エアギャップＡＧの幅に応じた様々な波長の赤外線について、それぞれ効率よく検出することができることが明らかである。

また、本発明者は、赤外線検出部３の光学長（屈折率×幅方向の厚み）と、赤外線吸収率との関係についても、シミュレーションを行った。その際のパラメータは、上記と同じとし、共振波長としては、４６００ｎｍと、９２００ｎｍについて確認を行った。図８は、赤外線検出部の光学長と、赤外線吸収率との関係を示す図である。なお、図８は、共振波長４６００ｎｍの場合を示したものである。共振波長４６００ｎｍは、エアギャップＡＧの幅２．４μｍに対応している。また、上記共振波長とは、両ミラー２０，４０間に赤外線検出部３が配置されない状態での、ファブリペローフィルタ２における共振波長である。

図８では、４６０ｎｍが検出対象波長（共振波長）の１／１０に相当しており、４６０ｎｍが吸収率の変曲点となっている。すなわち、４６０ｎｍより大きい範囲では、吸収率に変化が殆ど見られず、４６０ｎｍ以下では、赤外線検出部３の厚みが薄くなるほど、吸収率が上昇している。なお、検出対象波長が９２００ｎｍの場合も、検出対象波長（共振波長）の１／１０に相当する９２０ｎｍを変曲点とし、９２０ｎｍ以下では、赤外線検出部３の厚みが薄くなるほど、吸収率が上昇した。

以上から、両ミラー２０，４０が駆動可能とされ、赤外線検出部３がエアギャップＡＧの中央ＡＧＣを含む位置に保持される構成では、幅方向において、赤外線検出部３の厚みが、光学長で、検出対象波長（共振波長）の１／１０以下とされた構成とすると、様々な波長の赤外線を検出できながらも、特定波長（検出対象波長）の赤外線をより効率良く検出することができることが明らかである。

次に、上記した波長選択型赤外線検出器１００の製造方法の一例について説明する。図９は、波長選択型赤外線検出器の製造方法を示す断面図であり、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）の順に移行する。また、図１０は、波長選択型赤外線検出器の製造方法を示す断面図であり、図９（ｅ）に続いて、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の順に移行する。

先ず、図９（ａ）に示すように、基板１として、一面全面に、シリコン酸化膜などからなる絶縁膜１１が設けられた、単結晶シリコンからなる半導体基板１０を準備する。そして、絶縁膜１１上に、ポリシリコンなどからなる高屈折率下層２１、シリコン酸化膜などからなる低屈折率層２２の順に、堆積形成する。次いで、低屈折率層２２の表面にレジストなどからなるマスクを形成し、該マスクを介して低屈折率層２２及び高屈折率下層２１をエッチング（例えばＲＩＥなどの異方性のドライエッチング）し、図９（ｂ）に示すように、絶縁膜１１に達する貫通孔２５ａを形成する。

次に、マスクを除去し、低屈折率層２２を覆うように、ポリシリコンなどからなる高屈折率上層２３を堆積形成する。このとき、例えばポリシリコンは、貫通孔２５ａの底面及び側面にも堆積され、貫通孔２５ａは、径が小さい溝２５ｂとして残る。また、マスクを除去した後、高屈折率上層２３の表面に新たなマスクを形成し、該マスクを介して、高屈折率上層２３に不純物をイオン注入する。このイオン注入では、分光領域Ｓ１となる領域に不純物が存在すると、光が不純物によって吸収されることとなるため、周辺領域にのみに選択的に不純物をイオン注入する。このイオン注入により、駆動電極２４が形成される。

そして、マスクを除去した後、高屈折率上層２３の表面に新たなマスクを形成し、溝２５ｂの底面に位置するポリシリコンを、エッチングにより選択的に除去する。これにより、高屈折率層２１，２３及び低屈折率層２２を貫通する貫通孔２５が形成される。以上が、図９（ｄ）に示す工程である。これら工程は、主として、第１ミラー２０を形成するための工程である。

なお、第１ミラー２０の形成においては、絶縁膜１１上に、高屈折率下層２１、低屈折率層２２、高屈折率上層２３の順に堆積形成した後、高屈折率下層２１、低屈折率層２２、及び高屈折率上層２３をエッチングして、貫通孔２５を形成しても良い。

また、低屈折率層２２を、後述する第２ミラー４０の低屈折率層４２同様に、分光領域Ｓ１に対応する部位のみに配置された構成とすること可能であるが、上部構造をできるだけ平坦とするために、本実施形態では、高屈折率下層２１の全面に、低屈折率層２２を設けている。

次に、マスクを除去し、図９（ｅ）に示すように、高屈折率膜上層２３の表面全面に、シリコン酸化膜などの絶縁層３１ａを堆積形成する。この絶縁層３１ａは、主として、後にエアギャップＡＧが形成されて第１支持体３１となる部位である。したがって、絶縁層３１ａの膜厚は、駆動電圧が印加されない状態の、第１ミラー２０と赤外線検出部３との対向距離と等しい厚さとする。絶縁層３１ａの構成材料としては、電気絶縁材料であれば特に限定されるものではないが、好ましくは絶縁膜１１と同一材料とすると良い。この工程は、主として、支持体３０を構成する第１支持体３１を形成するための工程である。

絶縁層３１ａの形成後、図９（ｅ）に示すように、絶縁層３１ａの表面全面に、ポリシリコンなどからなる支持層５０を堆積形成する。そして、支持層５０の表面にマスクを形成し、該マスクを介して、支持層５０における分光領域Ｓ１内に不純物をイオン注入する。このイオン注入により、図１０（ａ）に示すように、赤外線検出素子５１（ボロメータ）が形成される。なお、赤外線検出素子５１とともに、図示しない配線部５１ａも同時に形成される。また、マスクの除去後、新たなマスクを支持層５０の表面に形成し、該マスクを介して、支持層５０における周辺領域であって配線部５１ａとは異なる部位に、不純物をイオン注入する。このイオン注入により、駆動電極５２が形成される。

さらに、マスクの除去後、新たなマスクを支持層５０の表面に形成し、該マスクを介して、支持層５０をエッチング（例えばＲＩＥなどの異方性のドライエッチング）し、図１０（ａ）に示すように、絶縁層３１ａに達する貫通孔５３を形成する。これら工程は、主として、赤外線検出部３を形成するための工程である。

次に、マスクを除去し、図１０（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜などの絶縁層３２ａを、支持層５０上に堆積形成する。この絶縁層３２ａにより、貫通孔５３も埋められる。絶縁層３２ａは、主として、後にエアギャップＡＧが形成されて第２支持体３２となる部位である。したがって、絶縁層３２ａの膜厚は、駆動電圧が印加されない状態の、第２ミラー４０と赤外線検出部３との対向距離と等しい厚さとする。本実施形態では、絶縁層３１ａの厚さと等しくする。なお、絶縁層３２ａの構成材料としては、電気絶縁材料であれば特に限定されるものではないが、好ましくは絶縁膜１１と同一材料とすると良い。この工程は、主として、支持体３０を構成する第２支持体３２を形成するための工程である。

次いで、図１０（ｂ）に示すように、絶縁層３２ａの表面全面に、ポリシリコンなどからなる高屈折率下層４１を堆積形成し、次いで、シリコン酸化膜などからなる低屈折率層４２を堆積形成する。

次に、低屈折率層４２の表面に、レジストなどからなるマスクを形成し、該マスクを介して、図１０（ｃ）に示すように、低屈折率層４２をエッチングし、分光領域Ｓ１に対応する部位のみを選択的に残す。そして、マスクを除去後、パターニングされた低屈折率層４２を覆うように、高屈折率下層４１上に、ポリシリコンなどからなる高屈折率上層４３を堆積形成する。

次に、高屈折率上層４３の表面に新たなマスクを形成し、該マスクを介して、高屈折率上層４３及び高屈折率下層４１に不純物をイオン注入する。このイオン注入では、分光領域Ｓ１となる領域に不純物が存在すると、光が不純物によって吸収されることとなるため、周辺領域にのみに選択的に不純物をイオン注入する。このイオン注入により、駆動電極４４が形成される。また、マスクを除去した後、高屈折率上層４３の表面に新たなマスクを形成し、高屈折率層４１，４３を、エッチングにより選択的に除去する。これにより、高屈折率層４１，４３を貫通する貫通孔４５が形成される。以上が、図１０（ｄ）に示す工程である。これら工程は、主として、第２ミラー４０を形成するための工程である。

次いで、貫通孔４５を通じて、絶縁層３２ａにおけるエアギャップＡＧを形成すべき部位をエッチングするとともに、貫通孔５３を通じて、絶縁層３１ａにおけるエアギャップＡＧを形成すべき部位をエッチングする。さらには、貫通孔２５を通じて、絶縁層１１における空隙１２を形成すべき部位をエッチングする。本実施形態では、これらエッチングが同一工程で実施される。このエッチングにより、エアギャップＡＧが形成されるとともに支持体３０（第１支持体３１及び第２支持体３２）も形成され、さらには空隙１２も形成される。

以上に示した工程により、図１に示した波長選択型赤外線検出器１００を得ることができる。

なお、本実施形態では、光学多層膜構造の第１ミラー２０及び第２ミラー４０を構成する各膜の厚さについて特に言及しなかった。しかしながら、上記した光学多層膜構造のミラー２０，４０において、高屈折率層２１，２３，４１，４３と低屈折率層２２，４２の厚みを、光学長で、所定の検出対象波長に対して全て１／４程度とすると、吸収スペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）を小さくし、ひいては検出精度を向上することができる。

また、本実施形態では、基板１が空隙１２を有し、第１ミラー２０が、メンブレンＭＥＭ１を有する例を示した。しかしながら、各駆動電極２４,４４,５２に電位が印加されない状態で、両ミラー２０，４０と離れた位置となるように、赤外線検出部３が支持体３０に保持された構成としては、基板１が空隙１２を有しておらず、第１ミラー２０を、メンブレンＭＥＭ１を有さない固定ミラーとしても良い。この場合も、第１ミラー２０と第２ミラー４０との間に、赤外線検出部３が配置されているので、多重反射を利用して、効率よく赤外線を検出することができる。

また、本実施形態では、第１支持体３１と第２支持体３２の厚みを等しくすることで、赤外線検出部３の厚みの中心を、駆動電極２４,４４,５２に電位が印加されない状態におけるエアギャップＡＧの中央ＡＧＣと一致させる例を示した。しかしながら、第１支持体３１と第２支持体３２の厚みを、互いに異なる厚みとしても良い。すなわち、赤外線検出部３の厚みの中心が、駆動電極２４,４４,５２に電位が印加されない状態で、エアギャップＡＧの中央ＡＧＣと一致しない構成としても良い。このような構成としても、赤外線検出部３には厚さがあるため、少なからず赤外線強度分布の節以外の位置にも赤外線検出部３が配置される。したがって、多重反射を利用して、エアギャップＡＧに応じた波長の赤外線を、高効率で選択的に検出することができる。

また、本実施形態では、絶縁膜１１を一部除去することで、基板１に空隙１２を持たせる例を示した。しかしながら、絶縁膜１１とともに、半導体基板１０も一部除去することで、一面側に開口する空隙１２としても良い。さらには、半導体基板１０における一面の裏面側から、半導体基板１０及び絶縁膜１１をエッチングし、一面側に開口する空隙１２としても良い。すなわち、基板１の一面側から加工されてなる表面加工型の空隙１２、及び、基板１の裏面側から加工されてなる裏面加工型の空隙１２、のいずれも採用することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図１１及び図１２に基づいて説明する。図１１は、第２実施形態に係る波長選択型赤外線検出器の概略構成を示す断面図であり、第１実施形態の図１に対応している。図１２は、各駆動電極に電位を印加した状態を示す模式的な断面図であり、第１実施形態の図５に対応している。

第２実施形態に係る波長選択型赤外線検出器は、第１実施形態に示した波長選択型赤外線検出器と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、第１実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。

第１実施形態では、両ミラー２０，４０の駆動電極２４,４４に電位が印加されない状態で、両ミラー２０，４０と離れた位置となるように、赤外線検出部３が支持体３０に保持された構成において、赤外線検出部３にも駆動電極５２を設け、第１ミラー２０と赤外線検出部３との間に生じる静電気力と、赤外線検出部３と第２ミラー４０との間に生じる静電気力により、エアギャップＡＧの幅を、各駆動電極２４，４４，５２に電位を印加する前の幅Ｗ１とは異なる幅とする例を示した。

これに対し、本実施形態では、図１１に示すように、赤外線検出部３には駆動電極５２を設けずに、両ミラー２０，４０の駆動電極２４，４４に、互いに異なる電位を印加する点を特徴とする。すなわち、赤外線検出部３を、駆動させるための電位を印加しない浮遊電位の状態（フローティング状態）とし、駆動電極２４，４４に、互いに異なる電位を印加する点を特徴とする。なお、図１１に示す波長選択型赤外線検出器１００は、駆動電極５２の有無を除けば、第１実施形態に示した波長選択型赤外線検出器１００（図１参照）と同じである。赤外線検出部３の構成は、第１実施形態の図４に示した構成に対し、周辺領域の駆動電極５２をなくした構成となっている。

すなわち、本実施形態においても、第１支持体３１と第２支持体３２の厚みが互いに等しくされ、赤外線検出部３の厚みの中心が、駆動電極２４，４４に電位が印加されない状態で、エアギャップＡＧの幅Ｗ１の中央ＡＧＣと一致している。また、赤外線検出部３の支持層５０には、赤外線検出素子５１としてのボロメータが形成され、該素子５１に所定の電圧が印加された状態で、赤外線が検出される。

このような構成の波長選択型赤外線検出器１００では、両ミラー２０，４０の駆動電極２４，４４に、互いに異なる電位を印加すると、浮遊電位とされた赤外線検出部３の部位、詳しくは誘電材料からなる支持層５０のうち、配線部５１ａを含む赤外線検出素子５１の形成部位を除く部位、の各ミラー２０，４０との対向面に電荷がそれぞれ誘起される。したがって、第１ミラー２０と赤外線検出部３との間に生じる静電気力と、赤外線検出部３と第２ミラー４０との間に生じる静電気力により、エアギャップＡＧの幅を、各駆動電極２４，４４に電位を印加する前の幅とは異なる幅とすることができる。すなわち、エアギャップＡＧの幅を変化させることで、幅に応じた様々な波長の赤外線を選択的に共振、すなわちエアギャップＡＧ内に入射、させることができる。したがって、本実施形態に示す構成においても、第１実施形態に示した種々の効果を期待することができる。

また、本実施形態では、赤外線検出部３に駆動電極５２を設けないため、第１実施形態に示した構成に比べ、赤外線検出部３、ひいては波長選択型赤外線検出器１００の構成を簡素化することができる。すなわち、製造工程も短縮することが可能である。

また、本実施形態では、両ミラー２０，４０が、メンブレンＭＥＭ１，ＭＥＭ２を有しており、赤外線検出部３の厚みの中心が、各駆動電極２４，４４に電位が印加されない状態で、エアギャップＡＧの幅Ｗ１の中央ＡＧＣと一致している。したがって、各駆動電極２４，４４に電位を印加すると、第１ミラー２０と赤外線検出部３との間に生じる静電気力と、赤外線検出部３と第２ミラー４０との間に生じる静電気力とが釣り合うため、図１２に示すように、赤外線検出部３（赤外線検出素子５１）を、エアギャップＡＧの中央ＡＧＣを含む位置に保持した状態で、第１ミラー２０及び第２ミラー４０を、赤外線検出部３に近づく方向に駆動させて、エアギャップの幅をＷ２とすることができる。上記したように、エアギャップＡＧの幅が波長の１／２となる光（赤外線）においては、エアギャップＡＧの幅方向における中央ＡＧＣが、赤外線強度分布の腹位置となる。したがって、各駆動電極２４，４４に電位を印加した状態のエアギャップＡＧの幅Ｗ２に応じた波長の赤外線を、赤外線検出素子５１にて、より効率よく検出することができる。

また、本実施形態においても、両ミラー２０，４０が駆動可能とされ、赤外線検出部３がエアギャップＡＧの中央ＡＧＣを含む位置に保持される構成となっている。したがって、第１実施形態同様、幅方向において、赤外線検出部３の厚みを、光学長で、検出対象波長（共振波長）の１／１０以下とされた構成とすると、様々な波長の赤外線を検出できながらも、特定波長（検出対象波長）の赤外線をより効率良く検出することができる。

また、本実施形態においても、光学多層膜構造のミラー２０，４０を構成する、高屈折率層２１，２３，４１，４３と低屈折率層２２，４２の厚みを、光学長で、所定の検出対象波長に対して全て１／４程度とすると良い。これによれば、吸収スペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）を小さくし、ひいては検出精度を向上することができる。

また、本実施形態においても、各駆動電極２４,４４に電位が印加されない状態で、両ミラー２０，４０と離れた位置となるように、赤外線検出部３が支持体３０に保持された構成として、基板１が空隙１２を有しておらず、第１ミラー２０を、メンブレンＭＥＭ１を有さない固定ミラーとしても良い。この場合も、第１ミラー２０と第２ミラー４０との間に、赤外線検出部３が配置されているので、多重反射を利用して、効率よく赤外線を検出することができる。

また、本実施形態においても、第１支持体３１と第２支持体３２の厚みを等しくすることで、赤外線検出部３の厚みの中心を、駆動電極２４,４４に電位が印加されない状態におけるエアギャップＡＧの中央ＡＧＣと一致させる例を示した。しかしながら、第１支持体３１と第２支持体３２の厚みを、互いに異なる厚みとしても良い。すなわち、赤外線検出部３の厚みの中心が、駆動電極２４,４４に電位が印加されない状態で、エアギャップＡＧの中央ＡＧＣと一致しない構成としても良い。このような構成としても、赤外線検出部３には厚さがあるため、少なからず節以外の位置にも赤外線検出部３が配置される。したがって、多重反射を利用して、エアギャップＡＧに応じた波長の赤外線を、高効率で選択的に検出することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を、図１３及び図１４に基づいて説明する。図１３は、第３実施形態に係る波長選択型赤外線検出器の概略構成を示す断面図であり、第１実施形態の図１に対応している。図１４は、図１３を模式化した断面図である。

第３実施形態に係る波長選択型赤外線検出器は、上記した各実施形態の波長選択型赤外線検出器と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、上記実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。

上記した各実施形態では、少なくとも駆動電極２４，４４に電位が印加されない状態で、第１ミラー２０及び第２ミラー４０と離れた位置となるように、赤外線検出部３が支持体３０に保持され、赤外線検出部３におけるエアギャップＡＧ上の部位がメンブレンＭＥＭ３とされて、該メンブレンＭＥＭ３に赤外線検出素子５１が設けられる例を示した。

これに対し、本実施形態では、赤外線検出部３が、第１ミラー２０及び第２ミラー４０のいずれかの、内面２０ａ，４０ａから幅方向における一部に、一体的に設けられている点を特徴とする。一例として、図１３及び図１４に示す例では、メンブレンＭＥＭ２を有する第２ミラー４０のうち、分光領域Ｓ１内において、内面４０ａから幅方向における一部に、赤外線検出素子５１が一体的に設けられている。

より詳しくは、図１３に示すように、光学多層膜構造の第２ミラー４０においてポリシリコンなどからなる高屈折率下層４１が、赤外線検出部３の支持層５０を兼ねている。そして、高屈折率下層４１のうち、分光領域Ｓ１には、その一部のみに、ｐ導電型又はｎ導電型の不純物を注入（不純物を拡散）することで、赤外線検出素子５１としてのボロメータが、高屈折率下層４１と同じ厚さを有して構成されている。なお、赤外線検出素子５１は、上記したように分光領域Ｓ１の一部のみを占めており、その形成範囲は、図１３に例示するように、低屈折率層４２よりも小さい範囲となっている。

また、第２ミラー４０には、垂直方向のうちの少なくとも一方向において、分光領域Ｓ１を間に挟む周辺領域に、静電気力を生じさせるための駆動電極４４が形成されている。本実施形態でも、周辺領域が分光領域Ｓ１を取り囲んでおり、不純物の拡散層よりなる駆動電極４４が、高屈折率層４１，４３の周辺領域において、メンブレンＭＥＭ２の部位のほぼ全体と、メンブレンＭＥＭ２を除く部位の一部に形成されている。そして、メンブレンＭＥＭ２を除く部位の高屈折率上層４３上に、Ａｕ／Ｃｒ等からなるパッド（図示略）が形成されている。

また、第２ミラー４０の周辺領域には、駆動電極４４とは離間されて、不純物の拡散によりなる配線部５１ａ（図示略）と、配線部５１ａを介して赤外線検出素子５１と電気的に接続された検出用のパッド（図示略）が形成されている。

このように、本実施形態に係る波長選択型赤外線検出器１００では、第１ミラー２０の駆動電極２４と第２ミラー４０の駆動電極４４とに異なる電位を印加すると、第１ミラー２０と第２ミラー４０との間に、静電気力（静電引力）が生じる。これにより、エアギャップＡＧの幅を、各駆動電極２４，４４に電位を印加する前の幅Ｗ１とは異なる幅とすることができる。すなわち、エアギャップＡＧの幅を変化させることで、幅に応じた様々な波長の赤外線を選択的に共振、すなわちエアギャップＡＧ内に入射、させることができる。

また、赤外線検出部３には厚さがあり、第１ミラー２０及び第２ミラー４０の内面２０ａ，４０ａの位置が、共振される赤外線の強度分布の節位置となるため、上記構成では、赤外線検出部３（赤外線検出素子５１）が少なからず節以外の位置にも配置されている。したがって、一方のミラー（例えば第１ミラー２０）で反射された赤外線は、他方のミラー（例えば第２ミラー４０）に到達するまでに、その一部が赤外線検出部３に吸収され、この吸収は、ミラー２０，４０で反射されるごと（多重反射のそれぞれの反射ごと）に起こる。これにより、従来に比べて、赤外線検出部３での赤外線の吸収率が高まり、エアギャップＡＧに応じた波長の赤外線を、赤外線検出素子５１にて高効率で検出することができる。

以上から、上記した波長選択型赤外線検出器１００によれば、様々な波長の赤外線を高効率で検出することができる。なお、本実施形態では、赤外線検出素子５１としてのボロメータに所定の検出電圧を印加しておくことで、赤外線吸収の温度変化による赤外線検出素子５１の抵抗変化に基づいて、赤外線を検出することができる。

この点について、本発明者は、シミュレーションにより確認した。シミュレーションに当たっては、上記した構造の波長選択型赤外線検出器１００において、シリコンからなる高屈折率層２１，２３，４１，４３を、屈折率３．４２、消衰係数０．００、厚さ３２０ｎｍとし、空気からなる低屈折率層２２，４２を、屈折率１．００、消衰係数０．００、厚さ８５０ｎｍとし、シリコン酸化膜からなる絶縁膜１１の厚さを８００ｎｍとした。また、赤外線検出部３を、屈折率２．７５、消衰係数０．３０、厚み３２０ｎｍとした。そして、エアギャップＡＧの幅が、２．４μｍと２．２μｍの場合を比較した。図１５は、エアギャップ幅による効果を示す図であり、実線が２．４μｍ、破線が２．２μｍの場合を示している。

図１５に示すように、エアギャップＡＧの幅が、２．２μｍと２．４μｍとで、赤外線吸収率の差異、及び、吸収スペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）の差異、は殆ど見られなかった。また、いずれの吸収率も、第１実施形態の図６に比較例として破線で示した従来構成の吸収率よりも、高い値を示した。この結果から、本実施形態に示した波長選択型赤外線検出器１００によれば、エアギャップＡＧの幅に応じた様々な波長の赤外線について、それぞれ効率よく検出することができることが明らかである。

また、本実施形態でも、同一の基板１上に、ファブリペローフィルタ２と赤外線検出部３を一体的に設けている。したがって、ファブリペローフィルタ２と赤外線検出部３との光軸が精度良く合った波長選択型赤外線検出器１００となっている。

また、本実施形態では、図１３及び図１４に示すように、基板１が空隙１２を有しておらず、第１ミラー２０が、空隙１２を架橋するメンブレンＭＥＭ１を有さない固定ミラーとなっている。したがって、第１実施形態及び第２実施形態にて例示した構成に比べて、構成が簡素であり、製造工程を簡素化することができる。

また、本実施形態では、第２ミラー４０を構成する高屈折率下層４１の一部に、赤外線検出部３（赤外線検出素子５１）が形成されており、駆動電極２４，４４への電位印加により、第２ミラー４０と一体的に、赤外線検出部３が駆動される。したがって、第１実施形態及び第２実施形態に示した構成に比べて、エアギャップＡＧの幅を所定幅に制御しやすい構成となっている。また、赤外線検出部３の剛性を高めることができる。

また、本実施形態では、光学多層膜構造の第１ミラー２０及び第２ミラー４０を構成する高屈折率層２１，２３，４１，４３及び低屈折率層２２，４２の、幅方向における厚みが、光学長で、特定波長（検出対象波長）の１／４となっており、これにより、赤外線検出部３（赤外線検出素子５１）の厚みも、その光学長が特定波長の１／４となっている。上記したように、第１ミラー２０及び第２ミラー４０の内面２０ａ，４０ａの位置は、共振される赤外線の強度分布の節位置となる。したがって、上記構成によれば、高屈折率下層４１における低屈折率層４２側の面の位置、すなわち図１６に示すように、赤外線検出部３におけるエアギャップＡＧとは反対側の面の位置、が検出対象波長の腹位置となる。これにより、特に検出対象波長の赤外線を、赤外線検出素子５１にてより効率よく検出することができる。また、上記構成のミラー２０，４０によれば、吸収スペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）を小さくし、ひいては検出精度を向上することも可能である。なお、図１６は、赤外線検出素子の好ましい配置を説明するための模式的な図である。図１６では、明確化のために、赤外線検出素子にハッチングを施している。

次に、上記した波長選択型赤外線検出器１００の製造方法の一例について説明する。図１７は、波長選択型赤外線検出器の製造方法を示す断面図であり、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の順に移行する。また、図１８は、波長選択型赤外線検出器の製造方法を示す断面図であり、図１７（ｄ）に続いて、（ａ），（ｂ），（ｃ）の順に移行する。

先ず、図１７（ａ）に示すように、基板１として、一面全面に、シリコン酸化膜などからなる絶縁膜１１が設けられた、単結晶シリコンからなる半導体基板１０を準備する。そして、絶縁膜１１上に、ポリシリコンなどからなる高屈折率下層２１、シリコン酸化膜などからなる低屈折率層２２、ポリシリコンなどからなる高屈折率上層２３の順に、堆積形成する。次いで、高屈折率上層２３上にマスクを形成し、該マスクを介して、高屈折率上層２３に不純物をイオン注入する。このイオン注入では、分光領域Ｓ１となる領域に不純物が存在すると、光が不純物によって吸収されることとなるため、周辺領域にのみに選択的に不純物をイオン注入する。このイオン注入により、駆動電極２４が形成される。以上が、図１７（ａ）に示す工程である。これら工程は、主として、第１ミラー２０を形成するための工程である。

次に、マスクを除去し、図１７（ｂ）に示すように、高屈折率膜上層２３の表面全面に、シリコン酸化膜などの絶縁層３０ａを堆積形成する。この絶縁層３０ａは、主として、後にエアギャップＡＧが形成されて支持体３０となる部位である。したがって、絶縁層３０ａの膜厚は、駆動電圧が印加されない状態のエアギャップＡＧの幅と等しい厚さとする。

絶縁層３０ａの形成後、図１７（ｂ）に示すように、絶縁層３０ａの表面全面に、ポリシリコンなどからなる高屈折率下層４１を堆積形成する。そして、高屈折率下層４１の表面にマスクを形成し、該マスクを介して、高屈折率下層４１における分光領域Ｓ１内に不純物をイオン注入する。このイオン注入により、図１７（ｃ）に示すように、赤外線検出素子５１（ボロメータ）が形成される。なお、図示しない配線部５１ａも同時に形成する。

次に、マスクの除去後、図１７（ｄ）に示すように、シリコン酸化膜などからなる低屈折率層４２を堆積形成する。そして、低屈折率層４２の表面に、レジストなどからなるマスクを形成し、該マスクを介して、図１８（ａ）に示すように、低屈折率層４２をエッチングし、分光領域Ｓ１に対応する部位のみを選択的に残す。

そして、マスクを除去後、図１８（ｂ）に示すように、高屈折率下層４１上に、ポリシリコンなどからなる高屈折率上層４３を堆積形成する。これにより、パターニングされた低屈折率層４２も、高屈折率上層４３によって被覆される。

次に、高屈折率上層４３の表面に新たなマスクを形成し、該マスクを介して、高屈折率上層４３及び高屈折率下層４１に不純物をイオン注入する。このイオン注入では、分光領域Ｓ１となる領域に不純物が存在すると、光が不純物によって吸収されることとなるため、周辺領域にのみに選択的に不純物をイオン注入する。このイオン注入により、駆動電極４４が形成される。また、マスクを除去した後、高屈折率上層４３の表面に新たなマスクを形成し、高屈折率層４１，４３を、エッチングにより選択的に除去する。これにより、高屈折率層４１，４３を貫通する貫通孔４５が形成される。以上が、図１８（ｃ）に示す工程である。これら工程は、主として、第２ミラー４０を形成するための工程である。

次いで、貫通孔４５を通じて、絶縁層３０ａにおけるエアギャップＡＧを形成すべき部位をエッチングし、エアギャップＡＧを形成する。以上に示した工程により、図１３に示した波長選択型赤外線検出器１００を得ることができる。

なお、本実施形態では、第２ミラー４０を構成する高屈折率下層４１に、赤外線検出素子５１を備える赤外線検出部３が、一体的に設けられる例を示した。しかしながら、図１９に示すように、第１ミラー２０（高屈折率上層２３）に、赤外線検出素子５１を備える赤外線検出部３が、一体的に設けられた構成としても良い。図１９は、変形例を示す模式的な断面図であり、図１４に対応している。

また、本実施形態では、第１ミラー２０及び第２ミラー４０として、光学多層膜構造の例を示したが、第１ミラー２０及び第２ミラー４０の構成は、上記例に限定されるものではない。例えば、単層構造の第１ミラー２０及び第２ミラー４０のいずれかにおいて、内面２０ａ，４０ａ側から一部の範囲に、赤外線検出素子５１を備える赤外線検出部３が、一体的に設けられた構成としても良い。

また、本実施形態では、第１ミラー２０が固定ミラーとされる例を示した。しかしながら、第１実施形態などで示したように、第１ミラー２０が、メンブレンＭＥＭ１を有する構成としても良い。この場合、第２ミラー４０とともに第１ミラー２０も駆動することができるので、同じ電位を印加するのであれば、第２ミラー４０のみが駆動可能とされた構成に比べて、幅の変化量を大きくすることも可能である。

また、本実施形態では、赤外線検出部３（赤外線検出素子５１）の厚みが、光学長で、特定波長（検出対象波長）の１／４とすると、特定波長での検出効率をより高めることができる点を示した。しかしながら、赤外線検出部３（赤外線検出素子５１）の光学長としては、特定波長の１／４に限定されるものではなく、検出対象波長の１／４以上とすれば良い。光学長を検出対象波長の１／４以上とすれば、赤外線検出部３が、検出対象波長の腹位置を含んで配置されるため、検出対象波長の赤外線を、赤外線検出部３にてより効率よく検出することができる。

また、本実施形態では、赤外線検出素子５１を備える赤外線検出部３が、第１ミラー２０及び第２ミラー４０のいずれかと一体的に設けられる例を示した。しかしながら、例えば図２０に示すように、赤外線検出部３が、駆動電極２４，４４への電位印加有無に関わらず、第２ミラー４０の内面４０ａに接して設けられた構成としても、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。図２０に示す構成においても、上記した理由から、赤外線検出部３（赤外線検出素子５１）の光学長を、特定波長（検出対象波長）の１／４以上とすることで、特定波長での検出効率をより高めることができる。また、赤外線検出部３が、メンブレンを有するミラーに接して設けられた構成とすると、ミラーにおける分光領域Ｓ１の剛性が増すので、製造時のハンドリング性が向上する。図２０は、その他変形例を示す模式的な断面図である。図２０では、便宜上、赤外線検出素子５１のみを図示しているが、実際には、第１実施形態で示した支持層５０が、支持体３０と第２ミラー４０との間に介在された構成となる。

なお、図２０においては、赤外線検出部３が、第２ミラー４０の内面４０ａに接して設けられる例を示したが、図２１に示すように、赤外線検出部３が、第１ミラー４０の内面２０ａに接して設けられた構成としても、同様の効果を期待することができる。図２１は、その他変形例を示す模式的な断面図である。図２１でも、便宜上、赤外線検出素子５１のみを図示しているが、実際には、第１実施形態で示した支持層５０が、支持体３０と第１ミラー２０との間に介在された構成となる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

本実施形態では、基板１として、一面上に絶縁膜１１を備えた半導体基板１０の例を示した。しかしながら、基板１としては上記例に限定されるものではなく、ガラスなどの絶縁基板を採用することも可能である。その場合、絶縁膜１１は不要である。

本実施形態では、第１ミラー２０及び第２ミラー４０として、高屈折率層間に低屈折率層を介在させてなる光学多層膜構造の例を示した。しかしながら、ミラーの構成は上記例に限定されるものではない。

また、光学多層膜構造の一例として、低屈折率層２２，４２がシリコン酸化膜からなる例を示した。しかしながら、低屈折率層２２，４２としては、シリコン酸化膜などの固体の他に、液体、空気などの気体、ゾル、ゲル、真空などを採用することができる。

本実施形態では、赤外線検出素子５１としてボロメータの例を示した。しかしながら、赤外線検出素子５１としては、熱電堆（サーモパイル）や焦電型などの他の熱型素子や、量子型素子などを採用することもできる。

１・・・基板
２・・・ファブリペローフィルタ
３・・・赤外線検出部
１０・・・半導体基板
１２・・・空隙（第２空隙）
２０・・・第１ミラー
３０・・・支持体
４０・・・第２ミラー
２４，４４，５２・・・駆動電極
５１・・・赤外線検出素子
１００・・・波長選択型赤外線検出器
ＭＥＭ１，ＭＥＭ２，ＭＥＭ３・・・メンブレン
Ｓ１・・・分光領域
ＡＧ・・・エアギャップ（第１空隙）

Claims (5)

1. 基板と、
   前記基板の一面上に配置された第１ミラーと、該第１ミラーと相対するように前記第１ミラー上に支持体を介して配置され、前記支持体間の第１空隙を架橋する部位がメンブレンとされた第２ミラーと、を備え、前記第１ミラーの電極に印加する電位と前記第２ミラーの電極の間に印加する電位に基づいて生じる静電気力により、前記第１空隙における相対する両ミラー間の幅が変化するように構成されたファブリペローフィルタと、
   赤外線検出素子を有し、前記第１ミラーと前記第２ミラーとの間に配置された赤外線検出部と、を備え、
   前記赤外線検出部は、前記第１ミラー及び前記第２ミラーとは少なくとも前記電位が印加されない状態で離れた位置となるように、前記支持体に保持されており、前記支持体間の第１空隙上の部位がメンブレンとされて、該メンブレンに前記赤外線検出素子が設けられ、
   前記赤外線検出部には、前記赤外線検出素子とは電気的に分離された前記第１空隙の幅を変化させるための駆動用の電極が設けられ、
   前記赤外線検出部は、前記基板の一面に垂直な方向における厚みの中心が、前記両ミラーの電極及び前記赤外線検出部の電極に電位が印加されない状態で、前記第１空隙の中央と一致するように配置され、
   前記両ミラーの電極及び前記赤外線検出部の電極に電位が印加された状態においても、前記赤外線検出部の厚みの中心が、前記第１空隙の中央と一致するように、前記一面に開口する第２空隙が前記基板に設けられて、前記第１ミラーの前記第２空隙を架橋する部位がメンブレンとされるとともに、前記赤外線検出部の電極に、前記第１ミラーの電極に印加する電位及び前記第２ミラーの電極に印加する電位とは異なる電位であって、前記第１ミラーの電極に印加する電位との第１電位差と、前記第２ミラーの電極に印加する電位との第２電位差とが等しくなるような所定の電位を印加することを特徴とする波長選択型赤外線検出器。
2. 前記基板の一面に垂直な方向において、前記赤外線検出部の厚みが、光学長で、所定の検出対象波長の１／１０以下とされていることを特徴とする請求項１に記載の波長選択型赤外線検出器。
3. 一面に絶縁層が配置された半導体基板が前記基板とされ、
   前記絶縁層上に前記第１ミラーが設けられ、
   前記第１ミラー及び前記第２ミラーは、分光領域が、多結晶シリコン又は多結晶ゲルマニウムからなる高屈折率層の間に、該高屈折率層よりも低屈折率の低屈折率層を介在させてなる光学多層膜構造を有しており、
   各ミラーの電極は、前記高屈折率層の少なくとも一方に、ｐ導電型又はｎ導電型の不純物を注入してなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の波長選択型赤外線検出器。
4. 前記赤外線検出部は、多結晶シリコン又は多結晶ゲルマニウムからなる層を有し、
   前記赤外線検出素子は、前記層に、ｐ導電型又はｎ導電型の不純物を注入してなるボロメータであることを特徴とする請求項３に記載の波長選択型赤外線検出器。
5. 前記赤外線検出部は、多結晶シリコン又は多結晶ゲルマニウムからなる層を有し、
   前記赤外線検出素子は、前記層に、ｐ導電型及びｎ導電型の不純物を注入してなる熱電堆であることを特徴とする請求項３に記載の波長選択型赤外線検出器。

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